От батисферы до современных глубоководных аппаратов

Двадцатый век заслуженно назван Веком космоса и океана. Именно в минувшем столетии человек сделал прорыв в космос. После первого полета Юрия Гагарина сотни обитаемых космических кораблей посетили ранее неизведанное человеком пространство. Были совершены выходы в открытый космос. Он стал доступен не только профессионалам – космонавтам, ученым, – в космос полетел первый пассажир.

Столь же грандиозный прорыв был сделан в двадцатом веке, особенно в его второй половине, и в изучении Мирового океана, занимающего около 70 % поверхности нашей планеты. Бурное развитие океанологической техники позволило в короткие сроки исследовать колоссальные по площади акватории. Стремясь в глубины океана, человек создавал все более совершенные технические средства, появились подводные обитаемые аппараты, приблизившие его к океанскому дну. Вошло в научный обиход понятие «гидрокосмос». Техническая мысль влекла жаждущее знаний человечество к проникновению все дальше во Вселенную и все глубже в неизведанные океанские просторы.

Первые погружения в глубокий океан были совершены с целью биологических исследований: человека интересовало, есть ли живые организмы на больших глубинах. Но узнать об этом можно было, лишь погрузившись в их естественную среду обитания и увидев все собственными глазами. Содружество американских ученых – биолога Вильяма Биба и инженера Отиса Бартона – привело к созданию батисферы – прообраза современных обитаемых аппаратов. Их батисфера была рассчитана на двух человек и погружалась на тросе, позволяя вести непосредственные визуальные наблюдения за подводными животными в толще воды до глубины 1000 метров и более. В 1934 году Биб и Бартон, погружаясь в районе Бермудских островов, достигли глубины 923 метра, что было абсолютным рекордом для того времени. В 1948 году Бартон опустился в батисфере уже на глубину 1496 метров, остающуюся до сих пор рекордной для обитаемых аппаратов этого класса.

26 октября 1948 года швейцарский ученый и инженер Огюст Пикар и французский биолог Теодор Моно совершили первое глубоководное погружение в автономном обитаемом аппарате. Это был батискаф «FNRS-2», опустившийся на глубину 1515 метров. Названную дату можно считать днем рождения подводных обитаемых аппаратов.

Изобретение батискафов стало настоящей революцией в области глубоководной техники. Несмотря на их крупные размеры и большой вес, человек смог погружаться на большие глубины, не будучи ограничен жесткой связью с поверхностью, свободно передвигаясь в толще воды и вблизи дна. Батискаф «FNRS-2» был сконструирован Огюстом Пикаром по принципу стратостата (еще в 1932 году он на стратостате «FNRS» достиг рекордной для того времени высоты 16,37 километра). Основным конструктивным элементом батискафа служила прочная стальная сфера, которая подвешивалась к огромному металлическому поплавку, заполняемому бензином. В ходе погружения бензин частично замещался водой, благодаря чему аппарат приобретал отрицательную плавучесть. Всплытие батискафа осуществлялось за счет сбрасывания твердого балласта – металлической дроби. Перемещение в горизонтальном направлении обеспечивалось двумя реверсивными электродвигателями, расположенными по бокам бензинового поплавка. Управлял балластной и движительной системами пилот, находившийся внутри обитаемой сферы. Аппарат был снабжен внешним освещением и системой подводной связи. Естественно, ни подводного телевидения, ни подводных фотокамер в то время не существовало.

