Если вы когда-нибудь смотрели знаменитые фильмы команды Кусто про подводный мир, то вы не могли не запомнить удивительные, похожие на космические корабли подводные аппараты - батискафы. Так чем интересен батискаф, что такое можно с помощью него исследовать? С помощью этих судов человек может погрузиться в океанские пучины для научных наблюдений и познания загадочнх глубин Мирового океана.

Этимология названия

Своим названием батискаф обязан Огюсту Пиккару - изобретателю, придумавшему этот аппарат. Слово образовано от пары греческих слов, которые обозначают "судно" и "глубокий". В 2018 году "глубоководное судно" будет отмечать 80-летний юбилей.

Изобретение батискафа

Пиккар изобрел глубоководный аппарат вскоре после окончания Второй мировой войны, в 1948 году. Предшественниками батискафов были батисферы - глубоководные аппараты в форме шара. Первое такое судно было изобретено в Америке в 30-х годах ХХ века и умело погружаться на глубины до 1000 метров.

Отличие батискафа и батисферы заключается в том, что первые умеют самостоятельно двигаться в толще воды. Хотя скорость перемещения невелика и составляет 1-3 узла, но этого достаточно для выполнения возложенных на аппарат научно-технических задач.

До войны швейцарец работал над стратостатом, и ему пришла идея сделать подводное судно схожее по принципам устройства с такими летательными аппаратами, как дирижабль и аэростат. Только у батискафа вместо аэростатного баллона, который заполняется газом, баллон должен быть заполнен каким-либо веществом, имеющим плотность, меньшую, чем плотность воды. Таким образом, принцип работы батискафа напоминает поплавок.

Устройство батискафа

Как же устроен батискаф, что такое гондола и поплавок? Конструкция различных моделей батискафов схожа друг с другом и включает в себя две части:

• легкий корпус, или как его еще называют - поплавок;
• прочный корпус, или так называемая гондола.

Основное назначение поплавка - удерживать батискаф на необходимой глубине. Для этого в легком корпусе оборудуются несколько отсеков, наполняемых веществом, имеющим меньшую, чем у соленой воды, плотность. Первые батискафы наполнялись бензином, а современные используют уже другие наполнители - различные композитные материалы.

Научное оборудование, различные системы управления и обеспечения, экипаж батискафа размещаются внутри прочного корпуса. Сферические гондолы первоначально изготавливались из стали.

Современные подводные судна имеют прочный корпус, изготовленный из титановых, алюминиевых сплавов или композитных материалов. Они не подвержены коррозии и удовлетворяют требованиям по прочности.

Чем рискованно погружение на батискафе?

Основная проблема всех глубоководных аппаратов и субмарин - огромное давление воды, увеличивающееся с глубиной. Корпус сдавливает все сильннее и сильнее, а локатор батискафа равномерно погружается вниз.

Недостаточно прочный корпус подводного судна может быть деформирован или разрушен, что приведет к затоплению судна и потере дорогостоящего исследовательского оборудования и гибели людей. Недостаточно качественно спроектированные аккумуляторные батареи, большое количество сложной электроники, химических веществ и материалов от сжатия корпуса на больших глубинах повышают вероятность возгорания и возникновения аварийных ситуаций.

Кроме того, ограниченные возможности в обзоре пространства вокруг аппарата несут в себе угрозу столкновения батискафа со скалами или другими препятствиями. Локатор батискафа, равномерно погружающегося вертикально в толщу воды, не всегда может их обнаружить в связи с особенностями распространения акустических волн в водной среде.

Так что погружение этого судна - сложная и ответственная операция, требующая тщательной и заблаговременной подготовки.

Первые батискафы

Первый батискаф, изобретенный О. Пиккаром, имел название "FNRS-2", прослужил на французском флоте 5 лет и был выведен из строя в 1953 году. В качестве наполнителя в данном аппарате был использован бензин, который имеет в 1,5 раза меньшую, чем у воды, плотность.

Кабина батискафа, как и в воздухоплавании, называемая гондола, имела сферическую форму и толщину стенок в 90 мм. В ней достаточно свободно могли расположиться два человека.

Основной недостаток FNRS-2 заключался в месторасположения люка для входа в батискаф. Он был в подводной части аппарата. Войти и покинуть гондолу батискафа можно было лишь в том случае, если аппарат находился на судне-носителе.

Второй моделью батискафа стал FNRS-3. Этот аппарат стал использоваться для глубоководных исследований с 1953 года и вплоть до 70-х годов двадцатого века. Это судно стало музеем. В настоящее время FNRS-3 находится во Франции, в г. Тулоне.

По инженерным расчётам, аппарат, как и его предшественник, мог погружаться на глубины до 4 километров. Судно имело одинаковую с FNTS-2 конструкцию гондолы, но в остальном модель была значительно доработана.

Технические характеристики

Батискафы разных поколений можно сравнить с помощью их технических характеристик.

Батискаф "Триест"

Чем знаменит этот батискаф, что такое это за судно можно более детально понять дале? На "Триесте" в начале 1960 года было совершено первое погружение на дно Марианской впадины в Тихом океане. Эту операцию под кодовым названием "Проект Нектон" проводило ВМС США в сотрудничестве с сыном изобретателя батискафа Жаком Пикаром.

Несмотря на штормовую погоду 26 января состоялось первое в истории человечества погружение на 10900 метров. Главное открытие, сделанное исследователями в этом день - на дне Марианской впадины есть жизнь.

