Морские корабли науки

Американские эксперты полагают, что, если к концу XXI столетия запасы нефти, газа, меди, олова, золота и других полезных ископаемых на суше будут исчерпаны, человечество начнет добывать все необходимое со дна и непосредственно из морской воды. В Мировом океане растворено 15 млрд т меди, столько же марганца, 500 млн т серебра, 10 млн т золота. А конкреции – округлые сгустки почти чистых металлов (цинка, свинца, фосфора и т. д.) – щедро разбросаны по всему дну. Морские научно-исследовательские суда значительно облегчают изучение морского дна.

Однако чтобы воспользоваться эти богатствами, надо хорошо знать, что где лежит. А мы пока знаем океан и его дно хуже, чем поверхность Луны. Относительно хорошо изучен только шельф на глубине до 300 м, кое-что специалисты знают и о шельфе на 300 — 3 000 м. И это, пожалуй, все. Но почему так получилось? Ведь более-менее планомерно изучать океан люди начали с 1853 года, когда в Брюссель на свою первую Международную конференцию съехались гидрографы десяти стран и договорились о сотрудничестве в трудном деле познания Мирового океана.

А 21 декабря 1872 года из Портсмута вышел небольшой (всего 2 300 т) паровой корвет «Челленджер» («Вызывающий»). На его борту находились шестеро ученых во главе с биологом Чарлзом Томсоном. За три года первый Научно-исследовательские и учебные суданаучный корабль оставил за кормой 68 540 миль, пройденных в Атлантике, Индийском и Тихом океанах. Участники экспедиции 370 раз измеряли глубину, 250 раз определяли температуру воды, 240 раз опускали в пучину тралы, извлекая на свет божий невиданных обитателей океана. На изучение собранных материалов потребовалось 23 года, а описание результатов с трудом уместилось в 50 солидных томах.

Еще более важным оказался сам прецедент: теперь всем стало ясно, что может дать специальное судно науке. В 1885 году американцы спускают на воду «Альбатрос» – первое в мире специализированное океанографическое судно. И с той поры подобные корабли стали строить во многих морских государствах.

Однако изучение морских тайн все же подвигалось медленно, поскольку не было необходимого оборудования для глубоководных погружений.

Качественно новый этап развития океанографии начался лишь после Второй мировой войны. В научном арсенале появились такие устройства, как радары, вычислительные машины, гидроакустические сонары, приборы подводной фото-, кино- и видеосъемки…

Появились и специализированные научные корабли нового поколения. В 1949 году в первое плавание отправился знаменитый «Витязь» – научно-исследовательское судно комплексного назначения, перестроенное из трофейного рефрижератора. Полтора десятка лабораторий, размещенных на его борту, обеспечивали выполнение практически любой программы.

Флагман советского океанологического флота трудился вплоть до 1976 года: на счету его 56 рейсов, а список открытий, сделанных на нем, занял бы целую книгу.

Следом за «Витязем» советские ученые получили в свое распоряжение и другие суда. Например, в 1953 году была построена уникальная немагнитная парусно-моторная шхуна «Заря». Работая по программе Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн, она за 20 лет прошла в семнадцати экспедиционных плаваниях 520 тыс. миль!

В 1959 году обычный Способы применения буксировморской буксир преобразовали в научно-исследовательское судно «Владимир Обручев». Наряду с ним в стране были построены и специализированные научные корабли «Михаил Ломоносов» (1957 г.) и «Академик Курчатов» (1966 г.).

Причем «Курчатов», построенный по спецзаказу в ГДР, стал головным в серии из нескольких «академиков» и «профессоров». Это крупное, трехпалубное судно водоизмещением 6 828 т, на борту его 25 лабораторий самого различного назначения, где могут работать до 80 ученых. Он также оборудован вертолетной площадкой, станцией запуска шаров-зондов и пусковой установкой для метеорологических ракет.

В 1972 году в океан вышло не виданное доселе Легендарные «Миры», история научно-исследовательских ГОАсудно науки – белоснежный огромный (водоизмещением 45 тыс. т) корабль «Космонавт Юрий Гагарин» с внушительными (диаметром 27,5 м) чашами антенн над верхней палубой. Под стать размерам и научное оборудование – 110 лабораторий для 280 научных работников! Его главная задача – разбираться, что происходит там, где атмосфера смыкается с космосом, осуществлять связь с орбитальными кораблями. А когда такой надобности нет, научные работники на борту могут заниматься и другими проблемами.

