Атомные контейнеровозы и цифровые двойники: каким будет Севморпуть?
Судоходство в Арктике обещает стать уникальным: для Севморпути планируется построить атомные контейнеровозы на реакторной установке от новейших ледоколов с возможностью размещения пассажиров, а всю систему судоходства в регионе предполагается оцифровать, создав ее «цифрового двойника». Россия – единственная страна, которая имеет опыт и возможности создания и эксплуатации атомного гражданского флота.
Организация линейного судоходства по Семорпути – нетривиальная задача по многим причинам. Во-первых, это суровые климатические и ледовые условия. Во-вторых, это удаленность от магистральной инфраструктуры и малонаселенность арктического побережья. В-третьих, это необходимость соблюдать жесткие экологические требования из-за хрупкости экосистемы Крайнего Севера.
В связи с этим в России прорабатывается возможность строительства серии контейнеровозов арктического класса на атомном топливе. Такое решение позволит обеспечить экологичное судоходство и в то же время не зависеть от наличия бункеровочной инфраструктуры.
В рамках подготовки к данному проекту группой ученых из разных институтов и организаций на атомном лихтеровозе «Севморпуть» были проведены исследования в Артике. Экспедиция была организована ООО «РУСАТОМ КАРГО» (транспортная дочерняя компания ГК «Росатом»),
Как рассказал в ходе экспертной сессии «Цифровое судно СМТК», состоявшейся в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете (СПбПУ) и посвященной итогам экспедиции, ее руководитель, директор по развитию Северного морского транспортного коридора (СМТК) Станислав Чуй, концепция СМТК похожа на схему южного пути и подразумевает доставку груза фидерными линиями в транспортно-логистический узел в Азии, откуда российский арктический флот доставляет его в аналогичный узел на Западе. Главное преимущество проекта – скорость, предсказуемость, удобство цифровых сред.
«Основные задачи на сегодня – создание флота, моделирование грузовой базы, цифровых сервисов, обеспечение внешней телекоммуникационной инфраструктуры, отработка цифровизации логистики», - сказал Станислав Чуй.
Он рассказал, что в ходе экспедиции были определены технологические границы и условия перехода к цифровому судну, суть которых состоит в объединении программных комплексов, сборе данных и переходу к сценарному прогнозированию.
«Мы допускаем, что в проектировании судна возможны отклонения от требований Регистра, однако считаем это необходимым шагом к развитию технологий. Также собрана база для формирования цифрового двойника СМТК. Отработаны гипотезы по моделированию грузовой базы с Запада на Восток, впрочем, по данному направлению надо проводить отдельные исследования», - пояснил руководитель экспедиции.
Атом и цифра: перспективный дуэт
К настоящему времени уже подготовлено техзадание на разработку эскизного проекта арктического контейнеровоза. Также подготовлено техзадание на разработку концепции предоставления цифровых сервисов как судового комплекса. Следующий шаг - использование кибернетических платформ.
«К настоящему времени уже подготовлено техзадание на разработку эскизного проекта арктического контейнеровоза»
Впрочем, строительство грузовых судов арктического класса на атомном топливе - задача нетривиальная. Как рассказал заместитель главного конструктора ПАО ЦКБ «Айсберг» Дмитрий Сахаров, проект такого судна должен удовлетворить противоречивым требованиям.
«Мы уже более года работаем в проекте СМТК, разрабатывая судно, которое должно удовлетворять большому количеству противоречивых требований. Модель эксплуатации атомного грузового судна арктического класса значительно отличается от модели эксплуатации атомного ледокола. Наше судно должно не только преодолевать лед до полутора метров толщиной, но обладать отличной маневренностью и мореходностью, в том числе в штормовых условиях. Имея ледовый корпус, оно должно быть достаточно легким и маневренным в относительно мелководной восточной части арктических морей. При этом должно соответствовать высочайшим экологическим стандартам», - пояснил специалист.
Учитывая различные условия, оптимальной энергетической установкой для такого судна определен ядерный реактор типа Ритм-400 мощностью 60 МВт (который использован на новейших атомных ледоколах ЛК-60).
Также разрабатываются различные виды движителей, в том числе винторулевые колонки, эксплуатация которых, однако, повлечет за собой большие издержки при ремонте.
«Оптимальной энергетической установкой для атомного контейнеровоза определен ядерный реактор типа Ритм-400 мощностью 60 МВт»
Окончательное решение будет принято после построения цифровой модели эксплуатации СМТК, над которой в настоящее время работают СПбПУ, МФТИ и МГУ.
Разрабатываются варианты контейнеровозов вместимостью 3 тыс. TEUs, 5 тыс. TEUs и 10 тыс. TEUs. Каждому варианту соответствуют свои транспортные функции.
Одним из проблемных моментов является соотношение между осадкой, обусловленной тяжелым корпусом и грузом, и небольшими глубинами в морях Восточной Арктики и устьях северных рек. Например, максимальная осадка трехтысячника составляет 12 м. В то же время усиление корпуса должно соответствовать ледовой категории не менее Arc-7.
Для снижения эксплуатационных затрат разработана возможность перевозки пассажиров: проект трехтысячника подразумевает размещение на нескольких палубах надстройки кают различного класса. Что касается цифровизации судна, то уже разработаны требования к разработчикам оборудования – ПАО «Интелтех».
Как, в свою очередь, прокомментировал проректор по перспективным проектам, руководитель Центра НТИ СПбПУ Алексей Боровков, проект СМТК имеет все шансы быть на грани передовых разработок, которые ведутся в области цифрового моделирования.
«Его суть формулируется в двух словах – на две недели быстрее доставить груз из Йокогамы в Роттердам. Для решения этой задачи мы используем наработки из различных областей. У нас есть набор из порядка 30 передовых технологий, в котором мы должны расставить весовые коэффициенты. Готового решения нет, поскольку проект требует учета многих данных и ограничений».
По его словам, бизнес-сообщество пока не готово воспринимать некоторые новые концепции, мыслит на уровне 20-летней давности, либо предпочитает сохранять статус-кво.
Кроме того, как отметил исполнительный директор Центра морских исследований МГУ имени М.В. Ломоносова Николай Шабалин цифровые сервисы требуют альтернативной спутниковой связи.
«Основные проблемы Арктики – это крайне сложные гидрометеорологические условия, высокие экологические риски, отсутствие единого центра сбора информации для анализа и прогнозирования данных, разноформатное множество которых сложно совмещать и анализировать. Одной из существенных проблем является отсутствие мелкомасштабного и локального картографирования для сложных участков маршрута. Необходимы цифровые сервисы, для того чтобы доставлять грузы безопасно, эффективно и экологически чисто. Такие сервисы уже разрабатываются, в том числе нами. Наш сервис позволяет вести оперативный мониторинг ледовой обстановки, моделировать движение, сжатие и растяжение льдов, вести мониторинг нефтяных загрязнений, получать прогноз гидрометеорологической обстановки по спутниковой информации и открытым базам данных, а также отслеживать перемещение судов и интегрировать эти данные с маршрутом», - сказал специалист.
По его словам, также важно создавать систему судна как открытую платформу не только для приема данных извне, но и для сбора, проверки данных для уточнения модельного прогноза, контроля за загрязнением морских экосистем. Подобная технология отрабатывается в рамках цифровой системы «Капитан» компанией «Газпром нефть». Надо отметить, что для обеспечения работы сервиса необходима хорошая спутниковая группировка, в первую очередь радиолокационная. Сегодня радиолокацию в Арктике обеспечивают исключительно зарубежные спутники, прогноз и анализ обстановки производится на основе открытых данных.
«Стоит европейцам, американцам или канадцам ограничить к ним доступ, наши цифровые сервисы и модели закончатся», - сказал Николай Шабалин.
«Стоит европейцам, американцам или канадцам ограничить доступ к своим спутникам, наши цифровые сервисы и модели закончатся»
Двойной эффект «цифрового двойника»
Отметим, что над цифровизацией арктической логистики также работает Фонд развития Дальнего Востока. Об этом в ходе Арктической форумной недели 20-23 октября 2020 года в Архангельске рассказал директор департамента цифровых технологий Фонда развития Дальнего Востока Михаил Кузнецов.
«Наша (информационная - Ред.) система должна качественно отличаться от аналогичных расчетов и позволять действительно использовать геопривязку... Она позволяет моделировать каждое судно, фактически экономику каждого рейса, исходя из паспорта каждого судна, истории его эксплуатации, скоростей, всех основных параметров... Мы также берем архив всех исторических данных по ледовой обстановке, заводим их в систему. По сути ледовая обстановка влияет на скорость судна, параметры проводок, все это в системе учитывается. Порты, основные объекты инфраструктуры тоже в систему заводятся для того, чтобы каждый маршрут был максимально реалистичным, учитывал погодную и климатическую обстановку, прогнозы, позволяя рассчитывать достаточно точно потребность в ледокольных проводках, в судах для обеспечения грузовой базы», - сказал представитель фонда.
Подводя итог отметим, что сейчас Россия - единственная страна, которая обладает атомным ледокольным флотом, имеет опыт и возможности для создания и эксплуатации атомного гражданского флота. Если удастся создать экологичный и эффективный арктический гражданский флот и предоставить потенциальным клиентам удобный цифровой сервис и гарантии безопасности перевозок в обозначенные сроки, то Севморпуть вполне может стать полноценным и востребованным транспортным коридором мирового значения.
Справочно
Проект «Северный морской транзитный коридор» инициирован «Росатомом» в 2019 году, его цель - развитие логистического сервиса по доставке грузов между Европой и Азией по СМП. Для проработки проекта с августа 2019 ООО «Русатом Карго» привлекло порядка 150 экспертов из более 50 различных научных институтов, проектных организаций и предприятий, в т.ч. СПбПУ, МФТИ, МГУ, ИНП РАН, ВЭБ, Фонд развития ДВ, ГК Росатом. Тематика исследований: цифровое моделирование; проектирование судов арктического класса; конструирование и производство оборудования для судовой энергетики, атомной, водородной и других альтернативных видов энергии, новых конструкционных материалов, морского приборостроения, радиоэлектроники, телекоммуникации, навигации и связи. Проведено более 20 рабочих и стратегических сессий, 7 конференций, подготовлено более 50 докладов, обзоров и отчетов о цифровой трансформации морской логистики, разработано более 25 авант-проектов судов и подготовлено порядка 6 экспертных заключений сформирован концептуальный подход к цифровому моделированию в проекте СМТК. Итогом работы 2019-2020 стала экспедиция «Цифровое судно СМТК».