Батискаф Deepsea Chalanger

Этот аппарат, названный в честь глубоководной впадины, знаменит тем, что на нём в марте 2012 года совершил Джеймс Кэмерон. Знаменитый кинорежиссер 26 марта достиг дна Бездны Челленджера - еще одно название Марианской впадины.

Это был четвертый по счету спуск в самой глубокой точке океана в истории человечества примечательный тем, что оказался самым длительным по времени и совершался одним человеком. Локатор батискафа, равномерно погружающегося вертикально в пучину, обследовал дно, а режиссёр набрался вдохновения для создания продолжения фантастического фильма «Аватар».

Локатор батискафа

Гидроакустическая станция - это локатор батискафа, равномерно обследующий толщу воды и обнаруживающий скалы, дно и другие препятствия. Это, пожалуй, единственное средство, позволяющее «видеть», а точнее "слышать" под водой. Локатор батискафа, равномерно погружающегося на глубину, по сути, является ушами аппарата.

Происшествия с батискафами

В августе 2005 года у берегов Камчатки случилось затопление батискафа ВМФ Российской Федерации. Глубоководный аппарат с экипажем из семи человек запутался в рыболовецких сетях на глубине около 200 метров.

На место происшествия прибыли спасательные корабли, которые попытались переместить батискаф в меньшие глубины, чтобы затем осуществить спасательную операцию с помощью водолазов. После безуспешных попыток, российские моряки обратились к британским коллегам.

Совместная российско-британская спасательная операция с использованием глубоководного робота завершилась успехом, весь экипаж оказался спасен, а батискаф поднят на поверхность.

И названной в честь английского судна «Челленджер», с которого в 1951 году были получены первые данные о ней. Погружение продолжалось 4 ч 48 мин и завершилось на отметке 10911 м относительно уровня моря (mean sea level). На этой страшной глубине, где чудовищное давление в 108,6 МПа (что более чем в 1100 раз больше нормального атмосферного) сплющивает все живое, исследователи сделали важнейшее океанологическое открытие: увидели, как мимо иллюминатора проплывают две 30-сантиметровые рыбки, похожие на камбалу. До этого считалось, что на глубинах, превышающих 6000 м, никакой жизни не существует.

Пробыв на дне около двадцати минут, Trieste начал подниматься наверх. Подъем занял 3 ч 15 мин. На поверхности врачи не зафиксировали каких бы то ни было отклонений состояния здоровья двух смельчаков от нормы.

Таким образом был установлен абсолютный рекорд глубины погружения, превзойти который невозможно даже теоретически. Пикар и Уолш были единственными людьми, побывавшими на дне бездны Челленджера. Все последующие погружения к самой глубокой точке мирового океана с исследовательскими целями совершали уже беспилотные батискафы-роботы. Но и их было не так много, поскольку «посещение» бездны Челленджера — дело и трудоемкое, и дорогостоящее. В 90-е годы три погружения совершил японский аппарат Kaiko , управлявшийся дистанционно с «материнского» судна по волоконно-оптическому кабелю. Однако в 2003 году при исследовании другой части океана во время шторма оборвался буксировочный стальной трос, и робот был утерян.

На смену Kaiko пришел американский беспилотный батискаф Nereus , конструктивно представляющий собой катамаран, способный перемещаться на глубине со скоростью 3 узлов. Им управляют посредством волоконно-оптического кабеля. Однако возможно и радиоуправление. Первое погружение в бездну Nereus совершил 31 мая прошлого года, подняв со дна пробу грунта, в котором была обнаружена органическая жизнь. На нынешний момент это единственный в мире аппарат, способный достигать бездны Челленджера.

С небес в пучину морскую

Всякое рекордное техническое достижение имеет длительную предысторию. В данном случае сюжет уложился лишь в два человеческих поколения. Все началось с Огюста Пикара (Auguste Piccard , 1884-1962), швейцарского физика и изобретателя, отца одного из покорителей бездны Челленджера. Будучи профессором университета в Брюсселе , в 20-е годы прошлого века он занимался исследованиями в области геофизики и геохимии, изучал радиоактивные свойства урана . В 1930 году, «оторвавшись от почвы», переключился на исследование верхних слоев атмосферы , для чего сконструировал уникальный для своего времени стратостат . Его герметичная гондола имела сферическую форму и позволяла экипажу совершать полеты чуть ли ни в безвоздушном пространстве.

Стратостат, построенный при поддержке Бельгийского национального фонда научных исследований (Fonds National de la Recherche Scientifique, FNRS), получил название FNRS-1. В мае 1931 года Огюст Пикар вместе с ассистентом Паулем Кипфером (Paul Kipfer) совершил первый в истории полет в стратосферу, достигнув высоты 15 785 м. Штурм воздушного океана на FNRS-1 продолжался до середины 30-х годов, а рекорд высоты подъема был доведен до 23 000 м.

А в 1937 году Пикар, вдохновившись идеей погружения в пучины морские, начал разрабатывать принципиально новый тип подводного плавcредства, получившего название батискафа. Дело в том, что субмарины в надводном положении имеют «положительную» плавучесть, батискаф — всегда только «отрицательную». Подводная лодка погружается за счет того, что открываются клапаны вентиляции в балластных системах, воздух замещается забортной водой, и положительная плавучесть становится отрицательной. Для перемещения по вертикали рулями создается дифферент (наклон продольной оси относительно горизонтали), а воздух в балластных системах либо стравливается, давая место воде, либо расширяется, выдавливая воду наружу.

