Батискаф. Батисферы и батискафы. Исследования океана Для чего нужен батискаф

:: Батискаф

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

История создания батискафа

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

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

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

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

Погружение батискафа

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

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

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

Глубина погружения батискафа

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

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

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

Исследования океана.

22. Батисферы и батискафы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Возможностью погрузиться на дно морское исследователи подводных глубин обязаны швейцарскому учёному-изобретателю Огюсту Пиккару. Будучи профессором физики в университете Брюсселя, Пиккар активно занимался исследованиями атмосферы, приняв активное участие в подготовке и осуществлении нескольких полётов на стратостатах.

Первый полёт состоялся 27 мая 1931 года с площадки в Аугсбурге, его участником, кроме Огюста Пиккара, стал Пауль Кипфер. Учёные впервые в истории поднялись в стратосферу. Высота, которой им удалось достичь составила 15 785 метров.

Второй полёт состоялся в 1932 году, 18 августа. На этот раз в полёт с Пиккаром отправился Макс Козинс. Стратостат старт был произведён из Цюриха, а достигнутая высота составила 16 200 метров. Всего Огюст Пиккар принял участие в 27 полётах, достигнув максимальной высоты 23 000 метров.

К середине 1930-ых годов Пиккар пришёл к мысли о возможном использовании баллона с герметичной гондолой (именно так выглядели стратостаты) для исследования недоступных человеку океанских глубин. Увы, начавшаяся Вторая Мировая война не позволила ему довести до логического завершения разработки, начатые в 1937 году.

Пиккар вернулся к ним в 1945 году, когда война закончилась. Получившийся в итоге аппарат назвали батискафом, образовав слово от греческих корней со значением "глубокий" и "судно". Выглядело творение Пиккара следующим образом: герметичная стальная гондола для экипажа, к которой крепился большой поплавок, для обеспечения плавучести наполненный бензином. Чтобы можно было всплыть после погружения использовалось несколько тонн стального балласта. Балласт во время погружения удерживали электромагниты. Такая конструкция обеспечивала всплытие батискафа даже в случае возможного отказа оборудования.

Первые глубоководные аппараты

Первый батискаф получил кодовое название FNRS-2, его испытания состоялись в 1948 году, а уже два года спустя аппарат был передан французскому флоту. До 1954 года на FNRS-2 провели несколько доработок. В итоге батискаф с экипажем на борту совершил погружение на глубину 4 176 метров.

Следующим аппаратом, над которым Огюст Пиккар работал уже совместно со своим сыном Жаком, стал батискаф "Триест", собранный на верфях итальянского города Триеста, в честь которого и был назван. Именно на этом аппарате Жак Пиккар совместно с лейтенантом ВМС США Доном Уолшем совершили первое в истории погружение на дно Марианской впадины - глубочайшего места в мировом океане. Исследователем покорилась глубина 10 916 метров.

Собственно батискафов (с бензиновым поплавком) в истории насчитывается всего пять, два из них (FNRS-2 и "Триест") были сконструированы Огюстом Пиккаром. Прочие прибыли созданы в США ("Триест-2"), Франции ("Архимед") и СССР ("Поиск-6").

История дальнейших подводных исследований связана уже с глубоководными обитаемыми аппаратами, которые формально не являются батискафами, так как в их конструкции отсутствует поплавок, наполненный бензином. Об одном из этих аппаратов и пойдёт речь дальше.

Глубоководные аппараты "Мир"

Аппаратов вообще существует два. Сегодня оба используются Российской Академией Наук и базируются на борту научно-исследовательского судна "Академик Мстислав Келдыш". История аппаратов "Мир" началась в начале 1980-х, когда академия наук СССР решила получить в своё распоряжение аппараты для глубоководных исследований.

Создать такие аппараты на территории СССР возможности не было и была предпринята попытка заказать их за рубежом. В результате этого возник дипломатический кризис, между США и Советским Союзом. Возник он в связи с международным договором, согласно которому ряд стран, в том числе Канада, с которой первоначально велись переговоры о строительстве аппарата, не имеют права "экспортировать передовые технологии в СССР".

