Про дітей 

Батискаф. Батисфери та батискафи. Дослідження океану Для чого потрібний батискаф

:: Батіскаф

Батискаф - це невелике підводне судно, призначене для занурення на екстремальні глибини. Основна відмінність підводного батискафавід підводного човна полягає в його конструкції: батискаф оснащений більш легким корпусом сферичної форми і поплавцем, стінки якого заповнені рідиною, маса якої менша за воду, як правило, це бензин. Хід підводного батискафа здійснюється за рахунок обертання грибних гвинтів, що рухаються електромоторами.

Історія створення батискафа

Вперше ідея збудувати підводний батискаф виникла у швейцарського вченого Огюста Пікару ще до Другої світової війни. Він першим запропонував замінити балони зі стисненим киснем на поплавець з рідиною, маса якої менша за масу води. Інженерна думка Пікару мала успіх, і вже 1948 року на воду було спущено перший прототип батискафу.

На створення апарату такого класу вплинула потреба у дослідженні дна морів та океанів на великій глибині. Класичні підводні човни здатні опускатися лише певну обмежену глибину. Примітно, що конструктори здатні побудувати досить міцний корпус, навіть для великої субмарини, який зміг би витримати тиск на екстремальній глибині. Однак досі неможливо вирішити іншу проблему, яка б субмаринам не опускалася на значну глибину.

Для випливання на поверхню води традиційні підводні човни використовують стиснений кисень, який витісняє воду з відсіків. Однак під час занурення більш ніж на півтори тисячі метрів, під впливом тяжкості води кисень у балонах втрачає свої властивості, тобто перестає бути «стиснутим».

Існують субмарини, здатні опускатися на глибину 2000 метрів. Проте, глибина занурення батискафа набагато більша.

Занурення батискафа

Поплавець, заповнений бензином або іншою рідиною, дає можливість підводному батискафу утримуватись на поверхні води та спливати. Після того, як цистерни заповнюються водою, запускається процес занурення батискафа на глибину.

У тих випадках, коли підводний батискаф зависає через надмірну щільність води, щоб опустити судно на дно, з поплавця випускають рідину, що виштовхує. Після цього процес занурення батискафа поновлюється.

Опустити на дно батискаф не так складно, але як його підняти нагору назад? Для цього у підводних батискафах передбачені спеціальні відсіки, заповнені сталевим дробом.Коли судну необхідно випливти, дріб скидається, і поплавець тягне батискаф на поверхню. Також на борту є балони зі стисненим киснем, щоб прискорити сплив батискафа на поверхню води.

Глибина занурення батискафа

Як згадувалося вище, глибина занурення батискафа набагато більше, ніж в інших підводних апаратів. Ще в 1960 році модифіковано батискафу "Трієст" вдалося зануритися на рекордну глибину 10919 метрів. Напрочуд екіпажу судна, навіть на такій глибині вони побачили рибу.

Ще один цікавий факт, що стосується занурення батискафа: першою людиною, яка опустилася на дно світового океану, є всім відомий режисер Джеймс Кемерон.

Нашим суднобудівникам теж є чим похвалитися. Сконструйований російськими інженерами підводний батискаф "Мир" опустився на дно Льодовитого океану. Глибина занурення батискафу склала 4261 м. Після цього судно та його екіпаж провели близько години на дні найхолоднішого та найнебезпечнішого океану на землі.



Дослідження океану.

22. Батісфери та батискафи.

© Володимир Каланов,
"Знання-сила".

Перш ніж познайомитися з цими пристроями, ми просимо читачів виявити терпіння та прочитати нашу коротку розповідь про історію цього питання.

А історія ця йде в глибину століть, точніше в IV (четверте) століття до н.е. з давнього рукопису відомо, що Олександр Македонський (356-323 до н.е.) одного разу опустився на морське дно у водолазному дзвоні, виготовленому з якогось прозорого матеріалу та ослячих шкур. Деталі цього занурення у літописі не наводяться. Чи була насправді ця подія чи ні, стверджувати неможливо, тим більше, що в літописі йдеться про неправдоподібні розміри риби, яка нібито пропливала повз Олександра Великого в момент його перебування під водою. Але сам факт такої, нехай фантастичної, розповіді говорить про те, що вже в ті часи люди думали про занурення у воду та з використанням якихось пристроїв на зразок водолазних камер.