Батискаф же плавает по принципу утюга. В надводном состоянии его удерживает находящийся над гондолой с экипажем громадный поплавок, заполненный бензином. Поплавок имеет и еще одну важную функцию: в подводном положении он стабилизирует батискаф по вертикали, предотвращая раскачивание и переворачивание. Когда из поплавка начинают медленно выпускать бензин, который замещается водой, батискаф начинает погружение. С этого момента у аппарата только один путь — вниз, на дно. При этом, естественно, возможно и перемещение в горизонтальном направлении при помощи приводимых в движение двигателем гребных винтов.

Для того чтобы подняться на поверхность, в батискафе предусмотрен металлический балласт, который может быть дробью, пластинками или болванками. Постепенно освобождаясь от «избыточного веса», аппарат поднимается. Металлический балласт удерживается электромагнитами, так что если с системой энергоснабжения что-то случается, то батискаф сразу, словно стартующий в небо аэростат, «взмывает» вверх.

С конструированием своего первого океанического детища, которое было названо FNRS-2, Пикар провозился до 1946 года, что было связано с бушевавшей в Европе мировой войной. А спустя два года он был изготовлен. FNRS-2, рассчитанный на экипаж из двух человек, весил 10 т. Емкость сравнительно компактного поплавка составляла 30 м³, а диаметр гондолы — 2,1 м. Расчетная глубина погружения составляла 4000 м.

Ввиду принципиальной новизны аппарата и опасения за прочность гондолы довольно долго проводились его испытания в Дакаре без экипажа на борту. Вначале батискаф опустился на 25 м. А через год глубину погружения довели до 1380 м. Однако на этом все и завершилось: во время буксировки батискафа тросом был серьезно поврежден поплавок. Предстояло не только его отремонтировать, но и продолжить доработки по результатам испытаний. Однако Бельгийский национальный фонд научных исследований отказался от дальнейшего финансирования проекта. И в 1950 году FNRS-2 передали французскому ВМФ. Французские инженеры в итоге добились, чтобы в 1954 году модернизированный батискаф, получивший новое имя FNRS-3, погрузился на 4176 м с экипажем на борту.

Между тем Огюст вместе с подросшим сыном Жаком, успевшим поучиться в Женевском (Université de Genève, UNIGE) и Базельском (Die Universität Basel) университетах, в 1952 году приступил к созданию батискафа-рекордсмена Trieste. Аппарат был назван в честь итальянского города Триеста, на верфи которого он был произведен в 1953 году. Столь короткие сроки объяснялись тем, что «Триест» не имел принципиальных конструктивных отличий от FNRS-2. Разве что были увеличены габариты прототипа да усилена конструкция гондолы.

С 1953 по 1957 год Trieste, пилотом которого стал молодой Пикар, совершил несколько погружений в Средиземном море, достигнув глубины 3150 м. Причем в первых из них принимал участие и отец, которому тогда было уже 69 лет.

В 1958 году батискаф купили ВМС США. После его доработки на заводе Круппа в Германии , где гондола была упрочнена высококачественной легированной сталью, Trieste обрел способность погружаться на глубину до 13 000 м. Именно на этой конструкции в 1960 году и был установлен непобиваемый рекорд.

Одним из достижений этого погружения, благотворно повлиявшим на экологическое будущее планеты, стал отказ ядерных держав от захоронения радиоактивных отходов на дне Марианской впадины. Дело в том, что Жак Пикар экспериментально опроверг бытовавшее в то время мнение о том, что на глубинах свыше 6000 м не происходит восходящего перемещения водных масс.

Trieste в его последнем, «чемпионском» варианте имел поплавок длиной 15 м и объемом 85 м³. Толщина стенок поплавка, укрепленных внутри шпангоутами, составляла всего 5 мм. Толщина стенок гондолы диаметром 2,16 м равнялась 127 мм. Вес гондолы на воздухе составлял 13 тc, а в воде (при нормальных условиях) — 8 тc. Балласт из металлической дроби, которая порционно сбрасывалась электромагнитами для всплытия, обладал массой в 9 т. Имелся один иллюминатор для наблюдений, изготовленный из оргстекла, а также прожектор с кварцевой дуговой лампой.

Батискаф имел автономную систему регенерации воздуха, которая используется на космических аппаратах. При этом имелась возможность голосового общения с поверхностью при помощи гидроакустической системы связи.

В дальнейшем при помощи Trieste в Атлантическом океане безрезультатно пытались найти пропавшую субмарину Thresher, а также проводили обследование различных участков океанского дна. В 1963 году легендарный батискаф был разобран и помещен в Морском музее США в Вашингтоне .

Нынешний наследник легендарного Trieste — батискаф Nereus — создан в американском Вудхолсовском океанографическом институте (Woods Hole Oceanographic Institution). Это катамаран, имеющий размеры 4,25 м × 2,3 м и весящий менее трех тонн, плавучесть которого обеспечивают полторы тысячи полых сфер из особо прочной керамики. При помощи двух винтов он может перемещаться под водой со скоростью трех узов на протяжении десяти часов, что обеспечивается батареей из 4 тыс. аккумуляторов общей емкостью 15 кВт-час. Полезная нагрузка составляет 25 кг. К ней относятся манипулятор, сонар, камеры, приборы для химического анализа и контейнеры для забора проб.

Аппарат уходит на дно со скоростью утюга и на заданной глубине отстреливает часть балласта, что обеспечивает его плавучесть. Для подъема отстреливается остаток балласта.

Весь остальной мировой парк батискафов, куда входят как пилотируемые машины, так и роботизированные, не способен опуститься глубже 6500 м. Что предопределено прагматическими соображениями: более глубоководная часть мирового океана составляет лишь 12% его общей площади.

