IT News

IT News

• Новости науки
• Новости игр
• Новости IT
• Другие новости

• Физика
• Погода и климат
• Человеческое тело
• Подводный мир
• Все о транспорте

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Как устроен батискаф

• » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
• E-mail

Дата Категория: Транспорт

К подводным аппаратам относятся батисферы и батискафы. Это небольшие и очень специализированные подводные лодки. Их чаще используют для научных исследований, чем для военных целей.

Эти малюсенькие корабли с очень прочными корпусами, зачастую сделанными из титана, могут погружаться в океане на рекордные глубины. В 1960 году французский глубоководный аппарат «Триест» поставил рекорд погружения, достигнув на глубине 35 802 фута дна Тихого океана в районе Мариинской впадины.

Подводные аппараты могут не просто находиться там, где давление в 1000 раз больше, чем на уровне моря, но и рассматривать и фотографировать подводные территории с помощью фото и видеокамер. А механические «руки» могут брать геологические и биологические пробы и доставлять их на поверхность в сетчатых контейнерах. Эти же «руки» могут помочь отремонтировать оборудование на подводных трубопроводах или неисправные кабели на подводных линиях связи.

Батискаф

Этот аппарат состоит из очень прочного экипажного отсека, соединенного с огромной емкостью, заполненной бензином.Внутри емкости находятся балластные цистерны, которые наполняются морской водой при погружении и опорожняются при всплытии. Значительная часть оборудования батискафа расположена с его наружной стороны: прожектора, теле и кинокамеры, проблесковые огни — все, что помогает увидеть в кромешной темноте океанских глубин.

Батискаф «Элвин», изображенный выше, помог сделать много открытий при подводных исследованиях.

Внутреннее убранство тесного отсека управления на батискафе «Элвин» связано с различными приборами.

Двигатель на принципе масляного насоса

Наполненные бензином цистерны и растягиваемая диафрагма компенсируют эффекты связанные с давлением.

Давление воды растет с глубиной

При увеличении глубины на каждые 3300 футов давление возрастает на 100 атмосфер. (Одна атмосфера равна давлению всего земного воздушного столбе на уровне моря).

Поверхности сферической формы лучше всего противостоят давлению благодаря равномерному его распределению по поверхности. Прямоугольники раздавить легче.

Российский проект погружения в Марианскую впадину Тихого Океана

23 января 1960 года, за год до полета Юрия Гагарина в космос, случилось грандиозное событие: Жак Пикар (Швейцария) и Дон Уолш (США) погрузились в батискафе Триест (Trieste) на дно Марианской впадины, в самую глубоководную его точку – Бездну Челленджера (Challenger Deep). Прошло 52 года, прежде чем аналогичное погружение осуществил аппарат под управлением одного человека. В марте 2012 года американский режиссер Джеймс Камерун совершил успешное погружение в Бездну Челленджера. Подробнее здесь.

Космос стал нам более доступным, чем глубины Мирового океана нашей планеты. За всю историю освоения океана человек всего два раза достигал предельных глубин и оба раза погружения были организованы под флагом США.

В настоящий момент разрабатывается российско-австралийских проект создания глубоководного аппарата на два пилота. Проект реализуется под эгидой Русского географического общества. Пилоты Артур Чилингаров и Фёдор Конюхов планируют не только достичь дна впадины, но и оставаться там 48 часов, с тем, чтобы провести научные опыты, в том числе взять пробы грунта с двух тектонических плит (Филиппинская и Тихоокеанская), которые эту впадину образуют. Ширина впадины от 2 до 5 километров

Проект по степени сложности относится к высшей категории. За всю историю освоения Мирового океане в Марианскую впадину погрузились два аппарата:

• Триест (1960 год) Швейцария-США.
• Deep Sea Challenger (2012). США.

Российский проект ставит своей целью не просто коснуться дна глубочайшей впадины Мирового океан, но и провести там 48-50 часов, преодолев десятки морских миль и проведя уникальные исследования.

Батискаф создается из расчета на два человека (пилот и ученый) при участии австралийской компании «Ron Allum Deepsea Services». Компания была основана ведущим специалистом по созданию глубоководных аппаратов Роном Аллумом. Рон более 40 лет занимается исследованием океанов с помощью глубоководных аппаратов.

В 1983 году он был руководителем экспедиции по исследованию глубоководной пещеры Cocklebiddy Cave на побережье Австралии. В рамках той экспедиции команде удалось погрузиться на 6 250 метров и установить мировой рекорд.

