Naked Science

Северный морской путь на десяток дней короче южного маршрута, но суровые условия Арктики долго не позволяли нам на полную воспользоваться его преимуществами. Погодные условия не стали проще, но мы научились с ними справляться: судами ледового класса, атомными ледоколами, всевидящей системой навигации и обустройством северных берегов страны. Начинается новая эпоха развития Северного морского пути. Naked Science разобрался, каким будет следующее поколение этой мощной транспортной системы

Проводка атомным ледоколом «50 лет Победы» / ©Росатом

Арктикой принято называть всю область планеты за Северным полярным кругом, проходящим по 66,5622-й параллели северной широты. Российская Арктика занимает около трех миллионов квадратных километров (18% территории России), из которых 2,2 миллиона квадратных километров приходятся на сушу, остальное — на прибрежные территории Северного Ледовитого океана.

Эти территории богаты ценными ресурсами, а по воде проходит кратчайший путь между европейской частью России и Дальним Востоком, Европой и Азией — Северный морской путь. Поэтому освоение Арктики не первый год называют стратегическим приоритетом в плане экономического развития страны.

Маршрут СМП / ©WikiMedia

Суровый климат, сильнейшие ветры, сковывающий лед требуют подходить к этой задаче с умом: разрабатывая новые технологии, мощные ледоколы и эффективную систему навигации. Не менее важно при этом поддерживать бережное отношение к экологии и ресурсам арктических просторов, так неохотно покорявшимся нам на протяжении последних десяти веков.

Северный морской путь (СМП) — судоходный маршрут, проходящий вдоль северных и восточных берегов России через шесть морей: Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское и Берингово.

Непокоримая Арктика

Первым причуды северных широт описал греческий географ Пифей еще за 330 лет до нашей эры. Отправившись в рискованную экспедицию на север Атлантического океана, он доплыл до берегов Норвегии (или Исландии — ученые до сих пор не пришли к общему мнению) и увидел полярный день, северное сияние и плавучий морской лед. Свои наблюдения Пифей опубликовал под названием «В океане» («On the Ocean»). И на протяжении многих веков его монументальная работа оставалась единственным письменным источником знаний о северных широтах планеты. Примерно в VIII веке нашей эры там начали селиться викинги.

Русские первооткрыватели начали исследовать Арктику в XI веке. В 1032 году состоялся морской поход от Северной Двины к «Железным вратам» — историки спорят, что подразумевалось под этим названием: Карские Ворота, пролив между островами Новая Земля и Вайгач, или Югорский Шар — пролив между островами и континентом. Походом руководил новгородский посадник Улеб.

Вскоре появились первые поселения на берегах Белого и Баренцева морей. Жителей этих территорий начали называть поморами. Промышляя рыболовством и охотой, они первыми из жителей России освоили плавание по нашим северным морям, но всестороннее освоение Арктики началось лишь в XV-XVI веках, когда дело коснулось экономики.

В XV-XVI веках торговлей в Мировом океане управляли Испания и Португалия, захватившие пути в Индию и Китай. Остальные страны искали другие маршруты – в частности, по северному берегу Евразии, хотя тогда еще никто не знал, есть ли там проход. Особенно им интересовались Англия и Голландия, а помогали им в этом русские моряки. Так начался поиск Северного морского пути.

К XVI веку купцы и казаки освоили Мангазейский морской путь — от Северной Двины до Оби, к XVII веку открыли и путь от Лены до Берингова пролива, а в 1648 году Семен Дежнев и Федот Попов проплыли от Чукотки на север и нашли выход в Северный Атлантический океан.

В XVIII веке благодаря Петру I у России появился мощный флот, способный плавать по северным морям. Вскоре состоялась Великая Северная экспедиция. Ее руководители — Витус Беринг, братья Лаптевых и Семен Челюскин — создали первую подробную карту арктических берегов и увековечили на ней свои имена.

Петровские реформы включили Сибирь в единое общероссийское русло развития / © Getty Images

В 1878 году шведский полярник Нильс Норденшельд первым в истории преодолел весь Северо-восточный проход, так до XX века называли Северный морской путь. Удачная экспедиция была исключением: толстый морской лед по-прежнему представлял большую опасность для судов. Решение проблемы предложил адмирал Степан Макаров, и в 1899 году на воду спустили угольный ледокол «Ермак». Так начался новый период в истории Арктики — освоение маршрутов и научное изучение ее климата, геологии и богатств.

В 1932 году на ледокольном пароходе «Сибиряков» экспедиции во главе с советским ученым Отто Шмидтом удалось проплыть Северный морской путь за одну навигацию: от Архангельска до Берингова пролива за 62 дня. Благодаря этому походу уверенность в маршруте сильно возросла; и в том же году открылось Главное управление Северного морского пути.

Пристальное внимание к морским льдам и их движению позволило начать делать долгосрочные ледовые прогнозы. Изучение дна и установка берегового оборудования упростили навигацию.

Подводя итог, условно историю освоения Арктики можно разделить на четыре этапа: медленное заселение севера России в XI-XVI веках, морские экспедиции в XVII-XIX веках, полноценное освоение богатств и маршрутов в XX веке и, наконец, современное наращивание движения по Северному морскому пути.

Многовековая история не прошла бесследно: форма поморских парусников по-прежнему узнаваема в ледоколах, морской флот обеспечивает движение по северным морям, а накопленные знания о движении арктических льдов бесценны для навигации.

Сегодня за обеспечение ледокольных проводок, управление судоходством и организацию деятельности в акватории Северного морского пути отвечают ФГУП «Атомфлот» и ФГБУ «Главное управление Северного морского пути». Мощные атомные ледоколы и профессиональное управление движением судов — основа этой эффективности.

Ледокол ледоколу рознь

В 1935 году, вскоре после открытия Главного управления Северного морского пути, рекордные четыре грузовых теплохода прошли по северным морям за одну навигацию. Помогали им четыре паровых ледокола, распределенных по разным участкам трассы.

После Второй мировой войны на смену паровым пришли дизель-электроходы. Спустя десятилетие, вдохновившись силой мирного атома, советские атомщики собрали первую реакторную установку для ледоколов. Разработка шла в условиях максимальной секретности, и 3 декабря 1959 года в эксплуатацию ввели первый в мире атомный ледокол «Ленин».

К концу века в Арктике работали пять атомных ледоколов с двухреакторной ядерной установкой — «Арктика», «Сибирь», «Россия», «Советский Союз» и «Ямал» — и два ледокола с однореакторной ядерной энергетической установкой: «Таймыр» и «Вайгач».

Встреча атомных ледоколов «Ленин» и «Арктика» проекта 10520 / © Росатом

В общих чертах все ледоколы устроены одинаково: бочкообразная форма, крепкие толстые стенки корпуса и большая мощность. У атомных ледоколов — такие есть только в России — эту мощность обеспечивает один, а чаще два реактора. Реактор нагревает воду, та превращается в пар и раскручивает турбины. Турбины запускают генераторы, вырабатывающие электричество, которое идет на обеспечение судна и работу гребных винтов. В среднем мощности реакторной установки «морских» ледоколов хватит на снабжение небольшого города.

Бочкообразная форма помогает ледоколу не застревать во льдах. Ватерлиния проходит ниже самой широкой части судна, поэтому льды своим давлением выталкивают судно вверх, а не зажимают. Форма помогает и в работе: во-первых, судно может «наползать» на лед и ломать его весом, во-вторых, ломать боками, раскачиваясь с помощью крена и балластной системы.

Сегодня у «Атомфлота» шесть атомных ледоколов. По-прежнему работают «Таймыр» и «Вайгач», а также ледоколы второго поколения «Ямал» и «50 лет Победы» (его стройка была приостановлена, в эксплуатацию он вошел лишь в 2007 году). К ним недавно присоединились «Арктика» и «Сибирь» — представители нового поколения атомных ледоколов проекта 22220.

Парочка «Таймыр» и «Вайгач»

Мелкосидящие ледоколы строились специально для работы в устьях рек. Их главная особенность — меньшая осадка в 8,1 метра. По мощности «Таймыр» и «Вайгач» меньше морских «собратьев» — у них всего один реактор мощностью около 50 тысяч лошадиных сил (водо-водяной КЛТ-40М). Чаще всего пара работает в Енисее.

Кстати их назвали в честь предшественников — пары ледоколов, на которых в 1912-1913 годах экспедиция под руководством Ивана Сергеева и Бориса Вилькицкого впервые в истории прошла Северный морской путь с востока на запад, по пути исследовав острова северных морей. В частности, они открыли архипелаг Северная Земля.

Атомный ледокол «Таймыр» / © Lobusov D.V.

«Ямал» и «50 лет Победы»

Представители второго поколения атомных ледоколов гораздо мощнее — два ядерных реактора (ОК-900А) дают им 75 тысяч лошадиных сил. Несмотря на разницу в «возрасте» («Ямал» начал работу в 1992 году, «50 лет Победы» был готов в 2007 году), по размеру они почти одинаковые, разве что слегка отличаются длиной. Над водой оба возвышаются на высоту 12-этажного дома (37,8 метра). Внешне вы их никогда не перепутаете: на носу «Ямала» красуется огромная зубастая улыбка. Атомный ледокол «50 лет Победы» возит туристов на Северный полюс.

Осадка у них около 11 метров, подходящая для движения по морям. По ровному неподвижному льду толщиной 2,7 метра они развивают скорость 3,7 километра в час (два узла). Конечно, ударами корпуса атомные ледоколы способны ломать и гораздо более толстый лед. Причем как задом, так и передом — ледокольные «способности» работают в обе стороны, иначе ледоколы часто застревали бы во льдах.

Свыше десяти лет эти атомные ледоколы были самыми большими в мире, но в 2020 году на Северном морском пути заработала «Арктика», а в 2022-м — «Сибирь».

Качественно новые ледоколы

Главная особенность нового поколения (проект 22220) — двухосадочность на 9,03 и 10,5 метра; они могут работать как в море, так и в устьях рек. Такую универсальность обеспечивает большая балластная система набора и сброса воды. Ядерные установки, конечно, тоже мощнее: два реактора (РИТМ-200) дают 81,5 тысячи лошадиных сил. Прибавка в мощности позволяет универсальным ледоколам развивать скорость в два узла по льду толщиной уже 2,8-2,9 метра.

Именно эти ледоколы обеспечат к концу 2024 года круглогодичную навигацию по Северному морскому пути. Прошлой зимой «Арктика» водила караваны до Певека, самого северного города России — не так давно такая задача казалась невозможной. Уже в конце года к ним присоединится «Урал», его испытания почти завершены. Через несколько лет войдут в эксплуатацию еще два ледокола этой серии.

Эффективность этого поколения ледоколов хорошо иллюстрируется простым сравнением: одна «Арктика» прокладывает такой же широкий канал, как пара «Таймыр» и «Вайгач». Впрочем, скоро и она будет казаться «мелкой».

Атомный ледокол «50 лет Победы» / © Росатом

К концу десятилетия на Северном морском пути появится качественно новый ледокол «Россия», первый представитель проекта 10510 «Лидер». Он будет на десять метров шире прошлого поколения и гораздо мощнее: скорость в два узла он сможет поддерживать на льду толщиной 4,3 метра, оставляя за собой канал шириной 50 метров. Чем шире канал, тем безопаснее для следующего за ледоколом каравана из судов.

Морские льды очень подвижны и, бывает, зажимают суда. Чтобы освободить их из ледового плена, ледоколы сдают назад, проходя близко к бортам «пленника». Главная опасность тут не в потере времени, а в сильном давлении и острых углах морских ледяных глыб — они способны сильно повредить обшивку и винты судов.

Экологичность, автономность и комфорт

Атомная энергетика — чистая энергетика. Ледокол «50 лет Победы» стал первым ледоколом со специально оборудованным экологическим отсеком для переработки отходов. Все тщательно сортируется, очищается и измельчается. Сточные воды тоже проходят обработку. В итоге экологический след минимален.

Автономность атомных ледоколов ограничивается только запасами продовольствия и сменой экипажа. В истории Росатомфлота были случаи, когда атомный ледокол до года работал без захода в порт. Рекорд принадлежит «Арктике».  Если подвозить продовольствие и сменять команду, новые двухосадочные ледоколы проекта 22220 могут работать до семи лет, после которых нужно перезагрузить топливо.

Монтаж реактора РИТМ-200 на атомном ледоколе «Арктика» проекта 22220 / © Росатом

Моряки работают на ледоколах по четыре месяца, сменяя друг друга — благо размеры ледоколов позволяют обустроить их всем необходимым: от одноместных кают и спортзала до сауны и даже солярия. Последний, кстати, необходим для поддержания здоровья (полярной ночью солнце не встает над горизонтом). Есть даже бассейн, который заполняется нагретой соленой морской водой. Температура в помещениях поддерживается в районе 22 градусов Цельсия.

Всего на ледоколе могут одновременно жить несколько сотен человек. Минимальный экипаж зависит от типа судна: на старых ледоколах — 106 человек, на новых ледоколах проекта 22220 — всего 54 человека, но это в минимальной комплектации.

Все ледоколы живут по московскому времени. Потому что иначе переводить часы пришлось бы постоянно, ведь между Мурманском и Камчаткой разница девять часов. Впрочем, «стандартные» дни и ночи за полярным кругом — явление как раз уникальное. Полгода длится полярный день, полгода — полярная ночь.

