На сколько погружается атомная подводная лодка. Максимальная глубина погружения подводных лодок

Погружением подводной лодки назы­вается переход ее из надводного положения в подвод­ное или изменение глубины погружения с меньшей на большую.

Переход подводной лодки из надводного положения в подводное производится заполнением цистерн главного балласта, а изменение глубины погружения с меньшей на большую, как правило, ходом и горизонтальными рулями.

Погружение подводной лодки в два этапа принято называть обычным погружением. Оно произво­дится:

При вывеске;

При дифферентовке в районах, стесненных для ма­неврирования в подводном положении;

С учебными целями, а также по усмотрению коман­дира подводной лодки.

При обычном погружении заполняются сначала конце­вые цистерны главного балласта, затем средней группы при незаполненной цистерне быстрого погружения.

Перед погружением на подводной лодке осушаются трюмы, вентилируются отсеки и аккумуляторная батарея, готовится к погружению мостик, а при подходе к точке погружения стопорится ход и продувается цистерна бы­строго погружения. Погружение предваряется командой командира пл «Все вниз. По местам стоять, к погруже­нию». Личный состав занимает места согласно расписанию по погружению, закрывает забортные отверстия и готовит системы пл для плавания под водой. Главный командный пункт переводится с мостика в центральный пост или в боевую рубку. Наблюдение за горизонтом ведется через перископ и с помощью радиотехнических средств. Затем заполняются цистерны главного балласта носовой и кор­мовой (концевых) групп, причем вентиляция кормовой группы открывается на 1-2 секунды раньше носовой, и подводная лодка переходит в позиционное положение.

В позиционном положении проверяется заполнение во­дой осушительной магистрали и незаряженных торпедных аппаратов, осматриваются отсеки для установления ка­чества герметизации прочного корпуса. Крен и дифферент подводной лодки приводятся к нулю.

После выполнения перечисленных действий заполня­ются цистерны главного балласта средней группы. Клапа­ны вентиляции этих цистерн закрываются на глубине 5-7 м. Если подводная лодка с началом заполнения сред­ней группы начнет быстро погружаться, следует немед­ленно закрыть клапаны вентиляции цистерн средней груп­пы, продуть «среднюю», пустить насос на откачивание воды из уравнительной цистерны за борт и всплыть в по­зиционное положение, после чего установить и устранить причину провала подводной лодки. Лишь после этого повторить погружение. Если с заполнением средней груп­пы подводная лодка не погружается, она считается «лег­кой». В этом случае погашение положительной плавуче­сти производится приемом воды из-за борта в уравни­тельную цистерну. С приходом подводной лодки на глу­бину не более перископной закрываются клапаны венти­ляции всех цистерн главного балласта.

Обычное погружение на ходу

Прибыв в точку погружения и перейдя на необходи­мый режим движения, командир подводной лодки коман­дует: «Все вниз. По местам стоять, к погружению». При исполнении этой команды осуществляются те же действия и в том же порядке, что и при погружении без хода. После команды «Заполнить среднюю» командир прика­зывает: «Погружаться на столько-то метров, дифферент столько-то градусов». При погружении на безопасную или большую глубину не рекомендуется создавать диф­ферент более 5-7°.

При погружении на ровном киле заполнение цистерн главного балласта будет более равномерным. При этом горизонтальные рули перекладываются «параллельно на погружение» таким образом, чтобы дифферент подводной лодки был равен нулю. Такое положение сохраняется до глубины примерно 5-7 м.

С приходом подводной лодки на указанную глубину можно создавать дифферент, заданный командиром.

Если лодка не погружается, следует принимать воду в уравнительную цистерну. При этом, как только глуби­номер покажет изменение глубины, прием воды приоста­навливается. Если после заполнения средней группы ци­стерн главного балласта подводная лодка начнет быстро погружаться, необходимо создать дифферент на корму, ходом и рулями удерживая ее от дальнейшего погруже­ния. Одновременно нужно откачивать воду из уравнитель­ной цистерны за борт. Если этого окажется недостаточно, следует частично продуть среднюю группу цистерн глав­ного балласта, откачать из уравнительной цистерны нуж­ное количество воды, а затем, сняв «пузырь» со «средней», продолжать погружение.

Срочное погружение

Срочное погружение выполняется командиром подвод­ной лодки или вахтенным офицером и, как правило, од­ной боевой сменой. Оно обеспечивает уход подводной лодки под воду в минимальное время.

