Покорители земных недр

Бельгийские полярники оказались в безвыходной ситуации в результате авиакатастрофы. Из плена Кристальных гор их вызволил советский экипаж ЛИ-2.

При аварии нашего самолета на станции Молодежная на помощь прилетели американцы на «Геркулесе».

Таких примеров можно привести множество, но вспомним еще только один — о последствиях пожара, случившегося на станции Восток в зимовку 27-й экспедиции. Рассказ об этом случае — это особый разговор о буровиках. В ту зимовку пожар уничтожил дизель-электростакцию — энергетическую основу жизни и работы любой антарктической станции. Буровая группа той зимовки — это пять сотрудников Ленинградского горного института. Им, по общему мнению, станция обязана едва ли не жизнью. Буровой движок, дававший хотя и мизер энергии, спас станцию…

Итоги работы в Антарктиде на сегодняшний день подводит Евгений Иванович Толстиков: «В сорока научных учреждениях страны обрабатывают и обобщают уникальные материалы, собранные участниками Советских Антарктических экспедиций. Выпущены сотни монографий и научных сборников. Издан первый в мире двухтомный „Атлас Антарктики“, А кроме того, более трех тысяч листов карт на территорию континента и около тысячи морских карт на прилегающие воды. Внутри вчерашних белых пятен нанесено более десяти тысяч новых географических названий».

И действительно, на карте Антарктиды уже стерты многие белые пятна. Но здесь предстоит еще огромная работа, без которой человечеству не получить верного представления о своем доме — Земле. Мы же сделали только попытку показать ту небольшую, но важную роль, которую играют в этой работе исследования с помощью бурения.

«Используя дорогие средства доставки на другие планеты автоматического бурового оборудования, чрезвычайно важно раскрыть не только свойства поверхности, но и внутреннее строение планеты. Хотя бурение и не является единственным средством изучения космических тел, оно обеспечивает получение первичного геологического материала, так необходимого исследователю» (профессор Е. А. Козловский).

«Бурение скважин вне Земли». Что это? Название научно-фантастического романа? Так назвал свою книгу доктор технических наук профессор Виктор Ефимович Копылов. В этом заглавии нет преувеличения. Книга рассказывает о современных научных исследованиях и технических достижениях; об опыте отечественного автоматического вращательного бурения на Луне и о ручном отборе проб из скважин на Луне, выполненном американскими астронавтами; о возможных способах бурения скважин на поверхности планет, на их спутниках, на астероидах; о наиболее интересных проектах буровых установок для работы на Луне и планетах.

Перелистаем и мы эту книгу, которая первой отразила «рождение нового практического приложения земных разработок в области бурения для целей вскрытия глубинных горизонтов других планет». Это поможет нам увидеть еще с одной, неожиданной стороны нашу профессию и заглянуть в ее возможное будущее.

Вопрос: Как зарождалась практика буровых работ вне Земли, в частности на Луне?

Ответ: Пока практика таких работ имеет небольшую историю: от миниатюрного грунтомера на «Луне-13» и ковша экскаваторного типа на американских «Сервейерах», ручного бурения американскими астронавтами на поверхности Луны по программе «Аполлон» до автоматического бурения советскими станциями серии «Луна». Однако, несмотря на такую небольшую историю, сегодня человек может с гордостью сказать, что его теоретические предпосылки о горно-технических условиях бурения вне Земли оправдались, а созданные технические средства с успехом прошли испытания на ближайшем космическом теле — Луне.

Вопрос: Каковы реальные достигнутые успехи мировой науки и техники по бурению в космосе?

Ответ: До недавнего времени метеориты были единственными внеземными горными породами, доступными изучению. Монополия метеоритов была нарушена в 1969 г. полетами на Луну американских астронавтов и в 1970 г. советских автоматических станций, доставивших на Землю образцы лунного грунта. Образцы лунных пород доставлены па Землю из восьми различных районов Луны! Астронавты «Аполлона-12» привезли с Луны фотографию открытого ствола скважины (пройденной грунтоносом) с четким изображением отверстия, свободного от обвалившейся породы. Такая же фотография скважины была получена телевизионными камерами «Луны-20».

По программе «Аполлон», основной целью которой была высадка человека на Луну, предусматривалось применение астронавтом грунтоносов и ручных электробуров. Электробуры, получившие в литературе сокращенное название ALSD — «бур для лунной поверхности по программе „Аполлон“», — и применяли астронавты при бурении скважин глубиной до 3 м. Работа электробура основана на принципе ударно-вращательного бурения.

В транспортном положении электробур находится в корабле в алюминиевом ящике. За исключением технологических новинок, главным образом в части применения новых и легких материалов, в конструктивном отношении такой электробур не имеет каких-либо особых новшеств.

Но первые образцы лунных горных пород — керны диаметром около 20 мм — были получены из-под поверхности Луны при полете «Аполлона-11» с помощью ручных трубчатых грунтоносов, которые забивались в грунт геологическим молотком. Глубина скважин не превышала 15 см.

Астронавты «Аполлона-12» и «Аполлона-14» пользовались улучшенными конструкциями грунтоносов и смогли с меньшими затратами усилий и времени разведать грунт и отобрать две пробы на глубину 35 см и одну пробу — на глубину 70 см. Вдавливание и вытаскивание такого грунтоноса осуществлялось простым нажимом руки с помощью рычажного приспособления.

Экипаж «Аполлона-15» использовал управляемый вручную луноход, на раме которого закреплялся электробур. Пробы горных пород отбирались бурением вдоль трассы движения лунохода по поверхности Луны. Этот луноход можно считать первой самоходной буровой установкой, испытанной человеком на другом космическом теле. Этой установкой был поднят керн уже с глубины 2,4 м. В последующих экспедициях американских астронавтов глубина скважин достигла 3 м.

Вопрос: А как можно охарактеризовать качество работы первых космических буровиков?

Ответ: В качественном отношении результаты бурения скважин были вполне удовлетворительными — выход керна достигал 47–61 %, хотя бурение выполнялось астронавтами — непрофессионалами в области бурения скважин.

Интересны ощущения и впечатления о процессе бурения первого космического буровика Э. Олдрина («Аполлон-11»).

«Технически самой трудной для меня задачей был забор проб лунного грунта, для чего было необходимо заглубить в грунт трубки пробоотборников. Мягкий порошкообразный грунт Луны обладает удивительной сопротивляемостью уже на глубине нескольких дюймов. Это ни в коем случае не означает, что он приобретает твердость каменной породы, однако на глубине 5–6 дюймов начинаешь ощущать его постоянное противодействие. Еще одна удивительная вещь заключается в том, что при всей своей сопротивляемости этот грунт настолько рыхлый, что он не удерживал трубку в вертикальном положении. Я с трудом погружал трубку в грунт, и все же она продолжала качаться из стороны в сторону…Когда я, наконец, взял пробу грунта, по тому, как он прилипал к поверхности трубки, казалось, что грунт имеет влажную консистенцию».

Но продолжим наше заочное интервью с В. Е. Копыловым.

Вопрос: Каковы отечественные достижения в области лунного бурения?

Ответ: В СССР первые космические станции с автоматическим буровым устройством на борту были запущены на Луну в сентябре 1970 г. и в феврале 1972 г. Цель этих запусков состояла в доставке на Землю образцов горных пород Луны с глубины 0,3–0,35 м без участия человека. Посадочная ступень содержала автоматический грунтозаборный механизм, ракету с возвращаемым аппаратом и контейнером для грунта и все необходимые устройства и узлы, обеспечивающие посадку, управление и связь с космическим аппаратом. (Общая компоновка узлов станции показана на рис. 39.)