Научно-исследовательские и учебные суда

Мировой океан на 42 % больше твердой поверхности Земли. Процессы, происходящие на поверхности океана и в его глубинах, оказывают существенное, если неосновное, влияние на все естественные процессы, происходящие на земном шаре.

Много тысячелетий человек стремится разгадать тайны Мирового океана, но и в настоящее время эта часть нашей планеты остается малоисследованной.

Верьте тем, кто ищет истину; не доверяйте тем, кто нашел ее!
 
Андре Жид

И дело не только в том, что изучению процессов, происходящих в океане, уделяется недостаточно внимания, а в той специфичности самой среды и ее относительной недоступности для исследования современными техническими средствами.

Научно-исследовательские суда и плавучие лаборатории

К средствам исследования Мирового океана относятся авиация, искусственные спутники Земли, глубоководные обитаемые и необитаемые аппараты, океанографические буи и другие измерительные системы. Но надводные Современные транспортные суда различного назначенияисследовательские суда остаются главным, наиболее экономичным и освоенным средством проведения различных океанологических и других исследований.

Сотни научно-исследовательских судов, принадлежащих различным странам, непрерывно находятся на просторах океанов и морей, пытаясь разгадать их тайны (рис. 1 и 2). Согласно данным, их можно классифицировать по различным признакам. В данном случае целесообразно это сделать по назначению. При этом необходимо учитывать район их плавания.

Так, научно-исследовательское судно, предназначенное для работы в высоких широтах, по конструкции корпуса будет максимально приспособленным для работы в этих районах – рис. 3.

Для проведения комплексных экспедиций, предназначенных для изучения удаленных акваторий и малоисследованных районов Мирового океана, используются экспедиционные научно-исследовательские суда. Это самые крупные из всех научно-исследовательских судов.

Для проведения фундаментальных тематических исследований Мирового океана предназначены универсальные научно-исследовательские суда. Они имеют меньшее водоизмещение и приспособлены к быстрой замене того или иного научного оборудования. На таких судах часто размещают глубоководные аппараты.

Для сбора проб грунта и воды, замеров потоков в толще воды, сейсмоакустических исследований, метеорологических и аэрологических наблюдений, проведения топографических съемок морского дна, структуры физических полей Земли и т. п. используются океанографические суда (рис. 4).

На них, как и на универсальных научно-исследовательских судах, могут размещаться глубоководные аппараты. На отдельных из них оборудуются водолазные комплексы.

Стандартные промеры глубин, замеры направлений и скоростей течений, а также сбор других сведений, необходимых для составления морских карт и лоций, съемок и описаний берегов, обслуживания маяков и другого навигационного оборудования, производятся гидрографическими и картографическими судами (рис. 5).

Метеорологические суда, или «суда погоды» (рис. 6) предназначены для проведения систематических метеонаблюдений, сбора информации для Электронная картографическая навигационная информационная система (ECDIS)составления карт погоды, исследования волнения и проведения различных океанографических наблюдений.

Фундаментальные тематические исследования по промысловой океанографии, биологии океана и особенно ихтиологии, поиск новых районов и объектов океанического промысла производятся с помощью научно-промысловых судов.

Проведение исследований, связанных с развитием рыболовного промысла, промысловая разведка, отработка орудий и методов лова, технологий обработки улова на борту и т. п. осуществляются научно-исследовательскими судами оперативной разведки (промразведки).

К группе научно-исследовательских судов относятся суда, предназначенные для выполнения и проведения узконаправленного или иного физического или другого явления. Для изучения земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн в 1952-1953 гг. в Финляндии по заказу СССР была построена немагнитная шхуна «Заря» (рис. 7).

Чтобы исключить влияние магнетизма собственного корпуса, она была изготовлена из сосны, ели и дуба, все крепления – из немагнитных сплавов (латуни и бронзы). Из этих же материалов было изготовлено и Судовое оборудование ГМССБсудовое оборудование: якоря, брашпили, котлы, краны и т. п. Даже на камбузе плиты, кастрюли и столовые приборы были также из немагнитных материалов.

Единственный агрегат судна, содержащий магнитные материалы, энергетическая установка (главный дизель и электрогенератор), был максимально удален в корму от измерительного комплекса.