Наш ответ Чемберлену

В Советском Союзе проектирование глубоководных батискафов началось в конце 60-х годов. И предназначались они для ВМФ как спасательные аппараты, применяющиеся для ликвидации аварий субмарин. Батискафы классического поплавкового типа серии АС со стравливанием в воду бензина преодолели двухкилометровый рубеж лишь в 1975 году. Через четыре года появился пилотируемый супергигант АС-7 водоизмещением 950 т. За одно погружение он пожирал 240 т бензина, в связи с чем «материнский» корабль сопровождал танкер. И лишь в июле 1987 года он опустился чуть ниже глубины в 6035 м, заданной в ТЗ. Через год он разбился, и его ремонтировали два года. А в конце 90-х АС-7 затонул в бухте Раковая на Дальнем Востоке .

Всего было выпущено около тридцати батискафов серии АС. Сейчас «в живых» осталось около пяти, и все они не «ныряют» глубже 1000 м. Один из них — АС-28, разработанный в КБ «Лазурит» в 1987 году. Им управляет экипаж из четырех человек, конструкция предполагает прием на борт до двадцати спасаемых. В 2005 году АС-28 потерпел аварию, спасти спасательный аппарат удалось при помощи британского подводного робота.

Мирные исследования морских пучин, как в научных интересах, так и по заказу рыбопромыслового ведомства, до середины 80-х годов осуществлялись на глубинах менее 800 м. И лишь в 1987 году в результате совместной разработки АН СССР и финской компании Lokomo отечественные ученые получили два полноценных глубоководных батискафа «Мир-1» и «Мир-2» . Каждый из них на испытаниях преодолел отметку 6100 м. Батискафы базируются на научно-исследовательском судне «Академик Мстислав Келдыш».

Длина аппаратов — 7,8 м, ширина — 3,8 м, высота — 3 м, сухой вес — 18,6 т. Корпус изготовлен из высокопрочной легированной никелевой стали, имеющей предел текучести вдвое больший, чем у титана. Аппаратом управляет экипаж из 3 человек. Принцип погружения и всплытия «Мира» такой же, как и у субмарины, использующей систему водных балластных цистерн.

Электродвигатели получают питание от аккумуляторов емкостью 100 кВт-час и позволяют развивать под водой скорость 5 узлов. Продолжительность автономной работы — 80 часов. На борту установлена исследовательская аппаратура. Связь с поверхностью поддерживается как через волоконно-оптический кабель, так и с помощью гидроакустической аппаратуры.

В советский период, до 1991 года, «Академик Келдыш» принял участие в тридцати пяти экспедициях в Атлантический, Тихий и Индийский океаны. Затем активность исследовательской деятельности резко снизилась. Более того, «Миры» стали выступать в не совсем свойственных им ролях. При их участии сняли три голливудских фильма, один из которых — «Титаник» (как писали отечественные СМИ, эти съемки принесли «Мирам» мировую известность.) Они, не обладая спасательными функциями, принимали участие в обследовании потерпевших аварии подводных лодок «Комсомолец» и «Курск». И, наконец, с их помощью на дне Северного Ледовитого океана был установлен титановый вымпел с символикой РФ. Два последних сезона батискафы исследуют дно Байкала , погружаясь на глубину до 1600 м. Одной из многочисленных задач, поставленных перед исследователями, является поиск золота руководителя Белого движения Колчака . Однако на настоящий момент на дне обнаружены лишь ящики с патронами времен Гражданской войны.

Новости партнёров

:: Батискаф

Батиска́ф – это небольшое подводное судно, предназначенное для погружения на экстремальные глубины. Основное отличие подводного батискафа от подводной лодки заключается в его конструкции: батискаф оснащен более легким корпусом сферичной формы и поплавком, стенки которого заполнены жидкостью, масса которой меньше воды, как правило, это бензин. Ход подводного батискафа осуществляется за счет вращения грибных винтов, приводящихся в движение электромоторами.

История создания батискафа

Впервые идея построить подводный батискаф возникла у швейцарского ученого Огюста Пикару еще до Второй мировой войны. Он первым предложил заменить баллоны со сжатым кислородом на поплавок с жидкостью, масса которой меньше массы воды. Инженерная мысль Пикару имела успех, и уже в 1948 году на воду был спущен первый прототип батискафа.

На создание аппарата подобного класса повлияла потребность в исследовании дна морей и океанов на большой глубине. Классические подводные лодки способны опускаться только на определенную ограниченную глубину. Что примечательно, конструкторы способны построить достаточно прочный корпус, даже для большой субмарины, который смог бы выдержать давление на экстремальной глубине. Однако до сих пор невозможно решить другую проблему, не позволяющую субмаринам опускаться на значительную глубину.

Для всплытия на поверхность воды традиционные подводные лодки используют сжатый кислород, который вытесняет воду из отсеков. Однако во время погружения более, чем на полторы тысячи метров, под воздействием тяжести воды кислород в баллонах теряет свои свойства, иными словами перестает быть «сжатым».

Существуют субмарины, способные опускаться на глубину в 2000 метров. Тем не менее, глубина погружения батискафа намного больше.

Погружение батискафа

Поплавок, заполненный бензином или другой жидкостью, дает возможность подводному батискафу удерживаться на поверхности воды и всплывать. После того, как цистерны наполняются водой, запускается процесс погружения батискафа на глубину.

В тех случаях, когда подводный батискаф зависает из-за чрезмерной плотности воды, чтобы опустить судно на дно, из поплавка выпускают выталкивающую жидкость. После этого процесс погружения батискафа возобновляется.

