Впервые на дно Марианской впадины (глубина — 11,5 км), самого глубокого из известных на Земле океанического жёлоба, люди опустились с помощью батискафа Триест 23 января 1960 года. Ими были лейтенант ВМС США Дон Уолш (Don Walsh) и инженер Жак Пикар (Jacques Piccard). С тех пор и до последнего времени человек не опускался на эту глубину.

Голливудский режиссёр Джеймс Кэмерон в батискафе Deepsea Challenger

Спустя 52 года повторил этот путь к самой глубокой точке океана режиссёр «Аватара» и «Титаника» Джеймс Кэмерон, который 25 марта успешно погрузился на дно Марианской впадины и вернулся на поверхность. На специальном вертикальном батискафе Deepsea Challenger он через два часа после начала погружения достиг дна к 7:52 утра по местному времени.  Там он пробыл в течение трёх часов, производя съёмку и сбор образцов, после чего успешно вернулся на поверхность.

Батискаф Deepsea Challenge с Джеймсом Кэмероном опускается в глубины Тихого океана


Первые люди, погрузившиеся на дно Марианской впадины, пробыли там всего 20 минут, сделав минимальный объём работы и почти ничего, кроме поднявшейся от погружения грязи и ила, не увидев. Прошедшие десятки лет не прошли даром. Батискаф господина Кэмерона был оснащён как следует — этого и следовало ожидать от человека, снявшего один из самых впечатляющих художественных стереоскопических фильмов и немало документальных картин о подводном мире.

25 марта в 7:52 по местному времени режиссёр достиг дна и вскоре после этого сделал самый глубоководный в мире твит (@jimcameron): «Только что достиг самой глубокой точки океана. Достижение дна никогда не доставляло столько удовольствия. С нетерпением жду, когда смогу поделиться с вами тем, что увидел»

Deepsea Challenger был оснащён множеством стереоскопических камер, башней светодиодной подсветки, батометром для взятия проб, роботизированным  манипулятором и специальным устройством, способным захватывать небольшие подводные организмы с помощью всасывания. Сам глубоководный аппарат создан в Австралии и имеет длину 7 метром при весе 11 тонн. Отсек же, в котором ютился Джеймс Кэмерон, представляет собой сферу с внутренним диаметром чуть больше метра и предполагает только сидячее положение.

Аппарат Deepsea Challenge опускался на дно со скоростью 3—4 узла 


Режиссёр перед погружением в интервью ВВС сказал, что это была его мечта: «Я вырос на научной фантастике во времена, когда люди жили в научно-фантастической реальности. Люди отправлялись на Луну, Кусто изучал океан. Это та среда, в которой я рос, это то, что я ценю с детства».

Джеймс Кэмерон сразу после погружения приветствует исследователя океана капитана военно-морского флота США Дона Уолша

Джеймс Кэмерон в люке Deepsea Challenge готовится к погружению

Другой снимок режиссёра и исследователя океана Дона Уолша (крайний справа), который был вместе с Жаком Пикаром первым человеком, достигшим дна Марианской впадины 52 года назад

Путешествие Джеймса Кэмерона в виде одноминутной анимации

Материалы по теме:

  • Остатки аппарата «Фобос-Грунт» упали в океан;
  • Virgin Oceanic — новый проект Ричарда Брэнсона для погружений на дно мирового океана;
  • Автономный робот Gavia раскроет подводные секреты Антарктиды;
  • Жак-Ив Кусто: человек, который знал про океан все;
  • Джеймс Кэмерон: «Болваны из BP не знают, что делать с утечкой нефти».

Источники:

  • news.nationalgeographic.com, news.cnet.com, interfax.ru

Источник: 3dnews.ru


Изобретения Огюста Пикара, изменившие мир

Идея создания глубоководного батискафа принадлежала швейцарскому ученому-физику Огюсту Пикару. Еще в 1930 году он спроектировал стратостат, способный подниматься в высокие слои стратосферы. После этого профессор увлекся изобретением аппарата, способного выдержать давление самых больших глубин океана, недоступные обычным подводным лодкам. Пилотная модель была создана к 1939 году в Бельгии. Однако из-за накалившейся политической ситуации в Европе проект пришлось заморозить. Свою работу Пикар продолжил после Второй мировой войны.

Первый батискаф был построен в 1948 году. Тогда же ученый с коллегой совершил пробное погружение на 25 метров.

Всего через неделю батискаф опустился уже на 1380 м. Присутствовавший на испытаниях французский исследователь океана Жак-Ив Кусто высоко оценил изобретение Пикара. Однако смелые эксперименты выявили серьезные конструкторские недостатки. После отказа бельгийцев продолжать финансирование проекта Пикар в начале 1950-х занялся разработкой более совершенного батискафа. Значительную помощь стареющему ученому оказывал его сын Жак Пикар, взявший на себя роль главного пилота. Новый аппарат назвали «Триестом» в честь города, где были произведены основные работы по его созданию. В одном из погружений батискаф достиг рекордной глубины 3150 м.

