Дорогами подводных открытий

Подводные корабли науки

Научно-исследовательские подводные лодки, отличающиеся от своих военных прародителей формой, конструкцией, возможностями и сферой применения, имеют много общих с ними механизмов и свойств. Поэтому, оценивая технические характеристики, придающие подводному судну качества исследовательского корабля, обратимся сначала к обычной (не атомной) подводной лодке.

В действительности она представляет собой ныряющую лодку, поскольку большую часть времени находится на поверхности моря и способна погружаться только на ограниченный срок. Поэтому при создании подводных лодок приходится учитывать не только условия подводного плавания, но и считаться с требованиями плавания в надводном положении. Ее форма, заимствованная от надводного корабля, обеспечивает ей остойчивость над водой. Лодка снабжена мостиком для визуальной навигации, двумя гребными винтами, двигателями внутреннего сгорания и обычным оборудованием для судовождения и связи. После погружения водоизмещение подводной лодки возрастает, и по условиям работы она становится больше похожей на самолет или дирижабль, чем на надводный корабль. «Оторвавшись» от поверхности моря, она движется в трех измерениях, и ее остойчивость и сохранение заданной глубины требуют постоянного внимания, Всплытие и погружение ее имеют много общего со взлетом и посадкой самолета. Носовые и кормовые горизонтальные рули при изменении глубины играют такую же роль, как рули высоты. И в том и другом случаях механические повреждения могут повлечь за собой последствия более тяжелые, чем при движении по земле или воде.

Работа под водой для нас, привыкших жить, двигаться и общаться в земной атмосфере, требует отрешения от многих навыков и представлений. Различия в химическом составе, плотности, сжимаемости и электропроводности воздуха и воды так велики, что предъявляют совершенно различные требования к устройству и оборудованию самолетов и подводных кораблей. Как только волны сомкнулись над лодкой, она вступает в новый и непривычный мир. Слегка увеличившееся давление на уши свидетельствует, что все отверстия герметически закрыты, и при достаточном удалении от поверхности воды всякое ощущение движения как бы утрачивается.

Плавание лодки напоминает полет самолета в тумане, с той разницей, что обеспечивающие подводный ход гребные электромоторы почти не производят шума. Обычный контакт с внешним миром теряется, и навигация, и маневрирование становятся «слепыми» и выполняются при помощи остроумных приспособлений, специально изобретенных для подводных лодок.

Подводная лодка перемещается в среде, почти в 800 раз более плотной, чем воздух. Давление воды растет с глубиной, и поэтому прочному корпусу лодки придается форма удлиненного эллипсоида, чтобы стальные пластины корпуса, благодаря своей кривизне, могли легче противостоять этому давлению.

При движении лодка с помощью горизонтальных рулей удерживает глубину и, таким образом, находится в состоянии динамического равновесия. Под водой лодка в отличие от надводного корабля не испытывает качки, но ее равновесие неустойчиво — она может удерживаться на глубине и в правильном положении только при определенной весовой нагрузке и строго зафиксированном ее распределении. Положительная плавучесть, необходимая для всплытия, осуществляется с помощью главных балластных цистерн, расположенных снаружи прочного корпуса, между ним и тонкой наружной обшивкой — легким корпусом. Эти цистерны продуваются сжатым воздухом, выгоняющим воду через находящиеся в их нижней части отверстия — кингстоны, а заполняются для погружения посредством открытия клапанов вентиляции вверху цистерн. Так как давление внутри цистерн главного балласта все время равно внешнему, они не требуют конструктивного усиления. Другая, совершенно независимая система уравновешивания подлодки и регулировки ее дифферента[5] состоит из носовой и кормовой дифферентных цистерн и уравнительной цистерны в средней части. Уравнительная служит для поддержания нейтральной (нулевой) плавучести, изменяющейся по мере расходования горючего и других запасов.

Для управления лодкой идеальной была бы нейтральная плавучесть, но соблюсти это требование довольно трудно, так как и объем вытесняемой лодкой воды и ее плотность меняются с глубиной погружения. Как подводная лодка, так и вода сжимаемы и занимают на больших глубинах меньший объем. Кроме того, на плавучести сказывается и температура воды, изменяющаяся с глубиной.

Разница в температуре по вертикали, или, как говорят физики, температурный градиент[6], для устойчивого равновесия лодки должна превышать примерно 0,05 градуса на метр глубины. Подобные градиенты часто встречаются на глубинах, меньших 100 метров, и в таких участках, получивших название «жидкий грунт», «термоклин» или слой скачка, подводная лодка может застыть в воде с неработающим двигателем.

Опасность может возникнуть и при горизонтальном температурном градиенте, когда лодка с ходу из холодной воды попадает в теплую и, следовательно, менее плотную массу, что приводит к мгновенному возрастанию погружающей силы. Температурный скачок в 7–8 градусов для подводной лодки большого водоизмещения даст возрастание погружающей силы на несколько тонн, и абсолютно исправная и герметичная подводная лодка может камнем пойти ко дну. Такой же эффект могут вызвать и так называемые внутренние волны, о которых мы скажем ниже. Кто знает, может быть, в этом и состоит причина гибели «Трешера» — американской атомной подлодки, затонувшей в Гольфстриме?

И еще одна особенность — плотность воды возрастает с соленостью. Это может оказаться опасным для подводной лодки, движущейся, скажем, к речному устью: если внимательно не наблюдать за глубиномером, лодка может внезапно оказаться на дне.

Много причин влияет на плавучесть, и поэтому лодки снабжаются не только указателями глубины, но и самопишущими термометрами, а иногда также и измерителями солености.