Кроме того, в 1970-1974 годах советские ученые получили десять океанографических кораблей типа «Дмитрий Овцын». А в мае 1976 года заказчики получили и головное судно нового проекта «Профессор Богоров». На его борту – 11 лабораторий, предназначенных для изучения гидрогеологии, гидрохимии, гидрофизики… Для этого тут есть эхолоты, специальная аппаратура для сейсмических исследований, вычислительный центр.

Кроме того, на «Профессоре Богорове» установили новейшую навигационную систему, позволяющую с помощью спутников определять свое местоположение с точностью до десятков метров. А автоматизированное управление позволяет «Профессору Богорову» не только самостоятельно идти по заданному курсу, но столь же самостоятельно, по одной программе, делать повороты до 14 раз.

Проект первой в мире плавучей полярной станции разработан конструкторами Карельского морского центра (КМЦ).

«Он предполагает создание уникального корабля, оснащенного для проведения полярных исследований и способного дрейфовать в арктических льдах, – рассказал директор КМЦ Виктор Дмитриев. – При строительстве предлагается использовать традиции старинного деревянного судостроения, сочетающиеся с новейшими технологиями, которые разработаны специально для этого проекта».

Разработанный несколько лет назад в КМЦ Учебные парусные суда и корабли флотов мирапроект парусника, предназначенного для походов в Арктику, оснащенный всем необходимым для проведения арктических исследований, заинтересовал научно-исследовательские институты, занимающиеся полярными исследованиями, в том числе НИИ Арктики и Антарктики и Институт водных проблем Севера Карельского научного центра РАН. В результате родился проект «научно-исследовательского судна – дрейфующей полярной станции» (НИС-ДПС), получивший название «Полярный Одиссей».

Полярная дрейфующая станция будет иметь деревянную клееную обшивку из сосны и дуба в четыре слоя, толщиной 500 мм, защищенную стальными пластинами толщиной в 5 мм из маломагнитных материалов, что необходимо для обеспечения работы оборудования, измеряющего магнитные поля Земли…

Древесина – лучший материал для таких станций, потому что она хорошо сопротивляется сжатию льдами, сохраняет тепло и не нагревается от солнца. Зверобойные шхуны и исследовательские суда, ходившие в Арктику в начале XX века, были деревянными и с честью выдержали испытание льдами.

Предлагается к прочтению: Виды парящих судов на подводных крыльях

Необычная, яйцевидная форма корпуса, напоминающая по своему устройству знаменитый «Фрам» Нансена, позволит судну двигаться как носом, так и кормой вперед. Чтобы во льдах не были поломаны винты и рули, они сделаны убирающимися внутрь корпуса.

Главная палуба закрыта специальной оболочкой, защищающей ее от скоплений льда и снега, а также обеспечивающей экипажу более комфортные условия для работы. В центральной части судна расположена специальная шахта, позволяющая опускать под воду различное научно-исследовательское оборудование, в том числе батискаф и подводного робота. На верхней площадке – центральный портал с радионавигационной и метеорологической аппаратурой и ветроэлектростанцией для выработки электроэнергии.

Судно длиной около 50 м может взять на борт до 30 человек и обеспечить им комфортное проживание в течение 3 лет. Причем размещение научно-исследовательского оборудования на «Полярном Одиссее» обойдется в 3-4 раза дешевле, чем, скажем, на ледоколе.

В вертикальном положении

Это оригинальное судно по своему виду слегка напоминает гигантскую бейсбольную биту. Называется оно FLIP, что после расшифровки и перевода означает «плавучая платформа для приборных исследований», имеет водоизмещение 700 т и принадлежит Военно-морскому флоту США.

Построено было судно еще в 1962 году для отработки акустического наведения ракет, запускаемых с подводных лодок. Однако после того, как эта программа была отработана, гражданские исследователи из Океанографического института Скриппса в Сан-Диего быстро сообразили, что платформа прекрасно подходит для самых разнообразных океанографических работ.

«С тех пор прошло уже более 45 лет, FLIP все еще служит океанографическому сообществу и все так же остается единственным в своем роде»

– с гордостью говорит Билл Гейне, руководитель программы по использованию судна.

В рабочем положении FLIP представляет собой отлично стабилизированный Аварийный радио буй – EPIRBморской буй – почти идеальную платформу для изучения океана. Смонтированные в нижней или, если хотите, в задней части судна гидрофоны могут выявлять как шум проходящих судов и подлодок, раскаты далеких землетрясений, так и «разговоры» китов и рыб. Недавно исследователи окончательно похоронили поговорку «Нем, как рыба». Они записали «хор» рыбьей стаи, который по громкости не уступал реву болельщиков на трибунах стадиона.

