Открывая тайны океана

Океан – акустическое королевство кривых зеркал

Именно так назвал океан наш виднейший гидроакустик академик Л. М. Бреховских в одной из своих статей. И в этом метком определении заложен глубокий смысл. Вспомним, во-первых, что только звуковые волны в отличие от любых электромагнитных колебаний могут распространяться в океане на большие расстояния. Даже всесжигающий мощный луч оптического лазера в водной среде способен пройти всего лишь сотни метров. Но почему королевство кривых зеркал? Дело в том, что искривление направления распространения звуковых колебаний в водной среде связано с ее неоднородностью. Мы уже познакомились ранее с различными видами неоднородностей в океане. Океан – это слоеный пирог, где каждый слой характеризуется своей температурой, плотностью и соленостью, следовательно, и скорость распространения звука в каждом слое будет различной.

Искривления траектории распространения звуковой волны в океане объясняются общим законом природы: волны в любых средах уходят из зон с повышенной скоростью распространения и стремятся в зоны с меньшей скоростью.

Именно действием этого всеобщего закона объясняется возникновение такого природного явления, как подводный звуковой канал (ПЗК), открытый в 1946 г. советскими и американскими учеными независимо друг от друга. Оказалось, что звуковые колебания способны распространяться в океане на расстояния более 11 000 миль от одного континента до другого, пересекая океаны.

В 1951 г. советские ученые Л. М. Бреховских (ныне академик), доктор технических наук Л. Д. Розенберг, Б. Н. Карлов и Н. И. Сигачев были удостоены за это открытие Государственной премии СССР 1-й степени.

ПЗК возникает тогда, когда скорость звука с глубиной сперва уменьшается, а затем по ряду причин снова возрастает. Только в этом случае звуковые волны не достигают дна, где при отражении рассеиваются, а движутся как бы в определенном канале с минимальной потерей энергии. (Отражение звуковых колебаний от поверхности воды не влияет на дальность их распространения, так как происходит без потерь звуковой энергии.)

Обычно рост скорости звука с глубиной вызван уменьшением сжимаемости воды. Правда, одновременно растет плотность воды, что вызывает уменьшение скорости (она обратно пропорциональна корню квадратному из произведения сжимаемости среды на ее плотность). ПЗК и возникает именно тогда, когда с глубиной влияние уменьшения сжимаемости превысит воздействие роста плотности.

Оказалось, что ПЗК существует в любом море и океане, в районах, где глубины достаточно велики. Правда, ось ПЗК (слой воды, где скорость звука минимальна) находится на различных глубинах. В Арктике она поднята к поверхности, в центральной Атлантике – погружена на глубину более 1000 м. Возможен и двухосевой ПЗК. Это значит, что в данном районе океана имеются два слоя, где скорость звука минимальна.

Академик Л. М. Бреховских считает, что возможности ПЗК далеко еще не использованы. В настоящее время ученые думают применить его для создания системы акустической томографии (в переводе с латинского – «послойного описания») океана, позволяющей осуществлять непрерывное наблюдение за состоянием водных масс и их движением сразу на огромных акваториях океана (площадью до 1 млн. км²). Акустическая томография океана, позволяющая контролировать процессы в толще океана, будет весьма удачно дополнять космическую систему наблюдения океана. Последняя использует электромагнитные волны различных диапазонов, которые дают нужную информацию с поверхности океана, но не проникают в толщу вод.

Известно также, что в космосе из-за вакуума звуковые волны не распространяются, но зато там прекрасные условия для электромагнитных волн. Поэтому исследователи, изучающие Землю из космоса, используют электромагнитные волны, а океанологи исследуют океан с помощью акустических волн. И вот возникает любопытнейшая научная идея: а что если создать специальные преобразователи электромагнитных волн в акустические? Ведь тогда с помощью космонавтов или автоматических орбитальных спутников мы бы смогли достаточно точно прощупывать не только атмосферу, но и глубины океана.

Современная акустика океана – это передовые рубежи океанологии. С ее возможностями познакомимся на одном характерном примере. Широкое использование акустических эхолотов привело к нередкой регистрации «дна-призрака». В этих случаях регистраторы эхолотов отмечали дно на глубине 400–600 м, а при опускании обычного лота-груза на тросе глубина в этих местах оказывалась равной нескольким километрам.

Более тщательное наблюдение за «дном-призраком» выявило, что оно меняет свое положение: утром опускается на глубину, а вечером поднимается к поверхности воды. Ясно было, что эхолот отмечал какой-то перемещающийся объект, видимо, относящийся к живой природе.

После проведения отловов в этих перемещающихся слоях ученые обнаружили там скопления зоопланктона.

Этим дело полностью не прояснилось. Акустики рассчитали, что фактическая концентрация в океане зоопланктона не могла вызвать наблюдаемый звукорассеивающий эффект. Они предложили гидробиологам поискать более крупные объекты. И эти объекты были найдены – ими оказались небольшие рыбы и ракообразные длиной до 10–12 см.

Тогда ученые выдвинули новую гипотезу: причиной появления «дна-призрака» явилось рассеивание звуковых колебаний плавательными пузырями рыб. Физики давно уже знали, что небольшие газовые полости являются акустическими резонаторами, которые сильно рассеивают звуковые колебания определенной для каждой полости частоты. Значит, если частота звука, излучаемая эхолотом, была близка к резонансной частоте плавательных пузырей, то последние начинали резонировать и создавать сильное рассеянное поле.

Оказалось, что даже одна-две рыбки в объеме 1000 м³уже дают эффект рассеяния, близкий к фактически наблюдаемому в океане. Дальнейшие углубленные исследования показали, что рассеивающий эффект возникает и от рыб, и от скоплений зоопланктона. Только последний дает значительный эффект при более высоких излучаемых акустическими приборами частотах.

Значит, звукорассеивающий слой («дно-призрак») состоит из совокупности мелких рыб, зоопланктона и некоторых других представителей океанской фауны.

Ученые разобрались и с причиной вертикальных перемещений этого слоя. С наступлением ночи зоопланктон поднимается вверх, чтобы кормиться и поедать фитопланктон, находящийся только в поверхностных слоях. Рыбы, естественно, следуют за зоопланктоном, так как это уже их пища.

Утром зоопланктон опускается в глубины, где ниже температура воды, и все процессы жизнедеятельности замедляются. Так мудрая природа осуществляет экономию энергии в живых системах. То же можно сказать и по поводу рыбок – второй составляющей содержимого звукорассеивающего слоя.

Гидроакустики нашли практическое применение этому эффекту звукорассеивания. Оказалось, что анализ частот звуковых колебаний, рассеиваемых на том или ином конкретном слое «дна-призрака», позволяет определить качественный состав биоты звукорассеивающего слоя. Такой способ более эффективен, чем простой отлов. Во-первых, такие измерения можно делать на ходу судна. Во-вторых, эффективность траления обычно мала – до 90 % рыбы из данного слоя воды может избежать попадания в трал. И конечно, не нужны затраты времени и усилий на траления, необходимо только обеспечить работу излучателя.

Ясно одно – применение гидроакустики для нужд гидробиологии, а затем и в чисто практических целях будет возрастать. Ведь биологические объекты звукорассеивающего слоя – это пища для более крупных рыб. Значит, появляется возможность оценивать наличие и вид кормовой базы для рыбных стад.