На управлении лодкой по глубине может сказаться и циркуляция вод в океане, вызванная совместным действием ветра (поверхностные слои передают напряжение подстилающим) и разностями температуры и плотности. Механизм этой циркуляции сводится к следующей схеме. Когда поверхность воды охлаждается при соприкосновении с холодным воздухом или в ре зультате испарения (отбирающего тепло) или же когда из-за испарения или замерзания увеличивается соленость, то увеличивается и плотность воды. Если эти процессы достаточно интенсивны, то воды в поверхностном слое становятся тяжелее, чем подстилающие, и опускаются. Относительно более легкие воды поднимаются на их место, и, таким образом, возникает вертикальная циркуляция. Едва заметные изменения температуры и солености могут вызвать перепады давления, которые приводят в вертикальное и горизонтальное движение целые океаны.

Уже говорилось, что подводную лодку точнее было бы назвать ныряющей, поскольку под водой она может передвигаться ровно столько, насколько хватает энергии аккумуляторных батарей. В подводном положении работа двигателя внутреннего сгорания невозможна: он сразу «съест» весь запас кислорода, и экипажу станет нечем дышать. Правда, с появлением на лодках (пока — военных) атомных двигателей все изменилось. Теперь время движения под водой — не проблема.

Проблемой до сих пор остается скорость. Современная аккумуляторная лодка может давать 15 узлов (это около 28 километров в час) подводного хода, и то на короткое время. На какие только ухищрения не идут инженеры и конструкторы, но скорость растет медленно, в то время как в авиации за недолгий сравнительно срок достигнут колоссальный рост скоростей.

Интересно отметить, что одна из помех движению надводного судна отсутствует у подводных лодок — это поверхностная волна, расходящаяся при движении от каждого борта. На создание двух таких волн уходит большая часть (до нескольких сотен лошадиных сил) общей мощности судна, а это, конечно, не проходит бесследно: скорость заметно снижается. А вот лодке такие потери не угрожают: если ей придана хорошо обтекаемая форма, то при той же мощности она может двигаться в подводном положении быстрее, чем в надводном.

Наконец, связь. Для нее вода как физическая среда создает ряд специфических трудностей. Даже в самой прозрачной океанической воде (она имеет зелено-голубой цвет) можно увидеть предмет на расстоянии всего в несколько десятков метров. Применение радио и, стало быть, радиолокации чрезвычайно ограниченно из-за непроницаемости воды для электромагнитных волн. Ведутся работы по применению для подводного обнаружения и связи квантовых генераторов (лазеров), но они еще не вышли из стадии эксперимента.

Остается звук. Пока это единственно надежное средство для передачи информации под водой, хотя и тут есть свои трудности. Во всяком случае, экипаж подводной лодки принимает решения и действует при гораздо меньшем объеме информации, чем, например, экипаж самолета.

Скорость звука в воде близка к 1500 метров в секунду. Это много ниже скорости распространения электромагнитных волн, так что сведения об удаленных событиях заметно запаздывают. Кроме того, звуковая волна в воде по сравнению с волной в воздухе характеризуется высокими давлениями и малыми смещениями. Это совершенно меняет характер микрофонов и излучателей, заставляя применять магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи. Звук весьма слабо передается через поверхность раздела вода — воздух, в другую среду переходит ничтожная часть падающей волны. Следовательно, поверхность моря является почти идеальным отражателем звуковых волн.

В толще воды, и особенно вблизи поверхности моря, есть множество мелких пузырьков. Обычно они возникают вследствие волнения и других причин, но влияние, которое они оказывают на распространение звука, далеко не пропорционально малому объему, который они занимают. Если, например, один пузырек диаметром 1 миллиметр приходится в среднем на 1 кубический метр воды, то это для глубины около 10 метров уменьшает скорость распространения в 4,5 раза. Причина этого — отличная от воды сжимаемость пузырьков, искажающая акустическую характеристику среды.

Пузырьки, планктон, рыбы действуют как рассеивающие центры для энергии, сконцентрированной в каком-либо ограниченном звуковом пучке. Океан содержит большое количество такого рассеивающего материала, а некоторые рыбы и ракообразные сами производят звуки. Все это создает большие помехи для получения точной информации под водой с помощью звука.

Главным фактором, искажающим подводную картину, «видимую» при помощи акустики, является искривление (рефракция) звуковых лучей. Ведь вода в океане только на первый взгляд кажется однородной средой. На самом же деле ее температура, соленость, плотность не везде одинаковы, естественно поэтому, что коэффициент преломления постоянно меняется, меняется и скорость звука. Особенно сильно влияют на распространение звуковых волн температурные условия на первой сотне метров под уровнем моря, наиболее зависимой от времени года, времени дня, облачности, скорости ветра и прочих метеорологических факторов. Здесь температурные скачки могут быть настолько резкими, что целые участки моря оказываются почти непроницаемыми для звуковых сигналов.

Итак, если учесть, что все перечисленные отрицательные факторы проявляют себя в море, которое ограничено сверху колеблющейся отражающей поверхностью, а снизу — неправильным по форме и непостоянным по условиям отражения дном, приходится, пожалуй, удивляться самой возможности эффективного использования акустических средств. Грубой аналогией из области оптики явились бы условия видимости в помещении, ограниченном колеблющимися зеркалами и наполненном клубами пара и светящимися точками. Однако основательное изучение свойств моря и кропотливая разработка и усовершенствование оборудования привели к созданию гидроакустической аппаратуры, которая удовлетворяет наиболее насущным нуждам подводного плавания и позволяет осуществлять шумопеленгование, гидролокацию и подводную связь.

Шумопеленгование, как показывает название, представляет собой прием шумов, приходящих к подводной лодке от каких-либо звучащих объектов, и определение направления (пеленга) на них.

Гидролокация сродни радиолокации. Излучатель с подлодки посылает в воду короткий звуковой импульс. Затем производится автоматическое переключение на приемное устройство, и излучатель превращается в гидрофон, способный принять эхо. Типичный гидролокационный излучатель представляет собой «акустический прожектор». Он может изменять направление относительно курса лодки, а иногда и наклон посылаемого звукового пучка. Расстояние до обнаруженного объекта вычисляется по времени пробега посланного импульса.

