книги из ГПНТБ / Диомидов М.Н. Покорение глубин

появления звука, напугавшего исследователей, пришлось выклю­ чить приборы. В наступившей тишине слышится легкий треск. Мнения о причине этого потрескивания расходятся, однако ясно, что ничего серьезного не произошло; не потеряно ни капли бен­ зина, гондола по-прежнему герметична, следовательно, батискаф исправен.

Вновь появились многочисленные светящиеся организмы; по­ казалось небольшое студенистое существо. Это не было сюрпри­ зом, так как тралы океанографических судов не раз поднимали с этих глубин различных беспозвоночных.

Медленно, в полном молчании, продолжается погружение. Ультразвуковой телефон по-прежнему безмолвствует. Исследова­ тели напряженно смотрят на эхолот; до дна осталось несколько

Да, наконец, дно! Наибольшее расстояние, фиксируемое эхоло­ том,— 90 м. Это расстояние батискаф прошел за 10 мин.

В 13.06 Триест приземлился на дно океана, покрытое однооб­ разным слоем серого ила. Глубина 35 800 футов1, давление 1100 кгс/см2. Казалось бы, никакая жизнь при этом давлении не­ возможна, но вдруг около иллюминатора появилась рыба! Уже одна эта рыба могла ответить на многие вопросы ученых! Она по­ хожа на камбалу длиной примерно 30 см и шириной 15 см. Она проплыла мимо гондолы, увлекаемая легким придонным течением, и исчезла в темноте вечной ночи. Затем показалось еще одно живое существо-—креветка. Это значило, что огромная толща океана высотой 11 000 м полностью населена!

Триест находился на дне 30 мин. Исследователи измерили тем­ пературу и радиоактивность воды (температура оказалась равной 3,3°С). Дон Уолш несколько раз сообщал на поверхность: «Триест на дне, исследуемая глубина ноль!»

Внезапно телефон заговорил. Сверху попросили повторить глу­ бину. Телефон дал почувствовать исследователям, что они не одни; друзья с поверхности поздравили их с установлением абсолютного рекорда глубины погружения. Кстати, одновременно был установ­ лен и рекорд глубоководной связи!

Жак Пикар подумал в этот момент о своем отце — Огюсте Пи­ каре, чьи знания и талант сделали возможным это погружение.

По просьбе Уолша Пикар включил прожектор, который залил светом пространство перед батискафом. При первом же взгляде в иллюминатор крышки люка выяснилось, что. треснуло стекло иллюминатора в вестибюле. Хотя оно и не испытывает сейтас 'пе­ репада давлений, после всплытия могут возникнуть затруднения при осушении шахты. Если аквалангистам не удастся заделать отверстия, исследователям нельзя будет выйти из гондолы.

семь миль», И Л , 1963.

222

В течение последних 10 мин нахождения на дне сбрасывался

в поплавке увеличивалась: с 0,5 м)с вначале она возросла на глу­ бине 6000 м до 0,9 м/с, а на глубине 3000 м достигла 1,5 м/с. Не было ни бортовой качки, ни вибрации батискафа. В гондоле попрежнему было холодно — всего 4,5° С.

Опасения по поводу лопнувшего стекла не оправдались: вода из шахты в течение двух-трех минут была благополучно вытеснена сжатым воздухом; Пикар и Уолш легко откинули крышку люка и выбрались на палубу батискафа. Они увидели спешившую к ним лодку...

Операция «Нектон» была закончена. Подъем продолжался 3 ч 27 мин. Таким образом, все рекордное погружение на дно Ма­ рианской впадины заняло 8 ч 25 мин.

Так была одержана новая победа человеческого разума и воли, показавшая, что любые глубины Мирового океана подвластны Человеку.

