Мировой океан, который занимает около 70,8 процента площади земной поверхности, до сих пор изучен лишь на два процента. В его исследовании ученым помогают глубоководные аппараты, к которым относится и батискаф. Что это за аппарат, как его изобрели и как он помог в изучении глубин морей и океанов — в материале «Ленты.ру».
Что такое батискаф
Батискаф (bathyscaphe, от греч. βαθύς — «глубокий» и σκάφος — «судно») — самоходный подводный аппарат для исследований на больших глубинах в морях, океанах и озерах. Он способен вертикально опускаться и подниматься: этому способствует балласт, который на глубине сбрасывается. Отличительная особенность этих аппаратов — их конструкция, позволяющая выдерживать экстремальное давление воды на больших глубинах.
Фото: AP
Конструкция батискафа
Первые батискафы состояли из двух элементов: гондолы (где размещались оборудование и экипаж) и поплавка для воздушных и бензиновых цистерн. Аппарат двигался с помощью гребных винтов, приводимых в движение электромоторами.
Гондола изготавливалась из прочной стали, в ней поддерживалось нормальное атмосферное давление, при котором можно было комфортно работать на больших глубинах, а при подъеме избежать декомпрессионной болезни.
Внутреннее обустройство глубоководного обитаемого аппарата "Мир-2. Фото: Николай Рютин / РИА Новости
Цистерны поплавка были наполнены воздухом и бензином, которые легче воды. Это позволяло батискафу держаться на поверхности. Для погружения клапаны воздушных баков открывали, и в них поступала вода. Чем больше баки наполнялись водой, тем глубже погружался батискаф.
Для погружения на значительные глубины батискаф оборудовали дополнительными конусообразными контейнерами, которые заполняли тяжелым металлическим балластом. Вес балласта мог достигать 16 тонн.
При необходимости всплытия этот балласт сбрасывали. В случае аварии и отключения электропитания аппарат все равно мог всплыть, так как магнитные замки на контейнерах с балластом автоматически разблокировались.
Для чего использовали батискафы
Фото: Ronsmith / Shutterstock / Fotodom
Батискафы помогали ученым в решении многих задач:
- изучение морского дна и глубинных обитателей;
- историко-археологические исследования: с помощью батискафов находили и исследовали затонувшие суда, летательные аппараты, изучали артефакты древних цивилизаций;
- картографирование дна Мирового океана;
- разведочные работы по освоению природных ресурсов;
- монтаж глубоководного оборудования, обследование бурильных платформ;
- подготовительные работы по обеспечению прокладки трубопроводов, подводных кабельных линий.
Батискафы использовались до 1980-х годов, затем на смену им пришли более современные аппараты
История аппаратов для глубоководных погружений
Приспособления для долговременного погружения под воду появились в XVl веке — варианты «воздушных колоколов» создавали из кожи, дерева, металла. Они позволяли находиться под водой до 40 минут.
В дальнейшем конструкции совершенствовались. Их разработкой занимались британский астроном и геофизик Эдмунд Галлей, французский инженер и физик Шарль Огюстен де Кулон, английский инженер Джон Смитон.
Во французской рукописи XIII века рассказывается, как полководец Александр Македонский примерно в 330 году до нашей эры спускался на дно моря в стеклянном колоколе, покрытом ослиными шкурами, для наблюдения за морскими обитателями
В XlX веке продолжали разрабатываться устройства для выполнения исследований и работ на большой глубине. Так, в 1878 году британский предприниматель Генри Флюсс изобрел аппарат для глубоководного погружения с замкнутой системой дыхания, где использовался кислород. Усовершенствованные аппараты Флюсса были взяты на вооружение службами британского ВМФ. Они использовались в том числе и для спасательных работ во время Первой и Второй мировых войн.
В 1872-1876 годы состоялась первая большая экспедиция, положившая начало развитию наук, изучающих Мировой океан, — океанографии и океанологии. В течение нескольких лет ученые на борту корвета «Челленджер» изучали свойства воды океана, подводные течения, рельеф морского дна (в том числе были проведены измерения глубины Марианской впадины). Были найдены и описаны 4417 новых видов организмов. В честь этой экспедиции была названа самая глубокая точка поверхности Земли — Бездна Челленджера, находящаяся в Марианской впадине.
