Подводные аппараты

Подводные аппараты обеспечивают проведение человеком широкого круга научно-исследовательских и подводнотехнических работ на любых глубинах морей и океанов. Океанография, геология, изучение и освоение промыслов животного и растительного мира океана, разведка и разработка месторождений нефти и газа, прокладка и осмотр подводных трубопроводов и кабелей, контроль за загрязнением морей и океанов, аварийно-спасательные работы - вот далеко не полный перечень того, чем заняты сегодня подводные аппараты. Они позволяют человеку вести наблюдения за объектом в его естественных условиях, выбирать удобную для наблюдений и работы позицию. Подводные аппараты маневренны, большинство из них может стабилизироваться в толще воды и у дна, может крепиться к объекту работ. Они оснащены системами навигации и связи, рабочими органами, многочисленными регистрирующими и исполнительными устройствами для фото киносъемки, видеомагнитофонной записи, регистрации параметров среды, отбора проб воды и грунта и т. п.

Зарубежные подводные аппараты побывали уже на всех глубинах Мирового океана - на континентальном шельфе, глубина которого доходит до 300-600 м, на континентальном склоне, или батиали (1500-2000 м), и на абиссали, т. е. зоне,включающей толщу океана до максимальных глубин. Побывали они и в рифтах - ущельях, идущих вдоль гребней подводных срединно-океанических хребтов, по которым происходит как бы растягивание твердой земной оболочки. Так, например, французские и американские океанологи осуществили на батискафе "Архимед" и глубоководных аппаратах "Сиана" и "Элвин" широкую программу исследований в районе Азорских островов - экспедиция Фамоус¹. На дне Атлантического океана, там, где соприкасаются северо-американская и африканская литосферные плиты, на глубине от 2500 до 3000 м участники экспедиции исследовали каждую трещину, каждый вулканический конус и своими глазами увидели, как они увеличиваются, как выползает из них базальтовая лава. Экипажи всех аппаратов, участвовавших в экспедиции, вели фотосъемки и видеомагнитофонные записи, измеряли параметры среды, изучали и собирали образцы грунта, представителей животного и растительного мира [2, 33].

¹ ( French-American Mid-Ocean Undersea Study (FAMOUS).)

Рекорд глубоководного погружения установил батискаф "Триест" (США), который достиг самой глубокой точки Мирового океана - дна Марианской впадины (11 000 м).

Показателен с точки зрения возможностей подводных аппаратов эксперимент по исследованию Гольфстрима. В течение 30 суток на протяжении 1444 миль аппарат "Бен Франклин" (США) дрейфовал в водах Гольфстрима в западной Атлантике без всплытия на поверхность. Глубина дрейфа в среднем составляла 200 м. Впервые представилась возможность познакомиться с этим великим течением изнутри. Исследовались состав, температура, соленость и другие параметры движущихся масс воды. Для иллюстрации других возможностей подводных аппаратов интересен случай использования аппарата "Дип Дайвер". Целью работы было обследование трубопровода диаметром 4,6 м, проходящего под французскими Альпами, по которому в Марсель подается пресная вода. Войдя в секцию трубопровода, обитаемый аппарат прошел по ней 755 м, тщательно осматривая ее внутреннюю поверхность. Результаты наблюдений передавались по гидроакустическому телефону. По окончании работы, не имея возможности развернуться, аппарат благополучно выбрался из трубопровода задним ходом [16, 41]. Этот пример не имеет, казалось бы, никакого отношения к проблеме освоения океана. Однако ситуация, в которую попал аппарат в рассмотренном случае, вполне может встретиться и в океанских глубинах.

В настоящее время в мире используется более 200 обитаемых подводных аппаратов. Количество их возрастает ежегодно примерно на 30%. При этом половина всего эксплуатационного времени аппаратов затрачивается на обслуживание морских нефтепромыслов [16, 18]. Зарубежные нефтяные компании интенсивно расширяют свою деятельность по всему континентальному шельфу.

Нельзя не учитывать и влияния военного фактора на развитие и использование подводных аппаратов. "Мировой океан потенциально представляет собой глобальный театр военных действий,- пишет известный французский океанолог К. Риффо,- Борьба за господство в его глубинах будет иметь стратегическое значение" [32, с. 114]. "Широко известны значительные успехи, достигнутые США, СССР, Великобританией и Францией в строительстве атомных подводных лодок, но вместе с тем отсутствуют знания о той среде, в которой им приходится работать" [32].