Таковы в главных чертах устройство и действие любой подводной лодки. Для возникновения сегодняшней флотилии научно-исследовательских подводных судов не потребовалось революционных технических изобретений или ломки прежних понятий, как это случилось при покорении космоса.

Подводное кораблестроение сложилось как самостоятельная отрасль судостроения еще на рубеже XIX и XX столетий. Но почему же научно-исследовательские подводные лодки строятся и спускаются на воду только сейчас? Такой вопрос может возникнуть у многих так же, как он волновал меня в 1957 году во время работы над проектом переоборудования боевой подводной лодки в «Северянку». Смонтировать иллюминаторы, установить вместо вооружения научную аппаратуру — эти задачи для судостроителей не представили бы особых затруднений, если бы их пришлось решать и раньше. Но таких задач до последнего времени никто и не ставил.

Очевидно, главные причины массового появления научно-исследовательских подлодок следует искать не в прогрессе техники, который, несомненно, в таких случаях всегда играет способствующую роль, а в изменившемся отношении человечества к океану и его потенциальным возможностям. На развитие океанологии и других морских наук, куда в первую очередь входят исследования, направленные на развитие рыболовства, стали выделяться более крупные средства. Растущее внимание к океану заставило по-новому посмотреть и на подводную лодку — с точки зрения ее пригодности для науки.

К сегодняшнему дню число подводных судов науки, по-видимому, уже превысило 150, если относить сюда и подлодки, которые, как обычно указывают в рекламных проспектах фирмы-изготовители, строятся и могут использоваться не только для научных, но и для производственных и туристских целей — в зависимости от спроса. Примером могут служить построенные западногерманской фирмой «Сильвестр» двухместные лодочки с рабочей глубиной погружения 35 метров. Первая партия из 15 таких лодок была изготовлена еще в июне 1964 года, следующая партия, около 20 штук, была поставлена во Францию и Италию.

Исследовательские подлодки более маневренны, чем боевые. Некоторые из них имеют вертикальный мотор для зависания подобно вертолету, другие для улучшения поворотливости снабжены добавочным носовым или кормовым винтом, иногда в так называемой поворотной насадке. Характерно, что блюдцеобразные лодки, отдаленно напоминающие своей формой донных рыб, например камбал, обладают хорошей маневренностью в горизонтальной плоскости, а лодки, поперечное сечение которых подобно сечению тела рыб, обитающих в толще воды, хорошо маневрируют по вертикали.

Большинство используемых сейчас для научных целей лодок имеет малую скорость, незначительную дальность плавания и рассчитано на умеренные глубины. С одной стороны, малая скорость — это достоинство. Именно медленное движение, граничащее с остановками, создает наилучшие условия для поиска объектов, их рассматривания, уменьшает влияние подлодки как источника механических колебаний на окружающую среду, экономит энергию аккумуляторной батареи и, следовательно, позволяет дольше оставаться под водой. Но, с другой стороны, при небольшой скорости лодка хуже управляется, она не может противостоять течению, быстро переходить из одной точки наблюдения в другую или перемещаться. Удерживать движущийся объект (например, буксируемый прибор или рыболовный трал) в поле видимости или слышимости для такой лодки — задача невыполнимая. А если нужно быстро измерить температуру или соленость вдоль какого-то направления, то есть, говоря иначе, выполнить температурный разрез? Или обследовать заданный район в минимальный срок? Идеальным было бы сочетание малой скорости (1–2 узла) с высокой (10–15 и более узлов), но как этого добиться? Высокая скорость, да еще поддерживаемая в течение длительного времени, требует мощного и крупного источника энергии, то есть громадных аккумуляторных батарей. Установка же громоздкой и тяжелой батареи потребует увеличения водоизмещения. Получается круг, из которого трудно вырваться: заданная скорость хода и дальность плавания лодки повлияют на водоизмещение еще при проектировании, а водоизмещение зависит, оказывается, и от глубины погружения. Схема здесь такая: чем глубже, тем прочнее и толще должен быть водонепроницаемый корпус, тем тяжелее лодка, но и тем больше ее объем, обеспечивающий необходимую плавучесть.

Сегодня экономическая подводная скорость (то есть скорость хода, при которой расход энергии на одну милю пути наименьший, а дальность плавания наибольшая) не превышает 2–4 узлов. А подводная дальность непрерывного плавания исчисляется в среднем несколькими десятками миль. Особняком стоят большие подлодки, такие, как «Северянка» или «Бен Франклин». Они способны проходить под водой сотни миль. Однако если малым ходом лодка может идти под водой десятки часов, то дать самый полный ход она может лишь на какой-то час. Но и этого достаточно, чтобы израсходовать энергоресурсы аккумуляторной батареи полностью. Зарядку аккумуляторов делают с помощью дизель-генератора обеспечивающей плавбазы или в порту. Большие лодки способны эту процедуру выполнять и самостоятельно своим дизелем. Тем же самым, который позволяет над водой плыть на десятки тысяч миль.

Около 30 процентов всех исследовательских лодок способно погружаться не глубже 30–50 метров, достичь 100-метрового рубежа могут 66 процентов лодок, в том числе и глубоководные, рассчитанные на километровые глубины; на 300 метрах могут работать 37 процентов лодок, на 600 — 23, на 1000 — 14, на 2000 — 6, на 6000 — 2 процента; на 11000 метров рассчитана одна подводная лодка — «Архимед», принадлежащая Франции. Установивший рекорд глубины «Триест-1» переделан в «Триест-2» с меньшей глубиной погружения. Любопытно, что лодки редко погружаются до предела своих возможностей. Американская «Дип Куэст» за два года лишь дважды побывала на рабочей глубине. По-видимому, достижение глубины — это не всегда главное. Зачем, скажем, подлодке, занятой изучением волнения моря с помощью направленного вверх эхолота, погружаться слишком глубоко? Даже в шторм достаточно погрузиться на несколько десятков метров и избавиться от мешающего влияния волнения. Главное — это выполнение научной программы.