Процесс совершенствования батискафа Триест продолжается. Для Триеста изготовлена подводная телевизионная камера, за­ крепляемая вне гондолы. Кроме того, специально для батискафа разработан манипулятор — механическая рука,— рассчитанный на давление воды до 1380 кгс/см2, что позволит легко работать им на предельных глубинах океана — поднимать предметы весом до 22,6 кг (например, пробы грунта). Переоборудование Триеста осу­ ществляется Управлением военно-морских исследований ВМФ США и в первую очередь для военных целей.

Начиная с момента приобретения Триеста, с его помощью ре­ шается ряд задач, в первую очередь связанных с проблемами

острова Гуам; при этом производились «рабочие» погружения на глубину до 5860 м. Для измерения скорости звука на батискафе была установлена новая аппаратура, разработанная Националь­ ным бюро стандартов. Результаты исследования подтвердили от­ сутствие прямой зависимости скорости распространения звука в воде от ее температуры и солености.

Триест проводил и другие работы. Например: измерения силы тяжести на глубине 2130 м, исследования в области океанографии и изучения дна океана, а также участвовал в маневрах в качестве глубоководной мишени. При этом Триест пеленговали с надвод­ ного эскортного корабля радиолокационного дозора Хаверфильд при помощи гидролокаторов нового типа.

Поскольку при реконструкции Триеста в 1958 г. совершенство­ вались в первую очередь элементы, обеспечивающие увеличение глубины погружения, маневренность батискафа оставалась недо-

223

статочной. Поэтому в 1961 г. Триест был вторично модернизиро­ ван. Дополнительно к двум имевшимся были установлены еще три электродвигателя с гребными винтами (один — для вертикального перемещения, два — для боковых перемещений). Благодаря совер­ шенствованию гребной установки скорость горизонтального пере­ мещения батискафа была увеличена до 1 уз (эта скорость может поддерживаться в течение 3 ч).

Увеличение суммарной мощности гребных электродвигателей повлекло за собой необходимость замены аккумуляторной батареи на более мощную (с суммарной энергией 60 квт-ч). Ее не удалось разместить в поплавке, поэтому пришлось установить на палубе герметичные контейнеры. Очевидно, для удобства эксплуатации применены свинцово-кислотные аккумуляторы, вес и габариты ко­ торых больше, чем серебряно-цинковых.

В результате модернизации Триеста изменилось количество и характер научно-исследовательского оборудования. Известно, в частности, что были установлены направленный гидрофон с за­ писью на магнитофон шумов моря и малогабаритный гидролока­ тор дальностью действия 46 м (в 1963 г. намечалось установить новый более мощный гидролокатор с дальностью действия 450 м). Усовершенствованы системы управления отдачи балласта и манев­ ренного бензина, что, по сообщению иностранной печати, значи­ тельно сократило время подготовки батискафа к погружению и время погружения.

Подводя итоги эксплуатации Триеста, следует отметить, что он прошел большой путь от аппарата-рекордсмена до исследова­ тельского судна, ведущего повседневную работу— к сожалению, в военных целях. С момента окончания постройки и до 1962 г. Триест совершил более 100 погружений.

Батискаф Триест принимал активное участие в поисках аме­ риканской атомной подводной лодки Трешер, затонувшей 10 ап­ реля 1963 г. на глубине более 2500 м. Подготовка батискафа и пе­ реброска его из Калифорнии на атлантическое побережье заняли два месяца, и только в начале июня Триест впервые погрузился в районе гибели Трейлера. За одно погружение (около 4 ч на глу­ бине) удавалось обследовать не более квадратной мили площади дна; ориентироваться приходилось по сброшенным на дно акусти­ ческим «маякам». В июне успели провести всего пять погружений, после чего батискаф был направлен на ремонт, и только 24 ав­ густа удалось обнаружить обломки, «не оставляющие сомнений

всвоей принадлежности к Трешеру».

«...После пятнадцати минут робких манипуляций «механиче­ ской рукой»,— рассказывает командир батискафа капитан-лейте­

нант Дональд Кич,— удалось захватить кусок медной трубы дли­ ной около полутора метров». Этот обломок вентиляционного трубопровода, имеющий маркировку с номером Трейлера, был про­ демонстрирован журналистам.

