Молодые учёные Сибирского федерального университета разработали конструкцию подводных автономных аппаратов для беспилотной добычи и транспортировки полезных ископаемых на континентальном шельфе, в том числе, в Арктике. 

Ожидается, что новое оборудование сделает возможным полномасштабную добычу ценных редкоземельных минералов на шельфе, в то время как их наземные запасы, и без того ограниченные, быстро истощаются. 

Из–за прогрессирующего уменьшения минеральных ресурсов на материках учёные предложили развернуть полномасштабную добычу полезных ископаемых со дна континентального шельфа в Арктике. Освоение ресурсов в таких сложных условиях требует новых технологий и инструментов, достаточно безопасных, чтобы использоваться в хрупких экосистемах Арктической зоны. Учёные СФУ предположили, что добыча и транспортировка ценного груза со дна на поверхность акватории может производиться, например, с помощью автономных комплексов — машин для захвата подводной горной массы. Для работы таких «помощников» человеческое присутствие во время работ не требуется — автономные комплексы могут работать на больших глубинах при низких температурах и в условиях плохой видимости. Разработчики утверждают: одна из основных задач на сегодняшний день — сделать эти приборы максимально энергосберегающими, чтобы добыча редких земель со дна океана стала менее затратной.
Идея создания автономных комплексов для добычи минерального сырья появилась у нас достаточно давно. Изначально планировалось заключить грейферный ковш в корпус с двумя отсеками — спускоподъёмным и отсеком основных узлов. Грейферный ковш, в отличие от обычного, не сплошной, а разъёмный. Он состоит из двух половин — челюстей с зубцами, плотно соединяемых между собой при помощи специального привода. Предполагалось спускать это устройство с борта судна там, где, по мнению геологов, залегают необходимые минералы. Датчик устройства, реагируя на соприкосновение с дном, даёт команду сомкнуть челюсти ковша – порода оказывается заключённой внутри. Одновременно срабатывает газогенератор, наполняющий гибкую полость устройства газом. Он выталкивает автономный комплекс на поверхность воды, как поплавок. И этот концепт мы со временем доработали, — рассказал один из авторов изобретения, доцент кафедры открытых горных работ Института горного дела, геологии и геотехнологий СФУ Павел Катышев.
По словам учёного, сильной стороной изобретения является его полная автономность — добывать полезные ископаемые комплекс может без какой–либо связи с судном. Единственное, что требуется после автоматического всплытия «капсулы», — подцепить её с помощью петель и поднять на борт судна. 

Однако автономные комплексы имеют ряд недостатков, затрудняющих их эксплуатацию. С технической точки зрения, применение газогенератора повышает расход металла — приспособление выходит более тяжёлым и затратным, чем оно могло бы быть. Проблему можно решить, если поднимать автономный комплекс на поверхность за счёт выделения газа химическими реагентами или при детонации взрывчатых веществ. Однако это делает комплексы–«добытчики» потенциально опасными для экологического равновесия Арктики.
Наибольшее количество газа выделяется в результате детонации тротила. Однако если мы будем использовать это вещество, возникнет сильная ударная волна. Придётся сделать добычное оборудование более тяжёлым, увеличить расход металла. Грунт будет разрушаться и переизмельчаться. Это хорошо для добычи, но плохо для фауны Арктического региона. Если же производить газ в результате химической „безударной“ реакции — например, получать водород из гидрида лития, это будет оптимальным решением. Автономный комплекс будет подниматься на поверхность воды быстро и легко за счёт большой подъёмной силы. Водород опасен на земле, поскольку легко воспламеняется в присутствии кислорода, однако в толще воды это исключено — риск для окружающей среды весьма невелик, — продолжил исследователь.
Ещё один интересный способ добычи редкоземельных минералов, разрабатываемый красноярскими учёными, делает акцент не на автономность добывающего комплекса, а на оригинальный способ заморозки океанического грунта азотом. Подвергшийся глубокой заморозке массив откалывается и поднимается на поверхность воды самостоятельно, как ледяной айсберг искусственного происхождения. Используя простой закон физики, согласно которому лёд менее плотный, чем вода, разработчики планируют собирать «грунтовые поплавки» на борт судна и подвергать их дальнейшей переработке после оттаивания. 