По своему строению «Триест» мало отличался от предшественника. Корпус поплавка имел форму, близкую к цилиндрической. На носу и корме были установлены обтекатели. В кормовой части находился вертикальный киль. Для уменьшения бортовой качки при всплытии на поверхность внутри поплавка были установлены внутренние кили. Отец и сын планомерно били все новые рекорды погружения. В бортовой журнал они подробно заносили увиденное на небывалых глубинах.


«Заметили угольную рыбу тридцати сантиметров в длину с двумя большими глазами», — гласила одна из записей.

Зачем проект купили американцы

В 1958 году «Триест» приобрели ВМС США, не располагавшие подобными аппаратами. Американцы стремились привлечь к разработкам своих специалистов. В сложившейся ситуации Пикар-старший постепенно отходил от дел, однако альтернативы его получившему большой опыт погружений сыну по-прежнему не было. В пару к Пикару-младшему новые боссы отрядили лейтенанта ВМС США Дона Уолша. Перед ними поставили крайне амбициозную цель – провести исследование самого глубокого места на планете – Марианской впадины. Проект получил наименование «Нектон» по названию морских животных, способных, в отличие от планктона, самостоятельно плавать.

Чтобы батискаф не тонул, к нему присоединили большой уравновешивающий поплавок, наполненный бензином. Бак свободно сообщался с окружающей водой, которая своим давлением теснила бензин. Внизу за магнитными заслонками хранился запас свинцовой дроби — балласт. При необходимости всплытия акванавт должен был разорвать цепь электрического тока, заслонки открывались, дробь высыпалась, и батискаф стремительно поднимался наверх.


Помимо пилотов в группу вошли моряки разных специальностей, военные, океанографы, биологи, фотографы, электрики и механики. Экспедиция прибыла на Гуам в середине октября 1959 года. «Триест» доставили туда же в разобранном виде на грузовом судне «Санта-Мариана». После сборки батискафа начались тренировочные погружения.

«Не подстерегает ли нас опасность?»

«Вскоре прибыли, кто пароходом, кто самолетом, все члены группы «Нектон» или, точнее, «группы глубоководных испытаний», как мы теперь именовались. Помощником Уолша назначили юного лейтенанта Шумейкера, выпускника подводного отделения Морского училища. С нами были еще четверо военных — унтер-офицеры Дегуд и Минел и матросы Маккартни и Бидер. Гражданскую часть группы представляли неизменный Джузеппе Буоно, ответственный за электропитание Хилл, фотограф Пфлаум, Харрис, уроженец Гавайев Жаир и рослый негр Вирджил. Трем последним предстояло заниматься ремонтом. Научную часть обеспечивали опытные океанографы Роберт Дитц, А. Рехницер и К. Макензи.


В первых числах ноября «Триест» был собран. В десятый раз его извлекли из люльки и спустили на воду.

Поначалу для общей проверки мы совершили маленькое погружение на рейде, а затем опустились на 1500 метров у западного берега Гуама. Вылазка показала, что бензин заметно охлаждается. Правда, на глубине полутора километров температура на дне была 5°C — та же, что в желобе Сан-Диего. Никаких новых осложнений не возникло; было решено приступить к первой серьезной операции, предусмотренной программой, — погружению на 5500 метров в желобе Неро», — рассказывал Пикар в своей книге «Глубина 11 тысяч метров. Солнце под водой».

«19 января 1960 года члены проекта «Нектон», собравшиеся на Гуаме, взошли на борт буксира «Уондонк», который должен был доставить «Триест» на место погружения, точно над впадиной Челленджер-Дип. Это небольшое путешествие оказалось продолжительным и малоприятным. 23 января 1960 года Жак Пикар и лейтенант Уолш заняли места в стальном шаре. Погружение началось в 8.23», — отмечается в книге Жоржа Блона «Великие тайны океанов».

Пикар установил скорость погружения: до глубины в 8 тыс. метров – один метр в секунду; потом 60 см в сек до глубины в 9 тыс. м, а затем до дна 30 см в сек.


Хронологию исторического спуска исследователи фиксировали в бортовом журнале. Отметки 100 м «Триест» достиг за 10 мин. Затем аппарат почти остановился в слое холодной воды. Для продолжения движения пришлось выпустить часть бензина. Аналогичные остановки случились на глубине 130 и 160 м. После рубежа 200 м «Триест» пошел без промедлений.

Пикар записал: «9.00. На глубине 1000 футов (304 м – «Газета.Ru»). Бесформенная масса планктона в потоке света создавала полную иллюзию снегопада, только «снег» падал вверх, а не вниз. Щель, в которую мы опускались, имела в ширину всего-навсего милю. Мы могли натолкнуться на стену желоба – одна мысль об этом леденила душу».

