Кіріспе

АҚШ Армиясының инженерлік корпусына қарасты, Нью-Гэмпшир штатының Хановер қаласында орналасқан нысан.

Салқын аймақтарды зерттеу және инженерлік зертханасы (CRREL) – АҚШ Армиясының инженерлік корпусы, Инженерлік зерттеу және даму орталығының, штаб-пәтері Нью-Гэмпшир штатының Хановер қаласында орналасқан зерттеу мекемесі. CRREL АҚШ үкіметі мен әскеріне, ең бастысы суық аймақтарға қатысты ғылыми және инженерлік қолдау көрсетеді. CRREL мемлекеттік емес клиенттерге де техникалық қолдау ұсынады. Бұл зертхананың құрылуына үш алдыңғы ұйымның бірігуі себеп болды. Олардың мақсаты – суық соғыс кезінде стратегиялық маңызы бар солтүстік аймақтарда мұзды топырақ, мәңгі тоңған жер, қар мен мұздың рөлін түсіну болды. Құрылған алғашқы 25 жылда CRREL зерттеушілері полярлық мұз қаптарын, мәңгі тоңған жерді және Аляска сияқты суық климаттағы табиғи ресурстарды игеруге арналған инженерлік технологияны зерттеуге үлес қосты. Соңғы кезде CRREL зерттеушілері климаттың өзгеруі, сенсорлық жүйелер үшін толқын таралуын түсіну, құрылыстардағы қарды және кеме жүзе алатын су жолдарындағы мұзды басқару, сондай-ақ әскери нысандардың экологиялық жағдайын жақсарту саласында ғылыми жетістіктерге қол жеткізді.

Алдын ала және құрылуы

CRREL-дің тарихы мен құрылуы ресми тарихта жазылған. 1944 жылы АҚШ Армиясының инженерлік корпусы CRREL-дің негізін қалаушы үш тәуелсіз ұйым құрды. Корпустың Жаңа Англия бөлімі 1944 жылы Массачусетс штатының Бостон қаласында "мұздың жолдардың, әуежайлардың және мұздан зардап шеккен аймақтардағы құрылыстардың жобалануы мен салынуына тигізетін әсерін зерттеуді үйлестіру" мақсатында Мұздың әсері зертханасын құрды. Инженерлік корпустың Сент-Пол (Миннесота) ауданы 1944 жылы мәңгі тоңған жерде әуежайлар салудың жобалау әдістері мен құрылыс тәртібін анықтау үшін өз Пермафрост бөлімін құрды. Корпус 1949 жылы SIPRE (Қар, мұз және мәңгі тоңған жерді зерттеу институты) құрды, ол 1951 жылы Иллинойс штатының Уилметте қаласына көшірілді. Оның мақсаты – "қар, мұз және мәңгі тоңған жердегі негізгі және қолданбалы зерттеулер жүргізу" болды. 1953 жылы Корпус Бостон қаласында ACFEL (Арктикалық құрылыс және мұздың әсері зертханасы) құру үшін Сент-Пол ауданының Мұздың әсері зертханасы мен Пермафрост бөлімін біріктірді. 1959 жылы SIPRE зерттеушілері Гренландия мұз қалқасына орналасқан нысан бойынша техникалық және ғылыми мәселелерді зерттеу үшін Гренландиядағы "Кэмп Сенчури" лагерін құруға қатысты. SIPRE және AFCEL ұйымдары үшін жаңа нысан салып, Корпус 1961 жылдың 1 ақпанында Нью-Гэмпшир штатының Хановер қаласында CRREL құрды.

1961-1986 жылдар

Бірінші ширек ғасыры бойында CRREL зерттеушілері мен қызметкерлері Арктика, Антарктика, Аляска және Ұлы көлдерде белсенді жұмыс істеді, климат тарихы туралы деректер ұсынды, пайдалы қазбаларды өндіру мәселелерін қарастырды және қысқы теңіз жүзу маусымын ұзартты.

