ПОДВОДНЫЙ ДОМ И ПОВЕРХНОСТЬ. ДВА СЛОВА ОБ АВТОНОМНОСТИ

Акванавты, получившие возможность неделями жить и работать на морском дне, казалось бы обрели полную независимость от мира людей, оставшихся над поверхностью океана. Однако успешная работа жилого и производственного подводного комплекса пока еще невозможна без активной поддержки со стороны надводного обеспечения.

Надводные сооружения и устройства должны выполнять в той или иной степени три большие задачи:

1) постановку подводных сооружений на грунт, доставку экипажа в подводный дом, его эвакуацию по окончании работ, свертывание работ, а также эвакуацию экипажа по аварийному расписанию;

2) снабжение подводных сооружений энергией, газами для дыхания, пресной водой, пищей в необходимом количестве, обеспечение акванавтов всем необходимым для их трудовой деятельности (инструментами, материалами, деталями);

3) обмен информацией между подводным домом и внешним миром.

Итак, современный подводный дом - это всего лишь составная часть единого надводно-подводного комплекса, и успех работы под водой во многом определяется степенью и четкостью взаимодействия входящих в него элементов (табл. 4).

В надводном обеспечении могут принимать участие специально оснащенные суда, береговые базы и автоматическая надводная аппаратура, так или иначе связанная с работой подводного комплекса.

В первых экспериментах французских исследователей роль судов обеспечения выполняли экспедиционные суда: «Калипсо», а также «Эспадон» (в «Преконтиненте I») и «Розальдо» (в «Преконтиненте II»). С их помощью производились постановка и эвакуация подводных сооружений. На этих же судах размещались командные пункты, оснащенные контрольными приборами и аппаратурой управления и связи с подводными сооружениями; с них подавались под воду электроэнергия, воздух, пресная вода, доставлялась пища, на них базировались водолазы обеспечения.

Эксперименты по программе «Силаб» обеспечивались с помощью специально оборудованных барж, стоявших на якорях над местом их проведения. На палубах барж устанавливали подъемные устройства для доставки па грунт домов и погружаемых барокамер-лифтов, палубные многоместные декомпрессионные камеры, электростанции, размещали системы подачи газовой смеси, пресной воды, предусматривали помещения для многочисленного обслуживающего персонала. В качестве плавучей базы «Силаб I» использовалась обычная баржа YFNB-12, оборудованная всем необходимым. Эксперименты «Силаб II» обеспечивало судно «Беркоун», ранее применявшееся для испытания баллистических ракет «Поларис». «Беркоун» состоит из двух барж, накрытых общей П-образной палубой. В его двухэтажной надстройке размещались все необходимые службы.

Если постановка подводного дома производится неподалеку от берега, часть функций обеспечения могут выполнять береговые базы. Кроме управления и контроля за ходом эксперимента, береговая база обеспечивает подводный дом электроэнергией, газовыми смесями, пресной водой. С помощью береговой базы получаемая информация может в ходе эксперимента передаваться по радио в научные центры страны для дальнейшей обработки. Подобные береговые базы использовались при проведении экспериментов «Силаб II» и «Преконтинент III». Обеспечение «Силаб II» для большей надежности было даже дублированным, оно производилось и с борта «Беркоупа» и из Скриппсовского океанографического института, расположенного на берегу, на расстоянии мили от места постановки подводного дома.

Кроме надводных судов и береговых баз, в обеспечении подводных экспериментов могут принимать участие и автоматические плавающие устройства, например радиобуи. С их помощью возможна передача необходимой информации при значительном удалении дома от береговых баз.

Как же выполнялись перечисленные выше задачи надводного обеспечения в ходе проведенных экспериментов?