Изучение акустики океана потребовало создания соответствующих технических средств – специально приспособленнных для этого судов. Первыми советскими НИС, хорошо оснащенными акустической техникой, были «Сергей Вавилов» и «Петр Лебедев», принадлежавшие Акустическому институту АН СССР и названные в честь видных советского и русского физиков. Эти корабли науки были созданы путем переоборудования сухогрузных судов финской постройки водоизмещением 4600 т. Разработка проекта и переоборудование явились результатом настойчивых усилий ученых лаборатории акустических методов исследования океана Акустического института АН СССР и Отдела морских экспедиционных работ АН СССР.

Каждое судно имело пять лабораторий: гидроакустики, электроники, гидрологии, гидробиологии, гидрохимии. Суда были хорошо оборудованы необходимыми научными приборами, установками, аппаратурой. Вместе с тем научный комплекс судна не представлял просто набора отдельных лабораторий, а являлся единой связанной системой. Вся информация, собранная во время любого производимого эксперимента, стекалась в центральную лабораторию, где регистрировалась и анализировалась. «Сергей Вавилов» был первым советским НИС, на борту которого установили ЭВМ.

Суда вышли в свой первый атлантический рейс в декабре 1960 г. Оба судна обычно работали в океане одновременно в параллельно расположенных районах. Благодаря этому осуществлялись синхронные наблюдения за сложными гидрофизическими явлениями, происходившими в поверхностном слое океана и на глубине.

Помимо акустических исследований, которые являлись основными, главными для этих судов, с их борта проводились планомерные площадные съемки рельефа дна Атлантического океана, геологические исследования с помощью акустической аппаратуры и подводных телевизоров.

Суда были приспособлены для проведения глубоководного траления, что позволило в малоисследованных районах выловить интересные и почти неизученные экземпляры глубоководной фауны.

Безусловно, главным было проведение в период экспедиционных рейсов разнообразных гидрофизических исследований, измерение параметров волнения поверхности океана и приповерхностного слоя, изучение внутренних волн, измерение температурных полей водных масс.

Особую ценность представили проведенные акустические исследования. Ученые измеряли шумы океана в широком диапазоне частот при различных состояниях его поверхности в разных метеоусловиях.

Обычно на этих судах работали одновременно несколько акустических отрядов, каждый из которых изучал отдельную важную проблему акустики океана. Так, одной группой изучались законы отражения звука от дна, а другой – распространение звука в толще вод, третья группа изучала характеристики звукорассеивающих слоев и т. д.

Результаты акустических исследований, проведенных на этих судах в 60 – 70-х гг., были обобщены в коллективной монографии «Акустика океана», выпущенной из печати в 1974 г. и через несколько лет удостоенной Государственной премии СССР.

Проходят годы, славные имена кораблей науки не исчезают, а передаются новым, более совершенным судам. Именно поэтому новое НИС для комплексных гидрофизических исследований, которое вступило в строй в феврале 1988 г., названо вновь именем выдающегося советского физика президента АН СССР в 1945–1951 гг. академика Сергея Ивановича Вавилова.

Второе подобное НИС, также вошедшее в строй в 1988 г., названо «Академик Иоффе». Имя Героя Социалистического Труда академика Абрама Федоровича Иоффе широко известно в СССР и за рубежом. Его помнят как видного советского физика и крупного организатора науки. Важнейшей заслугой академика А. Ф. Иоффе явилось создание школы физиков, из которой вышли основоположники советской атомной науки и техники академики А. П. Александров, Л. А. Арцимович, П. Л. Капица, И. К. Кикоин, И. В. Курчатов и многие другие.

Оба судна построили на верфи «Холлминг» в г. Раума (Финляндия). При составлении проекта новых судов за основу взят корпус НИС «Академик Мстислав Келдыш». Помимо комплексных гидрофизических исследований, на них будут проводиться исследования рельефа морского дна, определение характеристик осадочных пород и излучения поверхности моря, а также некоторые гидрохимические и гидробиологические исследования.

При создании научного комплекса новых судов использован в полной мере опыт работы в океане НИС «Академик Мстислав Келдыш». Фактически новый научный комплекс воплощает в себе развитие и совершенствование идей, принципов и методов научных исследований, заложенных в основу научного комплекса НИС «Академик Мстислав Келдыш».

Следует отметить, что постройка этих судов явилась еще одним примером тесной кооперации финских судостроителей с советскими предприятиями. На судах установлено немало советского оборудования, включая главные двигатели, вспомогательные котлы, опреснительные установки, сепараторы топлива и масла, ряд насосов, шпили, радионавигационные приборы, камбузное оборудование и оборудование прачечной.

Научный комплекс НИС «Академик Сергей Вавилов» включает 13 стационарных и три съемные контейнерные лаборатории. В числе стационарных лабораторий метеорологическая, космических исследований, радиолокационного зондирования, лазерного и акустического зондирования, промерная, глубоководных систем, гидрологическо-гидрохимическая, метрологическая, мокрая, шумов океана, наладки буев и телеметрических измерений, а также ряд других. Только простой перечень лабораторий уже дает представление о широком спектре исследований, которые будут проводиться на новых судах.

В корпусе судна устроена шахта диаметром 2,5 м для проведения гидрофизических исследований с помощью опускаемой за борт аппаратуры при волнении моря до 5–6 баллов, когда использование исследовательских лебедок на верхней палубе для этой цели затруднено. И здесь предусмотрено максимальное облегчение труда ученых: научная аппаратура массой до 100 кг опускается в шахту и поднимается наверх при помощи опускаемой платформы и специальной лебедки. Шахта начинается на главной палубе и продолжается до днища.

Предусмотрена установка радиоизмерительпой аппаратуры на двух гиростабилизированных платформах, что позволит проводить особо точные измерения, исключив искажение их результатов за счет качки и рыскания судна.

На судне многое предусмотрено для обеспечения проведения исследовательских работ по акустике океана на самом высоком уровне. Так, установлен специальный звукоизолированный дизельгенератор мощностью 200 кВт. Последний предназначен для подачи электропитания на навигационные и исследовательские приборы и устройства, а также в ВЦ при проведении высокоточных акустических измерений. Наличие такого звукоизолированного источника электроэнергии позволит проводить акустические исследования при минимальном шумовом фоне, что резко повысит их точность и информативность.

И действительно уникальным является судовой парусно-моторный бот метрологического обеспечения для проведения особо точных акустических измерений и снятия круговой диаграммы собственных шумов судна.

Бот небольшой, но он снабжен системой спутниковой навигации, на нем установлена малогабаритная лебедка с кабелем почти нейтральной плавучести (для опускания гидрофонов) длиной полкилометра. Для исключения влияния на измерения шумов от работы дизельного двигателя бота на нем можно поднять откидную мачту и двигаться под парусом.

Судовая система сбора, регистрации и обработки научной информации является дальнейшим развитием системы, установленной на НИС «Академик Мстислав Келдыш». Если на последнем ее центр и основа – две мини-ЭВМ, то на НИС «Академик Сергей Вавилов» в ВЦ установлены три главные ЭВМ: первая – для быстрой регистрации данных с подключенным к ней матричным процессором, вторая – для медленной регистрации данных и третья – для обработки данных.

Главной задачей ЭВМ быстрой регистрации информации является прием по специальным кабельным линиям аналоговых сигналов, характеризующих быстротекущие процессы, в основном акустические и оптические сигналы. Затем в ЭВМ эти сигналы с помощью аналого-цифровых преобразователей трансформируются в цифровую форму и уплотняются в матричном процессоре. Следующим этапом является регистрация преобразованных сигналов на дисковых носителях информации и перезапись собранных научных данных с них на магнитные ленты.

