// Вие четете...

Океан и Атмосфера

Изследователски подводни апарати. Част 1

„Доброто дело даром не пропада.“

Въведение. Значимостта на навигационно – хидрографското и хидрометеорологичното осигуряване непрекъснато нараства и заедно с него нараства значението на изучаването на Световния океан в мирно време.

Понастоящем се появиха нови средства, прибори и измерителна апаратура, нов тип носители, в това число и подводни изследователски апарати.

Използването на изследователски подводни апарати, снабдени със съвременно електронно изчислително оборудване, позволява попълването с данни океанографските наблюдения, получавани с помощта на надводни средства, тъй като в този случай пространствените изменения на характеристиките на водната среда се изучават непосредствено във самия слой вода на Световния океан.

Назначение и класификация на подводните апарати. Океанографските наблюдения, провеждани с надводни кораби като носители на океанографска апаратура не отразяват достатъчно пълно физическите процеси, протичащи на големите дълбочини на Световния океан. Във връзка с широкия размах на работите по изучаване и усвояване на Световния океан голямо внимание в последно време се отделя на развитието на новите технически средства, в това число и на подводните, притежаващи цял ред преимущества при провеждане на дълбоководни океанографски изследвания. Интензивното развитие на подводните апарати се определя от нарасналите потребности по решаването на редица приложни задачи, за които се изисква провеждането на широк кръг изследвания, насочени към изучаването на Световния океан.

По данни на чуждестранния печат в света за последното десетилетие са се появили над 200 подводни апарата с различно предназначение. Всички те се отличават с голямо разнообразие на тактико-техническите си елементи, принципа на действие, формата, техническите решения. Това е обусловено преди всичко от назначението и условията на работа на апаратурата. Освен това, явявайки се като ново научно-техническо направление, строенето на подводни апарати не е обременено с традиции, принципи, да кажем така, както е в корабостроенето, което дава огромен простор за творчество и даже на самодейност по отношение на избора на отделните елементи и приемането на едни или други технически решения. Обаче, по съществени признаци, всички известни подводни технически средства за изучаване и усвояване на моретата и океаните могат да бъдат подразделени на няколко квалификационни групи (типа). Преди всичко, те могат да се разделят на две принципиално различни категории – стандартни и нестандартни. Тези категории на свой ред се състоят от две групи – обитаеми и необитаеми подводни средства, които могат по-нататък да се класифицират по назначение и по по-важните технически характеристики.

Необитаемите подводни апарати (НПА) са предназначени за изследване на океана и за изпълнение на сравнително несложни работи в неговите дълбини.

Както показва опитът, изследвания с НПА и редица научни задачи, например, преобладаващото мнозинство хидрофизични и геофизични изследвания на дъното, практически могат качествено да се решат само с тяхна помощ.

НПА са получили също признание като мобилни и достатъчно ефективни средства за оказване на помощ на обитаемите подводни апарати, претърпели аварии. Очевидно е, че НПА ще бъдат много ефективни и за изпълнението на редица подводно технически работи на големи дълбочини.

Съществуващите и създаваните образци се различават, преди всичко по дълбочината на потапяне, която съществено определя тяхното конструктивно изпълнение, степен на сложност на системите за управление, а също така и функционалните възможности.

НПА могат също да бъдат разделени по функционален признак на автономни и привързани. Привързаните на свой ред се подразделят на буксируеми и сондиращи.

Автономните необитаеми апарати са предназначени за изпълнение на изследователски задачи по предварително определена програма. Такива апарати могат да работят освен във водата на всякаква дълбочина и непосредствено на дъното. Те могат да работят както в строго сондиращ режим по вертикала, така и в режим на пространствено сондиране, когато спускането и изкачването се извършва например по спирала.

Обмена на информацията между подводния апарат и осигуряващия кораб се осъществява, като правило, по хидроакустичен канал в ограничен обем.

Голяма група представляват привързаните апарати. С висока ефективност се отличават буксируемите системи с помощта на които е възможно да се изпълняват продължителни по време измервания на параметрите на средата на зададени хоризонти, картографиране на дъното и търсене на потънали обекти.

Привързаните сондиращи НПА обикновено се спускат от осигуряващи неподвижни кораби. Тяхната ефективността много зависи от способностите на кораба продължително време да не изменя своето положение.

Обитаемите подводни апарати (ОПА) позволяват на човека да изпълнява под водата различни изследвания и работи. Понастоящем 50% от цялото експлоатационно време на съществуващите ОПА се използва за обслужване на морския нефтодобив, оглед на подводни тръбопроводи и кабели, около 20% за полагане на грунда на тръби и кабели, 12% за подводни аварийно спасителни работи, останалото време се използва за различни изследвания. Подробна класификация на ОПА ще разгледаме в следващия въпрос.