По команде «Все вниз» личный состав, находящийся на мостике, быстро спускается в лодку. По сигналу «Срочное погружение» личный состав выполняет следую­щие действия:

Останавливает дизели, отключает носовые муфты сцепления, задраивает шахты подачи воздуха к дизелям и другие забортные отверстия, открывает клапаны урав­нивания давления цистерн главного балласта, в которых находится топливо, а также клапан вентиляции цистерны плавучести;

Задраивает верхний рубочный люк (командир пл или вахтенный офицер);

Дает ход электродвигателями;

Заполняет цистерны главного балласта;

Управляет горизонтальными рулями;

Продувает цистерну быстрого погружения и закры­вает ее кингстоны;

Закрывает клапаны вентиляции средней группы и цистерн главного балласта.

При срочном погружении средняя группа цистерн за­полняется после задраивания рубочного люка. Контроль­ный прибор станции сигнализации должен показывать, что рубочный люк, запоры шахты подачи воздуха к ди­зелям, судовой и батарейной вентиляции закрыты.

В начальный период погружения подводной лодки но­совые горизонтальные рули следует положить на погру­жение, а кормовые - на всплытие. В этом случае обе пары горизонтальных рулей создают топящие силы. Кор­мовые горизонтальные рули, создающие дифферентующий момент на корму, способствуют удержанию лодки на ровном киле, уравновешивая дифферентующий момент, появляющийся с заполнением цистерны быстрого погру­жения.

По достижении глубины, когда все цистерны главного балласта окажутся заполненными, кормовые рули следует переложить на погружение, создать дифферент до 10° на нос (в зависимости от проекта пл) и удерживать его в процессе погружения.

Если подводная лодка должна остаться на перископ­ной глубине, цистерну быстрого погружения продувают на глубине, равной половине перископной. При необходи­мости уйти на безопасную глубину цистерну быстрого по­гружения продувают на глубине не менее перископной. Клапаны вентиляции цистерн главного балласта закры­ваются сразу же после ухода подводной лодки под воду.

Как правило, с командой «Срочное погружение» дается приказание командиром пл (вахтенным офицером): «Погружаться на глубину столько-то метров с дифферен­том столько-то градусов». С подходом к заданной глу­бине дифферент отводится, и рулевой-горизонтальщик докладывает глубину погружения по глубиномеру.

При срочном погружении надо быть готовым произ­вести аварийное продувание концевых цистерн главного балласта, если дифферент, быстро нарастая, превысит допустимый. Продувание средней группы цистерн может потребоваться в случае потери плавучести при неверном расчете нагрузки подводной лодки или при запоздалом продувании цистерны быстрого погружения.

Погружение на предельную глубину

В подводном положении пл может находиться на глу­бинах: перископной (7-9 м), под РДП

Наш эксперт - кандидат медицинских наук, заведующий отделением ГБО РНЦХ РАМН, заведующий кафедрой ГБО РМАПО МЗ РФ Владимир Родионов .

Кто на новенького?

Зачастую решение нырнуть на глубину к туристам приходит спонтанно. Например, когда они оказываются в городе, чтобы купить сувениры, и к ним подходят улыбчивые продавцы подводных экскурсий и предлагают осуществить незабываемое путешествие в морские глубины по смешным ценам. Однако покупать сертификат на погружение в случайной экскурсионной лавочке - большая ошибка. Нормальные дайвинг-центры (которые относятся к наиболее известным дайверским ассоциациям - PADI, PDA, CMAS) с такими посредниками не связываются. Низкая цена экскурсии тоже должна насторожить. Третий момент - при заключении договора требуется заполнить специальную анкету, позволяющую выяснить, нет ли у человека каких-то заболеваний, при которых погружение может быть опасным (в первую очередь это касается всех острых недугов и большинства тяжелых хронических заболеваний, особенно легочных и сердечно-сосудистых патологий, а также врожденных пороков сердца).

Первое погружение по всем правилам должно проходить в так называемой «закрытой» воде: бассейне или бухте, а не в море («открытой» воде). Также есть четкое правило безопасности для новичков: максимум два клиента на одного инструктора. На деле же все зачастую происходит совсем не так: туристов сразу вывозят в море, при этом бот бывает переполнен, не редкость, когда на 10 неопытных дайверов - всего 1-2 инструктора.

Не зная броду, не суйся в воду

Погружаться в первый раз разрешено на глубину не более 10-12 метров, поэтому места для дайвинга в нормальных центрах выбирают очень тщательно и так, чтобы там не было никаких подводных течений. У новичков при погружении на глубину больше 40 метров частенько проявляется наркотическое действие азота (так называемое «глубинное опьянение»). Возникшая эйфория часто толкает их на неадекватное поведение и, в частности, заставляет всплывать резко, без остановки. А делать этого нельзя ни в коем случае.