Эта ЭВМ снабжена вводными и выводными печатающими устройствами и терминалом на ЭЛТ. Важным элементом ЭВМ является графопостроитель, предназначенный для автоматического построения и вычерчивания графиков по накопленным геофизическим натурным данным согласно разработанным для ЭВМ специальным программам.

ЭВМ медленной регистрации данных и ЭВМ обработки данных одинаковы по типу и мощности. Главной задачей первой является прием по отдельным кабельным линиям научной информации из лабораторий и непосредственно от измерительной аппаратуры, в том числе и поступающих в систему в реальном масштабе времени через лабораторные микро-ЭВМ.

Основная часть научной информации, поступающая в эту ЭВМ, включает сведения об окружающей среде и существующих в момент измерения параметров водных масс и атмосферы условиях. Туда поступают сведения от навигационной системы о местонахождении судна, о его скорости и курсе. От автоматической метеостанции регулярно поступают сведения о параметрах погоды, от исследовательских эхолотов – сведения о глубине.

В эту ЭВМ поступает информация об измеренных параметрах водных масс и результатах анализа проб. Такая информация поступает от исследовательских зондов, пробоотборников, автоматических анализаторов. В ЭВМ все поступающие данные регистрируются на дисковых носителях информации и перезаписываются с них на магнитные ленты.

И наконец, ЭВМ обработки данных предназначается для дальнейшей обработки накопленной в первых двух ЭВМ и записанной на магнитные ленты научной информации по имеющимся в библиотеке прикладным программам.

Система управления ЭВМ исключительно гибкая и многофункциональная. Предусмотрены четыре режима работы ЭВМ медленной регистрации и ЭВМ обработки данных. В первом режиме обе ЭВМ работают по индивидуальной для каждой машины программе. Второй режим характеризуется тем, что в ЭВМ медленной регистрации научная информация поступает в реальном масштабе времени и в случае необходимости передается для дальнейшей обработки во вторую машину.

Третий режим предусматривает работу обеих ЭВМ по пакету программ с последовательным выполнением заданий сперва одной, а затем второй машиной. И наконец, в четвертом режиме задачи решаются обеими ЭВМ параллельно и синхронно.

Вся поступающая в ЭВМ научная информация кодируется для точного обозначения времени, места проведения того или иного эксперимента, в ходе которого она собрана. Кодификация предусматривает обозначение номера исследовательского рейса, в ходе которого проведены данные измерения, номера гидрологической станции, а также точного определения типа измерительного прибора и места его установки (на судне, на автономном буе, на исследовательском зонде и т. д.).

Поэтому ученые, используя специальные программы, могут извлекать из памяти ЭВМ интересующую их научную информацию и обрабатывать ее в нужном ключе.

Безусловно, такая высокоэффективная система регистрации и обработки научных данных во многом повысит качество и производительность работы ученых, позволит значительно расширить масштабы исследований. Более того, эта система регистрации и обработки данных даст возможность по-новому взглянуть на многие физические процессы в океане и атмосфере, выявить новые закономерности и физические связи.

Ученые АН СССР многого ждут от первых экспедиционных рейсов новых кораблей науки – они начались в марте 1988 г.

Зачем бурят океанское дно?

Ученые уже давно обратили внимание на поразительное сходство очертаний берегов Европы и Африки, с одной стороны, и Северной и Южной Америки – с другой.

Теперь большинство ученых считают, что этот и многие другие факты могут быть объяснены в рамках концепции тектоники литосферных плит. Сущность концепции состоит в том, что внешняя оболочка Земли толщиной около 100 км, которую называют литосферой, состоит из нескольких крупных плит, движущихся относительно друг друга. Все плиты лежат на нагретом пластичном слое – астеносфере, по которому и происходит скольжение самих литосферных плит.

Откуда же возникают силы, вызывающие движение плит? Считается, что эти силы появляются в результате конвективных движений расплавленного вещества верхней мантии Земли, простирающейся под литосферой на глубину до 1000 км. Более нагретая глубинная магма поднимается вверх, а холодные верхние слои опускаются вниз.

Теперь точно установлено, что Атлантический океан действительно расширяется, а Европа и Африка, ранее бывшие заодно с обеими Америками, теперь удаляются от них со скоростью несколько сантиметров в год.

В создании концепции тектоники литосферных плит важнейшую роль сыграло исследовательское бурение океанского дна и определение состава, возраста и остаточной намагниченности вынутых образцов пород. Сейчас осадочная толща пород пробурена вплоть до подстилающего твердого основания более чем в 600 точках океанского дна.

Многое в этом отношении дало международное научное сотрудничество с использованием американского судна для глубоководного бурения «Гломар Челленджер» водоизмещением 10 800 т. Установленное на судне оборудование позволяло бурить скважины глубиной от поверхности дна до 1000 м при глубине океана над скважиной до 6000 м.

Практически судне пробурило в Атлантическом океане рекордную скважину в толще донных пород глубиной 1740 м при глубине моря 3900 м. А наибольшая глубина океана, на которой проводилось бурение, равна 6243 м (в Индийском океане). Установленная на судне система динамической стабилизации позволяла проводить бурение при высоте волны до 5 м, ветре силой 8–9 баллов и течении до 1,5 узла (при этом горизонтальные перемещения судна составляют не более 6 % от глубины моря в точке бурения).

Советские ученые приняли участие во многих рейсах «Гломар Челленджер» и на основании данных, собранных там, достигли значительных успехов в области изучения прошлого и настоящего океанической земной коры.

Что же показало всестороннее изучение вынутых из скважин образцов пород? Оказалось, что при бурении не найдено пород более старых, чем примерно 200 млн. лет. А ведь возраст Земли – более 4 млрд. лет. Почему же дно океана выстелено такими сравнительно молодыми (в геологическом смысле) породами?

Объяснение дает концепция тектоники литосферных плит. Около 220 млн. лет назад все континенты составляли единый праматерик. Затем он распался, и началось расхождение материков. В результате за прошедшие миллионы лет земная кора под океаном полностью обновилась. В настоящее время Атлантический и Индийский океаны растут, а площадь Тихого океана уменьшается. Австралия движется на север со скоростью 6 см в год.

Эта гипотеза подтверждается анализом остаточной намагниченности извлеченных пород разного возраста. Дело в том, что в районе срединно-океанического хребта, где поступала и поступает из глубины жидкая лава, она застывала, и в ней фиксировалось направление магнитного поля Земли в момент застывания. Далее, из-за раздвигания земной коры эти породы оказывались на некотором расстоянии от оси хребта (оси раздвижения). А так как установлено, что в прошлом магнитное поле Земли неоднократно меняло знак, то за этой застывшей лавой появлялась у оси раздвижения позднее застывшая лава с обратным направлением намагничивания.

Окончательное доказательство правильности гипотезы о движении литосферных плит получено, по словам академика Л. М. Бреховских, при бурении морского дна в открытом океане на исследовательском судне «Гломар Челленджер». В вынутых колонках, достигавших иногда длины 500 м, ученые определили возраст осадков. Естественно, оказалось, что с углублением он увеличивается. На границе же со скальной породой он соответствует возрасту породы, определенному по аномалиям магнитного поля. Ученые получили равномерное увеличение возраста пород при удалении точки бурения от оси хребта, где образуется новая земная кора. Таким образом, было доказано, что не только скальные породы, но и прилегающие к ним осадки тем старше, чем дальше они расположены от оси хребта. Так было получено решающее доказательство существования процесса раздвижения плит и непрерывного образования земной коры под океаном.

