Автор: Ник Стоктон (Nick Stockton)
(wired.com) – Каждую зиму в течение немногих месяцев канадский зимник от Тиббитта до Контвойто является самой длинной в мире ледовой переправой - сетью дорог протяженностью свыше 300 миль по покрытым льдом озерам, - которая соединяет прибыльные алмазные рудники в Северо-Западных территориях Канады с источниками поставок из не столь отдаленного севера страны. Но за последнее десятилетие более теплые зимы и более ранние вёсны почти на две недели сократили открытый сезон для дорог. Отсутствие дороги в течение даже такого короткого времени обходится очень дорого, потому что единственный другой способ добраться до этих рудников – по воздуху.
Спасение может прийти из космоса. Канадский исследователь показал, что луч радара, посылаемый со спутников, может проникнуть через лед, определяя не только его толщину, но и качество. (Много ли пузырьков? Это означает, что он становится слабее и дорогу необходимо ремонтировать). Спутниковое изображение настолько детальное, что исследователи могут даже видеть волны незамерзшей воды под толщей льда, возникающие при прохождении 18-колесных грузовиков по льду. Это дает прекрасные снимки, но еще более важные данные – волны ослабляют прочноcть льда на разрыв, поэтому, если те, кто эксплуатирует дорогу, смогут проводить мониторинг силы и интенсивности волн, то они смогут лучше содержать ледовую переправу и даже перенаправить трафик, чтобы можно было продолжать автомобильные перевозки.
Такие ледовые переправы, как из Тиббитта в Контвойто, характеризуются не дорожным покрытием, а своим обустройством. Каждый декабрь, когда на поверхности многих северных озер в Канаде образуется патина толстого льда, инженеры из Nuna Logistics проводят замеры и прокладывают маршрут на текущий год. Когда толщина льда достигает примерно двух футов, они выводят технику и очищают лед от снега, который, являясь изоляцией, не дает льду становится толще, если его не убрать. Они также используют легкие грузовики для разбрызгивания дополнительного количества воды на участках, где толщина льда недостаточная. Задача – добиться толщины льда в 42 дюйма, когда он достаточно прочный, чтобы выдержать 18-колесные грузовики. Но это не все, что требуется для дороги. Путь из Тиббитта в Контвойто пролегает через 64 озера (примерно 85 процентов маршрута проходит по замерзшей воде), и требуются въезды и съезды для того, чтобы попасть на наземные участки дороги, идущие к следующему озеру.
Примерно в конце января или начале февраля дорога открывается для автотранспорта. Фуры, загруженные дизельным топливом, цементом и поставками для горнодобывающих предприятий, отправляются в путь на рудники из Йеллоунайфа – самого северного города с надежными наземными дорогами. С того времени, как она открывается, до тех пор, пока в этом районе не начинается оттепель – примерно в середине-конце марта, от 5 000 до 10 000 грузовиков перевозят свыше 200 000 тонн материала на север. «Дорога из Тиббитта в Контвойто очень загружена в сезон эксплуатации, на ней постоянно есть автотранспорт почти круглосуточно во все дни недели», - говорит Йост Ван дер Санден (Joost van der Sanden), ученый, занимающийся дистанционным зондированием и работающий на канадское правительство. Это постоянные перевозки грузов на один из самых рентабельных алмазных рудников в мире.
Строительство ледовой переправы обходится ежегодно примерно в 15 млн канадских долларов, но это того стоит. В 2016 году рудники по добыче полезных ископаемых в Северо-Западных территориях Канады принесли в общей сложности $1,6 млрд, по большей части благодаря экономии на затратах на транспортировку, которую обеспечивает эта дорога. Поэтому несколько месяцев, когда дорога открыта каждую зиму, - это единственное время, когда можно проехать по земле по этой местности - из-за промерзания и оттаивания почвы вспучится любая покрытая асфальтом дорога. Не будь ледовых переправ, горнодобывающие компании вынуждены были бы полагаться на вертолеты для доставки грузов на север, что, конечно, стоило бы дорого, гораздо дороже, и гораздо больше зависело бы от плохих метеоусловий. Даже при наличии ледовых переправ канадский север является настолько трудным местом для работы, что в 2016 году De Beers закрыла свой алмазный рудник Снэп Лейк (Snap Lake) после того, как он проработал семь лет, не принося прибыли.
