Шесть сантиметров льда в опытовом бассейне могут изображать ледяное поле толщиной до двух с половиной метров. Для этого в Арктическом и антарктическом НИИ на улице Беринга меняют прочность намороженного покрова под масштаб модели судна.
Холод по заданию
На улице Беринга, 38, литера А, работает комплекс из двух ледовых бассейнов ААНИИ. Здесь исследуют разрушение ледяного покрова при контакте с судами и инженерными сооружениями. По характеристикам, которые приводит институт, большой бассейн имеет ширину 5 метров и глубину 1,8 метра, а температуру воздуха можно понижать до минус 18 градусов. Его лабораторная зима подчиняется программе эксперимента.
Главный инструмент исследователей — возможность менять свойства самого льда. Конструкция бассейна позволяет быстро изменять солёность воды, холодильная система — выбирать режим намораживания и поддерживать температуру во время опыта. Данные о температуре сохраняют: по ним контролируют, в каких условиях получился ледяной покров.
Масштаб касается и прочности
Уменьшенной копии судна нужен специально подготовленный лёд. При физическом моделировании его прочностные свойства снижают пропорционально масштабу эксперимента. Вместе с размерами учитывают соотношения скоростей, времени, сил и других величин. Соблюдение этих правил позволяет переносить результаты лабораторного испытания на настоящее судно.
Работа с моделью складывается из нескольких последовательных операций:
- Подготавливают ледяное поле с характеристиками, соответствующими масштабу опыта.
- Проводят модель через лёд с заданной скоростью при помощи рабочей тележки.
- Регистрируют усилия и движение модели, затем используют измерения для оценки ледового сопротивления и проверки расчётов.
Тележка движется вдоль бассейна и служит также для подготовки и уборки льда. Для опытов с заданной тягой предусмотрена отдельная буксировочная система с падающим грузом. Так можно исследовать разные условия движения, сохраняя измеримую нагрузку.
Сталь под ледяной нагрузкой
В малом бассейне испытывают и отдельные материалы. Петербургские специалисты ААНИИ и института «Прометей» исследовали, что происходит с нержавеющей сталью при трении о солёный лёд. У такой стали есть защитная поверхностная плёнка. Механическое истирание способно нарушать её целостность и создавать условия для коррозии.
В работе, опубликованной в журнале «Транспортные системы» в 2025 году, описаны две установки. На первой гидравлический пресс прижимал ледяной куб к стальному образцу, закреплённому под углом 45 градусов, до разрушения льда. Одновременно исследователи непрерывно измеряли электрохимический потенциал металла и продолжали наблюдение после прекращения нагрузки.
Вторая установка напоминала карусель: закреплённые на вращающейся конструкции образцы тёрлись о лёд. Испытание продолжалось 260 часов при скорости один метр в секунду. Пройденный путь составлял около 900 километров. После длительного трения на обеих исследованных сталях обнаружили небольшое количество неглубоких очагов точечной коррозии; на части нагруженных образцов — многочисленные риски. Методика позволила сравнить стойкость материалов к совместному действию трения и коррозии.
Эхо между двумя границами
Другой опыт в малом бассейне охватил полный цикл замерзания и таяния пресноводного льда. Об исследовании ААНИИ сообщил в августе 2026 года. Над водой установили два радиолокатора на автоматическом поворотном устройстве, под водой — акустический зонд и линейку датчиков вблизи поверхности.
Зонд на дне посылал вверх ультразвук частотой 200 килогерц и принимал эхо от двух границ ледяного слоя: нижней, соприкасающейся с водой, и верхней, обращённой к воздуху. По времени прихода отражённых сигналов учёные рассчитывали толщину льда. Дополнительно определяли скорость распространения звука в нём и затухание сигнала.
При замерзании и таянии акустические параметры различались. Исследователи построили математическую модель отражённого импульса, согласующуюся с экспериментом. Такой подход позволяет наблюдать изменение толщины без бурения, в том числе во время таяния: подводный прибор продолжает измерения независимо от погоды над ледяным покровом.
От дворца к лабораторному комплексу
Петербургская история этих опытов началась в 1955 году. Первый ледовый бассейн института разместили на первом этаже Галерейного флигеля Шереметьевского дворца. Его железобетонная чаша имела длину 14 метров. В лаборатории были четыре охлаждаемые камеры, машинное отделение и аппаратная.
Современный комплекс начал работать в 1990 году. А в первом бассейне для модельного опыта хватало ледяной пластинки толщиной 4–5 миллиметров: её наращивали за 3–4 часа.