Декілька прототипів сучасних батисфер з'явилися в Європі в період XVI-XIX століть. З них великий інтерес представляє водолазний дзвін, створений в 1716 за проектом англійського астронома Галлея, так, саме того самого Едмонда Галлея, який в 1696 відкрив, що комети, що спостерігалися в 1531, 1607 і 1682 роках є однією і тією ж кометою. Востаннє ми милувалися кометою Галлея в 1986 р. Періодичність появи їх у районі Землі становить близько 76 років. Отже, через 50 років, у 2062 році, сьогоднішні наші молоді читачі зможуть побачити на небі комету Галлея. Ми сподіваємось, що читачі не засудять нас за цей короткий екскурс до астрономії.

Отже, що ж спроектував Галлей у 1716 році? Це був дерев'яний дзвін, відкритий біля основи, яку можна було опускати на глибину 16-18 м. У ньому містилося п'ять осіб, точніше могли стояти в ньому, перебуваючи до пояса у воді. Повітря вони отримували з двох бочонків, що по черзі опускалися з поверхні, звідки повітря надходило в дзвін по шкіряному рукаву. Відпрацьоване повітря випускалося через кран, що знаходився у верхній частині дзвона. Якщо в дзвоні знаходився лише один водолаз, то, одягнувши шкіряний шолом, він міг вести спостереження навіть за межами дзвона, одержуючи повітря через другий шланг.

Головний недолік таких дзвонів полягає в тому, що їх не можна використовувати на великій глибині. У міру занурення тиск води збільшується, і повітря всередині дзвони настільки ущільнюється, що їм не можна дихати.

Наступним за логікою розвитку етапом було випробування металевої сфери. Перше занурення у герметизованій металевій оболонці з ілюмінаторами виконав у 1865 році французький конструктор Базен. Його сферу було опущено на сталевому тросі на глибину 75 метрів. Після успішних випробувань визначилися напрями подальшого вдосконалення подібних батисфер, але здійснити їх ще дозволяли тодішні технічні можливості.

Лише через 65 років, 1930 року з'явилася батісфера, Міцність стінок якої дозволяла опуститися на значно більшу глибину. Сконструювали її американці-натуралісти Вільям Бібі та двоє інженерів – Отіс Бартон та Джон Батлер. Це була сталева сфера із внутрішнім діаметром близько 135 см, товщиною стінок близько чотирьох см та вагою 2,5 тонни. У батисфері були три круглі ілюмінатори з кварцового скла діаметром 20 см і товщиною 7,6 см, а також отвір діаметром 36 см, який дослідники всерйоз іменували «дверями». Так би мовити, на борту батисфери були балони з киснем і судини з хімічним поглиначем вуглекислого газу та вологи, а також численні прилади для спостережень. У обсязі, що залишався вільним, розташовувалися, зігнувшись на три смерті, дослідники У.Бібі та О.Бартон. Зовні біосфери було встановлено прожектор, який висвітлював воду поза природною освітленості, а всередині містився телефон для зв'язку з судном. З корабля батисферу спускали на одному сталевому тросі, що не скручується.

Під час першого занурення біля Бермудських островів У. Бібі та О. Бартон досягли глибини 420 метрів. У 1934 році вони здійснили занурення у цьому ж районі на глибину 923 метри. Час перебування їх під водою вже обчислювалося кількома десятками хвилин і навіть кількома годинами і обмежувалося запасом повітря та можливостями його регенерації. За період 1930-1934 років вони тридцять разів опускалися в глибину і спостерігали через ілюмінатори дивовижний світ підводних жителів. Серед інших результатів спостережень Бібі та Бартон отримали цікаві дані щодо спектрального складу сонячного світла на різних глибинах.

Нарешті, влітку 1949 року Бартон у батисфері дещо зміненої конструкції один опустився на глибину 1372 метри біля узбережжя Каліфорнії, що тоді було рекордом для цього виду океанографічного обладнання.

Опускаючись у глибини океану, Бібі і Бартон тримали телефонний зв'язок з командою корабля, що дозволяло їм почуватися не зовсім відірваними від решти світу. Але якою мужністю мали володіти ці люди! Вони чудово усвідомлювали, що їхнє життя при кожному зануренні залежало лише від міцності троса та надійності його закріплення. Якби трос обірвався, їх уже ніхто не міг би врятувати, важка батисфера назавжди залишилася б на морському дні.

Основні недоліки батісфери очевидні. Це, по-перше, сам принцип занурення і підйому апарату, тобто залежність від надводного корабля, що забезпечує, неможливість самостійного спливання. По-друге, батисфера у воді (чи дні) нерухома, а дослідники залишаються пасивними спостерігачами найближчого від батисфери навколишнього простору.

Від зазначених недоліків вільний батискаф– повністю автономний глибоководний науково-дослідний апарат, рухом якого керує екіпаж. З супроводжуючим судном батискаф не пов'язаний жодним чином. Зв'язок між ними здійснюється по радіо, а судно використовується для доставки (або буксирування) батискафу з порту в район дослідження та назад.

