ГИДРОНА́ВТИКА

ГИДРОНА́ВТИКА (от гидро... и греч. ναυτική – искусство мореплавания, кораблевождения), отрасль науки и техники, занимающаяся исследованием и освоением придонного слоя и дна Мирового океана с помощью подводных аппаратов – обитаемых (ОПА) и необитаемых (НПА).

C 1960-х гг. проблема изучения и освоения Мирового океана приобретает первостепенное значение в экономической, политической и военной сфере. Ведущие страны мира большое внимание уделяют исследованиям океана. Появляются национальные программы освоения океана, включающие создание современных подводных аппаратов. Вместе с тем создание глубоководных средств (ГС) для решения задач изучения и освоения Мирового океана является исключительно сложной научно-технической задачей.

Основные цели и научно-практическое направление

В сфере науки и техники

Океанологические (океанографические) исследования (см. Океанология) Мирового океана и океанического дна преследуют следующие цели: 

глубинное электромагнитное и сейсмическое зондирование с использованием донных станций для изучения структуры земной коры и мантии под океаническим дном, исследование Мирового океана в недоступных прежде местах (на многокилометровых глубинах, подо льдами Арктики, у кратеров действующих подводных вулканов и др.), изучение влияния физических и биологических процессов, происходящих в глубинах Мирового океана и на океаническом дне, на окружающую среду и организм человека;

создание ГС, обеспечивающих безопасную деятельность человека в глубинах Мирового океана путём повышения их автономности и эффективности за счёт оснащения новыми энергетическими установками, современными поисково-обзорными системами;

медико-биологические и экологические исследования жизнедеятельности человека в Мировом океане, его пребывания на всём диапазоне глубин, включая предельные, создание систем жизнеобеспечения, компенсация неблагоприятных явлений в организме, связанных с пребыванием человека в экстремальной неблагоприятной среде;

историко-археологические исследования (поиск и обследование затонувших кораблей, судов, летательных аппаратов, материальных следов цивилизаций, сбор и подъём объектов и артефактов);

картографирование дна Мирового океана, установление и нанесение на карту (подтверждение) границ шельфа;

разведочные работы по освоению природных ресурсов, находящихся в придонном пространстве и на дне Мирового океана;
монтаж глубоководного оборудования, осмотр бурильных платформ;

инженерно-изыскательские работы по обеспечению прокладки трубопроводов, подводных кабельных линий и другие работы на грунте.

В сфере обеспечения безопасности государства

Обеспечение национальных интересов, суверенных прав и юрисдикции государства в придонном пространстве и на дне Мирового океана включает:

выявление и пресечение несанкционированной деятельности на дне исключительной экономической зоны, континентального шельфа и в прибрежной зоне, в т. ч. скрытного размещения различных видов оружия;

обеспечение решения международно-правовых вопросов, связанных с изучением и освоением ресурсов Мирового океана;

защиту подводной инфраструктуры и донных объектов государства (объектов навигационного оборудования, подводных кабельных линий связи, информационных и иных систем, нефтегазопроводов, а также объектов промышленного назначения, осуществляющих добычу ресурсов на дне и в придонном пространстве, и др.).

В сфере предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера

Предотвращение и ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций включает: 

поиск затонувших объектов, в т. ч. морской, авиационной, космической и др. техники;

участие в спасении экипажей аварийных (затонувших) подводных лодок и обитаемых глубоководных средств;

обследование районов захоронений взрывчатых, отравляющих, радиоактивных веществ и затонувшей техники как возможных источников экологической опасности, включая поиск, осмотр, видеосъёмку, контроль параметров морской среды, оценку их целостности и прочности, а также выполнение работ по их изоляции или подъёму.

ОПА «Мир» перед погружением.

Из других задач, решаемых средствами гидронавтики, можно назвать операции, проводимые на затонувшем судне «Титаник», где ОПА «Мир» (Россия; фото 1) использовался в необычной роли – как платформа для съёмок художественного фильма.

В кон. 1990-х гг. ГС стали широко использоваться и для рекреационных целей – в живописных районах Мирового океана созданы флотилии подводных аппаратов для экскурсий, а британская телерадиокомпания Би-Би-Си (ВВС) создала цикл передач, в основе которых лежат рабочие съёмки, выполненные подводными аппаратами.

Глубоководные средства

НИПЛ с ядерной энергетической установкой.

