Нормобарические скафандры: история, применение и особенности работы с глубоководным снаряжением

Немного о подводной технике в рамках месяца морей.

Пару недель назад в комментариях зашла речь о подводных роботах, слово за слово — и мне предложили написать что-то про подводную технику. А тут еще и месяц морей – ну точно, это уже знак.

Так уж сложилось, что последние 20 лет я работал именно в этой, достаточно, не побоюсь этого слова, элитарной инженерной специальности. Начав с работы в техническом отделе фирмы, поставлявшей (тогда первой в РФ) снаряжение для дайвинга, приходилось чинить, перебирать и обслуживать дыхательную технику сотни разных моделей и фирм.

В Россию тогда везли все что угодно и что попало, а новоиспеченные дайверы вообще не имели понятия о правильной и безопасной эксплуатации своего жизнеобеспечивающего оборудования, что нередко отражалось в хронике смертельных исходов.

Параллельно защитив диссертацию и продолжая работать в университете, дорос до аналитика, главного конструктора и научного консультанта по разработке глубоководного оборудования, разработав по пути несколько новых образцов морской техники и получив соответствующие патенты и регалии.

Учитывая практически одинаковую сложность этой тематики с космическими проектами, и намного меньшую освещенность в медиа, возможно, кому-то будет интересно почитать то, что я пишу. И для этих заметок я выбрал тему, парадоксальным образом освещенную в медиа, в том числе и игровых – так называемые «жесткие» или, если правильно, «нормобарические» скафандры.

Любой самый далекий от моря и водолазов человек, при одном взгляде на фото или рисунок жесткого скафандра, уверенно скажет – о, да это водолаз! И при этом жесткие скафандры всегда были совершенно маргинальной и очень малораспространенной отраслью подводной техники.

Достаточно сказать, что сегодня, когда только на акватории например Мексиканского залива работает около 4000 морских буровых установок, во всем мире существует всего около 40 готовых к работе жестких водолазных скафандров — из них, грубо говоря, 30 находятся в распоряжении различных военно-морских флотов и к реальной работе не факт, что готовы.

Тем не менее любой геймер, игравший в Bioshock 2 (если вы не играли, то бросайте читать эту ерунду и бегите играть), сразу опознает Большого Папочку – чуть-чуть перелицованный жесткий скафандр братьев Кармагнолле (Carmagnolle suit, аж из 1882 года, кстати), которому вместо итальянской вычурности добавили брутализма из немецкого проекта Neufeldt & Kuhnke.

Малоизвестный факт: один из таких скафандров, купленный за ценнейшую валюту во время голода в Поволжье, попал в Советскую Россию и использовался при первых работах только что созданной Подводной Экспедиции Особого Назначения – ЭПРОН, пытавшейся поднять судно «Черный принц» с предполагаемым грузом золота же. Судно нашли в 2010 году украинцы из Академии наук Украины, золота не обнаружили.

Люди моего возраста могут вспомнить упоминания о «Принце» в пионерско-героических повестях Рыбакова про всякие кортики и бронзовые птицы. Большинство руководящего звена ЭПРОН было репрессировано (у меня есть книга 1939 года, где прямо чернилами вымараны имена и лица «врагов народа»), но служба осталась и превратилась в современное Управление Поисково-спасательной службы ВМФ.

Что же такое «жесткий» скафандр и зачем он жесткий? И почему их так мало? Согласно названию, жесткий скафандр имеет жесткий, недеформируемый корпус, обычно – металлический. Это позволяет, вне зависимости от внешнего давления, сохранять внутри скафандра одно и то же давление, более менее равное нормальному давлению на поверхности – 1 атмосфере.

Кто еще помнит школьную физику, возможно вспомнит, что с погружением на каждые 10 метров внешнее давление растет на 1 атмосферу (или на 1 кг/см2). То есть на глубине 600 метров соотношение между внутренним и внешним давлением составит уже 60:1. Отсюда и потребность в могучем металлическом корпусе, толщина стенок элементов которого доходит до полутора сантиметров.

А чем опасно давление? Не углубляясь в физиологию, быстренько рассмотрим, что происходит при погружении (а главное, при всплытии) на большие глубины. Можно ли засунуть человека, скажем, на 500 метров? Ответ – можно. Топящего бедную таксу в виде «эксперимента с жидкостным дыханием» Рогозина все видели, наверное.