Северный морской путь

В общем смысле Северным морским путем называют путь по морям на севере Евразии. Исторически он начинался от Карских ворот (пролив между островами Вайгач и Новая Земля) и заканчивался у мыса Дежнева. Вся эта территория зимой скована морскими льдами. Общая протяженность — почти 5600 километров, и это самый короткий путь из Европы в Азию. Возьмем конкретный пример: путь из нидерландского Роттердама до портов Азии через Суэцкий канал занимает 33 дня (17,5 тысячи километров), а через Северный морской путь — всего 23 дня (12,2 тысячи километров).

Сегодня Северный морской путь начинается в незамерзающем порту Мурманска. Путь по северным морям от Мурманска до портов Японии в два раза короче, чем через Суэц, и по времени значительно меньше — всего 18 дней вместо 37 дней.

Круглогодичная навигация в западном районе Арктики началась, когда в 1975 году в эксплуатацию ввели атомный ледокол «Арктика». Кстати, спустя два года этот ледокол стал первым судном, достигшим Северного полюса по воде. Не нужно путать его с «Арктикой» последнего поколения атомных ледоколов.

Атомный ледокол «Арктика» проекта 10520 / © Росатом

Первая важная «остановка» на маршруте — полуостров Ямал, где добывают нефть и природный газ. В поселке Сабетта расположен крупнейший завод по сжижению газа «Ямал СПГ». Еще 20 лет назад в нем проживала пара десятков человек, сегодня — почти 3500.

Следующий важный пункт — устье Енисея. Там находится Норильск, город в 300 километрах к северу от полярного круга. Мало кто знает, что железной дороги в Норильск просто нет. Добраться туда на машине — почти невозможная задача. Летом можно доплыть по Енисею, а в остальные сезоны — только самолетом. Спасают ледоколы, поддерживающие проход в порт Дудинка, поселение, возникшее на этом месте еще в 1667 году.

Дальше на Восток — чукотский порт Певек, самый северный город России. Там расположены рудники золота, серебра и меди. Энергией Певек обеспечивает единственная в мире плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов» с двумя реакторами, способными «запитать» даже стотысячный город, но население Певека значительно меньше — около 5000 человек. Вскоре это изменится: порт планируют сделать важным транспортным узлом всего региона.

Прибытие ПЭБ «Академик Ломоносов» в Певек / © Алексей Башкиров, «Страна Росатом»

Всего сегодня на Северном морском пути десять крупных портов и сотни судов, число которых только растет. По словам Вячеслава Рукши, руководителя дирекции Северного морского пути, в 2030 году на маршруте должно работать 12-14 арктических ледоколов, из которых минимум восемь — атомные. Они необходимы для проведения караванов по маршруту, покрытому толстым морским льдом. Но по тонком льду многие суда ледового класса могут пройти и самостоятельно. Главное — помогать им в навигации и следить за погодой.

Мониторинг и прогнозирование позволяют максимально эффективно использовать мощности ледоколов — там, где они действительно нужны. Эти задачи выполняет новейшая система навигации.

«Арктика.Навигатор» для Северного морского пути

Штаб морских операций ФГБУ «ГлавСевморпуть» (входит в госкорпорацию «Росатом») в Мурманске круглосуточно поддерживает движение по всей акватории Северного морского пути. Севморпуть объединяет в общую транспортную сеть речные артерии, пролегающие на 70% территории России.

Автоматическая система управления движения судами впечатляюще выглядит на большом экране в просторном зале для совещаний: огромная карта с сотнями движущихся судов и ниточками их траекторий. Но главное, что ту же карту можно открыть и на планшете, и на телефоне, потому что главная ее задача — помощь в навигации для самих судов. Система строит маршруты, учитывая скорость движения, загруженность пути, погодные условия, необходимость ледокольных услуг.

Как и в привычных нам онлайн-картах, тут есть дополнительная информация и слои. Щелкаешь по судну, и выпадает полная информация о его характеристиках, грузе, маршруте, скорости, сопутствующих документах и разрешениях, контактах и данных с датчиков. Иногда даже можно подключиться к камере. На самой карте есть возможность включить слои с погодными условиями: данными о ветре, температуре, штормовых условиях и движении льдов.

В системе отображаются все суда с установленной автоматической информационной системой (АИС) — то есть все, кроме военных. Пока система в основном мониторит, но скоро научится и самостоятельно выстраивать оптимальные маршруты, учитывая скорость движения, загруженность пути, погодные условия, необходимость ледокольных услуг. А также пожелания владельцев судна: сэкономить топливо или быстрее прибыть в порт.

Штаб морских операций / © Росатомфлот

Штаб морских операций уже предлагает всем капитанам информационную услугу — рекомендации по маршруту и предварительную договоренность о помощи ледокола. В итоге эта система должна работать как обычный автомобильный навигатор, только для судов во льдах. Вот судно идет из точки А в точку Б с определенной скоростью. Трек судна оцифрован, прорисован на картах, его видит система. Анализирует, на каких участках возможны задержки. Логистически все понятно и прозрачно.

В ближайшем будущем ФГБУ «ГлавСевморпуть» планирует на все суда акватории поставить бортовые измерительные комплексы, которые будут считывать погодные условия и толщину льда. Ледовая информация — самая ценная, но и самая дорогостоящая. Если все суда станут датчиками ледовой обстановки, возрастет эффективность всего движения по Северному морскому пути.

Всем ли хватит места на Северном морском пути?

Объем грузоперевозок в 1987 году по Северному морскому пути достиг 6,7 миллиона тонн. В 1991-м маршрут открыли для международного судоходства, но к концу столетия грузоперевозки объяснимо упали до 1,4 миллиона тонн. В новом столетии объемы начали быстро расти.

К 2020 году объем достиг 33 миллионов тонн, был установлен новый рекорд: по Северному морскому пути прошло 331 судно. Для сравнения — по Суэцкому каналу тогда прошло 1,12 миллиарда тонн грузов. По мнению Вячеслава Рукши, руководителя дирекции Северного морского пути, их маршрут сможет перехватить около 10% грузового трафика с Суэцкого канала, но все же 70% перевозок должен составить российский экспорт: газ, нефть, уголь и другие полезные ископаемые.

В планах — добиться к 2024 году грузопотока в 80 миллионов тонн в год и суммарной мощности морских портов в 83 миллиона тонн. Как уже говорилось, для поддержания такой нагруженности хватит 13 ледоколов и информационной поддержки в виде развивающейся навигационной системы.

Первооткрывателей сменили масштабные экспедиции, традиционные ушкуи поморов «превратились» в атомные ледоколы, а рыбацкие поселения разрослись до масштаба многотысячных городов. Мы находимся в самом начале новой эпохи развития Арктики и Северного морского пути — ее главной жизненной и транспортной «артерии».

Источник

Как показывает практика, ядерное топливо можно многократно использовать, а самые опасные долгоживущие продукты деления — безопасно «сжигать». Все, что нужно — уникальные технологии и правильно организованный «жизненный цикл» топлива. Что такое ОЯТЦ, ЗЯТЦ и СЯТЦ и как именно Росатом собирается полностью перевести российскую ядерную энергетику на реакторы на быстрых нейтронах.

Реактор БН-800. Реакторы на быстрых нейтронах могут работать на инновационном топливе, для производства которого используются материалы из отработавшего топлива / ©Белоярская атомная электростанция, Росатом

Главный тренд современности — экологически безопасное долгосрочное развитие во всех сферах: от повседневной жизни до тяжелой промышленности. Главная цель — сократить загрязнение планеты и впредь поддерживать баланс, грамотно используя ее ресурсы. В зарубежной литературе этот переход проходит под лозунгом «трех R»: Reduce. Reuse. Recycle — сокращение отходов, многократное использование и переработка. Ошибочно думать, что это касается только обывателей вроде нас с вами. Крупные компании тоже стараются следовать этим принципам, но совсем в другом масштабе.

Стоит кого-нибудь спросить, какие отходы самые опасные, и собеседник, скорее всего, ответит, что радиоактивные. Несомненно, при неправильном обращении и хранении радиоактивные отходы опасны. Но при правильном подходе ядерная энергетика — это чистая энергетика, а «отходы» — подходящий ресурс для производства нового топлива. Именно о такой «переработке» в атомной отрасли, или «рециклинге» и пойдет речь.

Рециклинг — обращение с с регенерированными ядерными материалами, при котором они очищаются и используются повторно, либо возвращаются в производственный цикл. Стеклянные бутылки и банки отмываются, а пластик и бумага измельчаются для производства нового пластика и бумаги. Рециклинг — разновидность переработки.

С помощью специалистов топливной компании «ТВЭЛ» разбираемся в реализуемых сегодня жизненных циклах ядерного топлива: открытом цикле, французской модели, двухкомпонентной энергетике, закрытом ядерном топливном цикле, утилизации радиоактивных отходов и использовании «урановых хвостов».

Производство топлива

«Жизнь» топлива для атомных электростанций начинается с добычи урана. Уран — самый тяжелый химический элемент из тех, что встречаются на Земле в природе. Конечно, не в чистом виде, а в составе руд и минералов. В результате переработки получают чистый уран, который все же не подходит для производства топлива — он слишком «бедный».

Самый распространенный в природе изотоп урана — уран-238. На него приходится 99,3% всего урана. Для энергетики же ценны оставшиеся 0,7% — уран-235. Именно он является основным делящимся материалом в ядерном топливе для «обычных» тепловых АЭС. Проблема в том, что для работы АЭС содержание «полезного» урана-235 в топливе должно составлять до 5%, а не 0,73%, как в среднем в естественных условиях. Нужное процентное содержание получают на этапе обогащения.

Добытый природный уран отправляют на конверсию: из твердого состояния в газообразное. На выходе получают газообразный гексафторид урана. В газообразном состоянии его отправляют в центрифугу и раскручивают: более легкий уран-235 «прилипает» к оси, а тяжелый уран-238 оказывается на периферии. В результате выделяют немного обогащенного до 5% гексафторида урана, из которого и делают топливо. Все остальное — «хвосты», обедненный гексафторид урана (ОГФУ) с содержанием урана-235 около 0,25%.

Возможности Росатома по обогащению урана держатся в тайне. Граница в 5% — принятая для энергетических реакторов. Для АЭС обычно обогащают до 4,7-4,9%, все зависит от стоимости урана и услуг по обогащению, а также конкретного топливного цикла АЭС. И тут стоит упомянуть, что Россия — лидер в центрифужном обогащении. Так называемые «хвосты», ОГФУ, получаются бедными на уран-235, но и им нашли применение. Но об этом позже, пока вернемся к производству топлива.

На следующем этапе — этапе фабрикации — из газа делают порошок и спекают в урановые таблетки. Таблетки запаиваются в циркониевые трубки с необходимыми заглушками и крепежными элементами — получаются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). Из ТВЭЛов собираются тепловыделяющие сборки (ТВС). Материалы и конструкция элементов и финальной сборки зависит от типа реактора.

Операция спекания таблеток в печах BTU / ©НЗХК

Готовые ТВС отправляются на атомные станции, где работают около пяти лет. С момента, как они покинули реактор, их уже называют отработавшим, или облученным ядерным топливом (ОЯТ). Еще пять лет отработавшее топливо остывает в бассейне выдержки на станции. Его дальнейший путь — главная тема этого материала.

Отработавшее ядерное топливо может отправиться на захоронение, а может продолжить приносить пользу. Это зависит от выбранного топливного цикла.

Открытый ядерный топливный цикл

Самый простой вариант, активно использовавшийся в прошлом, — загрузка отработавшего топлива в контейнеры и отправка на хранение: либо до момента, как придумают, что с ним делать дальше, либо вообще навсегда.

Один из видов «вечного» хранения — геологическое захоронение. Такие хранилища сейчас строятся в Швеции и Финляндии. Пока что отработавшее ядерное топливо копится в контейнерах, а когда строительство закончится, их перенесут в хранилища. Переработать другие страны его не могут — необходимые для этого технологии на сегодняшний день остались только у России и Франции (раньше еще были у Великобритании).

Французская модель

Во Франции отработавшее ядерное топливо отправляют на переработку: элементы и циркониевые оболочки распиливают, таблетки растворяют.

Состав отработавшего ядерного топлива выглядит примерно так: уран (96%), плутоний (1,2%) и радиоактивные отходы. Основные составляющие отходов: «короткоживущая» цезий-стронциевая фракция (2%), минорные актиниды (0,5%) и прочие продукты деления (0,3%). Главное — остается много урана.

Облученный уран называется регенератом. В нем, помимо «бесполезного» урана-238 и «полезного» урана-235 (2%) появляется еще и много других изотопов (232, 234, 236), которые будут мешать реакции.

Для производства топлива уран очищают от четных изотопов и радиоактивных отходов, и дообогащают до необходимых 5%. Плутоний оставляют, поэтому топливо уже называется уран-плутониевым (у французов принято название МОКС-топливо). Такое топливо можно один раз отправить в реактор, правда, загрузив лишь на 30-50% активную зону реактора в добавление к обычному топливу. И всё — дальше только захоронение, потому что соотношение изотопов урана становится совсем неподходящим для переработки, а плутоний начинает слишком сильно фонить.

Сборка каркаса тепловыделяющей сборки / ©НЗХК

Главная проблема такой переработки — она не избавляет от объема опасных радиоактивных отходов: «короткоживущей» цезий-стронциевой фракции и минорных актинидов (америций, нептуний, кюрий и другие). Последние представляют наибольшую опасность, потому что период их полураспада — тысячи лет. Однако в России умеют от них избавляться — с помощью реакторов на быстрых нейтронах.

