Акваланг

Аквала́нг (лат. aqua — вода + англ. lung — лёгкое) — автономный ранцевый аппарат для дыхания человека под водой, работающий на сжатом воздухе или дыхательных смесях. В англоязычных странах и международной практике для обозначения этого класса оборудования используется аббревиатура SCUBA (англ. Self-Contained Underwater Breathing Apparatus — автономный аппарат для дыхания под водой). Слово «акваланг» изначально являлось торговой маркой, созданной изобретателями аппарата Жаком-Ивом Кусто и Эмилем Ганьяном в 1943 году, но впоследствии стало нарицательным в русском и некоторых других языках.

История создания

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

Попытки создания автономного дыхательного аппарата велись с XIX века. В 1865 году французские изобретатели Бенуа Рукейроль и Огюст Денейруз запатентовали аппарат с регулятором давления, подававшим воздух по требованию, однако он использовал резервуар с относительно низким давлением и требовал постоянной подачи воздуха с поверхности по шлангу. В 1878 году Генри Флюсс изобрёл первый коммерчески успешный аппарат замкнутого цикла (ребризер), работавший на чистом кислороде, однако его использование на глубинах более нескольких метров приводило к кислородному отравлению.

Современный аппарат с открытой схемой дыхания был разработан в 1943 году в оккупированной Франции. Океанограф Жак-Ив Кусто и инженер Эмиль Ганьян модернизировали газовый редуктор, созданный Ганьяном для питания автомобильных двигателей генераторным газом в условиях дефицита бензина. Они создали автоматический регулятор, который снижал высокое давление сжатого воздуха из баллонов до окружающего давления воды и подавал его в лёгкие водолаза только в момент вдоха.

После успешных испытаний в реке Марне и Средиземном море изобретение было запатентовано под маркой «Aqualung». В 1946 году началось массовое промышленное производство аппаратов французской компанией La Spirotechnique, что привело к революции в исследовании океана и зарождению массового дайвинга.

Устройство и принцип работы

Современный акваланг работает по открытой схеме дыхания: водолаз вдыхает газ из баллона, а выдыхаемый воздух полностью сбрасывается в воду, не возвращаясь в систему.

Основными компонентами аппарата являются:

Баллон (резервуар со сжатым газом):

Стальной или алюминиевый сосуд высокого давления, вмещающий от 7 до 18 литров газа под давлением 200–300 бар (атмосфер).

Дыхательный регулятор:

Двухступенчатое устройство понижения давления газа:
а. Первая ступень (редуктор):
Крепится к вентилю баллона. Снижает промежуточное давление до уровня, превышающего окружающее давление воды примерно на 9–11 бар.
б. Вторая ступень (легочный автомат):
Находится непосредственно во рту водолаза (загубник). Подаёт газ в момент вдоха, когда внутри маски создаётся разрежение, выравнивая давление дыхательной смеси с давлением окружающей водной среды.

Компенсатор плавучести (BCD):

Надувной жилет, соединённый шлангом с первой ступенью регулятора. Позволяет водолазу регулировать объём воздуха внутри жилета для достижения нейтральной плавучести на любой глубине.

Контрольно-измерительные приборы:

Манометр для контроля остатка давления газа в баллоне, а также глубиномер или подводный компьютер (декомпрессиометр).

Дыхательные смеси

Использование газов в акваланге строго ограничено законами подводной физиологии:

Сжатый атмосферный воздух:

Самый доступный газ. Применяется для погружений на глубины до 40 метров. На больших глубинах парциальное давление азота возрастает, вызывая азотное отравление (глубинную болезнь).

Нитрокс (обогащённый воздух, Nitrox):

Смесь азота и кислорода с повышенным содержанием кислорода (обычно 32 % или 36 %). Позволяет увеличить время нахождения на малых и средних глубинах без риска декомпрессионной болезни, но ограничивает предельную глубину из-за токсичности кислорода.