Для исследования Мирового океана разработаны обитаемые и необитаемые подводные аппараты, научно-исследовательские подводные лодки (НИПЛ; фото 2), станции, робототехнические комплексы (системы), способные решать свойственные им задачи на глубинах от 600 метров и более, в т. ч. в придонном слое и на дне Мирового океана.

Обитаемые ГС различных типов имеют в основном прочный корпус для размещения в нём гидронавтов и включают следующие основные глубоководные технические средства: источник энергии (аккумуляторная батарея, ядерная энергетическая установка); движительно-рулевой и манипуляционно-технологический комплексы; телевизионно-оптическое оборудование и световые приборы; поисково-обзорные системы; радиоэлектронное оборудование; забортный блок гидравлики для приведения в движение забортного оборудования; сбрасываемый аварийный балласт и др.

Глубоководные технические средства (ГТС)

К глубоководным техническим средствам относятся устройства, оборудование, аппаратура (приборы), агрегаты, приспособления, комплексы и системы и/или их составные части.

Основные характеристики ОПА

Принципиальное отличие обитаемого ГС от подводной лодки: значительно бо́льшая глубина погружения; прочный корпус (в большинстве случаев имеющий сферическую форму), рассчитанный на большие давления; более высокая манёвренность во всех плоскостях; способность становиться на грунт и проводить различные подводные работы на грунте; большое количество забортного оборудования, рассчитанного на предельную глубину погружения; наличие иллюминаторов для визуального осмотра исследуемых объектов. Первым отечественным обитаемым глубоководным аппаратом можно считать «Север-2» (1970). Одним из современных ОПА является «Русь» (1999).

Основными заказчиками обитаемых подводных аппаратов в нашей стране выступали Министерство рыбного хозяйства, Академия наук и Министерство обороны. Разработкой и строительством аппаратов занимались АО «ЦКБ МТ "Рубин"», АО «СПМБМ "Малахит"», АО «ЦКБ "Лазурит"», ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Центральный НИИ конструкционных материалов «Прометей», предприятия судостроительной промышленности и многие другие организации. В нашей стране было создано ок. 200 подводных аппаратов по 47 проектам.

В сер. 20 в. к необходимости изучения и освоения глубин Мирового океана и развития гидронавтики пришли практически одновременно несколько ведущих стран мира (Италия, СССР, США, Франция, Япония). Начало развития отечественной гидронавтики относится к сер. 1960-х гг. В 21 в. возрастает экономическое и оборонное значение исследования дна Мирового океана, что предполагает принципиально новые методики отбора и подготовки гидронавтов, создание глубоководных комплексов.

История развития гидронавтики

Проникновение человека в глубины морей имеет древнюю историю. Только в 18 в. эти попытки увенчались относительным успехом. Изначально такого рода деятельность велась сугубо в военных целях. Первые устройства для погружения в воду – подводные лодки «Морель» (1724) российского плотника казённой верфи Е. П. Никонова, «Черепаха» (1776) американского изобретателя Д. Бушнелла, цельнометаллическая подводная лодка российского изобретателя инженер-генерала К. А. Шильдера (1834) – являлись исключительно боевыми судами.

Прообразом современных обитаемых подводных аппаратов стала батисфера (гидростат), представляющая собой герметичную камеру со средствами наблюдения и жизнеобеспечения, опускаемую с борта судна на тросах. Батисферами возможно было обследовать лишь небольшие участки дна площадью в несколько метров. Однако батисферы позволили проникнуть человеку на довольно большие глубины.

Первый спуск в батисфере осуществлён итальянцем Бальзамелло в Средиземном море в 1892 на глубину 165 м. В 1911 там же американский инженер Г. Гартман достиг глубины 458 м. В 1923 по проекту инженера-механика Е. Г. Даниленко построен первый отечественный обитаемый подводный аппарат – гидростат. В то время в мире существовал только один подобный аппарат – Г. Гартмана. Гидростат Даниленко совершил первое погружение 2 сентября 1923. В состав экипажа входили сам конструктор и Д. А. Карпович; 9 сентября 1923 установлен первый отечественный рекорд глубины погружения – 123 м. Гидростат Даниленко успешно применялся для различных подводных работ и исследований. Используя опыт Даниленко, в 1926 был построен более лёгкий и простой в обслуживании подводный аппарат-гидростат инженера А. З. Каплановского. Рекорд глубины, 923 м, установили 15 августа 1934 У. Биби  и О. Бартон (продержался 15 лет), а в 1949 Бартон погрузился на глубину 1375 м. Эта глубина является рекордной для погружения в батисферах.