Мұз қалқаларын бұрғылау

1966 жылы CRREL зерттеушілері Гренландия мұз қабатына 1387 метр тереңдікке сәтті бұрғыланды. Бұл жұмыс үш жылға созылды, бірақ 120 000 жылдан астам уақытты қамтитын үздіксіз мұз түйірін (ядросын) қамтамасыз етті. Бұл ғалымдарға климат тарихын түсіндіру мүмкіндігін кеңейтті және жаһандық климат өзгеруі туралы алғашқы мәліметтердің көзіне айналды. 1968 жылы сол CRREL тобы Антарктика мұз қабатына алғаш рет еніп, 2164 метрден астам мұзды бұрғылап, әлемдегі екінші орналасқан жерде климаттық жазбаны (деректерді) ұсынды.

Алясканың Солтүстік беткейіндегі мұнай өндіруді жеңілдету

1967 жылы Алясканың Брукс тауларының солтүстігінде мұнайдың табылуы CRREL-ге қатысатын мұнай компанияларына консультант ретінде жауап беруге мүмкіндік берген екі маңызды сұрақ тудырды: мұздаған жерлерден, мәңгі тоңнан немесе Бофорт теңізінің жыл бойы мұздан жабылған түбінен мұнайды қалай өндіру керек, және шикі мұнайды өңдеу және тұтыну үшін АҚШ-тың материктік бөлігіне қалай тиімді тасымалдауға болады. CRREL қызметкерлері екі тасымалдау жолын зерттеуге қатысты: мұзды бұзатын мұнай танкерін пайдалану және Алясканың мәңгі тоң аймақтарынан өтетін құрлықтағы құбыржолды салу. Бофорт теңізіне қатысты, CRREL зерттеушілері арктикалық теңіз мұзының қасиеттерін және оның мінез-құлқын зерттеді, ол жағалаудағы мұнай өндіру операцияларында қиындықтар тудыруы мүмкін еді. CRREL зерттеушілері мұзды бұзатын SS Manhattan мұнай танкерінің екі сапарында белсенді қатысып, теңіз арқылы тасымалдау мүмкіндігін бағалады. Сонымен қатар, CRREL инженерлері «Транс-Аляска құбыржолының» федералды инспекторына кеңес берді және көмектесті. Құбыржол салынып жатқан кезде CRREL зерттеушілері мәңгі тоң және мұз үстіндегі негіздер мен жолдардың инженерлік аспектілерін зерттеді.

Тұщы судағы кеме қатынасы

1970-ші жылдары CRREL инженерлер корпусының Ұлы көлдер мен Сент-Лоуренс теңіз жолы арқылы қыс айларында кеме қатынасын ұзарту жобасын қолдады. Олар құлыптардың мұздануы және су жолдарының қалқып жүзетін мұзбен бітелуіне қарсы күресу үшін әдістер әзірледі, соның ішінде мұз тоқтату қоршаулары, су астындағы ауа көпіршіктерін шығару құрылғылары және құлыптарға жағылатын жабындар қолданылды.

Салқын соғыс рөлі

CRREL АҚШ Әуе күштеріне Қашықтықтан ерте ескерту (DEW) желісі нысандарының құрылысына және күтілуіне көмектесуде маңызды рөл атқарды. 1976 жылы CRREL зерттеушісі Гренландия мұз қабатындағы 10 қабатты, 3300 тонна салмақты DEW Line нысанын, оның іргетасы мұздың қозғалысынан зардап шеккендіктен, жаңа іргетасқа көшіруде шешуші роль атқарды. 1984 жылы CRREL қызметкерлері DEW желісін алмастырған жаңа Солтүстік ескерту жүйесінің 31 нысаны бойынша сараптамалық есептерін аяқтады. 1972 жылдан бастап CRREL мен советтік суық аймақтарды зерттеу институттары арасындағы ғылыми алмасулар жалғасты, олардың ішінде Ленинградтағы Арктика және Антарктика ғылыми-зерттеу институты және Якутскідегі Тоң қатқан топырақтарды зерттеу институты бар. CRREL зерттеулерін қаржыландырған клиенттерге АҚШ Армиясының, Әуе күштерінің және Теңіз күштерінің түрлі бөлімшелері кірді. Сонымен қатар, азаматтық мекемелер де зерттеу нәтижелері үшін CRREL-ге жүгінді, олардың ішінде Ұлттық ғылым қоры, Қоршаған ортаны қорғау агенттігі және NASA болды. Одан бөлек, түрлі жеке ұйымдар өздері кездесетін мәселелерді шешу үшін CRREL зерттеулерін қаржыландырды. CRREL техникалық есептерінің тізімінде ғылым мен инженерияны қамтитын 27 тақырыптық санат бар.

