книги из ГПНТБ / Диомидов М.Н. Покорение глубин

Не исключена возможность создания глубоководных судов с проницаемым корпусом — для перевозки бригад водолазов с по­ верхности к месту работы на морском дне.

Со временем в гидросфере будет создана подводная транспорт­ ная система с базами обслуживания и навигационными маяками для перевозки со дна океана всевозможного сырья и доставки на подводные заводы оборудования, машин и персонала, обслужи­ вающего подводные предприятия и хозяйства.

Ныряющие суда

А теперь поговорим о подводном транспорте.

Для начала представим поверхность моря. К берегу, подгоняе­ мые ветром, бегут штормовые волны; вдали они кажутся совсем маленькими, но к пневматическому волнолому подкатываются ог­ ромными белогривыми валами. На волноломе, который стоит всегда в каких-нибудь трехстах метрах от берега, кипит гряда бу­ рунов, как будто волны налетают на подводные рифы и обруши­ ваются на них с ревом и грохотом, а дальше — за волноломом — простирается совершенно спокойная поверхность воды, покрытая лишь серыми полосами мелкой ряби.

Проходит несколько минут, и на этой поверхности появляется всплывшая из глубин большая подводная лодка. Впрочем, это судно мало напоминает подводную лодку: на нем нет рубки, а па­ луба скорее похожа на спину огромного стального кита. Над этой выпуклой палубой выступает лишь небольшая полусфера, на ко­ торой закреплены короткие антенны. Несколько секунд всплывшее судно стоит на месте, как будто ожидая указаний от высоких бе­ реговых мачт. Но вот за кормой возникает легкий бурун, и зага­ дочное судно, повинуясь неслышным командам автоматов, мед­ ленно разворачивается и входит в канал, далеко уходящий в поло­ гий берег...

Давайте и мы подойдем к каналу, чтобы рассмотреть его по­ лучше. Канал имеет совершенно отвесные берега, а в конце его расположена наклонная площадка, выходящая из воды. Невольно вспоминается наклонный продольный стапель, предназначенный для спуска на воду построенных судов. Но это не бетонная пло­ щадка, а подвижная лента гигантского транспортера. Его ширина равна ширине канала. Подводная ветвь скрывается в воде, а надводная уходит далеко вверх, оканчиваясь над высокой эста­ кадой.

Пока мы рассматриваем окружающие сооружения, подводное судно успевает пройти канал и, замедлив ход, остановиться. В тот же момент полотно транспортера приходит в движение. Линия, отделяющая мокрую часть ленты от сухой, все быстрее удаляется от кромки воды.. . Прошло несколько секунд, и на выбегающей из воды мокрой ленте появились сначала одиночные, а затем навален­ ные непрерывной грядой крупные и мелкие камни. Это руда, до­ ставленная в порт подводным судном.

262

Черная мокрая руда быстро перемещается транспортером вверх, а в воде продолжает раздаваться грохот камней, падающих из трюма судна на бегущую под ним ленту. Прошло каких-нибудь 10—15 мин, и шум прекратился. Лента транспортера вынесла на поверхность последние остатки руды и, отправив их вверх, за­ мерла.

Как только закончилась выгрузка, включились ходовые двига­ тели и судно, вспенив воду, задним ходом медленно пошло к вы­ ходу. Вот оно вышло из канала, развернулось носом в сторону от­ крытого моря и ... исчезло под водой.

Здесь надо предостеречь читателя от поспешных выводов и, прервав полет нашего воображения, сказать, что авторы попыта­ лись представить процесс разгрузки руды в автоматизированном порту, куда подводные суда-автоматы будут доставлять полезные ископаемые из карьеров, расположенных на дне океана.

Впрочем, эта картина не так уж далека от действительности. Так, подводные саморазгружающиеся рудовозы уже вышли из об­ ласти фантазии. Английская фирма «Митчелл Энджиниринг» строит подводные суда для обслуживания северо-западного побе­ режья Канады. Эти районы океана из-за ледяных полей почти не­ проходимы для обычных судов, поэтому перевозка руды будет осу­ ществляться под водой.

В Японии разработан проект подводного танкера. Несмотря на свои исполинские размеры — 242 м в длину и до 40 ж в шири­ ну— этот подводный корабль также будет иметь очень большую скорость — 40 уз. Для достижения такой скорости предполагается использовать атомную установку мощностью 335000 л. с.