Ідею батискафа здійснив швейцарський вчений-фізик, професор Огюст Піккар. При конструюванні та розрахунку батискафу Піккар використовував свій особистий досвід конструювання та експлуатації стратостату. Справа в тому, що для вирішення деяких своїх дослідницьких завдань він вирішив піднятися на повітряній кулі до стратосфери. Для цього він сконструював і в 1930 побудував на кошти Національного науково-дослідного фонду Бельгії стратостат з герметичною гондолою і підйомним балоном, що наповнює гелієм. На цьому стратостаті Піккар в 1931 піднявся в стратосферу і досяг висоти 15781 метра, а в 1932 стратостат забрав свого конструктора на висоту 16201 метр. Якщо говорити про рекорди висоти, то після Піккара, 1933 року стратостат «СРСР», яким керували професор Е.Бірнбаум і пілоти Г.Прокоф'єв і К.Годунов, піднявся на висоту 18500 метрів, а роком пізніше стратостат «Осоавіахім» досяг висоти2 кілометра. На жаль, цей політ закінчився трагічно – сталася аварія, і пілоти стратостата П.Федосєєнко, І.Усискін та О.Васенко загинули.

Піккар першим зрозумів, що вертикальні переміщення стратостату та батискафу підпорядковані одній загальній закономірності. При спуску і підйомі той і інший відчувають вплив зовнішнього тиску, що змінюється. Стратостат рухається в атмосфері завдяки балону, наповненому легким газом. Значить, і батискаф повинен мати балон, свого роду поплавець, наповнений речовиною легшою, ніж морська вода. Агрегатний стан речовини для поплавця має бути таким самим, як і навколишнє середовище, тобто рідиною. Як наповнювач поплавця був обраний бензин. При зміні тиску навколишня морська вода і бензин стискатимуться або розширюватимуться практично однаковою мірою, і оболонка балона (поплавка) не буде деформуватися, оскільки відчуватиме однаковий тиск з обох боків.

Гондола стратостата легка, з тонкими стінками, оскільки зміна тиску з висотою підйому незначно: навіть за найвищого підйому воно буде менше однієї атмосфери. Умови роботи батискафа зовсім інші: його гондола на великій глибині зазнає впливу тиску води в кілька тисяч атмосфер. Звідси вимоги до міцності стінок.

Таким чином, батискаф, як і стратостат, складається з двох основних частин: балона (поплавка), наповненого бензином, і з'єднаний з ним сферичні гондоли з міцної сталі. У цій сталевій сфері, де повітря має нормальний атмосферний тиск, розміщується екіпаж. Для занурення батискафа з балона випускається частина бензину. Щоб уникнути удару об дно, акванавти скидають частину баласту, що є сталеву дріб. Для горизонтального переміщення служить невеликий гребний гвинт, який приводиться в дію електромотором. Щоб випливти, потрібно знову скинути баласт. Батискаф оснащується необхідним обладнанням для систем життєзабезпечення та управління та приладами для проведення підводних досліджень. Зрозуміло, співвідношення мас і обсягів сталевої сфери, деталей управління, баласту, бензину в балоні тощо суворо розраховуються для забезпечення вертикального маневрування і надійного спливання батискафа.

Перша дослідна модель батискафа FRNS-2була побудована у 1950 році і належала французьким військово-морським силам. Абревіатура FRNSу перекладі означає «Національний фонд наукових досліджень». Досвідчена модель батискафа FRNS-2, Виготовлена ​​в натуральну величину, випробовувалась без екіпажу. Потім були побудовані батискафи FRNS-3 та «Трієст». Усі три батискафи мали гондолу однакової конструкції. Сталева гондола, іншими словами, кабіна батискафа мала внутрішній діаметр у два метри. У ній зручно розташовуються дві людини, яким не потрібно сидіти зігнувшись у три смерті в позі ембріонів у материнському утробі. Товщина литої стінки дорівнює 9 см, а в районі розташування ілюмінаторів збільшено до 15 см. Згідно з розрахунком, така гондола може витримати тиск стовпа води заввишки 16 кілометрів. Батискаф з такою гондолою може опускатися на дно у будь-якій точці Світового океану: глибини понад 12 км в океані немає. Корпус поплавця та стінки бензинових баків виготовлені з листової сталі, вони не розраховані на високий тиск: морська вода вільно проходить через отвір у дні, врівноважуючи тиск усередині та зовні поплавця. Небезпека змішування води та бензину відпадає, оскільки бензин легший за воду і завжди залишається над водою у верхній частині поплавця. Замість тендітного скла для ілюмінаторів батискафа застосовується абсолютно прозорий полірований плексиглас. Вага гондоли з обладнанням у повітрі становить 11 тонн, у воді приблизно наполовину менше і може бути врівноважена 15 кубометрами бензину. Але з урахуванням власної ваги оболонки поплавця та стінок бензинових баків, а також необхідного запасу бензину для вертикального маневрування і на випадок витоку, у поплавці батискафів FRNS-2і FRNS-3заправляли по 30 кубометрів бензину, а в поплавці «Трієста»- Понад 100 кубометрів. До поплавців прикріплювалися два прожектори для освітлення підводного ландшафту.