До глубины 7,8 тыс. м «Триест» погружался со средней скоростью 0,9 м/с, после сброса малой части стальной дроби скорость погружения на глубине 9 тыс. м составляла 0,3 м/с.

«11.44. Глубина 29150 футов (8885 м). В конусе света вода кристально чистая. Ни малейшего следа планктона. Огромная пустота, которая не укладывается в человеческом представлении.

12.00. Глубина 31000 футов (9449 м). Какое под нами дно? Вполне возможно, что оно представляет илообразный слой. Не подстерегает ли нас опасность погрузиться в это вещество и навсегда в нем исчезнуть?

12.56. На сонаре появляется черная линия: дно.

13.00. На дне появляется неясное световое пятно, и вдруг мимо иллюминатора, извиваяюсь, проплывает маленькое животное (2-3 см в длину). Похоже, красная креветка.


Сели на прекрасное ровное дно, на твердый диатомовый ил. Дно чистое, светлое, табачного цвета. На глубинометре 37800 футов (11521,5 м). Время 13.06», — известно благодаря материалам, оставленным швейцарским ученым.

Манометры указывали давление в 1156 атмосфер.

Позже итоговая максимальная глубина с учетом солености моря, средней температуры, сжимаемости воды и силы тяжести погружения была скорректирована до 10918 м.

«Должен признаться, я чувствовал себя неспокойно»

На дне Пикар и Уолш увидели рыбу, похожую на камбалу и креветку, и съели по шоколадке. Исследователи связались по ультразвуковому телефону с кораблем сопровождения и доложили о прибытии к месту назначения. Были проведены различные эксперименты: температура воды за бортом составляла 3,3°С. А после измерения внутреннего диаметра гондолы выяснилось, что она сжалась на 3 мм.

Пикар так описывал свои впечатления: «Я никогда не думал, что океаны — это огромные резервуары в основном холодной воды. Лишь тонкий слой поверхностных вод в тропическом поясе имеет более или менее высокую температуру».

Настоящей сенсацией для участников рекордного погружения стал не только сам факт достижения неисследованных прежде глубин, но и встреча с проявлениями жизни в абсолютной темноте, отмечал Владислав Корякин в своей книге «Путешественники и первооткрыватели». Пикар и Уолш находились на дне 20 минут. Затем был сброшен балласт, и начался подъем, который занял 3 часа 27 минут.


В 16.56 «Триест» показался на поверхности. Таким образом, общее время погружения составило 8 часов 25 минут.

На глубине 15 м были зафиксированы два сильных взрыва. Пикар и Уолш произвели осмотр, однако на батискафе не было заметно никаких повреждений.

Рекордсмены вернулись на Гуам, откуда спецборт забрал их в Вашингтон.

«Должен признаться, я чувствовал себя неспокойно. Когда на борту судна случается что-то непредвиденное, командир должен непременно отыскать причину. Тем более, когда речь идет о батискафе, работающем на больших глубинах. Едва «Триест» доставили в порт, мы начали тщательный осмотр батискафа, чтобы выявить источники таинственных взрывов. Бензин не вытекал нигде, внутренняя оснастка была в исправности, все швы поплавка абсолютно целы», — повествовал Пикар.

Через несколько дней, 9 февраля он получил письмо от президента США Дуайта Эйзенхауэра. В нем, в частности, говорилось: «Будучи гражданином Швейцарии, страны, которая восхищает мир своей любовью к свободе и независимости, вы заслужили благодарность всего американского народа за научный вклад в океанографию, проложивший путь в эту важную научную сферу.

Мои наилучшие пожелания с надеждой на будущие успехи».

Создатель «Триеста» Огюст Пикар умер в 1962 году в возрасте 78 лет. Его сына Жака Пикара не стало в 2008-м на 87-м году. Их дело продолжил Бертран Пикар: сейчас ему 61 год и он прославился как воздухоплаватель, первым совершивший беспосадочное кругосветное путешествие на аэростате. Уолшу 88 лет, он проживает в городке Дора в штате Орегон.

Пикар и Уолш долго оставались единственными людьми, побывавшими на дне Марианской впадины. Их рекорд повторил в 2012 году кинорежиссер Джеймс Кэмерон.


Источник: www.gazeta.ru

Подводное путешествие

Путешественник Ричард Гэрриот известен тем, что ранее пересек Северный и Южный полюса и даже побывал на Международной космической станции. В июле 2021 года ему исполнится 60 лет и в честь этого события он решил спуститься в самую низкую точку нашей планеты. Для погружения он использовал аппарат Limiting Factor, который был разработан подводным исследователем Виктором Весково (Victor Vescovo). Устройства такого рода называются батискафами и предназначены для исследования океанских глубин. Скорее всего, это единственный в своем роде аппарат, который способен выдержать подводное давление.

