Подводный аппарат
Подводный аппарат — техническое устройство, предназначенное для погружения под воду и выполнения различных исследовательских, спасательных, военных или технологических задач в гидросфере.
В зависимости от наличия экипажа на борту подводные аппараты делятся на обитаемые (управляемые человеком изнутри) и необитаемые (подводные роботы). Современные глубоководные аппараты способны работать на предельных глубинах Мирового океана, выполняя задачи от площадной съёмки морского дна до сложнейших монтажных работ на подводных нефтепромыслах.
История развития
История подводных аппаратов неразрывно связана с развитием подводного флота и стремлением человека освоить морские глубины.
Первые шаги и боевой флот
Первые задокументированные попытки создания подводных судов относятся к XVII веку. В 1620 году голландский изобретатель Корнелиус Дреббель построил для английского короля Якова I вёсельную подводную лодку, способную погружаться на небольшую глубину. В России в 1721 году крестьянин Ефим Никонов создал модель «потаённого судна» — первую отечественную подводную лодку, спроектированную для военных нужд.
В XIX веке с началом промышленной революции подводный флот обрёл двигатели. Выдающимся шагом стала подводная лодка Le Plongeur (фр. Le Plongeur - ныряльщик), построенная во Франции в 1863 году, которая использовала двигатель на сжатом воздухе. Из-за него в простонародье её прозвали «Механический голубь». В конце XIX — начале XX века появились первые субмарины с комбинированной дизель-электрической силовой установкой (разработки Джона Холланда и Степана Джевецкого), что сделало подводные лодки грозным боевым оружием в Первой и Второй мировых войнах.
Выход в глубоководный океан
После Второй мировой войны военные подводные лодки достигли технологической зрелости, однако они не могли погружаться глубже нескольких сотен метров из-за колоссального давления воды. Возникла необходимость в создании принципиально нового класса техники для научных исследований.
В 1940-х годах швейцарский физик Огюст Пиккар изобрёл батискаф — автономный глубоководный аппарат, использующий принцип воздухоплавания под водой. Его батискаф «Триест» в 1960 году совершил историческое погружение на дно Марианской впадины (около 11 000 метров).
Эра подводной роботизации
Со второй половины XX века отправка человека на экстремальные глубины стала неоправданно дорогой и опасной. На смену обитаемым аппаратам пришли подводные роботы.
- В 1950-х годах в США был создан первый экспериментальный телеуправляемый аппарат POODLE, управляемый по кабелю.
- В 1970-х годах в СССР (в Институте океанологии АН СССР и Дальневосточном научном центре) были разработаны первые отечественные автоматические подводные аппараты серий «Краб» и «Скат» для фотосъёмки и картографирования дна.
- В XXI веке развитие микроэлектроники и литий-ионных аккумуляторов привело к буму автономных подводных планировщиков (глайдеров), способных месяцами собирать экологические и военные данные в океане без вмешательства человека.
Классификация подводных аппаратов
Все современные подводные аппараты разделяются по принципу наличия человека на борту, степени автономности и способу передвижения.
Обитаемые подводные аппараты (ОПА)
Предназначены для миссий, где необходимо непосредственное присутствие человека (учёных, спасателей, пилотов).
- Подводные лодки — крупные военные или исследовательские суда, обладающие полной автономностью и способные совершать длительные автономные плавания.
- Батискафы — самоходные аппараты для погружения на экстремальные глубины (вплоть до дна Марианской впадины). Имеют тяжёлую прочную гондолу для экипажа и большой поплавок с бензином для обеспечения плавучести.
- Глубоководные обитаемые аппараты (ГОА) — мини-субмарины для работы на средних и больших глубинах (до 6000 метров). Оснащены манипуляторами и иллюминаторами для проведения научных и спасательных работ (например, знаменитые российские аппараты «Мир»).
- Батисферы — прочные сферические камеры, которые опускаются на глубину на стальном тросе с судна-носителя. Не имеют собственного двигателя. В современной практике почти не используются.
Необитаемые подводные аппараты (НПА)
Роботизированные комплексы, управляемые дистанционно или работающие по заложенной программе.
- Телеуправляемые (ТНПА) — аппараты, связанные с поверхностью кабелем, по которому передаётся энергия и команды оператора.
- Микро- и мини-ТНПА — весят от нескольких килограммов до нескольких десятков килограммов. Используются для быстрого осмотра затонувших объектов, осмотра корпусов судов и работы в труднодоступных местах (трубах, пещерах).
- Рабочие (тяжёлые) ТНПА — многотонные гидравлические машины, способные работать на глубинах в несколько тысяч метров. Оснащены мощными манипуляторами для подводного строительства и бурения.
- Автономные (АНПА) — полностью робототехнические комплексы, действующие без физической связи с судном.
- Торпедообразные АНПА — классические скоростные аппараты для быстрого сканирования рельефа дна и поиска объектов.
- Подводные планировщики (Глайдеры) — уникальный класс АНПА. У них нет гребного винта; они двигаются за счёт изменения собственной плавучести (прокачивая масло внутри корпуса) и крыльев. Они движутся медленно, но могут находиться в океане месяцами, собирая экологические данные.
- Буксируемые подводные аппараты — необитаемые системы без собственного двигателя, которые судно-носитель тянет за собой на тросе. На них устанавливают мощные гидролокаторы бокового обзора для картографирования больших площадей морского дна.
- Донные станции (ползающие аппараты) — специализированные роботы на гусеничном или колёсном ходу, которые перемещаются непосредственно по морскому грунту для добычи ископаемых или отбора пробок.
Устройство
Большинство современных подводных аппаратов включают в себя следующие ключевые системы:
- Движительный комплекс — гребные винты, водомёты или гидравлические приводы.
- Энергетическая система — литий-ионные аккумуляторы (для АНПА и ОПА) или силовые кабели (для ТНПА).
- Навигационный комплекс — гидроакустические лаги, гидрокомпасы и системы спутниковой навигации (работающие при всплытии).
- Научно-исследовательское оборудование — эхолоты, видеокамеры высокой чёткости, датчики солёности и температуры воды.
- Исполнительные механизмы — гидравлические и электрические манипуляторы для захвата предметов и работы со сложными инструментами.
См. также
Литература
- Агеев М. Д. Развитие автономных подводных роботов в ИАПУ ДВО РАН // Подводные исследования и робототехника. — 2006. — № 1. — С. 5–11.
- Бородин Ю. П., Ильин В. А. Глубоководные технические средства. — Л.: Судостроение, 2015. — 320 с.
- Войтов Д. В. Подводные аппараты. Прошлое, настоящее, будущее. — М.: Наука, 2019. — 240 с.
- Матскевич В. А. По следам подводных катастроф. — М.: Судостроение, 1986. — 246 с.
- Моисеев М. Д. Современные тенденции развития подводной робототехники // Морской вестник. — 2022. — № 3. — С. 15–20.
- Сагалевич А. М. Глубоководные обитаемые аппараты «Мир». — М.: Научный мир, 2002. — 256 с.