Двухкомпонентная модель и радиоактивные отходы

Реакторы на быстрых нейтронах — наследие огромной работы, проделанной советскими учеными. В экспериментальном масштабе их разработкой занимались многие страны мира: Франция, США, Япония, Великобритания. Но лишь в России удалось выйти на промышленный масштаб. По сей день работает запущенный в 1980 году на Белоярской АЭС реактор БН-600. В 2015 году на той же Белоярской запустили БН-800. И развитие продолжается: в Северске строится экспериментальный реактор БРЕСТ-ОД-300 (на СНУП-топливе) и для Белоярской проектируется мощный БН-1200. В разделе планов на будущее мы вернемся к этой теме.

Главное отличие и первая особенность быстрых реакторов от «обычных» тепловых в том, что в них нет замедлителей, и поэтому энергия нейтронов достигает больших значений. Для запуска реакции им необходим плутоний в составе топлива, поэтому для его производства можно использовать отработанное топливо из «обычных» тепловых реакторов. Последовательная отработка топлива сперва в тепловых, а затем в быстрых реакторах называется двухкомпонентной моделью ядерной энергетики.

Вторая важная особенность быстрых реакторов: способность «выжигать» опасные минорные актиниды — кюрий, нептуний и америций. С кюрием можно ничего не делать, потому что со временем он распадается в плутоний. Но сам плутоний со временем распадается на америций. В общем, они дают много продуктов полураспада, причем периоды полураспада исчисляются тысячами лет.

Захоронить такие отходы возможно, но сложно. Требуется глубинное хранение, например, в закрытой шахте в глубине горы с подходящей породой гранита, которая не будет ничего пропускать. Сверху хранилище бетонируется, но за его состоянием все равно нужен мониторинг. Лучше от актинидов совсем избавиться — с помощью быстрых реакторов.

Быстрые реакторы работают на уран-плутониевом топливе, «выжигают» минорные актиниды и, что еще не упоминалось, в процессе работы нарабатывают себе новый плутоний (на котором могут сами работать). Именно за счет этого можно всю энергетику построить на быстрых реакторах — фактически создать замкнутый цикл.

Замкнутый цикл

В замкнутом ядерном топливном цикле (ЗЯТЦ) уран-плутониевое топливо после отработки в реакторе быстрых нейтронов перерабатывается, формируется в новые сборки и отправляется обратно в тот же реактор.

Фабрикацией и переработкой сейчас занимаются удаленные от АЭС предприятия. Чтобы увезти туда отработавшее топливо, ему сперва нужно дать остыть, и на переработке его снова разогреют. Это большие затраты времени и ресурсов, поэтому сейчас Росатом строит в Северске экспериментальную станцию, на которой фабрикация и переработка будут вестись прямо рядом с быстрым реактором (БРЕСТ-ОД-300). Так будет реализован пристанционный ядерный топливный цикл (ПЯТЦ), ответвление замкнутого, хотя некоторые специалисты считают как раз такой формат «истинным» замкнутым циклом.

На одной площадке в Северске будут находиться сам реактор, модуль фабрикации-рефабрикации и модуль переработки. Последние два – буквально через стенку друг от друга. И большинство операций роботизированы, чтобы снизить воздействие на персонал. Ядерные материалы будут нужны лишь для того, чтобы запустить реактор, дальше — лишь минимальная подпитка. И все основные радиоактивные отходы быстрый реактор будет сжигать. Планируется, что модуль фабрикации запустят в ближайшие годы, чтобы произвести топливо к запланированному пуску блока в 2026 году.

Загрузка топлива на 4 блоке Ростовской АЭС / ©Ростовская АЭС, Росатом

Аварийность БРЕСТа минимальна – внутри у него свинцовый теплоноситель, который никуда не денется при аварии. Самое опасное для АЭС — потеря теплоносителя. Именно это произошло на Фукусиме: вода ушла, а топливо расплавилось. В БРЕСТе при отключении свинец просто застынет. Впрочем там и само нитридное топливо (СНУП-топливо) не сможет расплавиться.

Даже в самом аварийном сценарии вся опасность останется в периметре АЭС. Свинец к тому же поглотитель нейтронов, поэтому реактор можно будет просто законсервировать на площадке. Безопасность — одна из главных задач современной ядерной энергетики. Современные новые реакторы максимально защищены от аварий.

Получается, быстрые реакторы есть в России и скоро будут в Китае, где их помогает строить Росатом. Во всем остальном мире реакторы «обычные» тепловые, способные работать лишь на чистом урановом топливе или на однократно переработанном (французская модель). Для вовлечения их в цепочку рециклинга Росатом разработал РЕМИКС-топливо.

Сбалансированный цикл и «короткоживущая» фракция

Опыт обращения с ураном, отработанным ядерным топливом и МОКС-топливом позволил создать специальное топливо, которое можно многократно на полную загрузку использовать в тепловых реакторах, перерабатывая и рефабрикуя на российских заводах.

Предположим, у страны вообще пока нет ни одной АЭС, но она хочет использовать ядерную энергетику. АЭС возводят всего за четыре года. Первые десять лет она будет работать на традиционном урановом топливе, выгружая его в бассейн выдержки на охлаждение.

В конце 2019 года в «Росатоме» начали проектировать первый в России исследовательский жидкосолевой реактор (ИЖСР) для отработки технологии дожигания долгоживущих компонентов облученного топлива — минорных актинидов / ©ВНИИНМ, Газета «Страна Росатом»

Постепенно Росатом будет забирать отработанное топливо и на своих предприятиях перерабатывать его в уран-плутониевое РЕМИКС-топливо (уран-плутониевое топливо для тепловых легководных реакторов), возвращая на станцию. С одиннадцатого года и до конца эксплуатации через 50 лет станция сможет работать на таком регенерированном топливе. В отличие от французского МОКС-топлива, которое можно загружать лишь на треть, РЕМИКС-топливом можно загружать 100 процентов активной зоны реактора. После каждого цикла облучения топлива плутоний становится «хуже», но специалисты Росатома нашли способ улучшать состав и перерабатывать топливо до семи раз, сжигая по пути минорные актиниды.

Такой подход позволяет существенно экономить на изготовлении ядерного топлива, ведь примерно 80% стоимости сборки приходится на уран и обогащение, около 15% — фабрикация, 3% — конверсия. Главное преимущество такого подхода — отсутствие опасных ядерных отходов. Все минорные актиниды будут «сжигаться» в России в быстрых реакторах. Останется лишь «короткоживущая» фракция с периодом полураспада около 80 лет, её можно залить в боросиликатное стекло (или в керамику – зависит от технологий будущего) и поместить в приповерхностное хранилище, где спустя несколько сотен лет эти отходы станут абсолютно безопасными. Не так уж много, по сравнению с минорными актинидами, которые требуют тысячелетий.

Ближе к концу срока эксплуатации станции, отработавшей на РЕМИКС-топливе, достаточно будет построить небольшое здание для контейнеров со «стеклом». Сегодня РЕМИКС-топливо успешно проходит опытно-промышленную эксплуатацию на Балаковской АЭС.

Взаимодействие тепловых станций с российскими быстрыми реакторами — это сбалансированный ядерный топливный цикл (СЯТЦ), на основе которого можно построить глобальную взаимосвязанную атомную систему, предоставляя другим странам услуги по выжиганию минорных актинидов. В перспективе у России останутся только быстрые реакторы. Впрочем, даже без притока урана с плутонием от тепловых реакторов у нас есть все необходимое для их работы — в частности, огромные запасы ОГФУ.

Урановые хвосты и коэффициент воспроизводства

Обедненный гексафторид урана (ОГФУ) остается в огромных количествах после получения обогащенного урана из природного. В основном, он состоит из урана-238 с небольшим количеством «полезного» урана-235.

Хранилище ОГФУ / ©УЭХК

За почти век работы отечественной атомной промышленности в России накопились огромные запасы ОГФУ — больше миллиона тонн. С целью сокращения этих запасов Росатом постепенно освобождает площадки с захоронениями. Планируется к 2038 году вдвое сократить их количество, а к 2057 году ликвидировать все запасы за счет переработки.

Сперва обедненный гексафторид урана очищают от фтора. Полученную плавиковую кислоту и безводный фтористый водород продают на рынке химической продукции. Обедненный уран тоже используется в промышленности: из него делают контейнеры для перевозки изотопов, экраны для медицинской аппаратуры, а также используют в противовесах и гироскопах в самолетах, судовом балласте и других целях. Но основная масса, конечно, идет на производство нового ядерного топлива.

В значительной части этих запасов процент урана-235 довольно высокий (до 0,4%), потому что в первые десятилетия обогащение проводили менее эффективным диффузным методом. Сегодня эти хвосты можно использовать в производстве топлива для тепловых реакторов. Вторичные хвосты уже точно бесполезны для всего остального мира, а вот для нас — отличное сырье для быстрых реакторов.

Быстрым реакторам «бесполезный» уран-238 не мешает, им главное, чтобы был плутоний. В процессе они могут сами себе наработать еще больше плутония. И это третья особенность быстрых реакторов.

Возможности конкретного реактора на быстрых нейтронах зависят от его изначальной конструкции. Если предусмотрено, реактор сможет работать в разных режимах — с разным коэффициентом воспроизводства.

Реактор БН-800 / ©Белоярская АЭС, Газета «Страна Росатом»

При равном единице коэффициенте воспроизводства в отработанном топливе будет столько же плутония, сколько и было в изначальной загрузке. В этом случае подходящий состав понадобится лишь для первой загрузки. Дальше быстрый реактор будет его поддерживать.

При коэффициенте воспроизводства меньше единицы быстрый реактор будет «выжигать» лишний плутоний. Такой режим необходим для утилизации накопившихся запасов отработанного топлива от тепловых реакторов. Можно сказать, что это забота о будущих поколениях — им не придется разбираться с фонящими запасами плутония.

Самый интересный вариант — при коэффициенте больше единицы. Процент прибавления плутония небольшой, но эффективный — до 1,2%. Позволяет со временем восполнить недостаток плутония для запуска нового быстрого реактора. Такую возможность обеспечивают быстрые нейтроны — на большой энергии они могут расщепить «бесполезный» уран-238 до плутония.

Основываясь на этой уникальной технологии, Росатом планирует в будущем все российские АЭС строить с реакторами на быстрых нейтронах.

Будущее российской атомной энергетики

На сегодняшний день тепловые реакторы —более продвинутая и отработаннаях технология, чем реакторы на быстрых нейтронах. Огромный опыт позволяет строить новые станции всего за четыре года. Тем не менее без быстрых реакторов тепловые будут значительными темпами использовать запасы урана и производить слишком много опасных отходов. С быстрыми реакторами бывшие отходы становятся почти неисчерпаемым источником топлива — их хватит на десятки тысяч лет.

У России есть преимущество — огромные вложения в изучение и разработку реакторов на быстрых нейтронах, сделанные в прошлом веке, позволяют и сегодня развивать это направление. Росатом планирует после 2035 года строить только быстрые реакторы. И к 2045 году перевести на атомную энергию четверть стремительно растущего энергобаланса России.

Старые реакторы будут постепенно выводиться из строя и заменяться новыми — быстрыми. На сегодняшний день в России работают 35 реакторов на 11 АЭС. Для замены их на быстрые нужно сперва подтвердить экономическую состоятельность проекта. Быстрый реактор гораздо сложнее теплового и поэтому стоит существенно дороже. Отчасти причина в том, что технология еще не до конца отточена, и потому себестоимость, видимо, будет постепенно снижаться.

Монтаж оборудования шахты научно-исследовательского реактора на быстрых нейтронах четвертого поколения в Димитровграде / ©ГНЦ НИИАР, Росатом

Строящийся в Северске реактор со свинцовым теплоносителем и с модулями переработки и рефабрикации — уникальный экспериментальный дорогостоящий проект, который позволит испытать многие новые технологии, но мощность у него будет небольшая. Главный быстрый реактор России — БН-800 на Белоярской АЭС — тоже по мощности не дотягивает до показателей тепловых реакторов (1000-1200 МВт). Зато на нем проверили сложную контурную систему и систему защиты.

Поэтому перед Росатомом стоит сразу несколько задач на ближайшие годы: оптимизировать конструкцию реакторов на быстрых нейтронах, увеличить единичную мощность и добиться оптимальной цены. Первым примером такого «серийного» быстрого реактора станет БН-1200 с натриевым теплоносителем на Белоярской АЭС. Его планируется построить и запустить к 2030 году.

Единственная страна, которая тоже собирается вводить в эксплуатацию быстрые реакторы — это Китай. К 2040 году страна планирует добиться целевой суммарной мощности 100 ГВт, то есть поддерживать в работе примерно сто реакторов. После 2040 года они будут строить лишь реакторы на быстрых нейтронах. В марте 2022 года в Китае работали 54 реактора общей мощностью 55 ГВт, с тех пор уже успели запустить еще два. Известно, что к 2025 году Китай стремится добиться показателя в 70 ГВт. С помощью Росатома они строят свой первый реактор на быстрых нейтронах.

Международное стремление к чистой возобновляемой энергетике с долгосрочным развитием уже сегодня становится реальностью в нашей атомной отрасли. Введение в масштабную эксплуатацию реакторов на быстрых нейтронах позволяет перерабатывать накопившиеся урановые хвосты, сокращает количество самых опасных радиоактивных отходов — как нашей страны, так и других стран — и экономно расходует ограниченные запасы урана, обеспечивая «обычные» реакторы подходящим топливом.

Источник: Naked Science совместно с Homo Science

Дисклеймер. По тексту есть неточности, но на общий смысл они не влияют.