При всплытии даже с небольшой глубины важно не превышать скорость подъема 10-18 м в минуту. Если нарушить режим декомпрессии (то есть всплытия), может развиться декомпрессионная (или кессонная) болезнь. Суть ее вот в чем. По мере погружения в кровь дайвера проникает азот и растворяется там. А при быстром всплытии (под большим давлением и при значительном потреблении воздуха) этот газ не успевает выводиться из организма. В итоге в крови и тканях образуются пузырьки, разрушающе действующие на организм. При легкой степени кессонной болезни чаще всего возникают боли в суставах и мышцах, чувство тяжести в сердце, повышенной усталости. При тяжелых формах возможны поражения легочной ткани, параличи и другие неврологические нарушения, вплоть до летального исхода.

Виноваты французы

Кессонная болезнь называется так по аналогии с изобретением французского ученого Триже, который в 1839 году запатентовал кессон (ящик) для строительства опор мостов. С этого времени люди смогли относительно долго находиться в условиях повышенного давления. Сразу после этого изобретения множество кессонных рабочих умирали от декомпрессионной болезни. Но этот недуг был известен и раньше, еще задолго до изобретения кессона и скафандра, правда, его последствия были менее тяжелыми, так как люди без специальной техники не могли очень долго находиться под водой. Но тем не менее с давних пор японские ныряльщицы ама страдали заболеванием таравана (с 30 лет несчастные женщины отмечали у себя шаткость походки, тремор рук, нарушение памяти). Недуг связывают с гипоксией и образованием газовых пузырьков в центральной нервной системе при систематических ныряниях.

Интенсивность газообразования зависит не только от режима всплытия, но и от индивидуальной устойчивости человека к декомпрессионной болезни. Риск развития недуга прямо пропорционален времени, проведенному под водой и на глубине. Так, при 6‑часовом пребывании на глубине 7-8 м и быстром всплытии заболевают 5% людей; с 16 м - каждый второй; с глубины 24 м - практически каждый человек.

И молимся, чтобы страховка не подвела

Чтобы погружение было успешным, дайвер должен не только заранее продумать выбор режима всплытия (и точно соблюдать его под водой), но и быть на тот момент абсолютно здоровым, отдохнувшим. Также он не должен курить и принимать алкоголь и лекарства (особенно транквилизаторы) ни до, ни после всплытия. Первое время надо также избегать тяжелой физической нагрузки - например, не стоит идти вечером заниматься в тренажерный зал.

Также опасно летать самолетом ранее чем через сутки после погружения (и через 72 часа после многократных погружений в течение одного дня). Это усугубляет развитие декомпрессионной болезни.

На всякий случай нужно узнать, где находится ближайшая рекомпрессионная барокамера, которая необходима для лечения кессонной болезни. Но поскольку 1 час работы этой установки стоит от $700 до 2500, а при тяжелых формах болезни может понадобиться непрерывное лечение в течение нескольких суток, то оптимальный выход для человека, планирующего занятия дайвингом, - приобрести специальную медицинскую страховку. На срок до 20 дней ее стоимость будет около 30 евро, а на год она обойдется примерно в сотню евро.

Дышите глубже!

Если у пострадавшего развилась кессонная болезнь, лучше приступать к лечению как можно раньше, а не ждать до приезда на родину. Тем более что специальных рекомпрессионных барокамер, в которых можно устанавливать особый режим, в обычных российских медицинских учреждениях сегодня, к сожалению, нет. Последний раз такая барокамера работала в РНЦХ РАМН в 90‑х годах, но в связи с большой дороговизной ее использования она уже не функционирует.

Поэтому такие больные могут лечиться только в кислородных барокамерах. Метод гипербарической оксигенотерапии (ГБО) - не самый эффективный в таком случае, но это лучше, чем ничего.

Под погружением понимают переход подводной лодки из надводного в подводное положение. К этому же типу маневра относится изменение глубины погружения, когда судно уходит на нижние уровни толщи воды. При погружении происходит заполнение специальных цистерн главного балласта водой. Находясь в подводном положении, лодка может изменять глубину погружения с помощью горизонтальных рулей.

Обычное погружение проводится в два этапа и выполняется чаще всего в районах с плохими условиями для маневрирования, в учебных целях, а также по усмотрению командира корабля. При этом вначале заполняются концевые цистерны балласта, а затем средняя группа цистерн. При обычном маневре цистерна, предназначенная для быстрого погружения, остается незаполненной.

Погружению предшествует подготовка: осушаются трюмы, проводится вентилирование отсеков, проверяется состояние аккумуляторной батареи. Точка погружения выбирается заранее. При подходе к ней ход лодки стопорится. Сам процесс ухода под воду предваряет специальная команда, по которой персонал занимает свои места, соответствующие служебному расписанию.

Наблюдение за надводной обстановкой переводится в боевую рубку и осуществляется при помощи радиотехнических средств или посредством перископа. Совершив погружение, лодка переходит в так называемое позиционное положение. Теперь команда проверяет отсеки судна, чтобы установить, насколько качественно соблюдается герметизация корпуса лодки.

