Навигационно-гидрографическое и гидрометеорологическое обеспечение подводно-технических работ в районе затонувшей АПЛ "Комсомолец"

В связи с необходимостью принятия всесторонне обоснованных организационных и технических решений по обеспечению радиационно-экологической безопасности затонувшей в 1989 г. апл “Комсомолец” потребовался большой объем океанографических данных. Задача по их представлению заинтересованным службам была возложена на Гос.НИНГИ. Эти работы Института условно можно разделить на три основных этапа. На первом производилась предварительная оценка условий среды в районе гибели лодки, на втором выполнялось доизучение этого района, а на третьем осуществлялось уже собственно гидрометеорологическое и навигационно-гидрографическое обеспечение соответствующих подводно-технических работ.

Предварительная оценка состояния среды в районе гибели апл была поручена НИЦ Гос.НИНГИ на следующие сутки после катастрофы.

Район гибели апл “Комсомолец” – северо-восточный склон Лофотенской котловины Норвежского моря – к началу 1989 г. в океанографическом отношении оказался малоизученным. Для оценки возможного влияния океанографических условий на различных стадиях работ с апл потребовались данные о ветре, волнении, течениях, температуре, солености и прозрачности морской воды, а также о рельефе дна и характере грунта. Однако, по большинству этих параметров дать оценки, основывающиеся на фактических наблюдениях, было невозможно. В районе нахождения апл отсутствовали прямые измерения течений, а измерения температуры, солености и прозрачности, отбор проб грунта носили единичный характер. Более представительные данные имелись по метеорологическим условиям. Но и здесь отсутствовали обобщения по синоптической обстановке, характеризующие длительность существования различных типов погоды и соответственно возможность проведения операций с апл в течение необходимого времени. Поэтому для ответа на поставленные вопросы о состоянии среды были использованы материалы отдельных экспедиций, выполнявшихся в районах, прилегающих к району гибели лодки, а также материалы ряда атласов и пособий (как показали последующие исследования, первоначальные оценки НИЦ, в целом, подтвердились).

Большая неопределенность в оценках элементов среды и высокая цена возможных ошибок при учете влияния океанографических условий на работы с апл определили необходимость их уточнения по непосредственным наблюдениям в районе нахождения апл. Задачи по доизучению района нахождения лодки решались в период 1990–1995 гг. океанографическими экспедициями (таблица).

Наблюдения в 1990 г. носили рекогносцировочный характер и продолжались около 38 сут. Результаты их позволили сформулировать задачи и выбрать методологию последующих комплексных исследований. При этом прикладная направленность предстоящих работ, новизна применяемой океанографической техники обусловили необходимость использования как стандартных, так и новых методов океанографических исследований.

Различные варианты решения проблемы обеспечения радиационно-экологической безопасности апл “Комсомолец” обуславливали специфику требований к океанографической информации. Первоначально рассматривался вариант подъема апл. Поэтому главным фактором, влияющим на выбор способа подъема, было определено течение от поверхности до дна (и прежде всего оценка его максимальных значений). В последующем решили ограничиться размещением защитных покрытий на корпусе лодки. Это потребовало проведения продолжительных наблюдений за придонными течениями для оценок возможного переноса радиоактивных примесей в случае выхода их за пределы корпуса. Поэтому в НИЦ была разработана специальная программа наблюдений с использованием как стандартных, так и экспериментальных измерителей течений.

Наблюдения за течениями производились с дрейфующих судов и на автономных буйковых станциях. Для исследования режима течений использовались автономные буйковые станции двух типов – с поверхностными буями (АБС) для наблюдений над течениями в слое 50-1200 м и притопленными буями (ПАБС) для наблюдений на глубинах от 300 до 1655 м. В 1990 г. с ОИС “А.Вилькицкий” были выставлены АБС и ПАБС с продолжительностью наблюдений в 17 сут. и 9 сут. соответственно.

В 1991 г. с ОИС “М.Крупский”, “С.Дежнев” и “Персей” на период с 16 июня по 28 августа были выставлены 15 АБС и ПАБС с горизонтами наблюдений на 50, 100, 300, 500, 700, 1000, 1200, 1400, 1500, 1550, 1600 и 1650 м. Часть из них – с максимально возможной близостью к месту нахождения апл. Одна из ПАБС была поставлена на удалении 1 миля от лодки, две другие – на 15 и 40 миль к востоку от точки нахождения апл, на стыке Медвежинского подводного желоба с материковым склоном. Такая схема позволила получить необходимые данные как для оценки режима течений непосредственно в месте нахождения лодки, так и для проверки гипотезы о наличии стоковых течений в придонном слое Медвежинского желоба.