Батискаф «Трієст»був сконструйований Огюст Піккар з урахуванням власного досвіду при проектуванні батискафу FRNS-2. Активну допомогу у будівництві «Трієста» надав його син, Жак Піккар. Батискаф «Трієст»був спущений на воду у серпні 1953 року. У період 1953-1957 років. відбулося кілька занурень у Середземному морі. Основним пілотом був Жак Піккар, а перші занурення він здійснив разом зі своїм батьком, якому тоді вже виповнилося 69 років. Так, у 1953 році вони разом поринули у Середземне море на рекордну для того часу глибину 3150 метрів.

Через рік на батискафі FRNS-3французькі офіцери Жорж Уо та П'єр Вільм опустилися у Середземному морі на глибину понад 4 тисячі метрів. Завоювання глибини розпочалося.

1958 року батискаф «Трієст»було куплено військово-морськими силами США, а потім конструктивно доопрацьовано у Німеччині на заводі Круппа. В основному доопрацювання полягала у виготовленні міцнішої гондоли. Протягом 1958-1960 років. основним пілотом батискафа «Трієст» залишався Жак Піккар, який на той час вже став професором і отримав великий досвід глибоководних занурень. І ось на початку 1960 року Жак Піккар вирішив своє чергове, 65-те, занурення зробити в найглибшому місці Світового океану - в Маріанській западині.

1959 року в районі острова Гуем, поблизу найглибшого місця Маріанського жолоба, працювало радянське науково-дослідне судно «Вітязь», ехолоти якого зафіксували глибину 11022 метри. Саме сюди вирушила глибоководна експедиція Жака Піккара у складі допоміжних суден «Люїс» та «Уонденкс». Останній буксирував за собою батискаф «Трієст». Після того, як місце знаходження одинадцятикілометрової глибини було з максимально можливою точністю визначено, почалося занурення. 23 січня 1960 року о 8 годині 23 хвилини «Трієст» стартував на дно Маріанського жолоба. Разом із Жаком Піккаром у гондолі батискафа знаходився лейтенант ВМС США Дон Волш. Обидва акванавти розуміли ясно ступінь ризику, якому вони наражаються. Вони знали, що на момент досягнення дна сумарний тиск води на стінки гондоли становитиме 170 тисяч тонн. Під впливом цього жахливого навантаження діаметр сталевої сфери зменшиться на 3,7 міліметра. А якщо з'явиться хоча б невелика тріщина, то під тиском 1100 атмосфер усередину гондоли вдарить струмінь, руйнівна сила якого перевершить силу кулеметної черги. На щастя, все пройшло благополучно, хоч і не без шорсткостей. На глибині близько чотирьох кілометрів перестав працювати ультразвуковий передавач, який забезпечував зв'язок із кораблем, але незабаром зв'язок запрацював знову. На восьмому кілометрі глибини лопнуло вікно в сполучному тамбурі, але це не мало небезпеки. Як ці неприємності перенесли Жак та Дон – легко здогадатися. О першій годині дня Д.Уолш доповів, що «Трієст»опустився на дно. Це було рівне щільне дно Маріанського жолоба. Досягнута глибина дорівнювала 10919 метрам. Цей рекорд ніколи не буде побитий, бо в якомусь новому рекорді жодного сенсу немає, адже гранична глибина океану лише на 103 метри більша. Занурення "Трієста" зайняло 5 годин, підйом - близько 3 годин, час перебування на дні склав близько 20 хвилин. На глибині близько 11 кілометрів акванавти встигли побачити невелику рибу, схожу на камбалу та креветку.

Серед інших занурень «Трієста», частково модернізованого, відзначимо його занурення в Атлантичному океані в квітні 1963 року для пошуку зниклого атомного підводного човна ВМС США «Трешер» (USS Tresher SSN-593). Восени 1963 року батискаф «Трієст»був розібраний.

