В России предложили способ строить жилье и хранилища из снега для освоения Арктики

Арктика — стратегический регион, обладающий колоссальными запасами полезных ископаемых. Россия играет ключевую роль в их освоении, обеспечивая почти 40% мировой добычи арктических меди, никеля и алмазов. Потенциал региона огромен: около 48 миллионов квадратных километров, или почти треть территории страны, находится в этой зоне.

Однако освоение этих ресурсов сопряжено с серьезными трудностями. Экстремальный климат, вечная мерзлота и огромная удаленность от промышленных центров делают практически невозможным создание необходимой инфраструктуры — жилья для вахтовиков или складов для провизии. Любое строительство здесь становится сложнейшей логистической и экономической проблемой. Доставка традиционных материалов — бетона, металлоконструкций, кирпича — в эти широты чрезвычайно затратна, а зачастую технически невыполнима.

Поэтому снег, лежащий в Арктике по 8–10 месяцев в году, стал закономерным решением. Он доступен, бесплатен и, что особенно важно, хорошо держит тепло. Пытаясь применить его в строительстве, люди выработали два основных подхода. Первый — это возведение конструкций из вырезанных блоков, как в случае иглу. Второй — формовка блоков с помощью специальных разборных форм (опалубки) с последующим уплотнением.

Однако реализовать эти преимущества снега на практике крайне сложно. Классические методы имеют фундаментальные недостатки, которые подрывают их надежность как утепленных укрытий. Во-первых, они полностью зависят от наличия «правильного» снега — плотного ветрового наста. Без него построить защищенное от холода убежище невозможно. Во-вторых, даже с хорошим материалом требуются часы работы и большое мастерство для создания герметичной конструкции — непозволительная трата времени и сил в критической ситуации. В-третьих, при оттепели структура снега разрушается, его теплопроводность резко растет, и укрытие за несколько часов утрачивает свои изоляционные свойства. Таким образом, материал на деле оказывается крайне ненадежным хранителем тепла.

Ранее ученые Пермского Политеха разработали метод, призванный преодолеть эти ограничения — технологию прессования снега с одновременным подплавлением его поверхности. Теперь они провели серию экспериментов, в ходе которых построили из таких блоков полноразмерную хижину и доказали ее реальные теплоизоляционные свойства и долговечность. Статья опубликована в «Вестнике ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика», том 1, 2025 год.

Для возведения сооружения использовалась подогреваемая опалубка — два листа фанеры с нагревательными элементами. Засыпанный между ними снег уплотняется, а легкий нагрев подтапливает поверхность, создавая монолитный блок с прочной ледяной коркой, что обеспечивает высокую и контролируемую прочность. Технология исключает трудоемкую резку и переноску, позволяя формировать стены сразу на месте. Из таких заготовок ученые построили экспериментальную иглу высотой около 1,8 метра со стенами толщиной почти 0,65 метра.

Стадия сооружения иглу / © Пресс-служба ПНИПУ

Главной целью первого эксперимента было выяснить, можно ли обогреть такую хижину теплом одного человека. В экстренной ситуации у полярника или геолога зачастую нет никаких внешних источников энергии — только тепло собственного тела. А оно, даже в полном покое, работает как небольшая печка, выделяя тепло мощностью около 60-100 ватт, примерно, как старая лампочка. Для опыта именно ее и поместили внутрь иглу, чтобы смоделировать присутствие человека.

— В течение десяти дней лампа накаливания мощностью 75 ватт непрерывно работала внутри. Этот срок позволил провести полный цикл наблюдений: зафиксировать не только первоначальный нагрев, но и выход температуры на стабильный уровень. Показания контролировались с помощью высокоточных датчиков, размещенных внутри помещения и в толще стены, данные с которых непрерывно записывались регистратором. В результате было установлено, что температура воздух в хижине поднялась с -21°C до +1°C, — рассказал Олег Зверев, кандидат технических наук, доцент кафедры общей физики ПНИПУ.

Этот рост на 22 градуса стал доказательством того, что тепла одного человека достаточно, чтобы создать в снежном укрытии жизнеспособные условия. На практике с несколькими людьми или дополнительным снаряжением температура будет значительно выше. Тепла двух-трех человек будет достаточно для поддержания в таком укрытии уже комфортной плюсовой температуры. Даже компактная газовая горелка или свеча позволит быстро прогреть помещение до значений, пригодных для безопасного отдыха.

В ходе эксперимента выяснилось, что практически вся энергия (99,9%) поглощается массивом снежных стен.

— Для точной оценки изоляционных свойств мы вплавили датчик прямо во внутреннюю поверхность стены, чтобы точно замерить температуру на ее границе с помещением. После того как система вышла на стабильный режим работы лампы, мы по разнице температур между этой точкой и серединой стены вычислили основной параметр — теплопроводность. Он определяет, насколько эффективно материал сберегает энергию, и чем меньше это значение, тем лучше. Оказалось, что наш прессованный снег имеет показатель 0,39 Вт/(мК), — объяснил Олег Зверев.

Для сравнения, у кирпичной стены значение почти вдвое выше (0,6–0,8). Это значит, что стена из такого снега будет чрезвычайно медленно выпускать накопленное тепло. Благодаря этому даже слабый и постоянный внутренний источник (как человек) способен эффективно поддерживать внутри температуру около 0 °С в течение долгого времени.

— Также мы оценили долговечность снежных сооружений в условиях весеннего потепления. Конструкция начала работать как естественная холодильная камера. Наблюдения велись в марте-апреле с помощью все тех же температурных датчиков, которые непрерывно фиксировали, как меняются показания внутри помещения, в толще стены и снаружи, — поделился Олег Зверев.

Данные показали, что даже когда на улице периодически теплело до +14 °C, внутри хижины почти три недели держалась температура около 0°C. Это происходит благодаря свойству льда: для его плавления требуется значительная энергия. Пока стены остаются ледяными, тепло снаружи в первую очередь расходуется именно на этот процесс, а не на повышение температуры воздуха внутри. Сама конструкция будет стоять и работать как «холодильник» до тех пор, пока ее стены полностью не растают. В условиях весны, когда заморозки чередуются с оттепелями, этот процесс может растянуться на несколько недель или месяцев. Это доказало, что такие снежные сооружения полезны не только зимой, но и в межсезонье для хранения запасов.

Процесс таяния иглу / © Пресс-служба ПНИПУ

Таким образом, разработка ученых имеет ряд ключевых преимуществ перед традиционными методами. В отличие от классического иглу, для которого нужен особый «ветровой» снег, новая технология позволяет быстро строить из любого снега, обеспечивая предсказуемую прочность и герметичность. Стены такой конструкции доказано сохраняют тепло почти вдвое эффективнее многих традиционных строительных материалов, накапливая и удерживая даже слабое тепло человеческого тела для поддержания стабильного микроклимата. Кроме того, сооружение универсально. Все это создает основу для дешевой, автономной и быстровозводимой инфраструктуры в условиях Арктики.