В итоге строительство аппаратов "Мир" производилось в Финляндии. Однако и в этом случае не обошлось без дипломатических неурядиц. Как бы то ни было, аппараты в итоге не только были построены, но и успешно введёны в эксплуатацию.

Идея аппаратов и их разработка - полностью заслуга советских учёных и конструкторов. Аппараты "Мир" были изготовлены в 1987 году финской компанией Rauma Repola (Раума Репола) и установлены на базовом судне. Базовое судно - "Академик Мстислав Келдыш" - сошло со стапелей финской верфи Hollming в городе Раума в 1981 году. Сегодня судно и аппараты принадлежат Институту океанологии им. П.П. Ширшова РАН.

Устройство "Мира"

Корпус аппарата - сферическая гондола, изготовленная из мартенситовой, сильно легированной стали, с содержанием никеля, составляющим 18%. В качестве силовой установки используются никель-кадмиевые аккумуляторы 100 кВт*ч.

На борту предусмотрены места для трёх членов экипажа: пилота, инженера и ученого-наблюдателя. Наблюдатель и инженер лежат на боковых банкетках, пилот сидит или стоит на коленях в нише перед приборной доской. Предусмотрена и система аварийного спасения.

Сфера применения

Предельная глубина , доступная аппаратам "Мир" составляет 6 000 метров. Это позволяет проводить исследования, ориентированные на различные результаты. К примеру, аппараты использовались для обследования места затопления подводной лодки "Комсомолец".

С момента ввода в эксплуатацию и до 1991 года аппараты "Мир" приняли участие в 35 исследовательских экспедициях в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах. Уже после распада СССР аппараты "Мир" использовались для исследования озера Байкал , состоялась эта экспедиция в 2008 году. В 2011 году аппараты работали в Швейцарии на исследованиях Женевского озера.

Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Батискаф".
Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Глубоководный обитаемый аппарат "FNRS-2"
Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Триест (батискаф)"
Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Мир (глубоководные аппараты)".
Юрнев А.П. Необитаемые подводные аппараты.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5
Отвечая на вопрос, почему после стратостата он стал конструировать батискаф, Огюст Пиккар отмечал, что

эти аппараты чрезвычайно сходны между собой, хотя их назначение противоположно.

Со свойственным ему чувством юмора он пояснял:

Возможно, судьбе было угодно создать это сходство именно для того, чтобы работать над созданием обоих аппаратов мог один учёный…

Конечно, конструирование батискафа - не забава для детей. Необходимо решить бесконечное множество сложнейших задач. Но ведь не бывает непреодолимых трудностей!

Огюст Пикар

Конструкция

Конструкция батискафа FNRS-3 Весьма перспективно использовать в качестве наполнителя поплавка литий - металл с плотностью почти в два раза меньшей, чем у воды (точнее 534 кг/м 3), это значит, что один кубический метр лития может удерживать на плаву почти на 170 кг больше, чем один кубический метр бензина. Однако литий - щелочной металл , активно реагирующий с водой , следует каким-то образом надёжно разделить эти вещества, не допустить их контакта. Механические свойства некоторых конструкционных материалов
Электропитание батискаф получает от аккумуляторов . Изолирующая жидкость окружает аккумуляторные банки и электролит , на неё через мембрану передаётся давление забортной воды. Аккумуляторы не разрушаются на огромной глубине.
Батискаф приводится в движение электрическими двигателями , движители - гребные винты . Электродвигатели защищаются таким же способом, как и аккумуляторные батареи. Если у батискафа отсутствует судовой руль - тогда поворот производился включением только одного двигателя, разворот почти на месте - работой двигателей в разные стороны.
Скорость спуска и подъём батискафа на поверхность регулируется сбрасыванием основного балласта в виде стальной или чугунной дроби , находящейся в воронкообразных бункерах. В самом узком месте воронки стоят электромагниты , при протекании электрического тока под действием магнитного поля дробь как бы «затвердевает», при отключении тока она высыпается.
Батискаф с поплавком, заполненным литием , будет иметь интересную особенность. Так как литий практически несжимаем, то при погружении относительная плавучесть батискафа будет увеличиваться (на глубине плотность морской воды возрастает), и батискаф «зависнет». Батискаф должен иметь компенсирующий отсек с бензином; для того, чтобы продолжить спуск, необходимо выпустить часть бензина, тем самым уменьшив плавучесть.
Система аварийного всплытия представляет собой аварийный балласт, подвешенный на раскрывающихся замках. От раскрытия замки удерживаются электромагнитами, для сброса достаточно отключить электрический ток. Аналогичное крепление имеют аккумуляторные батареи и гайдроп - длинный расплетённый свободно свисающий стальной канат или якорная цепь . Гайдроп предназначен для уменьшения скорости спуска (вплоть до полной остановки) непосредственно у морского дна. Если аккумуляторы разряжаются - автоматически происходил сброс балласта, аккумуляторов и гайдропа, батискаф начинает подъём на поверхность.

