Директор Арктического и Антарктического научно-исследовательского института России А.Макаров – о новых технологиях в исследовании высокоширотных регионов

В России оборудуют систему из 140 автоматических станций для наблюдения многолетней мерзлоты.

«Зимовочный комплекс на станции «Восток» по сложности сопоставим с космическим кораблем»

— Александр Сергеевич, холод — это ресурс. Какие проекты разрабатывают в институте для коммерциализации этого ресурса?

— Интересы ученых института гораздо шире. Они состоят в изучении природной среды в полярных районах. Однако фундаментальные данные, которые получают специалисты, востребованы в различных сферах. Например, в судоходстве, строительстве, добыче полезных ископаемых.

В частности, ученые исследуют, как холод, лед, мерзлота и другие факторы воздействуют на различные конструкции. В дальнейшем научные знания используют для решения практических задач. Например, для обустройства населенных поселков, строительства дорог, мостов, линий электропередач, газопроводов и другой инфраструктуры в высоких широтах.

— Можете привести примеры таких решений?

— В Антарктиде новый зимовочный комплекс на станции «Восток» по сложности сопоставим с космическим кораблем. Это образец прорывных инженерных решений, основанных на фундаментальных научных данных.

В частности, 65-сантиметровые наружные стены представляют собой слоеный пирог из инновационных материалов. Окна снабжены клапанами, которые автоматически выравнивают давление внутри и снаружи здания. А модули комплекса опираются на трехметровые опоры, оборудованные электрическими домкратами. В случае сильных заносов они помогут конструкциям выбраться из-под сугробов и утрамбовать под собой снег.

Всего в Антарктиде действует 10 российских станций — пять круглогодичных и столько же сезонных. Они также будут модернизированы, а одну из сезонных переоборудуют в круглогодичную.

— Какие новые технологии развивает ААНИИ для полярных исследований?

— К примеру, в Антарктиде ученые готовятся пробурить скважину глубиной около 3,7 км к подледному озеру Восток. Она заменит существующую и даст возможность доставить в водоем спускаемые аппараты и изучать озеро в постоянном режиме. Эти исследования потребуют новых инженерных решений. Они касаются бурового инструмента, заливочных жидкостей и приборного комплекса. Также необходимо создать технологию «чистого» проникновения в водную среду, чтобы не нарушить ее уникальную экосистему. Отдельная сложная задача — в том, чтобы отобрать и извлечь на поверхность пробы донных осадков.

Озеро Восток имеет фундаментальное значение для науки. С его помощью ученые рассчитывают приоткрыть тайны зарождения жизни на планете. При этом его изучение сопряжено с колоссальными трудностями. Однако, в будущем опробованные полярные технологии пригодятся на новых планетах. Например, при бурении ледовых шапок на Марсе или 30-километровых корок льда на спутнике Юпитера Европе.

— В каких направлениях деятельности института наиболее востребованы инновации?

— В любой дисциплине требуются современные технологии и приборы. В ААНИИ, например, за последнее время были внедрены в эксплуатацию новые комплексы для изучения магнитного поля Земли и распространения радиоволн в полярной ионосфере. Совершенствуются установки, которые принимают и обрабатывают информацию со спутников. Также мы готовим предложения для программ, которые будут реализованы на орбитальной станции РОС. Предполагается, что она начнет работу с 2027 года. Кроме того, стоит отметить обновление оборудования опытных бассейнов. В них специалисты моделируют режимы ледовой обстановки, что позволяет проводить приближенные к реальности испытания моделей арктических судов.

«Специалисты изучают вирусы и бактерии, которые вытаивают из многолетней мерзлоты и льда»

— Какие исследования ААНИИ вносят вклад в мировую науку?

— Все работы, которыми занимаются ученые, можно отнести к этой категории. Из наиболее значимых — изыскания в Арктике, где специалисты изучают вирусы и бактерии, которые вытаивают из многолетней мерзлоты и льда. Эти патогены — современники мамонтов и шерстистых носорогов. Некоторые из микроорганизмов устойчивы к современным антибиотикам и представляют опасность для человека.

Важные наблюдения специалисты проводят в Антарктиде по микропластику. Эти вещества присутствуют в акваториях Южного континента, несмотря на то, что там нет источников загрязнения. Тема актуальна, поскольку микропластик накапливается в организмах морских обитателей и влияет на их жизнедеятельность.