Эксперимент, разумеется, никаким экспериментом не был. Исследования по жидкостному дыханию проводились большими сериями в 70-80-е годы, тогда и закончились в связи с нерешаемыми техническими и физиологическими проблемами. Так вот, водолазов добрые люди тоже засовывали на 500 метров глубины.

Вместе с автором, кстати, работает один из участников/подопытных этого эксперимента, лицо листавшего его водолазную книжку владельца пункта проката водолазного оборудования в Канаде было очень интересным. А вот сможет ли он нормально работать на этой глубине, а главное – безопасно вернуться, вопрос совсем другой.

При погружении или, раз уж мы говорим о газовых средах – компрессии, происходит насыщение организма окружающим газом через легкие и диффузией через ткани, что позволяет выравнивать давление внутри и снаружи. Если, конечно, компрессия идет с разумной скоростью. Вроде никаких проблем, да?

Проблемы начнутся, когда вы начнете всплывать, то есть давление снимать – или, по-научному, проводить декомпрессию. Газ, растворенный в крови и тканях тела, реагирует на понижение давления при неизменной температуре, согласно учебнику физики за 6-й класс, начинает вульгарно вскипать и увеличиваться в объеме, переходя из растворенного состояния в газообразное и образуя микропузырьки.

Эти микропузырики тут же наносят миллионы микротравм наиболее уязвимым частям человеческого тела, разрывая мелкие сосуды. В первую очередь урон наносится хрящам и слизистым – например, глазам. Это, в свою очередь, приводит к возникновению десятков тысяч микротромбов, переходящих уже в крупные тромбы.

Правда, к этому моменту буквально разрываемый изнутри болью в суставах человек возможно уже будет даже рад избавлению от страданий в виде сердечного приступа, вызванного тромбозом, а точнее эмболией – блокированием кровотока оторвавшимся тромбом. Вот такая вот прекрасная картина называется кессонной или декомпрессионной болезнью и именно ее призван предотвратить наш жесткий скафандр.

В самом деле, если мы не допустим воздействия внешней среды на человека, а будем сохранять вокруг него среду с привычным давлением, то всех этих ужасов и затрат времени, связанных с правильной декомпрессией мы сможем избежать! Например, для нетравматичного выхода с глубины в 500 м потребуется пара недель. Отличная же идея, в чем подвох, казалось бы? В чем подвох?

В неочевидной, для конструкторов первых скафандров, идее – человек под водой должен не просто болтаться, как свисток в стакане. Он должен передвигаться и выполнять какую-то работу, может быть даже за деньги. Значит, сочленения скафандра должны быть подвижными. И вот тут изобретательская мысль свернула в уютный тупик, поросший лопухами и лебедой, где и простояла до середины 20 века.

Нет, разделить конечности на сегменты и понять, что для обеспечения подвижности всех конечностей достаточно обеспечить вращение сегментов относительно друг друга, инженеры поняли быстро. Но только вот техника знала единственную конструкцию для обеспечения такого вращения – всем привычный шарико (роликовый, игольчатый, не суть) подшипник.

Как оказалось, шарикоподшипник не любит, когда на него в осевом направлении начинает давить 50 атмосфер, и крутиться начисто отказывается. Поэтому и скафандр Кармагнолле, и конструкция Нойфельд-Кунке, и скафандр Дрегера были по сути наблюдательными камерами – висеть на тросе под судном и грустно смотреть на морскую жизнь они могли, а вот что-то сделать – уже нет.

Есть информация, что американец Боудойн в 1915 году таки придумал вращающееся под давлением соединение, но подтверждений этому не сохранилось.

Поэтому считается, что человеком, сделавшим современный нормобарический дайвинг возможным, стал канадский изобретатель Фил Ньюттен. Он не был первым – с 1969 года корпорация Oceaneering (реальная корпорация по освоению океана, но о ней в другой раз) разрабатывала и использовала скафандры серии JIM, но именно Ньюттен стал тем, кто запатентовал конструкцию вращающегося под давлением соединения.

Эффект достигался за счет хитрой системы компенсации давления подачей гидравлической жидкости — при этом, чем больше глубина, тем легче вращение. Более того, в случае повреждения сочленения, что в реальной жизни происходит нередко, оно теряет подвижность, но автоматически герметизируется, так что водолаз не испытывает риска.