В настоящее время коллективом получено пять патентов на изобретение, предстоят испытания автономного комплекса в лабораторных условиях.


Похожие новости

  • 25/06/2020

    И предупрежден, и вооружен: в вузах Проекта 5-100 разрабатывают методы мониторинга и очистки окружающей среды

    Вузы – участники Проекта 5-100 наряду с другими российскими университетами сегодня активно работают над устранением последствий разлива дизельного топлива в Норильске. Так, экологи Сибирского федерального университета (СФУ) ​совместно с представителями региональных властей оценили масштаб загрязнения воды и почвы.
    733
  • 17/05/2021

    Учёные поняли, как повысить эффективность добычи в карьерах

    Учёные Сибирского федерального университета предложили усовершенствовать методы освоения месторождений полезных ископаемых, повышая углы откосов уступов и бортов карьеров. Исследование основано на глубоком изучении геомеханических процессов и международного опыта добычи полезных ископаемых с точки зрения климатических условий Сибири.
    453
  • 28/04/2021

    Учёные КузГТУ готовы вооружить шахту цифровым интеллектом

    В Кузбасском государственном техническом университете разрабатывают компьютерную модель угольной шахты с «умным» электроснабжением. Это означает максимальную автоматизацию системы электроснабжения выемочных участков и ее способность подстраиваться под любые изменения рабочего процесса.
    360
  • 30/12/2020

    Индукционная пайка волноводов: космический путь идеи до технологии в рамках одного университета

    ​Российская авиационная и ракетно-космическая промышленность с их высокими амбициозными требованиями является двигателем успешного развития машиностроения России. Это происходит во всем мире: промышленность требует все более новых и надежных технологических решений.
    1367
  • 25/02/2020

    Ученые — о ближайшем будущем технологий

    ​Ученые из российских вузов Проекта 5–100 рассказали о том, каких прорывов и открытий в сфере своих научных интересов они ждут в ближайшее десятилетие. Мы отобрали прогнозы о развитии технологий, к которым стоит присмотреться бизнесу.
    2782
  • 20/09/2018

    Красноярские ученые найдут загрязнителей среды с помощью инноваций

    ​Молодые ученые Сибирского федерального университета предложили использовать послойно модифицированные сорбенты для определения загрязнителей окружающей среды. Проект поддержан Красноярским краевым фондом науки и Российским фондом фундаментальных исследований в рамках совместного конкурса проектов фундаментальных научных исследований, выполняемых молодыми учеными.
    1252
  • 29/10/2018

    Электронные клоны: красноярские ученые нашли новый способ диагностики техники

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) предложили использовать "электронных клонов" для online оценки состояния техники и представили соответствующую модель нейрокомпьютерной диагностики, сообщила РИА Новости пресс-служба университета.
    910
  • 24/11/2020

    Интеллектуальная система, разработанная красноярскими учёными, ускорит обработку данных дистанционного зондирования земли

    Интеллектуальная система, предложенная красноярскими учёными, позволит пользователю самостоятельно решать задачи мониторинга наземных объектов, избавляя его от необходимости получения и обработки снимков дистанционного зондирования Земли, что обычно требует привлечения узких специалистов.
    580
  • 30/03/2021

    Вопросы инновационного развития в Сибири обсудили на форуме в ИРНИТУ

    В ИРНИТУ состоялась VIII конференция «Байкальская наука: идеи, инновации, инвестиции». Доклады на темы развития отечественной экономики   и промышленности представили сотрудники вуза, специалисты в сфере бизнес-планирования из Иркутска и Красноярска.
    595
  • 20/11/2020

    Гаджеты для спорта и самоконтроль: учёные объяснили, как сделать фитнес-тренировки эффективнее

    ​Учёные Сибирского федерального университета приняли участие в разработке рекомендаций, направленных на непрерывный самомониторинг и контроль выполняемых аэробных упражнений у молодых людей, регулярно занимающихся фитнесом.
    775