Почти космические скафандры. покорение глубин- водолазное снаряжение и подводные аппараты

Со времён древности человека манили океанские глубины. Но человеческие возможности не позволяли проникнуть на глубину больше 40 метров. Поэтому люди стали изобретать технические средства, чтобы проникнуть ещё глубже. Первым изобретателем полноценного водолазного костюма был Леонардо-да-Винчи.Он создал его для ныряльщиков за жемчугом, дабы те могли «ходить под водой и извлекать жемчужины». Но подлинный прорыв в этом направлении произошёл в 19 веке. С изобретениями и усовершенствованиями водолазных костюмов и подводных лодок человеку открылись невиданные глубины мирового океана.

Первое устройство для погружения на большую глубину английского королевского астронома, геофизика, математика, метеоролога, физика и демографа Эдмунда Галлея, конец 17 века.

“Колокол опустился на дно. Затем ассистент одел на голову другой, маленький колокол, и смог немного походить по дну – насколько ему позволяла трубка, через которую он дышал оставшимся в большом колоколе воздухом. После этого сверху были сброшены бочки с дополнительным запасом воздуха, утяжелённые грузом. Ассистент отыскал их и подтащил к колоколу”.

Костюм для погружения французского аристократа Пьера Реми де Бова, 1715 год.

Один из двух шлангов тянулся к поверхности – через него поступал воздух для дыхания; другой служил для отвода выдыхаемого воздуха.

Аппарат для погружения Джона Летбриджа, 1715 год.

Эта герметичная дубовая бочка предназначалась для поднятия ценностей с затонувших судов. В том же году, другой англичанин Эндрю Бекер разработал похожую систему, которая была снабжена системой трубок для вдоха и выдоха.

Аппарат для погружения Карла Клингерта, 1797 год.

Изобретатель опробовал его в реке, протекающей через его родной город Бреславль (сейчас Вроцлав, Польша). Верхняя часть костюма защищена цилиндрической конструкцией, благодаря чему можно было гулять по дну реки.

Костюм Чонси Холл, 1810 год.

Первый глубоководный скафандр с тяжёлыми башмаками Августа Зибе (Германия), 1819 год.

Неудобство состояло в том, что если водолазу приходилось удерживать вертикальную позицию, иначе под колокол могла попасть вода. В 1937 году к колоколу было добавлено водонепроницаемое облачение, что позволило водолазу стать более подвижным.

Такие шлемы использовались на протяжении более ста лет.

Водолазный костюм с 20 маленькими иллюминаторами Альфонса и Теодора Кармагноль, Марсель, Франция, 1878 год.

Аппарат Генри Флюсса, 1878 год. Прорезиненная маска соединялась герметичными трубками с дыхательным мешком и коробкой с веществом, поглощающим углекислый газ из выдыхаемого воздуха.

Водолаз спускается на дно у берегов Чили, где произошло крушение британского судна Cape Horn, чтобы поднять груз меди, 1900 год.

Один из первых водолазных костюмов с поддержанием давления, разработан М. де Плюви, 1906 год.

Костюм из алюминиевого сплава Честера Макдуффи весом около 200 кг, 1911 год.

Три поколения водолазных костюмов немецкой фирмы «Нойфельд и Кунке», 1917-1940 год.

Первая модель (1917-1923)

Вторая (1923-1929)

Костюм третьего поколения (произведён между 1929 и 1940 годами) позволял погружаться на глубину 160 м. и был снабжён встроенным телефоном.

Мистер Перес и его новый стальной водолазный костюм, Лондон, 1925 год.

Инструктор проверяет состояние студента, лежащего в декомпрессионной камере во время занятий в школе водолазов, Кент, Англия, 1930 год.

Странички из журнала с инструкциями о том, как смастерить собственный костюм для подводного плавания из подручных материалов вроде банки для хранения печенья или сосуда для нагревания воды.

Надувной костюм.

Мини-подводная лодка на одного человека, 1933 год.

Операция по подъёму на поверхность костей мастодонта, 1933 год.

Металлический костюм, позволявший водолазу спускаться на глубину более 350 м, 1938 год.

Первый автоматический костюм с регулятором давления и баллонами со сжатым воздухом Кусто и Ганьяна, 1943 год.

Скафандр, позволяющий водолазу значительное время работать на глубине 300 метров без долгого процесса декомпрессии, 1974 год.

Жесткий скафандр применяется для работы на больших глубинах. Он состоит из стальных корпуса и конечностей, которые должны обеспечить свободу движений рук и ног; для этого все соединения конечностей сделаны на шарнирах, представляющих наиболее слабое место жестких скафандров.

О герметичности мягких скафандров особенно беспокоиться не приходилось: там между наружным давлением воды и давлением воздуха в скафандре никакой разницы (перепада) не было. Совсем иначе в жестком скафандре. Здесь водолаз дышит воздухом, находящимся при атмосферном давлении, поэтому наружное давление воды не.уравновешивается давлением воздуха внутри скафандра. Достаточно появиться неплотности или небольшому отверстию в скафандре, как он будет мгновенно заполнен водой, и человек погибнет.