Батискафы сыграли заметную роль в освоении океанских глубин. В 1954 году аппарат «FNRS-3», имевший расчетную глубину 4000 метров, опустился на 4050. Этот рекорд, установленный французами Ж. Уо и Р. Уильямом, продержался до 1959 года, когда оказался побитым во время погружения батискафа «Триест», созданного тоже Огюстом Пикаром. В «Триесте» была совершена целая серия погружений, завершившихся спуском в Марианскую впадину на глубину 10 916 метров; эту историческую миссию осуществили 23 января 1960 года швейцарский ученый Жак Пикар (сын Огюста Пикара) и американский офицер Дон Уолш. Рекорд «Триеста» остается непревзойденным до сих пор. Почему? Конечно же, в наше время создание глубоководного обитаемого аппарата (ГОА) с рабочей глубиной 11 000 метров не является технической проблемой. Однако строительство такого аппарата требует огромных финансовых затрат, которые должны быть оправданы в процессе последующей эксплуатации.

К сожалению, до сего дня в мире не нашлось ни одной организации или какого-либо мецената, которые захотели бы финансировать научный проект, позволяющий ученым заглянуть в потаенные уголки Мирового океана, в его желоба и впадины.

Если в 50-е годы основной целью большинства погружений было достижение рекордных глубин, то в 60-е, после покорения Марианской впадины, строительство обитаемых аппаратов нацеливалось уже на решение определенных практических или научных задач.

За всю историю глубоководных погружений в океане было создано всего одиннадцать аппаратов с рабочей глубиной 6000 метров и более. Три из них были сконструированы по типу батискафа, т. е. имели стальной поплавок, заполнявшийся легкой жидкостью – бензином, который обеспечивал плавучесть аппарата. Перед каждым погружением в поплавок закачивалось около 200 тонн бензина. Эти аппараты были тяжелыми и громоздкими. Восемь современных аппаратов-шеститысячников, построенных во второй половине 80-х годов и в начале XXI века, отличаются небольшими габаритами и весом, высокой маневренностью, практически полностью компьютеризированы.

Ключевым моментом, ускорившим разработку новой подводной техники, явилась гибель американской атомной подводной лодки «Трешер» в апреле 1963 года. Она затонула на глубине около 2500 метров. В создавшейся ситуации выяснилось, что в качестве единственного технического средства, способного осуществить поиск и обследование затонувшей лодки, пригоден лишь батискаф «Триест». Однако его подготовка и доставка к месту аварии заняла около двух месяцев. После нескольких безрезультатных поисковых погружений батискафу потребовался ремонт, и он был отбуксирован на американскую береговую базу. В дальнейшем появились проблемы с навигационной привязкой «Триеста» в режиме поиска: используемой сейчас навигационной привязки по донным гидроакустическим маякам в то время не существовало. Была применена система маркировки пройденных маршрутов с помощью разноцветных флажков, которые пилоты ставили на дно, используя манипулятор. Возникшие трудности подтолкнули ведущие фирмы США, связанные с подводной техникой, к разработке принципиально новых – малогабаритных и легких – подводных аппаратов, которые можно было бы транспортировать к месту работ на борту судна или самолетом. Главную роль в создании аппаратов нового поколения сыграло изобретение синтактика – твердого, плавучего, выдерживающего давление больших глубин материала, который представляет собой композит из стеклянных микросфер, соединенных пластичной эпоксидной смолой. Внедрение этого материала позволило строить подводные аппараты без громоздкого бензинового поплавка, в несколько раз снизить их вес и в два-три раза уменьшить габариты.

Технический прогресс в создании глубоководных обитаемых аппаратов проиллюстрирован на рисунке, показывающем схематическое устройство трех поколений аппаратов – от батисферы Вильяма Биба до современных глубоководных обитаемых аппаратов.

Судя по опубликованным данным, всего в мире было создано пять батискафов: два из них – «Триест-I» и «Архимед» – рассчитаны на максимальную известную в океане глубину – 11 000 метров, «Триест-II» – на 6000 метров, а «FNRS-2» и «FNRS-3» – на 2000 и 4000 метров соответственно. В течение 15 лет батискафы оставались единственными подводными техническими средствами, которые могли опускаться на 6000 метров и более. В 1984 году в Сан-Диего состоялось прощание с последним из батискафов – «Триестом-II». К этому времени Военно-Морскими силами США уже был подготовлен к эксплуатации шеститысячник современного типа – «Си Клифф»; его создание осуществлялось путем переоборудования старого аппарата с тем же названием: стальная прочная сфера была заменена на титановую и, конечно, заменены многие элементы систем. По существу, был создан новый аппарат.