Зрительное наблюдение на подводных лодках ведут через иллюминаторы или оптические трубы. Есть лодки с замкнутой телевизионной системой[7], иногда она заменяет иллюминаторы. Почти все лодки имеют наружные светильники для улучшения условий видимости и для обеспечения фото- или киносъемки.

Как известно, условия видимости под водой зависят от освещенности (естественной или искусственной) и прозрачности морской воды. На ее величину влияет количество взвесей, находящихся в море. Поэтому при удалении от берега обычно прозрачность морской воды увеличивается.

По сообщению Жака Пикара, гидронавты, совершавшие в 1969 году дрейф на лодке «Бен Франклин» в струе Гольфстрима, встретили водную массу, прозрачность которой была около 100 метров, то есть превышала традиционную «сверхпрозрачность» Саргассова моря, достигающую 66 метров.

Привыкший к темноте человеческий глаз может определить проникновение дневного света до глубины 800 метров. Его полное исчезновение, регистрируемое чувствительной фотопластинкой, происходит на глубинах, превышающих 1500 метров. И все равно, в морской воде нет такой прозрачности, как в космическом пространстве или хотя бы в атмосфере. Искусственный спутник с высоты 36 000 километров «видит» около 30 процентов поверхности нашей планеты, а с высоты, допустим, 200 километров площадь обзора уменьшается до 3 процентов; в поле зрения наблюдателя, находящегося на вершине Останкинской башни (534 метра), попадает 0,00002 процента поверхности Земли. А в поле зрения подводного наблюдателя попадает совсем уж ничтожный процент площади дна даже при редкой прозрачности 60 метров. При угле обзора направленного вниз иллюминатора 60 градусов и хорошей освещенности диаметр «высматриваемого» круга немногим превысит 50 метров. Это значит, что в отличие от привычных земных условий километр как мера длины под водой должен быть заменен метром.

Многие подлодки снабжены манипуляторами (механическими руками) для сбора образцов и выполнения рабочих операций. Оператор управляет манипуляторами, наблюдая через иллюминаторы или с помощью телевидения. Манипуляторы снабжаются сменным рабочим инструментом: захватом, черпаком, буром или стаканом для взятия проб грунта. Часть лодок можно назвать «однорукими», они имеют по одному манипулятору. На других — два и даже четыре. Из них два верхних нужны для выполнения рабочих операций, а два нижних — для закрепления лодки у дна. Пока еще подводные манипуляторы далеки от совершенства, в основном из-за того, что трудно удержать подлодку неподвижно над объектом работ. Оператору требуются минуты для выполнения действий, которые по обстановке иногда должны выполняться за секунды. Нужна большая ловкость и осторожность, особенно если хочешь поймать живое существо, даже такое сравнительно малоподвижное, как омар или краб.

28 августа 1963 года командиру американской научно-исследовательской подводной лодки «Триест-2» Кичу потребовалось 15 минут, чтобы захватить манипулятором кусок медного трубопровода погибшей подлодки «Трешер», весивший 4,5 килограмма. Пилот «Элвина» Рэйни сообщает, что также около 15 минут уходит на взятие с помощью манипулятора колонки грунта длиной 45 и диаметром 5,75 сантиметра. Эта манипуляция состояла из выбора удобного места у дна в поле зрения иллюминатора, извлечения грунтовой трубки из рамы, внедрения трубки в осадочный слой, извлечения из грунта и установки в раму. Рэйни считает, что на суше эта работа могла бы быть выполнена любым рабочим и заняла бы около минуты. Проблему составляет пока и навигация малой подводной лодки. Основные средства навигации здесь — компас, эхолот и лаг. Сложность состоит в том, что невозможно применить обычные для мореплавания ориентиры и способы определения места — по небесным светилам, маякам, знакам или радиомаякам. Малой подлодке легко «заблудиться» из-за неточного знания курса и скорости, времени, затрачиваемого на обход препятствий при плавании у дна, и главное — из-за сноса течениями.

Поэтому такая подводная лодка все время держит гидроакустический контакт с обеспечивающим надводным судном, снабженным, как правило, средствами точного кораблевождения.

На больших лодках можно установить инерциальную навигационную систему. Несмотря на то что принцип действия этой системы чрезвычайно прост, ее создание потребовало привлечения самых последних достижений в области гироскопических приборов, механики, вакуумной и вычислительной техники.

Представим себе, что нам точно известно исходное место движения подводной лодки. Переход от состояния покоя или равномерного прямолинейного движения к движению с другой скоростью невозможен без ускорений. Ускорения можно точно замерить с помощью инерциальных датчиков (акселерометров) на основе второго закона механики. По ускорениям можно рассчитать скорости и, следовательно, пройденное расстояние. Все эти операции автоматически выполняет сложный и пока относительно громоздкий комплекс аппаратуры, который и называется инерциальной системой.

Ее главное преимущество — в полной независимости от внешних источников навигационной информации. Значит, подводная лодка, определив перед погружением свое место, например радионавигационным способом или с помощью навигационных спутников Земли, может плавать довольно продолжительное время, не всплывая. При этом разница между счислимым (расчетным) и фактическим местом увеличивается незначительно. Например, во время трансполярного перехода атомной подводной лодки «Наутилус» (1958 год) ошибка в расчетном месте достигла 10 миль после прохождения подо льдами расстояния, равного 1830 милям (ошибка чуть более 0,5 процента).

