Полвека назад люди уже многое знали об опасностях, подстерегающих человека под водой, и достаточно хорошо освоили методы работы, гарантирующие ему сохранение жизни и здоровья. Однако борьба за овладение глубинами носила пассивный характер. Отравляющие свойства, которые приобретают газы – компоненты воздуха под давлением, заставили отказаться от попыток проникнуть на большие глубины, а неизбежность длительной декомпрессии вынудила ограничить допустимое время пребывания под водой. Знаний, накопленных человечеством в области водолазной физиологии, явно не хватало.
История водолазного дела тех лет изобиловала всевозможными проектами «жестких» водолазных скафандров. Главным назначением их было защитить водолаза от давления воды, которое не мог выдержать его организм. Скафандр представлял собой пустотелый металлический панцирь, по форме похожий на человеческое тело. К цилиндрическому туловищу с несколькими иллюминаторами в верхней части для наблюдения прикреплялись с помощью шарниров толстые суставчатые руки и ноги, а вместо пальцев из рукавов торчали клещи или другой сменный инструмент.
По замыслу изобретателей водолаз, помещавшийся внутри скафандра, мог приводить в движение шарнирные конечности, т. е. самостоятельно перемещаться по грунту и работать встроенным инструментом. Сложные сочленения-суставы могли вращаться, не пропуская внутрь воду. Благодаря своей прочности скафандр выдерживал высокое наружное давление, и поэтому условия работы водолаза ничем не отличались от обычных условий на поверхности. Запаса кислорода в баллонах, прикрепленных к скафандру, хватало для дыхания в течение нескольких часов. Скафандр оснащался манометром для измерения давления кислорода, глубиномером, компасом, часами, микрофоном и телефоном для постоянной связи с поверхностью по кабелю, системой очистки воздуха внутри скафандра и прочими приспособлениями и устройствами. В случае запутывания кабеля-троса, с помощью которого скафандр опускали на дно и извлекали на поверхность, водолаз мог обрезать его специальным ножом и всплыть, продув сжатым воздухом собственную балластную цистерну.
Короче говоря, скафандр был задуман как совершенное техническое средство, с помощью которого человек мог бы успешно работать на больших глубинах, не страшась высокого давления. Однако замыслы изобретателей так и не удалось реализовать в полной мере. Водолаз мог выполнять на дне полезную работу лишь при одном непременном условии – хорошей подвижности конечностей скафандра. Человек, одетый в скафандр, приводит конечности в движение с помощью своей мышечной силы, преодолевая сопротивление внешнего давления воды, которое стремится зажать, заклинить подвижные сочленения. Водолаз сравнительно легко двигался и работал па мелководье, но уже на глубине около 100 м он не мог пошевелить ни рукой, ни ногой. Создатели скафандров так и не сумели придумать удачную конструкцию шарниров, которые, не пропуская внутрь воду, в то же время имели бы достаточную подвижность на глубинах, недоступных водолазам в обычном мягком снаряжении.
Жесткие скафандры не нашли широкого применения в водолазном деле, и лишь некоторые фирмы, специализировавшиеся на подъеме ценных грузов с погибших судов, иногда использовали их в своей работе.
Вскоре после изобретения жестких скафандров появились и первые камеры, специально предназначенные для водолазов-наблюдателей – батистаты, или, как их теперь называют, гидростаты. Внутренний объем корпуса гидростатов значительно превышал объем туловища жестких скафандров и давал возможность наблюдателю располагаться внутри камеры со значительно большими удобствами. Приборное оборудование и системы жизнеобеспечения гидростатов в основных чертах были сходны с соответствующими элементами ушедших в историю жестких скафандров. Гидростаты получили довольно широкое применение не только в качестве наблюдательных камер при производстве спасательных работ на затонувших судах, но и для научных целей. Впервые у ученых, изучающих океан и его обитателей, появилась возможность вести наблюдения непосредственно в толще морской воды. С помощью гидростатов, например, удалось получить ценные сведения о жизни и поведении промысловых рыб, изучить их реакцию на различные раздражители, оценить работоспособность и выявить недостатки конструкции различных орудий лова.
Гидростаты большей частью не приспособлены к самостоятельному перемещению. С их помощью можно производить наблюдения лишь в фиксированной точке на дне. Это приемлемо при проведении спасательных работ, но явно снижает возможности гидростатов как средства научного исследования.