В 1960–1970-е годы в мире действовало уже несколько десятков обитаемых аппаратов, способных погружаться – в зависимости от намечаемых целей – на глубины от 100 до 4500 метров. Однако эра батискафов к тому времени уже закончилась, а глубоководных аппаратов более высокого класса еще не было. Между тем в 80-е годы назрела потребность в обитаемых аппаратах с рабочей глубиной 6000 метров. В этих пределах находится около 98 % глубин океанского дна, и лишь 2 % составляют зоны океанических желобов и впадин. Поэтому создание аппаратов с рабочей глубиной 6000 метров позволяло решать большинство научных задач, в том числе исследовать открытые на дне океанов гидротермальные поля. Такие аппараты могли быть использованы и для прикладных целей – обследования и видеофотосъемки лежащих на дне объектов, подъема потерянных приборов, поисковых операций и т. д. Этими насущными потребностями и было обусловлено появление в 80-е годы пяти современных обитаемых аппаратов с рабочей глубиной 6000 метров.

Общая картина создания в мире подводных обитаемых аппаратов за период 1948–2012 годов отражена в таблице 1. Более чем из ста пятидесяти аппаратов лишь восемь были предназначены для погружения на 6000 метров и глубже.

Таблица 1. Глубоководные обитаемые аппараты, созданные в мире в 1948–2012 годах

В таблице 2 приведены самые глубоководные обитаемые аппараты: три из них построены по принципу батискафа в 50–60-е годы, пять – это современные ГОА, построенные в 80-е годы, аппарат «Яолонг» появился в 2012 году в Китае, а «Дипси Челленджер» – в 2012 году в Австралии.

Таблица 2. ГОА с рабочей глубиной 6000 метров и более

Технические характеристики шеститысячников – малогабаритных, легких и маневренных – даны в таблице 3.

Таблица 3. Технические данные современных ГОА с рабочей глубиной 6000 метров, построенных в 1980-е годы

В настоящее время эксплуатируются лишь пять таких аппаратов: французский «Нотиль», японский «Шинкай-6500» китайский «Яолонг» и наши отечественные «Миры». Сравнение их технических данных показывает несомненное преимущество ГОА «Мир», обладающих наибольшей энергоемкостью и высокой скоростью передвижения под водой, что очень важно с точки зрения эффективности использования глубоководных обитаемых аппаратов.

В США после выведения из эксплуатации в 1998 году «Си Клиффа» используется лишь заслуженный «Алвин», который был переоборудован на рабочую глубину 4500 метров в 1972 году из аппарата с рабочей глубиной 2000 метров, построенного в середине 60-х годов. В 2015 году «Алвин» переоборудовали на рабочую глубину 6500 метров. На сегодняшний день есть и более глубоководные аппараты – китайский «Jialong» рассчитан на 7000 м, одноместный «Deepsea Challenger» – на 11 000 м. На последнем совершил погружение в Марианскую впадину Джеймс Кэмерон. Однако по меркам 80-х годов XX века глубина в 6 000 метров была максимальной, и она достаточна для подводных исследований 98 % площади дна Мирового океана.

Таким образом, сегодня в мире имеются только восемь шеститысячников. Два из них – «Мир-1» и «Мир-2» – базируются на борту научно-исследовательского судна (НИС) «Академик Мстислав Келдыш». Эти аппараты прошли большой и интересный путь эксплуатации: от научных исследований в различных районах Мирового океана, поисков и обследований лежащих на дне объектов – до погружений с туристами и участия в съемках профессиональных видео– и кинофильмов. По признанию ученых и инженеров, «Миры» являются наиболее совершенными из всех на имеющихся сегодня ГОА. Ведущие зарубежные специалисты-подводники называют их аппаратами XXI века.