Начался золотой век ADS (Athmospheric Diving System) и компании Oceanworks – их разработчика. Скафандр HardSuit (привет разработчикам игр из одноименной компании!) мог погружаться на глубину до 360 метров, а в военной модификации до 550, а также работать до 8 часов в нормальном режиме и до 36 часов в аварийном.

Скафандр также был оборудован проводной и беспроводной системой связи, видеокамерой и светом (с внешним управлением), гидролокатором для навигации в условиях низкой видимости и приводился в движение (и был весьма маневренен) 4 разнонаправленными двигателями.

Собственно, эта конструкция, с некоторыми улучшениями, так и дожила до сегодняшнего дня. Основной проблемой, с которой сталкиваются разработчики любых подводных аппаратов, является проблема энергетики.

Даже сейчас, в век победившей Tesla и прочей «зеленой энергетики», аккумуляторы являются, мягко говоря, полным отстоем по плотности энергии в сравнении с ископаемым топливом — примерно в 15-17 раз, собственно. Привет мечтам о электросамолетах.

То есть, если на скафандр навьючить батарей на 8 часов работы, он вообще никуда не поплывет. Решение – водолазам не привыкать работать в шланговом снаряжении, заменим шланг кабелем и будем подавать электричество сверху, они и не заметят!

Так и порешили. Все системы жизнеобеспечения, аварийные и т.п. питаются от внутренних батарей, чтобы при любой аварии они никуда не делись. Работу двигателей обеспечивают энергией, которую подают по кабелю. О нем, разумеется, необходимо помнить (особенно вблизи объектов), но в целом, он не так уж и ограничивает мобильность, а водолазы привыкли всегда обращать внимание на свои шланги.

Для жизнеобеспечения используют схему, более характерную для подводных аппаратов, чем для индивидуальных водолазных костюмов. Выделяемый углекислый газ поглощается специальным приспособлением – скраббером со встроенным вентилятором, а поглощенный телом для жизни из воздуха кислород тут же восполняется свежим, из заспинных баллонов.

Две независимые кислородные системы обеспечивают поддержание жизни пилота до 48 часов в текущей модификации, или нормальную физическую работу в течении 8 часов — при этом в системе останется еще минимум треть газа.

В случае проблем, обычно это застревание или запутывание, пилот может последовательно сбросить вначале груз (для среднего пилота приходится навешивать около 15-20 кг), затем – блок двигателей (еще 30 кг). Если и это не помогло – отрезать кабель-трос специальным резаком, находящимся над головой. Это весьма непростой и болезненный процесс, кстати, ибо надо скрючиться буквой зю.

Широкоплечих не берут. Я, со своими 185 см, был уже «на грани» — мог пользоваться внутри только одной рукой, и тогда у меня плечи были поуже, сейчас бы точно не влез. В таком режиме скафандр превращается в поплавок, внутри которого сидит печальный пилот и ждет спасения. Сам он, к сожалению, абсолютно ничего сделать не может – не то что снять скафандр, а даже открыть лицевой щиток самостоятельно невозможно.

Однако, за 45 лет эксплуатации этих систем подобной ситуации ни разу не возникало, и в жестких скафандрах не погиб ни один водолаз. А обычные водолазы гибнут часто – по статистике США, сразу за полицейскими и лесорубами.

А как в него влезают? По картинкам вы уже наверное поняли, что устройство это монументальное. Так и есть – вес скафандра около 360 кг. Приходится поднимать верхнюю часть, залезать внутрь и лебедкой ставить верхнюю часть на место. При этом надо убедиться, чтобы никакие важные органы не остались висеть снаружи, иначе они станут неважными и в общем бесполезными.

Тут пилота ждет главная опасность – во время спуска или подъема нерадивый крановщик может легко ударить скафандр о борт судна или опору буровой – а на больших буровых до воды может быть и 30-40 метров, плюс ветер, волны – мы тут, знаете ли, в море. Поэтому группа обеспечения обязательно имеет такелажную подготовку и может контролировать процесс. Иногда в виде превентивных ударов такелажной скобой по голове нерадивого матроса.

Кроме шуток, речь идет о здоровье и жизни водолаза, и идиотов в этой профессии не любят.

