20 фантастических проектов для Арктики будущего

«Жители Арктики будут избавлены от полярной ночи, смогут есть клубнику круглый год, а доставку посылок обеспечат дроны. В домах будет тепло и светло благодаря новейшим источникам электроэнергии», — говорят создатели документального фильма «Арктика. Увидимся завтра».

Его авторы — Валдис Пельш и Елена Потанина — поделились со зрителями своим смелым видением жизни людей арктического региона через 10-20 лет.

Показанные в фильме технологии больше похожи на сказку, чем на ближайшее будущее. Однако за красивой фантастической историей стоят реальные научные разработки. Какие? Узнаете из нашего материала.

1. КОСМИЧЕСКИЙ ПАРУС

Проблема. Только представьте: просыпаетесь – темно, ложитесь спать – темно, а днём вы едва можете разглядеть очертания города в морозной дымке. Период, в который солнце более суток не показывается из-за горизонта, называется полярной ночью. В России около 20% территорий, находящихся за Полярным кругом, на несколько недель, а то и месяцев остаются без солнечных лучей. Дефицит солнечных лучей приводит к дефициту нейромедиатора серотонина, который часто называют «гормоном радости».

Решение, показанное в фильме. Освещение крупных городов солнечными потоками, отражёнными космическими зеркалами.

Реальная разработка. Ещё в 1993 году на орбите Земли был проведён космический эксперимент «Знамя-2». Российские космонавты станции «Мир» развернули тонкоплёночный солнечный парус диаметром 20 метров. Впервые человек искусственно осветил ночную поверхность Земли отражённым светом. Гигантский «солнечный зайчик» прошёл через Европу в Западную Россию со скоростью 8 км/с. Пятно имело светимость, близкую к сиянию полной луны.

Следующий проект «Знамя 2,5» был гораздо масштабнее. Зеркало должно было восприниматься с Земли как 5–10 полных Лун по яркости и образовывать след на поверхности планеты около 7 км в диаметре. Теперь световым пятном можно было управлять. Однако проект потерпел неудачу. В начале раскрытия оболочка зацепилась за антенну и получила повреждения. Космический корабль был спущен с орбиты и затоплен в океане.

2. РОБОТ «DA VINCI»

Проблема. 10% населения Арктики живёт в сельской местности, где расстояния измеряются не часами и минутами, а днями пути. А теперь представьте, что вам в таких условиях понадобилась срочная и сложная хирургическая операция.

Решение, показанное в фильме. Больница, оборудованная по последнему слову техники. В режиме видеоконференции вы получаете консультацию и направление на хирургическое вмешательство от врача, находящегося от вас в нескольких тысячах километров. Операцию проведут тут же дистанционно с помощью робота да Винчи.

Реальная разработка. Робот – ассистированная хирургическая система «da Vinci» была разработана в США в 2000 году. Благодаря инструментам, управляемыми руками опытного специалиста, можно удалённо проводить вмешательства с минимальным травмированием окружающих тканей. Одна из «рук» робота держит видеокамеру, передающую изображение оперируемого участка, две другие в режиме реального времени воспроизводят совершаемые хирургом движения, а четвёртая «рука» выполняет функции ассистента хирурга. Конечно, для такой операции понадобится быстрый и стабильный интернет.

3. СПУТНИКИ НА ВЫСОКОМ ЭЛЛИПСЕ И ОПТОВОЛОКНО

Проблема: Очень жаль, но скачать все сезоны вашего любимого сериала на Северном полюсе будет проблематично. Цифровое телевидение и интернет в Арктике пока далеки от совершенства. Геостационарные спутники, которые летают строго над экватором, здесь, на вершине мира, видны на линии горизонта. Любое даже не самое высокое препятствие делает прохождение сигнала невозможным.

Решение, показанное в фильме. Спутники на высоком эллипсе.

Реальная разработка. Уже существует несколько известных систем, которые используют высокоэллиптические орбиты. Среди них орбитальные обсерватории и глобальная навигационная система ГЛОНАСС.

Когда такой спутник находится вблизи апогея – наиболее удалённой от Земли точки орбиты, у наземного наблюдателя создаётся впечатление, что космический аппарат почти не двигается продолжительное время. В течение 3,5 часов со спутника можно принимать сигнал. Система спутниковой связи с использованием четырёх космических аппаратов, передающих эстафету друг другу, обеспечит бесшовный высокоскоростной сигнал.

4. ЦЕНТРЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ С ЕСТЕСТВЕННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Проблема. Как связаны между собой твои фотографии в Инстаграме и охлаждение сервера? Напрямую! Данные всех современных компаний хранятся на серверах. Это терабайты и терабайты информации, которая генерируется и используется каждый день. На её обработку уходит столько же электроэнергии, сколько и на тяжёлое производство. Оборудование в таких дата-центрах греется очень сильно, его нельзя оставлять без охлаждения ни на секунду.

Решение, показанное в фильме. Арктика – огромный природный охладитель. Дата-центр можно спроектировать в виде башни так, чтобы все нагревающиеся блоки были выведены наружу. А огромный вентилятор на вершине здания будет выполнять функцию дымохода, поддерживающего постоянную температуру.

Реальная разработка. Такая технология естественного охлаждения серверов на английском языке звучит как «free cooling», а на русском – «фрикулинг». С её помощью можно значительно снизить издержки на эксплуатацию дата-центров.

Проекты по использованию естественного охлаждения дата-центров были успешно реализованы рядом компаний. Например, в 2017 году Норвегия построила хранилище данных под землёй внутри заброшенной угольной шахты в горах на острове Шпицберген.

Из-за арктического климата острова и вечной мерзлоты, даже если подача электроэнергии на объект прервётся, температура внутри останется ниже нуля. Этого достаточно, чтобы сохранить содержимое в течение десятилетий или более.

5. ПЛАВУЧАЯ АТОМНАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Проблема. Комфортная жизнь людей в регионе, труднодоступном для строительства, добыча полезных ископаемых в арктической зоне России и разработка месторождений никеля, золота, вольфрама требуют большого количества доступной, экологической и недорогой электроэнергии.

Решение, показанное в фильме. Плавучая атомная теплоэлектростанция, выдерживающая землетрясение, цунами, столкновение с айсбергом или другим судном.

Реальная разработка. Плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов» уже с 19 декабря 2019 года выдаёт электроэнергию в сеть Чукотского автономного округа. Она рассчитана на получение электрической и тепловой энергии и может быть использована для опреснения морской воды.

Плавучий энергоблок предназначен для обеспечения энергией крупных промышленных предприятий, портовых городов, комплексов по добыче и переработке нефти и газа на шельфе морей. В ГК «Росатом» работают над следующим поколением плавучих электростанций, которые будут компактнее, но при этом мощнее «Академика Ломоносова».

6. АТОМНЫЕ ЛЕДОКОЛЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Проблема. График российских атомных ледоколов, обеспечивающих безопасную проводку судов по Северному морскому пути, расписан на годы вперёд. А ледовая проводка порой требует участия двух ледоколов сразу.

Решение, показанное в фильме. Ледоколы нового поколения, которые будут решать поставленные задачи в одиночку.

Реальная разработка. Северный морской путь — кратчайшее расстояние между Европой и Азией. Он олицетворение пословицы «Время – деньги». В настоящее время в Санкт-Петербурге на Балтийском заводе заканчивается строительство трёх самых мощных атомоходов в мире: «Артики», «Сибири» и «Урала». Главными задачами этих ледоколов являются обслуживание Северного морского пути и проведение различных экспедиций в Арктику. Суда такого типа способны равно эффективно работать как на глубокой воде, так и на мелководье в руслах сибирских рек. Эта особенность позволяет уменьшить общую стоимость эксплуатации атомного ледокольного флота, полностью сохранив все его возможности.

Мощнее этих ледоколов будут только атомоходы проекта «Лидер», предназначенные для проведения крупнотоннажных судов с коммерческой скоростью.

7. УМНЫЕ ПОРТЫ И МОРСКАЯ МИРОВАЯ СТОЛИЦА

Проблема. Для обслуживания таких гигантов, как атомные ледоколы нового поколения, понадобятся умные морские порты. Система должна включать также защиту информации, метеомониторинг, электромагнитные измерения и логистику в обширных географических пространствах, часовых поясах и границах.

Решение, показанное в фильме. Корабли будут принимать умные ключевые порты Северного морского пути. На равном удалении от них будут построены новые плавучие мини-города, представляющие собой порт, медицинский центр, научную лабораторию, отель и электрозаправочную станцию для кораблей с электрическими батареями.

Реальная разработка. Интернет вещей, облачные вычисления и повсеместная доступность сетей приводят к цифровой трансформации морских портов по всему миру. Например, в 2016 году порт Гамбурга внедрил платформу облачных коммуникаций на основе интернета вещей, чтобы планировать операции: от сообщений судам, где и когда причаливать, до оповещения грузовиков и кранов о назначенных местах работы. Интеллектуальное отслеживание с помощью датчиков и программ даёт администрации порта общую картину происходящего в порту в реальном времени. Например, обозначает пробки на дорогах или необходимость поднимать разводные мосты.

