یخشکن هستهای آرکتیکا همانند زیردریایی تایفون نمونهای برجسته از پیشرفتهای مهندسی دریایی روسیه در حوزه عملیات قطبی است. آرکتیکا در سال ۲۰۱۶ در کشتیسازی بالتیک در سن پترزبورگ به آب انداخته شد. یخشکن هستهای آرکتیکا به عنوان کشتی پیشرو کلاس پروژه ۲۲۲۲۰ (LK-60Ya) عمل میکند و با جابهجایی ۳۳٬۵۰۰ تن، طول ۱۷۳ متر و عرض ۳۴ متر، مرزهای جدیدی در قابلیتهای یخشکنی تعریف کرده است. آرکتیکا با استفاده از دو رآکتور هستهای RITM-200، توان حرارتی ۳۵۰ مگاوات تولید میکند که امکان حرکت در آبهای باز با سرعت ۲۲ گره و شکستن یخ تا ضخامت ۲٫۸ متر را با سرعت مداوم ۱٫۵ تا ۲ گره فراهم میآورد. کشتی آرکتیکا Arktika نه تنها برای اسکورت کشتیهای تجاری در مسیر دریای شمالی (NSR) طراحی شده، بلکه در مأموریتهای تحقیقاتی، نجات و گردشگری قطبی نیز نقشآفرینی میکند.
از زمان ورود به خدمت، آرکتیکا به سرعت به نمادی از برتری روسیه در قطب شمال تبدیل شد. در نخستین سفر آزمایشی خود در اکتبر 2020، این کشتی به قطب شمال رسید و مسیرهای یخزده را برای آزمایش سیستمهای پیشرانش خود باز کرد. با قابلیت تغییر غوطهوری از ۸٫۵ متر به ۱۰٫۵ متر در تنها چهار ساعت، آرکتیکا میتواند هم در دریاهای عمیق قطبی و هم در دلتاهای رودخانهای کمعمق مانند خلیج آبا و ینسی عمل کند، که این ویژگی آن را به ابزاری چندمنظوره برای توسعه اقتصادی و امنیتی روسیه در قطب شمال تبدیل کرده است. آرکتیکا، که نامش از یخشکن پیشین آرکتیکا (۱۹۷۵) الهام گرفته شده، ادامهدهنده میراث شوروی در ساخت کشتیهای هستهای است.
تاریخچه توسعه یخشکنهای کلاس Arktika
تاریخچه کلاس آرکتیکا به دهه ۱۹۷۰ بازمیگردد، زمانی که اتحاد جماهیر شوروی برای غلبه بر چالشهای حمل و نقل در مسیر دریای شمالی، بر روی یخشکنهای هستهای سرمایهگذاری کرد. نخستین کشتی کلاس آرکتیکا (پروژه ۱۰۵۲۰) در ۳ ژوئیه ۱۹۷۱ در کشتیسازی بالتیک لنینگراد (سن پترزبورگ کنونی) کلنگزنی شد و در ۱۷ دسامبر ۱۹۷۵ آزمایشهای دریایی خود را با موفقیت به پایان رساند. این کشتی در ۱۷ اوت ۱۹۷۷ به عنوان نخستین کشتی سطحی به قطب شمال رسید و دستاورد فنی بزرگی برای شوروی به ارمغان آورد. کلاس آرکتیکا شامل شش کشتی شد: آرکتیکا (۱۹۷۵)، سیبری (۱۹۷۷)، روسیه (۱۹۸۵)، اتحاد شوروی (۱۹۸۹)، یامال (۱۹۹۲) و ۵۰ سال پیروزی (۲۰۰۷)، که هر کدام با رآکتورهای OK-900A و توان پیشرانش ۷۵٬۰۰۰ اسب بخار، یخ تا ضخامت ۲٫۳ متر را میشکستند.
پس از فروپاشی شوروی در ۱۹۹۱، ناوگان یخشکن روسیه با چالشهای مالی روبرو شد و بسیاری از کشتیهای کلاس آرکتیکا بازنشسته گردیدند. با این حال، در اواخر دهه ۱۹۸۰، مؤسسه تحقیقات دریایی مرکزی (CNIIMF) و دفتر طراحی مرکزی “آیسبرگ” بر روی جانشینی این کلاس کار کردند و پروژه ۲۲۲۲۰ را به عنوان پاسخی به نیازهای جدید قطبی توسعه دادند. این پروژه، که در سال ۲۰۱۳ با کلنگزنی آرکتیکا آغاز شد، بر پایه تجربیات عملی از حمل و نقل قطبی بنا نهاده شده و هدف آن ایجاد یخشکنهایی با قابلیت شکستن یخ ۲٫۸ متری و غوطهوری دوگانه بود. تأخیرهای ناشی از مشکلات تأمین قطعات داخلی، تحویل آرکتیکا را از ۲۰۱۷ به ۲۰۲۰ موکول کرد. این کلاس اکنون با چهار کشتی فعال (آرکتیکا، سیبری، اورال و یاکوتیا) و سه کشتی در حال ساخت، ناوگان روسیه را احیا کرده و سالانه بیش از ۹۷۶ اسکورت یخشکنی در NSR انجام میدهد.