Как выполняется срочное погружение

В боевой обстановке бывают случаи, когда лодку требуется перевести в подводное положение максимально быстро. Для этого обычно задействуют всего одну боевую смену. Сигнал к срочному погружению может подать командир корабля или вахтенный офицер. Услышав команду «Все вниз», находящийся на мостике экипаж немедленно спускается в подводную лодку и становится по своим местам, выполняя поступающие команды.

Одновременно происходит отключение дизельных установок и носовых муфт сцепления, задраиваются забортные отверстия и шахты, по которым к дизелям подается воздух. Вахтенный офицер закрывает верхний рубочный отсек. Начинается заполнение цистерн главного балласта, включаются электрические двигатели. Продувается и готовится к совершению маневра цистерна быстрого погружения.

При срочном погружении особое внимание экипаж уделяет постоянной проверке положения корабля. Это необходимо для того, чтобы нарастающий дифферент не превысил допустимый, поскольку в этом случае лодка вполне может потерять плавучесть. Здесь огромную роль играет опытность командира судна, а также четкая и согласованная работа экипажа.

Чтобы быть всегда с водой, при этом не перегружая выкачивающее оборудование, важно установить насос на оптимальном уровне. Обычно этим занимаются специалисты, изготавливающие водоносный колодец. Иногда этим приходится заниматься домовладельцам самостоятельно. Вот тогда и возникает вопрос о том, на какую глубину опускают насос в скважину, как определить без специальных приборов и знаний оптимальный уровень расположения водяной помпы. Надеемся, что информация, изложенная ниже, поможет разобраться с возникшей проблемой и правильно установить насосное оборудование в скважине любого типа.

Каждый водоносный колодец индивидуален по основным характеризующим его показателям. Имеется в виду не только диаметр обсадной трубы и общая глубина (расстояние от устья до дна), но и такие показатели:

• статический водный уровень;
• динамический водный уровень;
• дебет скважины (приток).

Эти данные всегда есть в паспорте водоносного сооружения, и они напрямую влияют не только на глубину погружения скважинного насоса, но и на выбор его оптимальной мощности и производительности. Давайте разберемся, что каждая из этих характеристик означает и как влияет на глубину установки водяной помпы.

Если из скважины определенный период не отбирать воду, в полости обсадной трубы установится постоянный уровень. Образовавшийся водяной столб уравновешивает давление в водоносных пластах, которое там стабильно. По этой причине уровень статический, то есть постоянный. Он может незначительно изменяться в течение года в зависимости от гидрологической ситуации и интенсивности забора воды из данного водоносного пласта соседними скважинами. Как правило, чем глубже колодец, тем стабильнее этот скважинный показатель.

Когда происходит откачка воды, верхний уровень в обсадной трубе непостоянный, поэтому называется динамическим. Нас интересует минимальный динамический уровень, что формируется при длительной непрерывной работе насосного оборудования.

Этот показатель зависит от двух факторов:

• производительность насоса;
• приток воды в скважину.

То есть, динамический уровень величина непостоянная, ведь не исключена замена помпы на другую, с отличающимися характеристиками, дебет колодца также может претерпевать изменения в процессе заиливания. Но как раз эта характеристика водоносного сооружения интересует больше всего при выборе правильной глубины погружения водяного насоса. Ведь для того, чтобы погружная помпа не оказалась сухой в процессе водозабора, нужно ставить ее ниже минимального динамического уровня в обсадной трубе хотя бы на метр. Это обусловлено особенностями скважинных насосов, о каких узнаете далее.

Какой насос нужен для скважины?

Для работы в условиях скважинного ствола однозначно не подходят погружные вибрационные насосы, и это подтвердит любой грамотный специалист. Нужно только оборудование центробежного типа. Особенность таких устройств в том, что они не всасывают воду активно, - она попадает в полость насоса под давлением столба, находящегося выше. Вот почему важно, чтобы над выкачивающим прибором всегда было не менее метра воды.

Второй причиной, обуславливающей необходимость постоянного нахождения насоса в водяной толще, является способ его охлаждения, которое также происходит за счет воды. Такое оборудование «на сухую» долго не проработает. В отсутствие охлаждающей жидкости подшипники, обеспечивающие вращение вала мотора, попросту расплавятся.

Чтобы насосное оборудование постоянно находилось в воде, следует не только его правильно заглубить в ее толщу, но и верно подобрать производительность помпы. Важно, чтобы этот показатель соотносился или был меньше дебета скважины. Другими словами, нужно создать условия, чтобы при максимальном заборе воды она успевала восполняться за счет притока.