Другой вид современной навигационной аппаратуры — гидроакустические, иначе доплеровские лаги. Входящая в состав лага электронно-вычислительная машина вычисляет по скорости величину пройденного расстояния относительно дна. Таким образом — и это очень важно — учитываются влияние течений и боковые перемещения. Принцип действия лага основан на эффекте Доплера[8]: скорость подводной лодки измеряется по разности частот гидроакустических сигналов, излучаемых четырьмя преобразователями под углом 80 градусов к вертикали, и их отражений от морского дна. Гидроакустические лаги дают ошибки при определении малых скоростей (до 2 узлов). А это как раз находится в диапазоне экономической скорости большинства научно-исследовательских подводных лодок.

Малые лодки доставляются обычно в район исследований на борту надводной обеспечивающей плавбазы или на буксире. Когда искали водородную бомбу у берегов Испании, малые лодки перебрасывали на транспортных самолетах, а потом перегружали на борт надводного судна. Ограниченный запас энергии и плохие мореходные качества для плавания на поверхности заставляют малую лодку полностью зависеть от обеспечивающего судна-носителя. Причем спуск подлодки на воду и подъем с воды в штиль при наличии спуско-подъемного устройства не представляют трудности. Но уже при небольшом волнении перегрузочная операция перерастает в спасательную. Плавбаза должна подойти к раскачивающейся и заливаемой волнами лодке, закрепить подъемный трос, бережно поднять лодку, аккуратно поставить в гнездо на неустойчивой палубе и транспортировать к следующей точке погружения. На малых лодках численность экипажа невелика, а длительность одного погружения не превышает нескольких часов.

Естественно, что так называемой обитаемости на таких лодках большого значения не придается. Исследователи-гидронавты либо сидят как в малолитражном автомобиле, либо лежат на амортизирующих матрасах, приблизившись лицом к иллюминатору. Углекислый газ удаляется химпоглотителем, кислород из баллонов подается в атмосферу лодки через определенное время. Проблемы питания и санитарии сведены к минимуму.

Другое дело — большие подводные лодки, способные находиться под водой неделями. Тогда обитаемость становится в один ряд с оснащением научной аппаратурой и другими техническими характеристиками. Она превращается в одно из важнейших качеств исследовательской подводной лодки, поскольку прямо влияет на работоспособность экипажа. В идеале человек в герметичном корпусе лодки должен иметь возможность нормально дышать, принимать пищу, выполнять ту или иную работу и отдыхать, то есть делать все то, что он обычно делает на суше. Если квалифицировать деятельность гидронавта под водой как обычную работу в необычных условиях, то для ее нормального выполнения нужно всемерно снижать необычность окружающей обстановки. Здесь и создание нужного микроклимата, и поддержание неизменного газового состава воздуха, и снижение шумности, и рациональная организация труда, отдыха, питания и даже медицинского обслуживания. Для исследовательской подлодки с атомным источником энергии появляется еще один, пожалуй, самый важный фактор — безопасная радиационная обстановка в отсеках.

Тема эта очень обширна, и поэтому останавливаться подробно на каждом факторе невозможно. На больших лодках в этом смысле сделано многое, начиная от индивидуальных спальных мест и горячего четырехразового питания до надежной биологической защиты. Так, во время наших плаваний на «Северянке» каждый член научной группы «базировался» на свою подвесную койку в носовом отсеке. Чтобы компенсировать недостаток солнечного света, корабельный врач производил периодическое облучение каждого члена экипажа кварцевыми лампами. Но были и свои «но». Во время плавания в северных широтах температура в носовом отсеке падала до 8 градусов. Приходилось и работать и спать в меховой одежде. В научном посту «Северянки» была организована двух-, а реже трехсменная вахта у иллюминаторов и приборов (соответственно по три или по два научных сотрудника в каждой смене в зависимости от программы наблюдений). И хотя во время длительных экспедиционных походов (25–30 суток) самочувствие и работоспособность исследователей были хорошими, двухсменная вахта все-таки изнуряла. Чтобы наблюдения шли непрерывно, была отработана взаимозаменяемость. Члены научной группы овладели «смежными» профессиями.

Кстати, об этом говорит и X. Свердруп, делясь опытом плавания на «Наутилусе». Правда, там четырехчасовая вахта в две смены была установлена не для научных сотрудников (их было всего трое), а для экипажа. «Это трудное испытание команды. При четырехчасовой вахте никогда не удается спать больше трех часов подряд, и если даже за сутки получается достаточный период отдыха, то все же от этого устаешь, ходишь с красными глазами и мечтаешь о продолжительном непрерывном ночном сне». Между прочим, «Наутилус» все время находился только в надводном положении. При погружениях нагрузка (особенно психическая) на одного члена экипажа, учитывая, что команда была неукомплектована, должна была бы значительно возрасти.

Погружение может быть нормальным или обычным, когда лодка спокойно перемещается в нужный горизонт глубины и скорость погружения не имеет решающего значения. При срочном погружении нужно «нырнуть» с наивозможнейшей быстротой. Третья разновидность — погружение с заданной скоростью. Например, американская исследовательская подводная лодка «Элвин» во время обычного погружения 23 августа 1965 года достигла глубины 870 метров за 93 минуты. Она шла со средней скоростью 9 метров в минуту. Всплывала быстрее — около 13 метров в минуту. Нет сомнения в том, что и погружение и всплытие могли бы быть совершены быстрее или медленнее, но это не диктовалось обстановкой. По-видимому, эта скорость устраивала исследователей, производивших наблюдения в толще воды.