Әскери зерттеулер

CRREL АҚШ әскерилеріне сигнал тарату бағдарламалары арқылы қызмет көрсету мүмкіндігін кеңейте берді, бұл кез келген метеорологиялық жағдайда инфрақызыл суреттеу, радар, акустика немесе сейсмикалық сенсорлар арқылы жаудың қозғалысын анықтауға көмектесетін еді. Ол АҚШ Армиясының экологиялық қажеттіліктерін қанағаттандырды, жарылмаған жарылғыш заттар (UXO) немесе жартылай жарылған оқ-дәрілердің салдарынан оқу далаларындағы ластануды анықтау және жою процесін жеңілдетті. Басқа зерттеушілер қар мен лайлы жерде көлік құралдарының өтуіне қатысты мәселелерді зерттеді. CRREL зерттеушілері C-17 әскери тасымалдау ұшағы үшін тактикалық ұшу-қону жолағының талаптарын анықтауға қатысты.

Азаматтық зерттеулер

CRREL қызметкерлері Арктика мен Антарктикадағы полярлық зерттеулерде өздерінің беделін нығайтты. Арктикада CRREL зерттеушілері Солтүстік теңіз жолындағы кеме қатынасын және 1997 жылдың қазан айынан 1998 жылдың қазан айына дейін Арктика мұхитында жүргізілген, жаһандық климаттық модельдерге полярлық деректерді беру үшін мақсат етілген, Арктика мұхитының беткі жылу бюджеті (SHEBA) эксперименті бойынша жұмыс істеді. Басқа зерттеушілер Антарктида мен Гренландияны аралап, жаһандық климаттың өзгеруіне қатысты деректер жинады. 2010 жылы CRREL зерттеушісі "Арктикалық Тынық мұхиты ортасының экожүйелері мен химиясына климаттың өзгеруінің әсері" немесе ICESCAPE деп аталатын тағы бір мұзжарғыштан негізделген ғылыми экспедицияның ғылыми жетекшісі болды, ол Чукчи және Бофорт теңіздерінің биогеохимиясы мен экологиясына климаттың өзгеруінің әсерін анықтауға бағытталған. CRREL-дің басқа зерттеушілері Антарктидадағы АҚШ Ұлттық Ғылым қорының зерттеу нысандарын жаңарту және күтіп ұстау жолдарын, соның ішінде жаңа Оңтүстік полюс станциясын жобалау мен салуды, сондай-ақ заманауи ұшақтардың қарға арналған қону-көтеру жолақтарына қонуына мүмкіндік беретін талаптарды әзірледі. CRREL қызметкерлері Оңтүстік полюс станциясын жабдықтау құнын төмендету мақсатында Росс мұздық шельфі арқылы Антарктика таулары мен Антарктика мұздық қабаты арқылы жаңа құрлықтағы жабдықтау маршрутын зерттеді және оны дамытуға көмектесті. 2016 жылы CRREL зерттеуші-инженерлері МакМердо станциясы үшін "Феникс" деп аталған жаңа қар қону-көтеру жолағын жобалады, салды және сынақтан өткізді. Ол жылына шамамен 60 ауыр, дөңгелекті көлік ұшағын қабылдауға есептелген. Инженерлер корпусының азаматтық жұмыстар міндеті шеңберінде CRREL зерттеушілері мұз тығындарының пайда болуын болдырмаудың жаңа тәсілдерін және осы проблемалардың кең таралғандығын шешуге арналған деректер базасын жасады. Бұл проблемаларды модельдеуді қолдау үшін ірі мұз инженерлік кешен салынды. Әлемдік проблемаларды шешу үшін спутниктік суреттер мен карталық ақпаратты тиімді пайдалану мақсатында қашықтан зондтау және ГАЖ (географиялық ақпараттық жүйе) мекемесі мен ұйымы құрылды. Тағы бір маңызды нысан – Мұздың әсерін зерттеу орталығы, мұздау мен еруге байланысты әуежайлар мен жолдардағы мәселелерді зерттеу үшін салынды. Автоматтандырылған жүктеу машинасы көлік және ұшақ доңғалақтарының төсемдерге тигізетін әсерін модельдеу үшін алынды. Құрылыс технологиясы саласында зерттеушілер АҚШ бойынша қар мен мұз жүктемесін анықтауға арналған статистикалық әдістерді, сондай-ақ жылу шығындарын өлшеу, шатырдың ылғалдылығын анықтау және мұздан қорғалған таяз іргетастар стандарттарын әзірлеуге көмектесті.