По словам Ричарда Гэрриота, аппарат состоит из титанового корпуса толщиной 9 сантиметров. Это самый маленький аппарат, внутри которого ему доводилось бывать. Изначально диаметр салона составлял 1,46 метра, но из-за высокого давления он сжался до 1,4 метров. Однако, аппарат Limiting Factor все равно оказался более просторным, чем корабль «Союз», на котором путешественник в 2008 году летал на Международную космическую станцию. Помимо высокого давления, на глубине устройство подвергается низким температурам.

Спуск на дно Бездны Челленджера занял 4 часа. Все это время исследователь делал фотографии. Довольно быстро он уже не мог заниматься подводной съемкой, потому что чем дальше он спускался, тем темнее становилось вокруг. В какой-то момент за стеклами стояла сплошная чернота. Чтобы занять себя во время всплытия на поверхность, он взял с собой фильм Подводная лодка (Das Boot), режиссерская версия которой длится больше 4,5 часов. Однако, он смог посмотреть только часть фильма.

Читайте также: В самой глубокой впадине Земли обнаружены ядовитые для человека вещества

Дно Марианской впадины

Когда путешественник опустился на самое дно, он включил фонари. По его словам, Бездна Челленджера представляет собой пустыню, которая покрыта илом. Однако по своим характеристикам он похож на пух, которым набивают плюшевые игрушки. На дне также можно найти гниющие тела мертвых рыб и других созданий — они медленно опускаются сверху. При этом исследователь заметил на дне и живых существ. В основном ими были полупрозрачные ракообразные.

Само собой разумеется, Ричард Гэрриот изучал дно впадины исключительно из кабины аппарата Limiting Factor. Ведь если бы он вышел наружу, он бы попросту погиб из-за высокого давления. С окружающей средой он взаимодействовал при помощи специального манипулятора, который является чем-то вроде роботизированной руки. При помощи него исследователь установил на дне табличку, на которой написано секретное слово. По его словам, если кто-то еще окажется на такой большой глубине, он сможет назвать это слово и доказать факт своего подвига. Весьма интересный способ отсеять самозванцев, не так ли?

Исследователь также надеялся взять твердые образцы морского дна, только ему не удалось до них добраться. Его путешествие было опасным не только потому, что на аппарат воздействовало очень высокое давление. На дне он обнаружил хаотично двигающийся трос, который явно остался после одного из предыдущих погружений. Ведь Марианская впадина интересует ученых из самых разных стран и время от времени они изучают ее при помощи роботов.

Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале. Подпишитесь!

Стоит отметить, что Ричард Гэрриот является не только известным путешественником. Наверное, для многих станет очень неожиданным факт того, что этот человек также является создателем серий игр Lineage и Ultima. Несколько цитат Ричарда Гэрриота в качестве «создателя термина MMORPG» можно почитать в этом материале. Также этот удивительный человек всерьез занимается иллюзионизмом и коллекционирует фокусы. Вдобавок ко всему этому, он совершал спуск на подводной лодке к затонувшему «Титанику», участвовал в экспедиции к Бермудскому треугольнику, плавал на каноэ вниз по Амазонке… В общем, этот список можно продолжать бесконечно.

Источник: Hi-News.ru

В начале XXI века на поверхности Земли практически не осталось неизученных мест, или мест, где бы не побывал хотя бы один путешественник. Вулканы  в Конго с озерами лавы в кратерах, мексиканская пещера гигантских кристаллов, северный и южный полюса относительной недоступности, труднодоступные области пустыни Гоби, джунглей Амазонки, тибетского нагорья… Но есть еще целый регион, занимающий 70% территории земного шара и который изучен меньше, чем околоземное космическое пространство — это Мировой Океан. Мало кто этого осознает, но на океанском дне, в зоне абиссали и в морских впадинах побывало меньше людей, чем в открытом космосе, поскольку изучение океанских глубин невероятно трудно. В этой статье я расскажу историю первого погружения в глубочайшую точки Мирового Океана — Марианскую Впадину и покажу почему это так трудно повторить даже теперь.

Планомерное изучение Мирового Океана началось сравнительно недавно, 200 — 300 лет назад. Гидрографические карты, составленные по результатам прямых объективных наблюдений, стали появляться только с развитием мореплавания, а конкретно после начала эпохи Великих Географических Открытий. Плавание Христофора Колумба к Америке, Барталамео Диаша вокруг африки, Фернанна Магеллана вокруг Земли и многих других — явились катализатором многих научных исследований в области астрономии, географии, механики материалов, метеорологии и многих других. Одним из важнейших элементов океанографического исследования является изучение рельефа морского дна. Практическая направленность этого очевидна — судоводителям необходимо знать местоположение мелей, рифов, “банок” и прочих препятствий, чтобы прокладывать курс вдали от них или находить среди них судоходный фарватер. 

