Враждебность подводного мира

На дне океана. Часть вторая.

Враждебность подводного мира.

Прежде всего уточним, что значит освоить какое-нибудь пространство, например, воздушное, космическое или глубины океана. Очевидно, освоение предполагает возможность с помощью обитаемого или автоматического аппарата перемещаться в заданной области пространства и выполнять там определенные функции. При этом скорость перемещения аппарата, время пребывания в заданном месте и его полезная деятельность (с учетом материальных затрат) определяют эффективность технического средства, разработанного для освоения пространства.

И космическим и подводным аппаратам при движении в пространстве необходимо осуществлять вертикальные перемещения в поле тяготения Земли. При этом для космических кораблей преодоление сил тяготения связано с большим расходом энергии (топлива). Энергетические затраты особенно возрастают, если требуется зафиксировать положение космического корабля в заданной точке пространства. Из-за ограниченных запасов топлива время такого зависания не превосходит нескольких минут.

Силы тяготения действуют и в водной среде, однако для подводных аппаратов проблема их остановки в равновесном положении в любой точке водного пространства разрешается достаточно просто.

Враждебность подводного мира - подводный аппарат

Подводный аппарат перемещается в жидкой среде большой плотности. По этой причине действующие на него силы поддержания (или силы плавучести), которые по закону Архимеда пропорциональны плотности среды и объему вытесняемой аппаратом жидкости, столь велики, что становится возможным создать подводный аппарат, вес которого равен архимедовой силе плавучести. При условии равенства этих сил аппарат в поле тяготения Земли под водой находится в статическом равновесии и может зависать в любой заданной точке пространства без каких-либо затрат энергии. Вертикальные же перемещения аппарата требуют минимального расхода энергии только для приема или удаления балласта, благодаря чему нарушается равновесие между силами веса и силами плавучести аппарата и осуществляется его погружение или всплытие.

Отметим еще одно существенное отличие условий движения в космосе и в водной среде. Значительные удаления космических кораблей от Земли не требуют коренного изменения их конструкций, обеспечивающих прочность, герметичность, изоляцию и защиту корпуса корабля. Это связано с тем, что даже на трассе полета Земля — Луна внешнее воздействие космической среды изменяется относительно мало.

Совсем по-другому обстоит дело при вертикальных перемещениях в водной среде. Вследствие большой ее плотности на подводный аппарат действует гидростатическое давление, непрерывно возрастающее по мере погружения. С увеличением глубины погружения на 10 м внешнее давление повышается на одну атмосферу. На глубине 6 000 м давление на квадратный сантиметр корпуса подводного аппарата достигает 600 кг. При таких удельных давлениях на площадку размером с ладонь человека действует сила около 80 т. При еще больших погружениях, например, батискафа «Триест» на дно Марианской впадины, на его сферу диаметром около двух метров, вода давила с силой свыше 30 000 т. Такие давления значительно превосходят нагрузки, которые испытывают, например, котлы — одни из наиболее напряженных конструкций современной техники.

При столь больших гидростатических давлениях даже через малые повреждения в корпус будет поступать так много воды, что аппарат начнет быстро погружаться, и после перехода его на глубину, большую критической, произойдет мгновенное разрушение корпуса.

Но не только высокие гидростатические давления создают трудности в освоении океанских глубин. Отсутствие кислорода во внешней среде требует применения на подводных аппаратах автономных источников энергии, а также специальных систем жизнеобеспечения личного состава. С уходом на глубину аппараты погружаются в полную темноту, и для внешних наблюдений необходимо искусственное освещение. В отличие от полетов в космосе, имеются значительные затруднения в организации устойчивой связи и обмене информацией между подводными аппаратами и надводными судами, а также в обеспечении точной навигации при сильных морских течениях.

Первые погружения человека на значительные глубины совершались в водолазных колоколах, батисферах и батистатах. У батистата прочный корпус цилиндрический, а не сферический. Так как вес этих аппаратов превышает, архимедовы силы плавучести в объеме аппарата, то его избыточный вес при спуске воспринимается тросом. Прочность этого троса накладывает основные ограничения на предельные глубины погружения опускаемых аппаратов. Такие аппараты из-за относительно жесткой связи с надводным судном, отсутствия маневренности и выполняемых ими функций не получили широкого развития.

В последние годы появились предложения по созданию несамоходных подводных станций, размещаемых непосредственно на морском дне (если вес их превосходит силы плавучести), или на якорях на заданной глубине (при обратном соотношении сил веса и сил плавучести).

Для малых глубин погружения рассматривается возможность эффективного применения колесных и гусеничных подводных средств большого веса с обеспечением связи и энергопитания с надводных судов (или наземных станций) по гибкому кабелю. В таких случаях можно существенно повысить энергетические возможности аппарата, длительность его пребывания под водой и полезную нагрузку.

Однако все упомянутые виды глубоководной техники не имеют свободы вертикальных или горизонтальных перемещений и не отвечают в полной мере сформулированным выше требованиям к аппаратам, предназначенным для освоения пространства океанских глубин.

Какие же выводы следуют из рассмотрения тех специфических условий, в которых должен находиться подводный аппарат, способный решать широкий круг задач?

Конструкция подводного аппарата должна удовлетворять двум основным условиям: вес его не должен превосходить суммы всех сил плавучести, определяемых законом Архимеда, иначе аппарат не сможет всплыть на поверхность. А прочность аппарата должна быть достаточной, чтобы выдержать давление на намеченных для освоения глубинах, в противном случае аппарат будет раздавлен. Оба условия в известной степени противоречивы, так как повышение прочности обычно связано с увеличением веса, которое не во всех случаях удается компенсировать увеличением плавучести.

Другими словами, чем больше вес корпуса, тем больше достижимая глубина погружения.

Рекомендуем почитать!

amerikanskie-uchenye-smogli-sozdat-po-nastoyashchemu-nepromokaemuyu-bumagu
Американским ученым удалось создать уникальную бумагу,...ДАЛЕЕ .....599
tsarstvo-vody-portugalskij-korablik-langusty-tsianeya
В море живут не только рыбы. «Португальский кораблик» - это не...ДАЛЕЕ .....1207
kakie-zhivotnye-samye-bystrye
Самые быстрые животные на земле.   Некоторые из них летают по...ДАЛЕЕ .....1297
lemuriya-kolybel-tsivilizatsij
Многие люди, наверное не раз слышали об очень древней и...ДАЛЕЕ .....892
do-nachala-tsivilizatsij
История существования человека, по крайней мере, в 500 раз...ДАЛЕЕ .....761
niobij-opisanie-i-primenenie
Ниобий чрезвычайно тугоплавкий металл, плавится при температуре...ДАЛЕЕ .....465
kak-sejchas-otmechayut-1-maya-v-nashej-strane-i-drugikh-stranakh
1 мая — День труда   Долгие годы праздник 1 мая...ДАЛЕЕ .....1103
voda-neobychnoe-veshchestvo
Вода - самое удивительное вещество на Земле. Существовала на...ДАЛЕЕ .....823
Яндекс.Метрика