В мае-июне 1992 г. с ОИС “И.Крузенштерн” на 15 сут. были выставлены 4 АБС в местах их постановки в 1991 г. В сентябре 1993 г. с ОИС “Б.Давыдов” были поставлены 3 ПАБС, а в июне 1994 г. с ОИС “С.Дежнев” – разработанные в НПО “Аквастандарт” по заданию Института две возвращаемые донные автономные станции радиационного контроля, в состав которых входили измерители течений, рассчитанные на работу не менее 6 мес. на отстоянии 1,5 м от дна.

Наблюдения за течениями в дрейфе осуществлялись с борта ОИС “М. Крупский” (1991 г.) разработанным по техническому заданию Института акустическим зондом-профилографом течений – от поверхности до глубин на 10–30 м выше дна. Зонд-профилограф позволил в масштабе времени близком к реальному при известных параметрах дрейфа судна получать вертикальный профиль течения.

Зонд, оснащенный трехкомпонентным акустическим измерителем, осуществляя практически мгновенную регистрацию скорости течения, пригоден для оценки ее экстремальных значений. Поэтому при его использовании преследовалась цель выявления экстремальных значений течений непосредственно на расстояниях не более 8 миль от точки нахождения апл и в районах, характеризующихся повышенными градиентами гидрофизических параметров. Наблюдения проводились в период с июня по август, ежемесячно в течение 10–20 сут. Их общая продолжительность составила 45 сут. Необходимо отметить, что по масштабу и продолжительности эти наблюдения не имеют аналогов в отечественной океанографии.

Наблюдения за гидрометеорологическими условиями предусматривали производство стандартных наблюдений в синоптические сроки (8 раз в сутки) и на гидрологических станциях всеми судами, работающими в районе исследований. При этом важным элементом являлся сбор факсимильной информации от зарубежных и отечественных радиометеорологических центров, а также получение инфракрасных и телевизионных изображений поверхности океана и метеорологических объектов. Всего было принято более 500 факсимильных карт и 100 снимков с метеоспутников.

Наблюдения за температурой и соленостью морской воды осуществлялись в течение всего периода исследований. Наиболее обстоятельно они выполнялись в 1991 г., в основным на дрейфовых гидрологических станциях – гидрофизическими зондирующими комплексами – в узлах регулярной сетки. Они осуществлялись от поверхности и до дна, на полигонах размерениями от 90х90 миль до 16х16 миль. В ходе гидрологических съемок при обнаружении зон с повышенными градиентами схемы наблюдений менялись, в результате чего удалось выявить три мезомасштабных образования (вихря), прошедших через район исследований. При этом впервые практически использовались буксируемые измерители температуры и солености, которые ранее применялись только в экспериментальном порядке.

Прозрачность морской воды в 1991 г. также обследовалась особенно тщательно. Ежесуточно вблизи апл предусматривалось выполнение 3-4-х зондирований и наблюдений на нескольких разрезах протяженностью до 20 миль, проходящих через точку нахождения лодки.

Определение типа и стратификации грунта в районе апл (квадрат 5 х 5 миль с центром в точке ее нахождения) осуществлялось бесконтактным способом – морским гидрографическим грунтографом с ОИС “В. Каврайский” (сентябрь 1991 г.). При этом экспериментальный образец грунтографа, разработанного для повышения надежности оценок типов грунта и его стратификации, был впервые использован для решения практической задачи. Калибровка его осуществлялась сравнением проб грунта, отбираемых грунтовыми трубками и дночерпателями, с записями сейсмо-эхограмм.

Обобщенные результаты исследований 1990–1995 гг. (см. таблицу) были использованы при формировании информационно-справочной системы (ИСС), разработанной в НИЦ для обеспечения рационального проектирования подводных работ и выполнения радиационно-экологического мониторинга района гибели апл. Эта система явилась первой компьютерной разработкой подобного типа в ГС ВМФ и послужила прообразом стандартных ИСС, используемых в настоящее время во флотских гидрометцентрах. Система позволяет наращивать объемы используемой базы данных и на сегодня содержит следующие статистические характеристики:

• течений на глубинах 50, 100, 300, 500, 700, 1000, 1200, 1500, 1550, 1580, 1600, 1615, 1630, 1640, 1650, 1656, 1670 м, полученные по данным наблюдений на 15 буйковых станциях;
• температуры и солености от поверхности до дна, полученные по данным 1200 зондирований;
• прозрачности по данным 150 зондирований;
• ветра и волнения, полученные по всему циклу наблюдений с дискретностью в 3 ч.

Кроме того в систему включены данные по распределению типа грунта.

Полученные статистические характеристики условий среды позволили обеспечить проектные решения по изоляции разрушенной носовой части лодки, обеспечить моделирование распространения примесей для оценки радиационно-экологических последствий, подготовить методологическую основу для гидрометеорологического и навигационно-гидрографического обеспечения подводно-технических работ, а также получить более детальное представление о погодных условиях в северо-восточной части Норвежского моря [1].