Исключительная важность исследования дна океана для решения проблем, связанных с историей образования и развития Земли, а также ее внутреннего строения, побудила АН СССР поставить вопрос о строительстве советского судна для глубоководного бурения в океане. Правительство СССР приняло решение о постройке такого судна для Института океанологии АН СССР и вводе его в строй в середине 90-х гг.

Глубоководное исследовательское бурение океанского дна имеет конкретной целью изучение структуры и истории развития океанской земной коры, истории отложения донных осадков, процессов формирования рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых на дне океана. Отсюда и состав научного комплекса, устанавливаемого на судне.

Новое судно будет в состоянии проводить буровые работы при глубине океана в точке бурения 6000 м, а максимальная глубина скважины может быть 1500 м. При этом будет обеспечиваться непрерывный отбор керна (то есть столба слоев пород по диаметру и глубине скважины) и исследование его на борту судна.

Проектом в перспективе предусмотрена при применении бурильной колонны из легкосплавных труб повышенной прочности работа бурильного оборудования с бурильной колонной длиной до 11000 м. А это значит, что при глубине океана в точке бурения 6000 м глубина самой скважины будет около 4000 м и более.

Предусматривается, что образцы добытого керна будут обрабатываться, изучаться и храниться прямо на судне. Намеченная к установке на судне аппаратура обеспечит проведение геофизической съемки района бурения, который предполагается выбирать заранее по результатам исследований со специализированных геофизических судов.

Детальное исследование керна различными методами – геофизическими, геохимическими и палеонтологическими – даст ученым возможность уверенно судить о составе, свойствах и возрасте залегающих пород, уточнить информацию о структуре залегания осадков и подстилающих пород, предварительно разведанных геофизическими методами. Все эти сведения имеют неоценимое значение для развития науки о внешней коре Земли, о строении и истории образования океанического дна.

Но как обеспечить удержание бурового судна в заданной точке над скважиной при выполнении буровых работ? Ведь ветер, волны, течения все время стараются сместить судно от устья скважины. А большое смещение может привести к недопустимому изгибу и обрыву бурильной колонны.

Конструкторы разработали оригинальную систему удержания судна в точке бурения. Для этого на нем разместят пять водометных подруливающих устройств (ПУ) – три в носовой оконечности и два в кормовой. Управлять их работой будет система динамической стабилизации.

Каждое ПУ представляет собой Т-образный канал в корпусе судна, в вертикальной части которого устанавливается винт регулируемого шага с электродвигателем мощностью 1400 кВт для забора воды из-под киля судна и создания упора за счет выброса воды через один из горизонтальных отростков за борт.

Теперь познакомимся с назначением каждой составляющей сложной системы динамической стабилизации. При подготовке к бурению на грунте в выбранном районе у места будущей скважины установят три гидроакустических маяка-ответчика на расстоянии не более 4000 м друг от друга.

На судне будет находиться гидроакустическая система «Сухона», предназначенная для измерения времени распространения акустических сигналов от маяков до судовых гидроакустических антенн. Затем ЭВМ системы «Сухона» пересчитает время прохождения сигналов в наклонные дальности. При этом будет учитываться заданный оператором профиль вертикального распределения скорости звука в воде, измеренный заранее специальной аппаратурой. Полученная информация о наклонных дальностях передается в автоматизированный высокоточный навигационный комплекс «Поиск» для отображения на индикаторе и дальнейшей обработки.

Судовые гидроакустические антенны установят в специальных звукоизолированных от судовых помещений выгородках в междудонном пространстве в вершинах квадрата со стороной 20 м, а центр квадрата будет совпадать с осью ствола бурильной установки.

В комплексе «Поиск» будут вырабатываться данные о географических координатах гидроакустических маяков-ответчиков и самого судна, а затем эти данные будут переданы в систему управления техническими средствами динамической стабилизации (СУ ТС ДС) «Сельвинит».

Но это еще не все. Непрерывное обеспечение СУ ТС ДС информацией о смещении судна от заданной точки в промежутках между коррекциями от комплекса «Поиск» производит специальный гироинерциальный комплекс «Скиф», где интегрируются ускорения судна в трех координатных плоскостях при его перемещении от заданной точки бурения.

СУ ТС ДС на основе полученной от «Поиска» и «Скифа» информации об отклонении координат и курса судна от заданных оператором, а также с учетом данных о скорости и направлении ветра формирует и выдает управляющие сигналы в локальные системы управления главными двигателями с винтами регулируемого шага и водометными ПУ. Принцип работы системы динамической стабилизации бурового судна состоит в активном противодействии (при помощи работы в нужном направлении винтов главных двигателей и водометных ПУ) возмущающим воздействиям на судно ветра, течения и волн.

Система должна обеспечить удержание судна над скважиной во время операции бурения при глубинах океана до 6000 м с отклонением от заданной точки не более 3 % от глубины (что в два раза более точно, чем на «Гломар Челленджер»). Она определит и будет автоматически удерживать значение курса судна, при котором минимизируется расход мощности на компенсацию внешних возмущений.

Помимо буровой установки, на судне будет размещен комплекс научных лабораторий для обработки, изучения и хранения добытого керна. При подъеме на поверхность керн в первую очередь распиливается на камнерезных станках в продольном направлении. Таким образом получают его коллекционную и рабочую части. Коллекционная часть упаковывается в ящики и помещается в зернохранилище. А рабочую часть ученые начинают изучать.

Оки в первую очередь фотографируют образцы, измеряют их плотность и влажность, проводят отбор газов и петрографическое описание (при этом уточняется структура, условия залегания и минералогический состав).

Очень важно точно определить акустические свойства образцов керна, скорость распространения звуковых колебаний в нем. Это крайне необходимо для того, чтобы по известным акустическим характеристикам образцов керна определить характер осадочных и подстилающих слоев по скорости прохождения акустических волн, характеру их преломления и отражения при сейсмических исследованиях.

Из образцов керна изготавливают шлифы для микроскопического изучения структуры. Определяются механические свойства образцов. Особо важно изучение образцов керна в судовой палеонтологической лаборатории. Там исследуется видовой состав остатков живых организмов и определяется время их проживания, то есть определяется время образования осадочного слоя, откуда взят образец керна. Так же много важной информации дает определение характера намагничивания образца. Многое проясняется при этом из истории подстилающих слоев. Ведь базальтовые породы сохраняют ту магнитную ориентацию, которую они получили во время выхода из земных недр расплавленной массы и ее застывания.

Конечно, все эти исследования предусматривается проводить прямо на буровом судне в судовых лабораториях во время экспедиционного рейса.

Ученые, разрабатывая методику научных исследований на борту бурового судна, предусматривают установку там комплекса аппаратуры и оборудования для выполнения геофизических исследований непосредственно в скважинах, что во много раз увеличит точность и информативность применяемых геофизических методов за счет исключения искажающего влияния слоев грунта, пройденных буром.

Даже из приведенного краткого описания видно, что будет построено действительно уникальное специализированное НИС, в конструкции и оснащении которого наглядно проявятся все достижения науки и техники в нашей стране за последние годы.

Как раскрывают тайны полярных шапок земли

Рассказывая об исследованиях океана, о советских НИС, работающих там, необходимо хотя бы вкратце упомянуть о тех из них, которые специально предназначены для исследования полярных стран. Традиционен интерес советской науки к изучению полярных шапок нашей планеты. Уже первое советское НИС – легендарный «Персей» – предназначалось именно для изучения северных окраинных морей, освоение которых было исключительно важно для развития народного хозяйства страны.

