15 ключевых технологий для устойчивого освоения Арктики: исследование ВШЭ

Что происходит

• Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ с использованием системы интеллектуального анализа больших данных iFORA подготовил обзор 15 технологий для освоения Арктики, которые должны обеспечить ответственное и климатически нейтральное присутствие в регионе.
• Расчеты выполнены на массиве более чем из 144 тыс. англоязычных источников за 2021–2025 годы, отобранных алгоритмами iFORA по тематике Арктики. Система опирается на базу, которая содержит более 850 млн документов и признана эффективным инструментом поддержки решений для бизнеса и органов власти.
• Ключевым направлением названы роботизированные системы для подледного мониторинга. Автономные необитаемые подводные аппараты способны месяцами работать подо льдом толщиной от 3 м, измеряя температуру и соленость воды и с помощью бортового искусственного интеллекта самостоятельно менять маршрут и режим отбора проб.
• Для охвата больших акваторий используются рои подводных планеров. За счет изменения плавучести они движутся без традиционных двигателей и могут одновременно вести мониторинг на площади в тысячи квадратных километров, передавая данные о состоянии вод и льда.
• Систему круглогодичных наблюдений дополняют автономные буйковые станции, размещаемые на льду и в толще воды. Они в автоматическом режиме анализируют поступающую информацию, повышают частоту измерений при аномальном потеплении, включают дополнительные датчики при сейсмической активности и могут немедленно передавать сигналы тревоги.
• Основой арктической телекоммуникационной инфраструктуры нового поколения становятся трансарктические волоконно-оптические кабели, проложенные по дну океана. Они обеспечивают высокоскоростную и устойчивую передачу данных и повышают отказоустойчивость глобальных сетей связи.
• Инновационным элементом такой сети названы подводные SMART-кабели (от англ. Science Monitoring And Reliable Telecommunications) со встроенными сенсорами. С помощью технологии распределенного акустического зондирования десятки километров кабеля превращаются в «микрофон», фиксирующий подводный шум, движение льда и перемещение морских млекопитающих. Первый крупный проект подобной инфраструктуры — европейский Polar Connect, в рамках которого к 2030 году на базе SMART-кабелей планируется создание арктической обсерватории для долговременного мониторинга Северного Ледовитого океана.
• Для прокладки и обслуживания кабелей в условиях постоянного ледяного покрова, сложного рельефа дна и экстремально низких температур предлагается использовать робототехнические устройства для подледного монтажа. Они способны без судов-носителей обследовать трассу, укладывать линию связи, проводить диагностику и ремонт.
• Потоки данных от подводных роботов, научных станций и кабелей-сенсоров интегрируются в цифровой двойник Арктики. Виртуальная модель региона объединяет разрозненную информацию и применяется для прогнозирования таяния ледников, оценки последствий добычи ресурсов и поддержки систем предиктивного анализа на основе искусственного интеллекта.
• ИИ-системы предиктивного анализа, работающие с цифровым двойником, позволяют моделировать образование трещин во льду, дрейф и сжатие ледовых полей, предсказывать зоны сильных штормов и повышенной судоходной активности, что необходимо для оптимизации логистики и снижения рисков аварий.
• В области энергетики среди приоритетов названы водородные и аммиачные двигатели для ледоколов и других судов. Аммиак, богатый водородом, рассматривается как одно из ключевых видов чистого топлива для крупнотоннажного флота, способное значительно сократить выбросы углекислого газа. Отмечено, что уже создан железнодорожный локомотив мощностью 3100 лошадиных сил (около 2,3 МВт), работающий на водороде и потенциально способный заменить дизельные аналоги в арктической зоне, а водородная тяга развивается и для наземного, и для маломерного транспорта.
• Развитие водородной экономики в Арктике увязывается с использованием местных запасов природного газа и переходом от «серого» водорода, производимого из метана, к «голубому» — за счет технологий улавливания и хранения углерода (CCS), при которых углекислый газ захватывается и закачивается в глубокие геологические формации.
• Для решения проблемы безопасного хранения водорода в суровом климате в перечень топ-технологий включены криогенные системы хранения сжиженного водорода и металлогидридные накопители. В таких системах водород либо хранится в сжиженном виде при крайне низких температурах, либо химически связывается в виде гидридов металлов для повышения плотности и безопасности хранения.
• Отдельный блок касается мониторинга биоразнообразия. Миниатюрные биосенсоры и пробоотборники экологической ДНК (eDNA) позволяют по следам ДНК в воде, льду или грунте выявлять состав морских сообществ без отлова организмов и уже используются, например, для идентификации фитопланктона и прогноза состояния рыбных ресурсов.
• Изучение вечной мерзлоты и ледников связывается как с биологическими рисками, так и с новыми технологическими возможностями: находящаяся во льдах криофильная микробиота рассматривается как ресурс для биотехнологий на основе холодолюбивых микроорганизмов, ферменты которых устойчивы при низких температурах и перспективны для пищевой промышленности, фармацевтики и биоремедиации загрязненных арктических почв.
• Для снижения инфраструктурных рисков на фоне таяния мерзлоты предлагаются «умные» инженерные фундаменты. Такие конструкции в реальном времени контролируют просадку грунта и температурный режим основания и способны компенсировать деформации, что критично для объектов добычи ресурсов, логистики и жилищного строительства.

Зеленая экономика Почему Арктика нагревается в четыре раза быстрее остального мира

Что это значит

• Опубликованный перечень технологий вписывается в глобальный тренд перехода от экстенсивного освоения Арктики к режиму научно обоснованного и углеродно ответственного присутствия. Аналогичные повороты уже наблюдаются в отношении океанских экосистем, антарктических станций и шельфовых месторождений, но для Арктики тема особенно остра из-за ускоренного потепления и высокой концентрации природных ресурсов.
• Набор из 15 технологий демонстрирует, что страны и научные центры уходят от единичных проектов в пользу экосистемного подхода: подводные роботы, буйковые станции, оптоволоконные SMART-кабели, цифровой двойник и ИИ-аналитика образуют единую сеть наблюдения и управления. 
• С точки зрения бизнеса Арктика превращается в пространство конкуренции сложных технологических пакетов, а не отдельных проектов добычи ресурсов или транспортных коридоров. Победителями станут те компании и государства, которые смогут интегрировать роботов, цифровые двойники, низкоуглеродную энергетику и «умные» материалы в единые производственно-логистические цепочки, минимизирующие экологический след и аварийность.
• В совокупности представленный топ-15 технологий фиксирует переход Арктики из категории удаленного ресурсного «фронтира» в класс высокотехнологичной лаборатории человечества по управлению сложными климатическими, энергетическими и биологическими системами. От того, насколько ответственно будет реализована эта модель, зависит не только будущее северных экосистем и сообществ, но и устойчивость глобальной климатической системы.