Как дышит водолаз

Вода гораздо плотнее воздуха. Давление водной среды во много раз превышает атмосферное. При увеличении глубины погружения на каждые 10 м давление возрастает на 1 кгс/см². Следовательно, водолаз, дерзнувший опуститься на полукилометровую глубину (а эта глубина уже превзойдена в барокамере), будет подвергаться давлению, более чем в 50 раз превышающему нормальное!

Если перепад между давлением газов в легких и давлением водной среды снаружи грудной клетки составляет всего 100 - 200 мм водяного столба, дыхательные мышцы утомляются через несколько часов. Можно сделать несколько вдохов при перепаде 0,2 кгс/см² и даже немного большем. Дальнейшее же увеличение перепада приведет к травмированию легочной ткани. Поэтому для дыхания под водой используют воздух или искусственную газовую смесь, сжатую до давления окружающей человека водной среды.

Проблема снабжения водолаза газами для дыхания наиболее просто решается в снаряжении, известном под названием "вентилируемое". Водолаз, облаченный в прочную водонепроницаемую рубаху и герметично присоединяемый к ней жесткий шлем, полностью изолирован от воды. В пространство под шлемом с берега или с обеспечивающего судна непрерывно нагнетают по шлангу свежий воздух, а его излишки, смешанные с выдыхаемым воздухом, стравливаются в воду. Благодаря этому осуществляется постоянная вентиляция скафандра: удаляются углекислый газ и другие продукты дыхания, восстанавливается нормальное содержание кислорода.

Вентилируемое снаряжение широко распространено. Из всех видов водолазного снаряжения оно в наибольшей степени обеспечивает человеку нормальные условия существования под водой. Водолазу в нем тепло и сухо, голова его находится внутри просторного шлема с достаточно хорошим обзором, он может дышать неограниченно долго: ведь воздух все время подают сверху. В вентилируемом снаряжении водолаз способен находиться под водой часами и выполнять разного рода трудоемкие и сложные работы. Однако это снаряжение обладает и недостатками. "Тяжелый" водолаз лишен свободы перемещения по вертикали - он не может плавать в водной толще. Неравенство нагнетаемого я стравливаемого воздушных потоков приводит к тому, что объем скафандра все время меняется, хотя и незначительно. Чтобы предотвратить выброс на поверхность, водолаз надевает грузы и тяжелые галоши, позволяющие ему прочно стоять на грунте и ходить по дну. Тянущийся за водолазом воздушный шланг стесняет его движения, а неизбежная муть, поднимаемая со дна, ограничивает видимость.

Шланг и кабель-сигнал - предмет постоянных забот водолаза. Заклинить или пережать шланг - значит лишиться воздуха, запутать шланг или кабель-сигнал - возникнут серьезные затруднения при подъеме. Иногда водолаз вынужден всплывать на поверхность, перерезав застрявший шланг. При этом он использует остатки воздуха в скафандре.

Существенный недостаток вентилируемого снаряжения - его неэкономичность. Пока водолазу подают в скафандр обычный воздух, проблем не возникает. Но на больших глубинах необходимо перейти на искусственную дыхательную смесь. Вентилировать в этом случае скафандр неудобно и дорого. При глубоководных спусках применяется усовершенствованное снаряжение, оборудованное устройством для регенерации состава атмосферы под шлемом. Нагнетаемая по шлангу свежая смесь поступает в инжектор, с помощью которого смесь из скафандра засасывается в канал, ведущий в регенеративную коробку. Углекислый газ удаляется, вступая там в химическую реакцию с веществом-поглотителем. Расход газа, подаваемого водолазу, в таком снаряжении может быть уменьшен приблизительно в 10 раз.

Стремление к свободе и легкости передвижения под водой заставляло людей работать над созданием снаряжения принципиально иного типа - автономного.

Изобретение акваланга позволило перерубить "пуповину", связывавшую водолаза с обеспечивающим судном. Избавившись от обременяющего шланга и тяжелого неуклюжего скафандра, человек почувствовал себя, как рыба в воде. Простой и надежный в эксплуатации акваланг открыл дорогу в подводный мир миллионам людей.

Подводники с аквалангами погружаются на глубины в десятки метров, соперничая с водолазами в вентилируемом снаряжении. Запас воздуха, необходимого для дыхания, аквалангист несет на себе, в баллонах, укрепленных у него за спиной. Легочный автомат - "сердце" акваланга - снижает давление воздуха от 150- 200 кгс/см² до давления окружающей среды и подает его водолазу в момент вдоха в необходимом количестве.

Акваланг относят к автономному снаряжению с открытым или разомкнутым циклом дыхания, потому что выдох производится прямо в воду. При этом теряется много неиспользованного кислорода. В воздухе его содержится 21%, а гемоглобин крови успевает "связать" в среднем лишь ¹/₅ этого количества. При повышении давления количество кислорода во вдыхаемом воздухе увеличивается пропорционально глубине, а количество усваиваемого кислорода (точнее, его масса) остается прежним; поэтому процент бесполезно утрачиваемого кислорода еще более возрастает. Азот, который в газообмене не участвует, просто перекачивается легкими из баллонов в воду. Поскольку легочная вентиляция (приведенный к нормальному давлению объем воздуха, проходящий через легкие в единицу времени) на глубине 10 м удваивается, а на глубине 20 м утраивается и т. д., запас воздуха, скажем, в отечественном акваланге АВМ-1М обеспечивает возможность дыхания у поверхности в течение часа, а на глубине 40 м - только 6 - 8 мин (с учетом времени на спуск и подъем).