Построены и эксплуатируются геофизические суда, предназначенные для выполнения комплексных геофизических исследований морского дна и разведки месторождений нефти и газа. Основным видом исследований некоторых из них является сейсморазведка методом отражения волн, в связи с чем такие суда оснащаются пьезокосой длиной несколько сот метров (до 3 000 м) и состоящей из большого количества гидрофонных групп. На таких судах, кроме сейсмоакустических, проводятся гравиметрические и магнитометрические исследования – рис. 9. Морская сейсмическая коса обычно оснащается активными или пассивными регуляторами, которые ее удерживают на заданной глубине (рис. 8).

С конца 70-х годов США, Япония, ФРГ заняты проблемой разведки и добычи железо-марганцевых конкреций, металлосодержащих рассолов и других рудных полезных ископаемых. Для этих целей также созданы Суда технического флота и специальные судаспециальные суда – геологические. Кроме основной задачи, эти суда выполняют исследования в области физической океанологии, планктонологии, микробиологии, морской 35,3 м и осадке 14 м. Судно имеет скорость 10 узлов и динамическую систему позиционирования.

Иногда суда научно-исследовательскими становятся по воле случая. К таким относится уникальное судно Glomar Explorer (рис. 11), обладающее буровым оборудованием для исследовательского бурения скважин глубиной до 600 м ниже уровня дна на глубинах моря до 3 500 м.

Характеристики этого судна следующие: полное водоизмещение – 50-500 т при длине 188,6 м, ширине 35,3 м и осадке 14 м. Судно имеет скорость 10 узлов и динамическую систему позиционирования.

История этого судна такова. В марте 1968 года в 750 милях северо-западнее Гавайских островов на глубине около 5 200 м затонула советская дизель-электрическая подводная лодка К-129, оснащенная ядерным оружием.

Место трагедии было определено спецслужбами США. Советский Союз не информировал мировую общественность о гибели субмарины, поэтому ЦРУ в глубочайшей тайне решило осуществить подъем лодки для получения разведывательной информации. Финансировал проект под кодовым названием Jennifer американский миллиардер Говард Хьюз, отличавшийся многими неординарными поступками.

Подъем субмарины предполагалось осуществить, используя систему HMV-1 barge (Hughes Mining Vessel). HMV-1 представляла собой специальное устройство в виде своеобразного дока, куда помещалась подводная лодка с помощью захвата грузоподъемностью 4 250 тонн, напоминающего грейфер, охватывающего всю длину поднимаемого элемента подводной лодки. С помощью системы HMV-1 фрагменты лодки должны быть размещены в корпусе специального судна, построенного для выполнения этой операции – рис. 12

Предлагается к прочтению: Системное программное обеспечение на судах

Постройка специального судна и системы HMV-1 была осуществлена в 1973 году и оценивалась в 200 миллионов долларов. Операция подъема субмарины была осуществлена летом 1974 года. Полностью лодку поднять не удалось (при подъеме она переломилась), и все материалы этого мероприятия засекречены военным ведомством США.

До 1980 года судно использовалось ВМС США. В дальнейшем оно было переоборудовано в специальное судно для проведения глубоководного бурения с исследовательскими целями, уже под названием Glomar Explorer.

Для исследования Арктики еще в XIX веке была высказана идея организации дрейфующих полярных станций. Идея была реализована знаменитым норвежским исследователем Фритьофом Нансеном, совершившим в 1893-1896 гг. на борту судна «Фрам» беспримерный дрейф в Арктике. Эта экспедиция выполнила обширную научную программу и проложила путь к исследованию безмолвных райнов Северного Ледовитого океана (рис. Океанотехника прошлого“Общее расположение ледовой шхуны «Фрам»“).

Эстафета «Фрама» была передана полярникам Советского Союза. В 1937 году на льдину высаживается экспедиция «Северный полюс – 1» во главе с И. Д. Папаниным. Но почти одновременно с СП-1 812 дней в Северном Ледовитом океане работает первая научная экспедиция на борту судна. Этим судном был Работа ледокола при проводке судов во льдахледокольный пароход «Седов».