Опустить на дно батискаф не так сложно, но как его поднять обратно наверх? Для этого в подводных батискафах предусмотрены специальные отсеки, заполненные стальной дробью. Когда судну необходимо всплыть, дробь скидывается, и поплавок тянет батискаф на поверхность. Также на борту имеются баллоны со сжатым кислородом, чтобы ускорить всплывание батискафа на поверхность воды.

Глубина погружения батискафа

Как упоминалось выше, глубина погружения батискафа, намного больше, чем у других подводных аппаратов. Еще в 1960 году модифицированному батискафу "Триест" удалось погрузиться на рекордную глубину в 10919 метров . На удивление экипажа судна, даже на такой глубине они увидели рыбу.

Еще один интересный факт, касающийся погружения батискафа: первым человеком, опустившимся на самое дно мирового океана, является всем известный режиссер Джеймс Кэмерон.

Нашим судостроителям тоже есть, чем похвастаться. Сконструированный российскими инженерами подводный батискаф «Мир» опустился на дно Ледовитого океана. Глубина погружения батискафа составила 4261 м. После этого судно и его экипаж провели около часа на дне самого холодного и опасного океана на земле.

Исследования океана.

22. Батисферы и батискафы.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила".

Прежде чем познакомиться с этими устройствами, мы просим читателей проявить терпение и прочитать наш краткий рассказ об истории этого вопроса.

А история эта уходит в глубь веков, точнее в IV (четвертый) век до н.э. из древней рукописи известно, что Александр Македонский (356-323 до н.э.) однажды опустился на морское дно в водолазном колоколе, изготовленном из какого-то прозрачного материала и ослиных шкур. Детали этого погружения в летописи не приводятся. Было в действительности это событие или нет, утверждать невозможно, тем более, что в летописи говорится о неправдоподобных размерах рыбы, которая якобы проплывала мимо Александра Великого в момент его пребывания под водой. Но сам факт такого, пусть фантастического, рассказа говорит о том, что уже в те времена люди думали о погружении в воду и с использованием каких-то приспособлений, наподобие водолазных камер.

Несколько прототипов современных батисфер появились в Европе в период XVI-XIX веков. Из них большой интерес представляет водолазный колокол, созданный в 1716 году по проекту английского астронома Галлея, да, именно того самого Эдмонда Галлея, который в 1696 году открыл, что кометы, наблюдавшиеся в 1531, 1607 и 1682 годах являются одной и той же кометой. В последний раз мы любовались кометой Галлея в 1986 г. Периодичность появления её в районе Земли составляет около 76 лет. Значит, через 50 лет, в 2062 году сегодняшние наши молодые читатели смогут увидеть на небе комету Галлея. Мы надеемся, что читатели не осудят нас за этот краткий экскурс в астрономию.

Итак, что же спроектировал Галлей в 1716 году? Это был деревянный колокол , открытый у основания, который можно было опускать на глубину 16–18 м. В нём помещалось пять человек, точнее могли стоять в нём, находясь по пояс в воде. Воздух они получали из двух поочерёдно опускаемых с поверхности бочонков, откуда воздух поступал в колокол по кожаному рукаву. Отработанный воздух выпускался через кран, находившийся в верхней части колокола. Если в колоколе находился только один водолаз, то, надев кожаный шлем, он мог вести наблюдения даже за пределами колокола, получая из него воздух через второй шланг.

Главный недостаток подобных колоколов заключается в том, что их нельзя использовать на большой глубине. По мере погружения давление воды увеличивается, и воздух внутри колокола настолько уплотняется, что им становится нельзя дышать.

Следующим по логике развития этапом было испытание металлической сферы. Первое погружение в герметизированной металлической оболочке с иллюминаторами выполнил в 1865 году французский конструктор Базен. Его сфера была опущена на стальном тросе на глубину 75 метров. После благополучных испытаний определились направления дальнейшего усовершенствования подобных батисфер, но осуществить их ещё не позволяли тогдашние технические возможности.

Только спустя 65 лет, в 1930 году появилась батисфера , прочность стенок которой позволяла опуститься на значительно большую глубину. Сконструировали её американцы-натуралисты Уильям Биби и двое инженеров – Отис Бартон и Джон Батлер. Это была стальная сфера с внутренним диаметром около 135 см, толщиной стенок около четырёх см и весом 2,5 тонны. В батисфере имелись три круглых иллюминатора из кварцевого стекла диаметром 20 см и толщиной 7,6 см, а также отверстие диаметром 36 см, которое исследователи всерьёз именовали «дверью». Так сказать, на борту батисферы находились баллоны с кислородом и сосуды с химическим поглотителем углекислого газа и влаги, а также многочисленные приборы для наблюдений. В объёме, который оставался свободным, размещались, согнувшись в три погибели, исследователи У.Биби и О.Бартон. Снаружи биосферы был установлен прожектор, освещавший воду за пределами естественной освещённости, а внутри помещался телефонный аппарат для связи с судном. С корабля батисферу спускали на одном нескручивающемся стальном тросе.

Во время первого погружения около Бермудских островов У.Биби и О.Бартон достигли глубины 420 метров. В 1934 году они совершили погружение в этом же районе на глубину 923 метра. Время пребывания их под водой уже исчислялось несколькими десятками минут и даже несколькими часами и ограничивалось запасом воздуха и возможностями его регенерации. За период 1930–1934 годов они тридцать раз опускались в глубину и наблюдали через иллюминаторы диковинный мир подводных обитателей. Среди прочих результатов наблюдений Биби и Бартон получили интересные данные по спектральному составу солнечного света на различных глубинах.