Долгое время основным инструментом определения глубины был лот — грузик на веревке — лотлине, который спускали за борт в точке промера. На лотлине были нанесены метки или узлы, отсчитывая которые можно определять глубину погружения. В качестве грузика мог выступать специальный контейнер, с помощью которого можно было “зачерпнуть” породу со дна. Обычные суда несли лоты с лотлинем ограниченной длины — “простых” судоводителей не интересовал профиль дна на больших глубина. Да и замеры как правило проводились спорадически, когда не было доверия навигационным картам. Но ведь изучение формы профиля дна Мирового Океана имеет первостепенное значение для географии и океанографии, и потому в 1872 году Королевским научным обществом Великобритании была снаряжена морская кругосветная экспедиция на парусно-моторном корвете HMS Challenger (“Челленджер”, “Бросающий вызов” http://www.oceanographers.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=49&Itemid=52).

Экспедиция продлилась до 1876 года и по сути привела к появлению океанографии как науки. В состав научного оборудования судна входили специальные глубоководные лоты, а также приспособления для взятия проб воды на различной глубине, для траления дна и многое другое. Именно это судно в 1875 году открыло Марианскую Впадину — глубочайшую точку Мирового Океана. Лот “Челленджера” показал глубину 8184 метров.

Вообще подобные измерения показывают глубину в конкретной точке и не позволяют точно построить профиль дна по курсу корабля. Кроме того, измерение больших глубин лотами сопряжено с большими трудностями — многокилометровый линь становится так тяжел, что под своим весом разматывает катушку даже когда грузик на дне и из-за этого возростала вероятность обрыва лотлиня  ( и тут https://woodshole.er.usgs.gov/operations/sfmapping/bathyhist.htm ). 

Ситуация изменилась в XX веке в связи с открытием эхолокации, гидроакустики и техники регистрации и генерации ультразвуковых волн в жидкости. На основе этих открытий был построен эхолот — прибор, определяющий расстояния до дна по времени распространения акустического импульса. Для этого на корабле устанавливался импульсный излучатель, который генерировал и направлял акустический импульс в сторону дна, приемник, фиксировавший момент прихода отраженного импульса и устройство измерения времени между моментом излучения импульса и его приемом. 

В качестве устройства, измеряющего время задержки импульса может использоваться к примеру механический указатель в котором диск или стрелка вращается с такой скоростью, чтобы за один оборот прекрывать самую большую ожидаемую задержку прихода импульса. На вращающемся диске или стрелке может находиться лампочка, которая загорается в момент прихода импульса, что позволит визуально считывать глубину. 

Кроме того, механическая система может быть соединена с самописцем, который будет непосредственно прочерчивать профиль дна на ленте. 

Именно таким образом в  1951 году с научно-исследовательского судна HMS Challenger II  была установлена глубина впадины в 10899 метров, а в 1957 эхолот советского океанографического судна “Витязь” показал глубину в 11022 метра. Эта глубочайшая точка была названа “Бездной Челленджера”.

Итак, к началу 20 века была обнаружена глубочайшее место Мирового Океана. Человек уже начал изучать полюса, изобретена авиация, а что же с глубоководными исследованиями? Для их проведения потребовались использовать все известные на то время технологии. Ведь, морская среда — это враждебная человеку область. Под водой без специальных приспособлений или многолетней тренировки человек может пребывать ограниченное время и погружаться на ограниченную глубину. Очевидно, что воздух для дыхания человек должен взять с собой — или в связанном виде в крови после “гипервентиляции”, когда он ныряет на задержке дыхания, или в виде неких запасов из внешнего источника. Но ведь кроме запасов воздуха следует учитывать давление окружающей среды. Один кубометр воды весит примерно одну тонну. Т.е. с каждым метром погружения давление возрастает на 1 тонну на квадратный метр, а это давление по закону Торричелли, распространяется в жидкости равномерно. На глубине километра давление составляет тысячу тонн на квадратный метр. Соответственно на глубине Марианской Впадине оно равно 11 тысяч тонн на квадратный метр. Что это за давление? Средний вес железнодорожного состава в России составляет 4045 тонн (). Представьте три железнодорожных состава, которые одновременно давят на каждый квадратный метр.  

Технически возможно 2 пути увеличения времени пребывания под водой и глубины погружения (варианты вроде искусственных жабер и добывания кислорода напрямую из воды рассматривать не будем).  Первый путь это взять с собой запас воздуха и увеличивать давление вдыхаемого воздуха по мере роста внешнего давления. По такому пути идут водолазные технологии — водолазный колокол (в нем давление воздуха внутри выталкивает воздух из люка в дне) и акваланг (для этого баллоны с воздухом снабжены регуляторами давления, которые обеспечивают равенство давления вдыхаемого воздуха и внешнего давления среды). 