Остановимся коротко на устройстве обитаемых подводных аппаратов вообще. Обитаемый аппарат включает следующие основные компоненты: корпус аппарата (прочный и легкий), системы погружения, всплытия и движения, системы ориентации, наблюдения, связи и рабочие органы. Для небольших глубин прочный корпус обычно имеет форму цилиндра с полу-сферическими оконечностями, для средних - эллипсоида, для больших - сферы. При изготовлении прочных корпусов используют высокопрочную сталь, алюминиевые сплавы, титан, армированный стекловолокном пластик и специальное стекло. Для уменьшения массы и габаритов аппарата часть оборудования (погруженного исполнения) размещают вне прочного корпуса. Прочный корпус и вынесенное за его пределы оборудование окаймляются обтекаемым легким корпусом, изготовленным из алюминиевых сплавов, армированного стекловолокном пластика и других легких материалов. Погружение аппарата осуществляется обычно посредством заполнения морской водой балластных цистерн, расположенных снаружи прочного корпуса, а всплытие - продуванием их сжатым воздухом, откачкой насосами или сбросом твердого балласта. У аппаратов с большой глубиной погружения, так называемых батискафов, которые в качестве дополнительной плавучести используют бензин, погружение может осуществляться принятием морской воды взамен частичного выпуска бензина, а всплытие - частичным сбрасыванием твердого балласта (дроби). Дифферентовка аппарата осуществляется перемещением жидкого балласта из носа в корму и наоборот, для чего предусматривается специальная дифферентная система. Для движения используются электродвигатели, получающие питание от аккумуляторных батарей, большей частью свинцово-кислотных. Системы ориентации, наблюдения и связи включают навигационное оборудование (гирокомпас, эхолот, глубиномер, дифферентометр), гидролокационные станции, телевизионные камеры, световые приборы, подводные (по гидроакустическому каналу) и надводные (по радио каналу) телефоны, приемопередающую радиостанцию и другую аппаратуру. В большинстве случаев подводный аппарат оснащают рабочими органами - манипуляторами с электрическим или гидравлическим приводом.

В последние годы уже не конструируют обитаемых подводных аппаратов общего назначения, для освоения океана вообще. Зарубежные фирмы пришли к выводу, что целесообразнее строить специализированные аппараты, выполняющие узкий круг задач [18].

У обитаемых аппаратов, предназначенных для использования на меньших глубинах, запас плавучести обеспечивается, главным образом, объемом прочного корпуса. По конструктивным особенностям их можно разделить на два типа.

К первому типу относятся аппараты, напоминающие по конструкции подводную лодку. Классическим представителем их стал "Алюминаут". К этой же группе относится и НР-1 - первый аппарат с ядерной энергетической установкой малой мощности, построенный по заказу ВМС США. Он может оказаться прототипом тех глубоководных аппаратов, которые коренным образом изменят все наши представления о возможностях освоения глубин Мирового океана [32].

Ко второму типу относятся аппараты со сферическими или эллипсоидными прочными корпусами. Характерные представители их - "Ашера", "Элвин", аппараты группы "ныряющее блюдце"¹(SP-350 или "Дениза", SP-500, SP-3000 или "Сиана", "Дип Стар"), "Нерей", "Дип-Квест" и др.

¹ (Coucoupe plongent)

Особые группы составляют аппараты с водолазным отсеком ("Дип Дайвер", "Шелф Дайвер", "Джонсон Си Линк", "Бивер Марк-IV", PC-1201, РС-1202)², спасательные аппараты

² (PC - "Perry cabmarine".)

(DSRV, URF, "Тихиро") и обитаемые привязные аппараты, получающие электропитание по кабелю с обеспечивающего судна ("Гаппи", "Удзусио" и др.).

Все большее распространение во многих странах получают необитаемые подводные аппараты, в особенности управляемые по кабелю - буксируемые поисковые и самоходные рабочие (имеющие манипуляторы). Отсутствие экипажа и, следовательно, системы жизнеобеспечения позволяет значительно снизить объем прочного корпуса. Кроме того, экономия в габаритах и массе аппарата достигается за счет поступления электроэнергии по кабелю с обеспечивающего судна-носителя.

Конструктивные решения необитаемых аппаратов чрезвычайно разнообразны в зависимости от решаемых задач. Необитаемый подводный аппарат состоит из трех основных частей: забортной части или подводного носителя (т. е. собственно аппарата), пульта управления, расположенного на судне-носителе, и буксирно-кабельной части, связывающей собственно аппарат с обеспечивающим судном. Забортная часть вооружена движительным комплексом, манипуляторами (у рабочих аппаратов), навигационной, гидроакустической, телевизионной и другой аппаратурой. Исследования, выполненные в ФРГ на основе опыта создания и эксплуатации необитаемых аппаратов в США, Франции, Англии, Японии, показали, что оптимальным для решения широкого круга задач является комплекс, состоящий из используемых с единого судна-носителя необитаемых аппаратов трех типов: буксируемого поискового, самоходного рабочего и автономного (управляемого по программе или по гидроакустическому каналу).

Следует заметить, что обитаемые и необитаемые подводные аппараты, предназначенные для работы в глубинах океана, не исключают, а взаимно дополняют друг друга [48].