Наконец, летом 1949 года Бартон в батисфере несколько изменённой конструкции один опустился на глубину 1372 метра у побережья Калифорнии, что тогда было рекордом для этого вида океанографического оборудования.

Опускаясь в глубины океана, Биби и Бартон держали связь по телефону с командой корабля, что позволяло им чувствовать себя не совсем оторванными от остального мира. Но каким мужеством должны были обладать эти люди! Они прекрасно сознавали, что их жизнь при каждом погружении зависела только от прочности троса и надёжности его закрепления. Если бы трос оборвался, их уже никто не смог бы спасти, тяжёлая батисфера навсегда осталась бы на морском дне.

Главные недостатки батисферы очевидны. Это, во-первых, сам принцип погружения и подъёма аппарата, то есть зависимость от надводного обеспечивающего корабля, невозможность самостоятельного всплытия. Во-вторых, батисфера в воде (или на дне) неподвижна, а исследователи остаются пассивными наблюдателями ближайшего от батисферы окружающего пространства.

От указанных недостатков свободен батискаф – полностью автономный глубоководный научно-исследовательский аппарат, движением которого управляет сам экипаж. С сопровождающим судном батискаф не связан никаким образом. Связь между ними осуществляется по радио, а судно используется для доставки (или буксировки) батискафа из порта в район исследования и обратно.

Идею батискафа осуществил швейцарский учёный-физик, профессор Огюст Пиккар . При конструировании и расчёте батискафа Пиккар использовал свой личный опыт конструирования и эксплуатации стратостата. Дело в том, что для решения некоторых своих исследовательских задач он решил подняться на воздушном шаре в стратосферу. Для этого он сконструировал и в 1930 году построил на средства Национального научно-исследовательского фонда Бельгии стратостат с герметичной гондолой и подъёмным баллоном, наполняемым гелием. На этом стратостате Пиккар в 1931 году поднялся в стратосферу и достиг высоты 15781 метра, а в 1932 году стратостат унёс своего конструктора на высоту 16201 метр. Если говорить о рекордах высоты, то после Пиккара, в 1933 году стратостат «СССР», которым управляли профессор Э.Бирнбаум и пилоты Г.Прокофьев и К.Годунов, поднялся на высоту 18500 метров, а годом позже стратостат «Осоавиахим» достиг высоты 22 километра. К сожалению, этот полёт закончился трагично – произошла авария, и пилоты стратостата П.Федосеенко, И.Усыскин и А.Васенко погибли.

Пиккар первым понял, что вертикальные перемещения стратостата и батискафа подчинены одной общей закономерности. При спуске и подъёме тот и другой испытывают воздействие изменяющегося наружного давления. Стратостат движется в атмосфере благодаря баллону, наполненному лёгким газом. Значит, и батискаф должен иметь баллон, своего рода поплавок, наполненный веществом более лёгким, чем морская вода. Агрегатное состояние вещества для поплавка должно быть таким же, как и окружающая среда, то есть жидкостью. В качестве наполнителя поплавка был избран бензин. При изменении давления окружающая морская вода и бензин будут сжиматься или расширяться практически в одинаковой степени, и оболочка баллона (поплавка) не будет деформироваться, так как будет испытывать одинаковое давление с обеих сторон.

Гондола стратостата лёгкая, с тонкими стенками, так как изменение давления с высотой подъёма незначительно: даже при самом высоком подъёме оно будет менее одной атмосферы. Условия работы батискафа совершенно иные: его гондола на большой глубине подвергнется воздействию давления воды в несколько тысяч атмосфер. Отсюда требования к прочности её стенок.

Таким образом, батискаф, как и стратостат, состоит из двух основных частей: баллона (поплавка), наполненного бензином, и соединённый с ним сферической гондолы из прочной стали. В этой стальной сфере, где воздух имеет нормальное атмосферное давление, размещается экипаж. Для погружения батискафа из баллона выпускается часть бензина. Во избежание удара о дно, акванавты сбрасывают часть балласта, который представляет собой стальную дробь. Для горизонтального перемещения служит небольшой гребной винт, приводимый в действие электромотором. Чтобы всплыть, нужно снова сбросить балласт. Батискаф оснащается необходимым оборудованием для систем жизнеобеспечения и управления, а также приборами для проведения подводных исследований. Разумеется, соотношения масс и объёмов стальной сферы, деталей управления, балласта, бензина в баллоне и так далее строго рассчитываются для обеспечения вертикального маневрирования и надёжного всплытия батискафа.