Простой практический способ погружения насоса

Стоит заметить, что такая методика удобна и в большинстве случаев позволяет без определения характеристик колодца удачно поместить оборудование, то есть, на нужную глубину. Но подобный способ работает только на неглубоких скважинах, максимум на тех, где водозабор происходит с песчаного водоносного пласта. Методика заключается в следующих действиях.

• Насос, оснащенный трубой ПНД, опускается на тросе до дна колодца.
• После соприкосновения с твердым основанием, оборудование поднимается примерно на 2 м и временно фиксируется в таком положении.
• Производится тестовый запуск выкачивающего устройства примерно на час. Весь этот период нужно отслеживать напор выходящей воды и ее качество (загрязненность твердыми примесями). Если качество воды удовлетворительное и напор стабильный, значит такое положение оборудования пригодно для постоянной эксплуатации. Когда в воде много песка или других грунтовых частиц, следует поднять устройство примерно на полметра и повторить тест. Если же во время испытания напор резко начал снижаться, нужно сразу же выключить насос, заглубить его и повторить пробу.
• Когда оптимальное положение оборудования найдено, его надежно закрепляют для постоянной эксплуатации.

Такой способ можно применить для скважины, на которую нет документации с характеристиками, или она утеряна. Общепринятой же методикой определения оптимального погружения насоса в колодец, которой пользуются специалисты, является расположение оборудования по отношению к динамическому водяному уровню.

Оптимальный способ определения глубины установки насоса

Наиболее точно и правильно устанавливается насосное оборудование исходя из имеющихся характеристик скважины, точнее, беря во внимание динамический водный уровень. Этот показатель всегда указан в паспорте водоносного сооружения. Однако следует обратить внимание на сопутствующие данные. В документе, кроме минимального уровня воды во время эксплуатации, указано, при какой производительности насоса он фиксировался. Если хотите воспользоваться данными о динамическом уровне, учитывайте, что более производительное выкачивающее устройство при этом устанавливать нельзя. Если же насос уже куплен и он мощнее положенного, нужно будет его устанавливать глубже расчетного уровня.

Теперь о том, как определить глубину установки оборудования в скважине. Правила погружения насоса говорят о следующем:

• устройство должно находиться ниже динамического уровня не менее 1 метра (больше можно);
• оптимальная установка насоса относительно дна колодца, - не менее 3 м.

То есть, выкачивающее воду устройство, следует располагать в оговоренном промежутке. Практически рассчитать, на какую глубину нужно опускать всасывающее оборудование относительно устья скважины можно так.

Общая глубина колодца (от оголовка до дна), - 21 м. Динамический уровень (расстояние от устья до водяного зеркала в момент водозабора), - 14 м. Значит столб воды во время активной эксплуатации скважины составляет 21-14=7 м. Выше упоминалось, что сверху насоса должно быть не менее метра воды, а приближать ко дну менее 3 м не рекомендуется. Остается промежуток 7-(3+1)=4 м, в котором оптимально располагается оборудование. То есть, если брать конкретный случай, нужно опустить выкачивающее устройство на тросе, длиной 15-18 метров.

Важно! Если скважина давно не эксплуатировалась, показатель динамического уровня мог измениться, так как возможно уменьшение мощности водоносного пласта или заиливание дна колодца. Также этот показатель часто снижается в сезон активного водозабора. Это учитывается при выборе глубины установки скважинного насоса.

Дышите глубже: человек спускается на глубину, недоступную атомным подводным лодкам.

Роман Фишман

Мы живем на планете воды, но земные океаны знаем хуже, чем некоторые космические тела. Больше половины поверхности Марса артографировано с разрешением около 20 м — и только 10−15% океанского дна изучены при разрешении хотя бы 100 м. На Луне побывало 12 человек, на дне Марианской впадины — трое, и все они не смели и носа высунуть из сверхпрочных батискафов.

Погружаемся

Главная сложность в освоении Мирового океана — это давление: на каждые 10 м глубины оно увеличивается еще на одну атмосферу. Когда счет доходит до тысяч метров и сотен атмосфер, меняется все. Жидкости текут иначе, необычно ведут себя газы… Аппараты, способные выдержать эти условия, остаются штучным продуктом, и даже самые современные субмарины на такое давление не рассчитаны. Предельная глубина погружения новейших АПЛ проекта 955 «Борей» составляет всего 480 м.

Водолазов, спускающихся на сотни метров, уважительно зовут акванавтами, сравнивая их с покорителями космоса. Но бездна морей по‑своему опаснее космического вакуума. Случись что, работающий на МКС экипаж сможет перейти в пристыкованный корабль и через несколько часов окажется на поверхности Земли. Водолазам этот путь закрыт: чтобы эвакуироваться с глубины, могут потребоваться недели. И срок этот не сократить ни при каких обстоятельствах.