Рекордное погружение «Триеста» 23 января 1960 года на глубину 10 919 метров заняло 4 часа 43 минуты, причем до глубины 7800 метров подлодка шла вниз со скоростью 0,9 метра в секунду, затем скорость уменьшилась до 0,6 метра в секунду и после глубины 9000 метров — до 0,3. В самом начале погружение было очень медленным: 100 метров за 10 минут. Затем лодка остановилась, встретив слой холодной воды. Для дальнейшего погружения пришлось «утяжелиться», выпустив немного бензина[9]. Еще через 10 минут следующий слой холодной воды снова задержал погружение. Была выпущена еще одна порция бензина. Затем через 5 минут последовала остановка на глубине 130 метров и еще через 7 минут на глубине 160 метров. Жак Пикар, совершавший свое 65-е погружение, впервые наблюдал такой «саморегулирующийся» спуск. Глубже 200 метров температура воды стала равномернее, и погружение пошло без остановок. Наоборот, здесь начало сказываться сжатие бензина, и скорость погружения все нарастала — пришлось время от времени сбрасывать твердый балласт (при погружении на каждые 915 метров «Триест» сбрасывает около тонны балласта). Эта мера позволила снизить скорость погружения перед посадкой на грунт до 0,15 метра в секунду и уменьшить силу возможного удара о дно.

Что такое срочное погружение, я узнал на «Северянке». 12 января 1959 года лодка находилась в Северной Атлантике у Фарерских островов в надводном положении. Работали оба дизеля, шла зарядка аккумуляторной батареи. В этот момент вахтенный научный сотрудник ихтиолог Б. С. Соловьев с помощью эхолота обнаружил плотное скопление рыбы. На эхограмме обозначилось большое темно-коричневое «крыло». Верхняя граница обнаруженной рыбы — на глубине 110 метров. До этого мы наблюдали в иллюминаторы только отдельные, рассеянные в толще воды экземпляры атлантическо-скандинавской сельди, и упускать случай было нельзя.

Нужно срочно было нырять в косяк, но до конца рассчитанного режима зарядки оставалось десять минут, и командир лодки В. П. Шаповалов попросил у меня, начальника экспедиции, немного повременить. Договорились на том, что лодка будет ходить над косяком пока не кончится зарядка. Включили гидролокатор и ультразвуковым лучом «зацепились» за рыбу. Но вот все готово. По команде «срочное погружение» старший трюмный поворачивает рычаг, в верхней части каждой цистерны открываются клапаны вентиляции — отверстия, через которые стравливается воздух. Вода заполняет цистерны, лодка быстро «набирает вес» и уходит на глубину. В отличие от обычного погружения для создания отрицательной плавучести вода принимается и в так называемую цистерну быстрого погружения, которая перед достижением заданной глубины продувается.

Мы ныряем в косяк на глубину 120 метров с расчетом вонзиться в его вершину, граница которой по-прежнему на 110 метрах. Общая высота косяка 40–50 метров. Гидроакустик докладывает, что наша цель — прямо по носу. Наклонившись вперед форштевнем, лодка стремительно скользит вдоль луча гидролокатора. Светильники выключены, чтобы не напугать рыбу. У каждого иллюминатора — по два наблюдателя.

Глубина 120 метров. Одновременно включаем все светильники, чтобы застать рыбу врасплох. Но за иллюминаторами — ничего, если не считать мелькающих золотистых точек планктона. А эхолот свидетельствует, что косяк ниже лодки примерно на 10 метров. Выключаем свет, погружаемся глубже. Косяк опять ниже нас. Ныряем еще раз, и снова преследование не в нашу пользу. Добыча не подпускает к себе. Один только раз, что называется краем глаза, усмотрели внизу и в стороне от лодки стайку в 10–12 сельдей, быстро и согласованно проплывшую параллельным курсом.

И хотя никто не засекал время, можно утверждать, что срочное погружение на глубину 120 метров длилось десятки секунд, во всяком случае не больше минуты. Если принять эту цифру, то величина вертикальной составляющей скорости подводной лодки будет примерно равна 2 метрам в секунду.

Погружение с заданной скоростью необходимо, чтобы проследить какое-либо явление, например, суточное вертикальное перемещение (миграцию) морских организмов. Такое погружение, как и обычное, может прерываться остановками (парением) на разных уровнях. Чтобы так погружаться, нужно обладать большим искусством управления лодкой, особенно в верхних слоях воды, где бывают резкие скачки плотности.

Всплытие подлодки опять-таки может быть нормальным и срочным (аварийным). Всплытие с заданной скоростью, аналогично погружению, маневр более трудный. Уже известная нам лодка «Элвин» всплыла с глубины 852 метров за 63 минуты, то есть со средней скоростью 0,23 метра в секунду. «Триест» после получасового пребывания на глубине 10 919 метров шел к поверхности со все возрастающей скоростью (за счет расширения объема бензина в балластной цистерне). Всплытие началось со скоростью полметра в секунду, на глубине 6000 метров она выросла до 0,9 метра в секунду, а на 3000 метров достигла полутора метров.

Время подъема с глубины 600 метров японской научно-исследовательской подводной лодки «Сникай» занимает 7 минут 15 секунд. Это около полутора метров в секунду.

Срочное, или аварийное, всплытие может совершаться подводной лодкой в экстренном случае, когда произошла авария или нужно вырваться из чащи водорослей, из придонного ила (а может быть, из щупалец гигантского кальмара). В этом случае цель одна: быстрее достичь поверхности, и тогда пускаются в ход все предназначенные для этого средства.

На американском «Алюминауте», например, продуваются сжатым воздухом цистерны водяного балласта, сбрасывается твердый маневровый балласт (до 540 килограммов) и отделяется балластный брусок весом полторы тонны, составляющий часть киля. «Элвин» для быстрого создания положительной плавучести может даже освобождаться от аккумуляторных батарей и манипулятора, расположенных вне прочного корпуса. Научно-исследовательские лодки, построенные сравнительно недавно, например японская «Синкай», имеют систему автоматического всплытия, которая без вмешательства людей срабатывает, если лодка «провалилась» на предельную глубину.

На «Синкае» для спасения экипажа смонтирована отделяемая с помощью пиропатронов спасательная капсула. На «Элвине» таким же манером отделяется и всплывает вся носовая часть, куда входит и сферический прочный корпус с экипажем.