Первая опытная модель батискафа FRNS-2 была построена в 1950 году и принадлежала французским военно-морским силам. Аббревиатура FRNS в переводе означает «Национальный фонд научных изысканий». Опытная модель батискафа FRNS-2 , изготовленная в натуральную величину, испытывалась без экипажа. Затем были построены батискафы FRNS-3 и «Триест» . Все три батискафа имели гондолу одинаковой конструкции. Стальная гондола, иными словами, кабина батискафа имела внутренний диаметр в два метра. В ней удобно располагаются два человека, которым не нужно сидеть согнувшись в три погибели в позе эмбрионов в материнском чреве. Толщина литой стенки равна 9 см, а в районе расположения иллюминаторов увеличена до 15 см. Согласно расчёту, такая гондола может выдержать давление столба воды высотой 16 километров. Батискаф с такой гондолой может опускаться на дно в любой точке Мирового океана: глубины более 12 км в океане нет. Корпус поплавка и стенки бензиновых баков изготовлены из листовой стали, они не рассчитаны на высокое давление: морская вода свободно проходит через отверстие в дне, уравновешивая давление внутри и снаружи поплавка. Опасность смешивания воды и бензина отпадает, так как бензин легче воды и всегда остаётся над водой в верхней части поплавка. Вместо хрупкого стекла для иллюминаторов батискафа применяется совершенно прозрачный полированный плексиглас. Вес гондолы с оборудованием в воздухе составляет 11 тонн, в воде – примерно наполовину меньше и может быть уравновешен 15 кубометрами бензина. Но с учётом собственного веса оболочки поплавка и стенок бензиновых баков, а также необходимого запаса бензина для вертикального маневрирования и на случай утечки, в поплавки батискафов FRNS-2 и FRNS-3 заправляли по 30 кубометров бензина, а в поплавки «Триеста» – свыше 100 кубометров. К поплавкам прикреплялись по два прожектора для освещения подводного ландшафта.

Батискаф «Триест» был сконструирован Огюстом Пиккаром с учётом собственного опыта при проектировании батискафа FRNS-2. Активную помощь в постройке «Триеста» оказал его сын, Жак Пиккар. Батискаф «Триест» был спущен на воду в августе 1953 года. В период 1953–1957 гг. состоялось несколько погружений в Средиземном море. Основным пилотом при этом был Жак Пиккар, а первые погружения он совершил вместе со своим отцом, которому тогда уже исполнилось 69 лет. Так, в 1953 году они вместе погрузились в Средиземном море на рекордную для того времени глубину 3150 метров.

Год спустя на батискафе FRNS-3 французские офицеры Жорж Уо и Пьер Вильм опустились в Средиземном море на глубину более 4 тысяч метров. Завоевание глубины началось.

В 1958 году батискаф «Триест» был куплен военно-морскими силами США, а затем конструктивно доработан в Германии на заводе Круппа. В основном доработка заключалась в изготовлении более прочной гондолы. В течение 1958–1960 гг. основным пилотом батискафа «Триест» оставался Жак Пиккар, к тому времени уже ставший профессором и получивший большой опыт глубоководных погружений. И вот в самом начале 1960 года Жак Пиккар решил своё очередное, 65-е, погружение совершить в самом глубоком месте Мирового океана – в Марианской впадине.

В 1959 году в районе острова Гуэм, вблизи самого глубокого места Марианского жёлоба, работало советское научно-исследовательское судно «Витязь», эхолоты которого зафиксировали глубину 11022 метра. Именно сюда направилась глубоководная экспедиция Жака Пиккара в составе вспомогательных судов «Люис» и «Уонденкс». Последний буксировал за собой батискаф «Триест» . После того, как место нахождения одиннадцатикилометровой глубины было с максимально возможной точностью определено, началось погружение. 23 января 1960 года в 8 часов 23 минуты «Триест» стартовал на дно Марианского желоба. Вместе с Жаком Пиккаром в гондоле батискафа находился лейтенант ВМС США Дон Уолш. Оба акванавта понимали ясно степень риска, которому они подвергаются. Они знали, что к моменту достижения дна суммарное давление воды на стенки гондолы составит 170 тысяч тонн. Под воздействием этой чудовищной нагрузки диаметр стальной сферы уменьшится на 3,7 миллиметра. А если появится хотя бы небольшая трещина, то под давлением 1100 атмосфер внутрь гондолы ударит струя, разрушительная сила которой превзойдёт силу пулемётной очереди. К счастью, всё прошло благополучно, хотя и не без шероховатостей. На глубине около четырёх километров перестал работать ультразвуковой передатчик, обеспечивавший связь с кораблём, но вскоре связь заработала снова. На восьмом километре глубины лопнуло окно в соединительном тамбуре, но это не представляло опасности. Как эти неприятности перенесли Жак и Дон – легко догадаться. В час дня Д.Уолш доложил, что «Триест» опустился на дно. Это было ровное плотное дно Марианского жёлоба. Достигнутая глубина оказалась равной 10919 метрам. Этот рекорд никогда не будет побит, потому что в каком-то новом рекорде никакого смысла нет, ведь предельная глубина океана всего на 103 метра больше. Погружение «Триеста» заняло 5 часов, подъём – около 3 часов, время пребывания на дне составило около 20 минут. На глубине около 11 километров акванавты успели увидеть небольшую рыбу, похожую на камбалу, а также креветку.

Среди других погружений «Триеста» , частично модернизированного, отметим его погружения в Атлантическом океане в апреле 1963 года для поиска пропавшей атомной подводной лодки ВМС США «Трешер» (USS Tresher SSN-593). Осенью 1963 года батискаф «Триест» был разобран.

После реконструкции этот батискаф получил название «Триест-II» . Эта модификация имела более прочную гондолу наружным диаметром 2,16 м, с толщиной стенок 127 мм, весом 13 тонн в воздухе и 8 тонн – в воде. Полезной конструктивной доработкой батискафа была установка внутренних килей в корпусе поплавка и наружного стабилизатора. Сделано это было с целью предупреждения возникновения бортовой качки или её снижения – ведь течения и волны в океане существуют, как известно, не только в верхних слоях воды, но и в глубине.

«Триест-II» в 1964 году также совершил несколько погружений в поисках подводной лодки «Трешер», но они были безуспешными.

