Дорогами подводных открытий
Шрифт:
Сегодня экономическая подводная скорость (то есть скорость хода, при которой расход энергии на одну милю пути наименьший, а дальность плавания наибольшая) не превышает 2–4 узлов. А подводная дальность непрерывного плавания исчисляется в среднем несколькими десятками миль. Особняком стоят большие подлодки, такие, как «Северянка» или «Бен Франклин». Они способны проходить под водой сотни миль. Однако если малым ходом лодка может идти под водой десятки часов, то дать самый полный ход она может лишь на какой-то час. Но и этого достаточно, чтобы израсходовать энергоресурсы аккумуляторной батареи полностью. Зарядку аккумуляторов делают с помощью дизель-генератора обеспечивающей плавбазы или в порту. Большие лодки способны эту процедуру выполнять и самостоятельно своим дизелем. Тем же самым, который позволяет над водой плыть на десятки тысяч миль.
Около 30 процентов всех исследовательских лодок способно погружаться не глубже 30–50 метров, достичь 100-метрового рубежа могут 66 процентов лодок, в том числе и глубоководные, рассчитанные на километровые глубины; на 300 метрах могут работать 37 процентов лодок, на 600 — 23, на 1000 — 14, на 2000 — 6, на 6000 — 2 процента; на 11000 метров рассчитана одна подводная лодка — «Архимед», принадлежащая Франции. Установивший рекорд глубины «Триест-1» переделан в «Триест-2» с меньшей глубиной погружения. Любопытно, что лодки редко погружаются до предела своих возможностей. Американская «Дип Куэст» за два года лишь дважды побывала на рабочей глубине. По-видимому, достижение глубины — это не всегда главное. Зачем, скажем, подлодке, занятой изучением волнения моря с помощью направленного вверх эхолота, погружаться слишком глубоко? Даже в шторм достаточно погрузиться на несколько десятков метров и избавиться от мешающего влияния волнения. Главное — это выполнение научной программы.
Зрительное наблюдение на подводных лодках ведут через иллюминаторы или оптические трубы. Есть лодки с замкнутой телевизионной системой [7] , иногда она заменяет иллюминаторы. Почти все лодки имеют наружные светильники для улучшения условий видимости и для обеспечения фото- или киносъемки.
Как известно, условия видимости под водой зависят от освещенности (естественной или искусственной) и прозрачности морской воды. На ее величину влияет количество взвесей, находящихся в море. Поэтому при удалении от берега обычно прозрачность морской воды увеличивается.
7
Замкнутая телевизионная система — это система внутреннего пользования, не связанная с эфиром, когда передающая и приемная камеры соединены (замкнуты) кабелем.
По сообщению Жака Пикара, гидронавты, совершавшие в 1969 году дрейф на лодке «Бен Франклин» в струе Гольфстрима, встретили водную массу, прозрачность которой была около 100 метров, то есть превышала традиционную «сверхпрозрачность» Саргассова моря, достигающую 66 метров.
Привыкший к темноте человеческий глаз может определить проникновение дневного света до глубины 800 метров. Его полное исчезновение, регистрируемое чувствительной фотопластинкой, происходит на глубинах, превышающих 1500 метров. И все равно, в морской воде нет такой прозрачности, как в космическом пространстве или хотя бы в атмосфере. Искусственный спутник с высоты 36 000 километров «видит» около 30 процентов поверхности нашей планеты, а с высоты, допустим, 200 километров площадь обзора уменьшается до 3 процентов; в поле зрения наблюдателя, находящегося на вершине Останкинской башни (534 метра), попадает 0,00002 процента поверхности Земли. А в поле зрения подводного наблюдателя попадает совсем уж ничтожный процент площади дна даже при редкой прозрачности 60 метров. При угле обзора направленного вниз иллюминатора 60 градусов и хорошей освещенности диаметр «высматриваемого» круга немногим превысит 50 метров. Это значит, что в отличие от привычных земных условий километр как мера длины под водой должен быть заменен метром.
Многие подлодки снабжены манипуляторами (механическими руками) для сбора образцов и выполнения рабочих операций. Оператор управляет манипуляторами, наблюдая через иллюминаторы или с помощью телевидения. Манипуляторы снабжаются сменным рабочим инструментом: захватом, черпаком, буром или стаканом для взятия проб грунта. Часть лодок можно назвать «однорукими», они имеют по одному манипулятору. На других — два и даже четыре. Из них два верхних нужны для выполнения рабочих операций, а два нижних — для закрепления лодки у дна. Пока еще подводные манипуляторы далеки от совершенства, в основном из-за того, что трудно удержать подлодку неподвижно над объектом работ. Оператору требуются минуты для выполнения действий, которые по обстановке иногда должны выполняться за секунды. Нужна большая ловкость и осторожность, особенно если хочешь поймать живое существо, даже такое сравнительно малоподвижное, как омар или краб.