На протяжении многих лет советские научные экспедиции в северные моря отправлялись на ледоколах и транспортных судах ледового плавания, не предназначенных непосредственно для научных исследований. В 50-х гг. в связи с началом советских антарктических экспедиций были построены и оборудованы специальные научно-экспедиционные суда.

Главным назначением этих судов была доставка людей и грузов на береговые научно-исследовательские станции в Антарктиде. Параллельно с этим, используя судовые научные лаборатории и палубные лебедки, ученые проводили исследования в Северном Ледовитом океане и в морях, омывающих Антарктиду.

Одним из первых таких судов был дизель-электроход «Обь» водоизмещением 12 600 т. Построенная в 1954 г. «Обь» в следующем году была переоборудована в экспедиционное судно с девятью научными лабораториями.

5 января 1956 г. судно доставило к берегам Антарктиды состав Первой комплексной антарктической экспедиции АН СССР. С этого времени по 1976 г. оно являлось флагманом советского научного антарктического флота, доставляло ежегодно людей и грузы для антарктических научно-исследовательских станций, выполняло экспедиционно-исследовательские рейсы в Арктике. В 1956–1959 гг. судно участвовало в океанографической съемке антарктических морей.

В 1976 г. «Обь» сменил новый флагман советского научного антарктического флота «Михаил Сомов». Новое судно, построенное в 1975 г, было названо в честь известного советского океанолога и полярного исследователя Героя Советского Союза M. M. Сомова (1908–1973). Михаил Михайлович в 1950–1951 гг. являлся начальником дрейфующей станции «Северный полюс-2», а в 1955–1957 гг. возглавил первую советскую антарктическую экспедицию. Неоценим вклад М. М. Сомова в изучение ледового режима полярных морей.

На научно-экспедиционном судне «Михаил Сомов» водоизмещением 14 185 т размещено 18 научных лабораторий для комплексного изучения антарктических морей и берегов ледового континента. Судно до настоящего времени активно используется для обеспечения советских исследований в Антарктиде и доставки туда на научно-исследовательские станции полярников и грузов.

Серьезным испытанием для экипажа и самого судна явился беспримерный дрейф в зимний период у берегов Антарктиды с 15 марта по 26 июля 1985 г. Экипаж «Михаила Сомова» проявил подлинное мужество и отвагу, а корпус корабля выдержал натиск льдов с первого до последнего дня испытаний, до дня, когда ледокол «Владивосток» помог судну вырваться из ледового плена.

И, наконец, в СССР был создан первый в мире научно-исследовательский ледокол (НИЛ), предназначенный для проведения научными сотрудниками Арктического и Антарктического НИИ Госкомгидромета комплексных океанологических, метеорологических и ледоведческих исследований в Северном полярном бассейне.

Этому уникальному судну вполне заслуженно было присвоено имя Героя Советского Союза академика Отто Юльевича Шмидта (1891–1956), одного из выдающихся советских ученых и исследователей Советской Арктики.

Имя О. Ю. Шмидта навсегда связано с героической челюскинской эпопеей. В 1933–1934 гг. он возглавил экспедицию на пароходе «Челюскин» (пароход был раздавлен в феврале 1934 г. во льдах Чукотского моря). В течение двух месяцев внимание всего мира было приковано к «лагерю Шмидта» – льдине, на которую высадились экипаж и пассажиры с погибшего парохода. Советские летчики спасли всех и вывезли на материк, а в памяти советских людей на многие годы остался образ «ледового комиссара» О. Ю. Шмидта.

31 августа 1979 г. был поднят Государственный флаг СССР на НИС «Отто Шмидт» водоизмещением 3700 т, построенном па Ленинградском адмиралтейском объединении.

Благодаря сочетанию хороших ледокольных и мореходных качеств это судно может работать как на волнении, так и в ледовых условиях приполярных районов, недоступных для других НИС. Обшивка и набор корпуса, подверженные ледовым нагрузкам, выполнены на нем из особо прочной стали.

Научный комплекс, размещенный на НИЛ, состоит из 14 лабораторий. Кроме традиционных лабораторий, какие имеются на большинстве НИС подобного водоизмещения – двух океанологических (приборная и телеметрическая), гидрохимической, промерной, батомет-рической, метеорологической, синоптической, ВЦ и других, на ледоколе имеются специфические лаборатории, связанные с его назначением. Это в первую очередь две ледоисследовательские, в одной из которых длительное время можно поддерживать отрицательную температуру воздуха до – 18^о С, что позволяет изучать физико-механические свойства ледового покрова в удобных и в то же время естественных температурных условиях.

Такой же специфической является лаборатория подводных (фактически подледных) исследований, которая снабжена комплектом оборудования для проведения подводных и подледных визуальных и телевизионных наблюдений, в том числе и с помощью аквалангистов. Комплекс лаборатории дополнен конференц-залом на 30 мест, оснащенным современной демонстрационной техникой.

Конструкторы многое предусмотрели для облегчения проведения научно-исследовательских работ в полярных районах. На ледоколе в корпусе устроена специальная шахта диаметром 800 мм, расположенная от верхней палубы до днища и предназначенная для опускания на глубину научной аппаратуры при дрейфе судна во льдах. Сам процесс опускания и подъема приборов механизирован при помощи специальных кабельной или небольшой тросовой лебедок.

В носовой оконечности одна из тросовых лебедок установлена в закрытом помещении, имеющем проем для выноса аппаратуры за борт. Две исследовательские лебедки, установленные на верхней палубе в корме имеют специальный навес, защищающий от осадков, рабочие зоны всех лебедок хорошо освещены, что позволяет вести работу даже в условиях полярной ночи.

Ко всем исследовательским лебедкам устроен подвод теплого воздуха для обогрева работающих и борьбы с обледенением узлов лебедок, тросов и кабелей на барабанах. Для предотвращения обмерзания тросов и кабель-тросов при выбирании их из воды установлены устройства, удаляющие воду с их поверхности во время подъема научной аппаратуры.

На НИЛ «Отто Шмидт» впервые проведены детальные наблюдения за ломкой льда форштевнем. Это стало возможным благодаря тому, что на судне установлено выдвижное телескопическое устройство. Оно позволяет выносить вперед от форштевня на расстояние до 8 м аппаратуру для проведения актинометрических исследований. На этом же выдвижном устройстве крепится и опускаемая вниз беседка для наблюдения за процессом ломки льда. А ведь ранее наблюдать ломку льда вблизи не представлялось возможным, так как с борта судна этого не увидишь, а со льда близко к работающему ледоколу не подойти.

Во всех лабораториях на НИЛ установлены комплекты вычислительных устройств, предназначенные для первичной обработки научной информации. Обобщение и обработка научной информации, а также координация выполнения научно-исследовательских работ производятся с помощью управляющего вычислительного комплекса, выполненного на основе мини-ЭВМ третьего поколения.

Комплекс включает в себя процессор с пультом управления и блоками оперативной и внешней памяти, а также устройство ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов. Использование этого комплекса позволяет обрабатывать и обобщать основную массу научной информации непосредственно в период проведения экспедиции, что сокращает время доведения полученных научных данных до практических решений. Это особенно важно при использовании собранных данных для обоснования ледовых прогнозов на трассе Северного морского пути.