Глубоководный аппарат другой модели сконструировали французские военные инженеры Жорж Уо и Пьер Вильм. В 1962 году их трёхместный батискаф «Архимед» со смешанным французско-японским экипажем опустился на дно Идзу-Боннинского желоба у берегов Японии на глубину 9180 метров. В 1964 году с помощью этого батискафа французские специалисты исследовали в Атлантическом океане дно одного из глубочайших желобов Пуэрто-Рико, опустившись на глубину 8550 м.

С помощью глубоководных аппаратов исследователи разных стран имели возможность увидеть собственными глазами морское дно и его обитателей в самых глубоких местах Мирового океана типа Марианского или Пуэрториканского желобов. Это было тем более важно, что до середины ХХ века многие учёные подвергали сомнению возможность какой-либо жизни на глубине более 7 тысяч метров, где царит полная темнота и вечный холод. Например, на дне Марианской впадины, на глубине около 11 км, куда в январе 1960 года опускались Жак Пиккар и Дон Уолш, температура воды, зафиксированная забортным термометром, составляла всего 3,4°С.

Всё это так. Но, с другой стороны, глубины океана в 10–11 км – это всё же скорее исключение, чем правило. Площадь океанского ложа с такой глубиной составляет очень незначительную часть общей площади океанского дна. Наибольшую площадь занимают участки океанского ложа глубиной до 4–6 км, а глубина шельфа ещё значительно меньше. Для решения большинства научных задач океанологии совсем нет необходимости опускаться в самые глубокие точки океана. Аппараты, предназначенные для работы на предельных глубинах (10–12 км), требуют очень больших материальных и денежных затрат на всех этапах жизненного цикла: при проектировании, изготовлении, испытаниях и эксплуатации. Такие затраты оцениваются многими сотнями миллионов долларов. Разумеется, глубоководные аппараты должны соответствовать самым высоким требованиям надёжности. Для работы на глубине до 4–6 километров спроектированы и построены менее дорогостоящие и вполне надёжные аппараты. Для погружения на такую глубину баллон-поплавок может отсутствовать, а гондола, испытывающая меньшие нагрузки, изготовляется из менее прочного материала и имеет увеличенные размеры, создающие лучшие условия для работы экипажа.

В 1965 году американский конструктор Э.Венк построил батискаф «Алюминаут» для работ на глубинах до 4500 метров. Этот батискаф не имеет поплавка, а изготовленный из алюминиевого сплава корпус рассчитан на троих гидронавтов, для работы и отдыха которых созданы оптимальные условия: откидные койки, приборы отопления и другие. Экипаж может работать на батискафе непрерывно в течение суток.

В том же (1965) году был построен батискаф «Алвин» , названный так по имени конструктора, американского океанографа Аллена Вайне. Аппарат рассчитан для работы на глубине до 1800-2000 метров. Экипаж в составе трёх человек может находиться на борту аппарата целые сутки. С помощью аппарата «Алвин» («ALVIN» ) был выполнен ряд успешных гидрологических и биологических исследований. Расскажем об одном из таких исследований.

В 1977 году американские геологи и геохимики проводили обследование участка дна Тихого океана недалеко от берегов Эквадора. В том районе находятся отроги Тихоокеанского подводного хребта. Выходя из океана, они поднимаются над водой в виде вулканических Галапагосских островов. На «Алвине» были установлены приборы, которые непрерывно регистрируют температуру забортной воды и позволяют брать её пробы для последующего анализа. Имелось также оборудование в виде механической руки для забора образцов донного грунта и неподвижных животных. Среди безжизненных пространств океанского дна, покрытых застывшими натёками лавы, среди горных ущелий, заваленных огромными камнями, наблюдатели увидели широкое белое кольцо диаметром около 50 метров, потом ещё несколько таких же колец диаметром от 50 до 100 метров. Кольца эти оказались живыми: их составляли тысячи крупных моллюсков с толстыми белыми раковинами. Раковины некоторых двустворчатых моллюсков достигали 30–40 см в длину. Здесь же шевелились белые крабы и какие-то другие ракообразные. Вокруг этих колец плавали рыбы. Когда «Алвин» зависал над центром колец, наружный термометр показывал температуру воды до 22°С. Вода в небольшом окружающем пространстве нагревалась до такой температуры гидротермальными источниками, бившими через щели из-под океанского дна. Глубоководные обитатели океана непривычны к тёплой воде. Поэтому они располагались на определённом удалении от мест выхода горячих струй, образуя кольца вокруг трещин в океанском дне. Температура воды, в которой находились эти существа, не превышала 3–4 градусов. Погружения «Алвина» привели сразу к нескольким открытиям. Во-первых, выявлено наличие гидротермальных источников в этом районе океанского дна, обеспечивающих здесь условия для существования разнообразных животных, большинство из которых, по заключению зоологов, раньше науке не были известны. Во-вторых, был открыт источник и способ питания этих животных на большой глубине (2000–3000 метров). Оказалось, что пищей для моллюсков и червей вблизи этих подводных термальных источников служат серобактерии, которые синтезируются из поступающих из недр Земли углекислоты и сероводорода. Моллюски и черви, в свою очередь, являются пищей для рыб и крабов.

Начиная с 1960-х годов в России, США, Канаде, Японии, Германии, Франции и других странах сконструированы и построены сотни подводных аппаратов для выполнения различных работ в пределах шельфа. Расчётная глубина погружения таких аппаратов различна: от 200 до 2000 метров.

Что касается аппаратов, способных погружаться на предельные глубины Мирового океана, то в настоящее время во всём мире их насчитывается не более десятка.

В заключение темы о глубоководных аппаратах научного назначения отдельно отметим российский научно-исследовательский комплекс под названием «Мир» .

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"