Этот путь имеет существенные ограничения, связанные с физиологией человека. Во-первых с ростом давления увеличивается растворимость газов в крови, что очень опасно и требует медленного и постепенного возвращения с глубины — проведение процедуры контролируемой декомпрессии. И если глубина составляет сотни метров, то время декомпрессии может составить недели. Недели в замкнутой декомпрессионной камере размером с небольшую душевую. Малейшая ошибка во время декомпрессии — и возможна кессонная болезнь, баротравма, газовая эмболия… Во-вторых при росте давления азот воздуха начинает оказывать действие на нервную систему человека, вызывая “опьянение”.  Конечно, азот для длительных и глубоких погружений заменяется на гелий, но все равно — таким способом человек физиологически не может погружаться более чем на километр — два.

Второй путь — это взять с собой на глубину воздух и непрерывно поддерживать его давление равным давлению на поверхности. Но в таком случае необходимо как-то противостоять наружному давлению. А для этого необходима оболочка из прочного материала. Если глубины небольшие, то такая оболочка может быть достаточно тонкой, чтобы одновременно быть плавучей, т.е. ее вес может быть существенно меньше чем вес вытесненной жидкости (помните закон Архимеда? “Тело, погруженное в воду теряет в весе ровно столько, сколько весит жидкость вытесненная им”). Именно по такому принципу работают подводные лодки — у них есть водоизмещающий корпус, который служит одновременно для обеспечения плавучести и для изоляции внутренней воздушной среды. Как правило, корпус состоит из двух отсеков (подлодки «двухкорпусной» или «полуторакорпусной» конструкции) — внешний “легкий корпус” и внутренний “прочный корпус”. Между легким и прочным корпусом располагаются “балластные цистерны” — полости, которые могут быть заполнены или водой или сжатым воздухом. Они служат для контроля глубины погружения — когда цистерны пусты (вернее заполнены воздухом), то лодка находится на поверхности. Как только цистерны заполняются забортной водой она теряет плавучесть и погружается. Жидкость, которая заполняет цистерны называется балластом и используется не только для контроля за погружением, но и за горизонтальным положением корпуса лодки — за углом продольного (дифферентом) и поперечного (креном) наклоном. 

Подводные лодки такой конструкции — с водоизмещающим корпусом и маневровым балластом, в виде вытесняемой воздухом забортной воды, имеют ограниченную глубину погружения — порядка 1 км (например глубина погружения АПЛ “Комсомолец” составляла порядка 1 км). Дело в том, что сделать одновременно прочный и плавучий корпус невероятно трудная задача даже для современных технологий. Следующая проблема — вытеснение жидкости сжатым воздухом. Ведь давление в баллонах воздуха высокого давления (ВВД) может быть равно скажем 400 атмосфер, но такое же давление на глубине примерно 4 км. Т.е. один баллон объемом скажем 100 литров сможет вытеснить 10000 литров воды (10 тонн) на глубине 40 метров, 1000 литров (1 тонну) на глубине 400 метров и не более 100 литров (100 кг) на глубине 4 км. И если учесть, что среднее давление 250 — 300 атм, то понятно, что глубины в 10 километров недоступны в принципе для подлодок с водоизмещающими корпусами и вытесняемым сжатым воздухом балластом. Строго говоря подлодка конечно может погрузиться на такую глубину, но вот всплыть у нее  не получиться. В современных подлодках на этот случай есть пороховые аккумуляторы давления (ПАД) — пороховые заряды в балластных цистернах, которые могут быть активированы в аварийной ситуации, когда нет запаса ВВД для всплытия (смотри подробнее https://books.google.se/books?isbn=545863330X ).

Следующая проблема — прочность корпуса. Километровые глубины это огромное давление, которое может деформировать материал и заставлять его “течь”. Чтобы этого не допустить, необходимо увеличивать толщину стенок и подбирать такую форму корпуса, которая имеет минимальную площадь поверхности с минимальной неравномерностью концентрации напряжений — в идеале сферу. Но в этом случае — металлическая сфера из толстостенного материала — полностью теряется плавучесть и ее необходимо “подвешивать” на тросе к кораблю — носителю и регулировать с его помощью глубину погружения этой сферой. Именно по такому принципу работает батисфера — первый аппарат, созданный для погружения на километровые глубины. Батисфера была изобретена в 1890 — х годах итальянцем Бальзамелло, который в 1892 году спустился на глубину 165 метров в Средиземном море. В 1934 американцы Отис Бартон и Уильям Биби на сконструированной ими батисфере погрузились на глубину порядка 900 метров. Этот тип аппарата в свое время казался чрезвычайно перспективным. Даже Артур Конан Дойль в романе “Маракотова бездна” 1929 года описал погружение на батисфере в глубоководный желоб. 

Внутри батисферы располагались сиденья для экипажа, баллоны с воздухом для дыхания, реагенты для поглощения выдыхаемой углекислоты, приборы освещения, телефонной связи с кораблем-носителем и научная аппаратура (забортный термометр, манометр и пр ). Вместе с тросом, которым батисфера соединялась с кораблем, шли провода телефонной связи и провода элкетропитания. Отдельной технической проблемой было создание герметичных вводов проводов внутрь батисферы и иллюминаторов. 