Наиболее простой способ увеличить время пребывания на глубине - взять с собой больший запас воздуха, т. е. увеличить количество и емкость баллонов или давление воздуха в них. Однако при этом акваланги становятся слишком громоздкими и тяжелыми. Вот почему появилось снаряжение комбинированного типа- шланговые аппараты, в которых воздух, сжатый до 8- 10 избыточных атмосфер, поступает по шлангу из баллонов большой емкости с поверхности прямо в легочный автомат аппарата, надетого на водолаза. В случае внезапного прекращения подачи воздуха или запутывания шланга водолаз может легко отцепить его и спокойно выйти на поверхность, переключив аппарат на аварийный запас воздуха, который находится в небольших баллонах за его спиной. Однако ввиду применения шланга не устраняются недостатки и неудобства в работе, которые присущи вентилируемому снаряжению. Водолаз теряет автономность - самое ценное свойство акваланга.

Наиболее перспективный вид автономного снаряжения - снаряжение с замкнутым циклом дыхания. В нем теоретически возможно стопроцентное использование имеющихся запасов кислорода за счет постоянной циркуляции смеси по системе легкие-дыхательный мешок аппарата. Прежде чем попасть в мешок и оттуда снова в легкие, выдыхаемая водолазом смесь проходит через патрон с химическим поглотителем, который удаляет из нее углекислый газ. Расход кислорода во время дыхания пополняется из баллона с помощью кислородоподающего устройства; последнее автоматически обеспечивает приток кислорода в дыхательный мешок.

Еще в предвоенные годы были созданы первые несовершенные образцы снаряжения, относящегося к этому виду, - кислородные дыхательные аппараты. Роль дыхательной смеси в них выполняет чистый кислород. Эти аппараты сложны в эксплуатации, надежность даже современных моделей невысока, и гражданские водолазы их почти не используют. Кислородный аппарат позволяет водолазу достаточно долго находиться в воде, однако диапазон допустимых глубин ограничен. Длительное погружение в этом снаряжении на глубины свыше 15 - 20 м невозможно из-за отравления кислородом.

Чтобы увеличить глубину погружения в аппаратах с замкнутым циклом дыхания, можно использовать вместо чистого кислорода другую дыхательную смесь, например, обычный воздух. Это позволит опускаться на ту же глубину, что и в акваланге. Однако если скорость поглощения организмом кислорода из смеси, зависящая от многих факторов (физической нагрузки, состояния психики водолаза, условий окружающей среды и т. д.), превысит скорость поступления кислорода в дыхательный мешок или станет меньше нее, неизбежно соответственно кислородное голодание или отравление. Чтобы этого не случилось, необходимо постоянно следить за парциальным давлением кислорода в смеси и в случае отклонения от нормы изменять скорость его подачи.

Снаряжение с замкнутым циклом дыхания и автоматическим регулированием состава дыхательной смеси - самое перспективное снаряжение сегодняшнего дня. Обладая максимально возможной экономичностью, оно позволяет в то же время опускаться на любые глубины и работать там в течение нескольких часов. В конструкцию такого аппарата входят весьма сложные элементы: программное устройство, автоматически задающее оптимальный состав газовой смеси в соответствии с текущей глубиной погружения; датчик количества кислорода в газовой смеси, надежно работающий в широком диапазоне (от 21% и более у поверхности до сотых долей процента на глубинах в сотни метров); исполнительное устройство поддерживающее состав дыхательной смеси на заданном уровне, Работы по созданию таких аппаратов ведутся во многих странах мира. Совсем недавно первые их образцы успешно прошли испытания.

В шестидесятых годах были созданы более простые и в то же время весьма экономичные аппараты, относящиеся к так называемому автономному снаряжению с полузамкнутым циклом дыхания. Баллоны такого аппарата содержат обычный воздух или же приготовленную заранее искусственную газовую смесь. Количественное соотношение компонентов может быть различным в зависимости от предполагаемой глубины погружения. Автоматический регулятор обеспечивает постоянное поступление смеси из баллонов в дыхательный мешок. Процесс дыхания, циркуляция смеси и ее химическая очистка происходят подобно аналогичным процессам в снаряжении с замкнутым циклом, за исключением одного существенного отличия. Часть смеси либо непрерывно, либо периодически во время выдоха стравливается в воду, и это, наряду с непрерывным поступлением свежей смеси из баллонов, предотвращает нарушение правильного соотношения компонентов (излишнее накопление какого-либо элемента - кислорода или инертного газа). Чтобы такая система контроля состава смеси действовала эффективно, достаточно за один и тот же промежуток времени стравливать в воду гораздо меньше смеси, чем стравливается в акваланге. Экономичность аппаратов с полузамкнутым циклом примерно в 10 раз превышает экономичность снаряжения с открытым циклом дыхания. Компоненты смеси могут храниться в баллонах раздельно, и их дифференцированная подача в мешок позволяет регулировать состав смеси в зависимости от глубины погружения.

Итак, проблема снабжения водолаза газами для дыхания сегодня уже может считаться в принципе ре-ной. И все же при любой, даже самой совершенной конструкции дыхательного аппарата возможности водолаза ограничены. Это объясняется неприспособленною человеческого организма к существованию в вод-