Профессия водолаза – одна из самых древних профессий на Земле. История водолазного дела очень интересна. Ей посвящено много ярких описаний. Рубен Абгарович Орбели и Жак Ив Кусто, Ганс Хасс, Джеймс Даган и Патрик Прингл – книги этих замечательных энтузиастов хорошо знакомы российскому читателю. Для лучшего понимания изложенного ниже материала необходимо поэтому лишь вкратце остановиться на некоторых ключевых вопросах физиологии человека под водой и описать тот арсенал технических средств, которым располагает современный водолаз.
Водолазное снаряжение можно разделить на автономное и неавтономное. Неавтономному водолазу газовую смесь для дыхания подают по шлангу с обеспечивающего судна или с берега. Шланг накрепко связывает его с источником дыхательной смеси. Водолаз же, работающий в автономном снаряжении, несет на себе кассету баллонов, содержащих некоторое количество сильно сжатой смеси или ее компонентов. Автономному водолазу не требуется обеспечения с поверхности; он может перемещаться в воде совершенно свободно.
Наиболее широко применяется неавтономное снаряжение, называемое «вентилируемым». Водолаз, облаченный в прочную резиновую рубаху и в герметично присоединяемый к ней шарообразный медный шлем, полностью изолирован от воды. В пространство под шлемом водолазная помпа, установленная на обеспечивающем судне, непрерывно нагнетает свежий воздух, а его излишки, смешанные с выдыхаемым воздухом, стравливаются в воду. Благодаря этому осуществляется постоянная «вентиляция» скафандра: удаляются углекислый газ и другие продукты дыхания и восстанавливается нормальное содержание кислорода.
Для компенсации большой положительной плавучести скафандра водолаз вынужден надевать тяжелые грузы и галоши со свинцовыми подошвами. Это позволяет ему прочно стоять на грунте и передвигаться по дну, хотя тянущиеся за водолазом воздушный шланг и сигнальный конец сильно стесняют его движения, а неизбежная муть, поднимаемая со дна, ограничивает видимость.
Шланг и сигнальный конец – предмет постоянных забот водолаза. Заклинить или пережать шланг – значит лишиться воздуха, запутать шланг или сигнальный конец – возникнут серьезные затруднения при подъеме. Иногда водолаз не может освободиться и вынужден, перерезав застрявший шланг, всплывать на поверхность. При этом он использует остатки воздуха в скафандре.
Вентилируемое снаряжение, конечно, имеет и много достоинств. Водолазу в нем тепло и сухо, голова его находится внутри просторного шлема с достаточно хорошим обзором, ничто не стесняет его в движениях, а главное, он может дышать неограниченно долго: ведь воздух все время подают сверху. В вентилируемом снаряжении водолаз может находиться под водой часами и выполнять разного рода трудоемкие и сложные работы. В большинстве случаев подводные работы выполняются именно в вентилируемом снаряжении. Из всех типов водолазного снаряжения оно в наибольшей степени обеспечивает человеку нормальную работоспособность под водой. Но все же возможности его ограничены, и это заставляло людей искать пути создания снаряжения принципиально иного типа – автономного.
Изобретение акваланга позволило перерубить «пуповину», связывавшую водолаза с поверхностью. Избавившись от обременяющего шланга и тяжелого неуклюжего скафандра, человек почувствовал себя поистине как рыба в воде. Простой и надежный в эксплуатации, акваланг открыл дорогу в подводный мир миллионам людей.
Подводники в аквалангах погружаются на глубины в десятки метров, соперничая с водолазами в вентилируемом снаряжении. Запас воздуха, необходимого для дыхания, аквалангист несет на себе, в баллонах, укрепленных у него за спиной. Легочный автомат – «сердце» акваланга – снижает давление воздуха с 150-200 атмосфер до давления окружающей среды и подает его водолазу в момент вдоха в необходимом количестве. Акваланги многих типов снабжены, кроме того, различными сигнализаторами для контроля за расходованием воздуха из баллонов.
Акваланг относят к автономному снаряжению с открытым, или разомкнутым циклом дыхания, потому что выдох производится прямо в воду. Именно в этом кроется причина одного очень существенного недостатка акваланга – его неэкономичности. При выдохе теряется много неиспользованного кислорода. В воздухе его содержится около 21%, а гемоглобин крови успевает связывать лишь 1/5 этого количества. При повышении давления количество кислорода во вдыхаемом воздухе увеличивается пропорционально глубине, а количество усваиваемого кислорода (точнее, его масса) остается прежним, поэтому процент бесполезно утрачиваемого кислорода еще более возрастает. Азот, который в процессе дыхания не участвует, просто перекачивается легкими из баллонов в воду. Поскольку легочная вентиляция (приведенный к нормальному давлению объем воздуха, проходящий через легкие в единицу времени) на глубине 10 м удваивается, а на глубине 20 м утраивается и т. д., запас воздуха, скажем, в отечественном акваланге АВМ-1М обеспечивает возможность дыхания у поверхности в течение часа, а на глубине 40 м – только в течение 6-8 мин. (с учетом времени на спуск и подъем).