Плавучие города – уже не утопия. В Нидерландах плавучие дома давно стали распространённым решением на случай наводнений. В стране даже есть опыт строительства комплекса апартаментов и молочных ферм, качающихся на волнах. А в апреле 2019 года Организация объединённых наций провела круглый стол, на котором обсудила предложение по строительству плавучей коммуны Oceanix City, способной противостоять наводнениям, цунами и ураганам пятой категории.

8. ДОСТАВКА ГРУЗОВ БЕСПИЛОТНИКАМИ

Проблема. Трата времени и денег за простой при разгрузке судов.

Решение, показанное в фильме. Часть груза отправляют адресату дронами с судна даже без захода корабля в порт. Например, мебель, одежду, медикаменты или саженцы клубники, заказанные 3-4 недели назад.

Реальная разработка. Amazon одной из первых начала пробовать доставлять свои посылки дронами. В 2013 году в компании рассказали о планах использования мультикоптеров для доставки грузов в течение 30 минут. 7 декабря 2016 года Amazon Prime Air успешно доставила посылку в Кембридж (Англия).

9. ВЫРАЩИВАНИЕ РАСТЕНИЙ МЕТОДОМ ГИДРОПОНИКИ БЕЗ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА

Проблема. Арктика – зона критического земледелия. Из-за тяжёлых условий Заполярья сельское хозяйство в этих местах зачастую оказывается нерентабельным, а ряд культур, например, пшеницу, там выращивать и вовсе невозможно.

Решение, показанное в фильме. Вертикальные многоярусные фермы.

Реальная разработка. Томская компания разработала уникальные теплицы, которые позволяют выращивать клубнику при полном отсутствии солнца и почвы в условиях Крайнего Севера. Клубника выращивается методом гидропоники (выращивание растений без грунта на питательных растворах) в полностью закрытой экосистеме без солнечного света. Главный плюс —клубнику можно выращивать даже в условиях вечной мерзлоты, причём благодаря теплу от светильников и инфракрасному излучению не требуется отопление.

10. КУРТКА ИЗ ГРАФЕНА ПРОТИВ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР

Проблема. Среднегодовая температура на Северном полюсе — 40 °C зимой и 0 °C летом. В Арктике не только холодно, но и часто бывает сильный ветер, метели, снег.

Решение, показанное в фильме. Материал графен, из которого уже сейчас изготавливают солнечные батареи и детали космических кораблей. В Арктике мы будем носить графеновые куртки.

Реальная разработка. Графен – самый тонкий и непроницаемый материал в мире. Его толщина – один атом углерода, и при этом вы можете держать его в руках! В 2018 году фирма Fast Company выпустила первую в мире куртку с применением графена. С внешней стороны размещены графеновые мембраны, а подкладка создана на основе графеновых трубок. Подобная конструкция позволяет отводить тепло в жаркую погоду и согревать в холода. При этом сама одежда получилась очень тонкой и лёгкой, а также крайне прочной и способной выдержать огромную нагрузку.

11. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДРЕЙФУЮЩАЯ СТАНЦИЯ

Проблема. Арктический регион является одним из наиболее чувствительных к глобальным изменениям и может сам становиться их генератором. Для проведения прикладных научных исследований в Арктике необходимо создать продуктивные условия для работы учёных.

Решение, показанное в фильме. Ледостойкая самодвижущаяся платформа.

Реальная разработка. Системное изучение Арктики началось в 30-х годах XX века, когда на Северном полюсе высадились полярники во главе с Иваном Папаниным. Свой быт они устраивали с помощью вещей и оборудования, которые поместились в самолёт. Условия были спартанские. Но как обстоят дела сейчас?

В 2019 году на АО «Адмиралтейские верфи» в Санкт-Петербурге была заложена полярная станция будущего «Северный полюс». Ледостойкая самодвижущаяся платформа – уникальное по своему назначению судно. Фактически это полярная станция с функционалом научно-исследовательского центра, которая будет в течение двух лет без захода в порт дрейфовать в акватории Северного Ледовитого океана.

12. ПЛЕЙСТОЦЕНОВЫЙ ПАРК

Проблема. Во время последнего ледникового периода на расстояние от Арктических островов до Китая раскинулась богатая Мамонтовая степь. Миллионы мамонтов, бизонов, лошадей и оленей поддерживали свои пастбища по принципу «больше ешь – больше растёт». Но, к сожалению, первобытные люди истребили травоядных в Арктике. Это повлекло за собой деградацию пастбищ и даже изменение климата.