Впрочем, на глубину существует и альтернативный путь. Вместо того чтобы создавать все более прочные корпуса, можно отправить туда… живых водолазов. Рекорд давления, перенесенного испытателями в лаборатории, почти вдвое превышает способности подлодок. Тут нет ничего невероятного: клетки всех живых организмов заполнены той же водой, которая свободно передает давление во всех направлениях.

Клетки не противостоят водному столбу, как твердые корпуса субмарин, они компенсируют внешнее давление внутренним. Недаром обитатели «черных курильщиков», включая круглых червей и креветок, прекрасно себя чувствуют на многокилометровой глубине океанского дна. Некоторые виды бактерий неплохо переносят даже тысячи атмосфер. Человек здесь не исключение — с той лишь разницей, что ему нужен воздух.

Под поверхностью

Кислород Дыхательные трубки из тростника были известны еще могиканам Фенимора Купера. Сегодня на смену полым стеблям растений пришли трубки из пластика, «анатомической формы» и с удобными загубниками. Однако эффективности им это не прибавило: мешают законы физики и биологии.

Уже на метровой глубине давление на грудную клетку поднимается до 1,1 атм — к самому воздуху прибавляется 0,1 атм водного столба. Дыхание здесь требует заметного усилия межреберных мышц, и справиться с этим могут только тренированные атлеты. При этом даже их сил хватит ненадолго и максимум на 4−5 м глубины, а новичкам тяжело дается дыхание и на полуметре. Вдобавок чем длиннее трубка, тем больше воздуха содержится в ней самой. «Рабочий» дыхательный объем легких составляет в среднем 500 мл, и после каждого выдоха часть отработанного воздуха остается в трубке. Каждый вдох приносит все меньше кислорода и все больше углекислого газа.

Чтобы доставлять свежий воздух, требуется принудительная вентиляция. Нагнетая газ под повышенным давлением, можно облегчить работу мускулам грудной клетки. Такой подход применяется уже не одно столетие. Ручные насосы известны водолазам с XVII века, а в середине XIX века английские строители, возводившие подводные фундаменты для опор мостов, уже подолгу трудились в атмосфере сжатого воздуха. Для работ использовались толстостенные, открытые снизу подводные камеры, в которых поддерживали высокое давление. То есть кессоны.

Глубже 10 м

Азот Во время работы в самих кессонах никаких проблем не возникало. Но вот при возвращении на поверхность у строителей часто развивались симптомы, которые французские физиологи Поль и Ваттель описали в 1854 году как On ne paie qu’en sortant — «расплата на выходе». Это мог быть сильный зуд кожи или головокружение, боли в суставах и мышцах. В самых тяжелых случаях развивались параличи, наступала потеря сознания, а затем и гибель.

Чтобы отправиться на глубину без каких-либо сложностей, связанных с экстремальным давлением, можно использовать сверхпрочные скафандры. Это чрезвычайно сложные системы, выдерживающие погружение на сотни метров и сохраняющие внутри комфортное давление в 1 атм. Правда, они весьма дороги: например, цена недавно представленного скафандра канадской фирмы Nuytco Research Ltd. EXOSUIT составляет около миллиона долларов.

Проблема в том, что количество растворенного в жидкости газа прямо зависит от давления над ней. Это касается и воздуха, который содержит около 21% кислорода и 78% азота (прочими газами — углекислым, неоном, гелием, метаном, водородом и т. д. — можно пренебречь: их содержание не превышает 1%). Если кислород быстро усваивается, то азот просто насыщает кровь и другие ткани: при повышении давления на 1 атм в организме растворяется дополнительно около 1 л азота.

При быстром снижении давления избыток газа начинает выделяться бурно, иногда вспениваясь, как вскрытая бутылка шампанского. Появляющиеся пузырьки могут физически деформировать ткани, закупоривать сосуды и лишать их снабжения кровью, приводя к самым разнообразным и часто тяжелым симптомам. По счастью, физиологи разобрались с этим механизмом довольно быстро, и уже в 1890-х годах декомпрессионную болезнь удавалось предотвратить, применяя постепенное и осторожное снижение давления до нормы — так, чтобы азот выходил из организма постепенно, а кровь и другие жидкости не «закипали».

В начале ХХ века английский исследователь Джон Холдейн составил детальные таблицы с рекомендациями по оптимальным режимам спуска и подъема, компрессии и декомпрессии. Экспериментируя с животными, а затем и с людьми — в том числе с самим собой и своими близкими, — Холдейн выяснил, что максимальная безопасная глубина, не требующая декомпрессии, составляет около 10 м, а при длительном погружении — и того меньше. Возвращение с глубины должно производиться поэтапно и не спеша, чтобы дать азоту время высвободиться, зато спускаться лучше довольно быстро, сокращая время поступления избыточного газа в ткани организма. Людям открылись новые пределы глубины.