Погружение и всплытие батискафов
- На поверхности батискаф удерживается за счёт отсеков, заполненных бензином и благодаря тому, что цистерны водяного балласта, шахта для посадки экипажа в гондолу и свободное пространство в бункерах с дробью заполнены воздухом.
- После того, как цистерны водяного балласта, шахта для посадки экипажа в гондолу и свободное пространство в бункерах с дробью заполняются водой, начинается погружение. Эти объёмы сохраняют постоянное сообщение с забортным пространством для выравнивания гидростатического давления во избежание деформации корпуса.
- Так как бензин (при высоком давлении) сжимается больше, чем вода, выталкивающая сила уменьшается, скорость погружения батискафа увеличивается, экипаж должен постоянно сбрасывать балласт (стальную дробь).
Определим массу полого шара: G = 1 6 π (D 3 − d 3) γ m {\displaystyle G={\frac {1}{6}}\pi (D^{3}-d^{3})\gamma _{m}}
Определим массу вытесненной шаром воды (при полном его погружении): V = 1 6 π D 3 γ v {\displaystyle V={\frac {1}{6}}\pi D^{3}\gamma _{v}} , где
D {\displaystyle D} - наружный диаметр батисферы;
D {\displaystyle d} - внутренний диаметр батисферы;
- удельный вес материала, из которого сделан корпус батисферы;
γ v {\displaystyle \gamma _{v}} - удельный вес морской воды ;
π {\displaystyle \pi } - число «Пи» .
Нас интересует толщина стенки батисферы, при которой возможно плавание в толще воды: S = D − d 2 {\displaystyle S={\frac {D-d}{2}}}
Поэтому приравняем оба уравнения (так как V = G {\displaystyle V=G} ) :
1 6 π (D 3 − d 3) γ m = 1 6 π D 3 γ v {\displaystyle {\frac {1}{6}}\pi (D^{3}-d^{3})\gamma _{m}={\frac {1}{6}}\pi D^{3}\gamma _{v}}
Теперь разделим обе его части на произведение 1 6 π D 3 {\displaystyle {\frac {1}{6}}\pi D^{3}} , после чего получим: (γ m − d 3 D 3) γ m = γ v {\displaystyle (\gamma _{m}-{\frac {d^{3}}{D^{3}}})\gamma _{m}=\gamma _{v}}
Теперь определим отношение d D {\displaystyle {\frac {d}{D}}} , разделив предыдущее равенство на γ m {\displaystyle \gamma _{m}} , получим d D = 1 − γ v γ m 3 {\displaystyle {\frac {d}{D}}={\sqrt[{3}]{1-{\frac {\gamma _{v}}{\gamma _{m}}}}}}
Примем: удельный вес морской воды γ v = 1 , 025 {\displaystyle \gamma _{v}=1,025} , удельный вес стали γ m = 7 , 85 {\displaystyle \gamma _{m}=7,85} , тогда d D = 0 , 9544 {\displaystyle {\frac {d}{D}}=0,9544} , отсюда S = D − d 2 = D 1 − 0 , 9544 2 = 0 , 0229 D {\displaystyle S={\frac {D-d}{2}}=D{\frac {{1}-{0,9544}}{2}}=0,0229D}
Таким образом, для того, чтобы стальная полая сфера плавала в толще воды, толщина её стенки должна составлять 0 , 0225 {\displaystyle 0,0225} наружного диаметра. Если стенка будет толще - батисфера утонет (ляжет на дно), если тоньше - всплывёт на поверхность.