Решение, показанное в фильме. Восстановление экосистемы и популяции животных потомков мамонтов, зубров, шерстистых носорогов в Плейстоценовом парке.

Реальная разработка. Плейстоценовый парк — заказник на северо-востоке Якутии. В заказнике с 1996 года проводится эксперимент по воссозданию экосистемы «мамонтовых тундростепей» плейстоцена, существовавшей на территориях Северного полушария во времена последнего оледенения. Задача создателей парка – заменить современные низкопродуктивные экосистемы на высокопродуктивные пастбища с большой плотностью и разнообразием животного мира. Создатели парка заселяют его потомками животных, обитавших здесь 14,5 тысяч лет назад. Увеличение популяции этих животных не вернёт нас в ледниковый период, но благотворно отразится на природе Севера.

13. ПОДЪЁМ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ СО ДНА ОКЕАНА

Проблема. Затопленные и затонувшие объекты с отработанным ядерным топливом несут потенциальную опасность для окружающей среды. Затопления производились в Карском море, общее количество объектов превышает 17 тыс. единиц.

Решение, показанное в фильме. С поверхности моря на затонувший корабль опускается покрывало из полимерного волокна, внутрь которого закачивается жидкий азот, и вокруг судна образуется ледовый кокон. Из-за меньшей плотности лёд всплывает на поверхность вместе с зафиксированным внутри объектом, не позволяя ему развалиться на части.

Реальная разработка. Технология подъема затонувших объектов с использованием жидкого азота принадлежит доктору технических наук, лауреату премии Совета министров РФ, полковнику в отставке Николаю Артёмовичу Седых. Свою идею он высказал после аварии на подлодке «Комсомолец» (1989 год). Но по разным причинам разработка так и не была опробована. Зато в доработанном виде (не водолазный колокол, а понтоны) она оформлена как патент (например, согласно расчётам, для подъёма подлодки «Курск» нужно было примерно 300 тонн жидкого азота).

14. ШПАЛЫ ИЗ ПЕРЕРАБОТАННОГО ПЛАСТИКА

Проблема. Если сложить все пластиковые бутылки, проданные в мире за один только год, можно построить башню высотой 77 миллионов километров – половина расстояния от Земли до Солнца. Куда девать столько пластика?

Решение, показанное в фильме. Шпалы из переработанного пластика.

Реальная разработка. В 2014 году налажено производство композитных шпал, полностью состоящих из переработанных пластиковых отходов. Уже десятки тысяч композитных шпал уложены на трамвайных линиях и в метрополитенах Москвы, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Екатеринбурга, Баку.

15. ВЫРАЩИВАНИЕ АЭРОДРОМОВ

Проблема. Активное освоение арктической зоны и прилегающих к ней территорий предусматривает развитие воздушных сообщений, модернизацию аэродромов для всесезонного приёма самолётов любых типов.

Решение, показанное в фильме. «Выращивание» аэродромов с использованием земли, воды и микроорганизмов, которые по мере роста производят кристаллы карбоната кальция. Он скрепляет между собой частички почвы, и получается материал не хуже бетона.

Реальная разработка. Бетон является одним из наиболее используемых материалов в мире, но он подвержен образованию трещин. Ягхуб Фарнам и его коллеги из Дрексельского университета предложили использовать распространённые по всему миру бактерии Sporosarcina pasteurii. В природе эти бациллы приводят к появлению карбоната кальция — «естественного цемента», способного скреплять обширные массы песка и породы, — и таким образом участвуют в формировании известняка и мрамора.

В статье, опубликованной в журнале Construction and Building Materials, учёные предлагают добавлять некоторое количество таких микробов в цементную смесь для дорожного строительства.

16. ЭКРАНОПЛАНЫ И ЭЛЕКТРОЛЁТЫ

Проблема. Сейчас жители Севера летают в соседние города через Москву. Вертолёты дороги и требовательны к метеоусловиям.

Решение, показанное в фильме. Летать напрямую экранопланами и электролётами.

Реальная разработка. Экраноплан – судно на динамической воздушной подушке, летящее на относительно небольшой (до нескольких метров) высоте от поверхности воды, земли, снега или льда. Оно объединяет в себе лучшие качества судна и самолёта.