Спуск и подъем лаборатории 'Силаб I' производился с помощью мощного крана Такой способ постановки подводных домов сложен, опасен и неперспективен

Постановка дома на грунт до сих пор осуществлялась двумя способами. Подводные дома или загружались балластом до отрицательной плавучести, а затем с помощью крана обеспечивающего судна опускались на дно, или же, снабженные собственными балластными системами, могли самостоятельно погружаться и всплывать, принимая на борт и продувая водяной балласт.

Первый способ использовался при постановке на дно и подъеме на поверхность лаборатории «Силаб I» и подводных сооружений в двух первых опытах Кусто. В случае постановки таким способом в месте эксперимента должны находиться суда с кранами большой грузоподъемности, что не всегда возможно.

Дом-шар «Преконтинента III» спускался и поднимался его экипажем самостоятельно, только скорость спуска регулировалась с помощью лебедки судна обеспечения. Дом «Силаб II» также был снабжен собственными балластными цистернами, но поскольку спуск и подъем дома производились без экипажа на борту, суда обеспечения принимали в этих процессах активное участие.

Очевидно, способ постановки дома в основном и определяет сложность и мощность подъемного оборудования, которым должны быть оснащены обеспечивающие суда.

Доставка экипажа в дом и его эвакуация также производилась несколькими способами. В первых мелководных опытах Кусто экипаж просто располагался в доме и выходил на поверхность, используя обычные акваланги. При «заселении» глубоководных домов столь простой способ уже не применим, поскольку само погружение с поверхности на большие глубины представляет сложную проблему. Эвакуация же экипажа глубоководного дома неизбежно связана с длительной декомпрессией, поэтому свободный выход совершенно исключен. Обе операции производятся двумя способами: с помощью погружаемых барокамер-лифтов (способ, применяемый американскими исследователями) или же непосредственно в доме, который конструктивно выполнен в виде гигантской барокамеры (французский способ, использованный во время проведения «Преконтинента III»).

При первом способе требуется большое количество специальных устройств, входящих в состав обеспечивающего надводного комплекса. С помощью кранов и лебедок лифты с находящимся в них под давлением экипажем дома опускаются на дно, а затем акванавты открывают люки, покидают лифт и переходят в уже установленный на дне дом «на постоянное жительство».

Эвакуация происходит в обратном порядке, за тем исключением, что поднятый на поверхность лифт состыковывается с палубной декомпрессионной барокамерой, и экипаж переходит в нее, чтобы пройти длительную декомпрессию в сравнительно комфортабельных и безопасных условиях. При использовании второго способа экипаж с момента входа в дом на поверхности уже не зависит от внешнего давления, и благодаря прочному корпусу дома компрессия экипажа, спуск дома под воду, подъем и, наконец, декомпрессия экипажа могут проводиться последовательно. Способ медленного подъема с глубины негерметизированиого дома, с тем, чтобы его экипаж по мере всплытия сразу проходил в нем декомпрессию (этот способ применялся в экспериментах «Силаб I» и «Глокэс») оказался очень сложным и небезопасным. В дальнейшем он, по-видимому, не будет использоваться.

Снабжение подводных домов газовыми смесями и пресной водой до сих пор, как правило, производилось с надводных баз обеспечения, за исключением дома «Преконтинента III». Однако для большей надежности американские дома снабжались также собственными запасами дыхательной смеси. Правда, в эксперименте «Силаб I» практически этими запасами акванавтам воспользоваться не удалось. Опыт был прерван из-за надвигавшегося шторма. Его руководители не решились перевести дом на полную автономность (кроме подачи энергии) с тем, чтобы суда обеспечения могли уйти в укрытие. Дом «Силаб II» снабдили уже собственным источником газовой смеси. Под его корпусом были уложены баллоны со сжатым кислородом, азотом и гелием. «Преконтинент III» также имел запас смеси для дыхания на борту, и дом в этом отношении полностью не зависел от поверхности. Не снабжались дыхательными газами с поверхности и английские подводники в своем первом эксперименте.