После завершения работ по постройке и испытания НИЛ в сентябре 1979 г. перешел в Мурманск и затем вышел в Карское море для выполнения исследований по программе КАРЭКС (Карский эксперимент). Про грамма предусматривала проведение комплекса океанологических, метеорологических и ледоисследовательских работ, цель которых заключалась в развитии теории взаимодействия атмосферы и океана в Арктическое бассейне, разработке и совершенствовании методов ледовых и гидрологических прогнозов и расчетов, выяснении закономерностей загрязнения вод и льдов и создании методов контроля за загрязнением, что особенно важно в настоящее время в связи с усиленным антропогенным воздействием на природу Арктики.

Новый НИЛ принял участие в важных исследованиях, связанных с изучением влияния изменения стока сибирских рек на гидрологический и ледовый режим Северного Ледовитого океана и его окраинных морей, что на обычных НИС сделать было крайне затруднительно.

Ввод в строй НИЛ «Отто Шмидт» позволил начать круглогодичное комплексное изучение арктических морей с проведением экспедиционных исследований в районе кромки дрейфующих льдов. Ученые Госкомгидромета СССР за прошедшие годы отработали использование НИЛ в качестве «дрейфующей станции». При этом выбирается в прикромочном ледяном массиве подходящая льдина, на которой можно сравнительно безопасно проводить научные наблюдения. Ледокол закрепляется к ней ледовыми якорями и дрейфует вместе с ней.

Если удается выполнить комплекс наблюдений на льдине в течение недели и более, то в распоряжении ученых поступает уникальная информация, крайне необходимая для понимания физических процессов при взаимодействии океана, льда и атмосферы.

Комплекс исследовательских работ в период выполнения дрейфовой станции может быть крайне разнообразным и включать в себя как актинометрические наблюдения в приледном слое атмосферы, так и гидрологические, гидрохимические и гидробиологические наблюдения в подледном слое океана. Научные сотрудники Госкомгидромета СССР подготовлены к проведению исследований с использованием водолазного снаряжения, что особенно эффективно в случае выполнения дрейфовой станции. В ходе ее обязательно проводятся измерения физических параметров в толще льда, определение уровня загрязнения снежного покрова, а также изучение процессов ледообразования или ледотаяния (в зависимости от сезона).

При проведении этих исследований используется специально сконструированная аппаратура, приспособленная для быстрой эвакуации в случае разрушения льдины. Разработаны системы дистанционного измерения различных физических параметров на льдине, что, естественно, обеспечивает большую безопасность проведения работ.

Участник ряда рейсов на НИЛ «Отто Шмидт» С. В. Васильев писал по этому поводу: «Почти каждый выход человека на лед, особенно в полярную ночь и в темное время суток, связан с опасностью неожиданного появления белого медведя. Он чувствует себя полновластным хозяином Арктики, никого не боится и подходит к самому борту ледокола, предварительно «проверив» все приборы н*а льдине. Из всех лакомств, которыми угощают его с судна, медведь явно предпочитает сладкое сгущенное молоко. Одним ударом лапы он разбивает железную банку, тщательно вылизывает ее содержимое и потом долго облизывает лапы и свои следы, на которых находит остатки сладкого молока. Однако наблюдать за ним лучше все же с борта ледокола. Лишь после того, как «незваный гость» уйдет восвояси, можно продолжать работать на льдине».

За прошедшие годы эксплуатации первого в мире НИЛ «Отто Шмидт» получена ценнейшая научная информация, которая используется для решения как фундаментальных задач, так и для обеспечения практических нужд народного хозяйства. За счет получения этой добавочной информации удалось в какой-то степени повысить точность ледовых прогнозов, что особенно важно в настоящее время при активном круглогодичном использовании Северного морского пути.

Десятилетний юбилей НИЛ «Отто Шмидт» был отмечен выдающимся научным событием. Свыше 40 суток НИЛ дрейфовал во льдах Гренландского моря, выполняя комплекс научных исследований в труднодоступных высоких широтах Арктики. 24 января 1989 г., сняв зимовщиков и оборудование дрейфующей станции «СП-28» с разрушающейся льдины, атомный ледокол «Рос сия» помог НИЛ «Отто Шмидт» вклиниться в ледовые массив. НИЛ как бы заменил станцию «СП-28», и er., экипаж и научный персонал продолжили выполнение комплекса научно-исследовательских работ, которыг должен был выполнить коллектив «СП-28».

Вскоре, однако, ледовый массив, в который вкли нился НИЛ, под воздействием зыби и сильных подвод ных течений раскололся, а «Отто Шмидт» оказался затертым среди ледовых полей. НИЛ продолжил дрейф, на его борту члены научной экспедиции интенсивно вели метеорологические, гидрологические, гидрохимичес кие исследования. Они не прекращали их даже тогда, когда НИЛ оказался в критической ситуации, находясь между Гренландией и о. Ян-Майен, где началось сжатие многометровых паковых льдов. К счастью, 930 мильный дрейф НИЛ «Отто Шмидт» благополучно завершился у выхода из Датского пролива, где судно вышло на чистую воду.

В 1987 г. финская фирма «Раума-Репола» закончила строительство научно-экспедиционного судна «Академик Федоров», предназначенного для перевозки грузов и зимовщиков на советские антарктические станции.

Судно носит имя Героя Советского Союза академика Евгения Константиновича Федорова (1910–1981), участника беспримерного дрейфа на станции «Северный полюс-1» в 1937–1938 гг. Он активно содействовал развитию советских антарктических исследований. И вполне обосновано новый флагман советского антарктического научно-исследовательского флота носит его славное имя.

Корпус нового судна спроектирован из расчета плавания в осенне-летний период навигации во всех районах Мирового океана, включая Арктику и Антарктику В ровном сплошном льду толщиной около одного метра судно способно идти непрерывным ходом со скоростью до двух узлов. Корпус судна окрашен специальной краской, которая способствует уменьшению трения корпуса о лед и препятствует его облипанию льдом с мокрым снегом.

Возможности судна по обеспечению антарктических станций исключительно велики. На судне могут размещаться 160 человек очередной смены состава станций. В балластных цистернах судно перевозит столько дизельного топлива для антарктических станций, сколько вмешают 32 железнодорожные цистерны.

На судне оборудована вертолетная взлетно-посадочная площадка размером 23X23 м, способная принимать вертолеты Ми-8 и Ка-32. Сами вертолеты хранятся в ангаре на вертолетной площадке и предназначены для проведения ледовой разведки и выполнения грузовых операций.

Для перевозки грузов на берег судно снабжено двумя рабочими катерами, оборудованными аппарелями и грузовыми кранами. За один рейс эти катера могут перевезти грузы массой 50 т. Перегрузочные операции но льду и по суше осуществляются двумя судовыми легкими тракторами с прицепами, снабженными краном-манипулятором грузоподъемностью 1000 кг. Для высадки людей на ледяной барьер судно имеет специальную двухсекционную складывающуюся стрелу, которая при использовании в качестве трап-сходни имеет полную длину 36 м.

На судне размещен солидный научный комплекс, включающий ряд лабораторий, прекрасно оснащенных научной аппаратурой. Так, в состав оборудования гидрологической лаборатории входят зонд-батометр с глубиной погружения 6000 м, автоматический буйковый волнограф и автономные цифровые измерители течений с устройством обработки данных.

Большой набор аппаратуры имеется в гидрохимической лаборатории. Это полярограф, газохроматограф со станцией обработки данных, спектрофотометр, радиометр, анализатор нефти, солемер, фотоэлектроколо-риметр и многое, многое другое.

А в гидробиологической лаборатории установлен инкубатор. В состав лабораторного оборудования входит газохроматограф, инфракрасный и атомно-абсорбционный спектрофотометры.