Қайта реттеу

1999 жылдың қазанында CRREL инженерлік зерттеулер және даму орталығы (ERDC) деп аталатын инженерлік корпустың зертханаларының бас ұйымына мүше болды. Миссисипи штатының Виксбург қаласындағы Жағалау және гидравликалық, экологиялық, геотехникалық және құрылымдар, сондай-ақ ақпараттық технологиялар зертханаларының, Иллинойс штатының Шампейн қаласындағы Құрылыс инженерлік зерттеу зертханасының, Нью-Гэмпширдегі CRREL-дің және Вирджиния штатының Александрия қаласындағы Топографиялық инженерлік орталығының бірігуі ERDC-ді елдің төрт түрлі аймағында құрды.

Трихлорэтилен төгілген жерлерді қалпына келтіру

Бастапқыда CRREL суық бөлмелері трихлорэтиленді (TCE) тоңазытқыш ретінде қолданған. Ол кезде TCE-ге байланысты қоршаған ортаға зиянды әсер ететін факторлар аз болған. Кейіннен TCE канцероген екені анықталды. 1970 жылы өнеркәсіптік апат салдарынан шамамен 3000 галлон TCE төгілді. 1978 жылы TCE тәжірибелік ұңғыма арқылы жерге енгізілді. 1990 жылы жер асты суларында TCE табылғаннан кейін, CRREL Нью-Гэмпшир штатының Қоршаған ортаны қорғау департаменті (NHDES) бекіткен, АҚШ Армиясының Уытты және қауіпті материалдар агенттігі және Инженерлер корпусының Жаңа Англия бөлімінің көмегімен қалпына келтіру жоспарын бастады. NHDES мәліметтері бойынша, CRREL енді TCE-ні учаскеде сақтамайды және жер асты суларындағы TCE-ні тазалау сынақ ұңғымаларында бақылауда ұсталады. Жергілікті газетте жарияланған Армияның баспасөз хабарламасына сәйкес, Армия CRREL кампусының басқа жерлерінде TCE мониторингін кеңейтті және 2011 жылы кейбір жоғары деңгейдегі көрсеткіштерді анықтады. Одан кейін олар мониторингтік ұңғымалар мен топырақ үлгілерін алу бағдарламасын іске қосып, учаскедегі заттың концентрациясын анықтады. 2012 жылғы есепке сәйкес, алынған мәліметтер учаске үшін жаңа тазалау стратегиясын құруға көмектесуі керек. Армияның экологиялық мамандары көршілес тұрғын үйлер мен мектептердің жерлерінде TCE анықтады.