Наиболее простой способ увеличить время пребывания на глубине – взять с собой больший запас воздуха, т. е. увеличить количество и емкость баллонов или давление воздуха в них. Однако при этом акваланги становятся слишком громоздкими и тяжелыми, а желаемый результат – работать на глубине в несколько десятков метров в течение часа и более – не достигается. Вот почему появилось так называемое снаряжение комбинированного типа – шланговые аппараты, в которых сжатый до 8-10 избыточных атмосфер воздух поступает по шлангу из баллонов большой емкости с поверхности прямо в легочный автомат аппарата, надетого на водолаза. В случае внезапного прекращения подачи воздуха или запутывания шланга водолаз может легко отцепить его и спокойно выйти на поверхность, переключив аппарат на аварийный запас воздуха, который находится в небольших баллонах за его спиной. Однако ввиду наличия шланга не устраняются недостатки и неудобства в работе, которые присущи вентилируемому снаряжению. Водолаз теряет автономность – самое ценное свойство акваланга.
Существует еще один вид автономного снаряжения – снаряжение с замкнутым циклом дыхания, в котором теоретически возможно стопроцентное использование имеющихся запасов кислорода за счет постоянной циркуляции смеси по системе легкие – дыхательный мешок аппарата. К этому виду относятся кислородные дыхательные аппараты. Роль дыхательной смеси в них выполняет чистый кислород. Прежде чем попасть в мешок и оттуда снова в легкие, выдыхаемая водолазом смесь проходит через патрон с химическим поглотителем, который удаляет из нее углекислый газ, связывая его химически. Расход кислорода во время дыхания пополняется из маленького баллончика с помощью кислородоподающего механизма, который автоматически обеспечивает приток кислорода в мешок в строго дозированном количестве, а также позволяет при необходимости быстро наполнить мешок вручную.
Водолаз в кислородном снаряжении, как и аквалангист, полностью автономен. Благодаря скрытности действия (при дыхании ни один пузырек не поднимается на поверхность) кислородные аппараты нашли широкое применение в военных целях: для проведения диверсий, высадки морских десантов и т. д.
Кислородный аппарат позволяет водолазу достаточно долго находиться в воде, однако диапазон допустимых глубин ограничен. Длительное погружение в этом снаряжении па глубины свыше 15-20 м невозможно из-за неизбежного отравления кислородом. Чтобы увеличить глубину погружения аппаратов с замкнутым циклом дыхания, можно использовать вместо чистого кислорода другую дыхательную смесь, например, обычный воздух. Это позволит опускаться на ту же глубину, что и в акваланге. Однако, если скорость поглощения организмом кислорода из смеси, зависящая от многих факторов (физической нагрузки, состояния психики водолаза, условий окружающей среды и т. д.), превысит или станет меньше скорости автоматического поступления кислорода в дыхательный мешок, неизбежно соответственно кислородное голодание или отравление. Чтобы этого не случилось, необходимо постоянно следить за парциальным давлением кислорода в дыхательной смеси, и в случае отклонения от нормы изменять величину его поступления.
Более просто, хотя и несколько иначе, решается проблема увеличения глубины и времени погружения в недавно созданных аппаратах, относящихся к так называемому снаряжению с полузамкнутым циклом дыхания. Аппарат с полузамкнутым циклом состоит из тех же составных частей, что и кислородный аппарат, но его баллоны содержат не кислород, а обычный воздух или же искусственно приготовленную смесь кислорода и инертных по отношению к человеческому организму газов, причем количественное соотношение компонентов может быть различно в зависимости от предполагаемой глубины погружения. Автоматический регулятор обеспечивает постоянное поступление смеси из баллонов в дыхательный мешок.
Процесс дыхания, циркуляция смеси и ее химическая очистка происходят подобно аналогичным процессам в кислородном снаряжении, за исключением одного существенного отличия. Часть смеси либо непрерывно, либо периодически во время выхода стравливается в воду, и это, наряду с непрерывным поступлением свежей смеси из баллонов, предотвращает нарушение правильного соотношения компонентов (излишнее накопление какого-либо элемента – кислорода или инертного газа). Чтобы такая система контроля состава смеси действовала достаточно эффективно, необходимо за один и тот же промежуток времени стравливать в воду гораздо меньше смеси, чем стравливается в акваланге. Экономичность аппаратов с полузамкнутым циклом во много раз превышает экономичность акваланга. По американским данным, например, па глубине 30 м эффективность использования смеси при таком снаряжении в 10 раз превышает эффективность ее использования в снаряжении с открытым циклом.
В одном из современных образцов снаряжения с полузамкнутым циклом – аппарате SM-I немецкой фирмы «Дрегер» – состав смеси автоматически регулируется на глубине благодаря дифференцированной подаче в дыхательный мешок отдельных компонентов – кислорода и азота из двух различных баллонов. Этот аппарат снабжен также устройством для дробления и рассеивания газовых пузырей.
По всей вероятности, наиболее совершенным водолазным аппаратом будущего окажется автономный аппарат с замкнутым циклом дыхания и с автоматически регулируемым составом смеси. Чтобы создать такой аппарат, необходимо сконструировать датчик количества кислорода в газовой смеси, надежно работающий в широком диапазоне (от 21% у поверхности до долей процента на глубинах в сотни метров), и исполнительное устройство. Последнее будет поддерживать состав смеси на оптимальном уровне, соответствующем глубине, на которой в данный момент работает водолаз. Работы над дыхательными аппаратами подобного типа ведутся во многих странах. Например, можно упомянуть аппарат американского инженера Красберга, в котором количество кислорода поддерживается на нужном уровне при помощи электронной следящей системы. Однако эти аппараты еще не вышли из стадии экспериментирования.