Программа освоения Севера выполнялась на протяжении 60 лет и в основном с помощью полярных станций. В XXI веке стал нужен принципиально новый подход к высокоширотным исследованиям. И эту задачу планировалось решать с помощью специально спроектированного комплекса «Полярный Одиссей». На судах этой серии (рис. 13), принципиально отличающихся от судов, работающих в настоящее время в высоких широтах, будут созданы условия для реализации самых сложных научных программ исследований.

В океане не один десяток лет работает оригинальная полярная лаборатория FLIP (Floating Instrument Platform) – плавучая платформа для инструментальных исследований – рис. 14. Построенная в США в 1962 году, модернизированная в 1995 году компанией The Gunderson Brother’s Engeneering Company, эта лаборатория по сегодняшний день работает в Тихом океане.

На счету FLIP более трехсот научных открытий. Современные транспортные суда различного назначенияСудно используется для разнообразных исследований. Оно может стоять на трех якорях или свободно дрейфовать.

Для исследования верхних слоев океана используют специальные плавучие лаборатории. Пример такой лаборатории – Бентос-300 (рис. 15). На этом подводном судне севастопольские ученые сделали не одно научное открытие.

Для глубоководных исследований используют и полупогружные лаборатории (рис. 16).

Особую группу научно-исследовательских судов составляют носители глубоководных аппаратов различной конструкции и назначения. Среди них есть привязные аппараты: батисферы, гидростаты, различные буксируемые камеры; аппараты-автоматы, каждый из которых имеет узкую и определенную специализацию. Последние не имеют человека на борту.

Обитаемые подводные аппараты подразделяются на аппараты малых глубин – до 600 м, средних и больших глубин – до 4 500 м, и предельных глубин (Подводная лодка Комсомолец – последнее погружениебатискафы).

Фактически каждый глубоководный аппарат – это миниатюрное научно-исследовательское судно, которое должно решать определенную задачу. Эта задача определяет комплекс научной аппаратуры, размерения, глубину погружения, численность экипажа, автономность и т. п. Большинство глубоководных аппаратов являются самоходными. В качестве двигателей используются электромоторы; источник питания – специальные батареи.

Особый интерес вызывают батискафы, представляющие собой поплавок, к которому снизу прикрепляется гондола с научной аппаратурой и местами для исследователей. Самым знаменитым батискафом является «Триест-2», на котором 23 января 1960 года было совершено рекордное погружение в Марианскую впадину на глубину 10 919 метров.

Поплавок батискафа «Триест-2» выполнен из листовой стали толщиной 5 мм и заполнен бензином. Гондола рассчитана на двух человек и в последнем варианте была изготовлена из трех частей: центрального кольца и двух шаровых сегментов. Материал – спецсталь толщиной до 150 мм. Водоизмещение батискафа составляло 220 тонн, длина – 20,4 м, ширина – 4,6 м. Ширина определяла и диаметр гондолы (рис. 18).

На рис. 20, 21 показаны общий вид и схема батискафа «Поиск-6» (бывший АС-7), построенного в СССР в 1983 году.

Водоизмещение этого самого большого в мире батискафа составляет 520 тонн при длине 29 м, ширине 4,8 м и высоте 8,2 м. Диаметр прочного корпуса, в котором размешается экипаж из трех человек, составляет 2,2 м.

Читайте также: Основы структуроскопического и дефектоскопического контроля материалов и деталей подшипников

Предельная глубина погружения аппарата 6 000 метров. Цифра «6 000» связана с тем, что 77 % площади Мирового океана приходится на подводную равнину с глубинами от 3 000 до 5 500 метров. И только 7 % этой площади занимают узкие впадины и каньоны с отметками, превышающими шесть километров.

18 августа 1987 года батискаф «Поиск-6» в Тихом океане достиг проектной глубины и благополучно всплыл, проведя под водой 9 часов 39 минут.

В отличие от батискафов, аппараты средних и больших глубин более близки к подводным лодкам, поскольку их прочные корпуса обладают положительной плавучестью.

На аппаратах подобного типа «Мир-1» и «Мир-2» (рис. 22) были детально обследованы останки пассажирского лайнера «Титаник», лежащего на глубине более 3 000 метров. Аппараты такого типа использовал в своих экспедициях знаменитый исследователь Жак Ив Кусто (рис. 23).

