Глава III. Аппараты предельных глубин

Батискаф - подводный дирижабль

Батискафом называется подводный автономный аппарат, характерной особенностью которого является поплавок, представляющий цистерну, наполненную бензином. Благодаря поплавку батискаф стал рекордсменом по достигнутой человеком глубине погружения в обитаемом аппарате - 10919 м. Этот рекорд никому уже не побить, так как достигнутая глубина (с отклонением в десятки метров) является наибольшей глубиной Мирового океана. Интересно другое - еще ни один аппарат беспоплавкового типа не смог даже приблизиться к этой глубине.

Итак, батискаф - старейший, самый заслуженный из подводных аппаратов, детище профессора Огюста Пикара, - с успехом трудится в глубинах океана. С 1953 г. в нем погружались сотни ученых различных специальностей и национальностей, в том числе и советские.

Глобальное наступление на глубины океана, начатое сравнительно недавно, заставляет специалистов пересмотреть отношение к батискафу. Не исключено превращение этого типа подводного аппарата в машину для работы на предельных глубинах. Слово "батискаф" - греческое и в переводе означает глубинная лодка. Это слово уже стало признанным и прочно вошло в употребление во всех странах, однако батискаф мало чем напоминает лодку. Скорее - это дирижабль, но сооруженный для плавания не в воздушном, а в водном океане. Если обычный дирижабль поднимается со дна воздушного океана и после путешествия вновь возвращается вниз "на дно", то дирижабль-батискаф с водной поверхности опускается в глубь океана, достигает его дна и возвращается вверх опять на поверхность.

Коренное отличие батискафа от дирижабля состоит в том, что дирижабль, плавая в атмосфере, подвергается постоянному и сравнительно небольшому давлению воздуха (примерно равному 1 кгс/смг), тогда как батискаф, плавающий в гидросфере, подвергается переменному и очень большому давлению воды (возрастающему от 1 до 1000 кгс/см² и более). Поэтому, хотя по принципу действия батискаф напоминает дирижабль, своеобразные условия плавания в гидросфере предъявляют к конструкции батискафа совершенно иные и гораздо более жесткие требования, многие из которых современная техника еще не в состоянии выполнить полностью.

Батискаф, как и дирижабль, состоит из двух основных частей: легкого корпуса - поплавка, обеспечивающего положительную плавучесть, и жестко соединенного с ним прочного стального пустотелого шара - гондолы, в которой находятся аппаратура, пульты управления и экипаж, обычно состоящий из двух человек. Подобно тому как дирижабль для создания подъемной силы заполняют газом, который легче воздуха, отсеки корпуса-поплавка батискафа заполняют более легким, чем вода, бензином для создания положительной плавучести.

В зависимости от грузоподъемности объем корпуса-поплавка современных батискафов составляет 100-200 м³; оболочку его - обшивку - сваривают из стальных листов толщиной 4-5 мм. Некоторые нетерпеливые читатели сразу же спросят: а почему давление воды на глубине не разрушает такой легкий корпус? Дело в том, что морская вода через специальные трубы может свободно проникать внутрь поплавка и заполнять нижнюю часть объема в одном из отсеков; поступление и выход воды компенсируют изменение объема бензина при его сжатии и расширении (вода входит в поплавок при погружении и выходит при всплытии, когда наружное давление падает). Таким образом давление внутри батискафа, вернее, в его поплавке, и снаружи всегда поддерживается одинаковым, и отсеки поплавка, кроме сдавливания материала стенок оболочки с обеих сторон, не воспринимают никакой нагрузки, даже если батискаф находится в воде, сжатой до 1000 кгс/см².

Следовательно, поплавок должен обладать такой прочностью, чтобы выдерживать удары волн на поверхности при плавании своим ходом или на буксире. Он должен также иметь устройства для крепления тяжелой стальной гондолы, для погрузки его без бензина на борт большого судна, если предстоит исследование глубин в отдаленных районах океана.

А вот стенки гондолы, действительно, должны быть прочными, чтобы противостоять огромному давлению океанских глубин. Поэтому гондола выполняется в виде прочного стального толстостенного шара.

Тяжелая стальная гондола закреплена под заполненным бензином легким корпусом-поплавком в его средней части. Крепление осуществлено специальной системой тяг-подвесок, связанных с прочным набором легкого корпуса. Дело в том, что, несмотря на всю прочность шара-гондолы, он под влиянием громадных давлений сжимается на несколько миллиметров. Эта упругая деформация гондолы не должна передаваться на каркас корпуса-поплавка и должна компенсироваться некоторой эластичностью крепления. Для уменьшения сопротивления воды движению батискафа легкому корпусу-поплавку придана обтекаемая форма: его обводы напоминают обводы подводной лодки и обеспечивают хороший надводный ход на буксире. Носовые образования выполнены так, что батискаф всходит на волну не зарываясь в воду. Поплавок батискафа Триест имеет цилиндрическую форму: его создатели пошли на некоторое ухудшение мореходных качеств ради упрощения постройки. Форма поплавка батискафа ФНРС 3 напоминает подводную лодку.