Проблемные вопросы прочности корпусов подводных аппаратов (разработка теоретической базы процессов деформирования, устойчивости и разрушения оболочечных конструкций, норм и запасов прочности) в 1930-е гг. получили развитие в работах учёных Ю. А. Шиманского, П. Ф. Папковича, В. В. Новожилова. На основании этих работ были созданы первые нормативно-технические документы в этой области. Созданию аппарата для научных исследований на больших глубинах в СССР помешала Великая Отечественная война. Практически готовую батисферу («Батисфера ВНИРО») пришлось отправить на разборку. Погружения в батисферах практически не имели большого значения в изучении океана и совершались в основном для достижения рекордных глубин и проверки различных технических решений. Но эти погружения давали возможность определить направления создания новых технических средств, позволяющих проводить исследования и подводные работы на больших глубинах с высокой эффективностью и минимальным риском.

Изобретение батискафа (от греч. βαθύς – глубокий и σκάφος – судно) позволило проводить подводные работы и исследования без жёсткой связи с поверхностью (судном). Конструктивно батискаф состоит из прочного корпуса с иллюминаторами, предназначенного для размещения экипажа, систем и механизмов, различного оборудования, и лёгкого корпуса (поплавка), заполненного балластом и жидкостью более лёгкой, чем вода (бензином), обеспечивающей плавучесть аппарата. Этот тип аппаратов иногда называют поплавковыми. Батискаф мог маневрировать в толще воды и у грунта. Один из основных недостатков батискафов – большие габариты и масса (до 300 т), что делает затруднительным их использование с борта судов; доставка к месту погружения осуществляется, как правило, путём буксировки. Батискафы сыграли большую роль в освоении океана.

Первый батискаф, получивший название «FNRS-2», сконструировал швейцарский учёный О. Пиккар в 1948. На батискафе «Триест» собственной конструкции в 1953 он опустился (с сыном) до 3160 м (в Тирренском море). В 1954 французы Ж. Гуо (Уо) и П. Вильм на батискафе «FNRS-3» достигли глубины 4050 м. Этот рекорд был побит в 1959 модернизированным батискафом «Триест». Серия погружений этого батискафа завершилась погружением в 1960 на дно Марианской впадины на глубину 10 915 м (по другим данным – 10 918 м) со швейцарским учёным Ж. Пиккаром (сын О. Пиккара) и офицером американских ВМС Д. Уолшем на борту.

Изобретение синтактика позволило открыть новую страницу в создании подводных аппаратов. Синтактик – твёрдый, плавучий, выдерживающий давление больших глубин материал, представляющий собой композит из стеклянных микросфер, соединённых пластичной эпоксидной смолой. Благодаря этому изобретению стало возможным создание подводных аппаратов без бензинового поплавка, что позволило в разы снизить массу и габариты аппаратов. С сер. 1960-х гг. активизируется строительство беспоплавковых аппаратов. Наибольшее развитие это направление получило в США, Канаде и Франции. В основном строились аппараты для относительно малых глубин (до 600 м), т. к. их изготовление было технически проще и дешевле. Помимо решения задачи по уменьшению массы и габаритов аппаратов, во многих развитых странах велась активная работа по созданию для них новых источников энергии. В кон. 1960-х гг. в США была посроена НИПЛ «NR-1» – первое в мире обитаемое глубоководное средство с атомной энергетической установкой, способное работать на грунте на глубине 914 м. В СССР первая НИПЛ «Северянка» (главный конструктор С. Н. Якимовский) была создана в 1958 для исследований, связанных с вопросами рыбного хозяйства. Это была переоборудованная дизель-электрическая подводная лодка проекта 613.

Одним из направлений развития обитаемых подводных аппаратов было создание буксируемых аппаратов. В кон. 1960-х гг. были завершены работы по созданию глубоководного комплекса «Архипелаг» (наблюдательная камера с экипажем из 3 чел. и подводная лодка-носитель), предназначенного для проведения исследований океана на глубинах до 2000 м, а в нач. 1970-х гг. был принят в эксплуатацию подобный комплекс «Селигер». В 1973 наблюдательная камера «Селигера» достигла глубины 2000 м. Члены экипажа – офицеры ВМФ Ю. Г. Пыхин, В. М. Шишкин, Ю. П. Филипьев – были удостоны звания Героя Советского Союза. Комплекс «Селигер» стал новым шагом в отечественном кораблестроении.