Глубоководные аппараты в XX веке
Несмотря на то что в начале XX века подводные аппараты уже использовались в научных и военных целях, они не подходили для долговременных глубоководных погружений.
Так, подводные лодки могли погружаться на глубину не более 200-300 метров: ниже опускаться было невозможно, так как на экстремальной глубине нельзя использовать сжатый воздух, а именно он вытесняет воду из балластных цистерн при всплытии.
Перед конструкторами стояла задача создать аппарат, который будет выдерживать экстремальное давление толщи воды на большой глубине.
составляет максимальная глубина, на которой человек с аквалангом может выдержать давление воды
В 1925 году натуралист Уильям Биб предложил идею, а затем вместе с инженером Отисом Бартоном сконструировал подводный аппарат (батисферу), который позволял людям погружаться в глубины океана и проводить наблюдения.
Корпус батисферы был изготовлен из литой стали и оснащен окнами из толстого закаленного стекла. Опускался и поднимался аппарат благодаря тросу. В 1934 году исследователи смогли опуститься в батисфере на глубину 900 метров.
Otis Barton, who descent 3,028 feet in Beebe's bathysphere in 1934 off Bermuda, gets some final instruction from Dr. Maurice Nelles before being sealed into the bell of the University of Southern California Benthoscope at Long Beach, Calif.. Фото: AP
Создание первого батискафа
Изобретение первого батискафа связано с именем конструктора Огюста Пиккара, работавшего ранее над созданием дирижаблей и стратостатов. Конструкцию воздухоплавательных аппаратов — это гондола и баллон с гелием — Пиккар переосмыслил для использования под водой.
Для гондолы батискафа вместо легкого алюминия использовалась прочная сталь, способная выдержать давление воды. А вместо огромного баллона, наполненного гелием, — поплавок с бензином. Бензин легче воды, поэтому обеспечивал батискафу положительную плавучесть. Кроме того, бензин, как и другие жидкости, практически не подвержен сжатию, в отличие от воздуха, и на него не влияет давление толщи воды.
Батискаф — единственное средство, позволяющее человеку проводить непосредственные наблюдения на больших глубинах
Первый батискаф Огюста Пиккара, названный FNRS 2 (имя FNRS-1 носил первый в мире стратостат с герметичной гондолой, тоже созданный по проекту Пиккара), совершил первое погружение в 1948 году под управлением самого Пиккара. Аппарат достиг небольшой глубины — всего 25 метров. Во время второго, беспилотного, погружения батискаф достиг отметки 1380 метров. В процессе испытаний поплавок аппарата получил значительные повреждения и нуждался в реконструкции.
The bathyscape, in which Professor Auguste Piccard hopes to dive two and a half miles into the ocean, is lowered into water off African coast Oct. 31, 1948, as crewmen of mother ship. S. S. Scaldis looks on. The deep sea expedition is now off Cape Verde Islands. (AP Photo.Paris Soir). Фото: Paris Soir / AP
Позже судно было существенно перестроено и значительно улучшено, его переименовали в FNRS 3, и оно успешно выполнило серию спусков, достигнув глубины 4000 метров в феврале 1954 года.
Батискаф «Триест»
Важной вехой в истории батискафа стало создание Огюстом Пиккаром и его сыном Жаком аппарата «Триест» в 1953 году. «Триест» смог во время погружений достигнуть глубины 3150 метров.
Батискаф был выкуплен ВМФ США и усовершенствован для того, чтоб выдержать погружение на глубину 11000 метров
Самое знаменитое погружение — на дно Марианской впадины, в Бездну Челленджера, батискаф Триест совершил 23 января 1960 года: Жак Пиккар в сопровождении лейтенанта ВМС США Дона Уолша опустились на рекордную глубину 10 916 метров в Марианской впадине в Тихом океане. На самом дне батискаф пробыл 20 минут, а общее время погружения заняло 8 часов 25 минут.