Батискаф не имеет рулевого управления. Для повышения устойчивости на курсе и предохранения от бортовой качки по бортам ставят бортовые кили (в нижней части поплавка на средней трети его длины). У Триеста кили размещены внутри поплавка, поэтому снаружи пришлось установить специальный стабилизатор.

Легкая палуба батискафа несколько возвышается над корпусом поплавка для того, чтобы в надводном положении ее меньше заливало волнами. Попадающая под настил палубы вода через вырезы - шпигаты - легко скатывается за борт. Настил палубы выполнен рифленым, чтобы было удобнее ходить по нему (конечно, при надводном положении батискафа!). Вдоль палубы от рубки к оконечностям протянут стальной канат - леер, за который можно держаться в свежую погоду; здесь же на палубе имеются рымы для крепления буксирного или подъемного троса и кнехты для швартовки батискафа у причала или борта судна.

На небольшой мачте, укрепленной на палубе, или на краю рубки ставят вертушку электромеханического лага - указателя вертикальной скорости. На ФНРС 3 на той же мачте установлен и магнитный компас.

Посредине палубы, как и на обычной подводной лодке, расположена рубка с застекленным иллюминатором, обеспечивающим хороший обзор. Рубка предохраняет человека, открывающего или закрывающего входной люк, от брызг и волн, которые захлестывают батискаф даже при сравнительно небольшом волнении. На крышке рубки укреплена антенна. Сразу после всплытия батискаф может установить радиотелефонную связь с обеспечивающим судном или берегом.

В рубке расположен герметически закрывающийся входной люк в вертикальную шахту, через которую экипаж спускается в гондолу. Здесь же в рубке находится система воздушных труб с клапанами, при помощи которой можно продувать воду из балластных водяных цистерн, шахты и вестибюля после всплытия батискафа на поверхность или заполнять их при погружении.

Основная часть объема поплавка заполнена бензином. Поплавок разделен на отсеки бензонепроницаемыми переборками, которые одновременно придают жесткость всему корпусу. Отсеки соединены между собой трубами; центральные отсеки имеют сверху отверстия для заполнения их бензином, а кроме того, все отсеки снабжены отверстиями для выпуска воздуха. Через трубу внутрь центрального отсека снизу проникает вода и подпирает снизу бензин, сжимая его до давления, равного внешнему давлению воды, зависящему от глубины погружения. При всплытии и снижении внешнего давления сжатый бензин, расширяясь, выжимает воду наружу.

Один из бензиновых отсеков имеет вверху управляемый из гондолы выпускной клапан, благодаря чему экипаж батискафа, находящийся в гондоле, может частично выпускать бензин в том случае, когда нужно опуститься ниже или добиться, чтобы плавучесть батискафа была нулевой и он "застрял". В этом же случае, только сбросив часть переменного балласта, можно обеспечить движение батискафа вверх.

Внутри поплавка, в его кормовой и носовой частях имеются балластные цистерны; в надводном положении они заполнены воздухом и обеспечивают дополнительную плавучесть батискафу. Во время погружения обе балластные цистерны заполняются водой и позволяют батискафу погружаться под воду; совершенно очевидно, объем балластных цистерн должен быть строго рассчитан для правильного выполнения всех этих маневров при подводном и надводном плавании.

У батискафа ФНРС 3 в специальных нишах по обоим бортам поплавка, закрытых откидными дверцами, расположены две аккумуляторные батареи, которые служат основным источником электроэнергии. Батареи, имеющие значительный вес, выполняют также роль аварийного балласта. Не исключен случай, когда батискаф потеряет возможность всплыть со дна океана; это может произойти, например, из-за частичной потери бензина или если нижняя часть батискафа увязнет в илистом дне. Тогда благодаря действию специального дистанционно управляемого электромагнита держатели батарей будут освобождены, под тяжестью собственного веса батареи скользнут по направляющим вниз и упадут на дно, а облегченный батискаф устремится вверх.

В центральной части легкого корпуса размещены бункеры для маневрового балласта, представляющие (на ФНРС 3) вертикально расположенные цилиндрические цистерны. Дно этих цистерн имеет конусообразную форму с выпускным отверстием в центре, а на палубе предусмотрены горловины, через которые и происходит загрузка балласта. Маневровый балласт постепенно сбрасывают во время погружения для того, чтобы замедлить его. Сбросив определенную порцию балласта, можно остановить погружение, и батискаф неподвижно повиснет в воде. Как указывалось выше, чтобы осуществить дальнейшее погружение, нужно выпустить часть бензина.