Погружаемая барокамера-лифт С ее помощью производилась доставка на дно и эвакуация всех трех смен экипажа 'Силаб II'. Прочный корпус камеры позволяет сохранять в ней большое давление при быстром подъеме на поверхность

Запасы пищи в последних американских и французских домах хранились в домах. Разница состояла лишь в том, что американцы готовили пищу из практически сырых продуктов, а французские акванавты использовали готовые стандартные блюда, подаваемые пассажирам самолетов авиакомпании «Эйр Франс», замороженные в глубоком холоде. Процесс приготовления пищи заключался лишь в разогревании этих блюд.

Снабжение электроэнергией всех без исключения подводных домов производилось с поверхности при помощи кабелей. Автономные источники энергии на борту не устанавливались.

Несмотря на почти полную автономность дома «Преконтинент III», судам надводного обеспечения предстояло выполнить немаловажную задачу: произвести спуск на дно нефтяного оборудования, пробный ремонт и монтаж которого акванавтами предусматривался программой опыта. Подобная функция обеспечения при промышленном использовании труда акванавтов, по-видимому, сохранится, хотя это может в значительной степени понизить независимость от погодных условий. Так, из-за разыгравшегося во время проведения «Преконтинента III» шторма нужное оборудование было опущено на дно с запозданием, и планируемые сроки проведения эксперимента оказались растянутыми более чем в 1,5 раза.

Последняя функция надводного обеспечения - обмен информацией между подводным домом и внешним миром - также имеет большое значение для успеха предприятия. Чем меньше степень автономности дома, тем важнее постоянный контроль за работой всех его систем. Состояние и деятельность его экипажа также должны непрерывно контролироваться, чтобы при необходимости оказать возможную помощь или провести аварийную эвакуацию. Постоянная телефонная и телевизионная связь экипажа с поверхностью играет очень большую роль для поддержания в норме психики акванавтов, устранения чувства оторванности от всего мира и максимально возможного приближения условий существования в доме к привычным условиям жизни. В процессе экспериментов по линиям связи поступает ценная информация, касающаяся и функционирования систем дома, и физиологических особенностей существования людей в необычном мире, а также информация, полученная в результате выполнения научных исследовательских программ. Для обработки информации с успехом используют электронную вычислительную технику.

Обмен информацией до сих пор производился по кабельным линиям, соединявшим дом с центральным постом обеспечения. В эксперименте «Силаб II» по кабелям передавались телефонные переговоры, данные исследований и сведения о работе систем дома, а также изображения по четырем телевизионным каналам. Обработка информации производилась в лабораториях Скриппсовского океанографического института. Информация из подводного дома «Преконтинента III» передавалась по кабелю в здание маяка на мыс Феррат, а затем по радио - в Монако, в Океанографический музей, где и производилась ее обработка.

Во время проведения экспериментов «Силаб II» и «Преконтинент III» состоялся первый в истории радиотелефонный разговор между двумя подводными домами. Американские акванавты со дна Тихого океана переговаривались по радио с французскими коллегами, находившимися на дне Средиземного моря. Как сообщалось, качество передачи было неплохим, хотя собеседники понимали друг друга с трудом: искажение голоса в гелиевой атмосфере усиливалось плохим знанием французского языка экипажем «Силаб II». Вторым интересным разговором была беседа акванавта Карпентерас американским астронавтом Гордоном Купером, пролетавшим над местом эксперимента в космической капсуле «Джеминай». Этот разговор, также проведенный с помощью радиобуя, был в какой-то степени символичен: два «космоса» впервые говорили между собой.