Летательный аппарат «типа У-2, но без пилота» сегодня так же рекордно малоуязвим для противника, как когда-то был малоуязвим его полотняный «предок» — самый живучий боевой самолет Восточного фронта. Почему дроны-камикадзе так трудно сбить, если скорость у них всего 180 километров в час? И что случится, когда Запад (или Киев) все же скопирует иранские «мопеды»? Похоже, у традиционной ПВО будут с ними большие проблемы — даже у такой продвинутой, как российская. К счастью, есть и нетрадиционные подходы. Naked Science разобрался в деталях.

Взлет «Герани» с пусковой, замаскированной под обычный грузовик с тентом / ©Wikimedia Commons

Каналы в Telegram переполнены видео из Киева, в которых люди стреляют из автоматов в воздух, пытаясь сбить «Герани», или, что то же самое, иранские «Шахеды» (на это указывают иранские маркировки на двигателях). Только вот сбития дронов на этих кадрах не видно: стрельба идет явно впустую, видео заканчивается взрывом от попадания беспилотника-камикадзе в цель. Почему? Ведь, судя по звукам и видео, в попытках сбить эти устройства принимают участие не только люди с легким стрелковым оружием, но и 23-миллиметровые зенитные пушки, и ПЗРК, и советские С-300, доставшиеся Украине и все еще, несмотря на почтенный возраст ракет, вполне живые?

Что это вообще такое?

«Шахед-136» (он же «Герань-2») — беспилотник-бесхвостка, сделанный в основном из пластика. Металла в нем немного — в основном двигатель на 50 лошадиных сил, находящийся в хвосте. Даже толкающий винт не из него. Вся конструкция весит 200 килограммов, боевая часть — 40 килограммов. Это примерно соответствует поражающей силе тяжелого 203-миллиметрового снаряда.

На Западе ошибочно ожидали, что Иран поставит России дроны «Абабиль-3», а американская разведка говорила о «Шахед-129» (на фото). Если бы они были правы, поставки были бы крайне малоэффективны: настолько крупные машины Украине было бы намного легче сбивать, а их боевая нагрузка в десятки раз меньше, чем у «Шахедов-136». Это кажется странным, потому что на вид «Шахед-129» выглядит более продвинуто, но на деле ничего странного нет: дрон-камикадзе может себе позволить опасные для многоразовых дронов полеты на очень малой высоте, да и боевой нагрузки берет куда больше. Ведь ему не нужны ни шасси, ни высокая скорость, требующая мощного двигателя/ ©Wikimedia Commons

Как это часто бывает с новым эффективным оружием, ему приписывают многое из того, чего оно, на самом деле, не может. Вопреки тому, что говорит в этом видео советник главы МВД Украины Антон Геращенко, дроны не применяются по жилым домам: скорее всего, украинская сторона путает результаты попаданий «Гераней» с результатами пуска ракет своих средств ПВО по этим самым «Гераням».

Вообще-то, советские конструкторы систем украинской ПВО, конечно, предусмотрели в своих ракетах самоликвидатор, чтобы в случае промаха они взрывались высоко в воздухе и не были угрозой для прикрываемых ими войск или гражданского населения. Но сейчас, чтобы обойти бортовую систему радиоэлектронной борьбы российских ракет Х-101, эти самоликвидаторы выкрутили. Обойти ее так все равно не получается, зато теперь не попавшая в цель украинская ракета ПВО падает на землю — и взрывается.

Предполагаемое использование бортовой РЭБ российской ракеты Х-101 привело к самоподрыву украинской ракеты С-300 непосредственно перед пролетом Х-101/ © YouTube

Поскольку боевая часть у ракеты С-300 — до 130 килограммов, то есть в несколько раз больше, чем у «Шахеда», отличить ее попадание от попадания «Герани» (на видео заметно, что та не обрушивает дома) можно. Если дом в значительной степени обрушен, значит, это не попадание беспилотника (40 килограммов просто не хватит для обрушения значительной части многоквартирного дома), а именно ракеты ПВО.

А вот попадание российской крылатой ракеты (КР) от украинской ракеты ПВО отличить можно по обратному эффекту. Если обрушена пара-тройка подъездов, значит, это не КР: у тех боевая часть втрое мощнее, чем у С-300 ВСУ. Часто на один иранский БЛА украинские войска выпускают сразу много ракет ПВО. В итоге часть из них попадет в жилой фонд, где может, увы, убить гражданское население.

С российской стороны фронта живуч другой миф. Некоторые участники боевых действий ожидают, что «Герани» скоро будут вести эффективную борьбу с украинской артиллерией, ПВО, а также маршевыми колоннами противника и машинами в прифронтовой полосе. Этого (по крайней мере, в ожидаемом объеме) точно не случится.

Залповый пуск «Шахед-136». В отличие от российских военных, иранцы считают, что эффективнее всего использовать их роями: при таком подходе ПВО противника легко перегружается целями. Обратите внимание, насколько пусковая установка похожа на самую обычную фуру с тентом/ ©YouTube

Причина состоит в том же, почему этим не могут заниматься и снаряды «Хаймарсов»: они просто для этого не предназначены. Почти все «управляемые боеприпасы» нашего времени не очень-то управляются в полете. Они летят по координатам, которые в них заложили. Иранские ли дроны, американские ли GMLRS от «Хаймарсов» — схемы их действий в целом похожи. В боеприпасе стоит миниатюрная система инерциальной навигации плюс блок навигации спутниковой. Сравнивая показатели их обеих, боеприпас и выходит на цель.

Значит, атаковать им можно только неподвижный объект. Тот, который никуда не убежит за время, которое дрон (или снаряд) проведет в полете к нему. Следовательно, колонны на марше для «Гераней» и «Хаймарсов» (пока те используют управляемые снаряды) недоступны: когда боеприпас прилетит, колонна будет уже в другой точке.

В Киеве полицейские пытаются сбивать «Герани» из автоматов. Внимательный анализ показывает, что подавляющее большинство дронов-камикадзе достигают целей, несмотря на подобные меры. Пока ни одного видео сбития их из стрелкового оружия (или ракетой с радионаведением) не зафиксировано / © Украина.ру

Аналогично недоступны для нее и танки на поле боя, и даже пехота в окопах. Потому что угадать, где именно в окопе длиной в сотни метров будет боец противника, невозможно. А ударить по каждому 20-метровому «излому» (прямому отрезку) окопа управляемым боеприпасам технически не то чтобы реально.

Конечно, между «Геранями» и другими высокоточными боеприпасами есть и различия. У иранцев система инерциальной навигации, предположительно, менее точная, чем у более дорогих систем типа российских крылатых ракет, тоже бьющих «по координатам». Это и не удивительно: «иранец» стоит считаные десятки тысяч долларов. Даже одна высокоточная ракета «Хаймарса» обходится в 160 тысяч долларов, то есть один залп такой установки стоит около миллиона долларов. Российские крылатые ракеты тоже не только много мощнее, но и дороже одного такого снаряда.

Типичный продукт мифов военного времени о возможностях того или иного оружия: их либо невероятно преувеличивают, либо, по незнанию, сильно преуменьшают. Например, вот это представляют как результат недавнего попадания российского боеприпаса по детской площадке в Киеве. Однако «Шахед», с боевой частью на 40 килограммов, не может дать воронку в рост человека глубиной. А российская крылатая ракета, используемая на Украине, имеет боевую часть от 400 килограммов и выше. От ее попадания остается воронка глубиной больше двух ростов взрослого мужчины — то есть глубже, чем то, что мы видим на снимке. Единственный претендент на этот результат — украинская ракета ПВО, с боевой частью до 130 килограммов/ ©Wikimedia Commons

Чтобы компенсировать проблемы с более дешевой «инерциалкой», иранский дрон, по некоторым данным, использует систему корректировки на конечном участке траектории. Но эта система подходит именно для того, чтобы сравнить «образ» заранее заданной цели с тем, что находится перед «Шахедом». Впрочем, подобные вещи технически очень сложны, поэтому далеко не факт, что подобная корректировка у этого дрона работает хорошо.

Поискам цели на поле боя такая система не помогает, поскольку для этого нужен интеллект. А сильным ИИ человечество пока не располагает, и как его создать, никто не знает. Именно поэтому автономный (без человека-оператора) поиск цели дроном на практике почти всегда неэффективен.

Если «Шахед» такой простой и дешевый, почему его так трудно сбить?

Описанное оружие в смысле концепции выглядит очень знакомо. Да это же «Фау-1»! Ну или, если угодно, его американский предшественник времен Первой мировой. Простейший самолет-снаряд, очень дешевый. Напомним: «Фау-1» стоил 3500 рейхсмарок, а «Фау-2» — 120 тысяч рейхсмарок.

Однако «Фау-1» легко и просто сбивались противником: английские зенитки и ПВО перехватили большинство снарядов, долетевших до Англии. Сейчас же, как видно из украинских видеороликов, этого не происходит. У ПЗРК, например, всего один случай, а у крупных зенитно-ракетных комплексов пока вообще ни одного (по крайней мере, на видео).

Допустим, такие сбития были, но не попали в кадр. Но тогда были бы видео с лежащим на земле «Шахедом», изрешеченным осколками от зенитной ракеты, но с невзорвавшейся боевой частью. Таких роликов нет, а значит, и таких сбитий очень мало, если вообще не случается.

Это кажется очень странным: «Байрактары», которые Украина в начале СВО пыталась использовать как ударные беспилотники, массово сбивались российскими ПВО и в связи с этим уже какое-то время снова используются только в разведке (чтобы не нести потери, подставляясь под российские ракеты над самой линией фронта). «Шахеды» что, заговоренные?

Многие видео стрельб по «Шахедам» вообще сделаны в светлое время суток. Возникает вопрос: зачем «Шахедов» запускают днем, почему не ночью, когда их не видно? Да, вести объективный контроль попаданий по назначаемым целям в светлое время суток легче, чем ночью. Но совершенно очевидно, что на эту легкость никто не обращал бы внимания, если бы дневные налеты «Гераней» вели к их заметным потерям от ПВО. И опять получается, что потери эти относительно невелики.

Власти Украины вынуждены призывать людей не пытаться сбивать иранские дроны из стрелкового оружия, поскольку шансов попасть по дрону практически нет, а шансов попасть при этом по своим более чем достаточно/ ©pressorg24.com/

Но ведь «Фау-1» сбивали, несмотря на скорость 650-800 километров в час, а «Шахеды» летят со скоростью всего 180 километров в час.

Чтобы понять причину, нам нужно обратить внимание на функционального предка «Герани» — У-2. Этот самолет летал еще медленнее, со скоростью до 110-140 километров в час. Как и «Герань», брони он не нес, потолок показывал не впечатляющий, а ударную нагрузку (бомбовый запас) имел умеренную — до 150 килограммов. У них даже моторы похожи: не очень сильные ДВС воздушного охлаждения. При всем этом ночной бомбардировщик У-2 на Восточном фронте делал в среднем по 700 вылетов до одной боевой потери. То есть был самой живучей машиной войны.

Даже советские скоростные, высотные и дальние ночные бомбардировщики (типа Ил-4 или «Бостонов») делали чуть меньше вылетов до потери. И это удивительно, ведь У-2 летел на высоте 400-1200 метров, а не два километра и выше, как советские дальние ночные бомбовозы.

Кроме того, у немцев были неплохие ночные истребители и зенитки. За счет их работы больше всех в летном составе во Вторую мировую потеряли британские ВВС (55 тысяч убитыми, вдвое больше ВВС РККА), хотя летали, как и У-2, ночью.

Если вернуться к Восточному фронту, выясняется: ночной ближний бомбардировщик Р-5 жил вдвое меньше, чем У-2. Хотя был намного более скоростным, высотным и дальним.

Живучесть У-2 не может быть объяснена его ночным применением. Британские тяжелые бомбардировщики тоже воевали ночью, но имели живучесть всего в 40-50 боевых вылетов. Все потому, что немцы с помощью радаров наводили на их формации зенитную артиллерию. да и скорости крупных ночных бомбардировщиков позволяли истребителям атаковать их без крайнего риска / ©Wikimedia Commons

Тут-то и кроется ответ на наш вопрос. Живучесть «небесного тихохода» была обусловлена именно его тихоходностью. Истребители немцев не могли эффективно перехватывать такого противника: его скорость была близкой к той, при которой немецкие самолеты просто падали. Малая скорость позволяла У-2 иметь огромное крыло, не дававшее ему упасть даже на сотне километров в час, а вот Ме-109 и Ме-110 так летать уже не могли.

Один немецкий летчик в 1943 году попробовал это сделать и сбил несколько У-2. Вот только быстро — уже в сентябре того же года — погиб. Оказалось, сбивать на скоростной машине настолько медленные самолеты — игра со смертью, причем такая, в которой долго не повыигрываешь.

Распространяемое на Украине фото летчика, потерявшего МиГ-29 при попытке сбить «Шахед»/ ©pressorg24.com/

Похожая история — с «Шахедами». Согласно официальным украинским данным, ВСУ уже потеряли один МиГ-29: самолет упал, столкнувшись с обломками «Герани», которую он пытался сбить. Излишне говорить, что истребитель такого типа стоит на два порядка больше, чем дрон-камикадзе. То есть использовать его для таких задач — играть на руку противнику.

Кажется, что «Герани» могли бы сбивать зенитные ракеты ПВО. Тем более у Украины их много: намного больше, чем у любого европейского государства НАТО. Но на деле это крайне сложно. Объект 3,2 на 2,5 метра, сделанный в основном из пластиков, хорошо поглощает радиоволны. Из металлических деталей там только небольшой двигатель. То есть по радиозаметности такой дрон сопоставим с большой птицей. Это никак не «Байрактар» с его куда более массивным (и заметным в радиодиапазоне) мотором на 100 лошадиных сил и вчетверо большими линейными размерами самой машины.

