5. Конструкция первого мезоскафа

5. Конструкция первого мезоскафа

Разумеется, я провел подготовительную работу и поручил моим помощникам напечатать первые синьки, не дожидаясь этого дня. С согласия руководителей Выставки, которые, предваряя положительное решение вопроса, пошли на финансовый риск, я уже разместил кое-какие заказы, подготовил контракты, нанял людей. Поначалу сотрудничество с Выставкой развивалось как нельзя лучше: каждый делал свое дело, и мне предоставили полную свободу организовать работу и осуществлять свои технические замыслы.

С того дня, когда я решил, что кабина должна быть не шарообразной, а цилиндрической, в основном определился облик аппарата. Снаружи он будет похож на подводную лодку, внутри — на пассажирский самолет.

На какую глубину рассчитывать мезоскаф? Первый закон для всех плавающих судов гласит, что их вес должен быть равен весу вытесняемой воды; чем больше водоизмещение, тем больше может и должно весить судно. Водоизмещение нашего аппарата определялось в основном необходимостью организовать интерьер так, чтобы пассажирам не было тесно. Во избежание клострофобии я решил не делать отсеков, пусть кабина будет возможно более широкой и открытой, чтобы у пассажиров с первой минуты было ощущение простора. Наружный диаметр цилиндрического корпуса я определил в 3,15 метра; большим делать его не стоило, чтобы не осложнять транспортировку судна. Посоветовавшись со специалистами швейцарской авиакомпании, мы заключили, что между креслами должно быть не меньше 70 сантиметров. Общая длина кабины определялась числом пассажиров, по двадцати человек с каждой стороны — эту цифру мы сочли самой подходящей. Отсюда и все наружные размеры и, как уже упоминалось, вес мезоскафа.

Этот вес состоял, грубо говоря, из следующих главных слагаемых: корпус, балластные цистерны, киль, аккумуляторные батареи, двигатель, аварийный балласт,[50] вспомогательное оборудование. Естественно, и пассажиры входили в число основных слагаемых.

Вес балластных цистерн обусловливался их объемом, вес киля — необходимой степенью остойчивости судна, вес батарей и двигателя — планируемыми маневрами и дальностью. Максимально допустимый вес пассажиров и аварийного балласта тоже был известен; сколько потянут вспомогательные устройства, нетрудно прикинуть. Если все это вычесть из общего веса, получим вес корпуса и узнаем — для данной марки стали и данного метода конструкции — допустимую глубину погружения. Округленно вес мезоскафа составит 165 тонн: балластные цистерны (наружные резервуары, которые при заполнении воздухом обеспечивают плавучесть аппарата на поверхности, а при заполнении водой — погружение) — 5 тонн, киль — 17 тонн, аккумуляторные батареи — 20 тонн, двигатель с принадлежностями — 1 тонна, аварийный балласт — 5 тонн, пассажиры и команда — 3 тонны; на корпус оставалось 80 тонн. С учетом кольцевых шпангоутов[51] (они играют важнейшую роль в борьбе против деформации корпуса, которая происходит под давлением извне) исходная цифра 80 тонн позволяла сделать стальные стенки 38-миллиметровой толщины. Расчеты показали, что такой корпус выдержит давление на глубинах до 1500 метров. Нет, мезоскаф не предназначался для таких глубин; просто отсюда следовало, что при погружении на 300 метров (глубина Женевского озера) запас прочности выразится коэффициентом 5, который получается при делении 1500 на 300. То есть мезоскаф может погрузиться глубже атомной подводной лодки, а коэффициент безопасности будет такой же, как у нее. На этом коэффициенте стоит немного остановиться, потому что его подчас неверно толкуют.

Прежде всего, если известна критическая глубина (глубина, на которой вес воды сокрушит подводную лодку), почему надо держаться так далеко от этого рубежа? Почему нельзя, скажем, в нашем случае погрузиться на глубину 1450 метров? Ответом на этот вопрос может быть точное определение коэффициента безопасности.

Этот коэффициент выражает отношение давления, которое, как показывают расчеты или эксперименты, вероятно, раздавит лодку, к давлению, которому лодка подвергается на самом деле.