Первым отечественным автономным обитаемым глубоководным средством можно считать обитаемый аппарат «Север-2» (главный конструктор Ю. К. Сапожков), построенный в 1970 и рассчитанный для работ на глубинах до 2000 м. В 1976 завершено строительство второго аппарата «Север-2». Для создания прочных корпусов этих аппаратов была разработана высокопрочная сталь АК-32, лёгкий корпус изготавливался из стеклопластика. Были созданы и суда – носители аппаратов («Ихтиандр» и «Одиссей»), оборудованные специальными спуско-подъёмными устройствами. Аппараты в основном использовались для исследований в области биологии, океанологии, морской геологии и активно эксплуатировались до сер. 1990-х гг.

По заданию Академии наук СССР в 1975 и 1976 в Канаде были построены аппараты «Пайсис-VII» и «Пайсис-XI». Это были первые аппараты, предназначенные для комплексных океанологических исследований на глубинах до 2000 м. Экипаж аппарата – 3 чел. Одновременно и в СССР шли работы по созданию подобных аппаратов. В 1979 построены первый из трёх подводных аппаратов проекта 1832 «Поиск-2» (главный конструктор Ю. К. Сапожков), предназначенный для проведения подводных работ различного направления на глубинах до 2000 м (экипаж – 3 чел.), а также первый отечественный аппарат, предназначенный для проведения подводных работ и исследований на глубинах до 6000 м, – «Поиск-6» (главный конструктор Ю. К. Сапожков).

В 1987 в Финляндии по заданию Академии наук СССР построены два обитаемых подводных аппарата «Мир-1» и «Мир-2» (руководители проекта – И. Е. Михальцев и А. М. Сагалевич), способных проводить комплексные исследования на глубине 6000 м (экипаж – 3 чел.). Уникальность этих аппаратов заключается в комплексном оснащении научно-исследовательской аппаратурой (в т. ч. сменной), обеспечивающей проведение исследований широкого профиля совместно с судном-носителем. Изготовление полусфер прочных корпусов осуществлялось по оригинальной технологии литья (метод вакуумного конвертера) мартенситностареющей (мартенситной) стали.

В нач. 1980-х гг. отечественная промышленность создала первую НИПЛ с атомной энергетической установкой (проект 1910 «Яуза», главные конструкторы Ю. М. Коновалов, Е. С. Корсуков). НИПЛ способна длительное время проводить широкий спектр подводных работ и исследований на глубине 1000 м, в т. ч. находясь на грунте.

В 1980-х гг. в строительстве подводных аппаратов стали активно использоваться титановые сплавы, велись поиски путей создания отечественных аппаратов с большими глубинами погружения и минимальными массогабаритными характеристиками. В 2011 и 2015 завершены глубоководные испытания обитаемых подводных аппаратов «Консул» проекта 16811 и «Русь» проекта 16810 (главные конструкторы В. Г. Марков, Е. М. Разумихин, Ю. М. Коновалов), предназначенных для проведения подводных работ и исследований на глубине 6000 м (экипаж – 3 чел.). Экипаж гидронавтов отработал намеченную программу на глубине 6270 метров. Тем самым повторил и даже превзошёл рекордные достижения ОПА «Мир». Наличие аппаратов с такой глубиной погружения позволяет проводить подводные работы на 98% площади Мирового океана. Ныне в мире существует всего семь аппаратов, способных работать на глубине 6000 м, и четыре из них принадлежат России.

В нашей стране создана и динамично развивается школа гидронавтики, не имеющая аналогов. В 1975 сформирован Центр подготовки специалистов в области глубоководной деятельности Министерства обороны. Гидронавты осуществляют эксплуатацию обитаемых глубоководных средств, проводят исследования придонного слоя и дна Мирового океана.

В статье рассмотрены основные этапы создания обитаемых глубоководных средств и развития гидронавтики в целом. За её рамками остались специализированные обитаемые подводные аппараты для аварийно-спасательных работ, обитаемые подводные аппараты с глубиной погружения менее 600 м, а также необитаемые подводные аппараты. 

Создание обитаемых глубоководных средств и их использование для научных и прикладных целей позволило сделать значительный шаг в изучении Мирового океана, разработать ряд уникальных методик в океанологии, металлургии, энергетике, медицине и некоторых других отраслях, расширить диапазон подводных работ. Обитаемые подводные аппараты по праву считаются национальным достоянием России.