К научно-исследовательским судам относится и Морской космический флот Советского Союзафлот космической службы. При проектировании, строительстве и эксплуатации таких судов связаны представители трех основных специальностей: моряки (в том числе, судостроители), баллистики и радисты.

В обычных условиях эти специальности не соприкасаются, и только на кораблях космической службы их представители работают вместе, решая общие задачи. Судам космической службы отводится роль измерительных пунктов командно-измерительного комплекса, который представляет собой совокупность сооружений и оборудования, необходимого для контроля и управления полетом космических объектов, приема от них информации и ее обработки.

Для выполнения этих задач суда космической службы оборудуются радиопеленгаторами и другими устройствами для обнаружения при посадке и поиске в океане спускаемых отсеков спутников и межпланетных станций и могут привлекаться к работе поисково-спасательного комплекса.

Советский Союз располагал самым мощным флотом судов космической службы и самыми крупными судами этого класса: «Космонавт Юрий Гагарин» (рис. 24), «Космонавт Владимир Комаров» (рис. 25) и другими. Кстати, первое из них входило в состав флота Украины.

Северный флот в Великой Отечественной войнеФлот Советского Союза также располагал и уникальными кораблями измерительного комплекса (рис. 26, 27).

В 1988 году на Балтийском заводе в Ленинграде был передан заказчику корабль измерительного комплекса водоизмещением 35 000 т с ядерной энергетической установкой.

Рассматривая современные научно-исследовательские суда, не следует забывать и те, которые уже давно стали частью нашей истории, внеся свой весомый вклад в развитие морских научных исследований. Таким судном по праву можно считать НИС «Витязь» – рис. 28.

Флот морских учебных заведений

Учебные суда мирового флота можно разделить на две группы:

• суда для становления молодого курсанта настоящим моряком;
• суда, на которых происходит обучение морской или связанной с морем профессии.

Парусные суда

Первую группу составляют парусные суда, наиболее приспособленные для решения поставленной задачи.

Многие морские учебные заведения располагают такими судами. Одесской национальной морской академии, ведущей в Украине по подготовке морских специалистов, принадлежит Гидроаэродинамика парусного суднапарусное судно «Дружба». Керченский государственный морской технологический университет располагает однотипным с «Дружбой» парусником «Херсонес» (рис. 29).

Прекрасные учебно-парусные суда также имеют российские вузы: Государственная морская академия им. адмирала С. О. Макарова (Санкт-Петербург) – барк «Мир» (рис. 30), Морской государственный университет им. Невельского (Владивосток) – «Паллада» и Дальневосточный государственный транспортный рыбохозяйственный университет – барк «Надежда».

Все они являются однотипными «Дружбе» и «Херсонесу». Бороздят просторы океана и самые крупные Учебные парусные суда и корабли флотов мираучебные парусные суда «Крузенштерн» и «Седов» (рис. 32).

Есть парусные суда и во многих морских учебных заведениях стран дальнего зарубежья. Именно на этих и других подобного типа судах закаляется характер будущих морских офицеров (рис. 31).

Учебно-производственные суда

Вторую группу учебных судов составляют учебно-производственные суда, которые наряду с выполнением производственных задач готовят кадры для своего ведомства.

Так, в рыбной промышленности для подготовки тралмастеров, технологов по рыбообработке и т. п. используют учебно-производственные суда (УПС), которые полностью приспособлены не только для учебного процесса, но и выполняют план по вылову рыбы.

Это интересно: Формование малотоннажного судна

Примером такого учебно-производственного судна может служить «Профессор Хлюстин» Морского государственного университета им. Невельского (рис. 32).

Существует более десятка типов учебно-производственных судов: «Эврика», «Одиссей», «Академик Книпович» и др., каждый из которых предназначен для решения конкретных учебных задач. Судами подобного типа располагает и Министерство транспорта Украины.

Заключение

Представленные в данной работе типы судов и технических средств освоения Мирового океана – это часть того, что проектировалось и строилось в XX веке.

Лучше думать перед тем, как действовать, чем после.

Демокрит

Пройдет время, развитие науки и техники приведет к строительству более совершенных судов и плавучих сооружений. Меняется и их внешний облик.