Глубже 40 м

Гелий Борьба с глубиной напоминает гонку вооружений. Найдя способ преодолеть очередное препятствие, люди делали еще несколько шагов — и встречали новую преграду. Так, следом за кессонной болезнью открылась напасть, которую дайверы почти любовно зовут «азотной белочкой». Дело в том, что в гипербарических условиях этот инертный газ начинает действовать не хуже крепкого алкоголя. В 1940-х опьяняющий эффект азота изучал другой Джон Холдейн, сын «того самого». Опасные эксперименты отца его ничуть не смущали, и он продолжил суровые опыты на себе и коллегах. «У одного из наших испытуемых произошел разрыв легкого, — фиксировал ученый в журнале, — но сейчас он поправляется».

Несмотря на все исследования, механизм азотного опьянения детально не установлен — впрочем, то же можно сказать и о действии обычного алкоголя. И тот и другой нарушают нормальную передачу сигналов в синапсах нервных клеток, а возможно, даже меняют проницаемость клеточных мембран, превращая ионообменные процессы на поверхностях нейронов в полный хаос. Внешне то и другое проявляется тоже схожим образом. Водолаз, «словивший азотную белочку», теряет контроль над собой. Он может впасть в панику и перерезать шланги или, наоборот, увлечься пересказом анекдотов стае веселых акул.

Наркотическим действием обладают и другие инертные газы, причем чем тяжелее их молекулы, тем меньшее давление требуется для того, чтобы этот эффект проявился. Например, ксенон анестезирует и при обычных условиях, а более легкий аргон — только при нескольких атмосферах. Впрочем, эти проявления глубоко индивидуальны, и некоторые люди, погружаясь, ощущают азотное опьянение намного раньше других.

Избавиться от анестезирующего действия азота можно, снизив его поступление в организм. Так работают дыхательные смеси нитроксы, содержащие увеличенную (иногда до 36%) долю кислорода и, соответственно, пониженное количество азота. Еще заманчивее было бы перейти на чистый кислород. Ведь это позволило бы вчетверо уменьшить объем дыхательных баллонов или вчетверо увеличить время работы с ними. Однако кислород — элемент активный, и при длительном вдыхании — токсичный, особенно под давлением.

Чистый кислород вызывает опьянение и эйфорию, ведет к повреждению мембран в клетках дыхательных путей. При этом нехватка свободного (восстановленного) гемоглобина затрудняет выведение углекислого газа, приводит к гиперкапнии и метаболическому ацидозу, запуская физиологические реакции гипоксии. Человек задыхается, несмотря на то что кислорода его организму вполне достаточно. Как установил тот же Холдейн-младший, уже при давлении в 7 атм дышать чистым кислородом можно не дольше нескольких минут, после чего начинаются нарушения дыхания, конвульсии — все то, что на дайверском сленге называется коротким словом «блэкаут».

Жидкостное дыхание

Пока еще полуфантастический подход к покорению глубины состоит в использовании веществ, способных взять на себя доставку газов вместо воздуха — например, заменителя плазмы крови перфторана. В теории, легкие можно заполнить этой голубоватой жидкостью и, насыщая кислородом, прокачивать ее насосами, обеспечивая дыхание вообще без газовой смеси. Впрочем, этот метод остается глубоко экспериментальным, многие специалисты считают его и вовсе тупиковым, а, например, в США применение перфторана официально запрещено.

Поэтому парциальное давление кислорода при дыхании на глубине поддерживается даже ниже обычного, а азот заменяют на безопасный и не вызывающий эйфории газ. Лучше других подошел бы легкий водород, если б не его взрывоопасность в смеси с кислородом. В итоге водород используется редко, а обычным заменителем азота в смеси стал второй по легкости газ, гелий. На его основе производят кислородно-гелиевые или кислородно-гелиево-азотные дыхательные смеси — гелиоксы и тримиксы.

Глубже 80 м

Сложные смеси Здесь стоит сказать, что компрессия и декомпрессия при давлениях в десятки и сотни атмосфер затягивается надолго. Настолько, что делает работу промышленных водолазов — например, при обслуживании морских нефтедобывающих платформ — малоэффективной. Время, проведенное на глубине, становится куда короче, чем долгие спуски и подъемы. Уже полчаса на 60 м выливаются в более чем часовую декомпрессию. После получаса на 160 м для возвращения понадобится больше 25 часов — а ведь водолазам приходится спускаться и ниже.

Поэтому уже несколько десятилетий для этих целей используют глубоководные барокамеры. Люди живут в них порой целыми неделями, работая посменно и совершая экскурсии наружу через шлюзовой отсек: давление дыхательной смеси в «жилище» поддерживается равным давлению водной среды вокруг. И хотя декомпрессия при подъеме со 100 м занимает около четырех суток, а с 300 м — больше недели, приличный срок работы на глубине делает эти потери времени вполне оправданными.