В этой связи вспоминаются некоторые встречи и первые погружения с зарубежными коллегами. В 1988 году научно-исследовательское судно «Академик Мстислав Келдыш» возвращалось из своего первого рейса в Атлантический океан. На обратном пути мы должны были зайти в Амстердам. Я направил приглашения посмотреть новые аппараты Жаку Пикару, Дону Уолшу, а также и Фрэнку Басби – крупнейшему американскому специалисту в области создания и эксплуатации обитаемых аппаратов. В Амстердам прилетели Пикар и Басби. Как уже упоминалось, Жак Пикар, помимо того что погружался в Марианскую впадину, был создателем нескольких обитаемых аппаратов: батискафа «Триест», туристического аппарата «Огюст Пикар», аппарата «Бен Франклин», использовавшегося в течение месячного дрейфа в толще воды для изучения Гольфстрима, и «Форель», на котором проводились исследования на Женевском озере и в Средиземном море. Осмотрев «Мир-1» и «Мир-2» снаружи, мы все залезли внутрь обитаемой сферы и провели там – молча – два часа. Мнение обоих специалистов было единодушным: ничего подобного в мире сейчас нет. Обоим понравились и внешние обводы аппаратов, и рациональные технические решения, внутреннее их устройство – современное и просторное. Басби по возвращении в США рассказал подводникам и ученым о новых аппаратах. Поступили запросы на статью из журнала Sea Technology, приглашения на конференцию Морского технологического общества США в Балтиморе и конференцию по подводным аппаратам в Новом Орлеане.

Все это способствовало популяризации аппаратов «Мир» среди ученых и профессионалов-подводников, а в наступавших непростых экономических условиях в какой-то степени прокладывало дорогу к их участию в международных проектах.

В 1989 году проходил Международный геологический конгресс в Вашингтоне. Наше судно «Академик Мстислав Келдыш» с «Мирами» на борту приняло участие в работе конгресса. На борту была размещена выставка достижений российской науки в области морской геологии. На судне прибыла в Вашингтон группа наших ведущих геологов. При пересечении Атлантического океана мы сделали одну остановку, для того чтобы провести научные исследования на интересной геологической структуре Кингс Троф. В этом районе было сделано несколько погружений «Миров». В погружениях приняли участие специалисты-глубоководники Эмори Кристоф и Ролф Вайт из Национального географического общества США и подводник из Канады Джозеф Макиннис. Это были первые погружения российских аппаратов с известными американскими и канадскими подводниками. Двойное погружение аппаратов на глубину 5100 метров превзошло все ожидания наших зарубежных коллег. Отзывы о технических возможностях «Миров» были самыми высокими. Недаром и Кристоф, и Вайт до настоящего времени не упускают ни одной возможности погрузиться на наших аппаратах. «Келдыш» простоял в Вашингтоне две недели. За это время многие ученые и специалисты-подводники побывали на судне с единственной целью – посмотреть наши аппараты. Как-то из Вудсхолского океанографического института приехали Аллин Вайн – создатель аппарата «Алвин», Барри Уолден – руководитель подводных операций на «Алвине» и главный пилот Дадли Фостер. Ситуация оказалась вполне аналогичной тому, что было в Амстердаме: профессионалы-подводники сидели молча внутри обитаемой сферы, не задавали вопросов и читали подписи на английском языке под тумблерами и индикаторами… Потом мы, расположившись у меня в каюте на судне, говорили о разном. И лишь покидая каюту, Аллин Вайн сказал мне: «The best». Более высокой оценки нашего труда и ожидать невозможно – ведь она была дана одним из выдающихся специалистов в области создания глубоководной техники.

Мне представляется необходимым вкратце ознакомить читателя с техническим устройством аппарата «Мир».