Такие ледовые переправы, как из Тиббитта в Контвойто, имеют важное значение для защиты рудников от очень малой прибыли, и во время короткого сезона эксплуатации ледовых переправ, инженеры стараются перевести как можно больше товаров. Но сезон, похоже, сокращается. С 2000 года сроки закрытия переправы наступают все раньше, колеблются с 28 января по 1 февраля. Кроме того, сроки закрытия наступают все раньше – с середины апреля до последней недели марта. То, что раньше было надежной ледовой переправой на 70 дней, сейчас, судя по прогнозам, сокращается в среднем до 54 дней каждый год. Компании, владеющие рудниками, мало что могут поделать с климатом, но технология может помочь им лучше управлять льдом, который у них есть во время все сокращающегося сезона.
Пока дорога открыта, инженеры-специалисты по ледовым переправам следят за трещинами, уменьшением толщины льда и за признаками подтаивания. В случае необходимости они проводят техобслуживание, например, разбрызгивают воду на тонких участках или отправляют транспорт в объезд по запасному маршруту. Теплая погода - не единственная угроза для льда. Сами грузовики повышают уровень энтропии. Каждое крупное транспортное средство, проходящее по замерзшей поверхности озера, оказывает некоторое давление на лед. Это вызывает небольшие волны в незамерзшей воде подо льдом, порождая обратное восходящее давление под толщей льда. Если грузовик движется слишком быстро, то волны станут слишком большими и вызовут растрескивание льда. Кроме того, грузовики, идущие близко друг за другом, создают волны, которые накладываются друг на друга, образуя волны еще большего размера. Поэтому скорость на ледовой переправе из Тиббитта в Контвойто сильно ограничена – примерно 15 миль в час на большинстве участков. Вот поэтому грузовикам, въезжающим на эту дорогу из Йеллоунайфа, разрешается следовать через жесткие интервалы времени.
Но если те, кто эксплуатирует дорогу, смогли бы наблюдать за поведением волн с воздуха, они смогли бы безопасно пропускать по дороге больше грузового транспорта. Дело в том, что у каждого озера своя форма и глубина, которые влияют на поведение волн. Вот именно здесь может помочь «глаз с небес».
На самом деле, два глаза. TanDEM-X – это пара немецких спутников, оборудованных радиолокационными станциями с глубоко проникающими датчиками, называемыми «РЛС с синтезированной апертурой». Обладающие способностью проникать через снег, лед и даже развитую крону деревьев, спутники следуют один за другим, проходя через одну и ту же точку на поверхности Земли с разницей примерно в 10 секунд. По существу, они способны улавливать кратковременные изменения рельефа внизу, например, движение волн. Собранные с этих радаров данные можно превратить в 3D-карты поверхности земли (DEM означает «Цифровая модель высотных отметок рельефа»).
Это позволяет получать превосходные изображения, подобные изображению волн, движущихся под ледовой переправой, полученные Ван дер Санденом.
Фото предоставлено Немецким аэрокосмическим агентством (German Aerospace Agency)
Fast vehicle – Быстро движущееся транспортное средство. Slow vehicle – Медленно движущееся транспортное средство. Vertical displacement – Смещение по вертикали. mm – мм. m - м.
Способность TanDEM-X получать изображение волны дает возможность специалистам по эксплуатации ледовой переправы в течение большего времени держать свои дороги открытыми и в большей степени использовать их в течение сезона. «По возможности, они могут перенаправить дорогу по участкам озера, менее склонным к формированию волн, контролировать скорость и/или изменять промежуток между автомобилями для уменьшения частоты появления волн», - говорит Ван дер Санден.
Это зависит от получения более точных данных. TanDEM-X проходит над одной и той же точкой на Земле только раз в год. Это не очень помогает в случае с недолговечной ледовой переправой, для которой нужно более частое наблюдение. Данные Ван дер Сандена являются перспективными, но его метод не будет пригоден для тех, кто эксплуатирует ледовую переправу, если Немецкое аэрокосмическое агентство не запустит еще пару спутников под названием Tandem-L для последующего отслеживания ситуации. Они концептуально схожи с TanDEM-X, но проходят над местностью с большей частотой и работают на другой ширине полосы частот. «L» обозначает полосу L, которая имеет бόльшую длину, чем у полосы Х, используемой нынешним спутником. Это означает, что она может проникнуть глубже через лед и снег. И он будет пролетать над дорогой каждые 8 дней, а не один раз в год.
Конечно, дорога из Тиббитта в Контвойто является не единственной ледовой переправой в Канаде, и Канада далеко не единственная страна с горнодобывающей отраслью в зоне сезонной мерзлоты. Tandem-L может обеспечивать мониторинг сотен миль ледовых переправ в России, Соединенных Штатах и Европе - Немецкое аэрокосмическое агентство планирует запустить его в 2023 году. До тех пор все эти дальнобойщики на севере вынуждены будут медленно тащиться на пути к рудникам, расположенным в зоне мерзлоты.