28 августа 1963 года командиру американской научно-исследовательской подводной лодки «Триест-2» Кичу потребовалось 15 минут, чтобы захватить манипулятором кусок медного трубопровода погибшей подлодки «Трешер», весивший 4,5 килограмма. Пилот «Элвина» Рэйни сообщает, что также около 15 минут уходит на взятие с помощью манипулятора колонки грунта длиной 45 и диаметром 5,75 сантиметра. Эта манипуляция состояла из выбора удобного места у дна в поле зрения иллюминатора, извлечения грунтовой трубки из рамы, внедрения трубки в осадочный слой, извлечения из грунта и установки в раму. Рэйни считает, что на суше эта работа могла бы быть выполнена любым рабочим и заняла бы около минуты. Проблему составляет пока и навигация малой подводной лодки. Основные средства навигации здесь — компас, эхолот и лаг. Сложность состоит в том, что невозможно применить обычные для мореплавания ориентиры и способы определения места — по небесным светилам, маякам, знакам или радиомаякам. Малой подлодке легко «заблудиться» из-за неточного знания курса и скорости, времени, затрачиваемого на обход препятствий при плавании у дна, и главное — из-за сноса течениями.
Поэтому такая подводная лодка все время держит гидроакустический контакт с обеспечивающим надводным судном, снабженным, как правило, средствами точного кораблевождения.
На больших лодках можно установить инерциальную навигационную систему. Несмотря на то что принцип действия этой системы чрезвычайно прост, ее создание потребовало привлечения самых последних достижений в области гироскопических приборов, механики, вакуумной и вычислительной техники.
Представим себе, что нам точно известно исходное место движения подводной лодки. Переход от состояния покоя или равномерного прямолинейного движения к движению с другой скоростью невозможен без ускорений. Ускорения можно точно замерить с помощью инерциальных датчиков (акселерометров) на основе второго закона механики. По ускорениям можно рассчитать скорости и, следовательно, пройденное расстояние. Все эти операции автоматически выполняет сложный и пока относительно громоздкий комплекс аппаратуры, который и называется инерциальной системой.
Ее главное преимущество — в полной независимости от внешних источников навигационной информации. Значит, подводная лодка, определив перед погружением свое место, например радионавигационным способом или с помощью навигационных спутников Земли, может плавать довольно продолжительное время, не всплывая. При этом разница между счислимым (расчетным) и фактическим местом увеличивается незначительно. Например, во время трансполярного перехода атомной подводной лодки «Наутилус» (1958 год) ошибка в расчетном месте достигла 10 миль после прохождения подо льдами расстояния, равного 1830 милям (ошибка чуть более 0,5 процента).
Другой вид современной навигационной аппаратуры — гидроакустические, иначе доплеровские лаги. Входящая в состав лага электронно-вычислительная машина вычисляет по скорости величину пройденного расстояния относительно дна. Таким образом — и это очень важно — учитываются влияние течений и боковые перемещения. Принцип действия лага основан на эффекте Доплера [8] : скорость подводной лодки измеряется по разности частот гидроакустических сигналов, излучаемых четырьмя преобразователями под углом 80 градусов к вертикали, и их отражений от морского дна. Гидроакустические лаги дают ошибки при определении малых скоростей (до 2 узлов). А это как раз находится в диапазоне экономической скорости большинства научно-исследовательских подводных лодок.
8
Австрийский физик X. Доплер установил, что частота принимаемого звука меняется в зависимости от скорости взаимного движения источника и приемника колебаний. В нашем случае источники были установлены на носу лодки, а приемники — на корме. Стало быть, частота сигналов менялась в зависимости от скорости лодки.
Малые лодки доставляются обычно в район исследований на борту надводной обеспечивающей плавбазы или на буксире. Когда искали водородную бомбу у берегов Испании, малые лодки перебрасывали на транспортных самолетах, а потом перегружали на борт надводного судна. Ограниченный запас энергии и плохие мореходные качества для плавания на поверхности заставляют малую лодку полностью зависеть от обеспечивающего судна-носителя. Причем спуск подлодки на воду и подъем с воды в штиль при наличии спуско-подъемного устройства не представляют трудности. Но уже при небольшом волнении перегрузочная операция перерастает в спасательную. Плавбаза должна подойти к раскачивающейся и заливаемой волнами лодке, закрепить подъемный трос, бережно поднять лодку, аккуратно поставить в гнездо на неустойчивой палубе и транспортировать к следующей точке погружения. На малых лодках численность экипажа невелика, а длительность одного погружения не превышает нескольких часов.