Позднее с батискафа удалось сделать несколько очень интерес­ ных фотоснимков (всего за время поисков было сделано более

m

250 000 снимков), после чего работа Триеста на зимний период была прервана и началась его очередная реконструкция.

В период 1963—1964 гг. Триест еще раз модернизировали. Пе­ ределки были столь существенными, что получился новый бати­ скаф Триест II. Батискаф унаследовал прочную гондолу, изготов­ ленную в г. Терни: за счет снижения запаса прочности глубина погружения увеличилась с 4000 до 6000 м. Гондолу «утопили» в поплавок и продвинули вперед. Водоизмещение батискафа воз­

(0,6 м вместо 0,25), улучшилась мореходность благодаря кора­ бельной форме новых обводов. За счет увеличения мощности акку­ муляторных батарей (117 квт-ч вместо 60,5 квт-ч) и установки трех гребных двигателей мощностью по 10 л. с. автономность ба­ тискафа достигла 10 ч при скорости 2 уз. Триест II в 1964 г. про­ должал поиски Трешера. Новая гидролокационная система боко­ вого обзора позволила при погружениях Триеста II получить до­ полнительные сведения об обстоятельствах гибели Трешера.

В 1966 г. Триест II был вновь модернизирован. На нем была установлена новая совершенная система навигации.

Батискаф Архимед

П. Вильм и Ж. Гуо приняли участие в проектировании еще од­ ного батискафа В И 000, предназначенного для достижения пре­ дельных глубин Мирового океана. Как известно, создатели этого батискафа, постройка которого (в Тулоне) заняла три года, «опоз­ дали»— их опередил все тот же Триест.

Вес аппарата без бензина составляет более 60 т (т. е. вдвое больше веса Триеста). Вес балласта, который нужно сбросить для всплытия с предельных глубин, превышает 14 т. Этот батискаф несколько больше всех построенных ранее. Размеры его поплавка 21,3X5X4. Полная высота батискафа — 7,8 м; осадка при полной нагрузке — 4,52 м\ водоизмещение— 196 т.

Двухместная гондола батискафа изготовлена из кованой нике­ лехромомолибденовой стали. Диаметр гондолы—-2100 мм, вес — около 19 г , а толщина стенок— 150 мм. В гондоле имеются три иллюминатора (в носовой ее части). Исследователи опускаются в гондолу по вертикальной шахте диаметром 1,2 м.

Архимед очень похож на ФНРС 3 и по устройству и по внеш­ нему виду. От ранее построенных батискафов Архимед отличается тем, что его гондола утоплена в поплавок; это уменьшает сопро­ тивление воды движению, а также габариты батискафа. Важным преимуществом Архимеда является то, что его скорость значи­ тельно больше, чем ФНРС 3.

На батискафе установлен двигатель мощностью 30 л. с., обес­ печивающий относительно большую скорость горизонтального пе­ ремещения в погруженном состоянии ( 3 уз), а также два двига-

225

теля мощностью по 5 л. с. каждый, которые приводят в движение винт с вертикальной осью для погружения или всплытия.

Батискаф Архимед построен в 1961 г. (строительство началось в 1957 г., стоимость 2,5 млн. франков). Первое пробное погружение на глубину 40 м состоялось 5 октября; в тот же день при букси­ ровке судном Марсель ле Биан достигнута скорость 8,5 уз. В тече­ ние октября и ноября батискаф испытывался; максимальная глу­ бина, достигнутая им в 1961 г.,— 2300 м.

Батискаф Архимед.

4 апреля 1962 г. батискаф был погружен на борт теплохода Маори и 9 мая прибыл в Японию. У берегов Японии капитан Гуо и лейтенант О’Бирн совершили погружение на 4800 м (22 мая), 7 июля Гуо и Вильм достигли глубины 7100 м, а 15 июля — 9002 м (давление 945 кгс/см2)\ в погружении 25 июля принял участие профессор Токийского университета доктор Сосаки; 11 августа было выполнено еще одно погружение на глубину 9200 м.