Переменный балласт представляет металлические (чугунные или стальные) шарики в виде дроби. Круглые частицы делают балласт "текучим", что и позволяет сбрасывать его малыми порциями, регулируя скорость погружения. Основные бункеры с переменным балластом размещены над гондолой (на ФНРС 3), поэтому дробь, высыпающаяся из бункера, грохочет по гондоле и тем самым дает знать экипажу о нормальном сбрасывании балласта.

На случай аварии, когда батискаф не может всплыть, предусматривается сбрасывание контейнеров с балластом нажатием кнопки, находящейся на пульте управления, или автоматически - при прекращении тока в электромагнитах.

В середине поплавка, в его диаметральной (средней продольной) плоскости, из рубки вниз проходит шахта, через которую экипаж с палубы по вертикальному трапу спускается в гондолу, находящуюся под водой. Внутри шахты, кроме трапа, проходят трубы для заполнения ее водой перед погружением и продувания воздухом после всплытия.

На всех построенных батискафах шахта не связана непосредственно с гондолой, а оканчивается под водой специальным помещением - вестибюлем, которое присоединено к гондоле. В передней стенке вестибюля имеется иллюминатор. Массивный входной люк гондолы при помощи специального привода открывается в сторону вестибюля; задраивается он изнутри - из гондолы - болтами. Люк должен обеспечивать абсолютную водонепроницаемость, поэтому его конструкция выполнена по принципу устройства иллюминаторного стекла, в виде конической пробки, водонепроницаемость которой возрастает с увеличением внешнего давления. В центре люка также имеется небольшой иллюминатор (Иногда он называется навигационным окном) из плексигласа. Хотя вестибюль вместе с шахтой при погружении заполняется водой, навигационное окно в люке и легкий иллюминатор вестибюля позволяют хорошо просматривать пространство, что совершенно необходимо при движении вперед кормовой частью батискафа.

Входная шахта и вестибюль представляют легкую тонкостенную конструкцию. Они сообщаются с водой, поэтому, как и обшивка поплавка, уравновешиваются наружным давлением.

Батискаф приводят в движение два гребных винта, вращаемых электродвигателями, расположенными снаружи по бокам поплавка. Как уже упоминалось, батискаф не имеет руля, и его поворот осуществляется работой гребных винтов: если один винт будет работать на ход вперед, а другой - на задний ход, батискаф развернется почти на одном месте. Поворот осуществляется снижением частоты вращения того винта, в сторону которого хотят повернуть батискаф.

Электродвигатели имеют особую конструкцию, обеспечивающую бесперебойную работу на любой глубине. Они могут противостоять внешнему давлению благодаря тому, что выполнены по принципу устройства легкого корпуса-поплавка: их внутренние полости также заполнены жидкостью, через гибкие диафрагмы воспринимающей давление внешней среды. Эта жидкость неэлектропроводна, чем предотвращается замыкание на коллекторах. Включение и реверсирование этих двигателей производится с пульта управления, находящегося в гондоле.

Двигатели, наружное освещение и системы электромагнитного управления всей внешней аппаратурой получают питание от аккумуляторных батарей. Мощность и емкость батарей рассчитаны на несколько десятков часов автономного плавания батискафа над дном с выполнением фото- и киносъемок подводного мира в лучах яркого электрического света. Кроме главной батареи аккумуляторов, имеются вспомогательные, от которых получает питание внутреннее освещение гондолы.

В нижней части гондолы электромагнитной защелкой прикреплена длинная тяжелая цепь (или трос) - гайдроп, имеющий значительный вес. Гайдроп можно сбросить на дно, как балласт, при аварийном всплытии из глубин, но его главное назначение заключается не в этом. Посадка батискафа на дно океана - не менее ответственное дело, чем посадка самолета на землю. Регулирование скорости спуска сбрасыванием переменного балласта и выпуском части бензина еще не обеспечивает достаточно мягкой посадки на грунт. Кроме того, этот способ связан с расходом жизненно важных для батискафа запасов бензина и балласта. Поэтому в самый ответственный момент приближения гондолы ко дну остановку в непосредственной близости от дна обеспечивает гайдроп.

До этого времени гайдроп висит вертикально, выполняя роль постоянного балласта, но как только его нижний конец коснется дна и ляжет на грунт, вес лежащей части гайдропа станет автоматически "переноситься" с батискафа на дно; при малой скорости погружения это будет происходить до тех пор, пока батискаф не получит нулевую плавучесть и не повиснет неподвижно, как бы "упираясь" в дно висящей вертикально частью гайдропа.