Некоторые лодки имеют систему стабилизации глубины без хода. Таким устройством была снабжена, в частности, и наша «Северянка». Стабилизатор глубины, реагируя на изменение весовой плотности воды, автоматически принимал или откачивал воду из уравнительной цистерны и удерживал лодку на заданном горизонте с точностью до одного метра. О втором способе зависания лодки мы уже упоминали — это использование вертикальных движителей. Такое устройство превращает лодку в своеобразный «подводный вертолет». Третий способ — постановка лодки на якорь. Четвертый — закрепление, вернее, подвешивание лодки к бую снизу на тросе. Именно на таком тросе висела подлодка «Триест» во время гидроакустических измерений, требующих точного удержания на глубине.

Есть еще один способ, он пришел под воду из воздухоплавания. Это использование гайдропа — сравнительно небольшого по длине толстого каната или смычки якорной цепи, опускаемых вниз вблизи грунта. Ложась на грунт своей нижней частью, гайдроп «облегчает» лодку, уравнивает ее вес с силой поддержания и, таким образом, стабилизирует по глубине на каком-то расстоянии от грунта.

Для изучения придонных зон и самого дна подлодка в тех случаях, когда это допустимо по техническим и другим параметрам, может лечь на грунт. Это ответственный и сложный маневр.

Распространено представление, что подлодка ложится на грунт всем корпусом. На самом деле это случается только в аварийных ситуациях. В остальных — нормальных — условиях лодку сажают на грунт так, чтобы корма с винтами была приподнята — в любую минуту лодка должна иметь возможность сняться с грунта. Посадка на грунт чревата многими неожиданностями, и поэтому требует осмотрительности и большого искусства. Вертикальные движители упрощают выполнение маневра, но, конечно, не освобождают от осторожности, особенно на заключительном этапе.

Осторожность требуется потому, что командиру исследовательского судна приходится совершать этот маневр, не имея, как правило, полного представления о характере грунта и полагаясь лишь на показания приборов, в первую очередь эхолота.

Конечно, приборы — необходимые помощники исследователя. Но под водой, особенно вблизи дна, исследователю хочется видеть все самому, своими глазами. Для этого подводные исследовательские суда и снабжаются иллюминаторами. Эффективные же наблюдения через иллюминаторы возможны только в прозрачной воде, а она встречается далеко не всегда. Обычно считается, что чем дальше от берега, тем чище, прозрачнее вода. Однако в Северной Атлантике «Северянка», находясь в сотне миль от берегов, не раз попадала в зоны пониженной видимости, вызванной бурным цветением хризомонадовых и диатомовых водорослей.

При посадке на грунт лодка, коснувшись дна, может поднять массу ила. И если течение слабое или его нет совсем, наблюдатель долго не увидит в иллюминатор ничего, кроме густой плотной мути. Даже некоторые измерения в таких случаях придется отложить. Надолго? Чтобы взвешенные в воде частички снова осели, может потребоваться длительное время, иногда — шутка сказать — даже годы. На мелководье, где частички осадочного материала крупнее, «пылевое облако» рассеется быстрее.

Когда есть течение, лодка заходит на посадку против течения — так, чтобы частички мути уносились по ходу движения. А где течения нет, пытались применять химические вещества, способствующие экспрессному осаждению осадка. Способ, прямо скажем, неэффективный и, кроме того, искажающий химическую и биологическую картину для наблюдений.

Французский подводный исследователь Жак Ив Кусто рассказывает, что когда подлодка «ФНРС-3» при погружении в подводный каньон коснулась вертикальной стенки и вызвала оползание осадка, образовалось мутное облако, которое быстро охватило все видимое пространство. Исследователи пересекли каньон, пытаясь выйти на чистую воду. Они двигались 1 час 40 минут, а облако не рассеивалось. Наблюдать и фотографировать в таких условиях было невозможно, и гидронавты решили всплыть.

О глубоководных и донных течениях мы знаем очень мало. Однако точно установлено, что течения есть на любой из известных глубин. Как правило, их скорости не превышают долей узла, но известны и колоссальные величины — свыше 10 узлов. Они возникают в узких проливах и на мелководье во время приливов и отливов. Скорость течений и их направление даже в пределах данного столба воды могут широко колебаться. Это значит, что природные гидродинамические силы, действующие на погружающуюся или всплывающую подводную лодку, также будут переменными.

Эти силы действуют и на лодку, севшую на грунт. Поэтому конструкторам пришлось поломать голову и снабдить лодку различными устройствами — от вертикальных движителей и гайдропа до установки на нижнюю часть корпуса амортизирующих приспособлений. Так, подлодка «Алюминаут» для «мягкой» посадки на грунт снабжена авиационными пневматическими шинами с широкими протекторами (два колеса в носу и одно в корме). Эти колеса также поддерживают носовую часть лодки при движении, и по достаточно плоским и твердым участкам дна она может ехать как автомобиль.

Некоторые научно-исследовательские подводные лодки способны выпускать и принимать обратно водолазов с помощью шлюзовых устройств. Для этого служат два отсека, которые при надобности изолируются друг от друга. В «сухом» (изобарическом) отсеке всегда поддерживается обычное, то есть атмосферное, давление. В «мокром» (гипербарическом) отсеке может создаться давление, равное забортному. В нем готовят водолазов к условиям глубины, отсюда их выпускают за борт, сюда же они возвращаются и проходят декомпрессию.

В сказочном городке Диснейленде близ Лос-Анджелеса в миниатюрных подводных лодках катают детей и взрослых. Для туристских прогулок была спущена на воду на Женевском озере подводная лодка «Огюст Пикар».

Конечно, пребывание на научно-исследовательском подводном судне — не увеселительная прогулка. Тут надо работать, а условия для работы и нелегкие и непривычные. Но в нынешнее время, когда подводные лодки технически совершенны, жизнь подводников, как показывает практика, течет спокойно, без всяких неожиданностей и приключений.