С «Триеста» мы наблюдали живую рыбу на глубине 11 тысяч метров, где давление равно 1156 килограммам на квадратный сантиметр
Jacques Piccard, wearing life jacket at right center, assists his father, Prof. Auguste Piccard, wearing beret, center, out of turret of their steel diving boat, the bathyscafe Trieste, near the island of Ponza in Italy on Sept. 30, 1953. The two scientists descended in their craft to a record 10,339 feet below the surface of the Tyrrenhian Sea. They are assisted by seamen from an Italian corvette which acted as their escort. They described the depths as a grave-like calm and Stygian blackness broken only by ghostly flickers of phosphorescence hinting at unknown forms of life. (AP Photo/Walter Attenni). Фото: Walter Atteni / AP
Батискаф «Архимед»
За несколько лет до легендарного погружения «Триеста» в Бездну Челленджера, в 1957 году во Франции при участии Жоржа Уо и Пьера Вильма начались разработки батискафа под названием «B11000». Он предназначался для погружения на дно Марианской впадины, но «Триест» его опередил.
«Архимед» — так в итоге был назван этот батискаф — отличался усовершенствованной конструкцией:
- гондола была утоплена в поплавок, что уменьшило его габариты;
- оснащен захватным устройством («механической рукой»);
- маршевый движитель с электроприводом обеспечивал увеличенную подводную скорость перемещения;
- вмещал 4,5 тонны оборудования.
«Архимед» в музее. Фото: Raimond Spekking / Wikipedia
Современные аналоги батискафов
В комментарии «Ленте.ру» ученый-океанолог, профессор Анатолий Сагалевич рассказал, когда закончился век батискафов. По его словам, в начале 1960-х годов в США был изобретен твердый глубоководный плавучий материал синтактик (синтактическая пена — газонаполненный легкий пластик), и конструкторы смогли отказаться от громоздкого поплавка с бензином. Тогда на смену батискафам пришли ГОА (глубоководные обитаемые аппараты).
Сейчас для изучения океана используются три типа глубоководных аппаратов.
Во-первых, это глубоководные обитаемые аппараты (ГОА), компактные и маневренные.
ГОА «Мир» участвовали в подводных съемках затонувшего парохода «Титаник»
Идея создания аппаратов «Мир» принадлежала ученым-океанологам Игорю Михальцеву и Анатолию Сагалевичу. В создании аппаратов (их строили в Финляндии на фирме «Раума Репола») принимал участие финский инженер-механик и гидравлик Саули Руохонен. Создание ГОА «Мир-1» и «Мир-2», которые могли опускаться на рабочую глубину 6000 метров, заняло 2,5 года.
Спуск на воду батискафа "Си-Эксплорер. Фото: Алексей Никольский / РИА Новости
Во-вторых, это дистанционно управляемые аппараты (ROV — Remote operated vehicle, по-русски ТНПА — телеуправляемые необитаемые подводные аппараты). Они управляются операторами — люди находятся на поверхности воды. Используются для научных исследований, обследования затонувших кораблей и подводных конструкций.
И еще это автономные необитаемые подводные аппараты (AUV — autonomous underwater vehicle), которые способны работать без прямого управления человеком. Используются в изучении обитателей морского дна, его рельефа, состава морской воды.
Президент РФ Владимир Путин неоднократно совершал погружения с помощью глубоководных аппаратов:
- В 2009 году он совершил четырехчасовое погружение на дно озера Байкал в аппарате «Мир-1» на глубину более 1395 метров.
- В 2013 году на подводном аппарате «Си-эксплорер-5» Путин совершил спуск на дно Финского залива к затонувшему фрегату «Олег».
- В 2015 году в Черном море опустился в батискафе на глубину 80 метров к затонувшему галеону X-Xl века.
- В 2019 году погрузился на дно Финского залива на глубину около 50 метров на аппарате «Си Эксплорер-3».