Після реконструкції цей батискаф отримав назву «Трієст-II». Ця модифікація мала міцнішу гондолу зовнішнім діаметром 2,16 м, з товщиною стінок 127 мм, вагою 13 тонн у повітрі та 8 тонн – у воді. Корисною конструктивною доробкою батискафа була установка внутрішніх кілей у корпусі поплавця та зовнішнього стабілізатора. Зроблено це було з метою запобігання виникненню бортової качки або її зниження – адже течії та хвилі в океані існують, як відомо, не лише у верхніх шарах води, а й у глибині.

«Трієст-II» 1964 року також здійснив кілька занурень у пошуках підводного човна «Трешер», але вони були безуспішними.

Глибоководний апарат іншої моделі сконструювали французькі військові інженери Жорж Уо та П'єр Вільм. У 1962 році їхній тримісний батискаф «Архімед»зі змішаним французько-японським екіпажем опустився на дно Ідзу-Боннінського ринви біля берегів Японії на глибину 9180 метрів. У 1964 році за допомогою цього батискафа французькі фахівці досліджували в Атлантичному океані дно одного з найглибших жолобів Пуерто-Ріко, опустившись на глибину 8550 м-коду.

За допомогою глибоководних апаратів дослідники різних країн мали змогу побачити на власні очі морське дно та його мешканців у найглибших місцях Світового океану типу Маріанського чи Пуерторіканського жолобів. Це було важливіше, що до середини ХХ століття багато вчених ставили під сумнів можливість будь-якого життя на глибині понад 7 тисяч метрів, де панує повна темрява і вічний холод. Наприклад, на дні Маріанської западини, на глибині близько 11 км, куди в січні 1960 року опускалися Жак Піккар і Дон Волш, температура води, зафіксована забортним термометром, становила лише 3,4°С.

Це все так. Але, з іншого боку, глибини океану в 10-11 км - це все ж таки швидше виняток, ніж правило. Площа океанського ложа з такою глибиною становить незначну частину загальної площі океанського дна. Найбільшу площу займають ділянки океанського ложа глибиною до 4–6 км, а глибина шельфу значно менше. Для вирішення більшості наукових завдань океанології немає необхідності опускатися в найглибші точки океану. Апарати, призначені для роботи на граничних глибинах (10-12 км), вимагають дуже великих матеріальних і фінансових витрат на всіх етапах життєвого циклу: при проектуванні, виготовленні, випробуваннях та експлуатації. Такі витрати оцінюються багатьма сотнями мільйонів доларів. Зрозуміло, глибоководні апарати повинні відповідати найвищим вимогам надійності. Для роботи на глибині до 4–6 кілометрів спроектовані та побудовані менш дорогі та цілком надійні апарати. Для занурення на таку глибину балон-поплавець може бути відсутнім, а гондола, яка зазнає менших навантажень, виготовляється з менш міцного матеріалу і має збільшені розміри, що створюють кращі умови для роботи екіпажу.

1965 року американський конструктор Е.Венк побудував батискаф «Алюмінаут»для робіт на глибинах до 4500 метрів. Цей батискаф не має поплавця, а виготовлений із алюмінієвого сплаву корпус розрахований на трьох гідронавтів, для роботи та відпочинку яких створено оптимальні умови: відкидні ліжка, прилади опалення та інші. Екіпаж може працювати на батискафі безперервно протягом доби.

У тому ж (1965) році було збудовано батискаф «Алвін», названий так на ім'я конструктора, американського океанографа Аллена Вайна. Апарат розрахований на глибині до 1800-2000 метрів. Екіпаж у складі трьох осіб може перебувати на борту апарату цілодобово. За допомогою апарату «Алвін» («ALVIN») було виконано низку успішних гідрологічних та біологічних досліджень. Розкажемо про одне з таких досліджень.

1977 року американські геологи та геохіміки проводили обстеження ділянки дна Тихого океану недалеко від берегів Еквадору. У цьому районі знаходяться відроги Тихоокеанського підводного хребта. Виходячи із океану, вони піднімаються над водою у вигляді вулканічних Галапагоських островів. на «Алвіні»були встановлені прилади, які безперервно реєструють температуру забортної води та дозволяють брати її проби для подальшого аналізу. Було також обладнання у вигляді механічної руки для забору зразків донного ґрунту та нерухомих тварин. Серед неживих просторів океанського дна, покритих застиглими натіками лави, серед гірських ущелин, завалених величезним камінням, спостерігачі побачили широке біле кільце діаметром близько 50 метрів, потім ще кілька таких кілець діаметром від 50 до 100 метрів. Ці кільця виявилися живими: їх становили тисячі великих молюсків з товстими білими раковинами. Раковини деяких двостулкових молюсків досягали 30-40 см завдовжки. Тут же ворушились білі краби та якісь інші ракоподібні. Навколо цих кілець плавали риби. Коли «Алвін»зависав над центром кілець, зовнішній термометр показував температуру води до 22°. Вода в невеликому навколишньому просторі нагрівалася до такої температури гідротермальними джерелами, що били через щілини з-під океанського дна. Глибоководні жителі океану незвичні до теплої води. Тому вони розташовувалися на певному віддаленні місць виходу гарячих струменів, утворюючи кільця навколо тріщин в океанському дні. Температура води, в якій були ці істоти, не перевищувала 3–4 градусів. Занурення «Алвіна»привели відразу до кількох відкриттів. По-перше, виявлено наявність гідротермальних джерел у цьому районі океанського дна, що забезпечують тут умови для існування різноманітних тварин, більшість з яких, на думку зоологів, раніше науці не були відомі. По-друге, було відкрито джерело та спосіб харчування цих тварин на великій глибині (2000–3000 метрів). Виявилося, що їжею для молюсків і черв'яків поблизу цих підводних термальних джерел служать серобактерії, які синтезуються з вуглекислоти і сірководню, що надходять з надр Землі. Молюски та черв'яки, у свою чергу, є їжею для риб та крабів.