نقش روسیه در مهندسی یخشکنهای هستهای
روسیه، به عنوان تنها کشوری که ناوگان عملیاتی یخشکنهای هستهای را اداره میکند، نقش پیشرو در مهندسی این فناوری را ایفا کرده است. از زمان راهاندازی لنین در ۱۹۵۹ به عنوان نخستین یخشکن هستهای جهان، روسیه بیش از ۱۵ کشتی هستهای ساخته و بیش از ۴۰۰ سال-رآکتور تجربه عملیاتی کسب کرده است. شرکتهای دولتی مانند روساتم و آتموفلوت، با همکاری کشتیسازی بالتیک و دفتر طراحی آیسبرگ، استانداردهای ایمنی و کارایی را تعریف کردهاند. پروژه ۲۲۲۲۰، با تمرکز بر رآکتورهای یکپارچه RITM-200، نشاندهنده رویکرد “همطراحی” سختافزار و نرمافزار است که ایمنی ذاتی و عمر ۴۰ ساله را تضمین میکند.
این نقش نه تنها اقتصادی است، بلکه استراتژیک نیز هست. روسیه با ناوگان ۵۰ یخشکنی (شامل ۸ هستهای)، سالانه ۳۷٫۸ میلیون تن بار را در NSR جابهجا میکند و دسترسی به منابع هیدروکربنی قطب شمال را فراهم میآورد. همکاری با شرکتهایی مانند فوجیتسو و آلفا لاوال برای سیستمهای خنککاری و پیشرانش، فناوری روسی را به سطح جهانی رسانده و مدلهایی مانند RITM-200N را برای نیروگاههای مدولار زمینی صادر میکند. روسیه با سرمایهگذاری بیش از ۱ میلیارد دلار در هر کشتی، برتری خود را در برابر رقبایی مانند ایالات متحده (با تنها دو یخشکن قطبی) و چین (با دو یخشکن) حفظ کرده و قطب شمال را به عنوان حوزه نفوذ خود تثبیت نموده است.
نحوه عملکرد یخشکن هستهای آرکتیکا
عملکرد یخشکن آرکتیکا بر پایه سیستم پیشرانش هستهای-توربو-الکتریکی استوار است که دو رآکتور RITM-200 بخار تولید میکنند و توربوژنراتورهای ۳۶ مگاواتی برق برای موتورهای الکتریکی ۲۰ مگاواتی فراهم میآورند. این سیستم سه پروانه فولادی ضدزنگ با قطر ۶٫۲ متر و وزن ۶۰ تن هر کدام را به حرکت درمیآورد و امکان سرعت ۲۲ گره در آب باز و ۲ گره در یخ را میدهد. بدنه دوجداره با فولاد تقویتشده تا ۵۰ میلیمتر ضخامت، وزن کشتی را بر روی یخ اعمال کرده و با سیستم حبابزایی (ABS)، بخار را از ۹ متری زیر سطح تزریق میکند تا یخ را تضعیف نماید.
در عملیات، کشتی آرکتیکا با روش “شکست هیدرواستاتیک” عمل میکند؛ کمان قاشقیشکل بر روی یخ سوار شده و وزن ۳۳٬۵۰۰ تنی آن یخ را میشکند، در حالی که سیستم بالاست آب اجازه تغییر غوطهوری را میدهد. در مأموریتهای اسکورت، کشتی کانالهایی تا عرض ۵۰ متر باز میکند و با هلیکوپتر Mi-2، مسیرها را شناسایی مینماید. ایمنی با ۸۶ سنسور تابش، محفظههای بسته رآکتور و بتن پرتراکم تضمین شده و عمر سوخت ۱۰ ساله، عملیات بدون وقفه را امکانپذیر میسازد.
بررسی مأموریتهای اصلی یخشکن هستهای آرکتیکا Arktika
مأموریتهای اصلی یخشکن هستهای آرکتیکا شامل اسکورت کشتیهای تجاری در NSR، پشتیبانی از پروژههای هیدروکربنی و عملیات تحقیقاتی است. در نوامبر ۲۰۲۰، آرکتیکا نخستین اسکورت خود را در خلیج آب انجام داد و کشتیهای LNG نووتک را به یامال هدایت کرد، که تولید ۱۹ میلیون تن LNG در ۲۰۲۳ را ممکن ساخت. این کشتی با اسکورت ۹۲ عبور ترانزیتی در ۲۰۲۴، رکورد جدیدی ثبت کرد و مسیرهای شرقی NSR را باز نگه داشت.