В пятидесятых годах стали появляться гидростаты, имеющие собственные двигатели или рассчитанные на буксировку. В Японии был построен двухместный гидростат «Куро-Сио I» с глубиной погружения до 200 м. «Куро-Сио I» имел двигатель с четырех лопастным винтом и рулями, что давало ему возможность маневрировать около грунта в ограниченных пределах. Камера была снабжена деревянным шасси для посадки на грунт и могла поворачиваться относительно шасси, обеспечивая экипажу круговой обзор. Однако, обладая малой скоростью хода и плохой маневренностью, «Куро-Сио I» позволял вести наблюдения только на небольших участках дна. Для исследования значительных площадей или быстро движущихся объектов, например изучения работы тралов, этот гидростат непригоден.
С целью проведения исследовательских работ по совершенствованию орудий лова в Клайпедском отделении Гипрорыбфлота был создан баксируемый гидростат, названный батипланом «Атлант I». Батиплан имеет форму самолета, буксируется судном-носителем. Через четыре иллюминатора в носовой части фюзеляжа наблюдатель следит за окружающей обстановкой и управляет батипланом при помощи ручки самолетного типа, перемещая пластины хвостового оперения. Батиплан обладает небольшой положительной плавучестью и в случае обрыва троса может всплыть на поверхность самостоятельно.
«Атлант I» используется учеными для работы на глубинах до 100 м. С его помощью ведутся наблюдения за работой различных орудий лова: пелагических и донных тралов, драг и др. Батиплан снабжен подводной киносъемочной аппаратурой, что позволяет исследователям и конструкторам получать ценнейший материал. Но, как и всякое привязное устройство, он не лишен очень серьезного недостатка: экипаж батиплана не может самостоятельно выбирать наиболее интересный в данный момент объект наблюдения, поскольку маневрирование аппарата весьма ограничено (его курс и скорость «полета» в среднем не отличаются от курса и скорости надводного судна-буксировщика).
Следующим шагом в развитии подводных устройств с прочным корпусом было появление автономных самоходных аппаратов – миниатюрных подводных лодок. Маленькие, водоизмещением всего несколько тони, маневренные, дающие отличные возможности для поиска, наблюдения и киносъемки неподвижных и быстро перемещающихся объектов, эти лодки быстро завоевали всеобщее признание. Если первые наблюдательные камеры – жесткие скафандры, а затем и гидростаты появились как следствие стремления людей защититься от воздействия высокого давления воды, то современный исследовательский флот, насчитывающий уже несколько десятков самых разнообразных аппаратов, созданных в последние годы во многих странах мира, призван решить уже качественно новую задачу: исследование Мирового океана во всем диапазоне глубин.
С технической стороны достижение многокилометровых глубин намного сложнее, чем зоны шельфа. И дело не только в гигантском давлении на больших глубинах, но и в трудности решения многих проблем (например, связи с поверхностью, навигации и точного определения местоположения, обеспечения достаточной автономности и приемлемых мореходных качеств). Поэтому нецелесообразно даже ставить задачу создания универсальных исследовательских средств для использования на всех глубинах океана.
Подводные аппараты четко специализированы по главному признаку – диапазону рабочих глубин. Не затрагивая специфических особенностей глубоководных аппаратов, остановимся лишь вкратце на основных принципах конструкции подводных исследовательских судов, предназначенных для изучения зоны шельфа. Сейчас в мире насчитывается более полутора десятков малых подводных лодок с глубиной погружения от 60 до 300 м.
Все исследовательские лодки независимо от типа имеют много сходных по назначению устройств, агрегатов, систем. К таким элементам лодки относятся следующие: прочный корпус; источники энергии, двигатели и движители; система управления маневрированием в горизонтальной плоскости, вертикальным перемещением и дифферентом; система обеспечения жизнедеятельности и безопасности экипажа; навигационное, научное и другое оборудование.
Прочный корпус предназначен для защиты экипажа лодки от давления забортной воды. Он должен гарантировать безопасность во всем диапазоне рабочих глубин. Корпус имеет герметично задраивающийся люк для входа и выхода экипажа и установки необходимого оборудования, иллюминаторы для пилотирования, наблюдений и киносъемки, а также сальниковые устройства для ввода электрических кабелей, трубопроводов гидросистем и др. Конструктивно прочный корпус может быть любой формы. Например, миниатюрная подводная лодка «Кабмэрин», построенная по классической схеме, имеет удлиненный прочный корпус, рубку с иллюминаторами, неподвижный, расположенный в корме двигатель, рули направления и глубины. Прочный же корпус другой исследовательской лодки «Эшера» выполнен в виде сферы, а гидродинамическую форму ей придает тонкий обтекатель. Под ним смонтированы, кроме прочной сферы, все агрегаты (балластные системы, энергетические блоки и т. п.), присутствие которых в прочном корпусе не обязательно.
Поступательное перемещение осуществляется, как правило, с помощью электродвигателя (одного или нескольких), который приводит в движение тяговый винт или же помпу водометного движителя. Энергетические блоки, питающие электрическим током ходовой двигатель и различные агрегаты и системы лодки, обычно представляют собой аккумуляторы, вынесенные за пределы прочного корпуса. Последнее вызвано стремлением избежать излишнего загромождения обитаемого пространства и загрязнения его атмосферы газом, выделяемым при разряде аккумуляторов, а также стремлением предотвратить серьезную аварию при возможном взрыве неисправной батареи. В последние годы проводятся экспериментальные работы по использованию энергетических блоков на топливных элементах. Они установлены, например на подводном аппарате «Стар I» (США) – одном из серии миниатюрных аппаратов, предназначенных для оценки элементов и систем будущих подводных судов.
Очень высокие маневренные свойства лодок обеспечиваются за счет управления с помощью подруливающих устройств и поворотных движителей. Так, две водометные насадки, установленные по обоим бортам корпуса «Денизы» – Ныряющего блюдца Кусто – обладают способностью поворачиваться независимо одна от другой вокруг оси крепления к корпусу почти на 360°. Тем самым они легко создают большие управляющие моменты, а также позволяют лодке перемещаться поступательно в горизонтальном и вертикальном направлениях. Подобное расположение движителей дает возможность надежно управлять движением лодки при маневрировании на около-нулевых скоростях, когда обычные гидродинамические рули действуют неэффективно.
Для маневрирования по глубине, а также для точного регулирования плавучести иногда применяют водяной балласт или же отделяемый на глубине твердый балласт. Для управления дифферентом широко используют ртутные дифферентные системы.
Решение проблем обитаемости – снабжение кислородом, очистка атмосферы от вредных примесей, кондиционирование воздуха, как правило, не вызывает особых затруднений, поскольку при решении аналогичных вопросов обитаемости боевых подводных лодок накоплен уже достаточный опыт.
Безопасность экипажа обычно стремятся повысить дублированием управления отдачи балласта и за счет возможности аварийного отделения тяжелых блоков, таких, как аккумуляторные батареи и система ртутного балласта. Подводный аппарат, кроме того, снабжается средствами индивидуального спасения (аквалангами, спасательными жилетами, надувными плотами) и сигнальными устройствами (дымовыми шашками, ракетами, пассивными радиолокационными отражателями). Последние необходимы для того, чтобы привлечь внимание экипажа обеспечивающего судна и облегчить поиск всплывшей на поверхность подводной лодки.
В открытом море, как правило, используются суда-базы. Они необходимы ввиду сравнительно плохой мореходности малых лодок, небольшого радиуса их, действия и сильно ограниченной автономности. Суда-базы снабжены мощными подъемными механизмами для спуска и извлечения лодок из воды, на них предусматриваются средства и условия для текущего ремонта и перезарядки лодочных систем, для отдыха и смены экипажа подводных исследователей. Судно-база должно обладать хорошими мореходными качествами, большой дальностью плавания, должно быть оборудовано системой гидроакустической и радиосвязи с подводной лодкой и средствами поиска последней.
Помимо средств связи с обеспечивающим судном по радио - и ультразвуковому каналам, исследовательские лодки снабжаются обычно различным навигационным оборудованием, эхолотами, указателями глубины и измерителями физических параметров забортной среды, а также осветительными системами, телевизионными установками иногда с аппаратурой видеозаписи, кино и фотоаппаратами. На некоторых лодках предусмотрена возможность взятия проб воды, отбора образцов грунта, растительного и животного мира с помощью наружного манипулятора, установленного в поле зрения наблюдателя-оператора.
Итак, эволюция жестких устройств привела от первых примитивных наблюдательных камер к созданию целого флота совершенных, хорошо оснащенных современным электронным оборудованием подводных судов. Однако в процессе этой эволюции была утрачена первоначальная идея: защитив водолаза от давления воды, расширить его возможности, обеспечить ему условия для производительного труда на морском дне. Человек, отгороженный от моря броней прочного корпуса, – к сожалению, пока только наблюдатель. Работать в воде может только водолаз. Роли подводных исследовательских аппаратов и водолазов в деле освоения океанского дна различны. Поэтому, наряду с бурным развитием исследовательского подводного флота, не прекращались изыскания физиологических возможностей увеличения работоспособности водолаза под водой.