Кампания 1963 г. началась с погружений на глубину 2800 м в районе Йерских островов, затем состоялось второе погружение на глубину 2600 м (14 ноября).

В 1964 г. с мая по июль состоялось 10 погружений на глу­ бины до 8300 м (в основном батискаф погружался на 6000— 6300 м), в шести из них участвовал Ален Вайн, проводивший гео­

226

логические исследования. А в основном выполнялись биологиче­ ские исследования. В 1965 г. с мая по октябрь выполнено 18 погружений, минимальный период между двумя погружениями — трое суток, наибольшая глубина — 5110 м.

С февраля по сентябрь 1966 г. совершено 24 погружения на глубины до 4500 м, при этом проводились биологические, геоло­ гические, акустические и магнитно-теллурические исследования. Таким образом, за пять лет батискаф погружался 57 раз.

Беспоплавковый аппарат или батискаф?

Покорение больших глубин, как мы видим, стало возможным благодаря появлению батискафов. Затем развились беспоплавко­ вые аппараты, которые обязаны своим появлением металлам, об­ ладающим высокой удельной прочностью. Корпуса этих аппаратов играют роль поплавков и одновременно служат полезными объ­ емами для размещения экипажа, приборов, оборудования. Чем прочнее материал, тем глубже может опускаться беспоплавковый аппарат.

Возникает вопрос: есть ли техническая и экономическая целе­ сообразность в вытеснении батискафов путем создания высоко­ прочных материалов, пригодных для изготовления прочных корпу­ сов аппаратов, способных погружаться на максимальные глубины?

Представим себе, что удалось получить такой прочный и в то же время легкий материал, что корпус, изготовленный из него, весит столько же, сколько и заполнитель поплавка одинакового с ним объема, т. е. их удельные веса равны. При этом корпус не разрушается, положим, на глубине 6000 м. Теперь попробуем со­ поставить основные характеристики беспоплавкового аппарата и поплавкового — батискафа.

Водоизмещение. У бесйоплавкового аппарата водоизмещение будет меньше. Заполнителю всегда требуется оболочка поплавка со сложной системой перепускных труб и арматуры, твердый бал­ ласт (его особенно много в случае применения жидкого заполни­ теля, например, бензина). Если к весу заполнителя прибавить вес этих конструкций и разделить на объем заполнителя (объем ме­ талла будет невелик, для простоты рассуждений мы его не учиты­ ваем), то удельный вес заполнителя как бы возрастет. Только балласт и конструкция поплавка «увеличивают» удельный вес бен­

Известно, что у Триеста, в поплавке которого находилось около 100 м3 бензина, на каждый километр погружения проходилось сбрасывать тонну балласта, следовательно, 6000 кг на глубину 6000 м и 10 000 кг на глубину 10 000 м. Приращение удельного

227

поплавка Триест— 15 000 кг, учитывая, что у беспоплавкового аппарата вместо поплавка имеется легкий корпус, вес которого не­ сколько меньше веса половины поплавка батискафа, получим при­ ращение удельного веса бензина, обусловленного наличием по­ плавка, равное

в случае применения заполнителя, менее сжимаемого, чем бен­ зин, вес балласта уменьшится; уменьшится и надбавка к удель­ ному весу заполнителя. Бензин фигурирует здесь случайно; дей­ ствительно, существуют другие жидкие заполнители, менее сжимаемые, но зато более тяжелые. Например, водный раствор аммиака — нашатырный спирт — сжимается в одинаковой степени с водой, что позволило бы избавить батискаф от маневрового бал­ ласта. Однако удельный вес аммиака составляет почти 800 кгс/м3, и вследствие большой химической активности аммиак имеет массу неприятных свойств. Применение твердого заполнителя делает ба­ тискаф нетранспортабельным из-за сложности опорожнения по­ плавка.