Йозеф Коциок, немецкий летчик, пытавшийся сбивать У-2. В августе 1943 года он оборвал жизнь четырех девушек из 46-го Гвардейского авиаполка, летавших на У-2 (то есть сбил два самолета). Кончилось это для него плохо: он погиб при столкновении со своей жертвой в сентябре 1943 года/ ©Wikimedia Commons

Что еще хуже, он летит к цели на высоте несколько десятков метров, как крылатая ракета (скажем, «Томагавк»). Это значит, что радар ПВО может заметить его только в считаных километрах от себя: дальше кривизна Земли не позволяет. Но уставить всю Украину радарами через несколько километров ВСУ не могут чисто технически. И даже если это сделать, что дальше? Зенитная ракета, выпущенная по такой цели, в любой момент может потерять ее. Уж слишком та мала и слишком мало в ней металла.

Системы радиоэлектронной борьбы в случае автономного беспилотника, летящего «по координатам», тоже явно не станут «серебряной пулей». Даже если радиосвязи вовсе не будет, «Герань» все равно найдет цель.

Идея дрона-камикадзе одной из первых возникла именно в кинематографе — вот в этой картине 1909 года Der Luftkrieg Der Zukunft («Воздушная война будущего»). Обращает на себя внимание общее сходство аппарата с «Шахед-129» (пока не поставлялся в Россию) или российским «Орионом»: крупный нос, неметаллические материалы и даже толкающий винт сзади машины/ ©Wikimedia Commons

Поражать «Шахеды» эффективно могли бы комплексы типа «Панцирь», со скорострельными зенитными пушками. Но чтобы сделать это, нужно иметь систему дистанционного подрыва снарядов у цели. Ибо сам дрон слишком мал, чтобы его можно было гарантированно поразить прямым попаданием с дистанции в километры. На сегодня серийных зенитных самоходок с дистанционным подрывом снарядов практически нет ни в странах Запада, ни у России.

Но даже «Панцирь» дальше четырех километров «Шахед» не собьет. То есть на подходах к городам дроны отсечь не получится (нужного объема зенитных самоходок и у всего НАТО нет). А в самих городах их застройка мешает поражать снарядами беспилотники.

«Укроборонпром» заявил, что создаст свою «Герань». Как Россия будет обороняться от нее?

С одной стороны, может показаться, что такое заявление украинской стороны — некоторое преувеличение. Украинская промышленность не может производить инерциальные системы навигации. С Запада их тоже получить сложно: там сейчас их дефицит даже для «Хаймарсов», да и сомнительно, чтобы США отправили на Украину системы для экспериментальных БЛА, у которых еще и неизвестно какая эффективность будет.

С другой стороны, к тезисам «Украоборонпрома» надо отнестись серьезно. Ведь для создания аналога «Герани» не обязательно нужна «инерциалка». Просто без нее не удастся попадать в какие-то конкретные объекты, типа подстанции, ТЭС или склад боеприпасов. Но для того, чтобы попасть в город (в любое его место, пусть и в жилую застройку), вполне хватит даже точности тех импортных систем навигации, которые на данный момент доступны Украине.

Пока ВСУ доступны в основном вот такие польские поделия, с весьма ограниченной дальность и мощностью/ ©Wikimedia Commons

Смогут ли российские средства ПВО перехватить такие аппараты? Да, но это будет очень сложно. Весенние налеты вертолетов ВСУ на Белгород и жилые дома в Брянской области показывают, что даже для лучших в мире систем ПВО низколетящая цель остается сложнейшей. Чем медленнее аппарат, тем ниже он может лететь без опаски, а чем ниже он летит, тем сложнее его сбить.

Можно попробовать поставить на каждом холме по «Тору» или «Панцирю» и пытаться сбивать все ими. Только вот линия фронта сейчас куда больше тысячи километров. Поставить сотни зенитных установок на ней можно, но для этого придется сильно ослабить ПВО на остальной части российских границ. Поскольку бывшие натовские военные уже открыто заявляют, что альянс может нанести по России удар крылатыми ракетами, это был бы не самый безопасный вариант.

Другая проблема: у «Тора» всего 16 ракет. Что, если противник двинет по одному маршрут сразу 20 дронов-камикадзе, благо это будет стоить как пара снарядов «Хаймарсов»? Чем сбивать последние четыре? С военно-технической точки зрения такие беспилотники логично копить группами от ста и выше (благо даже сотня их стоит как несколько крылатых ракет), и тогда такую орду вообще нечем будет останавливать.

Обломки, подобранные в Саудовской Аравии на месте удара по Абкайку. Этот НПЗ был атакован исключительно дронами «Шахед-131» (ближайший к репортерам набор обломков показывает его общий внешний вид), младшим братом «Шахеда-136». При той же аэродинамической схеме «Шахед-131» несет боевую часть всего в 15 килограмм/ ©Wikimedia Commons

Тут лучше справились бы системы, имеющие еще и пушку, типа «Панциря»: снарядов у них много больше, чем ракет у «Тора». Еще в прошлом году на госиспытанияснаряды для 30-миллиметровых пушек с дистанционным подрывом. Ими, как мы уже отмечали, можно поражать дроны-камикадзе на дистанции до четырех километров. Но реально ли поставить по одной машине на каждые шесть-восемь километров угрожаемого направления, и не помешают ли им работать холмы, берега рек, деревья, блокирующие прямую видимость для электромагнитных волн?

Нетрадиционные решения

Есть пара решений, которые уже предлагали (разработчики «Бумеранга» и «Ланцета»), но до сих пор не применяли против подобных дронов на практике.

Первое из них — мина. Противовертолетные мины типа «Бумеранг» по звуку и теплу могут находить летательные аппараты противника и выстреливать в них «ударное ядро», летящее со скоростями до 2,5 километра в секунду. Хотя это решение было разработано против вертолетов, но можно заменить ударное ядро на осколочно-фугасный боеприпас с радиовзрывателем, и тогда его можно будет вполне эффективно использовать и против «геранеподобных» аппаратов.

«Бумеранг» можно устанавливать как с земли, так и с воздуха (авиационный вариант имеет больше пластин-опор)/ ©Wikimedia Commons

Однако на сегодня «Бумерангов» у армии мало, поскольку военные не особенно стремились их массово закупать. Вертолеты противника, как считалось, смогут удержать и ПВО, а над массовыми налетами дронов-камикадзе Минобороны вряд ли особо задумывалось. Теперь самое время исправить это упущение, тем более что аналогичные системы вполне могут пригодиться и против крылатых ракет НАТО. Дальность полета ударного ядра у «Бумеранга» — 150 метров, то есть трех-четырех тысяч таких мин хватит, чтобы прикрыть фронт в тысячу километров.

У этого подхода есть и явные минусы. Надежно так можно прикрыть только относительно компактные объекты (скажем, города), утыкав подходы к ним «Бумерангами» в несколько слоев. На длинном фронте мина собьет только первый беспилотник из группы, а остальные пройдут тем же коридором (идя по одинаковому, заранее заданному маршруту) без проблем.

Поэтому напрашивается второе решение: выбрать подвижные, «воздушные мины». Ими могут быть как барражирующие боеприпасы типа «Ланцета», которые уже предлагали использовать и для перехватов дронов противника, так и совсем другие машины.

Самый очевидный вариант — своего рода барражирующий дрон-истребитель. «Ланцет» не очень скоростной: он сможет подорвать только ту условную «Герань», что летит прямо на него. Лучше иметь что-то, что прикроет и пространство вокруг себя. Такой БЛА-истребитель при скоростях в несколько сот километров в час сможет нести ракету от ПЗРК (или специальную легкую противодроновую ракету), запускаемую в сторону дрона-камикадзе.

«Ланцет», несмотря на боевую часть массой с легкую артмину, очень серьезное оружие. Как можно заметить на видео, пуск ПЗРК не перехватывает его (дрон с электродвигателем очень мал и излучает в ИК-диапазоне крайне слабо), зато детонация С-300 ВСУ вполне удается беспилотнику. Но то, что хорошо по тихоходным наземным целям, может быть не так эффективно против целей воздушных: догнать «Шахед-136» «Ланцет» может разве что в недолгом пикировании / ©YouTube/РИА Новости

Проблемы этого подхода тоже очевидны. На сегодня таких дронов нет, их нужно специально создавать и испытывать. Кроме того, обычные дроны уже существующих конструкций в качестве перехватчиков не годятся, поскольку их скорость будет примерно как у дронов-целей. А чтобы оперативно действовать такими «воздушными минами» на направлении движения роя дронов противника, БЛА-перехватчикам нужна намного более высокая скорость прибытия в тот или иной район.

Тут, по всей видимости, не обойтись без специальных систем мгновенного развертывания «воздушных мин». Например, пусковой «Смерча», запускающей ракеты с беспилотниками-перехватчиками внутри. Что-то подобное для них уже сделали еще в советское время — снаряды с самоприцеливающимися боевыми поражающими элементами (СПБЭ). В наши дни каждый снаряд «Смерча» может нести несколько дронов-истребителей, которые благодаря огромной скорости реактивного снаряда-доставщика смогут преодолеть расстояние до 120 километров за две-три минуты.

Достаточно взглянуть на типичный российский крупный беспилотник, чтобы понять, почему «Шахед-136» при всей его простоте приходится возить из Ирана. Российские генералы от авиации предпочитают большие, внушительные дроны, так напоминающие им обычные ударные самолеты. Разумеется, такие системы (в несколько раз больше и тяжелее «Гераней») выходят слишком радиозаметными и поэтому свободно применять их на театре с сильным ПВО нереально/ ©Wikimedia Commons

В таком сценарии одна батарея «Смерчей» сможет перекрыть движения роям чужих «Гераней» на фронте в 240 километров. Ведь что влево, что вправо по фронту батарея сможет отправить многие десятки дронов-перехватчиков. «Антидроновая ПВО» из 10-20 таких батарей особо большой дальности позволит армии разумными (небольшими) средствами защитить от роев-камикадзе даже фронт в тысячи километров.

У подобных систем активного «воздушного минирования» тоже есть минус. Их пока еще никто и не подумал начать проектировать, а «Шахед» — вот он, уже здесь. Завтра мы можем увидеть и его украинские копии.

Если Россия не займется созданием систем «дронов-истребителей» прямо сейчас, то к моменту расцвета «Гераней» чужих разработчиков она рискует остаться без гербицидов.

Источник

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем ещё и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

Такой создатели видят будущую «Зеркальную линию», причем строительство в этом районе уже началось / ©NEOM

Гонка самых больших зданий

Арабский мир — как и весь Ближний Восток — не вчера начал поднимать престиж своих правителей самыми большими или самыми причудливыми стройками. Пирамида Хеопса, Висячие сады Семирамиды и даже Вавилонская башня (впрочем, всего 91 метр высотой) — список довольно внушительный. Классическое объяснение таким мегапроектам что в древности, что сейчас одинаково: они выражают силу правителя, впечатляют его современников и создают сильное культурное влияние, длящееся веками и тысячелетиями.

Помимо этих привычных мотивов, у саудовского принца Мухаммеда бин Салмана есть новые, остро модные — углеродная нейтральность. Не секрет, что Саудовская Аравия имеет большие проблемы с энергоэффективностью. Но дело не только в том, что большой «углеродный след» — это немодно.

Западный мир активно обсуждает, что товары из таких «углеродных» стран надо бы при ввозе облагать большим налогом. Заставить «неуглеродонейтральные» народы платить за неправедную жизнь. В принципе, ничего нового: репрессии против мусульман и евреев в Испании времён Торквемады уже включали в себя отчуждение прибавочной стоимости в обмен на несоответствие тогдашним моральным стандартам западного мира. Так что речь идёт о вполне реальной перспективе.

Саудовская структура энергогенерации просто мегаархична. Это было оправдано в эпоху, когда отходы нефтепереработки было проще сжечь, чем выбросить. Но мы давно живём во время, когда даже отходы НПЗ можно использовать с прибылью / © NEOM

Но есть и ещё одна: Королевство Саудовская Аравия тратит 85 тысяч киловатт-часов энергии всех видов на душу населения, что близко к мировому рекорду. Это в четыре раза выше среднемирового и на десятки процентов больше, чем в США и тем более России. Причем более 60% саудовского потребления — архидорогая сегодня нефть. Газ даёт менее 30%, полного замещения им нефти нет и близко.

От нефти в балансе хорошо бы избавиться, потому что, отправив ее на экспорт, можно заработать куда больше, чем получают саудовцы сейчас, сжигая ее на ТЭС. Вообще, нефтяные ТЭС в наши дни — привычка очень богатых людей, поскольку такая энергия крайне дорога. А благодаря непредсказуемым действиям ЕС теперь вдобавок неясно: есть ли смысл переходить на газ? Да, до 2020-х он давал электричество в разы дешевле. Но теперь вне России и США газ стоит столько, что выгода не так велика.

Саудовский принц хочет заработать. Для этого его стране объективно надо переходить на какие-то энергетические решения, не опирающиеся на нефть и не зависящие от настолько непредсказуемого игрока, как западные правители.

И тут у проекта «Неом» и входящего в него здания-города «Зеркальная линия», в общем-то, все хорошо.

Энергоэффективная утопия

На первый взгляд, выбор высокого здания для экономии энергии выглядит… странновато. Учёные давно выяснили, что здания в 20 этажей и выше потребляют много больше электричества и газа на квадратный метр, чем те, что ниже шести этажей (здравствуй, Москва).