Әскери зерттеулер мен әзірлемелер

Әскери ғылыми-зерттеу және даму жетістіктері сыйлығы – Әскери зертханалар жүйесінде жұмыс істейтін ерекше зерттеушілерге беріледі. Кейбір атақты CRREL алушылары:
1970 – Гюнтер Франкенштейн SS Manhattan жұмысы және құлаған B 52-ні қалпына келтіруге көмек көрсетуі үшін.
1971 – Джеймс Хикс әуежайлардағы тұманды тарату техникасын жасағаны үшін.
1976 – Питер Хоекстра, Пол Селлман, Стивен Арконе және Аллан Делани Транс-Аляска құбыр желісіне қатысты жер асты геофизикалық барлау әдістерін әзірлегені үшін. Малкольм Меллор қар, мұз және мұздатқан жерді қазу және жарылту бойынша зерттеулері үшін, бұл мұздатқан жерді жылдам қазуға, құлып қабырғаларынан мұзды кесуге және Антарктидадағы үлкен мұз қабырғасын жарылыс арқылы дайындауға, жабдықтау кемелерін теңізге қоюға мүмкіндік берді.
1977 – Малкольм Меллор қазба машиналарын жобалауға қажетті инженерлік принциптерді жасағаны үшін.
1978 – Уэйн Тобиассон Гренландия мұздықтарында 10 қабатты, 3300 тонналық қашықтықтан ерте ескерту (DEW) желісін жылжытуы үшін, шамамен 1,5 миллион доллар үнемдегені үшін.
1979 – Фредерик Крори Транс-Аляска құбыржолының құрылысына кеңес бергені үшін, бұл тұрақты топырақтағы негіздерге қатысты болды.
1980 – Уилфорд Уикс, әсіресе теңіз мұзына қатысты инженерлік мәселелерге ғылыми негіз қалағаны үшін.
1982 – Джордж Эштон өзен және көл мұздарының жылу процестерін зерттегені үшін, бұл ауа көпіршіктері мен жылы су шығару арқылы мұздың пайда болуын бақылауға мүмкіндік берді.
1983 – Майкл Феррик NASA-ға Космос шаттлының супер салқындатылған отын резервуарларында мұздың пайда болуын болжауға көмектескені үшін. Йошисуке Накано, Джозеф Олифант және Аллан Тайс ядролық магниттік резонанс (ЯМР) әдістерін мұздатылған топырақтағы судың мөлшері мен тасымалын зерттеу үшін қолданғаны үшін. Дэвид Дек қайталанатын су тасқынын азайту үшін мұздың әлсіз құрылымын жобалау үшін.
1985 – Ричард Л. Берг, Эдвин Дж. Чемберлен, Дэвид М. Коул және Таддеус С. Джонсон тротуарлық жүйелердің мұздауы мен еріуі кезінде жылу мен ылғал ағынын есептеуді қамтамасыз еткен әдістері үшін.
1986 – Джон Х. Рэнд және Бен Ханамото Армия инженерлік корпусының навигациялық шлюздарында мұзды басқару жүйесін жасағаны үшін.
1987 – Майкл Г. Феррик өзен мұздарының ыдырауын сипаттаған гидравликалық теорияны жасағаны үшін. Томас Ф. Дженкинс және Дэниел К. Леггет әскери оқ-дәрі зауытының қалдық суындағы жарылғыш заттардың қалдық деңгейін анықтайтын стандартты талдау әдісі үшін. Малкольм Меллор, Марк Ф. Уэйт, Даррил Дж. Калкинс, Барри А. Кутермарш және Дэвид А. Л'Хюреу мұз қаптаған өзендерде ленталы көпір орнату әдістері үшін. Стивен А. Аркоун, Пол В. Селлман және Аллан Делани геофизикалық әдістерді пайдаланып, мәңгі тоңған жердің жер асты қасиеттерін сипаттағаны үшін.