Теперь, когда современная техника позволяет создавать не только искусственные острова, но и целые плавучие города, морские архитекторы готовы проектировать сооружения как ввысь от уровня океана, так и вглубь его. На рис. 33-35 показаны проекты плавучих городов.

Появятся новые Пиротехнические средства связи и сигнализациитехнические средства для освоения богатств Мирового океана. Добыча огромных запасов нефти и газа в Баренцевом и Карском морях, подо льдом Северного Ледовитого океана не только приведут к строительству ледостойких буровых платформ, но и к необходимости создания подводных буровых комплексе, которые потребуют со здания принципиально новой океанотехники – рис. 36.

Открытие залежей мета на в виде гидрата («сухого» или «горящего» льда) сулит создание новых научно-технических решений относительно их добычи. И, как следствие, вскоре появятся совершенно новые плавучие средства для реализации этих решений.

Планируется и строительство плавучих атомных электрических станций (ПАЭС), предназначенных для обеспечения электроэнергией отдельных регионов, не располагающих запасами энергетического сырья – рис. 37.

На архитектурно-конструктивный тип плавучих сооружений оказывают влияние и новые требования Международных конвенций. Так, Международная конвенция по предотвращению загрязнения моря – МАРПОЛтребования МАРПОЛ 73/78 сделали обязательным наличие на танкерах танков изолированного балласта. Также изменились и требования Международной конвенции по охране человеческой жизни на море к спасательным устройствам.

Теперь требуется обеспечить спуск шлюпок на больших судах при крене 20° и скорости судна 5 узлов. И общий вид, и конструкция современного шлюпочного устройства (рис. 38) существенно отличаются от традиционных спасательных средств.

Поиск путей повышения эксплуатационных качеств судна за счет экономии топлива, упрощения передачи мощности от двигателя к движителю привели к созданию магнитодинамического движителя.

Его достоинством являются непосредственное преобразование электро-магнитной энергии в упор, полное отсутствие движущихся элементов, простота конструкции и хорошая ремонтопригодность.

На плавучем сооружении с таким движителем отпадает проблема шума и вибрации. Морская вода является проводником, и она будет отбрасываться магнитным полем в зависимости от полярности электродов в ту или иную сторону.

Магнитодинамические движители могут быть и с внутренним, и с внешним магнитным полем. В первом случае электромагнитная зона будет образована кольцевой насадкой, из которой выбрасывается струя воды (рис. 39), во втором магнитное поле создается катушками, расположенными на днище.

Однако разработанный двигатель такого типа имеет довольно низкий коэффициент
полезного действия. Путем его роста является повышение электропроводимости морской воды за счет применения электродов со сверхзвуковым волновым генератором. А это вопросы сверхпроводимости, применения жидкого гелия и, как следствие, пока довольно высокой стоимости энергетической установки.

Применение новых технологий, современные изобретения приводят не только к изменению внешнего облика судов, но и к использованию новых конструктивных решений.

В стадии эксперимента находятся суда, для движения которых используется солнечная энергия, – рис. 40. Ведутся также работы по более эффективному использованию силы ветра как дополнительного источника энергии. При этом меняют свои облик парусные суда – рис. 41, 42.

Примером этого может служить одна из самых больших и необычных яхт «Мальтийский сокол» (Maltese falcon) – рис. 43. Ее парусная оснастка считается одной из самых совершенных, когда-либо созданных в мире. Автоматическое раскрытие парусов производится за 6 минут.

На рис. 42, 44 показано океаническое научно-исследовательское судно, отражающее новый взгляд на корабли будущего.

Концепция проектирования – вертикальный комплекс полупогружного типа. Высота судна 51 м, и большая его часть находится под водой, где размещаются научные лаборатории. Экипаж судна – 10 человек, 8 из которых – научные сотрудники.

Модель этого судна уже прошла испытания в норвежском центре Marintek и показала хорошие результаты.

На рис. 45 показано необычное судно-катамаран Proteus. Такая конструкция позволяет избежать снижения скорости при большом волнении, что всегда наблюдается у обычных судов.

Но чтобы создавать новое, необходимо хорошо знать то, что уже создано. А закончим статью словами английского философа XVII века Френсиса Бэкона:

«Мы столько можем, сколько знаем.
Знание сила!»