В период исследований был получен ряд новых научных результатов. Так, в 1991 г. впервые провели прямые наблюдения за скоростями течений в вихревых образованиях (с помощью зондирующих комплексов). На практике реализованы идеи по выбору схем наблюдений в зависимости от складывающейся океанографической обстановки.

Одним из основных вопросов при разработке проекта подъема апл, а также при оценке возможности выхода радионуклидов из разрушенной носовой части, был вопрос о максимально возможных скоростях течений в придонном слое. В 1989 г. по результатам измерений с судна “Академик Мстислав Келдыш” Институт океанологии РАН сделал вывод о возможной скорости течения до 151 см/с. Впоследствии он был опровергнут, как полученный по недостоверным измерениям. Для ответа на вопрос о максимально возможных скоростях с судов ГС ВМФ выставлялись придонные АБС. Было показано, что в действительности скорости течений в придонном слое (независимо от периода года) могут быть весьма значительными, не превышая однако 20–50 см/с.

Дополнительно, для проверки гипотезы о том, что максимальные скорости течений связаны, в частности, с вихревыми образованиями, был осуществлен поиск вихревых образований в пределах района нахождения апл с помощью буксируемого комплекса, а затем выполнены прямые измерения температуры, солености и скорости течений в мезомасштабном вихре. Было установлено, что максимальные скорости течений достигают 100 см/с, но только в слое 50–500 м от поверхности моря [2].

В теоретическом плане обширные исследования течений позволили разработать новые имитационные модели течений, что в итоги позволило получить модель “пятнистой” структуры распространения примеси и более объективно оценить возможные радиационно-экологические последствия нахождения на дне источников радиоактивного загрязнения [3, 4].

Впервые в практике гидрометеорологического обеспечения (ГМО) в период исследований непосредственно на судах осуществлялся анализ и прогноз гидрометеорологической обстановки на основе собственных наблюдений, факсимильной информации, а также информации с метеоспутников с отображением на экране компьютера. Были выявлены периоды чередования циклов неблагоприятных и благоприятных погодных условий, что позволило в последующем методически обеспечить надежное локальное прогнозирование погоды на срок до 3-х сут.

Итоговым результатом второго этапа работ явилась отработка методологии ГМО, важнейшим элементом которого является оперативное получение данных о течениях от поверхности до дна, а также метеорологической и океанографической информации с ИСЗ. Технология такого обеспечения отработана Институтом в экспедициях 1991 и 1992 гг. и может использоваться в дальнейшем.

На заключительном, третьем этапе работ Гос.НИНГИ была поставлена задача по гидрометеорологическому и навигационно-гидрографическому обеспечению изоляции носовой части лодки. Она решалась под руководством заместителя начальника Института С.П.Алексеева при проведении работ в районе гибели апл “Комсомолец” (см. таблицу) во время рейса ОИС “Л.Демин” (16–26.06.95 г.).

В соответствии с техническим проектом предусматривалось осуществить обеспечение работ в районе апл суточными и полусуточными гидрометеорологическими прогнозами (не ниже 85% оправдываемости), обращая внимание на прогнозирование ветра, волнения и видимости, определяющих возможность и безопасность проведения запланированных работ. Оперативное обеспечение информацией о течениях техническим проектом не оговаривалось, т.к. предыдущие многолетние наблюдения за течениями в этом районе в июле не выявили скоростей течений, при которых глубоководные обитаемые подводные аппараты “Мир” не могли бы выполнять работы на корпусе лодки. При прогнозировании погодных условий на ОИС использовалось как штатное оборудование, так и развернутый автономный пункт приема информации (АППИ) с метеоспутников.

Для обеспечения радиационного контроля в районе нахождения апл “Комсомолец” после завершения работ по изоляции носовой части корпуса потребовалось высокоточное определение местоположения лодки без использования подводных аппаратов. Для решения этой задачи на ОИС “Л.Демин” было предусмотрено использование серийной навигационной аппаратуры потребителей “СЧ-4”, обеспечивающей предельную (р=0,95%) погрешность определения координат – 45 м, экспериментального образца электронной навигационной информационной системы и экспериментального анализатора сигналов штатного промерного эхолота ОИС ГЭЛ-3.

В обеспечение прогнозирования распространения радионуклидов в морской среде в случае их выхода за пределы корпуса лодки в период работ были предусмотрены подъем возвращаемых автономных донных станций радиационного контроля, установленных у апл в 1994 г., обработка данных с регистраторов течений, расположенных в 1,2 м от дна, постановка двух новых донных станций и съемка океанографического полигона зондирующим гидрофизическим комплексом.