علاوه بر اسکورت، آرکتیکا در مأموریتهای نجات و گردشگری شرکت دارد؛ در ۲۰۲۰، برنامهای برای حمل ۲۵ نوجوان برنده المپیاد قطبی به قطب شمال داشت، هرچند به دلیل تأخیرها لغو شد. در تحقیقات، کشتی دادههای اقلیمی و زیستی جمعآوری میکند و با ایستگاههای شناور همکاری دارد، که دسترسی سالانه به بنادر قطبی را تضمین مینماید.
طراحی بدنه مقاوم برای شکستن یخ
طراحی بدنه یخشکن هستهای آرکتیکا با تمرکز بر مقاومت در برابر یخ، شامل دو جداره با فاصله ۳ متری است که با بالاست آب پر شده و ضربه را جذب میکند. کمان قاشقیشکل با فولاد ۵۰ میلیمتری، کشتی را بر روی یخ سوار کرده و وزن را برای شکست هیدرواستاتیک اعمال مینماید. عرض ۳۴ متری امکان اسکورت کشتیهای بزرگ را فراهم کرده و سیستم ABS با تزریق ۲۴ مترمکعب بخار در ثانیه، یخ را از زیر تضعیف میکند.
این طراحی، که از تجربیات کلاس پیشین الهام گرفته، با پوشش پلیمری برای کاهش اصطکاک تکمیل شده و دوام در دماهای -۵۰ درجه سلسیوس را تضمین میکند. بدنه با ۹ محفظه ضدآب، ایمنی را افزایش داده و آزمایشها نشان داد که آرکتیکا میتواند یخ ۲٫۸ متری را بدون آسیب بشکند.
سیستم پیشرانش دوقلو و توان خروجی
سیستم پیشرانش آرکتیکا دوقلو، شامل دو رآکتور RITM-200 با توان حرارتی ۱۷۵ مگاوات هر کدام، است که بخار را برای دو توربوژنراتور ۳۶ مگاواتی تولید میکند. این برق، سه موتور الکتریکی ۲۰ مگاواتی را تغذیه کرده و پروانههای ثابت را با توان کل ۶۰ مگاوات (۸۰٬۰۰۰ اسب بخار) به حرکت درمیآورد. سیستم توربو-الکتریکی، کارایی ۹۰ درصدی را فراهم کرده و امکان عملیات مداوم بدون سوختگیری را میدهد.
در مقایسه با کلاس پیشین، این سیستم ۷ درصد کارآمدتر است و با کنترلرهای پیشرفته، مصرف سوخت را بهینه مینماید. توان خروجی اجازه سرعت ۲۲ گره در آب باز و ۲ گره در یخ را میدهد، در حالی که عمر ۴۰ ساله رآکتورها، هزینههای عملیاتی را کاهش میدهد.
رآکتورهای هستهای RITM-200 و کاربرد آن
رآکتور RITM-200، یک رآکتور آب فشرده نسل III+، با طراحی یکپارچه (رآکتور، ژنراتور بخار و پمپها در یک محفظه) ساخته شده و وزن ۱۴۷٫۵ تن و ارتفاع ۷٫۳ متر دارد. هر رآکتور با اورانیوم غنیشده ۲۰ درصد، توان ۱۷۵ مگاوات حرارتی تولید میکند و سوختگیری هر ۷-۱۰ سال را نیاز دارد. ایمنی با گردش طبیعی خنککننده، لولههای کوتاه و محدودکنندههای نشت تضمین شده و دوز تابش کمتر از ۰٫۰۱ درصد پسزمینه است.
کاربرد RITM-200 فراتر از یخشکنها، به نیروگاههای شناور و زمینی مانند RITM-200N گسترش یافته و در پروژههای گاز نوردنیکل استفاده میشود. در آرکتیکا، دو رآکتور با محفظههای بسته و بتن پرتراکم، تابش را کنترل کرده و عملیات در شیبهای ۴۵ درجه را ایمن میسازند.
ساختار و طراحی عرشههای یخشکن هستهای آرکتیکا
عرشههای یخشکن هستهای آرکتیکا با طراحی مدولار، شامل عرشه اصلی برای عملیات یخشکنی، عرشه فوقانی برای کنترل و عرشه پایین برای ماشینآلات است. عرشه هلیکوپتر در عقب، با آشیانه برای Mi-2، شناسایی مسیرها را امکانپذیر میسازد. عرشه اصلی با ۷۵ خدمه، شامل سالن غذاخوری، استخر، سالن ورزشی و کتابخانه است و آسانسور دسترسی را تسهیل میکند.