Начиная с 2001 года Рон работает с американским режиссером Джеймсом Камероном над съёмками фильма «Титаник». Тогда в работе использовались российские глубоководные аппараты «Мир-1» и «Мир-2». Предел погружения этих аппаратов – 6 тыс. метров. Глубина Марианской впадины – 11 тыс. метров.

Тогда же у Джеймса Камерона родилась идея создать глубоководный аппарат, способный погрузиться в Марианскую впадину. В 2005 году к проектированию уникального глубоководного аппарата был привлечен Рон Аллум. Погружение состоялось в марте 2012 года.

На сегодняшний день научными глубоководными аппаратами обладают всего несколько стран:

Россия ― аппараты «Мир-1» и «Мир-2». Способны погружаться на глубину до 6 000 метров

Франция — аппарат «Nautile», предел погружения до 6 000 метров

Япония — «Шинкай-6500», погрузился на 6 527 метров

В 2012 году китайский глубоководный аппарат «Цзяолун» совершил успешное погружение на глубину 7 тысяч метров в Тихом океане.

Испытания проходили в Марианской впадине. Аппарат преодолел глубину в 7 тысяч 15 метров, что стало рекордом для Китая. Во время погружения в аппарате находились три океанолога. Глубоководный аппарат «Цзяолун» создан научно-исследовательским институтом №702 китайской корпорации судостроительной промышленности в рамках так называемого «Проекта 863» — программы развития глубоководных аппаратов.

Китай стал пятой страной в мире после США, Франции, России и Японии, обладающей технологией погружения управляемых экипажем аппаратов на глубину более 5 тысячи метров.

Хотя «Мир-1» и «Мир-2» называют российскими, но глубоководных аппаратов ни российская, ни советская промышленность никогда не производили. Те же «Миры» были заказаны СССР у финской Rauma-Repola Oceanics.

Из-за чудовищного давления на дне Марианской впадины рабочей группе придётся решить задачи в четырех основных областях:

1. производство материала для корпуса;
2. создание обитаемой гондолы для пилотов;
3. создание системы балласта;
4. источники электроэнергии.

Исходя из опыта прошлых погружений, планируется, что аппарат будет иметь вертикальную конструкцию и будет опускаться под воду под грузом балласта. Аппарат будет вращаться вокруг своей оси во время погружения. Вращение придает аппарату оптимальное гидродинамическое положение, позволяя погружаться строго вертикально, без отклонений от заданной траектории. Вес балласта около 500 кг. Балласт будет сбрасываться на дне океана, перед всплытием. Стальной балласт крепится с помощью электромагнитов и сбрасывается нажатием кнопки. Имеется запасной вариант сбрасывания балласта — гальваническое соединение балласта и глубоководного аппарата начинает разрушаться через определенное количество часов пребывания под водой, что в итоге приводит к сбросу балласта.

Поплавок будет изготовлен из синтактической пены IsoFloat, которая обладает необходимым сопротивлением давлению и положительной плавучестью. Пена разработана австралийской компанией McConagy Boats (также построила парусный тримаран для Элен МакАртур). Синтактическая пена используется в морской и аэрокосмической индустрии, где необходимо применение прочных и легких наполнителей. Использование пены IsoFloat позволит отказаться от тяжелого металлического корпуса, что позволит разместить на борту больше полезного оборудования.

Двигатели. Аппарат будет иметь 12 горизонтальных двигателей для перемещения по дну океана со скоростью до 3 узлов.

Гондола. Пилоты будут находиться в толстостенной титановой сфере, прикрепленной к корпусу с помощью ремней из полиэстера. Находясь в гондоле, пилот управляет приборами аппарата. Система жизнеобеспечения состоит из двух баллонов со сжиженным кислородом. Этот объем даст возможность команде работать 50 часов под водой. Углекислый газ будет удалятся из гондолы с помощью газоочистителя.

Аппарат будет оборудован двумя мачтами-манипуляторами для сбора грунта и биообразцов, а также несколькими HD видеокамерами, 2D и 3D-камерами для съемки мелких обитателей глубин.

Бюджет проекта. Проектирование и строительство глубоководного аппарата для двоих исследователей – 12 млн. долларов США.

Марианская впадина протянулась вдоль Марианских островов в Тихом океане на 1500 км. Имеет V-образный профиль, крутые (7—9°) склоны, плоское дно шириной 1—5 км, которое разделено порогами на несколько замкнутых депрессий. У дна давление воды достигает 108,6 МПа, что более чем в 1100 раз больше нормального атмосферного давления на уровне Мирового океана. Впадина находится на границе стыковки двух тектонических плит, в зоне движения по разломам, где Тихоокеанская плита уходит под Филиппинскую плиту.