Развитието на науката и техниката позволява да се създадат и внедрят в практиката на океанологичните изследвания подводни лаборатории, които позволяват на човека продължително време да се намира във водата и непосредствено да наблюдава изучаваните явления.

Обитаеми подводни апарати. В усвояването на Световния океан особено място сред разнообразието от морска техника заемат обитаемите подводни апарати, позволяващи на човека да изпълнява под водата различни изследвания и работи. Счита се, че работата на водолазите е ефективна на дълбочини до 150 м, на по-големи дълбочини е по-изгодно да се използват ОПА.

ОПА се класифицират по различни признаци.

По предназначение:

– изследователски (като правило, много целеви);

– производствени, предназначени за подводни работи (основно специализирани);

– товаропасажерски;

– аварийно-спасителни;

– експериментални, за отработване на отделни видове системи и оборудване.

По способите на доставка към мястото на потапяне:

– буксируеми;

– транспортируеми, на кораб носител;

– автономни, базирани на брега.

По способа на удържане на дълбочина:

– привързани, поддържани с кабел трос;

– поплавкови, имащи леко тегловен поплавък (батискафи);

– без поплавкови, поддържащи плавучест с лек корпус;

– дънни, придвижващи се по дъното.

По дълбочината на потапяне:

– за малки дълбочини – до 600 м;

– за средни дълбочини – до 2000 м;

– за големи дълбочини – до 6000 м;

– за пределни дълбочини – 12000 м.

Еднотипни самоходни апарати, транспортирани на борда на кораб – носител, се класифицират в зависимост от техните технически характеристики.

В зависимост от водоизместването:

– малки – до 20 т;

– средни – от 20 до 60 т;

– големи – по-големи от 60 т.

В зависимост от скоростта на движение:

– малка скорост – до 1,5 м/с;

– средна скорост – от 1,5 до 3 м/с;

– голяма скорост – по-голяма от 3 м/с.

Най-простите ОПА се явяват едноместните привързани подводни апарати, които могат да бъдат сондиращи, буксируеми или самоходни. Прототип на тези подводни апарати се явяват твърдите водолазни скафандри, осигуряващи пребиваване и работа на човека под водата при атмосферно налягане. Подобни скафандри имат плавучест, близка до нулата и са оборудвани с прости манипулатори, които могат да се заменят в зависимост от извършваната работа. Примери за такива твърди скафандри са скафандрите от типа „Jim“ и „Yet Jim“, произвеждани през 1974 г. Недостатъци на твърдите скафандри се явяват бавното и изискващи големи усилия за придвижване във водата, не голяма автономност, а също така възможност за преместване с отделяне от грунда само по вертикала по протежение на кабел троса.

Преходна стъпка от антропоморфични твърди водолазни скафандри към едноместни привързани самоходни подводни апарати (ПА) се явяват създаването на така наречените полуантропоморфични скафандри от типа „Wasp“ и „Spieder“. Те са снабдени с електродвигатели, осигуряващи тяхното придвижване във всяко направление.

Следващата стъпка се явява създаването на едноместните привързани ПА. Те се отличават от полуантропоморфични скафандри с наличието на манипулатори, управляват се с не мускулна сила, а с помощта на дистанционно управление, оборудвани са с редица специални апаратури и са с по-комфортни условия за обитаване. Това е позволило да се разшири кръгът от решаваните задачи с ПА. Някои от тези ПА, например „Mantis Dunlus“, могат да работят, както в качеството на обитаеми, така и на необитаеми и се управляват дистанционно от повърхността.

Характеристиките на едноместните привързани ПА, осигуряващи пребиваването на човек под водата при атмосферно налягане, са представени в таблица 1.

Най-многобройната група са самоходните научноизследователски ОПА, обладаващи редица съществени преимущества. Но, обитаемите самоходни апарати (ОСА) притежават малка автономност, която се обуславя с не големите запаси от захранване и с ограниченост на ресурсите на различните осигуряващи системи.

Тъй като 98,5% от площта на Световния океан е с дълбочини по-малки от 6000 метра, поради тази причина голяма част от създадените вече апарати са предназначени за работа на дълбочини до 6000 м.

Таблица 1.