طراحی عرشه با تمرکز بر ایمنی، شامل محفظههای ضدآب و سیستمهای تهویه برای دماهای قطبی است. عرشه فرمان با رادارهای پیشرفته و سنسورهای یخ، ناوبری را هدایت میکند و ساختار کلی با فولاد HY-100، دوام در برابر ضربه را تضمین مینماید.
حداکثر ضخامت یخ قابل شکستن
آرکتیکا قادر به شکستن مداوم یخ ۲٫۸ متری با سرعت ۱٫۵-۲ گره است و با رم کردن، ضخامتهای تا ۴٫۵ متر را مدیریت میکند. این قابلیت، بر پایه وزن ۳۳٬۵۰۰ تنی و کمان قاشقی، یخ را هیدرواستاتیک میشکند و ABS آن را تضعیف مینماید. آزمایشهای ۲۰۲۳ در شرایط بهاره، عملکرد را تأیید کرد، هرچند منتقدان بهینهسازی در یخ ضخیمتر را پیشنهاد میدهند.
تجهیزات ایمنی و استانداردهای امنیتی
یخشکن هستهای آرکتیکا با ۸۶ سنسور تشعشع، سیستمهای خودکار خاموشکننده رآکتور و محفظههای دوجداره ساخته شده است. در صورت بروز هرگونه مشکل، رآکتورها به طور خودکار خاموش میشوند و خنککننده به صورت طبیعی گردش میکند. بدنه کشتی به ۹ محفظه ضدآب تقسیم شده و حتی در صورت سوراخ شدن چهار محفظه، کشتی غرق نمیشود.
تمام استانداردهای بینالمللی IAEA و IMO رعایت شده و دوز تشعشع برای خدمه کمتر از ۱ میلیسیورت در سال است که از حد مجاز برای کارکنان نیروگاههای هستهای نیز کمتر است. سیستمهای اطفای حریق با فوم و CO2، قایقهای نجات برای تمام خدمه و هلیکوپترهای نجات، ایمنی را به حداکثر رساندهاند.
همکاری کشتی Arktika با سایر کشتیهای قطبی
کشتی آرکتیکا معمولاً با خواهر خود سیبری یا اورال به صورت جفت کار میکند. در زمستانهای سخت، دو یخشکن هستهای کانالهای عریضتری باز میکنند و کاروانهای بزرگتر را اسکورت میکنند. با یخشکنهای دیزلی کلاس تایمیر و وایگاچ نیز هماهنگی دارد و در مناطق کمعمق رودخانهای، یخشکنهای دیزلی پیشرو میشوند و آرکتیکا پشت سر آنها حرکت میکند.
در عملیات تحقیقاتی، با کشتیهای آکادمیک فدوروف و میخائیل سوموف همکاری میکند و تجهیزات و پرسنل را به ایستگاههای قطبی منتقل میکند. این همکاری باعث شده که مسیر دریای شمالی در تمام ۱۲ ماه سال باز بماند.
کاربرد کشتی یخشکن
آرکتیکا در درجه اول برای اسکورت تجاری استفاده میشود و سالانه دهها تانکر LNG و کشتی باری را از تنگه برینگ تا مورمانسک هدایت میکند. در تابستان گردشگران را به قطب شمال میبرد و در زمستان به ایستگاههای تحقیقاتی روسیه کمکرسانی میکند. در صورت بروز حوادث دریایی، به عنوان کشتی نجات عمل میکند و با هلیکوپتر و قایقهای سریع، عملیات جستجو و نجات انجام میدهد. یخشکن هستهای آرکتیکا نقش کلیدی در توسعه پروژههای نفت و گاز قطبی دارد و بدون وجود آن، استخراج از میدانهای یامال و گیدان اقتصادی نبود.
مقایسه با یخشکنهای آمریکایی و فنلاندی
یخشکن آمریکایی هالی که در سال ۱۹۷۷ ساخته شده، تنها ۳۰٬۰۰۰ اسببخار قدرت دارد و یخ ۱٫۴ متری را میشکند. یخشکن پولاریس فنلاند که در سال ۲۰۱۶ به خدمت درآمد، با سوخت LNG کار میکند و حداکثر یخ ۱٫۸ متری را میشکند. آرکتیکا با ۸۱٬۰۰۰ اسببخار و توانایی شکستن یخ ۳ متری، تقریباً سه برابر قدرتمندتر از هالی و دو برابر پولاریس است.
ایالات متحده در حال حاضر تنها دو یخشکن قطبی فعال دارد و برنامه ساخت سه فروند جدید تا سال ۲۰۳۰ به تأخیر افتاده است. فنلاند نیز بیشتر برای دریای بالتیک یخشکن میسازد و برای شرایط قطب شمال مناسب نیست. در نتیجه، روسیه با فاصله بسیار زیاد، قدرت برتر یخشکنی جهان را در اختیار دارد.