«Попмех»: Запредельная глубина. Как устроен подводный аппарат «Витязь-Д»

Справедливо говорят, что человечество лучше исследовало ближний космос, чем океанское дно. Если продолжать сравнение, то можно заметить, что наибольшие научно-практические достижения в космосе были получены с помощью беспилотных платформ. То же, по-видимому, нас ожидает глубоко под водой.

Для человека спуск в глубочайшую бездну планеты — Марианскую впадину — по‑прежнему остается удивительным приключением и фантастическим событием. Мы помним имена пионеров — американского морского офицера Джона Уолша и швейцарского океанолога Жака Пикара, первыми спустившихся на дно желоба в 1960-м на борту батискафа Trieste. Помним спуск режиссера Джеймса Кэмерона на аппарате Deepsea Challenge в 2012-м. Совсем недавно, в июне нынешнего года, на батискафе DSV Limiting Factor пропутешествовала в Бездну Челленджера (самую глубокую часть впадины) американская женщина-астронавт Кэтрин Салливан. Однако, возможно, куда более важной новостью стали два погружения беспилотного и полностью автономного подводного аппарата «Витязь-Д», созданного по проекту Фонда перспективных исследований и сконструированного в стенах знаменитого ЦКБ МТ «Рубин» — главной кузницы российского подводного флота. Спуск был осуществлен в мае этого года, в дни празднования 75-летия Великой Победы.

Открытие течения

«Доставка человека на предельные глубины, — говорит заместитель руководителя направления физико-технических исследований Фонда перспективных исследований, кандидат военных наук Виктор Литвиненко, — серьезно ограничивает наши возможности по изучению океанского дна. Все известные обитаемые батискафы работают в режиме лифта: их опустили на тросе в определенную точку, из которой можно сделать лишь небольшие движения в сторону, затем подняли. Присутствие на борту аппарата системы жизнеобеспечения перетяжеляет аппарат. Если убрать это оборудование, заменив его научно-исследовательским, мы сможем значительно повысить функциональность батискафа, не меняя его массы. И это именно тот путь, которым мы пошли. Наш «Витязь-Д» не просто опускается в заданную точку. Оттуда он может передвигаться как по глубине, так и в горизонтальном направлении, исследуя значительные площади. Кстати, после погружения к низшей отметке — 10 028 м — мы ждали всплытия аппарата в одном месте, а на самом деле он появился над водой в 9 км от заданной точки. Так нам удалось установить, что в Марианской впадине есть достаточно сильное морское течение».

Впадина, дугой протянувшаяся от американского острова Гуам вдоль Марианского архипелага, — это лишь одно из следствий геологических процессов, опоясывающих весь Тихий океан и приведших к возникновению как протяженных зон вулканизма (так называемого Тихоокеанского огненного кольца), так и цепочек глубоких разломов. Всему виной субдукция — подминание под себя твердыми континентальными плитами более мягкой океанической. Фактически продолжением Марианской впадины может считаться Курило-Камчатский желоб, который также является интереснейшим объектом глубоководных исследований. «Важно подчеркнуть, — говорит Виктор Литвиненко, — что Россия первой среди стран мира получила в свое распоряжение полностью автономный аппарат, который может работать во всем эшелоне глубин, от нуля до 13 000 м. Да, пока такой предельной глубины в Мировом океане не обнаружено, но на всякий случай в ходе испытаний в Крыловском центре (Санкт-Петербург) аппарат продавили на стенде именно в таком режиме. Так что «Витязь-Д» теоретически может опускаться еще глубже, чем дно Марианской впадины».

Против сверхдавления

Аппарат, каркас которого создан из титановых конструкций, а внешний корпус сработан из сверхпрочного сферопластика, сконструирован таким образом, чтобы очень экономно расходовать энергию. «Витязь-Д» имеет на борту балласт, при котором аппарат просто тонет под воздействием земной гравитации, обретая нулевую плавучесть лишь на заданной глубине (в случае с погружением в Марианскую впадину речь шла об отметке 8500 м). Затем в дело вступают маршевые электродвигатели, винты которых увлекают аппарат еще глубже на дно. При необходимости те же двигатели могли приподнять аппарат вверх. Вдобавок к этому «Витязь-Д» располагает десятью подруливающими движками, обеспечивающими передвижение в горизонтальной плоскости. При подъеме наверх аппарат сбрасывает балласт, так что к поверхности его толкает в основном сила Архимеда. Всем двигательным хозяйством рулит система управления, основанная на элементах искусственного интеллекта.