Починаючи з 1960-х років у Росії, США, Канаді, Японії, Німеччині, Франції та інших країнах сконструйовано та побудовано сотні підводних апаратів для виконання різних робіт у межах шельфу. Розрахункова глибина занурення таких апаратів різна: від 200 до 2000 метрів.

Що ж до апаратів, здатних занурюватися на граничні глибини Світового океану, нині у світі їх налічується трохи більше десятка.

На закінчення теми про глибоководні апарати наукового призначення окремо відзначимо російський науково-дослідний комплекс під назвою "Мир".

© Володимир Каланов,
"Знання-сила"

Можливістю поринути на дно морське дослідники підводних глибин завдячують швейцарському вченому-винахіднику Огюсту Піккару. Будучи професором фізики в університеті Брюсселя, Піккар активно займався дослідженнями атмосфери, взявши активну участь у підготовці та здійсненні кількох польотівна стратостат.

Перший політ відбувся 27 травня 1931 з майданчика в Аугсбурзі, його учасником, крім Огюста Піккара, став Пауль Кіпфер. Вченівперше в історії піднялися до стратосфери. Висота, якої їм вдалося досягти, склала 15 785 метрів.

Другий політ відбувся 1932 року, 18 серпня. Цього разу в політ із Піккаром вирушив Макс Козінс. Стратостат старт був зроблений з Цюріха, а досягнута висота склала 16 200 метрів. Загалом Огюст Піккар взяв участь у 27 польотах, досягнувши максимальної висоти 23 000 метрів.

До середини 1930-х Піккар прийшов до думки про можливе використання балона з герметичною гондолою (саме так виглядали стратостати) для дослідження недоступних людині океанських глибин. На жаль, що почалася Друга світова війнане дозволила йому довести до логічного завершення розробки, розпочаті 1937 року.

Піккар повернувся до них 1945 року, коли війна закінчилася. Апарат, що вийшов у результаті, назвали батискафом, утворивши слово від грецького коріння зі значенням "глибокий" і "судно". Виглядав витвір Піккара наступним чином: герметична сталева гондола для екіпажу, до якої кріпився великий поплавець, для забезпечення плавучості наповнений бензином. Щоб можна було випливти після занурення використовувалося кілька тонн сталевого баласту. Баласт під час занурення утримували електромагніти. Така конструкція забезпечувала спливання батискафа навіть у разі можливої ​​відмови обладнання.

Перші глибоководні апарати

Першийбатискаф отримав кодову назву FNRS-2, його випробування відбулися в 1948 році, а вже через два роки апарат був переданий французькому флоту. До 1954 року на FNRS-2 провели кілька доопрацювань. У результаті батискаф з екіпажем на борту здійснив зануренняна глибину 4176 метрів.

Наступним апаратом, над яким Огюст Піккар працював спільно зі своїм сином Жаком, став батискаф "Трієст", зібраний на верфях італійського міста Трієста, на честь якого і був названий. Саме на цьому апараті Жак Піккар спільно з лейтенантом ВМС США Доном Уолшем зробили перше в історії занурення на дно Маріанської западини - глибокого місця у світовому океані. Дослідником підкорилася глибина 10916 метрів.


Власне батискафів (з бензиновим поплавком) в історії налічується лише п'ять, два з них (FNRS-2 та "Трієст") були сконструйовані Огюстом Піккаром. Інші прибутки створені в США ("Трієст-2"), Франції ("Архімед") та СРСР ("Пошук-6").

Історіяподальших підводних досліджень пов'язана вже з глибоководними заселеними апаратами, які формально не є батискафами, тому що в їх конструкції відсутній поплавець, наповнений бензином. Про один із цих апаратів і йтиметься далі.