Метеорологическая лаборатория оснащена автоматизированной станцией погоды. Видеомониторы, на которых отображаются метеоланные, установлены и в ряде других лабораторий. Судно оснащено системой приема информации от метеорологических ИСЗ и спутниковой навигационной системой.

В аэрологической лаборатории установлена автоматизированная станция для приема от радиозондов сведений о характеристиках температуры воздуха, скорости и направления ветра, давления и других параметров в верхних слоях атмосферы.

В промерной лаборатории расположены навигационные и промерные глубоководные эхолоты и гидролокатор с аппаратурой регистрации собранных по промерам данных.

Холодная ледоисследовательская лаборатория имеет установку для испытания образцов натурного льда на сжатие и изгиб.

Собранные научные данные обрабатываются с помощью судового вычислительного комплекса, которым состоит из центральной и лабораторных ЭВМ, связанных линиями связи с измерительной и анализирующей аппаратурой через лабораторные устройства сбора и регистрации информации. Все лаборатории соединены кольцевой линией связи для передачи массивов измеренных значений параметров водной массы и атмосферы, а также результатов анализов между лабораториями и в центральную ЭВМ. Имеются на судне тросовые и кабель-тросовые исследовательские лебедки.

Строительство нового экспедиционного судна для Антарктики – свидетельство постоянного интереса советской науки к познанию природы этого во многом непознанного и таинственного континента. Роль Антарктиды в формировании климата планеты, значение изучения антарктических районов для познания общих законов развития нашей планеты и биосферы – все это предопределяет необходимость создания новых технических средств для доставки туда зимовщиков, научного оборудования, всего необходимого для обеспечения деятельности наших береговых научно-исследовательских станций.

Природа Антарктиды все время тревожит умы ученых новыми загадками и тайнами. Так, в середине 1985 г. появились первые сообщения об обнаруженном на английской антарктической станции Халли-Бей ч сентябре и октябре 1980–1984 гг. существенном снижении суммарного содержания озона в атмосфере, то есть о появлении так называемых озонных дыр в атмосфере.

Это сообщение взволновало научные круги, а затем и многих людей, не связанных непосредственно с научной деятельностью. Интерес к этому сообщению вполне понятен. Ученые считают, что роль озонного слоя для живого на Земле исключительно велика. Вообще-то озон содержится в атмосфере в очень небольшом количестве. Но несмотря на это, считается бесспорным, что жизнь на Земле смогла развиваться только после того, как возник достаточно мощный озонный «щит», предохраняющий ее от губительного действия ультрафиолетового излучения Солнца.

Нарушение существующего равновесия в озонном слое может также повлиять на распределение потоков ультрафиолетовой радиации в атмосфере. А это, как считают некоторые ученые, может привести к изменению температуры на высотах и характера циркуляции в верхней атмосфере, оказать воздействие на тепловой баланс всей атмосферы, что в итоге приведет к изменению погоды и климата.

Как показали спутниковые данные и измерения, выполненные на наземных станциях после 1979 г., к 1985 г. среднее за октябрь суммарное содержание озона уменьшилось почти на 40 % его минимального содержания в околополюсной зоне и примерно на 20 % его содержания в зоне 50–60 ^ою. ш. Предварительные результаты измерений, проведенных в сентябре – октябре 1986 г. со спутника, показали, что суммарного озона было не меньше, чем в 1985 г.

Что же будет дальше, увеличится ли озонная дыра? Какова причина ее появления? Большинство ученых объясняет появление озонной дыры усилением фотохимического разрушения озона в стратосфере Антарктики газовыми соединениями хлора и отчасти брома, которые накапливаются там при разрушении попавшего на высоту фреона ультрафиолетовым излучением Солнца. А фреоны попадают в атмосферу при работе миллионной армии фреоновых холодильников и от использования людьми различных аэрозольных устройств.

Доктор физико-математических наук И. Л. Кароль предполагает, что к возникновению озонной дыры приводит сочетание фотохимических и динамических процессов. Так, из-за нагрева некоторых аэрозолей и газов, поглощающих излучение Солнца при его возвращении в полярную стратосферу весной, могут образоваться достаточно интенсивные восходящие движения в околополюсной зоне. Такие движения всегда ведут к уменьшению в стратосфере слоя озона. Фотохимические реакции с участием соединений хлора и брома могут заметно усилить это уменьшение. Исследования ближайших лет позволят, наверное, решить загадку озонной дыры. А опасно ли это уменьшение озонного слоя уже сейчас для полярников, зимующих в Антарктиде? Ученые считают, что пока опасности для них нет. Ведь в октябре в Антарктиде Солнце стоит низко над горизонтом и ультрафиолетовое излучение поглощается в атмосфере почти полностью.

Но безусловно, процесс должен быть под контролем ученых. Для этого и для проведения исследований по многочисленным другим научным программам необходим напряженный труд большого коллектива ученых, ежегодно зимующих в Антарктиде.

Научно-экспедиционное судно «Академик Федоров» позволит советским ученым шире развернуть исследования во льдах антарктических морей, что, безусловно, подтвердили итоги первого экспедиционного восьмимесячного рейса к берегам Антарктиды, куда судно направилось осенью 1987 г., достигнув берегов шестого континента 5 декабря 1987 г.

В трюмах и на палубах «Академика Федорова» – продовольствие и взрывчатка для буровых работ, вездеходы и трактор «Кировец», топливо для техники, вертолеты и самолет Ил-14. «В рейс мы уходим во всеоружии, – рассказал начальник 33-й Советской антарктической экспедиции, заместитель директора Арктического и Антарктического НИИ по флоту Герой Социалистического Труда Н. Корнилов. – Уверены в двигателе, в корпусе… Не боимся сорокаградусных морозов и тропической жары. Будем испытывать судно и одновременно работать – ведь у нас на борту 12 научно-исследовательских лабораторий. Мы можем спускать аппаратуру на глубину до 8 км, исследовать температуру и соленость воды, морские течения, растительный и животный мир».

И новый антарктический флагман не подкачал. В своем первом испытательном рейсе (октябрь 1987 г. – май 1988 г.) судно успешно выдержало испытания во льдах Антарктики. Проведя ряд работ в Южном океане, «Академик Федоров» пробился через ледяные преграды к Белому материку и высадил первую группу участников 33-й Советской антарктической экспедиции в глазном антарктическом центре – станции Молодежная. Затем судно направилось к Берегу Правды к старейшей антарктической станции Мирный. Тут ему преградила путь 20-километровая ледяная преграда – припай толщиной полтора метра. Ледокол врубился в него, и полярники приступили к очередной транспортной операции: с ледокола в обсерваторию Мирный с помощью двух вертолетов Ми-8 и мощной гусеничной машины были переброшены люди и грузы.

После 12-дневной стоянки у Мирного судно взяло курс на северо-запад и вскоре прибыло в море Моусона. Было выбрано место для стоянки в одной из бухт в 45 км от огромного прибрежного оазиса Бангера (оазис в Антарктиде – это свободный ото льда участок берега). В течение трех дней вертолетами Ми-8 были переброшены туда 12 человек (гидрологи, гидрохимики, биологи, другие специалисты), около 40 т научного оборудования и снаряжения, жилые домики. Сезонный отряд начал научную работу.

Затем «Академик Федоров» вышел на просторы океана. Морской отряд экспедиции провел океанологические и геолого-геофизические исследования. В апреле 1988 г, флагман возвратился к оазису Бангера и взял на борт ученых сезонного отряда. Затем «Академик Федоров» перешел к станциям Мирный и Молодежная и также принял на борт полярников, срок работы которых в Антарктиде закончился, и направился к берегам Родины. Испытательный рейс закончился успешно. Впереди у флагмана новые походы и исследования.