Количество воды, поступающее в отверстие любого погруженного сосуда, можно определить по формуле V=μ F√ 2gH
V - количество поступающей воды, м³ /сек;
F - площадь отверстия, м² ;
Н - глубина погружения, м;
μ =0,6 - коэффициент расхода;
g = 9,81 м/сек² - ускорение силы тяжести.
Для примера примем F= 1 см² , а H = 200 м; тогда
У = 0,0001-0,6√ 2*9,81*200 =0,0038 м³ /сек = 230 л/мин.

Это значит, что при площади отверстия всего 1 см² скафандр на глубине 200 м (был бы заполнен водой гораздо меньше чем за минуту.

Воде легче всего проникнуть в скафандр в местах уплотнений. В скафандре имеются неподвижные соединения, которые уплотняются либо прокладками из резины, кожи или пластмассы (например, в крышке люка и иллюминаторе), либо сальниками (например, в месте прохода телефонного кабеля). Подвижные соединения - шарниры уплотнять особенно сложно: ведь для того, чтобы две детали могли двигаться (вращаться) одна относительно другой, между ними должен быть зазор, а через этот зазор на глубине может ворваться вода.

Самые лучшие уплотнения для подвижных соединений - самоуплотняющие манжеты, изготовленные из пластичных материалов (резины или пластика). Первоначально манжета плотно прижимается к зазору специальным распорным кольцом. При погружении роль кольца выполняет вода: чем больше глубина и давление, тем плотнее прижимается манжета, обеспечивая тем самым водонепроницаемость соединения. Однако на больших глубинах манжета так сильно зажимает соединения, что водолаз уже не может пошевелить ни руками, ни ногами. Это - главная причина, ограничивающая глубину погружения в жестком скафандре величиной 200-250 м.

Рассмотрим жесткий панцирный водолазный скафандр системы Нейфельдт и Кунке, предназначенный для работы на глубине до 150 м и состоящий из стального корпуса и шарнирных конечностей.

В корпусе имеются люк для водолаза, иллюминаторы и осветительные приборы. Снаружи к корпусу прикреплены четыре кислородных баллона (емкостью каждый по 2 л при давлении -кислорода 150 атм), из которых по специальным трубопроводам кислород подается в скафандр. Количество подаваемого кислорода регулируется самим водолазом вручную посредством клапанов, расположенных внутри скафандра. Там же имеется химический поглотитель углекислоты.

Несмотря на огромный вес скафандра (в воздухе 450 кг), водолаз в нем легко передвигается по дну, так как благодаря потере веса в воде вес скафандра под водой равен всего 60 кг.

Для производства различных маневров на корпусе скафандра сзади и спереди установлены две балластные цистерны, заполняемые при погружении водой. Водолаз может вытеснить воздухом воду из цистерн (продуть цистерны), и тогда вес скафандра уменьшится до 10 кг. Продувая и заполняя цистерны водой, водолаз может самостоятельно погружаться, ложиться на дно и т. д. Хотя скафандр и подвешен к судну на канате, но в случае обрыва каната водолаз может всплыть самостоятельно. При аварийном всплытии для уменьшения веса скафандра отдается также электротелефонный кабель.

Скафандр снабжен приборами: глубиномером, манометром, термометром и телефонным аппаратом. В «руки» скафандра может быть вставлен любой нужный инструмент, в зависимости от рода выполняемой работы.

> > подводный скафандр братьев Карманолле

На фото – водолазный скафандр, который придумали в далеком 1882 году братья Альфонс и Теодор Карманолле, в городе Марселе. Точнее придумали раньше, в 1878 году начали изготовление и через 4 года закончили. Общий вес – 380 кг. Патент на изобретение был зарегистрирован 20 декабря 1882, в 2 часа 21 минуту.

Скафандр способен безопасно погрузить человека на 60 м. Это сегодня эта глубина легкодостижима дайверам и даже фридайверам, а в те годы это было приделом совершенства, и пределом для этого костюма.

Основной целью при конструировании была возможность работать в костюме под водой на большой глубине, двигать руками и ногами и эта цель была достигнута. Видеть под водой водолаз мог с помощью 20-ти визиров, которые изрядно расширяли поле зрения. Толстые стекла (14 мм толщиной) должны были сократить риск трещин от давления и были вмонтированы в короткие конические трубы, герметичность обеспечивала смесь из мастики и сурика (так мне сказал гид в музее, сам не специалист).

Шлем состоит из металлической сферы и усилен за счет двух креплений сзади. Затылочная часть доходит до середины шлема и полностью заварена, там же есть трубка для поступления воздуха. Именно на этом месте больше всего вероятность того, что водолаз сам не запутается в шлаге с воздухом.