Глибоководні апарати "Світ"

Апаратів взагалі є два. Сьогодні обидва використовуються Російською Академією Наук та базуються на борту науково-дослідного судна "Академік Мстислав Келдиш". Історія апаратів "Світ" почалася на початку 1980-х, коли академія наук СРСР вирішила отримати у своє розпорядження апарати для глибоководних досліджень.

Створити такі апарати біля СРСР можливості був і була спроба замовити їх там. Внаслідок цього виникла дипломатична криза між США та Радянським Союзом. Виник він у зв'язку з міжнародним договором, згідно з яким низка країн, у тому числі Канада, з якою спочатку велися переговори про будівництво апарату, не мають права "експортувати передові технології до СРСР".

Через війну будівництво апаратів " Світ " вироблялося Фінляндії. Однак і в цьому випадку не обійшлося без дипломатичних негараздів. Як би там не було, апарати зрештою не тільки були побудовані, а й успішно введені в експлуатацію.


Ідея апаратів та їх розробка - повністю заслуга радянських вчених та конструкторів. Апарати "Мир" були виготовлені у 1987 році фінською компанією Rauma Repola (Раума Репола) та встановлені на базовому судні. Базове судно - "Академік Мстислав Келдиш" - зійшло зі стапелів фінської верфі Hollming у місті Раума у ​​1981 році. Сьогодні судно та апарати належать Інституту океанології ім. П.П. Ширшова РАН.

Пристрій "Світу"

Корпус апарату - сферична гондола, виготовлена ​​з мартенситової, сильно легованоюсталі, із вмістом нікелю, що становить 18%. Як силова установка використовуються нікель-кадмієві акумулятори 100 кВт*год.

На борту передбачені місця для трьох членів екіпажу: пілота, інженера та вченого-спостерігача. Спостерігач та інженер лежать на бічних банкетках, пілот сидить або стоїть на колінах у ніші перед приладовою дошкою. Передбачено й систему аварійного порятунку.

Сфера використання

Гранична глибина, доступна апаратам "Мир" складає 6000 метрів. Це дозволяє проводити дослідження, орієнтовані різні результати. Наприклад, апарати використовувалися для обстеження місця затоплення підводного човна "Комсомолець".

З моменту введення в експлуатацію і до 1991 року апарати "Мир" взяли участь у 35 дослідницьких експедиціях у Тихому, Атлантичному та Індійському океанах. Вже після розпаду СРСР апарати "Мир" використовувалися на дослідження озера Байкал, відбулася ця експедиція у 2008 році. У 2011 році апарати працювали у Швейцарії на дослідженнях Женевського озера.

  • Вільна електронна енциклопедія Вікіпедія, розділ "Батіскаф".
  • Вільна електронна енциклопедія Вікіпедія, розділ "Глибоководний заселений апарат "FNRS-2"
  • Вільна електронна енциклопедія Вікіпедія, розділ "Трієст (батискаф)"
  • Вільна електронна енциклопедія Вікіпедія, розділ "Світ (глибоководні апарати)".
  • Юрнєв А.П. Безлюдні підводні апарати.

Енциклопедичний YouTube

  • 1 / 5

    Відповідаючи питанням, чому після стратостата він став конструювати батискаф, Огюст Піккар зазначав, що

    ці апарати надзвичайно подібні між собою, хоча їхнє призначення протилежне.

    Зі властивим йому почуттям гумору він пояснював:

    Можливо, долі було завгодно створити цю схожість саме для того, щоб працювати над створенням обох апаратів міг один учений.

    Звісно, ​​конструювання батискафа – не забава для дітей. Необхідно вирішити безліч складних завдань. Але ж не буває непереборних труднощів!

    Огюст Пікар

    Конструкція

    Конструкція батискафу FNRS-3 Дуже перспективно використовувати як наповнювач поплавця літій- метал із щільністю майже вдвічі меншою, ніж у води (точніше 534 кг/м 3 ), це означає, що один кубічний метр літію може утримувати на плаву майже на 170 кг більше, ніж один кубічний метр бензину. Однак літій - лужний метал, активно реагує з водою, слід якимось чином надійно розділити ці речовини, не допустити їх контакту. Механічні властивості деяких конструкційних матеріалів

    Електроживлення батискаф отримує від акумуляторів. Ізолювальна рідина оточує акумуляторні банки та електроліт, на неї через мембрану передається тиск забортної води. Акумулятори не руйнуються на великій глибині.

    Батискаф приводиться в рух електричними двигунами, рушії - гребні гвинти. Електродвигуни захищаються таким самим способом, як і акумуляторні батареї. Якщо у батискафа відсутня судновий кермо - тоді поворот здійснювався включенням тільки одного двигуна, розворот майже на місці - роботою двигунів у різні боки.