Полное обеспечение с поверхности, конечно, значительно облегчает задачу создания подводного комплекса, но в то же время лишает его большого преимущества: независимости от внешних условий. Суда надводного обеспечения в значительной мере подвержены воздействию метеоусловий, даже в большей степени, чем обычное судно - ведь они должны стоять на якорях. Следовательно, и подводный дом, функционирование которого зависит от надводного обеспечения, подвержен такому влиянию. Если срыв с якорей непосредственно судну обеспечения не угрожает, то для неавтономного подводного дома это означает прекращение питания дыхательным газом, энергией, пресной водой со всеми вытекающими последствиями. Кроме того, глубины, на которых будут стоять подводные дома, по всей видимости, достигнут в скором времени 200-300 м, а постановка судов обеспечения на якорь над такими глубинами - сама по себе сложная проблема.

Чтобы избежать необходимости постоянного надводного обеспечения и связанного с этим излишнего риска, нужно создавать такие подводные сооружения, которые не нуждались бы в снабжении с поверхности. Жизнь акванавтов не должна зависеть ни от берега, ни от судов. Однако достичь полной автономности подводных поселений можно только решив ряд сложных технических проблем. При создании подводных домов главными, по всей видимости, будут два направления: 1) увеличение глубины их постановки, 2) увеличение времени пребывания экипажа (или нескольких смен экипажа) на дне. А это значит, что для будущих подводных домов должны быть найдены новые источники кислорода, пресной воды и энергии.

В самом деле, расход кислорода на одного члена экипажа составляет более 2000 л в сутки (при пересчете на нормальное давление), и хранение всего потребного запаса кислорода в сжатом виде в баллонах может оказаться нецелесообразным (потребуется слишком много баллонов). Между тем, подводный дом окружен практически неограниченным количеством кислорода. Его содержание в воде - 90% по весу! Разложение морской воды может Стать неисчерпаемым источником его получения, но только при условии, что экипаж подводного дома будет располагать достаточным количеством энергии для электролиза воды. Кстати говоря, побочным продуктом электролиза будет водород, а именно он, как предполагают, заменит гелий в дыхательной смеси, когда глубина постановки домов превысит 200 м. Итак, проблема обеспечения дыхания - проблема энергии.

Есть еще один потенциальный источник кислорода для дыхания - кислород, растворенный в морской воде. Человек не способен дышать водой, а рыбы с помощью жабр успешно извлекают кислород из воды в достаточном для поддержания жизни количестве. В этом отношении представляют некоторый интерес опыты научного сотрудника фирмы «Дженерал электрик» (США) Уолтера Робба, которому удалось найти способ изготовления тончайшей пленки из кремний-органической резины толщиной всего два микрона. Такая пленка может работать как искусственная легочная ткань: не пропуская воду, она в то же время позволяет кислороду, растворенному в воде, проникать в отгороженное ею пространство.

В руках у доктора Робба пленка из кремний-органической резины Ее толщина всего 2 мк. Эта чудесная пленка способна, не пропуская воду, извлекать из нее растворенный кислород. Возможно, она станет основным элементом водолазного дыхательного аппарата будущего

Робб сумел провести интересный эксперимент. Хомяк, помещенный в отгороженный пленкой воздушный пузырь на дне аквариума, преспокойно дышал кислородом, который пленка пропускала из окружавшей ее воды, а углекислый газ, выделяемый им при дыхании, уходил через пленку в воду! Технике будущего возможно удастся использовать эти замечательные органической пленки для создания дыхательных аппаратов. Акванавты (да и все водолазы) смогут тогда неограниченно долго находиться под водой. Но пока еще это граничит с фантастикой.

Расход пресной воды в подводном доме также очень большой. Горячий душ или ванна - лучший способ быстрого согревания вернувшегося из воды акванавта, но если каждый член экипажа дважды в день выходит на работу, а работа длится недели и месяцы, то запасы пресной воды должны исчисляться поистине астрономической цифрой - десятки тонн. Брать с собой под воду такое количество воды - по меньшей мере неразумно.