Преобладаващото мнозинство (около 90%) от съществуващите ОСА (обитаеми самоходни апарати) са предназначени за работа в пределите на континенталния шелф и извън него на дълбочини по-големи до 1000 м и само 8% от ОСА са способни да се потапят на дълбочини по-големи от 2000 м. Почти 90% имат водоизместване до 20 т, числеността на екипажа, включително и научните сътрудници, основно е от 2 – 3 човека. Полезната товароподемност у повечето апарати не превишава 400 – 600 кг. Икономичната скорост на подводните апарати под вода, като правило е 2 – 3 възела, максималната 4 – 5 възела, подводната автономност в средно не превишава 20 часа.

Не обръщайки внимание на разнообразието на конструктивните форми, тези апарати имат еднакви елементи, главни от които се явяват здравина на корпуса, системите за живото осигуреност, управление, навигация и връзка, лек корпус (в който се разполагат бордовото оборудване) и енергетичната установка.

Обезателен елемент за всеки подводен апарат се явява баластът – течен или твърд.

У апаратите за средни и големи дълбочини плавучестта на здравия корпус често се оказва недостатъчна за уравновесяване на неговата маса. В този случай недостатъкът от плавучест се компенсира от леко тегловни поплавъци.

Извън здравия корпус са разположени двигателно – рулевия комплекс, котвеното устройство, хидравличната система, манипулаторните устройства, общо апаратните системи (баластна, въздух високо налягане, регулиране на плавучестта и т.п.), буксирно и швартово устройство.

За първи ОПА се считат батосферите и хидростатите. Към тях се отнасят швейцарския батискаф „Триест” и френския ФНСР-3, построен през 1953 г, а също така и апарата „Дениз”, построен от Жак ив Кусто през 1959 г с дълбочина на потапяне до 300 м. В Русия по същото това време се е използвал хидростат ГСК-6 и подводната лодка „Северянка”.

ОПА се проектират и се строят в Русия, Япония, Канада, Великобритания, Германия, САЩ и някои други страни. Понастоящем в целия свят съществуват повече от 200 разнообразни по тип ОПА. Те се използват основно за научни изследвания в областта на океанографията, геологията, биологията, риболова и т.п.

ВМФ на Русия понастоящем притежава два ОПА: „Поиск-2” (ЧФ) с дълбочина на потапяне до 4000 м, и „Поиск-4” (ТОФ) с дълбочина на потапяне до 6000 м.

На ОПА обикновено се установява следното оборудване, предназначено за извършване на научни изследвания:

– навигационни системи (ехолоти, хидролокатори, лагове, жирокомпаси, системи за свръзка и т.н.);

– хидроакустична научна апаратура;

– хидрологична апаратура;

– геофизична апаратура;

– устройства за вземане на биологични проби, проби от водата и грунда, контейнери за съхраняване на образците, манипулатори и т.п.;

– оборудване за визуално наблюдение (фото и видео апаратура, осветителна апаратура и т.д.).

Широко се използват всевъзможна сондираща и буксируема апаратура.

Обитаемите дълбоководни самоходни апарати притежават широки технически възможности, позволяващи успешно да се изпълняват инженерни и спасителни работи, а също така да се провеждат океанографски изследвания.

Така например, батискафът „Архимед”, принадлежащ на ВМФ на Франция може да:

– определя вертикалното разпределение на хидрофизичните величини;

– извършва непосредствени измервания от изследователя;

– взема всякакви проби и образци от грунда;

– контролира подводните комуникации;

– води визуални наблюдения за подводния свят.

Но батискафите, които са способни да достигат дълбочини по-големи от 6000 м, такива като американския „Триест II” и френския „Архимед” вече продължително време не се използват, тъй като това е свързано със значителна експлоатационна сложност и с техните сравнително ниски технически характеристики. В частност, при използване на батискаф, той трябва да се базира на брегова база или се съпровожда от специален кораб, които да ги попълва със запаси от твърд баласт и бензин (за запълване на поплавъка), а също така да осъществява продължителен цикъл на зареждане на акумулаторните батерии. Вследствие на тези причини батискафът може да осъществи само три потапяния за 12 дневен цикъл. Те не са способни достатъчно дълго време да се движат на големи дълбочини в хоризонтално направление и имат ниска маневреност. Поради това батискафът се заменя с много по-леки и маневрени апарати.

Апаратите за малки и средни дълбочини се характеризират с голяма маневреност, най-големи размери и относително не висока стойност. Те са предназначени за изследване на геологичната структура на континенталния шелф, хидроакустичните и хидрооптичните характеристики на морската вода, измерване на хидрологичните параметри, вземане на биологични проби, оглед на подводни кабели и търсене на потънали обекти на дълбочини до 600 м. Към дадените ОСА се отнася японския апарат „Синкай”.