Пусть слово «вероятно» не удивляет читателя. Как бы тщательно ни делались расчеты, сколько бы данных инженер ни извлек из экспериментов, все равно, когда речь идет о такой сложной конструкции, как подводная лодка, многое еще остается непроясненным, особенно на первых этапах строительства. Стальной лист может быть неодинаковым по толщине, даже неоднородным по структуре, возможна неоднородность присадочного металла и электродов, применяемых при сварке. Неизбежны отклонения в конструкции, различия между спецификацией и готовым судном, корпус не получится строго цилиндрическим, и степень неточности неодинакова для разных его участков. При погружениях тоже есть неизвестные факторы: в зависимости от температуры и солености плотность воды может быть разной в разных местах, причем, что особенно важно, из-за этого подводная лодка может вдруг погрузиться глубже, чем намечалось. Возьмем для примера большую атомную подводную лодку, идущую со скоростью 25 узлов. Изменение солености на одну тысячную, вполне обычное в океане, может увеличить нагрузку на 8–10 тонн, и лодка меньше чем за минуту провалится за красную черту глубиномера.[52]

Разумеется, накапливая данные и опыт, можно постепенно сокращать запас прочности. Очевидно также, что только разрушение подводной лодки позволит, хотя и с опозданием, совершенно точно определить ее коэффициент безопасности. И выходит, что этот коэффициент не что иное, как формула ненадежности данного аппарата.

В классической механике коэффициент безопасности (когда есть риск для людей) составляет не меньше 4; правда, методы структурного анализа достигли такого совершенства, что теперь налицо склонность понизить этот коэффициент. Для относительно простых конструкций вроде сферической кабины батискафа достаточен двукратный запас прочности. Для мезоскафа, первого образца подводной лодки совсем нового типа, предназначенной для туристов, следовало предпочесть более высокий коэффициент. Расчеты и эксперименты на моделях, а также точное измерение деформаций при погружениях показали, что в Женевском озере этот коэффициент всегда будет держаться между 4 и 5, так что угроза аварии практически отсутствовала.

О роли балластных цистерн уже говорилось. В обычных подводных лодках они подчас охватывают весь корпус. Мы не могли допустить, чтобы цистерны закрывали обзор, поэтому их разместили вдоль корпуса выше иллюминаторов.

Еще одно важное преимущество такого решения: оно обеспечивало постоянную, надежную остойчивость мезоскафу.

Остойчивость обыкновенной подводной лодки (современные атомные субмарины уже не входят в этот разряд) определяется двумя главными факторами: на поверхности — формой корпуса, под водой — весом. Отвлекаясь пока от деталей, скажем, что в начале погружения обычной подводной лодки первый фактор перестает действовать раньше, чем вступает в силу второй, поэтому она теоретически на несколько минут теряет остойчивость. Чтобы не перевернуться, лодка идет вперед, опираясь на элероны, так же как самолет опирается на свои крылья. Статичное погружение без горизонтального движения грозит опрокидыванием. А размещение балластных цистерн на мезоскафе обеспечивало постоянную остойчивость, он вполне мог погружаться и всплывать без горизонтального движения, что очень важно для аппарата, предназначенного для туристов. Даже если бы двигатель отказал, мезоскаф мог всплыть, не рискуя перевернуться.

Объем балластных цистерн, по шести секций с каждой стороны, составлял вместе около 24 кубических метров. Такой объем обеспечивал аппарату сравнительно малую осадку на поверхности, зато при каждом всплытии требовался изрядный запас воздуха, чтобы вытолкнуть воду из цистерн. В принципе 42 пятидесятилитровых баллонов сжатого воздуха при давлении 250 килограммов на квадратный сантиметр, иначе говоря, свыше 500 тысяч литров воздуха было достаточно для двадцати погружений, тем более для предполагаемых нами девяти погружений в день, даже с учетом расхода на уравнительные цистерны[53] и на сирену.

Главное назначение киля — придать мезоскафу остойчивость под водой (и прибавить ему остойчивости на поверхности). Киль — сравнительно легкая конструкция из стальных листов, приваренных к корпусу и образующих водонепроницаемые отсеки, которые загружаются свинцовыми чушками общим весом 14 тонн. Благодаря этим чушкам при переходе человека средней комплекции с одного конца кабины в другой мезоскаф накренялся меньше чем на два градуса.

Аккумуляторные батареи заставили нас решать ряд проблем; я коснусь здесь только основных.