Методы длительного пребывания в среде с повышенным давлением прорабатывались с середины ХХ века. Большие гипербарические комплексы позволили создавать нужное давление в лабораторных условиях, и отважные испытатели того времени устанавливали один рекорд за другим, постепенно переходя и в море. В 1962 году Роберт Стенюи провел 26 часов на глубине 61 м, став первым акванавтом, а тремя годами позже шестеро французов, дыша тримиксом, прожили на глубине 100 м почти три недели.

Здесь начались новые проблемы, связанные с длительным пребыванием людей в изоляции и в изнурительно некомфортной обстановке. Из-за высокой теплопроводности гелия водолазы теряют тепло с каждым выдохом газовой смеси, и в их «доме» приходится поддерживать стабильно жаркую атмосферу — около 30 °C, а вода создает высокую влажность. Кроме того, низкая плотность гелия меняет тембр голоса, серьезно затрудняя общение. Но даже все эти трудности вместе взятые не поставили бы предел нашим приключениям в гипербарическом мире. Есть ограничения и поважнее.

Глубже 600 м

Предел В лабораторных экспериментах отдельные нейроны, растущие «в пробирке», плохо переносят экстремально высокое давление, демонстрируя беспорядочную гипервозбудимость. Похоже, что при этом заметно меняются свойства липидов клеточных мембран, так что противостоять этим эффектам невозможно. Результат можно наблюдать и в нервной системе человека под огромным давлением. Он начинает то и дело «отключаться», впадая в кратковременные периоды сна или ступора. Восприятие затрудняется, тело охватывает тремор, начинается паника: развивается нервный синдром высокого давления (НСВД), обусловленный самой физиологией нейронов.

Помимо легких, в организме есть и другие полости, содержащие воздух. Но они сообщаются с окружающей средой очень тонкими каналами, и давление в них выравнивается далеко не моментально. Например, полости среднего уха соединяются с носоглоткой лишь узкой евстахиевой трубой, которая к тому же часто забивается слизью. Связанные с этим неудобства знакомы многим пассажирам самолетов, которым приходится, плотно закрыв нос и рот, резко выдохнуть, уравнивая давление уха и внешней среды. Водолазы тоже применяют такое «продувание», а при насморке стараются вовсе не погружаться.

Добавление к кислородно-гелиевой смеси небольших (до 9%) количеств азота позволяет несколько ослабить эти эффекты. Поэтому рекордные погружения на гелиоксе достигают планки 200−250 м, а на азотсодержащем тримиксе — около 450 м в открытом море и 600 м в компрессионной камере. Законодателями в этой области стали — и до сих пор остаются — французские акванавты. Чередование воздуха, сложных дыхательных смесей, хитрых режимов погружения и декомпрессии еще в 1970-х позволило водолазам преодолеть планку в 700 м глубины, а созданную учениками Жака Кусто компанию COMEX сделало мировым лидером в водолазном обслуживании морских нефтедобывающих платформ. Детали этих операций остаются военной и коммерческой тайной, поэтому исследователи других стран пытаются догнать французов, двигаясь своими путями.

Пытаясь опуститься глубже, советские физиологи изучали возможность замены гелия более тяжелыми газами, например неоном. Эксперименты по имитации погружения на 400 м в кислородно-неоновой атмосфере проводились в гипербарическом комплексе московского Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН и в секретном «подводном» НИИ-40 Министерства обороны, а также в НИИ Океанологии им. Ширшова. Однако тяжесть неона продемонстрировала свою обратную сторону.

Можно подсчитать, что уже при давлении 35 атм плотность кислородно-неоновой смеси равна плотности кислородно-гелиевой примерно при 150 атм. А дальше — больше: наши воздухоносные пути просто не приспособлены для «прокачивания» такой густой среды. Испытатели ИМБП сообщали, что, когда легкие и бронхи работают со столь плотной смесью, возникает странное и тяжелое ощущение, «будто ты не дышишь, а пьешь воздух». В бодрствующем состоянии опытные водолазы еще способны с этим справиться, но в периоды сна — а на такую глубину не добраться, не потратив долгие дни на спуск и подъем — они то и дело просыпаются от панического ощущения удушья. И хотя военным акванавтам из НИИ-40 удалось достичь 450-метровой планки и получить заслуженные медали Героев Советского Союза, принципиально это вопроса не решило.

Новые рекорды погружения еще могут быть поставлены, но мы, видимо, подобрались к последней границе. Невыносимая плотность дыхательной смеси, с одной стороны, и нервный синдром высоких давлений — с другой, видимо, ставят окончательный предел путешествиям человека под экстремальным давлением.