Аппарат может самостоятельно выполнять алгоритмы по выходу из сложных ситуаций — например, если движение батискафа ограничено стенами подводного грота или стеной скал, обходить препятствие. Эта система управления по сути и отличает «Витязь-Д» от других беспилотных телеуправляемых зондов, уже побывавших на дне желоба. Это японский Kaiko и американский Nereus. Оба можно назвать достаточно продвинутыми аппаратами: в частности, они были оснащены руками-манипуляторами, — однако и в том и в другом случае они были связаны с исследовательским кораблем командным кабелем и самостоятельных решений не принимали.

Вода как провод

Впрочем, о стопроцентной автономии «Витязя-Д» говорить не приходится: обмену информацией между зондом и исследовательским кораблем конструкторы посвятили ряд специальных решений. Был устроен канал гидроакустической связи, использующий вместо звуковых волн колебания, возбуждаемые в водной среде. Изначально в его надежности для сверхглубин высказывали сомнения, поэтому для обеспечения более устойчивой связи была построена донная станция — своего рода реле, промежуточное звено между постом управления и аппаратом. Однако в ходе испытаний выяснилось, что гидроакустический канал позволяет обеспечивать бесперебойную связь с «Витязем-Д», давая возможность отправлять команды на глубину, получая взамен телеметрию. И все это в цифровом виде.

Разведка недр

Как уже отмечалось, подводный беспилотник при приемлемых массе и габаритах (5600 кг, длина 5,7 м) удалось наполнить большим количеством разно­образного исследовательского оборудования. В состав полезной нагрузки «Витязя» входят носовые и кормовые эхолоты, гидроакустические станции, гидролокаторы бокового обзора, видеокамеры, другие сенсоры. Это оборудование позволяет аппарату производить обзорно-поисковую и прецизионную батиметрическую съемку района, гидролокационную съемку рельефа дна, исследование структуры верхнего слоя донного грунта, осуществлять измерения гидрофизических параметров морской среды.

«На сегодняшний день основные задачи, которые выполнял аппарат, относятся к сфере науки, в связи с чем мы развиваем сотрудничество с Институтом океанологии РАН им. П. П. Ширшова, — говорит Виктор Литвиненко, — однако в будущем «Витязю-Д» по силам выполнение и народно-хозяйственных задач, таких как, например, поиск полезных ископаемых на океанском дне. Особенно если учесть модульный принцип конструкции, который позволяет устанавливать на аппарат различные блоки исследовательского оборудования в зависимости от разных задач. Глубина, на которой предстоит работать нашему аппарату, не имеет значения».

Семеро целых

Валерий Лепетюха наиболее точно определил отличие ситуации с АС-28 от «Курска»: «Там катастрофа, а у нас — авария». На СГА не было взрыва, никто не погиб, никто не был ранен, системы жизнеобеспечения функционировали нормально. Но не менее важно и другое отличие: военные смогли переломить свою психологию и поставить на первое место не священную секретность, а жизни людей.

ПЕТР ПЕТРОВ

Часто подводные аппараты становятся жертвами подводных течений или попадают в своеобразные ямы на стыках морских слоев различной плотности. Так, летом 1964 года в Эгейском море американский батискаф Asherah на глубине около 6 м был подхвачен течением и брошен на риф. Удар был настолько сильным, что один из иллюминаторов, рассчитанных на погружение до 180 м, дал трещину. В аппарат стала поступать вода. Оператор оперативно продул балластную цистерну, и Asherah поднялся на поверхность.
Неоднократно были зафиксированы случаи нападения морских существ на мини-подлодки, особенно на больших глубинах. К примеру, в 1967 году у берегов Флориды меч-рыба атаковала американский Alvin. Меч пробил полистироловую оболочку легкого корпуса, к счастью для экипажа, не повредив проходящий под ней электрический кабель. На борту ложно сработал детектор течи, и экипаж был вынужден экстренно подниматься с глубины 610 м.
Не обходят подобные аппараты стороной и технические неисправности. Знаменитый батискаф Trieste едва не погиб, участвуя в поисках пропавшей американской АПЛ SSN-593 Thresher в 220 км от Бостона. На шестом часу погружения на глубине 2460 м возникло замыкание в цепи главного гребного электродвигателя. Поврежденный участок не был отключен, и оплавленный кабель замкнуло на корпус. Это привело не только к быстрой разрядке аккумуляторов, но и грозило взрывом 100 тыс. л бензина в поплавке. Экипажу удалось экстренно подняться на поверхность и ликвидировать неисправность.
Ограниченная обзорность глубоководных аппаратов, а также их небольшая масса часто приводят к столкновениям с надводными и подводными объектами. В 1970 году американский батискаф Shelf Diver, выполняя осмотр подводного нефтепровода, столкнулся с жестким якорным буем. Причинами были недостаточность визуального обзора и низкая разрешающая способность гидролокатора. Никто из четырех членов экипажа не пострадал, однако полученные Shelf Diver повреждения легкого корпуса потребовали немедленного ремонта.
Но главным врагом мини-субмарин являются рыболовецкие сети, тросы, кабели и морской мусор, в котором можно запутаться. Летом 1973 года у берегов Шотландии канадский аппарат Pisces III, всплывая с глубины 420 м, задел трос, поддерживающий кабель, и повредил клапан вентиляции уравнительной цистерны. Выгородка электромасляного насоса заполнилась водой, и Pisces III затонул. Через несколько дней его смогли поднять на поверхность суда Vickers Voyager и John Cabot. Когда крышку люка открыли, оказалось, что у трех членов экипажа оставалось запасов воздуха лишь на 30 минут. В марте 1978 года у берегов Шотландии американский РС-9 на глубине 98 м запутался в полипропиленовом тросе, случайно оказавшемся на грунте. Троих членов экипажа спасли акванавты с мини-субмарины РС-1202, бывшей неподалеку.