В результате работ, выполненных Институтом на третьем этапе, все поставленные техническим проектом задачи обеспечения были выполнены в полном объеме. При этом можно констатировать следующее:

1. Анализ соответствия фактической и прогнозируемой погоды свидетельствует о довольно высокой (85-90%) оправдываемости прогнозов гидрометеорологических условий с заблаговременностью 12–24 ч. Большим подспорьем в прогнозе и оценке синоптических условий послужили выявленные ранее особенности возникновения штормовых условий, а также использование в процессе работ комплекса аппаратуры АППИ с ПЭВМ, что позволило инженеру-синоптику непосредственно, в режиме реального времени, наблюдать и оценивать синоптическую обстановку на экране монитора. Используемая совместно со стандартным набором получаемой метеорологической информации, эта технология позволяет более качественно оценивать процессы в атмосфере, повышать заблаговременность и оправдываемость гидрометеорологических прогнозов.
2. Осуществлено высокоточное навигационное координирование маневрирования ОИС “Л.Демин” в точке нахождения апл “Комсомолец”, в полигоне при идентификации положения лодки на грунте, съемке и постановке донных станций и выполнении океанографических исследований.
3. Подтверждена возможность применения штатного эхолота для решения задачи обнаружения и уточнения координат апл “Комсомолец”, что позволяет для выполнения плановых работ по экологическому мониторингу района гибели лодки использовать гидрографическое судно ВМФ, оборудованное штатным эхолотом.
4. Впервые с помощью штатного эхолота удалось обнаружить лодку на донном грунте и установить прямой акустический контакт с ее корпусом.
5. Успешно проведенная операция по подъему донных станций обеспечила возможность изучения накопленной в течение года сорбционными блоками информации по радионуклидам (блоки находились в заданных точках на отстоянии 1,5 м от дна), что подтвердило эффективность технических решений, выработанных Гос.НИНГИ.
6. В месте нахождения апл “Комсомолец” получены необходимые для радиационно-экологического мониторинга дополнительные данные о течениях в придонном слое и структуре водных масс прилегающего района.

В целом, результаты проведенных в период с 1989 по 1995 г. научно-исследовательских, опытно-конструкторских и экспедиционных работ, выполненных в связи с гибелью апл “Комсомолец”, являются наиболее крупным вкладом ГС ВМФ в изучение океана за последнее десятилетие. С помощью полученных данных об условиях среды была решена важная научно-техническая задача ликвидации последствий катастрофы лодки.

Многолетние работы по исследованию района нахождения апл “Комсомолец” и гидрометеорологическому и навигационно-гидрографическому обеспечению изоляции ее носовой части выполнялись большим коллективом сотрудников Гос.НИНГИ под руководством автора статьи. В океанографических исследованиях и гидрометеорологическом обеспечении на протяжении ряда лет принимали активное участие: Г.Б.Баранник, Г.И.Галушко, О.А.Гасников, Ю.Н.Жуков, Ю.В.Исаев, С.А.Кононова, С.И.Мастрюков, М.А.Мирошниченко, М.А.Шостенко и В.В.Удалов В исследованиях гидрографических условий и навигационное обеспечение работ основной вклад внесли Ю.А.Глухов, Е.А.Денисюк, В.Г.Дзюба, А.Б.Опарин и А.И.Свечников

Полученный в период 1989–1995 гг. Гос.НИНГИ опыт работ по обеспечению информацией о состоянии среды в районе гибели апл “Комсомолец” послужил основой для разработки технологии гидрометеорологического и навигационно-гидрографического обеспечения работ на затонувших, опасных для окружающей среды объектах. Эта технология была практически применена в полном объеме и может быть использована в дальнейших исследованиях окружающей среды в районах нахождения опасных в радиационном, химическом и других отношениях затонувших объектов, а также подводно-технических работах по снижению их опасности.

1. Океанологические исследования и подводно-технические работы на месте гибели атомной подводной лодки “Комсомолец”. Москва, Наука, 1966.
2. С.Б.Балясников, В.М.Кушнир. Вертикальная структура течений в северо-восточном районе Норвежского моря. Тезисы докладов на международной конференции “Экспедиционные исследования Мирового океана и информационные океанографические ресурсы” (ОИР–98), 26–30 октября 1998 г. Обнинск, Россия.
3. С.Б.Балясников, Ю.Н.Жуков. Моделирование траектории перемещения предметов в морской среде с использованием фрактальных функций. Тезисы докладов на IV Санкт-Петербургской международной конференции “Региональная информатика-95”. СПб., 15–18 мая 1995 г.
4. С.Б.Балясников, Ю.Н.Жуков. Методология сбора и обработки информации о динамике водных масс для моделирования распространения примеси в морской среде. Тезисы докладов на IV Санкт-Петербургской международной конференции “Региональная информатика-95”. СПб., 15–18 мая 1995 г.