ние годы в Англии, Италии, Японии, СЩА и Швеции созданы де­ сятки проектов подводных танкеров, рудовозов, комбинированных рудовозов-танкеров и даже пассажирских лайнеров. Но одно дело — перевозка руды, топлива и других грузов подводными су­ дами, а другое — подъем тяжелых грузов с океанских глубин.

Вероятно, одной из серьезных проблем глубоководной промыш­ ленности явится разработка методов и средств для подъема со дна океана рудного и минерального сырья и его транспортировки на береговые предприятия. Задача создания промышленных средств для транспортировки тяжелых и сверхтяжелых грузов с больших глубин еще никогда не ставилась перед наукой и техникой. Единст­ венным примером перемещения тяжелых грузов с морского дна может служить подъем затонувших судов. Несмотря на то, что по­ добные работы носят эпизодический характер и подъем судов производится лишь с небольших глубин, применяемые методы и средства должны быть использованы при проектировании грузоподъемных средств промышленного назначения. Некоторых успе­ хов в этой области техники достигли океанологи. При океаногра­ фических исследованиях они давно уже применяют средства для

263

взятия и подъема различных проб, т. е. для подъема небольших грузов с больших глубин.

Таким образом, в наше время разработана техника для подъ­ ема больших грузов (затонувших судов) с малых глубин и малых грузов (например, проб грунта) с больших и даже предельных глубин океана, но пока еще отсутствуют средства для подъема больших грузов с больших глубин.

Одним из примеров подъема полезных ископаемых со дна океа­ на служит использование землесосного снаряда, транспортирую­ щего пульпу (воду, смешанную с рудой) по трубам наверх, в трюм транспортного судна. Как известно, этот способ очень широко при­ меняется при землеройных, дноуглубительных и других работах. Разумеется, полезные ископаемые, находящиеся на океанском дне, должны быть предварительно раздроблены на мелкие куски. Но не всегда можно мельчить рудное или минеральное сырье. Весьма вероятно, что возникнет необходимость в подъеме со дна океана крупных образований и даже целых глыб руды или минерала.

Вэтом случае потребуется другой способ транспортировки. Никто не будет спорить, что для подъема (как и для спуска)

грузов можно использовать всем известную лебедку, которая при­

Подобный способ прост и вполне применим при подъеме руды с относительно малых глубин, но едва ли он будет рационален для рудных карьеров, разрабатываемых на глубине в несколько кило­ метров. Для работы в океане придется построить очень крупные суда и установить на них мощные грузоподъемные устройства — ле­ бедки с огромными барабанами, на которые нужно будет наматы­ вать прочные канаты длиной в несколько тысяч метров. Поднимать груз и передавать его на рудовоз в штормовых условиях очень сложно. Времени на подъем небольшой порции руды уйдет много, а расход энергии окажется огромным. Следует также иметь в виду, что захват груза будет происходить вслепую в связи с расположе­ нием грейфера очень далеко от лебедки (усложняется йвтоматизация процесса).

Если вспомнить, что «привязанные» канатом к поверхности батисфера и гидростат уступили свое место глубоководному аппа­ рату, то можно предположить и замену «привязанных» грузоподъ­ емных средств автономными грузоподъемными судами.

В самом деле, нельзя ли для подъема грузов обойтись без шлан­ га или троса и использовать силу плавучести понтона, как это делается при подъеме затонувших судов? Нельзя ли создать судно, которое бы ныряло вглубь, как ловец жемчуга, и, захватив на дне подготовленный груз, всплывало вверх, а затем отвозило тяжелые грузы — глыбы руды, базальта или другого материала — на бере­ говую базу? Так мы с вами подошли к идее создания ныряющего грузоподъемного судна.

Вполне возможно, что по мере освоения сырьевых ресурсов дна океана «обычные» грузоподъемные устройства, существовавшие на

264

протяжении многих веков, рано или поздно уступят место особой группе судов-автоматов, способных забирать подготовленные на дне грузы, всплывать с ними на поверхность, отвозить к берегу и разгружаться над самодвижущимся транспортером.

Не вдаваясь в подробности, можно рассказать о предполагае­ мом внешнем виде такого ныряющего судна, основных принципах его устройства и работы.