Самым серьезным ограничивающим фактором применения батисфер являлся трос. Тяжеленная сфера + волнение на море могли создавать огромные напряжение в сечении троса, что существенно ограничивало его длину. Кроме того, у любого материала есть предельная длина, начиная с которой он под действием собственного веса превзойдет предел прочности на разрыв. Как показала практика, предельная глубина погружения батисферы на тросе составляет 1372 метров (Бартон, 1949 год на гидростате — несферической подвесной конструкции) и лимитирована она именно прочностью троса. Кроме того, перемещение батисферы целиком определяется перемещением судна-носителя. Ну и наконец полное отсутствие плавучести означает и огромную опасность — при обрыве троса подводный аппарат просто утонет и в зависимости от глубины и прочности материала экипаж погибнет из-за разгерметизации или спустя некоторое время когда закончится воздух. 

Простое и изящное решение этой проблемы было найдено швейцарским ученым, профессором физики Огюстом Пикаром. В 30 — е годы он проводил исследования стратосферы с помощью изобретенного им стратостата, который представлял собой герметичную гондолу шарообразной формы, присоединенную к воздушному шару, наполненному гелием. В 1931 Пикар на этом приборе который назывался FNRS-1 (это аббривиатура бельгийского фонда научных исследований, который финансировал опыты Пикара) совершил первый в истории полет в стратосферу на высоту 15785 метров, а предельная достигнутая им высота составила 23000 м. 

Гондола стратостата “плавала” в атмосфере благодаря подъемной силе, создаваемой шаром с гелием, который вытеснял воздух. А что если поместить эту конструкцию под воду. В качестве гондолы можно взять батисферу, а что же вместо шара?  Напрямую использовать наддув сжатым воздухом не получится по причинам ограниченности давления баллонов ВВД. И тут Огюст Пикар  подумал гениальное решение — вместо сжимаемого газа в поплавке, который будет поддерживать батисферу, использовать жидкость легче воды, например бензин. Бинго! Вот оно! Человек, который изобрел стратостат одновременно изобрел батискаф — подводный дирижабль! 

Если вдуматься, идея простейшая — берем поплавок и к нему подвешиваем прочный корпус и вуаля — аппарат предельных глубин готов. В поплавок помещаем легкую мало сжимаемую жидкость или легкий твердый несжимаемый материал (так делают в современных глубоководных обитаемых аппаратах используя керамические или стеклянные полые сферы заполняющие поплавок свободно или будучи вкрапленные в смолу) и все — плавучесть всей конструкции и устойчивость к внешнему давлению обеспечена. Гондола сама по себе может обладать существенно отрицательной плавучестью, а поплавок ее скомпенсирует, достаточно лишь подобрать его объем. 

Построенный по такому принципу батискаф FNRS-2 в период с 1948 по 1954 совершил множество погружений, достигнув глубины 4179 метров — что было абсолютным рекордом. Существенным его недостатком было то, что входной люк находился в гондоле и после погружения он оказывался под водой. Т.е. после спуска на воду гидронавты вынуждены были находиться там даже в случае нештатной ситуации наверху. 

А как же батискаф с поплавком может контролировать свою плавучесть? Для этого можно взять например свинцовую дробь, помещенную в специальные бункеры, которые имеют воронкообразное дно с отверстием и электромагнитный клапан. Этот клапан удерживается от открывания током аккумулятора. В случае аварии или при пропадании тока он автоматически открывается, выпуская дробь наружу. Кроме того, можно настроить часовой механизм или батометр, которые спустя заданное время или на заданной глубине принудительно сбросят балласт. 

Но для покорения предельной глубины FNRS-2 не годился и требовалось выполнить ряд технических усовершенствований, воплощенных в новом батискафе “Триест”. Прежде всего, Пикар занялся гондолой — она стала толще и вместительнее. Иллюминаторы к ней выполнены в виде конуса с узкой стороной, обращенной внутрь сферы — это обеспечило самоупрочнение иллюминатора под нагрузкой. Даже если материал “потечет”, он “застрянет” в входном конусе отверстия в корпусе. Тоже самое с вводами проводов внутрь гондолы — они так-же сделаны самоуплотняемыми. 

Вообще же свои батискафы Пикар строил с существенной положительной плавучестью без свинцового балласта. С балластом — нулевая или слабая отрицательная плавучесть. Но с поплавком не все так просто — бензин хоть и немного, но сжимается. Чтобы это парировать в нижней части поплавка имеются впускные клапаны, которые не допускают деформацию поплавка при сжатии керосина, а просто впускают забортную воду. Но тут есть опасность потери плавучести — ведь с глубиной объем легкой жидкости уменьшается и соответственно уменьшается плавучесть. Еще больше этот эффект усиливается при понижении температуры под водой, что требует небольшого сброса балласта по мере погружения. Следующая проблема — проблема продольной устойчивости бака жидкости и опасности ее вытекания при повреждении корпуса. Чтобы это решить весь поплавок разделен продольными переборками на непроницаемые отсеки. Таким образом небольшие повреждения не приведут к катастрофе и возможные колебания легкой жидкости будут локализованы в коротких отсеках и не приведут к резонансному раскачиванию или разбалансировке всей конструкции. 