С точки зрения технической факторы опасности сведены к минимуму, и поэтому человек с нормальной психикой о ней не думает. Тогда работа становится тем, чем она должна быть фактически. Обращаясь снова к «Северянке», я вспоминаю, как менялось настроение участников плавания от рейса к рейсу, как угасали ноты праздничного волнения, смешанные с тревожным чувством неизвестности предстоящего. Если в репортажах и отчетах о первой экспедиции мелькали слова «тяжелые условия», «свершения», «достижения» и им подобные, то затем все упростилось и внешне, и внутренне. Очередное плавание воспринималось как очередное звено в длительной цепи неотложных исследований. Волнение праздника сменяла бодрая энергия предстоящей работы. Изменялась психология людей, их собственное отношение к себе. Погрузиться под воду, достичь каких-то пределов, чувствовать себя не гостем, а хозяином подлодки, спокойно и буднично выполнять то, что вчера было пределом — это всякий раз становилось лишь порогом, за которым лежал непочатый край новых дел…

Подводные лодки строятся с большой степенью надежности, из очень прочных материалов, подвергаются многократным проверкам.

Так, при строительстве современной подлодки производится более 50 тысяч испытаний. Ее просвечивают рентгеном, зондируют ультразвуком, воздействуют на нее химикалиями и, наконец, подвергают давлению водой. На лодках устанавливают детекторы неисправностей. Эти приборы включают аварийную сигнализацию или систему всплытия, которая «выносит» подводное судно на поверхность немедленно, если оно погружается ниже заданного безопасного уровня.

В 1964–1965 годах на лодке, носящей имя Огюста Пикара, было совершено 1100 погружений и перевезено 32 000 туристов без единого инцидента.

Однако происшествия с подводными лодками, в том числе и трагические, все-таки случались. Как нам известно, затонули две гражданские лодки «Тигерхай» и «Элвин». О втором случае широко говорилось в печати. Это произошло 16 октября 1968 года в Атлантике. Лодка готовилась к погружению, в задачу которого входила проверка состояния глубоководного акустического буя. Во время спуска «Элвин» с обеспечивающего судна «Лулу» соскользнули два троса спускового устройства. Подлодка с открытым люком полетела в воду. Члены экипажа — их было трое — успели выбраться наружу. Лодка быстро наполнилась водой, удерживающие тросы оборвались, и через 90 секунд она затонула к юго-западу от мыса Кейпд-Код на 1540 метрах. Корабли обеспечения «Госнолд» и «Лулу» тут же произвели обследование морского дня эхолотами. Точкой отсчета был обследуемый буй, координаты уточнили по искусственному спутнику Земли. Точное знание места помогло быстро найти «Элвин». 31 августа 1969 года ее извлекли из воды.

Туристская подлодка-малютка «Тигерхай» унесла на дно Люцернской бухты двух членов экипажа и тайну своей гибели.

Итак, один трагический случай на сотню гражданских подводных судов за несколько лет. Много или мало? Конечно, их не должно быть совсем. Но вот рядом статистика торгового флота. В 1967 году в 95 странах мира имелось 26,5 тысячи судов (водоизмещением более 300 тонн), а в том же году их погибло 260, то есть почти один процент. Если еще учесть и суда с меньшим водоизмещением, то число и процент затонувших возрастут. Так что в гражданском подводном флоте в этом смысле дела обстоят более благополучно, чем в надводном.

Я не говорю об авариях и поломках, которые не связаны с жертвами и которые, к сожалению, пока происходят чаще.

Был такой эпизод и в первом рейсе «Северянки» — для членов научной группы период подводной акклиматизации в ту пору еще не кончился.

Мы шли на глубине сто метров, когда снаружи в районе первого отсека раздался оглушительный взрыв, потрясший восьмидесятиметровое стальное тело подводного корабля. Набатом зазвенели сигнальные колокола, а из репродукторов корабельной трансляции прозвучало: «Аварийная тревога! Осмотреться в отсеках!» Расшвыривая встречающиеся на пути предметы и позеленевших от страха «паучников», матросы в одно мгновение вытащили из укрытий аварийный инструмент, приготовили спасательные легководолазные костюмы. Было слышно, как в центральном посту завыли, заработали водяные насосы.

Первой мыслью находившихся в носовом отсеке было: «Наскочили на мину!» Осмотрели отсек — все в порядке, вроде не тонем, поступлений воды и видимых повреждений нет. Доложили в центральный пост. Через несколько минут был дан отбой тревоги, но окончательно всякие подозрения исчезли лишь после всплытия.

При наружном осмотре лодки обнаружили, что лопнула лампа одного из верхних светильников. Это ее толстая стеклянная колба с такой силой разорвалась на глубине, заставив нас поволноваться. Однако происшествие подобного рода было у нас единственным, и мы не раз имели повод поблагодарить и конструкторов, и судостроителей, сработавших «Северянку» добротно и надежно.

А вот еще одна заурядная, в принципе, аварийная ситуация, но интересная тем, что «выпутаться» из нее удалось с помощью другой подводной лодки. В октябре 1969 года американская «Дип Куэст» во время подводного эксперимента запуталась левым движителем в нейлоновом тросе. Продувать цистерны сжатым воздухом было нельзя. Возникшего запаса положительной плавучести с избытком хватило бы на то, чтобы лодка всплыла на поверхность, подняв установленные на дне научные приборы со всей арматурой. Но при этом возникала опасность поломать движитель. Глубина была большой, но все-таки досягаемой для водолазов в гелиево-кислородном снаряжении. Однако приняли другое решение. На ближайший причал автоприцепом была доставлена малая исследовательская подводная лодка «Нектон». Ее спустили на воду и прибуксировали в район операции. Погрузившись, «Нектон» сразу же с помощью водолазного ножа, закрепленного на клешне манипулятора, освободила «Дип Куэст».