Шлем к корпусу крепился двумя болтами. Корпус состоит из двух половин, которые тоже крепились болтами в районе груди.

Самым интересным моментом можно назвать решение свободного вращения суставами, возможность свободно сгибать локти и колени. Герметичность скафандра в суставах обеспечивалась за счет прорезиновых полосок свиной кожи (если я правильно понял со слов гида).

В локтях и плечевом суставе было до четырех пластин – сегментов, которые были закреплены в определенной последовательности, что давало возможность перемещать конечности в четырех направлениях.

На поясе и на бедрах существовала система дисков, которая позволяла делать повороты в стороны.

Мне не совсем понятно, возможно ли было в таком костюме наклоняться. Возможно, сгибы в коленях давали возможность становится на одно из них, что позволяло сделать наклон.

С четом давления, веса костюма, ограниченной видимости практикой работы под водой и ограниченными движениями остается только представлять какой физической силой и сноровкой должен был обладать человек, чтобы работать в таком скафандре.

А до изобретения акваланга оставалось 64 года…

Вживую этот экспонат можно видеть в Национальном морском музее Франции в Париже (Musee national de la Marine)

В конструкциях жестких скафандров можно выделить два направления. Первое направление - создание аппаратов с бронированным корпусом и шарнирными сочленениями, второе - на пружинной основе, без шарниров. Шарниры герметизировались парусиной, а кисти рук оставались открытыми. Воздух подавался с поверхности, а его излишки выходили через клапан на шлеме.
Через несколько лет, в 1912 г., итальянцы Л. Дюран (L. Durand) и М. Бамбино (М. Bambino) предложили буксируемую конструкцию жесткого скафандра , снабженную четырьмя сферическими дубовыми колесами. Проект не был реализован.
Основная проблема жестких скафандров - шарнирные соединения, которые не обеспечивали достаточной подвижности человека под водой в условиях повышенного внешнего давления. Пружинные скафандры также не обеспечивали необходимую подвижность, так как под давлением воды пружины сжимались. Другая проблема- снабжение водолаза воздухом. Шланговая подача воздуха дает возможность достаточно долго находиться под водой, но ограничивает свободу действий водолаза и глубину погружения и этим сводит до минимума достоинства жестких скафандров . Чтобы устранить этот недостаток, конструкторы отказывались от систем подачи воздуха с поверхности в ущерб времени пребывания под водой. В целом эти проблемы могут быть решены только с помощью систем регенерации воздуха.
Лишь спустя 200 лет после Лесбриджа создается реальная действующая модель жесткого скафандра . Его авторами были Нейфельдт и Кунке (1920). Аппарат весил 385 кг, имел автономность 6 ч и глубину погружения более 200 м (рис. 1.12). Плавучесть регулировалась как в подводной лодке - с помощью балластных цистерн, которые для погружения заполнялись водой, а для всплытия осушались запасом сжатого воздуха. В этой модели впервые была решена проблема шарнирных сочленений - внутри шарниров находились шариковые подшипники, а герметичность обеспечивалась резиновыми уплотнениями. Работоспособность скафандра была испытана фирмой «Сорима сэлвидж и Ко» при подъеме американского парохода «Вашингтон» с глубины около 100 м.
Затем были разработаны достаточно удачные скафандры Р. Галеацци и Дж. Перреса (1930). Жесткий скафандр Дж. Перреса «Тритония», в котором шарнирные поверхности изолировались специальной жидкостью, исключавшей усиление трения поверхностей при возрастающем внешнем давлении, послужил прототипом для серии современных нормобарических скафандров , названных так в честь первого испытателя «Тритонии» - Дж. Ларрета (Jim Larret). Эти скафандры изготовляются из легких сплавов или пластиков, имеют рабочую глубину погружения до 610 м при массе 410 кг (в воде около 27 кг). В 1970 г. в ходе эксперимента «Ихтиандр-70», проходившего на мысе Тарханкут (Крым, Черное море), акванавт И. Опша пробыл на глубинах 5-10 м 26 ч 15 мин. Для этих целей был сконструирован специальный скафандр (рис. 1.13). Затем это время было увеличено до 37 ч 40 мин С. Хацетом.
Как уже отмечалось, нормальное развитие жестких водолазных скафандров было невозможно без эффективных систем подачи воздуха. Предложенная Р. Дэйвисом в его наблюдательной камере система регенерации воздуха была затем реализована в аппаратах Левита (1918) и в других жестких скафандрах. Однако идея регенерации воздуха не являлась новой, если вспомнить жесткий скафандр Фреминета, а также идею российского инженера А. Н. Лодынина (1871). Аппарат Лодынина представлял собой герметичный сосуд, в котором располагалась установка для электролиза воды.
Дышать водолаз должен был кислородно-водородной смесью. В 1873 г. мичман российского флота А. Хотинский предложил