Другие датчики, спускаемые в морские глубины с помощью специальных стрел и лебедок, позволяют измерять температуру и соленость воды, ее плотность и другие характеристики. А доплеровские сонары дают возможность фиксировать смещения масс воды внутри волн с точностью до 1 см/с на 1 куб. км океана.

Когда это Выход из порта и сдача лоцмана с проводимого суднасудно выходит из порта, оно весьма похоже на самую обычную баржу. Но вот FLIP приходит в заданную точку океана. И тут начинается самое интересное. Оператор в определенной последовательности начинает заполнять водой кормовые отсеки-трюмы, и баржа постепенно становится торчком. Теперь над поверхностью воды торчит только ее нос.

На месте FLIP удерживается тремя прочными нейлоновыми канатами и якорями. Суммарная масса якорей – 9 т. Правда, при выполнении некоторых исследовательских работ требуется, чтобы FLIP, напротив, не стоял на месте, а свободно двигался по течению. Так, в одном из экспериментов FLIP прошел в дрейфе 240 км.

У этого аппарата нет собственного движителя, однако на нем смонтирован небольшой маневровый винт с гидравлическим приводом. Он нужен для того, чтобы поворачивать по мере надобности буй вокруг вертикальной оси, сохраняя стабильную ориентацию в пространстве по азимуту. Кроме того, на судне имеется три дизель-генератора, вырабатывающих 340 кВт электроэнергии для работы научной аппаратуры.

Еще одна интересная деталь: все двигатели, якорные лебедки и даже койки в каютах закреплены на специальных поворотных подвесках, так что при трансформации судна могут сохранять постоянное положение относительно горизонта. Когда буй принимает окончательное положение (вертикальное или горизонтальное), все подвижное снаряжение фиксируется специальными шпильками. В каждой каюте имеется по две двери – в стене и в потолке, а в душевой два душа – для вертикального и горизонтального положения.

Переход в горизонтальное положение осуществляется подачей в балластные отсеки 90 000 л сжатого воздуха, который хранится под давлением 18 атм. в специальных баллонах. В результате вода постепенно вытесняется через те же заливные отверстия, и судно принимает обычный вид.

Вся метаморфоза переворота занимает менее 30 минут.

Прослуживший почти полвека FLIP постепенно стареет, и на смену ему, по идее, должно прийти новое судно. Один из его вариантов разработал француз Жак Ружери. По своей первоначальной профессии он – архитектор; во многих городах Франции стоят здания, построенные по его проектам.

Но в свободное время Ружери в течение вот уже трех десятилетий придумывает какие-то Железо и паруса: зигзаги перехода к новому судостроениюудивительные корабли и аппараты, футуристические базы на морском дне.

Последний проект, представленный архитектором в национальном Морском музее Франции, представляет собой гигантское полуподводное судно «Sea Orbiter», по своему внешнему виду напоминающее морского конька.

Автор проекта считает традиционные средства для исследования глубин – акваланги, субмарины и батискафы – неудобными. Другое дело – корабль-лаборатория, в котором ученые могут со всеми удобствами изучать и глубины, и поверхность океана.

Высота «Sea Orbiter» сверху донизу – 51 м; причем 31 м приходится на подводную часть. Ширина судна – всего 10 м.

На этом судне-небоскребе насчитывается около десятка палуб, на которых имеется все, что может понадобиться 18 исследователям и членам экипажа. К примеру, на «Sea Orbiter» есть наблюдательные площадки с 360-градусным обзором как над, так и под водой.

Предусмотрена и возможность выхода под воду исследователей в аквалангах. Кроме того, на судне будет и подводный робот с дистанционным управлением, способный погружаться на глубину до 600 м.

По словам автора проекта, он уже получил восторженные отзывы от многих ученых, включая специалистов NASA.

«На “Sea Orbiter” есть учебная секция, в которой имеются кухня, каюты со спальными местами, где астронавты будут жить, как экипаж космического корабля, – объясняет Ружери. – Кроме того, выход из судна под водой очень похож на шлюзовой модуль для выхода в открытый космос».

Не скрывают своего интереса к новинке и Национальная администрация по океану и атмосфере США (NOAA), и Институт океанографии в Массачусетсе (WHOI).

Модель «Sea Orbiter» высотой 3,5 м уже прошла 6-месячные испытания в норвежском центре Marintek, где находится самый большой в Европе опытовый бассейн. Уменьшенная копия корабля устояла на волнах, которые были бы 15-метровыми для полномасштабного образца.