Как будут изучать океан в двухтысячном году

Как дальше будет развиваться научно-исследовательский флот? Ясно, что это зависит от задач науки, которую он обязан обслуживать, от потребностей народного хозяйства.

Прогнозировать развитие любой науки в наше время чрезвычайно сложно. Можно только наметить важнейшие проблемы, которые стоят перед той или иной наукой, считая, что ее развитие будет связано с решением этих проблем.

Всякое прогнозирование состояния сложного объекта неизбежно требует составления обоснованной и доброкачественной математической модели. В свою очередь, составление сложнейших математических моделей строения океана и его составных частей, динамики физических и биологических процессов, определяющих состояние и взаимодействие океана и атмосферы над ним, требует выяснения многочисленных внутренних взаимосвязей и закономерностей, определения значения множества постоянных и вероятностных параметров этих моделей.

Построение математического каркаса подобных моделей и определение составляющих параметров невозможно без непрерывной или хотя бы длительной по вре мени регистрации значений температуры поверхностных и глубинных слоев воды, волнения, приповерхностного ветра, фронтальных зон, течений, состояния ледового покрова и еще многих и многих физических, химических И биологических характеристик.

Все эти данные будут в ближайшие годы собираться при помощи космических средств наблюдения и изучения океана, а главное, с использованием НИС. Особая роль НИС заключается в необходимости их работы для установки и контроля за состоянием автономных буйковых станций и дрейфующих буев.

Аналогичные проблемы возникают в процессе борьбы с загрязнением океана. Здесь также необходимо составление математических моделей изменения условий существования живых существ в океане в связи с антропогенным воздействием на его природу. Подобные проблемы будут решаться и для определения стратегии использования биологических ресурсов океана. Все это также требует напряженной работы по накоплению необходимых данных, по выявлению взаимосвязей и закономерностей изменения параметров, характеризующих экологическую модель океана, а значит, опять потребуется интенсивное использование НИС и космических средств.

Решение всех перечисленных проблем потребует в ближайшее десятилетие бурного развития судовой приборной базы и средств накопления и обработки собранной научной информации.

Безусловно, будут активно развиваться судовые акустические системы определения состояния океана и его обитателей, получат дальнейшее развитие исследовательские зонды различных типов для непрерывной регистрации физических, химических и биологических параметров, новые средства для геофизических исследований дна океана, осадочных и подстилающих слоев.

Следует ожидать продолжения и расширения масштабов глубоководного бурения океанского дна с установкой геофизических приборов на дне скважин, пробуренных с борта НИС.

Уже из этого краткого перечисления важнейших проблем, поставленных жизнью и развитием цивилизации перед морской наукой, перечисления методов и средств исследования океана, которые должны развиваться в ближайшие десятилетия, ясно, что без работы на океанских просторах многочисленных, хорошо оснащенных НИС не обойтись. Более того, работа НИС будет крайне необходима.

Анализ нерешенных проблем в океанологии приводит к выводу о необходимости как увеличения количества НИС, активно работающих в океане, так и повышения эффективности их использования путем тщательной проработки экспедиционных программ, оснащения судов новой приборной базой, организации взаимодействия между НИС и космическими средствами изучения океана.

Какие же НИС построят в последнее десятилетие XX в.? Ясно одно, что при проектировании НИС необходимо в корне изменить концепцию их создания. Если раньше да и теперь во многом с самого начала при проектировании предопределены ограничения по ряду параметров нового судна, в частности по основному из них – водоизмещению, то уже в середине 90-х гг. и тем более позже в основу проектирования будут положены потребности научно-исследовательского комплекса, а все остальное должно формулироваться как производное. Значит, четкая формулировка научно-исследовательских задач позволит определить состав научно-исследовательского комплекса, необходимого для их решения. А для него будет создаваться носитель, то есть само судно, оптимальное с точки зрения эффективности проведения научных исследований.

Следовательно, уже при разработке исходных требований на проектирование нового судна потребуется предельно точная формулировка научно-исследовательских задач, которые оно должно решать. При этом необходимо не только основываться на современных достижениях науки и приборостроения, но и в возможной степени предвидеть их развитие и совершенствование.

Так как срок службы НИС обычно не менее 25 лет. то любой проект нового НИС должен предусматривать модернизацию научно-исследовательского комплекса и средств его обеспечения на судне в течение срока жизни НИС. На наш взгляд, уже при проектировании нового НИС необходимо предусмотреть и заложить в проект возможность и максимальные удобства для будущей модернизации.

И только с учетом требований максимальной эффективности использования судового научно-исследовательского комплекса должен решаться вопрос о конструкции носителя, о конструкции корпуса, ЭУ, электроэнергетической системы, радионавигационного оборудования. Каково будет новое НИС: либо традиционным однокорпусным, либо катамараном, либо судном-катамараном с малой площадью ватерлинии, либо плавучей базой исследовательских катеров или дистанционно управляемых ПА – все это уже вторично, все это решается в зависимости от главного, от обеспечения максимально эффективной работы научно-исследовательского комплекса.

При выборе в качестве носителя этого комплекса катамарана следует учитывать такие преимущества двухкорпусных судов, как большая площадь палубы при одинаковом водоизмещении, хорошая остойчивость и маневренность, меньшая осадка при равном водоизмещении с однокорпусным судном. Однако катамараны имеют недостатки, главными из которых являются большая стоимость постройки, сложность строительства и ремонта, подверженность ударам волн в носовую часть соединительного моста, трудность эксплуатации в ледовых условиях. Все это в определенной мере препятствует их широкому распространению.

Возможно, в будущем шире будут использованы НИС типа «плавучая база» и небольшие исследовательские суда-катера. Такой вариант НИС, безусловно, заслуживает внимания и может рассматриваться в качестве альтернативы при создании средств для акустических, сейсмических, геологических и гидрографических исследований при работах на больших площадях.

Однако следует учитывать, что судно-база и дочерние суда-катера обладают существенно отличающейся мореходностью. Кроме того, большие ограничения по использованию малых судов-катеров накладывают погодные условия при спуско-подъемных операциях. А это в итоге снижает эффективность использования всего комплекса «база – катера», так как резко сокращается полезное время, в течение которого возможно проведение исследований.

Следует рассмотреть и такой вариант НИС, как плавучая база и дистанционно управляемые ПА привязные или автономные. В первом варианте управляющие команды могут поступать с базы на ПА по кабель-тросу. Во втором варианте ПА изготавливаются полностью автономными, работающими по заданной программе в автоматическом режиме. Особенно перспективным такое средство может быть при геологических исследованиях морского дна.

Может быть рассмотрен и такой вариант НИС будущего, как баржебуксирный комплекс. Нам представляется, что применение баржебуксирных составов в качестве НИС может оказаться эффективным при выполнении исследований на внутренних водоемах (озера, водохранилища, реки, дельтовые районы рек) и в прибрежной зоне морей по следующей схеме: буксир расставляет несколько барж-лабораторий, обслуживает их и время от времени перемещает в новые точки.

Каждый из указанных вариантов НИС будущего имеет свои преимущества и недостатки. Ясно одно, что на ближайшие 15–20 лет НИС останется основным средством изучения Мирового океана. А выбор типа и конструкции судна будет определяться требованиями повышения эффективности использования научного комплекса, размещенного на нем, и обеспечения наилучших условий для систематической замены научного и обеспечивающего оборудования на более совершенное в ходе плановых модернизаций судна.