1988 – Эдвин Дж. Чемберлен кіші, Искандер К. Искандер және К. Джеймс Мартел ағынды шламды, қазылған материалды және шөгінділерді өңдеу әдістері үшін және қауіпті қалдықтарды мұздату арқылы тазарту үшін. Джордж Л. Блейсделл қарда жұмыс істейтін дөңгелекті көліктерді зерттеу үшін. Дэвид С. Дек өзендерде мұз түйіндерінің пайда болуын болдырмау үшін электр станциясының суын суыту үшін пайдаланғаны үшін. Фредерик К. Гернхард пен Чарльз Ж. Корхонен шатырдың қабырғасындағы көпіршіктерді тез қалпына келтіретін құрылғы жасағаны үшін.
1989 – Рэйчел Жордон қар жамылғысының беткі температурасын болжау үшін аналитикалық модель жасағаны үшін.
1990 – Остин Ковакс және Рексфорд М. Мори теңіз мұзы мен тұщы су мұзының қалыңдығын өлшейтін радар және электромагниттік индукциялық жүйелер үшін, сондай-ақ теңіз мұзының электромагниттік қасиеттерін және жаһандық жылу жылдамдығын түсіну үшін.
1991 – Эдгар Л. Андреас оптикалық таратудағы ауа турбуленттілігінің әсерін түсінуді одан әрі дамытқаны үшін.
1995 – Дэниел Лоусон, Стивен Арконе және Аллан Делани жер астындағы қауіпті және уытты қалдықтарды сипаттау үшін жер астына енетін радар әдістерін жасағаны үшін. Джеймс Уэлш пен Джордж Кениг синтетикалық термиялық инфрақызыл түсірілімді құру мүмкіндіктерін ашқаны үшін.
1996 – Дональд Г. Альберт мұздайған жер немесе қардың бар болуы кезінде акустикалық және сейсмикалық таралуды сипаттайтын теориялары үшін.
1998 – Кэтлин Ф. Джонс электр желілері мен байланыс мұнаралары сияқты құрылымдарға мұз жүктемесін жобалау үшін жаңа ұлттық стандарт картасын жасағаны үшін.
2001 – Роберт Э. Дэвис жердің жағдайына байланысты физикалық теорияларды алға жылжытқаны үшін, модельдеу, гидрология және қашықтан зондтау салаларында.
2004 – Д. Кийт Уилсон атмосфералық акустикалық әсерлерді реалистік түрде модельдеуге мүмкіндік беретін дыбыс таралуының теориясы мен модельдеуі үшін, атмосфералық турбуленттілікті сипаттайтын квази-толқындарды қолдану арқылы.
2005 – Д. Кийт Уилсон (Сандра Л. Коллиер және Дэвид Х. Мартинмен бірге) дыбыс таралуының теориясы мен модельдеуі үшін, порезді материалдарда және қозғалмалы, турбулентті сұйықтықтарда дыбыс таралуы үшін уақыт доменінің теориясы мен сандық әдістерін қолдану арқылы, сондай-ақ атмосфералық турбуленттілік есебімен дыбыс таралуын есептеу үшін шашырауды қосу арқылы. 2008 – Стивен Арконе, Йехун Кох және Ланбо Лю жер бетінен радиотолқындардың таралуын түсіну үшін, Доплерлік тәсілді қолданып, радиотолқындардың жақын бұрыштарда шашырауын өлшеу арқылы. Антонио Палаццо және Тимоти Кэри әскери оқу полигондарында қолдануға арналған жаңа генплазманы әзірлеу үшін. 2009 – Дэвид Коул және Марк Хопкинс (Джон Петерспен бірге) дискретті элементтерді модельдеу арқылы дөңгелек материалдар туралы білімді интеграциялау, бұл эксперименттік нәтижелермен расталған.

Әскери зертханалық марапаттар

Зертхана ретінде КРРЭЛ 1975 және 1978 жылдары Армияның үздік қызметі үшін сыйлықтарын алды. 1997 жылы зертхана Армияның "Жыл зертханасы" сыйлығын жеңіп алды. 1999 жылы ERDC құрамына қосылғаннан кейін CRREL үздіксіз үлес қосып, ERDC-ге алғашқы сегіз жылдың ішінде бес рет Армиялық ғылыми-зерттеу зертханасының "Жыл зертханасы" сыйлығын жиі жеңіп алуға мүмкіндік берді.