Теперь Ружери остается собрать «всего-навсего» 25 млн евро – именно столько, согласно смете, будет стоить строительство «Sea Orbiter». И он всеми силами старается привлечь партнеров, спонсоров, инвесторов.

Морской космодром

Некоторые из судов специального назначения строятся вообще в единичном экземпляре. Так было, например, с американским гигантским плавучим краном «Гломар Эксплорер», который был предназначен для подъема затонувшей советской подлодки. Операция, проводившаяся под великим секретом, закончилась успехом наполовину – была поднята лишь часть субмарины, и с той поры гигантское судно оказалось не у дел.

Недавно построено еще одно уникальное Служебно-вспомогательный, технический и рыбопромысловый флотспециализированное судно – плавучий космодром. Двадцать седьмого марта 1999 года в 1.49 московского времени состоялся первый запуск трехступенчатой ракеты-носителя российско-украинского производства не с земной тверди, а с океанской поверхности. Стартовой площадкой стала громадная самоходная плавучая платформа: длина ее ходовой части – 137 м, а ширина – 80 м. Водоизмещение этой платформы на ходу – 27,5 тыс. т, а в полузатопленном состоянии (перед стартом) – 46 тыс. т. Центр управления запуском разместился на специально изготовленном для сопровождения платформы морском лайнере длиной 203 метра, шириной 33 м и водоизмещением около 30 тыс. т.

Выводом на орбиту демонстрационного макета была доказана практическая возможность запуска грузовых космических кораблей с экватора, где само вращение Земли помогает ракете поднимать больший груз. Однако путь к осуществлению поставленной цели – созданию плавучего передвижного космодрома – оказался не таким уж легким…

Теория гласила: создание плавучего плацдарма, прежде всего, выгодно при выводе космических объектов на так называемую геостационарную орбиту. На ней, расположенной в плоскости экватора, на расстоянии 36 000 км от поверхности Земли, размещают обычно Международная спутниковая система INMARSATспутники связи, поскольку выведенный на эту орбиту спутник движется с той же угловой скоростью, что и Земля, а значит, по сути дела, висит над какой-то точкой неподвижно.

Запуск на такую орбиту с экватора позволяет не только выйти на нее сразу – без специальных маневров, но и использовать для пуска ракеты-носителя дополнительный прирост скорости за счет вращения планеты. Это означает, что с экватора ракета – при одной и той же мощности – сможет вывести на орбиту гораздо больше полезного груза.

Но поскольку из всех расположенных на экваторе стран нет, к сожалению, ни одной, где можно было бы обеспечить столь необходимую для космических запусков стабильность – сейсмическую, климатическую и политическую, – то и возникла идея создания плавающего, то есть передвижного космодрома.

Международный проект, получивший название «Sea Launch» («Морской старт»), был осуществлен совместными усилиями специалистов ряда стран, и прежде всего – США, России, Норвегии и Украины. Координировала все работы американская аэрокосмическая компания «Боинг». Она же оборудовала всем необходимым порт основного базирования плавучего космодрома, а также производит обтекатели для запускаемых аппаратов и обеспечивает их сопряжение с аппаратами в единую космическую головную часть, которая, в свою очередь, затем стыкуется с ракетой-носителем.

Россия представлена в проекте «Морской старт» ракетно-космической корпорацией «Энергия» – головной фирмой по созданию всего ракетного оборудования. Она производит начиненную сложнейшей электроникой верхнюю ступень ракеты-носителя – разгонный блок, который непосредственно выводит спутник на орбиту. Блок давно и успешно используется при космических запусках в качестве 4-й ступени ракеты «Протон» и уже совершил множество удачных полетов. Конечно, та модификация разгонного блока, что предназначена для «Морского старта», потребовала определенной доработки, но точно также дорабатывались и прочие составляющие этого международного проекта.

Это интересно: Управление судном при плавании во льдах

Помимо разгонного блока, корпорация «Энергия» разработала комплекс автоматизированных систем управления полетом и управления, подготовкой и пуском ракеты, а также измерительный комплекс. И, наконец, именно «Энергия» осуществляла важную координирующую работу по ракетному оборудованию в целом.

Практика использования морского космодрома пока не очень впечатляюща. Запуски с него осуществляются гораздо реже, чем планировалось. Тем не менее, Россия уже получила реальную выгоду от этого коммерческого проекта. В течение четырех лет около 30 000 рабочих мест было обеспечено заказами «Си Лонч», и зарплату получали сотрудники предприятий самых бедствующих тогда отраслей. РКК «Энергия» также подготовила 400 человек для работ на «Морском старте» – двойной экипаж с запасом.