Кроме того, можно совершенно безопасно использовать часть бензина в качестве маневрового балласта, а попросту выпускать часть бензина для уменьшения плавучести. Зачем это может понадобиться ? Дело в том, что на определенной глубине под водой есть слой скачка солености и температуры — термогалинный слой, на котором батискаф может “повиснуть” или его скорость погружения может существенно замедлиться. Кроме того, перед погружением батискаф должен отплыть от корабля — носителя, т.е. он должен обладать положительной плавучестью. В этих двух случаях выпуск бензина позволит начать погружение. У батискафа имелись гребные винты, приводимые в движение погружным электродвигателем, гидрофон для связи с судном — носителем, эхолот, радиомаяк для обозначения места всплытия, внешние осветительные приборы, радиостанции и уголковые радиолокационные отражатели, облегчающие его поиск радаром судна. Кроме того, аппарат имел в своем составе гайдроп — груз на якорной цепи, который сбрасывался при подходе ко дну. Это предотвращало столкновение с дном, поскольку сброс гайдропа увеличивал плавучесть почти до нейтральной и частично предохранял батискаф от сноса течением. Собственно точно так же приземлялись воздушные шары и дирижабли, а батискаф — это подводный дирижабль))) 

“Триест” был спущен на воду в 1953 году, а в 1958 году он был куплен ВМС США. После покупки батисфера была заменена на более прочную, которую изготовили на заводе Круппа. Поплавок также увеличился в объеме, чтобы обеспечить плавучесть сферы возросшего размера. Улучшены системы связи и навигации.

Основным пилотом (другого термина для обозначения батискафаводителя просто нет) был сын Огюста Пиккара — Жак Пиккар.   

23 января 1960 года батискаф “Триест” с экипажем в составе 2 — х человек — исследователя Жака Пиккара и лейтенанта Дона Уолша начал погружения. Перед этим поплавок батискафа был заполнен бензином, аккумуляторы заряжены, в баллоны ВВД был накачан воздух, а тоннель ведущий из гондолы затоплен. Оба пилота до этого совершали множество погружений — они “приручали” новую технику и сами привыкали к ней. Учили ее плавать многие, в том числе и Жак Ив Кусто. Позади десятки нештатных ситуаций — сброс свинцового балласта на палубу судна (однажды Огюст Пикар забыл перевести наручные часы на местное время и настроил по наручным часам механизм сброса балласта. Сработал он в 4 утра, когда вся команда спала и в итоге была разбужена диким грохотом дроби, падающей на палубу и разбивающей ее. Боюсь даже представить, как матросы поминали профессора и его родственников), аварийное слитие бензина из поплавка, отказ погружных электромоторов, перегрузки электросети и механические поломки руля направления ( )… Погружение длилось более 8 часов — почти 5 часов на погружения, около 20 минут на дне и три часа на всплытие. Глубина погружения составила 10 911,2 метра. 

Исследователи обнаружили на такой чудовищной глубине рыб, похожих на камбалу. Рыбы на глубине, где давление воды заставляло “течь” 30 сантиметровый слой органического стекла и деформировало стальную сферу! Это был ошеломляющий успех и победа Человека, который смог достигнуть глубочайшей точки Мирового Океана и вернуться живым. 

После рекордного погружения оба исследователя продолжили заниматься изучением океана. Пикар изучал концепцию применения мезоскафов — совершал погружения с отцом в Женевском озере на многоместном мезоскафе “Огюст Пикар” и дрейфовал несколько недель в гольфстриме на мезоскафе “Бен Франклин”. Сын Жака стал первым человеком, совершившим беспосадочный кругосветный полет на аэростате. Лейтенант Дон Уолш долго и успешно работал в области глубоководных исследований — он участвовал в погружениях глубоководных обитаемых аппаратов МИР-1 и МИР-2 к срединно — океаническим хребтам, к затонувшим кораблям “Титаник”, “Бисмарк”, а также принимал участие в подготовки следующей экспедиции в Марианскую впадину, совершенной Джеймсом Кэмероном в 2012 году. Всего же на такой глубине побывало 4 аппарата — 2 обитаемых батискафа («Триест» и Deepsea Challenger с одним Кэмероном на борту) и 2 подводных телеуправляемых. Но это уже совсем другая история.

Спасибо за внимание!

Источник: alexander-vasil.livejournal.com


Categories: Другое

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.