Есть два сравнительно простых выхода из положения. Первый - выбрасывать за борт использованную воду и опреснять морскую. Самые различные промышленные установки для опреснения воды давно разработаны и успешно эксплуатируются, однако, поскольку давление атмосферы подводного дома в десятки раз превышает нормальное, вероятно, потребуется решить эту проблему заново. Другой путь - очистка уже использованной воды и ее многократное использование. При этом потребуется лишь сравнительно небольшой начальный запас пресной воды. Но и в том и в другом случае для получения пресной, пригодной к употреблению воды, необходима энергия.

Много энергии требуется также для обогрева самого подводного дома, для работы аппаратуры очистки атмосферы, для освещения, связи с поверхностью и других нужд. Короче, нормальное функционирование всех систем дома и постоянное пополнение его запасов в конечном итоге - проблема энергии. По подсчетам американских специалистов, изучавших эту проблему, мощность, потребляемая всеми системами и службами автономного подводного дома, составит около 60 кет.

Какие же источники энергии могут быть использованы в подводном доме? Аккумуляторы, бесспорно, не пригодны для этой цели. Их потребуется слишком много. Для подводного дома неприемлем способ, который используют для подзарядки аккумуляторов дизель-электрические подводные лодки: всплытие на поверхность и получение энергии от дизель-генераторной установки. Однако подводный дом, стоящий на грунте, может получать энергию от подобного дизель-генератора, размещенного в плавающем над домом необитаемом буе и связанного с ним электрическим кабелем.

Такая схема литания дома энергией рассматривается группой Кусто как наиболее приемлемая в настоящее время. Но в дальнейшем от такого источника энергии придется, видимо, отказаться, потому что в случае повреждения уязвимого по отношению к штормовой погоде буя или кабеля дом останется без энергии.

Автономный источник энергии известен - это ядерный реактор. Существующие атомные установки имеют самые различные мощности и применяются в разных отраслях техники. Реакторы мощностью в несколько ватт, например, используются в океанографических буях, а мощностью в сотни тысяч киловатт - в атомных электростанциях. Когда будет создан нужный подводному дому реактор, подводный дом окажется на полном «самообслуживании». Энергию он будет получать от ядерного котла, кислород для дыхания - из окружающей воды, пресную воду - очищая первоначальный запас и опресняя по мере» необходимости морскую воду, даже часть пищи поступит в дом из моря (рыба, планктон и др.).

Такой подводный дом, даже если он и полностью автономен, имеет очень крупный недостаток: это сооружение стационарное. Доставленный грузовым судном в район проведения работ и выгруженный в ближайшем порту, он должен буксироваться далее по воде обеспечивающим судном. Участие последнего в его постановке необходимо, даже если дом снабжен балластными системами, позволяющими ему самостоятельно всплывать и погружаться. Существуют проекты, в которых предлагается проводить доставку домов к месту постановки и их эвакуацию по воздуху, с помощью вертолетов. Но самым рациональным, по-видимому, решением вопроса будет создание самоходных домов.

Самоходный дом должен быть снабжен двигателями и обладать некоторой мореходностью. Такое сооружение сможет своим ходом подойти к месту работы, погрузиться и лечь на грунт. Акванавты, уравняв давление в своем отсеке с забортным, откроют люки и выйдут на дно. Дом сможет простоять в этом месте столько времени, сколько нужно для выполнения работы в полном объеме (день, неделю, месяц), и все это время жизнь акванавтов ничем не будет отличаться от жизни обитателей обычного стационарного подводного дома.

В другом отсеке самоходного дома разместятся энергетическая установка и навигационная система для плавания па поверхности моря и в подводном положении. В этом отсеке экипаж будет находиться при нормальном атмосферном давлении.

Такой подводный дом будет представлять собой гибрид атомной подводной лодки и стационарного подводного дома. Есть основания полагать, что именно самоходным автономным подводным домам принадлежит будущее. И кто знает, может быть мы будем свидетелями, как с современных боевых атомных подводных лодок снимут вооружение и в число членов их экипажа войдут ученые-океанологи, подводные нефтяники и горняки, подводные фермеры и рыбоводы.