Ледоколы будущего: три прорыва нижегородских инженеров

Нижегородский технический университет разрабатывает ключевые технологии для развития ледокольного флота России. Три направления — суда на воздушной подушке, автономное управление и моделирование льда — меняют подход к освоению Арктики.

Ледокольные платформы на воздушной подушке

Идея использовать воздушную подушку для разрушения льда родилась в НГТУ ещё в 1980-х годах. Принцип работы такой платформы прост: под днищем создаётся область повышенного давления, которая приподнимает корпус над поверхностью. Но в случае со льдом происходит ещё один эффект — под действием платформы ледяной покров разрушается за счёт изгибно-гравитационного механизма.

«Если впереди обычного судна установить такую платформу, под платформой происходит изгибно-гравитационное разрушение ледяного покрова. Фактически лёд сам падает под силой тяжести», — поясняет ректор НГТУ им. Р.Е. Алексеева Сергей Дмитриев.

Первым реальным опытом стало создание полноразмерного макета с шифром 102П, спроектированного в ЦКБ «Вымпел» совместно с НГТУ. Затем появилась первая опытная ледокольная платформа на воздушной подушке — 107П «Торос».

В 2025 году инженеры университета запатентовали амфибийное судно нового поколения, способное передвигаться по льду, снегу, болотам и даже наклонным поверхностям. Разработка сочетает технологии воздушной подушки, шнекохода и аэросаней.

Справка: Ледокольная платформа на воздушной подушке (ЛПВП) — судно, использующее воздушную подушку для снижения трения и разрушения льда изгибно-гравитационным методом.

«Беспилотные» ледоколы: от автопилота к автономности

В 2023–2025 годах в НГТУ завершили работу над программно-аппаратным комплексом автоматизированного управления двигательной установкой арктических судов. Проект был отмечен на международном салоне изобретений «Новое время» и реализуется в рамках федеральной программы Минобрнауки «Приоритет 2030».

Главная цель системы — взять на себя управление ходовыми режимами в экстремальных ледовых условиях, заложив технологический фундамент для полностью беспилотного судовождения в Арктике.

Комплекс состоит из двух ключевых компонентов:

Аппаратная часть (бортовой компьютер). В системный блок интегрирован высокоточный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). К нему подключается массив внешних датчиков, которые непрерывно фиксируют кинематические параметры движения ледокола: точное положение в пространстве, время, крен, дифферент и скорость.

Интеллектуальное ПО. Специализированный софт в реальном времени анализирует поступающие с датчиков данные, мгновенно оценивает текущие характеристики и толщину ледового покрова за бортом.

Одна из главных функций программы — автоматизация сложного циклического движения «набегами». Когда ледокол сталкивается с непреодолимым с ходу толстым льдом, система сама рассчитывает тактику: на сколько метров нужно отойти назад, под каким углом и с каким ускорением набрать ход, чтобы эффективно расколоть лед, не повредив винто-рулевую группу и корпус.

«Новая разработка увеличивает скорость ледоколов, автоматизирует труд судоводителей и помогает экономить до 19 процентов топлива», — рассказал младший научный сотрудник НГТУ Андрей Себин.

На текущий этап (2026 год) полноценных стопроцентных беспилотных ледоколов-роботов в коммерческой эксплуатации пока нет. Отрасль находится на стадии полуавтономного управления, когда ИИ выполняет роль «супер-автопилота» в тяжелых льдах, минимизируя человеческие ошибки, а оператор лишь страхует систему.

Справка: Движение «набегами» — тактика ледокола, при которой судно разгоняется, набегает на лёд, разрушая его инерцией, затем отходит назад для нового разгона.

Композитный лёд: как удешевить испытания в разы

Учёные НГТУ создали уникальную композитную модель льда из полимеров для испытания новых ледоколов в малых бассейнах. Разработка решает фундаментальную проблему полярного судостроения — высокую стоимость и сложность испытаний новых судов.

До этого инженерам приходилось проектировать новые ледоколы методом дорогостоящих натурных испытаний или строить гигантские, сложные в обслуживании холодильные комплексы с огромными чашами-бассейнами. В мире насчитывается около 30 ледовых опытовых бассейнов, моделировать движение судна во льдах получалось только в очень крупных масштабах.

«Со времен первого ледового бассейна, построенного в Ленинграде в 1955 году, и до настоящего времени моделировать движение судна во льдах получалось только в очень крупных масштабах. Соответственно, были созданы морозильные камеры, способные вместить бассейны длиной до 100 метров и шириной до 40 метров. Наморозка льда в таких сооружениях стоит очень дорого, а точность моделирования — недостаточно высокая», — рассказал Андрей Себин.

Нижегородский метод композитного моделирования льда меняет этот процесс. Вместо того чтобы намораживать стандартный монолитный лед, учёные применили гибридный подход:

В воду бассейна добавляются специальные гранулы полимера (полиэтилена высокого давления).

Затем воду замораживают, и между гранулами намерзает обычный пресноводный лед.

Получается слоистая композитная структура, которая по хрупкости, трещиноватости и физико-механическим свойствам идеально имитирует реальный морской лёд толщиной в несколько метров, но в уменьшенном масштабе.

«Мы изучили процесс разрушения этого материала и создали технологию, позволяющую добиться наилучшего подобия движения судна во льдах. Композитная модель эффективна в бассейнах небольших размеров, в том числе нашем. Стоимость исследований снижается в разы, а качество результатов повышается», — подчеркнул Андрей Себин.

Преимущества композитного метода:
Размер бассейна: классический метод требует огромных специализированных бассейнов (около 30 в мире), композитный метод позволяет использовать бассейны небольших размеров.

Затраты энергии и времени: при классическом методе требуется длительная заморозка колоссальных объёмов воды, при композитном намораживается лишь тонкий связующий слой вокруг полимера.

Финансовая выгода: классический метод предполагает миллионные бюджеты на аренду гигантских ледовых лабораторий, композитный метод снижает стоимость исследований в разы.

Справка: Композитный лёд НГТУ — модель ледяного покрова на основе гранул полиэтилена высокого давления, вмороженных в пресноводный лёд, имитирующая свойства морского льда.

Вклад в беспилотное будущее

Для создания полностью автономного ледокола искусственный интеллект судна нужно обучить взаимодействовать со льдом: понимать, как корпус давит на ледяное поле, под какими углами образуются трещины и как меняется сопротивление.

Благодаря дешёвым и быстрым испытаниям на полимерном льду инженеры могут проводить сотни симуляций в месяц. Это позволяет собрать колоссальный массив точных данных для цифровых двойников и «натренировать» беспилотные системы управления НГТУ на любые аварийные ситуации ещё до того, как реальный ледокол будет заложен на верфи.

Сегодня нижегородская научная школа корабельной ледотехники является ведущим российским научным центром, где проводятся фундаментальные исследования взаимодействия судов со льдом. В НГТУ им. Р.Е. Алексеева реализуется единственная в стране магистерская программа на ледокольную тематику «Проектирование судов и морских инженерных сооружений, эксплуатирующихся в ледовых условиях».

Ранее мы писали, что ученые НГТУ создают «умные» полимеры для доставки лекарств в организм.

Фото: Росатомфлот