Но тут нужно учитывать нюансы. Чем дальше от поверхности земли, тем ниже температура воздуха и выше скорость ветра — то есть тем больше надо нагревать здание. Саудовская Аравия, даже ее север, — довольно теплая часть Земли. Там здания нагревать надо не очень часто, а вот более низкая температура и ветер снаружи — явный плюс.

Основная часть затрат на охлаждение и отопление зданий в Саудовской Аравии зависит от способности получать либо отдавать (зимой там бывает относительно прохладно) тепло через стены.

Мегаздание «Зеркальная линия» имеет ширину 200 метров, высоту 500 и длину 170 тысяч метров. Получается, тепло через боковые стены не придет (они слишком далеко) — то есть затраты на кондиционирование сразу становятся намного меньше, чем в типичных небоскрёбах в такой местности.

Более серьезный солнечный нагрев от высотности (и большие окна) могли бы испортить все дело, но здание не просто так получило свое название: внешние стены будут иметь отражающий почти все видимое излучение слой.

Примерно треть своей энергии человечество тратит на перемещения — или транспорт. Город «Зеркальная линия» на берегу Красного моря продуман как раз так, чтобы свести к минимуму подобные траты. До воды рукой подать: между тем именно водный транспорт самый экономичный, он требует всего грамм топлива на перевозку тонны груза на километр.

Внутри «Зеркальной линии» все перевозится по железной дороге. И тут выбор самый эффективный из всех возможных: на суше именно она тратит меньше всего энергии, около 10 граммов топлива на тонно-километр груза. Это логично, потому что трение колес о рельсы минимально: и те, и те — гладкие. Пассажиров будут возить сверхбыстрые поезда — со скоростью в 512 километров в час. Линии железных дорог пройдут под землёй, то есть фактически речь идёт и о крупнейшем метро в истории.

Обложка The Economist, посвященная саудовскому принцу, наглядно показывает: каким бы ни было новое здание, претензии к нему на Западе вызваны вовсе не особенностями его технических и архитектурных решений / ©The Economist

тонно-километр, в идеальном городе покончили: они не предусмотрены проектом (по крайней мере, для использования внутри города). И грузы, и пассажиры перемещают только железнодорожные линии — ну и, конечно, лифты.

Без них никуда: город шириной всего в 200 метров, но высотой в полкилометра. То есть это серьезный небоскреб — почти Останкинская башня, — а не просто самое длинное здание мира. В то же время это высота уже вполне освоена строителями технологически: подобное здание можно выстроить какой угодно длины и ширины.

Конечно, западные зелёные сразу заявили, что такое здание перекроет пути мигрирующих птиц, но, откровенно говоря, они поспешили. Во-первых, не так много видов перелетных птиц летают ниже полукилометра и не умеют подниматься выше, чтобы облетать препятствия. Собственно, оно неудивительно: в той самой части Саудовской Аравии, где планируют строить здание, лежит горная гряда, включающая высочайшие горы этой страны, до 2,4 километра. Если бы птицы не умели перелетать всего лишь полукилометровые препятствия, они бы давным-давно перестали посещать эти места.

Вид на мегаздание со стороны / © NEOM

Неприятные ощущения западных СМИ и зелёных порождены не какими-то объективными недостатками проекта, а в основном личностью самого Мухаммеда бин Салмана. Принц мало того, что отдал приказ убить в другой стране журналиста Джамаля Хашукджи, нелицеприятно писавшего о Саудовской Аравии: он осмелился напоминать США, которые последние месяцы упрашивают саудитов добывать больше нефти, что они не та страна, которая могла бы кому-то читать мораль.

Исходящие от такого человека инициативы на Западе практически в любом случае воспримут в штыки. С таким же успехом вы могли бы ждать панегириков Гитлеру за то, что он первым из правителей западного мира, опираясь на передовые научные достижения своей эпохи, начал и эффективно вел борьбу с курением (а это так и есть).

Что говорит более ранний опыт проектирования гигантских зданий

В СССР в XX веке жил талантливый архитектор Николай Никитин. В 1930-е он проектировал башню мегаветряка в Крыму, а позднее — Останкинскую телебашню в 540 метров высотой. Под впечатлением от таких проектов японская компания заказала его архитектурному бюро в 1966 году проект самого высокого небоскреба в мире — четырехкилометровой башни Никитина.

Проект был во всех смыслах проработан, обеспечивая устойчивость мегаздания даже в условиях сейсмичности Японии. Системы вентиляции и все остальное вполне позволяли эксплуатировать небоскреб как жилое здание с населением в полмиллиона человек.

Тут и начались трудности. Японская сторона думала, что это будет некая «тростиночка» типа Останкинской телебашни, отчего не придется ломать голову, как набрать для нее население. Тут — развлекательный комплекс, здесь — условный ресторан «На высоте». И готово, наполнение найдено.

Примерно так башня Никитина вписалась бы в облик этого японского города, если бы ее все-таки решили построить / © Wikimedia Commons

Но, как показали расчеты Никитина, устойчивое здание такой высоты в японских условиях (впрочем, не только там) должно иметь диаметр основания в 0,8 километра. Проще говоря, иметь огромный внутренний объем. Найти полмиллиона желающих жить на таких высотах — непростая задача. Японский заказчик сначала захотел «урезать осетра» до километра в высоту, а потом до 0,55 километра в высоту — но это делало проект уже повторением пройденного, типа аналогичной по высотности Останкинской башни.

Почему трудно найти людей, готовых жить в мегазданиях

Мы редко над этим задумываемся, но условия, в которых живет современный цивилизованный человек, для него довольно неестественны. Например, минимальная смертность у людей наступает, когда они занимаются спортом от 150 (а то и 300) минут в неделю.

Сорок тысяч лет назад это было элементарно: как и бушмены XX века, наши предки в плюс 42 охотились на африканских антилоп, загоняя их насмерть. Через несколько десятков километров животное не могло бежать, после чего человек подходил к нему и убивал копьем. Вот и «спортивная норма», нехватка которой так сокращает жизнь современного человека.

Предполагаемый вид мегаздания с большой высоты / ©NEOM

Излишне говорить, что сегодня нужные нагрузки не получает почти никто. Если вы скажете врачу, что планируете долгий забег при как минимум плюс 30 градусах, он, скорее всего, начнет нервничать (автор проверял). Из-за всего этого наши кости менее прочны, менее плотны, а мышечный рельеф скелета на фоне предков выглядит, мягко говоря, невпечатляюще. Женщина из палеолита в этом смысле смотрится лучше современных мужчин.

Примерно так же обстоит дело с другими сторонами нашей жизни: мы не адаптированы к тому, как живём. Да, нас заселили в цивилизацию, но из нас забыли выселить беспокойного саванно-джунглевого охотника-собирателя.

Исследователи более полувека назад установили: высотные здания плохо воздействуют на психическое равновесие человека.Соответствующая статья в рецензируемом научном журнале так и заключает:

«Мы не должны слепо строить эти вертикальные гробы, несущие преждевременную смерть нашей цивилизации».

Важно отметить, что это исследование провели ещё до того, как мода на жизнь в высотках на Западе прошла, когда там ещё не было повышенной концентрации более бедных и менее благополучных слоев населения. (Впрочем, в более поздних работах выводы не лучше).

Но и сама эта концентрация интересна. Обратим внимание: как только людям предоставляется возможность свободного выбора, где покупать недвижимость — в высотных домах или малоэтажных пригородах, — тут же оказывается, что первый выбор делают в основном бедные, а второй — в основном обеспеченные. Человек не тяготеет к жизни в высотных зданиях и в большинстве случаев даже не отдает себе отчёт почему.

Видеть из окна небоскреб или работать в одном из них — согласно опросам, позитив для большинства лондонцев (видимо, такие здания ассоциируются с престижем). Но вот жить там они почему-то не особо хотят / © Wikimedia Commons

До 1950-х массовое загородное жилье в Северной Америке не доминировало — для него не было нормального регулирования, а качество работы множества мелких застройщиков хромало (как в России сегодня). Но как только североамериканские государства внедрили жёсткие нормы госрегулирования, население буквально хлынуло за город. В Европе, правда, это доступно в основном лишь наиболее обеспеченным — в том числе из-за зарегулированности выдачи участков вне города. Несмотря на это, жить в высотных зданиях, согласно опросам, не хотят и там.

Общая картина вполне ясна: со времён Древнего Рима в высотных зданиях в норме живут те, кто просто не может позволить себе малоэтажное. Именно поэтому найти пять миллионов жителей для «Зеркальной линии» будет очень сложно. Даже невзирая на ее очевидную «зелёность».

Экономический аспект.

При всем понимании желания саудовских принцев сэкономить, срезав потребление нефти, этот аспект «зеркального» мегаздания вызывает большие сомнения. Допустим даже, что зеркальный слой внешнего ограждения снимет проблемы кондиционирования. Все равно остаётся вопрос: с чего разработчики проекта вообще решили, что смогут обеспечить его «на сто процентов возобновляемой энергией»?

Как уже писал Naked Science, наука на сегодня не показывает возможности организации крупных энергосистем на солнечной и ветровой энергии нигде в мире. Точнее, показывает, но только если 10-20% времени энергии не будет вообще. Никакие батареи этот вопрос пока не решают, поскольку нужный объем батарей стоит столько, сколько не может позволить себе никакая экономика мира.

Судя по некоторым рендерам, в ряде мест город будет ущельем между двух зеркальных стен. Правда, возникают вопросы: как при ширине 200 метров и высоте 500 метров эти стены будут стоять? И не слишком ли дорого встанет создание настолько тонких и жестоких конструкций? / ©NEOM

Единственное, что может закрыть эти провалы в солнечно-ветровой генерации, — ТЭС. Именно поэтому немецкие энергетики прямо говорят: нам нужно строить больше газовых ТЭС, ибо других способов обеспечить устойчивое энергоснабжение нет.

Конечно, это не значит, что на планете нет неуглеродных источников энергии нужной мощности. Уже добытый и складированный в одной только России уран способен обеспечить все человечество на тысячи лет вперёд. Только вот для этого нужны совсем другие электростанции — не ветряки и фотоэлементы. Нужно заметить: в Саудовской Аравии подобный переход не планируется, под возобновляемой энергией там имеют в виду именно СЭС и ТЭС.

Можно ли снабдить новое мегаздание одной возобновляемой энергией — например, с помощью такой гелио-ТЭС? В теории это возможно: солнечные лучи от зеркал нагревают расплав солей в центральной башни до сотен градусов, что позволяет паровой турбине крутиться от накопленного тепла по несколько часов. Вот только зимой даже на севере Саудовской Аравии сумма солнечного излучения может быть на десятки процентов ниже, чем летом / © Wikimedia Commons

Поэтому можно уверенно говорить: никаких «100 процентов возобновляемой энергии» в «Зеркальной линии» не будет. И если бы саудовские власти читали Nature, где объясняется, почему СЭС и ВЭС не дадут стабильного энергоснабжения даже при межконтинентальных перебросах солнечно-ветровой энергии, то сами бы это знали.

А как же концентрированная солнечная энергия, которую для NEOM предлагает вот эта научная работа? Такие станции с помощью поля зеркал нагревают центральную башню с солью, та греет воду, чей пар крутит турбину паросиловой ТЭС. Фактически перед нами и есть ТЭС, только теперь гелиотермальная.

Изменчивость солнечного излучения по месяцам для северного Египта, на широте «Зеркальной линии». По вертикали — мегаджоули солнечной энергии на квадратный метр, месячные суммы. По горизонтали — годы. Разрыв между зимней и летней солнечной генерацией тут может достигать трёх раз / © M.L.Eladawy et ak.

Что ж, такая электростанция действительно может нормально обеспечивать город энергией. Но при одном условии: если ее мощность будет избыточной. Такой, чтобы она справлялась с обеспечением города даже зимой, когда инсоляция будет минимальной (это север Саудовской Аравии: зимний день короче, зимой солнце ниже над горизонтом).

В этом случае летние излишки энергии придется куда-то экспортировать. Да, город будет на 100% на солнечной энергии, но только за счёт того, что в незимние дни где-то придется выключать другую электростанцию, чтобы принять энергию из окрестностей «Зеркальной линии». В таком случае перед нами будет решение из серии «формально все верно, но по существу — издевательство».

Игнорируя природу?

Чтобы лучше понять мотивы разработчиков проекта, можно просмотреть это видео:

Итак, «человечество слишком долго жило в нефункциональных и загрязнённых городах, которые игнорируют природу». А теперь, значит, мы старый мир отряхнём с ног и заживём по-новому. Авторы видео так и говорят: «Теперь в нашей цивилизации происходит революция» — имея в виду свой проект.

Суть любой утопии проста: некие интеллектуалы раздражены жизнью вокруг них и жаждут ее «упорядочить и улучшить». Как правило, такие люди довольно специализированы в своем образовании — например, это урбанисты, активисты по борьбе с загрязнениями либо кто-то ещё.

Крайне редко они задумываются: а почему так вообще получилось, что люди живут в «нефункциональных и загрязнённых» городах? Не таких, как «Зеркальная линия», где место работы и торгово-развлекательные центры рядом с домом. А где на работу надо ехать полчаса на машине — и хорошо, если на ней. Потому что если на общественном транспорте времён, например, Лужкова (или в сегодняшнем парижском метро), то стояние в пробке минут десять покажется раем.

Если бы интеллектуалы, смело рисующие города будущего, над всем этим задумались, быстро пришло бы понимание: наши города сложились так потому, что основой современной цивилизации остаётся промышленное производство.