В 1964-65 годах советские конструкторы создали уникальный, самый большой в мире летательный аппарат – экраноплан, получивший у зарубежных спецслужб название «каспийский монстр». «Монстр» имел размах крыла 37,6 м, длину 92 м, максимальную взлётную массу 544 тонны.

В настоящее время институты работают над новыми моделями экранопланов как для межконтинентальных перевозок, так и для небольших пассажирских перевозок.

17. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПОДВОДНЫЙ ГОРОД-АЙСБЕРГ

Проблема: Большую часть работ на Севере выполняют вахтовики. Эти люди приезжают сюда на срок от одного до трёх месяцев, уезжают домой и снова возвращаются на вахту. Основные минусы такой работы – постоянная акклиматизация, смена часовых поясов и пребывание в условиях низких температур.

Решение, показанное в фильме. Роботизированные подлёдные нефтегазоразведочные буровые и эксплуатационные комплексы, которые управляются на расстоянии.

Реальная разработка. Комплекс «Айсберг» предназначается для автономной работы в удалённых и труднодоступных районах Мирового океана на уже известных или открываемых месторождениях полезных ископаемых. В соответствии с задумкой авторов проекта, различные элементы комплекса должны будут искать месторождения, а затем производить развёртывание всех необходимых систем. После ввода в эксплуатацию «Айсберг» будет добывать нефть или газ, нуждаясь в минимальном участии человека.

18. ПЛАВУЧИЕ ПЛАТФОРМЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Проблема. Сейчас разведано более 2000 морских месторождений природного газа, в которых не ведётся добыча в силу её нерентабельности. Нет наземной инфраструктуры, неудобная береговая линия, строгие экологические ограничения или не очень большие запасы ископаемых.

Решение, показанное в фильме. Плавучие платформы для добычи природного газа.

Реальная разработка. C 2009 года компании Shell и Technip реализуют проект Prelude FLNG — создание плавучего завода по производству сжиженного природного газа, который он будет добывать и сжижать в море, а затем отгружать его на специализированные суда-газовозы для доставки потребителям в любую точку мира. Срок строительства 1-2 года. Платформа добывает, перерабатывает и отгружает газ прямо в точке месторождения. И самое главное – мобильность. Когда работа будет выполнена, её перевозят на новое место.

19. ЭКЗОСКЕЛЕТЫ И ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

Проблема. Тяжёлые условия труда людей, живущих в Заполярье, переносятся ещё и в разлуке с семьёй, близкими и котиком.

Решение, показанное в фильме. Доверите ли вы роботу разгрузку тяжёлого контейнера с опасным химическим веществом? Думаем, что нет. Такие работы по-прежнему будут выполнять люди, экипированные экзоскелетом. Производительность увеличится многократно. Свободное время можно провести со своими близкими. Нужно только надеть костюм и очки воссоздаваемой реальности.

Реальная разработка. Экзоскелет – устройство, предназначенное для восполнения утраченных функций, увеличения силы мышц человека и расширения амплитуды движений за счёт внешнего каркаса и приводящих частей.

Первый экзоскелет был разработан совместно General Electric и ВС США в 60-х и назывался Hardiman. Человек в нём мог поднимать 110 кг. Однако экзоскелет был непрактичным из-за его значительной массы в 680 кг. Но исследования не стоят на месте. В 2019 году учёные подключили мозг парализованного человека к экзоскелету. Испытуемый прошёл 145 метров. Новой целью учёных является научить больных ходить без использования подвесной системы для экзоскелета.

20. ДИРИЖАБЛИ

Проблема. Доставка грузов на стройплощадки. Не развито дорожное сообщение.

Решение, показанное в фильме. Использование дирижаблей.

Реальная разработка. Дирижабли способны доставлять на стройплощадку готовые сегменты зданий, расставлять по маршруту мачты и линии электропередач, забирать драгоценные металлы прямо с приисков, на несколько суток зависать над одной точкой, выполняя функции строительных кранов. А если сменить грузовой модуль на спускаемую туристическую капсулу, мы сможем с высоты нескольких метров в тишине показать жизнь в Арктике, не причиняя неудобств животным.

В конце XX века возобновился интерес к дирижаблям: теперь вместо взрывоопасного водорода применяется инертный гелий, получение которого стало относительно дешёвым с развитием техники.

У научной фантастики есть одна интересная особенность: случается, что вымысел авторов становится реальностью. Устройства, которые раньше были фантазией, сейчас плотно вошли в нашу жизнь.

Кстати, мы пообщались с авторами фильма Валдисом Пельшем и Еленой Потаниной. Запись разговора здесь.