Тем не менее даже с этими сложностями, приведение скафандра в готовность составляет лишь 1-3 часа с момента открытия грузового контейнера, что совершенно несравнимо с подготовкой любого глубоководного спуска, занимающей десятки часов. Плюс, судну обеспечения надо еще придти на место работ, что при их небольшой скорости 15-17 узлов тоже занимает уйму времени.

Скафандр может использоваться с любого судна – традиционным водолазам нужно специальное. Кстати, даже сейчас, через 20 лет после «Курска», в РФ отсутствует полностью работающее спасательное судно – и это при наличии аж 4 подводных флотов. Подводники – настоящие герои, они-то знают, что если что — их никто спасать не будет.

Комплект жесткого скафандра можно засунуть в стандартный Ми-8 и скинуть на палубу ближайшего к месту аварии парохода – если на нем есть работающий кран, то через 3-4 часа водолаз будет уже в воде и начнет поиск и осмотр затонувшей субмарины. А в спасательных операциях всегда работает правило «золотого часа», когда вероятность успеха убывает обратно экспоненциально — чем раньше спасатели начали делать хоть что-то, тем больше (в разы) шансы кого-то спасти.

Отработав 8 часов, пилот поднимается на поверхность, в скафандре меняют баллоны и поглотитель и второй пилот через 15 минут готов к спуску. Так можно работать по 24 часа в сутки несколько дней подряд, без сякой многодневной декомпрессии. Может ли скафандр, точнее, пилот в скафандре, спасти подводников единолично? Нет. По вышеописанным причинам (см. занудство про давление), если в лодку поступает вода, то давление внутри уже сравнялось с забортным.

То есть подводники, как водолаз на глубине, испытают те же самые приступы декомпрессионной болезни, если их оттуда начать доставать без специальных декомпрессионных мер, которые можно выполнить только в глубоководной барокамере.

Но зато пилот скафандра может сделать все, чтобы подводники дожили до этого момента:

Именно поэтому, после трагической гибели преданной своим начальством АПЛ «Курск» в поисках каких-то спасательных средств, которые можно было бы поставить на дежурство, пока Российский флот не построит нормальные суда-спасатели, и были выбраны 4 комплекта (по 2 скафандра), по одному для каждого из флотов РФ.

Кроме России, такие системы стоят на дежурстве у США, Канады, Италии, Франции, Японии, Турции и с позапрошлого года – Китая. Они успешно выполняли все задачи, например в ходе международных учений Bold Monarch, где обеспечивали стыковку и эвакуацию с российской подводной лодки с помощью американской спасательной системы PRSV.

В преддверии дня Российского ВМФ, очень хочеться пожелать, чтобы все применения этой техники, обучению работе, обслуживании, внедрению, обеспечению и ремонту которой я отдал 15 лет, были только учебными. Хотя например японцам уже пришлось поработать «вживую», поднимая разбившийся истребитель F-15 Сил самообороны.

Кстати, японский скафандр забавно выглядит перед спуском – члены команды обеспечения наклеивают на него полоски бумаги с пожеланиями удачи и, насколько я понял, призывом полезных духов из синтоизма.

А мое знакомство с экипажем французского скафандра вышло достаточно забавно. Прибыв на военную базу в Тулон после многочисленных проверок, я был сопровожден майором французского десанта до места дислокации спасательного отряда, после чего увидел следующую картину – на стойке обслуживания висит скафандр с пилотом внутри (закрытый, как мы помним, скафандр пилот открыть не может), но с него сняты ботики (кстати, в них находятся педали управления двигателями). Вокруг него трое-четверо угрожающе выглядящих парней в балаклавах щекочут пилоту пятки и разрисовывают ему ноги фломастерами.

Как оказалось, пилотом был новый командир отряда, и это был его первый спуск в скафандре – а происходящее было ритуалом посвящения. Несмотря на такие фривольные нравы, надо сказать, что французский отряд был просто в идеальном состоянии, с очень высоким уровнем подготовки и настоящим энтузиазмом всех его членов.

Традиции Франции, как большой морской и подводной державы никуда не делись, и дух командора Кусто, несмотря на свой очень непростой характер и противоречивую репутацию, по прежнему незримо витает над своей alma mater. Надеюсь, кому-то было интересно.

Если есть желание обсудить «традиционных» водолазов, необитаемые автономные и телеуправляемые аппараты (разработкой которых я занимаюсь последние 7 лет), и вообще любую подводную фигню – пишите, отвечу.

#лонг #месяцморей