Итак, пока что приходится говорить о бензиновом заполнителе. Надежность. У беспоплавкового аппарата надежность выше, особенно при плавании на поверхности. Поплавок нельзя делать толстостенным, так как это сведет на нет эффективность примене­ ния бензина, а тонкостенный поплавок хрупок. Аварии ФНРС 2, а также Триеста перед его знаменитым погружением в Мариан­ скую впадину произошли из-за хрупкости поплавка. Безусловно, надежность беспоплавкового аппарата выше и при плавании под

водой, там, где она больше всего необходима.

При ударе о подводное препятствие гораздо легче повредить тонкостенный поплавок, чем прочный корпус.

Маневренность. Маневренность беспоплавкового аппарата не­ сравненно выше поплавкового. Передвигаясь в трехмерном водном пространстве, аппарат совершает одновременно вертикальные и горизонтальные перемещения. Вертикальный маневр батискафа при погружении связан с выпуском бензина, а при всплытии — со сбрасыванием твердого балласта, у беспоплавкового аппарата рас­ ходуется значительно меньше балласта, а выпуска бензина или другого вида заполнителя вообще можно избежать. После израс­ ходования балласта и бензина, предусмотренных для выпуска, батискаф вообще теряет маневренность по вертикали — ему ос­ тается только всплывать.

Подготовка к погружению. Беспоплавковый аппарат проще го­ товить к погружению; отсутствие заполнителя, склонного к вос­ пламенению, упрощает подготовку. Не случайно даже при самом интенсивном обслуживании, имевшем место при поисках Триестом подводной лодки Трешер, батискаф смог погружаться не чаще однЬго раза в неделю.

228

Обитаемость. У беспоплавкового аппарата объем прочного кор­ пуса равен объему поплавка батискафа — отсюда очевидно, на­ сколько там просторнее.

Стоимость постройки и эксплуатации. Постройка беспоплавко­ вого аппарата обойдется дороже постройки батискафа в первую очередь из-за дороговизны высокопрочных материалов и сложно­ сти изготовления из них корпуса. Зато стоимость эксплуатации беспоплавкового аппарата должна быть ниже; его можно сделать автономным и эксплуатировать как подводную лодку.

Приборы подводного аппарата

Человеческий глаз плохо видит под водой. Даже в прозрачной воде при солнечном освещении дальность видения под водой не превышает 20—30 м, в мутной воде видимость снижается до долей метра. Недостаточная прозрачность воды — одна из причин, ме­ шающих завоевать океан. Но если вода почти непрозрачна для света, то для звука она прозрачнее, чем воздух. Скорость звука в воде почти в пять раз выше, чем в воздухе, а дальность его рас­ пространения в определенных случаях достигает нескольких тысяч километров. Указанные обстоятельства привели к созданию серии акустических приборов, обеспечивающих видение, связь, измере­ ние скорости движения, определение местоположения для подвод­ ных аппаратов.

Акустические приборы построены на двух основных принци­ пах— эхопеленговании и шумопеленговании. Сущность первого принципа состоит в том, что прибор посылает в нужном направле­ нии акустический сигнал, который, как следует из названия, в виде эха возвращается и принимается приборами: гидролокатором, эхо­ лотом или звуковизором. Прибор, основанный на втором принципе, состоит только из приемной части. Это пассивный прибор — своеоб­ разные уши; называется он гидрофоном.

Мысль об использовании звука для измерения высот и глубин возникла у русского ученого академика Я. Д. Захарова. В 1805 г., поднявшись на воздушном шаре, ученый крикнул в рупор, на­ правленный вниз, и заметил время возвращения эха. Зная ско­ рость звука и время его «путешествия» вниз и вверх, Захаров определил расстояние до земли. На этом же принципе основаны гидролокаторы и эхолоты, дальность действия которых колеблется от нескольких сотен и даже десятков метров до нескольких кило­ метров— в зависимости от мощности излучателя и условий рас­ пространения звука в воде в данном районе. Прежде чем перейти к описанию задач, выполняемых акустическими приборами на под­ водном аппарате, полезно сказать несколько слов о звуке.

Звук — это колебание частиц среды, в которой он распростра­ няется. Эти колебания характеризуются интенсивностью, давле­ нием и частотой — числом колебаний в единицу времени. Поскольку

229

ками, а свыше 20 000 гц — ультразвуками. Приборы подводных аппаратов работают в области ультразвуков. Для посылки звука

вводу необходим источник; роль его выполняет преобразователь,

вкотором при прохождении электрического тока наводятся звуко­ вые колебания. Он так и называется — акустический преобразова­

тель. Акустический преобразователь служит также приемником, в котором колебания воды преобразуются в электрические сиг­ налы.

Теперь можно представить работу гидролокатора или эхолота: посылка сигнала — прием эха, этот цикл повторяется в течение всего времени работы прибора. Показывающий прибор у гидро­ локатора может быть в виде экрана, на котором возникают и гас­ нут световые точки, обозначающие препятствия, рыб, или в виде записей на ленте самописца.

230

У эхолота, как правило, отраженные сигналы записываются на ленту, в результате эхолот, измеряющий глубину под килем ап­ парата, непрерывно «пишет» рельеф дна; если над грунтом пла­ вают рыбы, эхолот «пишет» и их. На подводных аппаратах вибра­

а также обнаруживать плавающие на поверхности предметы, пред­ ставляющие опасность при всплытии аппарата.

Трудно удержаться, чтобы не упомянуть об эхоледомере — приборе, определяющем не только наличие льда на поверхности, но и его толщину, что позволяет подводным лодкам всплывать в полыньях, затянутых не очень толстым льдом. В настоящее время подводные аппараты подо льдом не плавают и эхоледомеры на них не ставят, однако в дальнейшем, когда появятся подвод­ ные траулеры, с их помощью, несомненно, займутся подледным ловом.

На принципе эхопеленгования работает звуковидение. Его от­ личие от гидролокации заключается в возможности получения на экране контуров и даже рельефа рассматриваемого предмета. Это происходит благодаря фокусировке отраженных от предмета аку­ стических лучей на экране, представляющем собой массу мини­ атюрных акустических преобразователей. В результате каждый участок предмета преобразуется отдельно в электрический сигнал и попадает на экран телевизионной трубки.

Весьма важной характеристикой любого «видящего» прибора является так называемая разрешающая способность — минималь­ ный размер предмета, который можно опознать на экране. По­ скольку разрешающая способность прибора зависит от расстояния (с увеличением расстояния — падает), ее при сравнении приборов приводят к одинаковому расстоянию.

При создании акустических приборов для поиска подводных лодок главной задачей была максимальная дальность, для под­ водных аппаратов, ведущих исследование,— разрешающая способ­ ность приборов при средней дальности.

Ряд подводных аппаратов, построенных в США в 1967—1968 гг., вооружен новыми акустическими системами — гидролокаторами бокового обзора. Разрешающая способность таких систем дости­ гает 15 см на расстоянии 40 м; эти локаторы представляют ком­ промисс между высокой разрешающей способностью звуковидения при малой дальности и низкой разрешающей способности обычных гидролокаторов с большой дальностью. Акустические преобразова­ тели (излучатели) такого гидролокатора расположены по бортам аппарата. Импульсы акустической энергии, посылаемые излучате­ лями, представляют веерообразные лучи, узкие в горизонтальной плоскости и широкие в вертикальной. Используются частоты от 10 до 500 000 гц. Импульсы длятся Уюооо долю секунды. Отражен­ ный сигнал в конечном итоге записывается на ленту самописца. В результате на ленте появляется рельеф площади дна, именно площади, а не профиля, как при работе эхолота.

231