Подводное
А кину-ка я сюда один небольшой текстик. Собственно, тезисы нашей обзорной лекции на недавней подводно-технической конференции. Как оно выглядит с точки зрения научных наблюдателей.
«Глаза» и «руки» под водой: от первой батисферы до автономных модулей
"На вопрос, как я достиг таких результатов
в завоевании океанских глубин, мне трудно ответить.
Пожалуй, главное здесь было в точной направленности поставленных
задач... [Её] дал мне наш старый учёный, который несколько лет назад
призывал нас, моряков, помочь науке найти "глаза" и "руки", которые
могли бы достать океанское дно..."
И.А. Ефремов, "Атолл Факаофо", 1944 год.
Планомерные исследования океана начались немногим более 200 лет назад. Полтора века учёным приходилось довольствоваться тем, что приносят со дна приборы, опускаемые с судна на стальном тросе. Были собраны большие зоологические коллекции, выявлены основные закономерности распределения жизни на дне и в толще вод Мирового океана, выявлены зоогеографические границы и закономерности распределения продуктивности. Но вот детали, такие, как экосистемы, существующие лишь на небольших участках дна, оставались незамеченными. Воочию увидеть, что происходит на дне, отчасти помогали спускаемые на тросах фотокамеры, но и их кадры получались в результате съёмок «вслепую».
Совершить следующий прорыв в изучении биологии океана позволили глубоководные аппараты. Исследователи наконец получили возможность изучать донные экосистемы как ландшафт. Кроме того, подводные аппараты абсолютно незаменимы для изучения небольших объектов антропогенного и природного происхождения на дне океана, от затонувших судов до гидротермальных экосистем.
Первые глубоководные наблюдения проводились Уильямом Бибом из батисферы, спускавшейся под воду на тросе. В 1934 г. У. Биб вместе с О. Бартоном достигли глубины 923 м. Свои наблюдения исследователи фиксировали с помощью зарисовок, что, в свою очередь, неизбежно порождало вопросы о точности этих рисунков.
Следующим поколением глубоководных обитаемых средств стали батискафы, свободно перемещающиеся в водной толще. Их плавучесть обеспечивал гигантский поплавок, наполненный несжимаемым лёгким бензином, а всплытие происходило за счёт сброса балласта. Эру батискафов открыло погружение 26.10 1948 г. аппарата FRNS-2, созданного Огюстом Пикаром, у островов Зелёного Мыса. Батискаф достиг глубины 1515 м. А 23.01 1960 г. батискаф "Триест" с командой из Дона Уолша и Жака Пикара достиг дна Марианской впадины в её максимально глубоком участке, котловине Челленджера, на глубине 10919 м. Океан впервые был просмотрен «насквозь». Но большие габариты и вес до 300 т обусловили низкую маневренность батискафов и сложности с их транспортировкой, к тому же наличие на борту судна нескольких сотен тонн бензина для балластной системы было достаточно опасно.
К середине 1960-х годов настало время аппаратов нового типа - мобильных, легких, маневренных. Бензиновые поплавки заменили куда меньшие по размерам поплавки из необжимаемых синтактиков, сбрасываемую дробь - помпы, способные откачивать из балластных цистерн забортную воду против давления в 600 с лишним атмосфер. Высокая маневренность позволила аппаратам обзавестись «руками»-манипуляторами (которые пытались ставить ещё на батискафы, но те были слишком неуклюжи) и пробоотборниками. Первыми ласточками нового поколения глубоководных обитаемых аппаратов (ГОА) стали построенные в 1964-1970 гг. в США «Алюминаут» (с глубиной погружения до 4500 м), «Алвин», «Си-Клифф» и «Тётл» (2000 м), серия аппаратов «Стар» (до 1300 м) и канадские аппараты «Пайсис» (2000 м, два аппарата из этой серии приобрёл и Советский Союз), которые внесли большой вклад в науку в 1970-1980-х годах. Именно благодаря ГОА стало возможным открытие и исследование гидротермальных полей на дне океана. ГОА позволяли исследовать и тонкую структуру вертикального распределения планктона в столбе воды.
В конце XX века в строй стали вступать ГОА, способные достичь глубины 6000 м: французский «Нотиль» (1985 год), российские «Миры» (1987 г.), японский «Шинкай-6500» (1989 год). Модернизировался и увеличивал глубину своих погружений ветеран «Алвин». ГОА совершенствовались и развивались, строились как более универсальные, так и специализированные подводные аппараты. Но, корме обитаемых глубоководных аппаратов, на поле появились и другие игроки.
Все бóльшую роль стали играть как буксируемые модули, так и телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА, англ. remotely operated vehicle, ROV). Гидроакустическая система навигации с ультракороткой базой позволяет вести оперативные определения местоположения аппарата с борта судна. Появление компактных фото- и видеокамер высокого разрешения и совершенствование орудий пробоотбора позволяет оператору проводить с борта судна практически те же операции, которые ранее мог выполнить только квалифицированный пилот обитаемого аппарата.
К преимуществам ТНПА относится их относительная дешевизна и безопасность: пилот находится не под водой, а на борту судна. Кроме того, время работы аппарата на дне практически не ограничено: электропитание подается с судна по кабель-тросу. Всё это привело к тому, что во многих странах налажено серийное производство ТНПА. Один из них (производства шотландской фирмы «Sub-Atlantic»), под названием «Команч» («Comanche 18»), с рабочей глубиной до 6000 м, находится в распоряжении Национального научного центра морской биологии во Владивостоке. В последние годы с этим аппаратом были исследованы единственные известные в российских территориальных водах гидротермальные сообщества на подводном вулкане Пийпа и фауна районов газовых выходов на Корякском склоне. Предпринимались и попытки исследовать с помощью «Команча» сообщества толщи воды.
Но при всех своих преимуществах ТНПА имеют и существенные недостатки. Их перемещение у дна зависит в том числе и от движений судна, и от положения промежуточной станции-депрессора. Случалось, что оператору удавалось вывести «Команч» на нужную позицию, но тут депрессор смещался, и аппарат безнадёжно утаскивало в сторону... Да и телекамеры, при всём своём совершенстве, не всегда способны заменить человеческий глаз.
Кроме ТНПА развитие получили и автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА), уже способные погружаться на максимальные глубины океана. АНПА идут над дном по заданному маршруту, производя фото- и видеосъёмку и другие дистантные измерения, позволяющие описать рельеф и макрофауну. Однако данный метод имеет ряд недостатков, связанных, прежде всего, со сложностью таксономического определения видов по фотографиям. Возможностью сбора образцов АНПА не обладает.
Так что обитаемые аппараты своих позиций не сдают. И, более того, в последние годы в мире отмечается явный их ренессанс. Уже в июле 2020 года завершил свой очередной апгрейд «Алвин», способный отныне погружаться до 6500 м. Сделали свои ГОА китайцы, и 10.11 2020 г. их «Фендуже» (“奋斗者”) повторил достижение «Триеста», сходив в Марианскую впадину на глубину 10909 м. Это именно «классические» исследовательские ГОА, a были ещё и полуспортивные «Deepsea Challenger» Джеймса Камерона, и «Limiting Factor» Виктора Весково... Эпоха обитаемых аппаратов отнюдь не завершена. И, будем надеяться, они ещё позволят нам узнать немало нового о жизни в Океане.
Виноградов Г.М., Галкин С.В. 2023. "Глаза" и "руки" под водой: от первой батисферы до автономных модулей. Современные методы и средства океанологических исследований (МСОИ-2023). Материалы XVIII международной научно-технической конференции. Том 1. М.: Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН. С. 224-227.