Впрочем, прежде чем начать наш рассказ о работе подобного судна, следует предположить, что специальные машины-автоматы, подобные сухопутным бульдозерам, грейферам, экскаваторам, уже выполнили на дне океана заданную им работу. Горы полезных ископаемых добыты землеройными машинами и подготовлены для подъема на поверхность. Руда раздроблена на куски, удобные для погрузки, и сосредоточена в виде длинных отвалов, напоминающих большие гряды.

Как уже было сказано, суда для подъема грузов со дна океана будут использовать силу положительной плавучести. Ясно, что удельный вес груженого судна должен быть меньше, чем у воды. Плавучесть ныряющего судна могут обеспечить пустые отсеки, которые, занимая объем верхней части корпуса судна, будут вы­ полнять роль поплавков-понтонов. Эти балластные отсеки автома­ тически заполняются водой, и судно, теряя свою положительную плавучесть, уйдет под воду; когда же потребуется подняться на по­ верхность, из этих отсеков удалят воду.

Хорошо, — скажет читатель, — придать судну отрицательную плавучесть для погружения действительно очень просто. А как из цистерн откачивать воду перед всплытием, если на дне давление окружающей среды составит, например, 500 кгс/см2 и более. Ведь именно в этом и состоит особая сложность создания любых глубоко­ водных аппаратов!

Инженеры предполагают использовать энергию пороховых за­ рядов. Для этого внутри корпуса надо установить очень прочные баллоны, способные выдерживать давление в несколько тысяч ат­ мосфер. Внутри баллонов разместят пороховые заряды, которые будут поочередно и по мере необходимости воспламеняться элект­ рической искрой.

После сгорания зарядов в баллонах образуется газ под высо­ ким давлением, который и используется для продувки балластных цистерн точно так же, как сжатый воздух на подводных лодках.

Разумеется, судно должно быть оборудовано автоматически действующей системой управления плавучестью, которая в поло­ женное время командует открытием кингстонов, воспламенением пороховых зарядов и пуском сжатого газа для продувания бал­ ластных цистерн.

При продувании балласта на больших глубинах могут исполь­ зоваться регулируемые химические реакции или электролиз воды, образующие газ высокого давления.

Мы рассмотрели только один из возможных путей обеспечения положительной плавучести глубоководного судна, но каждому

265

ясно, что это очень сложный вопрос и для его практического реше­ ния еще предстоит немало поработать.

Итак, характерной особенностью ныряющих судов должна быть способность быстро и автоматически менять свою плавучесть. Подойдя в тот район океана, где на дне лежат подготовленные для подъема грузы, суда заполнят балластные цистерны водой и быст­ ро опустятся к месту погрузки. В момент подхода ко дну плаву­ честь должна быть почти нулевой: ведь судно должно резко сни­ зить скорость погружения, чтобы успеть занять перед погрузкой соответствующее строго определенное положение и мягко сесть на дно. После погрузки автоматы дадут команду, сжатый воздух про­ дует цистерны и судно вместе с грузом, став легче воды, оторвется от дна и начнет всплывать. В это время включатся главные двига­ тели и судно пойдет подводным ходом в порт.

В зависимости от характера груза и его расположения на дне ныряющие суда могут иметь различную конструкцию навалочного устройства. Одни из них могут иметь днища, напоминающие грей­ фер. Приближаясь ко дну, правая и левая части днища автомати­ чески раскрываются. В таком положении судно «сядет» на груду подготовленной руды, а затем створки-челюсти начнут закрываться. Днище единым движением захватит груз и одновременно заполнит образовавшийся при закрытии трюм.

Могут быть суда с плоским дном и откидным бортом. В этом случае погрузка руды на судно будет, видимо, производиться нава­ лочными машинами-бульдозерами из отвала руды, расположенной на дне соответствующим образом.

Теперь рассмотрим более подробно принцип работы и конструк­ цию ныряющего рудовоза.

На любой глубине внутри балластных цистерн давление всегда равно наружному, поэтому конструкции корпуса не испытывают

вычетом, конечно, веса оболочки и газа). Ориентировочные рас­ четы показывают, что при этом условии «ныряющий рудовоз» дли­ ной 95 м при ширине 14 м и высоте борта 12 м может иметь грузо­ подъемность около 5000 т. Будущим конструкторам ныряющих судов придется определить более точно, какие размерения должны иметь подводные суда-автоматы. Относительно малый вес «обо­ лочки», т. е. порожнего судна, может быть достигнут применением высокопрочных, но в то же время легких металлов, стойких в мор­ ской воде.

Полная автоматизация судна, своеобразное назначение и тяже­ лые условия плавания на больших глубинах предъявляют особые требования к форме корпуса, общей конструкции и характеристи­ кам судна.

На нашем рисунке изображен «ныряющий рудовоз» будущего. Это судно имеет сигарообразный корпус, напоминающий подвод­ ную лодку. Горизонтальной плоскостью судно как бы разделено

266

на две части. Выше этой плоскости в корпусе судна находятся ци­ стерны, обеспечивающие плавучесть, автоматизированная энергети­ ческая установка, судовые устройства и системы автоматического управления. Вся нижняя часть судна является трюмом — вмести­ лищем для груза. Трюм занимает всю длину судна и по килевой линии имеет разъем, причем обе его половины своей верхней кром­ кой шарнирно соединены с корпусом. При помощи мощных гидрав­ лических приводов половины днища могут размыкаться и смы­ каться. Смыкаясь, они образуют трюм полуцилиндрической формы.

Палуба судна и верхняя часть бортов составляют единую цилиндрическую конструкцию. На полукруглой палубе в ее диа­ метральной плоскости установлен вертикальный стабилизатор, а впереди, ближе к носу, возвышается небольшая полусферическая прочная рубка с плотно задраенными люками.

С обоих бортов судна, к носу от рубки, установлено по два водометных движителя. Для поперечного перемещения судна, что очень важно при посадке на грунт в точно рассчитанном месте или при входе в канал, имеются два маневровых «подруливающих» водомета. Один из них находится в корме, а другой — в носу; эти водометы расположены попорек судна и могут создавать боковой упор на правый или левый борт.

Для управления судном имеются и поворотные рули. С каж­ дого борта размещено по два руля глубины, а в корме, на обычном для каждого судна месте, установлен вертикальный руль поворота.

Энергетическая установка судна представляет малогабаритную, но мощную электростанцию, заключенную в прочный цилиндриче­ ский корпус. Разумеется, двигатель должен работать на ядерном горючем или на каком-либо ином топливе, для сгорания которого не требуется кислород. В другом отсеке прочного корпуса сосредо­ точены приборы автоматического управления судном. Все осталь­ ные судовые устройства — водометные движители, приводы рулей, механизмы закрытия трюма и т. д. — расположены вне прочного корпуса и работают в воде.

Напомним, что все детали судов и механизмов, находящихся в воде, должны обладать особо высокой стойкостью против разру­ шающего влияния морской воды; их движущиеся поверхности должны быть защищены от механических повреждений, попадания песка и других твердых частиц. Все конструкции механизмов и ап­ паратов, расположенных снаружи прочного корпуса, выполняются таким образом, чтобы их работе не мешало большое (и перемен­ ное) давление воды.

Управление всей работой рудовоза производится по программе, введенной в машину автоматического управления. Запрограмми­ рован весь комплекс команд, подаваемых в строгой послёдовательности операций всем машинам и устройствам, обеспечивающим подводное движение рудовоза к руднику, его погружение на дно, погрузку руды, всплытие, возвращение в порт и разгрузку. Управ­ ляющая машина-автомат расположена в прочном корпусе и пол­ ностью изолирована от внешней среды, а ее связь с датчиками

268

внешней информации и исполнительными органами, воздействую­ щими на различные механизмы, осуществляется по электропро­ водам.

Управляющая машина состоит из блоков-автоматов, каждый из которых управляет определенной системой. Так, блок-автомат, управляющий ходом рудовоза, получает сигналы-импульсы от ультразвуковых датчиков.

При передвижении под водой авторулевой рудовоза будет ориентироваться по гидроакустическим маякам, поэтому снаружи должны быть смонтированы ультразвуковые приемники. В зависи­ мости от полученной информации электронно-вычислительное устройство подаст команду на рулевой привод и подруливающие водометы и поведет рудовоз по заданному курсу. Регулируя часто­ ту вращения движителей, система может остановить судно или изменить его скорость. При всплытии и маневрировании на рейде порта команды судну могут подаваться по радио.

Другой блок управляет энергетической установкой: изменяет мощность электростанции, регулирует режим работы двигателей и механизмов. Особая автоматическая система ведает регулирова­

работа всех устройств должна происходить в строгой последова­ тельности, поэтому согласованность действия всех систем осуще­ ствляется специальным координирующим центром по заданной программе.

Как же будет работать рудовоз-автомат? А вдруг изменение обстановки потребует немедленного изменения заданной програм­ мы? у

Вся система управления судном является не только автомати­ ческой, но и самонастраивающейся, способной в случае измене­ ния внешних условий изменить программу и сохранить наиболее выгодный режим работы того или иного устройства.

Система навигационных ультразвуковых маяков приведет судно в район глубоководного рудопромышленного предприятия. Здесь судно будет управляться с помощью сигналов местных (установ­ ленных на дне) маяков-ответчиков, которые, воздействуя на систе­ му автоматического управления, заставят судно начать погруже­ ние. Откроются кингстоны и вода устремится внутрь цистерны. В то же время включится система ориентации посадки. Как сов­ ременный самолет, ориентируясь по радиосигналам, осуществляет слепую посадку на бетонную площадку аэродрома, так и судно, «планируя» в глубину, может точно приземлиться в место, наибо­ лее удобное для захвата подготовленного груза.

Теперь приводится в действие привод разъемного днища: его «челюсти» сжимаются, проникая в толщу руды и образуя под ней уже замкнутое днище судна. Смыкание днища происходит не плавным, а вибрирующим движением, что обеспечивает проникно­ вение «челюстей» в толщу руды.

269

Работа по захвату груза может производиться за счет гидро­ статического давления окружающей воды. Для этой цели внутри цистерн следует установить прочные пустотелые шары, соединенные трубками с гидравлическим приводом разъемного днища. Если судно находится на поверхности — шары пустые. Но оказавшись на большой глубине, шары превращаются в своеобразные аккуму­ ляторы энергии. Если открыть клапаны, то окружающая вода под давлением 500—1000 кгсісм2 (в зависимости от глубины) будет стремиться проникнуть в полые шары-цистерны, попутно производя необходимую работу в поршнях гидропривода, закрывающего правую и левую половины днища судна.

Когда днище закроется и трюм окажется заполненным рудой, вступает в действие система плавучести, начинают работать ходо­ вые движители и включается автоматическая система управления судовождением. Судно берет курс на береговую базу, и, набирая ход, быстро движется в порт для разгрузки.

Здесь при • необходимости обслуживающий персонал может осмотреть механизмы, пополнить запасы горючего, провести пре­ дупредительный ремонт и устранить неполадки. Если разгрузив­ шийся рудовоз не нуждается в пополнении горючим, ремонте или наладке, то об этом сообщается на специальный пульт сигнализа­ ции и подается команда на включение механизмов, закрывающих днище; судно-автомат выходит из канала и, развернувшись, вновь уходит на рудник.

Для того, чтобы подобное судно могло длительное время рабо­ тать без вмешательства человека, необходимо обеспечить особую надежность и выносливость всех его устройств. Безотказность действия автоматов гарантируется не только их особой конструк­ цией, но и дублированием: если какой-нибудь прибор или меха­ низм выйдет из строя, вместо него автоматически включится резервный.

О принципиальной возможности создания автоматики для управления ныряющим судном, пожалуй, нечего и говорить. На наших глазах в космосе происходят настоящие чудеса из обла­ сти автоматики и телеуправления. На этом фоне достижения из других областей техники, например, автоматизация посадки сверх­ звукового тяжелого самолета на палубу движущегося с большой скоростью авианосца, не производит особого впечатления.

На морском транспорте условия и скорости совсем иные; здесь роль и успехи автоматики пока гораздо скромнее. Но уже строят­ ся суда-автоматы. Разработаны автоматические системы програм­ много управления дизельным судном. Такое судно-автомат без всякого вмешательства человека может совершать рейсы продол­ жительностью свыше 30 суток. По сообщениям зарубежной печати, в иностранных флотах ведутся большие работы по автоматизации боевых подводных лодок, для которых проблема «освобождения от экипажа» имеет особое значение.

Кстати сказать, первые шаги на этом пути были сделаны моде- листами-любителями, которые уже давно обходятся без экипажа

270

Рудник на дне океана.

271