Вообще-то можно расположить аккумуляторы снаружи корпуса (я вернусь к этому варианту в связи с «Беном Франклином»), но в этом случае по ряду причин я предпочитал поместить их внутри мезоскафа. Понятно, надо было принять меры, чтобы обеспечить безопасность пассажиров и команды; в частности, нельзя допускать утечки газа, особенно водорода, который может стать причиной катастрофы, если его содержание в мезоскафе превысит критический уровень. Поэтому аккумуляторы поместили на дне трюма в водонепроницаемых кожухах, а в кабине установили вентиляцию и контрольные приборы с автоматической сигнализацией. Наши аккумуляторы были самыми мощными из тех, которыми в то время оснащались невоенные подводные лодки; и это была самая мощная батарея, какую доводилось изготовлять нашему поставщику — фирме «Электрон» в Невшателе. Двигатель, 61 наружный светильник и бортовое электрическое оборудование вместе потребляли 600 киловатт-часов в день при девяти погружениях. Аккумуляторы позволяли мезоскафу пройти 200 километров при скорости 4 узла или 90 километров при скорости 6 узлов.

Создавая первый батискаф ФНРС-2, доктор Огюст Пикар расположил ходовые двигатели снаружи, где они были подвержены давлению воды. Легкий контейнер, заполненный маслом, обеспечивал хорошую электрическую изоляцию. Такое решение давало выигрыш в весе, освобождало место внутри батискафа, и не нужны были столь капризные при высоком давлении набивочные коробки.[54] Сперва я думал применить то же решение и для мезоскафа, но в конце концов поместил ходовой двигатель внутри корпуса, как делают в обычных подводных лодках. Внутренние помещения мезоскафа оказались достаточно вместительными, грузоподъемность вполне удовлетворительная, и вывести приводной вал через корпус было не таким уж сложным делом, потому что рабочая глубина нового аппарата не шла ни в какое сравнение с глубинами, которые покорял батискаф. Мы установили такую же набивочную коробку, какие стоят на немецких подводных лодках, значительно усовершенствовав ее, чтобы мезоскафу ничто не угрожало.

Двигателем служил электромотор постоянного тока, предложенный нам фирмой «Браун Бовери энд компани»; мощность — 75 лошадиных сил, число оборотов — 1500 в минуту, на винте — 300 в минуту.

Кроме уже упомянутых мер предосторожности стоит особо сказать о 5 тоннах аварийного балласта в виде железной дроби, удерживаемой магнитными затворами; эта система тоже изобретена доктором Огюстом Пикаром. Аварийный балласт позволяет подводной лодке быстро всплыть по команде пилота или при отказах в электрических цепях.

Почему именно 5 тонн? Объясню. У мезоскафа есть уравнительные цистерны, которые позволяют пилоту, во-первых, придать лодке любой продольный наклон, во-вторых, перед погружением увеличить или уменьшить ее собственный вес с учетом веса пассажиров. Представьте себе, что мезоскаф после погружения с группой школьников, весящей полторы тонны, идет под воду с членами «Клуба центнеровиков», и груз уже составляет больше 5 тонн. Конечно, командир должен быть начеку, и все же допустим, что он забыл облегчить мезоскаф, не продул или только отчасти продул уравнительные цистерны. Аппарат окажется сильно перегруженным, и пилоту, чтобы всплыть, придется сбросить не одну тонну твердого балласта. Для страховки мы остановились на 5 тоннах.

Коротко о других основных узлах.

Мостик. Защищает некоторые соединения труб и часть электропроводки, а также приборы, установленные снаружи и наверху. Кроме того, с мостика команда управляет мезоскафом, когда он находится на поверхности.

Хвост. Придает мезоскафу обтекаемость и относит ходовой винт достаточно далеко назад, чтобы он работал эффективно.

Рубка. Позволяет входить и выходить из мезоскафа в плохую погоду, не опасаясь, что дождь или волны проникнут внутрь.

Вертикальный и горизонтальные рули. Приводятся гидравликой, которая управляется пилотом с электрического пульта. Сервомоторы,[55] изготовленные для нас фирмой «АЭГ», позволяли пилоту без труда маневрировать горизонтальными рулями и точно знать их положение в каждый момент.