Аварии батискафов с летальным исходом Всех членов экипажа АС-28 удалось спасти. К несчастью, так происходит не всегда.

28 сентября 1970 года близ острова Санта-Каталина (Атлантический океан) затонул глубоководный аппарат Nekton Beta. Аппарат совместно с аналогичным Nekton Alfa участвовал в подъеме затонувшего на глубине 75 м мотобота. При подъеме трос оборвался, и мотобот упал на задержавшийся на дне батискаф. Акриловый иллюминатор Nekton Beta раскололся, и аппарат затопило. Один член экипажа успел открыть люк и подняться на поверхность методом свободного всплытия. Второй погиб. Через неделю Nekton Beta был поднят и отремонтирован.
17 июня 1973 года в 25 км от Флориды на глубине 110 м аппарат Johnson Sea Link был втянут сильным придонным течением в пробоину затопленного эсминца Fred T. Berry. Батискаф зацепился за леерное ограждение корабля и не имел возможности освободиться самостоятельно. О нештатной ситуации по звукоподводной связи было сообщено на судно обеспечения. Через 30 часов экипажу была оказана помощь необитаемым аппаратом спасательного судна A. B. Wood. Однако из четырех членов экипажа двое (находившиеся в водолазном отсеке) погибли от переохлаждения и отравления двуокисью углерода.
В июне 1974 года в Токийской бухте на глубине 10 м произошло короткое замыкание на борту подводного аппарата Yudzuki. Начался пожар, и батискаф быстро заполнился токсичным дымом. Экипаж успел сообщить об аварии, и Yudzuki был срочно поднят на поверхность. Однако оба члена экипажа к этому моменту уже погибли.
В 1977 году близ Марселя во время показательных выступлений на глубине 40 м затонула мини-подлодка Moana. Лодку затопило из-за неплотно закрытого рубочного люка. Трое членов экипажа решили спастись методом свободного всплытия, но только двое из них имели необходимый опыт и сумели доплыть до поверхности. Четвертый остался в аппарате (в воздушной подушке) и был спасен водолазами с обеспечивающего судна.
В августе 2000 года, в ходе операции по спасению подлодки К-141 «Курск», случился ряд небольших — без человеческих жертв,— но весьма критичных в той ситуации происшествий на глубоководных аппаратах. Сначала 13 августа мини-субмарина АС-34 (проект 1855) при поиске ПЛА столкнулась с винтами «Курска» и вынуждена была аварийно всплыть. На следующий день при спуске в море АС-34 ударилась о борт судна-носителя «Михаил Рудницкий», повредила оборудование (гидроакустические антенны бокового обзора, гирокомпас и эхолот) и оказалась выведена из строя. 15 августа и 18 августа при погружениях к «Курску» на АС-34 выходила из строя гидроакустическая станция «Глетчер». 18 августа при погружении АС-36 (проект 18270 «Бестер») во второй отсек стала поступать вода под давлением 10 атмосфер. Причиной стала негерметичность клапана системы осушения, замещения и дифферентовки. АС-36 начал тонуть и упал на грунт, ему пришлось экстренно всплывать на поверхность.

Информационный потоп Если при организации работ по спасению АС-28 российские власти сумели извлечь из истории с «Курском» определенные уроки, то в части работы со СМИ все осталось по-прежнему. «Власть» составила сравнительную таблицу информационного обеспечения двух операций.

PDF-версия

• 9
• 10
• 11
• 12