Но НПЗ, сталелитейный или автозавод, равно как «Гигафабрику», нельзя поставить в каждом микрорайоне. Есть технико-экономические причины, по которым они будут неэффективны, если станут меньше определенных размеров.

OXAGON, индустриальный комплекс близ нового города. Как планируется доставлять туда людей? Множество параллельных железных дорог под землёй, которые будут стоить миллиарды долларов? Или одна, идущая вдоль всего города и обеспечивающая ему периодические «пробки» в стиле станции метро «Выхино» образца 2007 года? / © NEOM

Возьмём ту же «Зеркальную линию». В Саудовской Аравии живут 34 миллиона человек. Допустим, мы поселили пять миллионов в мегаздании, а чем они там будут заниматься и на что жить? Промышленность в таком городе не разместить: даже средний завод «разорвет» ткань идеального города, создаст крупный центр притяжения работающих, куда будут стекаться люди из множества разных кварталов.

Вообще, рядом с «Зеркальной линией» планируют ещё построить промышленный гиперкомплекс «Октагон»… Но ведь и поездки в него вызовут перенапряжение на одной-единственной линии подземной железной дороги города. Давка в метро — вряд ли черта идеального города, не правда ли?

Новая Гармония — город, где утопист Роберт Оуэн пытался построить коммунизм в Америке первой половины XIX века. Нетрудно догадаться, что из этого ничего не вышло / © Wikimedia Commons

Если внимательно смотреть на общество в целом, а не внутрь себя, в бездну своих представлений о том «как должно быть», то окажется, что заселить миллионы в «Зеркальную линию» — как и сотни тысяч в башню Никитина — можно только тем способом, которым в СССР миллионы приняли в колхозы. То есть добровольно-принудительно.

Все потому, что разработчики «Зеркальной линии» пытаются создать город, который не игнорировал бы природу, одновременно даже не задумываясь о том, что их детище игнорирует природу человека.

Похоже, это неизбежная судьба всех идеальных городов — а равно и идеальных обществ.

Автор: Александр Березин.
Источник.

Пуск боевым вертолетом ракет вверх по навесной траектории напоминает работу систем залпового огня. Дымные полосы выхлопа ракет, наклонно уходящие в небо. «Подскок» вертолета с задиранием носа. Со стороны не видно множества моментов и деталей, сопровождающих такой залп. Зачем и как он делается, чем эффективен и какой выигрыш дает, какие минусы содержит? Naked Science решил углубиться в подробности.

Пуск НАР с кабрирования с вертолета Ка-52. Фото: Красная весна

Кабрирование: что за зверь?

Кабрированием называется полет самолета или вертолета с набором высоты и задранным выше горизонта носом. Это слово пришло к нам из французского языка и происходит от французского «кабраж» (cabrage), восходящего к cabre (вздыбленное положение животного под наездником) или cabrer — поднимать на дыбы.

А слова «самолет или вертолет» лучше заменить на «аэродинамический летательный аппарат». Это может быть и планер, и автожир, и крылатая ракета, от дозвуковой до гиперзвуковой, или управляемая ракета класса «воздух—воздух».

А вот если набирает высоту околоземный спутник на восходящей части своего орбитального эллипса, и его передняя часть поднята выше плоскости местного горизонта, то про кабрирование не говорят. Равно как не говорят о кабрировании минометной мины, поднимающейся к высшей точке своей траектории с носом выше горизонта и с набором высоты.

Определяющим в кабрировании является не скорость набора высоты, а угловое положение самолета относительно горизонта

Его мерой выступает угол кабрирования — угол между продольной осью самолета и плоскостью горизонта. Это то же самое, что положительный тангаж, определяемый углом тангажа — также углом между продольной осью самолета и плоскостью горизонта.

Зачем используют кабрирование? Летчик задирает нос самолета, чтобы усилить набор высоты или прекратить снижение (например, при выдерживании самолета над полосой при посадке). С ростом угла тангажа обычно происходит и увеличение угла атаки, угла обдува самолета встречным потоком, что приводит к росту подъемной силы. Это используется при выполнении многих фигур пилотажа или для отрыва и набора высоты при взлете. Иными словами, кабрирование применяют для управления движением самолета, ради выполнения текущих и дальнейших элементов полета, обеспечения их нужных параметров.

И есть частный случай использования кабрирования, при котором угол задирания носа самолета выше горизонта служит не для дальнейшего полета. Выполняемое самолетом или вертолетом, такое кабрирование служит не аэродинамике, а баллистике, баллистической задаче. Это задача начального угла траектории для баллистического движения боеприпаса, отделяемого или запускаемого с угла кабрирования.

Первыми в авиации использовать неуправляемые боеприпасы начали самолеты. Способы их применения были разработаны задолго до появления управляемых боеприпасов. C режима кабрирования стали бросать с самолетов бомбы свободного падения. Отделяемая бомба получала начальную скорость, с которой летел самолет, и угол движения относительно горизонта, под которым сброшенная бомба набирала высоту. Далее бомба летела по баллистической траектории, достигая верхней точки и переходя после нее на нисходящую часть траектории. Сброс бомбы под углом вверх увеличивал дальность ее полета вперед после отделения от самолета (это называется относ бомбы). Вариации такого сброса давали и другие преимущества, ради которых выполнялось и бомбометание вертикально вверх, с углом кабрирования 90 градусов, и даже несколько назад, с кабрированием 110 градусов.

В 1939 году пять специально оборудованных истребителей И-16 под командованием капитана Звонарева применили на Халхин-Голе неуправляемые ракетно-осколочные снаряды РС-82 по самолетам противника, открыв эру этого вида оружия. Позже их запуск по наземным целям, в том числе и с кабрирования, стал логичным продолжением способов бомбометания. Разумеется, не для каждого пуска таких реактивных снарядов использовалось кабрирование. Оно практиковалось тогда, когда требовалось поразить наземную цель с наибольшего удаления и при этом не входя в зону противовоздушной обороны цели. Оставаясь вдалеке, самолет после пуска реактивных снарядов под углом значительно выше горизонта разворачивался и уходил, а растянутая горка, выполняемая снарядами, дотягивалась до цели.

У такого пуска, разумеется, есть и обратная сторона — вместе с ростом дальности растет и рассеивание запущенных снарядов. Ведь они неуправляемые, и основную часть полета проводят баллистически в свободном падении. Значит, их ничем не корректируемый удлиненный полет даст и увеличение эллипса рассеивания при падении на землю. Такой удар можно наносить по площадным целям, но не по точечным объектам. Учитывая разнообразие целей и боевых задач, пуск неуправляемых ракет с кабрирования занял свое место в авиационной боевой практике.

Вооружение боевых вертолетов, появившихся позже самолетов, пришло из самолетной области — и бортовая артиллерия, и управляемые ракеты, и бомбы, и неуправляемые реактивные снаряды. Применение последних с вертолета сохранило и запуск с кабрирования, только он был адаптирован под вертолетную специфику.

НАР — неуправляемая авиационная ракета

Сегодня неуправляемые авиационные снаряды называются неуправляемыми авиационными ракетами, или НАР. Они уже не используются для поражения воздушных целей, но широко применяются по наземным. Конструктивно эти ракеты не претерпели существенных изменений более чем за 80 лет существования: это длинная металлическая труба, наполненная твердым топливом, с реактивным соплом позади для создания реактивной тяги. Передняя часть трубы имеет обтекаемый нос (обычно взрыватель выполнен в форме конуса), за ним располагается боевая часть с зарядом взрывчатки и корпусом, дающим осколочную массу при подрыве. Сзади трубы находится оперение для аэродинамической стабилизации в полете — либо жесткое, либо раскрывающееся после пуска. НАРы снаряжаются в блок цилиндрической формы, этакий бочонок с многочисленными пусковыми трубами. (Самолетные блоки имеют заостренный обтекаемый нос, поскольку скорости полета самолетов выше, и такая форма даст меньше аэродинамического сопротивления.) Блок подвешивается на пилоны вертолета, несущие вооружение. В момент применения НАРы запускают свои твердотопливные двигатели и поочередно и часто вылетают из блока, создавая растянутый залп.

Чтобы лучше представить себе НАР и его работу, возьмем широко распространенную сегодня неуправляемую ракету С-8, имеющую несколько модификаций

Это металлическая труба длиной примерно с человека среднего роста (1428-1700 мм), диаметром 80 мм, и массой 11-15 кг. Боевые части в несколько килограммов весом (3,5-7,5 кг) содержат 1-3 кг взрывчатки, обычно на основе гексогена или октогена, мощных бризантных взрывчаток с высокой скоростью детонации. Назначение боевых частей самое разное: это и кумулятивно-осколочные, в том числе со стреловидными поражающими элементами (небольшие стальные гвозди с четырьмя стабилизаторами вместо шляпки, 2 тысячи штук в ракете). Это и бронебойные, бетонобойные, фугасные объемно-детонирующие боевые части, осколочно-фугасные проникающие, тандемные кумулятивные, осветительные, помеховые, маркерные (дымовые для целеуказания) и другие.

Различные типы НАР С-8 и блоки БМ8 для их запуска на заднем плане, самолетный (слева) и вертолетный (справа). Фото: voennoe-obozrenie.ru

Все семейство С-8 сверхзвуковое: скорость полета после выгорания топлива 450-700 метров в секунду. Дальность пуска составляет 1,2-4 километра, эффективной дальностью считается 2 км. Разумеется, дальность нужно конкретизировать: с какой высоты и скорости самолета произведен пуск, под каким углом к горизонту. Ракеты размещаются в пусковых блоках Б8 разных модификаций (самолетные и вертолетные), на 20 и на 7 ракет. Блоки подвешиваются на держатели носителя и остаются на них после пуска. После вылета из блока позади ракеты раскрываются шесть перьев стабилизаторов, двигатель работает 0,7 секунды, разгоняя ракету до рабочей скорости. Далее идет баллистическое падение на цель, подобно реактивной гранате, мине, пуле или снаряду. При встрече с целью срабатывает боевая часть, вызывая поражающее действие, под которое специализирована модификация ракеты.

Вертолетная специфика применения НАР

Наиболее эффективное оружие вертолетов, несомненно, управляемые ракеты. Но и НАРы находят применение на винтокрылых боевых машинах. Самым результативным использованием неуправляемых ракет признается их пуск по визуально наблюдаемой цели, находящейся в поле зрения вертолета. Такой пуск делают с горизонтального полета либо пикирования на цель, прямо наблюдаемую летчиком. Этим достигается прицельный пуск по точечной цели, объекту небольших размеров, с концентрацией падающих ракет на этом объекте и в непосредственной близости к нему.

Тут стоит отметить важный момент. Изначально «самолетные», неуправляемые авиационные ракеты более эффективны при использовании с самолета. Почему? У самолета выше скорость полета. Пуск НАРов С-8 происходит при скорости самолета в сотни метров в секунду — от 166 до 330, до околозвуковой скорости. Соответственно, выше скорость получают и запускаемые с него ракеты. В итоге они быстрее подлетают к цели и за счет этого их меньше сносит ветром. Самолет при этом летит стабильно, без ощутимой тряски и вибраций. А пусковые блоки НАРов закреплены на самолете соосно его главной оси: направление пуска ракет в высокой степени параллельно главной, продольной оси самолета (она называется СГФ — строительная горизонталь фюзеляжа). Что упрощает точное прицеливание перед пуском путем пилотирования самолета.

Условия пуска НАР с вертолета другие. Здесь скорость вертолета составляет лишь первые сотни километров в час, что значительно меньше самолетных скоростей. Ракеты летят до цели медленнее, поэтому их ветровой снос больше. Пуск ракет производится в условиях вибраций и тряски, постоянных небольших угловых движений корпуса вертолета, что повышает разброс траекторий ракет при пуске и их точек падения на земле. А подвеска блоков не всегда соосна продольной оси вертолета.

Пуск НАР с вертолета Ми-8. Фото: ria.ru

Так, горизонтальный полет Ми-8 на крейсерских скоростях происходит с отрицательным тангажем 2-3 градуса: вертолет летит вперед, наклонив нос. Это происходит в результате создания горизонтальной тяги несущим винтом — конус вращения несущего винта наклоняется вперед благодаря работе механизма качания лопастей. Из-за хитрой механики автомата перекоса винта, вследствие разноса горизонтальных шарниров лопастей, возникает момент, наклоняющий нос вертолета вниз при создании горизонтальной тяги.

Чтобы в полете выполнить горизонтальный пуск НАР, их блоки устанавливают под таким же углом вверх к оси (СГФ) вертолета — вверх на 2-3 градуса. Тогда при обычном наклоне вертолета вниз ось блока и оси пусковых труб в нем занимают горизонтальное положение. Для каждого типа вертолета этот угол свой. На самых современных боевых вертолетах могут применяться сервоприводы для изменения угла установки блоков НАР в полете.

Ситуации для пуска НАР вертолетами с кабрирования

Итак, вертолетное применение НАР с кабрирования увеличивает дальность и рассеивание точек падения ракет, не позволяя работать по точечной цели. Тем не менее в ряде ситуаций пуск НАР с вертолетов оптимально проводить с кабрирования.

Пуск НАР с вертолетов, снятый через тепловизор. Хорошо видно рассеивание НАР в полете и точки взрывов при падении на землю

Пуск по навесной траектории позволяет перебросить ракеты через вертикальное препятствие, что невозможно при пуске с прямым наблюдением цели (с горизонтального полета или пикирования). Локальным вертикальным препятствием обычно выступает поднятый элемент рельефа — сопка, холм, небольшой горный хребет или увал, отрог горы, высокий берег, складка рельефа. Одновременно препятствие играет роль маскирующего вертолет элемента, закрывая его от обнаружения и наблюдения со стороны цели. Прячась за возвышением, вертолет запускает НАРы в большей безопасности.