Понастоящем за подводни изследвания и работи американските фирми използват ОПА от типа „Стар”, „Дип Стар”, ДСРВ, ТАРТАЛ, „Дип Квест” и серийна апаратура от фирма „Пери Кабмарин”, в които модулното изпълнение на здравия корпус, позволява да се видоизмени корпуса в зависимост от предназначението.

Голяма роля в развитието на подводните апарати играе военно морския център на САЩ в Сан-Диего. ВМС на САЩ изпълняват дълбоководна технологична програма (ДОТР) по увеличаване на дълбочината на потапяне на ОПА.

Във Франция изучаването и усвояването на ресурсите на океана се изпълнява в съответствие с обширна програма, създадена от центъра по усвояване на океана (CNEXO). Понастоящем френските фирми експлоатират батискафа „Архимед”, апарата „Дениз”, „Сиана”, „Шелф Драйвер”, „Грифон”, „Марко”, „Глобъл”, МОАНА и „Нерей”.

В Канада е разработена голяма програма за изследване и усвояване на Световния океан, в това число и в арктическите райони. Добре известна е канадската фирма „Интернешнл Хайдродайнеликс”, строяща апарати „Пайсис” с водоизместване от 7 до 11 т с дълбочина на потапяне от 1000 до 2000 м. Два такива апарата са притежание на Института по океанология АН РФ.

Широка програма за развитие на океанската промишленост през 1972 г е приела Германия. Основни фирми, изграждащи ОПА, тук се явяват „Брукер физик АГ” и Инженер Контор Любек”. Първата от тях строи апарати от типа „Мермед”, а втората от тях от типа „Тоурс”.

В края на 1981 г Японския морски изследователски център е сдал за експлоатация разработения съвместно с Агенцията за наука и техника ОПА „Синкай-2000”.

Шведската фирма „Кокумс” също строи ОПА. В Русия до 60-те години подводни изследвания се изпълняват с помощта на подводна лодка „Северянка” и хидростата ГКС-6.

В началото на 70-те години били сдадени за експлоатация четириместните ОПА „Север-2” с дълбочина на потапяне 2000 м, двуместните „ТИНРО-2” с дълбочина на потапяне 400 м, двуместните буксируеми ОПА „Атлант-2”, апаратите „Аргус” и „Шелф” с дълбочина на потапяне 300 м, а също така дълбоководните подводни апарати „Мир” и „Звук”.

Понастоящем в Русия се строят ОПА „Конул”. Апаратът е предназначен за изпълнение на различни изследвания на дълбочини до 6000 м. Корпусът, носещ оборудването и бордовото оборудване на апарата са изпълнени от не магнитни здрави титаниеви материали. Освен това изследователските апарати могат да изпълняват технически и аварийно-спасителни работи. Неговото научно оборудване му позволява да изпълнява експресни анализи на получените данни непосредствено под водата.

Характеристиките на някои ОПА са приведени в таблица 2.

Забележима е тенденцията към увеличаване на дълбочината на потапяне и водоизместване на строящите се апарати. Подобряват се и техните мореходни качества. Повишава се ефективността на експлоатация на апаратите за сметка на едновременното използване на един осигуряващ кораб за няколко обитаеми и дистанционно управляеми апарати.

Таблица 2

В последните години подводните апарати се проектират едновременно с кораба – база, които се разглеждат като единен комплекс, предназначен за изпълнение на конкретни подводни работи, в зададен район на Световния океан.

Един от начините за решаване на задачата за повишаване на ефективността на ОПА се явява разработката и строителството на научноизследователски и роботизирани подводни лодки.

Подводните лодки (ПЛ) са първите технически средства, които са били привлечени за изучаване и усвояване на ресурсите на Световния океан. На ПЛ „Сверянка”, както и на много американски ПЛ, извършващи продължителни походи в арктическите и други малко изучени райони на океана, са били поставяни, както изследователски комплекси и регистрираща апаратура, така са били настанявани и научни сътрудници. След което е започнало създаването на специални изследователски ПЛ, удовлетворяващи със своите характеристики изискванията на специалистите, занимаващи се с проблемите на Световния океан (NR-1, „Dolfin“, „Бентос-300“ и др.)

Голямо внимание било отделено на въпроса за създаването на подводни носители на ПЛ, предназначени за спасяване на екипажи на аварирали ПЛ и доставка на изследователски обитаеми и не обитаеми ПА за изпълнението на различни подводни работи.

Разработката на подводни находища и газ в различни райони на Световния океан изисква създаването на ПЛ, които да са способни да осигуряват транспортирането и работата на водолазите в течение на продължителен период от време, изпълнението на редица работи и по обследване с използването на различни технически средства.

Характеристиките на научноизследователските и роботизирани ПЛ са приведени в таблица 3.

Таблица 3

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар