Корабли ледовых плаваний

Инж. С. ШЕРР

Первые строители полярных кораблей стремились создать деревянный корпус такой формы, которая защитит корабль от напора льдов. Наиболее пригодной оказалась округленная шарообразная форма. Шар, сжатый с боков, выскальзывает в ту или иную сторону. При напоре льдов силы, сдавливающие такой корабль, разлагаются на направленные вверх составляющие, которые выпирают судно на поверхность ледяного поля. Когда сжатие кончилось корабль под влиянием собственного веса опустится в воду. Шаровой корабль построить не удалось, но стремление приблизить обводы корпуса к шару отразились в постройке широких и коротких кораблей, с закругленным днищем и бортами. Таковы «китобои» — небольшие деревянные парусники, таковы шхуны полярных исследователей.

Полярная шхуна Фритиофа Нансена «Фрам», построенная в 1892 г. и совершившая свой последний антарктический рейс в 1910 — 1912 гг., была построена из дерева. Она имела 400 тонн водоизмещения, три высоких мачты, с парусным вооружением, и небольшую машину в 220 лош. сил.

Корпуса небольших зверобоев строят до сих пор из дерева. Их обшивают сверху деревянным, ледовым поясом, поднимающимся выше ватерлинии (линии, до которой нормально погружено судно) и облегающим подводную часть на значительную глубину, а иногда и все днище. На уровне ватерлинии внутри корпуса ставятся «эйсбимсы» (ледовые бимсы), или распорки для укрепления поперечной прочности судна. Ледовый пояс предохраняет от прорезания корпуса трущимся льдом.

Насколько прочны и долговечны эти суда, показывает пример старого «китобоя» «Эклипса», в 440 тонн водоизмещения. «Эклипс» построен в 1867 г. из дуба, совершил десятки полярных походов. Под именем «Ломоносов» он приписан к Архангельскому порту и еще в 1931 г. ходил на Землю Франца-Иосифа.

*

Развитие торгового мореплавания требовало удлинения сроков навигации, активной борьбы с ледяным покровом на торговых путях. Еще в конце 70-х годов прошлого века в портах применялись «сани» — массивные, тяжелые сооружения, своей тяжестью ломавшие лед. Эти «сани» на Висле тащили по льду на четырех канатах 220 человек. На месте прохода «саней» лед ломался по ширине около 20 метров.

Большим шагом вперед был отказ от этих приспособлений и первая попытка ломать лед корпусом судна. К носу корабли подвешивались «башмаки», или наделки, предохранявшие корпус от повреждений и способствовавшие ломке льдов.

При строительстве кораблей для активной борьбы со льдами были выработаны два способа форсирования льдов. Корабль, обладавший особой прочностью корпуса, специальным устройством носовой части и мощными машинами, должен был, всползая носом, загнутым на подобие саней на лед, продавливать и разрушать его своей тяжестью, оставляя за собой канал в ширину судна. Так работал ледокол. Второй способ сводился к протараниванию или разрезанию ледяного покрова острием форштевня, направленным под острым углом к поверхности льда. Такой корабль назывался ледорезом.

Быстрое развитие торговых связей и стремление использовать морской транспорт независимо от времени года подтолкнуло постройку более крупных и мощных ледоколов. К 1898 г. в Америке, на озере Мичиган уже работал ледокол «Мария», располагавший машинами в 4000 лош. сил.

*

Вице-адмирал русского флота С. О. Макаров предложил применить ледокольный корабль для плавания в северных водах. Макаров предлагал при помощи сверхмощного ледокола исследовать Карское море, прилегающее к северным берегам России, и установить постоянный морской торговый путь в устья сибирских рек — Оби и Енисея. Несмотря на отрицательное отношение специалистов и даже Академии наук, крупные прибыли, обещанные купцам, помогли Макарову добиться средств на постройку опытного сверхмощного ледокола.

Первоначально Макаров предполагал построить ледокол мощностью не менее 20 000 лош. сил, но из-за недостатка средств был вынужден ограничиться почти вдвое уменьшенной мощностью.

Модель ледокола "Ермак", построенного по проекту С. О. Макарова.

В 1898 г. на судостроительных верфях Армстронга в Нью-Кастле в Англии началась постройка ледокола под наблюдением С. О. Макарова. В 1899 г. корабль был спущен на воду. Так родился первый в мире сверхмощный русский ледокол «Ермак». Отсутствие опыта в постройке сказалось в первых же плаваниях. Носовой винт, установленный при постройке и годный только для работы мелких ледоколов в тонком льду, в пробном плавании около Шпицбергена, оказался лишним придатком, ослабляющим носовую часть ледокола. Недостаточно прочно были укреплены борта, прилегающие к форштевню и принимающие на себя удары. «Ермак» вернулся в Нью-Кастл, не закончив пробного рейса. Зимой в 1900 г. передний винт был снят, носовая часть заново перестроена.

«Детские болезни» ледокола разочаровали общественное мнение. Адмирал Бирилев писал министру финансов графу Витте:

«Ермак» возвратился безрезультатно, льды остались непроходимыми, а «Ермак» негодным судном как по замыслу, так и по исполнению». Макаров с горечью писал: «Говорят, что непобедимы торосы Ледовитого океана. Это ошибка — торосы поборимы, непоборимо лишь людское суеверие».

"Ермак" форсирует ледяные торосы.

*

Ледокол «Ермак» при относительно небольшой длине очень широк: отношение длины к ширине у него равно 4.1. Обычно, у грузовых пароходов эта величина колеблется от 6 до 7,5. Вспомним то, что мы говорили выше о приближении формы корпуса к шару. Линии, образующие поперечное сечение ледокола, также приближаются к окружности. Отклонение подводной части бортов от вертикальной прямой составляет 20°. Уклон форштевня, образующий пологий угол для наката на лед, отклонен от вертикали на 70°.

Разрез ледокола "Ермак"

Надводные борта также завалены внутрь, это уменьшает давление льдов на верхнюю часть корпуса, воспринимающего сжатие наиболее широкой частью. Такая форма корпуса наиболее выгодна для ледовых плаваний, но закругленные борта и завалы бортов, облегчая судно, уменьшают его вместимость или водоизмещение, что ухудшает мореходность. Такой корабль неустойчив на боковой волне, в открытом море его сильно качает. «Ермак» легко зарывается на ходу и подвергается резкой бортовой качке.

Разрез корпуса ледокола "Ермак"

Для борьбы с этим Макаров предложил устроить поперек судна водонепроницаемую камеру, узкую посередине и расширяющуюся по бортам. При заполнении ее наполовину водой камера создает противовес, ослабляющий раскачивание. При наклоне корпуса на бок вода переливается на один борт, но сужение прохода посередине тормозит перемещение воды, поэтому заполнение камеры после наклонения борта несколько запаздывает. Камера успевает наполниться только тогда, когда судно начинает выпрямляться, и борт с этой стороны поднимается вверх. В этот момент вес воды в камере создает препятствие к быстрому подъему; с другой стороны, облегчение второго борта, благодаря пустоте камеры, задерживает погружение в другую сторону. Совокупность обоих влияний уменьшает качку.

Поперечное сечение носовой части

Для этой цели в средней части «Ермака» использованы междудонные пространства. Часть этого пространства в 80 куб. метров приспособлена под камеру, куда заливается 80 куб. метров, или 40 тонн воды. По отзывам очевидцев это устройство повышает устойчивость «Ермака» на волне.

Прочность ледокола обеспечивается не только формой корпуса, но и «набором» — устройством всех креплений. Внутренние, поперечные крепления называются шпангоутами и образуют нечто вроде ребер скелета корабля. Они располагаются но всей длине корпуса. Острие носа образуется изогнутой стальной балкой — форштевнем, кормовая часть балкой — ахтерштевнем. Форштевень, ахтерштевень и шпангоуты связаны с длинной продольной балкой, идущей вдоль середины дна судна — килем.

К шпангоутам крепится стальная обшивка, сверху закрываемая палубой. Чем чаще расположены ребра — шпангоуты, тем прочнее корпус. На «Ермаке» шпангоуты отделены друг от друга 60 сантиметрами. Кроме того, под ледовым поясом, охватывающим весь корпус, есть промежуточные шпангоуты, установленные между основными.

*

Стальная обшивка в нижней части килевого листа имеет толщину 24 миллиметра, кверху она постепенно утолщается, достигая на уровне ватерлинии 35 миллиметров. Надводный борт не требует такой прочной обшивки, поэтому от ватерлинии обшивка делается тоньше и доходит до 9,5 миллиметров. Ледовый пояс охватывает корпус стальной полосой шириной в 5,5 метра. Верхний край его лежит выше ватерлинии, находясь над поверхностью воды на уровне 1,6 метра. Стальные листы ледового пояса соединены между собой так, что образуется гладкая поверхность без выступающих швов. Это достигается сопряжением листов «в гладь», при котором каждый лист прилегает к соседнему в стык; в этом месте под ними ставится стальная полоса — накладка и к ней приклепываются на заклепках оба листа.

Такое же соединение имеют вертикальные швы по всему корпусу. Горизонтальные швы сделаны иначе и называются швами «в накрой с высадкой». Продольная прочность корпуса осуществлена не только балкой, образующей киль, но и вторым внутренним днищем, продолжающимся у «Ермака» вверх по обеим сторонам в виде второго внутреннего борта.

Шов "в накрой с высадкой".

При пробоине открытая коробка корпуса заполнится водой, и судно потонет. Для непотопляемости ставятся водонепроницаемые переборки, разделяющие корабль на отдельные, изолированные друг от друга отделения, отсеки. В случае аварии поврежденный отсек заполнит вода, но судно будет плавать, поскольку соседние отсеки свободны от воды. Эти переборки служат еще дополнительным креплением корпуса в поперечном направлении.

Носовой и кормовой отсеки служат дифферентными цистернами. Их можно наполнять водой и, загружая один из отсеков, можно изменять наклон — дифферент судна. Для ледокола это особенно важно, так как при форсировании льдов нос ледокола поднимается кверху, набегая на лед острым образованием корпуса. При прочном препятствии мощные насосы перекачивают воду из заднего отсека в передний, облегчая корму и увеличивая вес носовой части. Это помогает преодолеть сопротивление ледяного покрова. Попеременным перекачиванием воды можно слегка раскачать ледокол для продвижения в тяжелых льдах.

Носовой отсек может быть использован и для другой цели. Ледяная каша впереди ледокола, примерзая к обшивке, затрудняет движение и, накапливаясь, мешает движению, может вызвать остановку. Передний отсек заполняют горячей водой, повышается температура обшивки и уничтожается возможность оледенения.

Ледокольный пароход "Садко" в доке. Фото В. Петерсена

*

С обеих сторон ледокола устроены цистерны между внутренним и наружным бортами, их назначение то же, что и дифферентных, но называются они креновыми. При их помощи меняется «крен» корабля, наклон в ту или другую сторону. Креновые цистерны «Ермака» рассчитаны на 212 тонн каждая.

Пост управления ледоколом находится на вахтенном мостике; там в рулевой рубке помещен главный компас, по которому рулевой, управляя штурвалом, держит курс. Отсюда звучат слова команды и здесь же проводит бессонные ночи, зорко ощупывая биноклем горизонт или склонившись над картой, капитан и его помощники-штурманы. Здесь мозг, глаза и уши ледокола.

Проект линейных ледоколов "И. СТАЛИН" и "В. МОЛОТОВ" мощностью 10 000 л. с.
1. Фокмачта. 2. Реек для подъема сигналов. 3. Воронье гнездо (наблюдательная вышка). 4. Площадка для прожектора. 5. Прожектор. 6. Пеленгатор. 7. Главный компас. 8. Дальномер. 9. Штаги. 10. Средний командный мостик. 11. Нижний мостик. 12. Помещение для аммонала (взрывчатое вещество). 13. Форштевень. 14. Форпик (балластные цистерны). 15. Жилые помещения. 16. Брашпиль (машинка для подъема якорей). 17. Помещение запасной провизии. 18. Рефрижераторное помещение. 19. Погрузочные средства (грузовая стрела с колонкой). 20. Штурманская и рулевая рубки. 21. Каюта капитана. 22. Каюта начальника экспедиции. 23. Помещение радиооборудования. 24. Угольные ямы. 25. Междудонное пространство, служащее для пресной воды для питания котлов и для балласта. 26. Спасательный насос. 27. Котельные отделения. 23. Котлы. 29. Дымники. 30. Трубы (дымовые). 31. Вентиляционные трубы в машинных помещениях. 32. Вентиляционные трубы в машинных помещениях. 33. Шлюпбалки. 84. Шлюпка. 35. Краны для погрузки угля. 36. Машинные отделения. 37. Главные машины. 38. Вал гребного винта. 39. Винт 40. Ахтерниковые балластные цистерны. 41. Рулевая машинка. 42. Руль. 43. Ахтерштевень.44. Буксирная лебедка. 45. Машинка буксирной лебедки. 46. Катапульта. 47. Малые самолеты. 48. Большой самолет. 49. Грот-мачта. 50. Гафель. 51. Площадка для прожекторов. 52. Прожектор. 53. Стрела для подъема самолетов грузоподъемностью 10 тн. 54. Флагшток с флагом.

Проект дизель-электрических ледоколов "!В. КУЙБЫШЕВ" и "С. КИРОВ" мощностью 12.000 л. с.
1. Фок-мачта. 2. Воронье гнездо (вышка для наблюдения). 3. Площадка для прожектора. 4. Прожектор. 5. Главный компас. 6. Радиопеленгатор. 7. Дальномер. 8. Штаг. 9. Средний командный мостик. 10. Рулевая и штурманская рубки. 11. Нижний командный мостик-12. Каюта капитана и салон. 13. Рубка нижнего яруса (помещение нач. экспедиции и радиорубка). 14. Помещение для аммонала (взрывчатое вещество). 15. Такелажная. 16. Форштевень. 17. Форпиковые балластные цистерны. 18. Брашпиль. 19. Помещение для мотора брашпиля в мотор. 20. Канатный ящик. 21. Кают-компания. 22. Жилые помещения. 23. Помещение для теплой одежды. 24. Грузовые помещения. 25. Отделение главных дизелей. 26. Отделение вспомогательных механизмов. 27. Воздуходувки. 28. Вспомогательный паровой котел для отопления. 29. Гидропульт. 30. Вентиляционные трубы. 31. Труба для выходящих газов. 32. Катапульта. 33. Малые самолеты. 34. Главные грибные электродвигатели. 85. Гребной вал. 36. Винт (гребной). 37. Рефрижераторное помещение. 38. Шахты для съема и постановки лопастей винта. 39. Ахтерштевень. 40. Ахтерпиковые балластные цистерны. 41. Флагшток. 42. Буксирная лебедка. 43. Кормовой мостик. 44. Гротмачта. 45. Гафель. 46. Площадка для прожектора. 47. Прожектор. 48. Стрела для подъема самолетов. 49. Междудонное пространство для нефтетоплива и воды. 50. Руль. 51. Рулевая машинка. 52. Ручной рулевой привод (запасный).