При работе по площадной цели, защищенной местной ПВО, кабрирование при пуске НАР позволяет выполнить задачу, не входя в зону видимости или действия ПВО

При пуске с кабрирования ракеты летят по более длинной навесной траектории. Длительность полета и действия аэродинамического сопротивления приводит к торможению ракет до дозвуковых скоростей. Снижение скорости делает нисходящую часть траектории более навесной, увеличивая угол падения (угол наклона траектории) и напоминая минометную стрельбу.

Пуск НАР семейства С-8 с вертолета Ми-8. Фото: Виталий Кузьмин

Такое навесное падение эффективно при обилии окопов и траншей на площади цели. А также при поражении техники, укрытой в капонирах, — высоких подковообразных грунтовых насыпях, окружающих стоянку с самолетом, вертолетом или другой техникой. Эти насыпи защищают технику на стоянке от осколков и ударных волн от взрывов бомб и боевых частей ракет снаружи капонира. При пуске НАР издали, с горизонтального полета или пологого пикирования, цели не видно — ее закрывает собой капонир. И НАРы прилетят, скорее всего, в склон капонира, не поразив цель. А при навесном падении выше вероятность попадания сверху по стоянке с поражения техники на ней.

Невозможность укрыться от навесного падения НАРов в окопах и траншеях, помимо самого поражения, оказывает сильное деморализующее действие на живую силу противника

Для попадания по цели необходима верная комбинация нескольких параметров полета: курса, дистанции до цели, скорости, высоты и угла пуска над горизонтом (в простом случае угла кабрирования). При этом процесс разворота вертолета на угол кабрирования занимает время и увеличивает высоту полета.

Поэтому пилот вертолета должен знать высоту и дальность (до цели) ввода вертолета в маневр кабрирования, а также требуемый угол кабрирования. То есть точку ввода в кабрирование на местности (в сочетании с высотой полета), в которой он должен взять ручку управления на себя. И держать ее до достижения требуемого угла кабрирования, лежащего обычно в пределах 17-25 градусов. После чего, сохраняя этот угол, произвести пуск всех НАР. После пуска происходит разворот вертолета на обратный курс со снижением.

Одновременно пилот должен знать тактическую обстановку, в том числе высоту обнаружения своего вертолета радиолокационными станциями противника. Обычно это высота около 150 метров, если мы говорим про зональную ПВО, прикрывающую большую территорию мощными ракетами большой дальности. А объектовая ПВО, прикрывающая отдельный объект цели, в виде ПЗРК или самоходных зенитных комплексов небольшой дальности, видит вертолет уже при высоте его полета 50 метров, а в пустыне и того меньше. При выполнении кабрирования вертолет не должен «вылезти» выше этой высоты.

Пилотирование вертолета при кабрировании: разница с самолетом

Кабрирование на самолете и вертолете выполняется различно. Пилот самолета для перехода в кабрирование делает только одно движение — берет (тянет) ручку управления или штурвал на себя и держит его в таком взятом на себя положении. Самолет начинает задирать нос, непрерывно увеличивая тангаж. И по достижении нужного угла тангажа (угла кабрирования) пилот отдает ручку от себя в ее нейтральное положение. Самолет остается с полученным углом тангажа и продолжает набор высоты.

Например, сверхзвуковые истребители с треугольным крылом при полете на боевой потолок должны выполнять подъем по специальному высотном профилю. На высоте 10 км самолет переводился в горизонтальный режим с розжигом форсажа (если до этого форсаж был убран). Так делали для быстрого выхода на сверхзвуковой режим (еще быстрее достижение сверхзвука будет на пологом снижении с 11 до 10 км). После выхода самолета на сверхзвук и дальнейшего разгона летчик брал ручку управления на себя, задирая нос до угла порядка 30 градусов выше горизонта. И в таком положении, удерживая ручкой управления угол тангажа (кабрирования) и значение числа Маха порядка 1,7, контролируя его по махометру, за минуту поднимался на потолок. Где переводил самолет в горизонтальный полет и разгонялся уже до максимальной скорости.

У вертолета ввод в кабрирование происходит по-другому, со своими особенностями

Пилот вертолета непрерывно удерживает вертолет в сбалансированном состоянии, чтобы не было лишних движений, которые немедленно появятся при любом изменении режима полета. Вертолет, если можно так выразиться, намного «гироскопичнее» самолета. Ротор несущего винта является большим и «мощным» гироскопом с большим моментом инерции. При попытках изменить положение оси несущего винта в пространстве немедленно возникает гироскопический момент, поворачивающий ось вращения в другом, перпендикулярном направлении.

Не «дремлет» и реактивный момент несущего винта, который становится нескомпенсированным. Результатом действий этой главной пары вертолетных моментов, гироскопического и реактивного, может стать скольжение вертолета. Оно означает, что НАРы улетят не по цели. Наиболее сильно эти роторно-гироскопические эффекты проявляются на вертолетах с одним несущим винтом, и в меньшей степени на вертолетах с соосными винтами, вращающимися в противоположных направлениях. Хотя у последних есть свои особенности, требующие внимания и правильной отработки.

Пуск НАР с кабрирования вертолетами КА-52 и Ми-28

Как это происходит практически, в полете? Чтобы задрать нос вертолета, летчик должен потянуть ручку управления на себя. Но из-за наклона оси несущего винта назад включится его гироскопический момент, который станет заваливать вертолет набок влево — даст левый крен. Поэтому летчик перемещает ручку управления сразу и одновременно на себя и вправо, по диагонали, для компенсации возникающего при задирании носа левого крена.

Скорость вертолета задается горизонтальной тягой, создаваемой наклоном конуса несущего винта вперед — наклоном его подъемной силы. При задирании носа вертолета наклон винта вперед уменьшается, снижается воздушная скорость вертолета и, как следствие, уменьшается тяга несущего винта в целом. Также из-за падения скорости обтекания рулевого винта уменьшается и его тяга. А значит, возникает нескомпенсированный реактивный момент несущего винта. Для его парирования летчик должен придавить ногой правую педаль («дать правую ногу», как говорят летчики), и этой дачей правой педали скомпенсировать снижение тяги рулевого винта и не допустить ненужного разворота вертолета по курсу. И это только в первые мгновения ввода в кабрирование, за которыми последует не менее насыщенное пилотирование.

Кабина транспортно-десантного вертолета Ми-8МТВ-5/Ми-17В-5, современной модификации вертолета Ми-8МТ, разработанной с учетом опыта боевого применения. Видны педали и ручка управления, а в центре приборной панели авиагоризонт с шариком внизу — индикатором скольжения. Фото: airwar.ru

Таким образом, вертолетчик при выполнении кабрирования работает несколькими органами управления, компенсируя сразу несколько возникающих отклонений. При этом он постоянно контролирует положение шарика внизу авиагоризонта, показывающего скольжение вертолета. Допущенное скольжение оказывает наиболее негативное влияние на точность попадания — пуск при скольжении практически гарантирует уход ракет мимо цели. Поэтому пилот должен выполнять ввод в кабрирование очень четко, точно выдерживая требуемые параметры на всей траектории движения вертолета, и компенсируя все возникающие «паразитные» движения. При этом не допуская разбалансировки сложного движения вертолета.

Авиагоризонт АГР-29-Р15. Внизу гирогоризонта находится шарик — индикатор скольжения. Фото: vk.com

В целом для вертолета кабрирование является более скоротечным состоянием по сравнению с самолетом, где оно может быть формой статичного полета. Долго удерживать вертолет в положении кабрирования сложнее, чем самолет, и, скорее всего, не получится. Начинаясь правильным образом, кабрирование вертолета быстро трансформируется в другие движения, искривленные и нерасчетные. Пилоту вертолета для их компенсации приходится выполнять намного больше действий, чем пилоту самолета. Что требует от вертолетчика летного опыта, правильного построения ввода в маневр кабрирования и его умелого и грамотного выполнения.

Прицеливание и пуск НАР при наблюдении цели — из горизонтального полета или пикирования

В советские годы для каждого типа вертолета, с учетом его аэродинамики (а аэродинамика каждого типа имеет свои уникальные особенности), рассчитывались табличные значения сочетаний типа НАР — дальность цели — скорость полета — высота ввода в маневр — угол кабрирования. Прицеливание происходило по аналоговым прицелам (Ми-8, Ми-24, Ка-27 и другим). Прицеливался и стрелял только командир воздушного судна, а второй летчик мог (если позволял опыт) подсказывать удаление. Поэтому стрельба НАР в те времена производилась с более крутого пикирования для повышения кучности.

Современные цифровые прицельные комплексы работают иначе. Их варианты могут действовать немного по-разному, но в целом схема работы остается похожей. Прицельный комплекс для НАР блочно состоит из круглосуточной оптической системы (ГОЭС, гиростабилизированная оптико-электронная система со встроенным лазерным дальномером), блока визуализации и вычислителя. ГОЭС — это расположенное внизу кабины вертолета «Око Саурона» на карданном подвесе, которое может фиксироваться в положении по оси (СГФ) вертолета или смотреть туда, куда его наведут. Вычислитель обрабатывает информацию с ГОЭС, навигационных систем вертолета, данных по типу НАР, и из других источников. Блок визуализации отображает результаты вычислений на прицельном интерфейсе в кабине.

ГОЭС в носовой части вертолета Ка-50. Фото: maks.sukhoi.ru

Работает же это так — в момент замера лазерной дальности (ЛД) до цели в вычислителе фиксируются с дальнейшем отслеживанием: воздушная и путевая скорости вертолета, высота относительно замеренной точки, наклонная дальность до нее, курс, углы крена и тангажа. С частотой 1 герц, раз в секунду, вычислитель начинает рассчитывать поправки к стрельбе и генерировать визуальные команды на блок визуализации.

Что при этом видит летчик? Он видит на интерфейсе подвижное кольцо или квадратик — марку. Которая показывает, куда ему нужно отклонить вертолет, чтобы попасть по выбранной цели (до которой померили лазерную дальность), то есть совместить неподвижное перекрестие с подвижной маркой. При этом марка не показывает значения поправок к стрельбе, но показывает летчику, куда нужно вывести СГФ (главную ось) вертолета для попадания по цели. Летчик, пилотируя вертолет, вызывает приближение марки к перекрестию (где находится СГФ), то есть направляет СГФ в марку. После совмещения марки с перекрестием (и после достижения дальности пуска) можно производить пуск. Такой режим прицеливания называется директорным — от английских слов to direct — «направлять», и direction — «направление».

Как это происходит в полете? Экипаж знает район расположения цели. Вывод вертолета в район пуска НАР будет выполнен с курсами, отличными от боевого плюс-минус 30 градусов. В противном случае станет необходим маневр значительного доворота до боевого курса, с большими углами крена и тангажа, что для вертолета характерно развитием большого скольжения и, как следствие, пуском НАР не по цели. На дальностях обнаружения и распознавания второй пилот, управляя ГОЭС, находит цель в переднем секторе и замеряет ЛД до цели. На этом миссия второго пилота выполнена. Теперь командир, глядя на монитор, выводит вертолет в ту сторону, куда показывает кружок (квадратик) марки. В момент, когда кружок наскакивает на перекрестие, командир жмет кнопку пуска НАР.

Прицеливание и пуск НАР с кабрирования

Но при пуске с кабрирования цель может быть (и как правило) не видна, находясь либо на большом удалении неразличимой черточкой на горизонте, либо закрываемая возвышением рельефа. В этом случае координаты цели определяются заранее, до боевого вылета. Географические координаты цели накладываются на матрицу высот, дающую высоту этой точки, так формируются геодезические координаты цели. Они и заводятся в прицельный комплекс. Вычислитель по текущей высоте, скорости полета, курсу и координатам вертолета рассчитывает выход на боевой курс, начало маневра кабрирования и его параметры, включая угол кабрирования.

Далее пилот выполняет пуск НАРов в директорном управлении: он должен четко выполнять то, что рассчитал ему прицельный комплекс. Довести вертолет в точку начала маневра кабрирования с заданными параметрами: высотой, курсом и скоростью. Далее выполнить кабрирование, задрав нос вертолета до марки, которая будет сверху. Ввести в этот директорный кружок ось вертолета и стволы оружия — пусковые трубы блоков НАР. И сделать это без скольжения, иначе НАРы улетят не по цели. И после совмещения марки и задранной выше горизонта главной оси вертолета произвести пуск НАРов. После чего выполнить выход из атаки и увести вертолет из места пуска.

Ка-52 производит пуск НАР с кабрирования

Так происходит развитие вечного и главного баланса двух базовых начал вертолетной атаки: эффективность применения и безопасность. Сегодня пуск неуправляемых ракет с кабрирования применяется в ситуации оптимального сочетания этих базовых факторов. Сказать, что пуск НАР с кабрирования стал широко распространенным и повседневным, нельзя. Однако с совершенствованием прицельных систем пуск с кабрирования упрощается для выполнения летчиком, а его эффективность растет благодаря более точному и быстрому динамическому (по текущим параметрам полета и обстановки) расчету параметров пуска и маневра.

Поэтому пуск ракет с борта вертолета при кабрировании остается используемым сегодня способом применения вооружения боевым вертолетом. А картины такого пуска периодически попадают в массовое информационное пространство как наглядный пример этой практики.

Источник