    Швидкість спуску та підйом батискафа на поверхню регулюється скиданням основного баласту у вигляді сталевого або чавунного дробу, що знаходиться у лійкоподібних бункерах. У найвужчому місці воронки стоять електромагніти, при протіканні електричного струму під дією магнітного поля дріб як би «твердне», при відключенні струму вона висипається.

    Батискаф з поплавцем, заповненим літієм, матиме цікаву особливість. Так як літій практично стискаємо, то при зануренні відносна плавучість батискафа збільшуватиметься (на глибині щільність морської води зростає), і батискаф «зависне». Батискаф повинен мати відсік, що компенсує, з бензином; для того, щоб продовжити спуск, необхідно випустити частину бензину, тим самим зменшивши плавучість.

    Система аварійного спливання являє собою аварійний баласт, підвішений на замках, що розкриваються. Від розкриття замки утримуються електромагнітами, для скидання достатньо вимкнути електричний струм. Аналогічне кріплення мають акумуляторні батареї та гайдроп - довгий розплетений вільно звисаючий сталевий канат або якірний ланцюг. Гайдроп призначений для зменшення швидкості спуску (до повної зупинки) безпосередньо біля морського дна. Якщо акумулятори розряджаються – автоматично відбувалося скидання баласту, акумуляторів та гайдропу, батискаф починає підйом на поверхню.

    Занурення та спливання батискафів

    • На поверхні батискаф утримується рахунок відсіків, заповнених бензином і завдяки тому, що цистерни водяного баласту, шахта для посадки екіпажу в гондолу і вільний простір в бункерах з дробом заповнені повітрям.
    • Після того, як цистерни водяного баласту, шахта для посадки екіпажу в гондолу та вільний простір у бункерах із дробом заповнюються водою, починається занурення. Ці обсяги зберігають постійне повідомлення з забортним простором для вирівнювання гідростатичного тиску, щоб уникнути деформації корпусу.
    • Так як бензин (при високому тиску) стискається більше, ніж вода, що виштовхує сила зменшується, швидкість занурення батискафа збільшується, екіпаж повинен постійно скидати баласт (сталевий дріб).

    Визначимо масу порожньої кулі: G = 1 6 π (D 3 − d 3) γ m (\displaystyle G=(\frac (1)(6))\pi (D^(3)-d^(3))\gamma _(m) )

    Визначимо масу витісненої кулею води (при повному зануренні): V = 1 6 π D 3 γ v (\displaystyle V=(\frac (1)(6))\pi D^(3)\gamma _(v)), де

    D (\displaystyle D)- Зовнішній діаметр батисфери;

    D (\displaystyle d)- Внутрішній діаметр батисфери;

    - питома вага матеріалу, з якого зроблено корпус батисфери;

    γ v (\displaystyle \gamma _(v))- Питома вага морської води;

    π (\displaystyle \pi )- число Пі" .

    Нас цікавить товщина стінки батисфери, при якій можливе плавання в товщі води: S = D − d 2 (\displaystyle S=(\frac (D-d)(2)))

    Тому прирівняємо обидва рівняння (бо 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))

    Тепер розділимо обидві його частини на твір 1 6 π D 3 (\displaystyle (\frac (1)(6))\pi D^(3)), після чого отримаємо: (γ m − d 3 D 3) γ m = γ v (\displaystyle (\gamma _(m)-(\frac (d^(3))(D^(3))))\gamma _(m) = \ Gamma _ (v))

    Тепер визначимо ставлення d D (\displaystyle (\frac (d)(D)))розділивши попередню рівність на γ m (\displaystyle \gamma _(m)), отримаємо d D = 1 − γ v γ m 3 (\displaystyle (\frac (d)(D))=(\sqrt[(3)](1-(\frac (\gamma _(v)))(\gamma _ (m))))))

    Приймемо: питома вага морської води γ v = 1,025 (\displaystyle \gamma _(v)=1,025), питома вага сталі γ m = 7 , 85 (\displaystyle \gamma _(m)=7,85)тоді d D = 0 , 9544 (displaystyle (frac (d) (D)) = 0,9544), звідси S = D − d 2 = D 1 − 0 , 9544 2 = 0 , 0229 D (2)) = 0,0229D)

    Таким чином, для того, щоб сталева порожниста сфера плавала в товщі води, товщина її стінки повинна становити 0 , 0225 (\displaystyle 0,0225)зовнішнього діаметра. Якщо стінка буде товщою – батисфера потоне (ляже на дно), якщо тонше – спливе на поверхню.