Тримикс (Trimix):

Смесь кислорода, азота и гелия. Используется для глубоководных технических погружений (более 40 метров). Гелий заменяет часть азота и кислорода, предотвращая азотное и кислородное отравления.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Автономность:

Отсутствие шлангов связей с поверхностью даёт водолазу полную свободу перемещения под водой в трёх измерениях.

Простота конструкции:

Аппараты открытого цикла конструктивно надёжнее, проще в обслуживании и значительно дешевле ребризеров.

Безопасность дыхания:

Отсутствие риска быстрого накопления углекислого газа из-за отказа химического поглотителя.

Недостатки

Низкая эффективность использования газа:

Водолаз расходует лишь около 20–25 % кислорода из вдоха, остальной газ безвозвратно теряется при выдохе.

Ограниченное время погружения:

Зависит от объёма баллона и глубины. Чем глубже погружение, тем выше плотность газа и тем быстрее расходуется его запас.

Шум и пузыри:

Выдыхаемый воздух распугивает морскую фауну, что делает открытый цикл менее удобным для подводных фотографов и военных водолазов (боевых пловцов).

Охлаждение организма:

Сжатый воздух при расширении в регуляторе сильно охлаждается, что ускоряет замерзание дайвера.

Сравнение акваланга и ребризера

Акваланг (аппарат открытого цикла) и ребризер (аппарат замкнутого или полузамкнутого цикла) представляют собой принципиально разные подходы к обеспечению водолаза дыхательной смесью.

Характеристика	Акваланг (открытый цикл)	Ребризер (замкнутый цикл / CCR)
Принцип работы	Полный сброс выдыхаемого газа в воду. Каждые вдох и выдох автономны.	Очистка выдоха от углекислого газа, добавление кислорода и повторный вдох той же смеси.
Эффективность расхода газа	Низкая. Около 80 % кислорода теряется при выдохе. Расход растёт пропорционально глубине.	Максимальная. Потребляется только тот кислород, который усваивается организмом. Расход почти не зависит от глубины.
Время нахождения под водой	Ограничено объёмом баллона. Обычно составляет от 30 до 90 минут на малых глубинах.	Длительное. Ограничено ресурсом химического поглотителя углекислого газа (обычно от 3 до 6 часов).
Пузыри и шум	Высокий уровень шума от выхлопа пузырей, которые пугают морских обитателей.	Полное отсутствие пузырей при правильной работе (скрытность перемещения).
Температура дыхательной смеси	Холодная и сухая. Газ сильно охлаждается при расширении в регуляторе.	Тёплая и влажная. Нагревается в процессе химической реакции в поглотителе.
Конструктивная сложность	Низкая. Механическая система из баллона и двухступенчатого регулятора давления.	Высокая. Включает электронику, датчики парциального давления кислорода и контур дыхательных мешков.
Стоимость оборудования	Доступная. Подходит для массового рекреационного дайвинга.	Очень высокая. Требует значительных затрат на покупку аппарата и расходные материалы.
Риски при эксплуатации	Минимальные. В случае отказа системы подача газа прекращается сразу, что очевидно для дайвера.	Высокие. Возможен скрытый отказ датчиков, ведущий к гипоксии или гиперкапнии без явных симптомов.
Сложность обучения	Низкая. Базовый курс занимает несколько дней.	Очень высокая. Требуется длительная специальная подготовка и строгий контроль чек-листов.

Применение

Спортивный и рекреационный дайвинг:

Активный отдых, туризм и подводные экскурсии.

Научные исследования:

Подводная археология, морская биология, геология и океанография.

Профессиональные водолазные работы:

Осмотр и ремонт судов, обслуживание портовых сооружений, подводная сварка и резка металлов.

Поисково-спасательные операции:

Работа водолазов служб спасения по ликвидации последствий аварий и поиску объектов.

Военное дело:

Выполнение разведывательных и противодиверсионных задач боевыми пловцами.

См. также

Литература =

Кусто Ж.-И., Дюма Ф. В мире безмолвия. — М.: Мысль, 1966. — 216 с.
Слидовкер Л. Ю. Подводный спорт. — М.: Физкультура и спорт, 1969. — 176 с.