Две небольшие (по 250 литров), но прочные уравнительные цистерны снаружи. Позволяют на любой глубине с высокой степенью точности увеличивать или уменьшать вес мезоскафа.

Как уже говорилось, обычно вес подводной лодки не должен превышать веса вытесненной ею воды. На деле могут быть исключения. Скажем, при атаке или угрозе атаки с воздуха, когда военная лодка должна погрузиться возможно быстрее, она увеличивает свой вес, принимая воду в цистерны. Достигнув желаемого горизонта, лодка должна освободиться от излишнего балласта, иначе он может увлечь ее на опасную глубину. Так что увеличивать вес подводной лодки таким способом очень рискованно, и капитан решает, стоит ли игра свеч. Правда, техника этого маневра хорошо отработана подводниками, она включена в учебную программу и применяется как на войне, так и на учениях.

И все-таки иногда бывает, что подводная лодка, увы, не всплывает.

Чтобы предотвратить такую опасность, я установил следующее правило: вес нашей подводной лодки при погружении всегда должен быть несколько меньше веса вытесняемой воды, а уходит она под воду за счет совместного действия гребного винта и горизонтальных рулей. При соблюдении этого правила даже отказ двигателя не грозил катастрофой, потому что легкий мезоскаф автоматически поднимался к поверхности. Понятно, перед стартом надо было очень тщательно вывешивать аппарат.[56] Теоретически лодка могла быть тяжелее вытесняемой воды лишь в тех случаях, когда она садилась на грунт, скажем, при выполнении научных работ. На деле пилоты мезоскафа — опытные, профессиональные подводники — не следовали моему предписанию. Как правило, они погружались с отрицательной плавучестью,[57] и за все время эксплуатации аппарата на Женевском озере не было никаких происшествий.

При всех обстоятельствах перед стартом требовалось знать точный вес судна, но ведь не все люди укладываются в таблицы среднего веса, поэтому решили перед каждым погружением взвешивать пассажиров.

У мезоскафа было много интересного и для неспециалиста.

Войдя в приветливо распахнутую дверь и спустившись по крутому трапу, турист (иначе говоря, средний швейцарец, составлявший большинство посетителей Выставки) с удивлением видел уютный интерьер, теплые краски, просторную кабину. Как это было непохоже на внутренние помещения обычной военной подводной лодки, которые привилегированные посетители могут обозреть в день национального праздника или в годовщину какой-нибудь знаменитой битвы, когда публику допускают в тайники оборонного ведомства, потому что все шпионы выходные.

Да, в обычной субмарине все иначе. Узкие проемы, низкие, загроможденные всякой всячиной переходы, то и дело спотыкаешься о трубы или наталкиваешься на деловитых моряков, в которых трудно угадать героев грядущих войн. Добавьте едкий запах нефтяной гари, или кислоты, или жареного картофеля, от которого першит в горле. Ничего подобного нет в мезоскафе. Длинная широкая кабина хорошо освещена, в ней много иллюминаторов и сорок кресел в два ряда с оранжевой обивкой и пристяжными поясами, как в самолете.

Над креслами помещаются аккуратные голубые баллоны со сжатым воздухом для балластных цистерн и сирены. И телевизионные экраны. Освещение великолепное, просто ослепительное. По всей длине подводной лодки чередуются стальные арки кольцевых шпангоутов, внушающих полное доверие к прочности корпуса. Арки наводят на мысль о римском соборе. Или о ребрах морского чудовища, придуманного Уолтом Диснеем. В обоих концах мезоскафа — по техническому отсеку. Впереди пилотская кабина, которую неспециалист легко может спутать с кабиной реактивного воздушного лайнера: три кресла, в центре пульт управления с часами, кнопками, экранами, вольтметрами, сигнальными лампочками и рычагами. Пульт устроен так, чтобы пилот мог, если понадобится, один вести лодку. Но вообще-то положено работать втроем: командир, пилот и штурман или инженер, потому и кресел три.

За спиной пассажиров, закрытые решетками и панелями, находятся приводные ремни, маховик и приводной вал. С левого борта — ходовой двигатель и распределительный щит с множеством контрольных приборов и предохранителей; с правого борта — гидроэлектрическая установка для управления на расстоянии входными дверями, горизонтальными и вертикальными рулями, а также клапанами балластных цистерн.