Еще можно назвать работы на архипелаге Шпицберген, где ученые пробурили ледники, погрузив в них «гирлянды» датчиков. Эти исследования помогут лучше понять процессы, связанные с глобальным потеплением.

— Какие проекты способствуют развитию отечественной экономики?

— Из наиболее прикладных можно отметить систему мониторинга многолетней мерзлоты в России. Это 140 автоматических станций, распределенных по стране. Они будут в непрерывном режиме производить замеры температуры и влажности почвы на разных глубинах.

Сеть охватит территорию залегания многолетней мерзлоты, которая занимает 2/3 нашей страны. В прошлом году установлено 20 станций. План на этот год — еще 58 пунктов мониторинга. Данные со станций обрабатываются в Центре мониторинга ААНИИ. Кроме того, в рамках программы построят кернохранилища. В них сохранят образцы мерзлых грунтов для будущих исследований.

— Недавно завершились испытания модели научного судна «Иван Фролов». Чем оно будет отличаться от предшественников?

— Судно будет спущено на воду в 2028 году. Оно рассчитано на перевозку до 2,5 тыс. т грузов за рейс. Важно, что «Иван Фролов» готов работать во всех широтах — от Северного полюса до Антарктиды. Кроме того, судно сможет преодолевать льды толщиной до метра, а также производить выгрузку на необорудованном берегу. Это позволит экспедициям работать в труднодоступных местах, где невозможно использовать обычные причалы.

На борту судна будет размещено до 20 лабораторий. Перспективным решением стало их обустройство по модульному принципу, что позволяет оперативно менять тематику исследований по мере появления актуальных задач. Таким образом, научный комплекс судна не устареет на протяжении всего срока его эксплуатации.

— 17 мая завершила свой первый рейс ледостойкая самодвижущаяся платформа «Северный полюс». Какие выполненные работы можно отметить?

Экспедиция продолжалась в течение 20 месяцев. За это время полярники провели более полусотни исследований и собрали уникальные данные о природе и климате Арктики. В том числе о влиянии течений из Тихого и Атлантического океанов на расстепление в Арктике. Эти данные необходимы, чтобы уточнить прогностические модели. Это, в свою очередь, поможет делать детальные прогнозы для навигации по трассе Севморпути.

Судно специального назначения с функционалом научно-исследовательского центра для круглогодичного исследования природной среды Арктики

Также специалисты из ВНИИОкеангеологии произвели картирование дна Северного-Ледовитого океана с точки зрения стратификации, то есть последовательности слоев донных осадков. Полученные данные будут использованы, чтобы уточнить границы российского континентального шельфа в Арктике.

Важно, что первое путешествие ученых на самодвижущейся платформе позволило создать задел для следующих миссий. Новая экспедиция «Северный полюс – 42» стартует уже в августе-сентябре этого года.

«Полярные беспилотники — это нетривиальная задача, к ним предъявляются повышенные требования»

— Как ученые применяют современные беспилотные и роботизированные технологии?

— Подобные средства производства важны, поскольку исследуемые пространства огромны, а возможность присутствия людей на них ограничена. В настоящее время формируется федеральная программа по авиационным беспилотникам, в которую включены наши предложения. Такие аппараты пополнят авиапарк экспедиций и частично заменят вертолеты на судах. БПЛА могут оперативно производить локальную ледовую разведку и выполнять наблюдения, отслеживая параметры движения воздушных масс, влажность, температуру, содержание примесей в воздухе и т.д.

Стоит отметить, что полярные беспилотники — это нетривиальная задача, к ним предъявляются повышенные требования. Например, они должны быть устойчивы к низким температурам, обледенению, ветру и химическому составу морской воды. Кроме того, связь с аппаратом не должна прерываться из-за магнитных бурь, более интенсивных в приполярных широтах.

— Кроме авиационных, какие еще беспилотники нужны для полярных исследований?

— В институте работают над задачей насыщения арктических акваторий автоматическими станциями на дрейфующих платформах и на стационарных буях. С них информация будет в непрерывном режиме поступать в центр обработки данных, что позволит точнее отслеживать движения водных масс и климатические процессы. Работа в этих направлениях ведется совместно с профильными предприятиями.

Также ученые заинтересованы в разработке роботизированных подводных планеров и профилографов. Первые из них имеют движитель переменной плавучести, что позволяет без значительных энергозатрат погружаться и подниматься в водных толщах. Вторые — самостоятельно перемещаются вдоль троса, закрепленного на якоре. Они могут в течение длительного времени работать в автономном режиме и передавать данные во время всплытия через спутники.