В 1958 г. в Советском Союзе на «Северянке» была создана первая плавучая подводная лаборатория. «Северянка», как и все обычные подводные лодки, имеет два корпуса. Внешний корпус определяет форму лодки, тогда как внутренний, прочный корпус предохраняет от давления воды помещения, механизмы и другое оборудование. Между внутренним и наружным корпусами находятся запасы горючего и цистерны для водяного балласта. Судовой и научный экипаж составляет 60 человек.
«Северянка» имеет иллюминаторы с большим углом обзора, прожектора и аппаратуру для кинофотосъемки. Несколько горизонтальных и вертикальных эхолотов, телевизионная камера и приборы для измерения температуры и солености воды дополняют научное оборудование. Специальное устройство в днище судна позволяет проводить отбор проб грунта. Центральное место в океанографических работах занимают исследования экологии и поведения важнейших промысловых рыб, районов икрометания и вопросы рыбопромысловой техники. В многочисленных экспедициях, в ходе которых «Северянка» достигла Исландии, в северных морях были собраны ценные научные данные о жизненном цикле и поведении сельди и трески, а также и других промысловых рыб.
Однако при использовании «Северянки» и других обычных подводных лодок в научных целях обнаружились некоторые недостатки. Все возрастающие требования к подводным судам для решения задач морской техники не могут удовлетворительно выполняться обычными подводными лодками. Часто бывает необходимо быстрое маневрирование не только в водной толще, но и непосредственно у дна. Даже при небольших скоростях подводные суда должны быть очень маневренными. Кроме того, достигнутые к настоящему времени глубины погружения подводных лодок (примерно 500 м) вскоре будут недостаточными. Начиная с определенной глубины, которая колеблется в зависимости от применяемого материала и доли полезного груза, гидростатическая подъемная сила прочного корпуса не может уравновешивать его собственный вес (который очень быстро возрастает с увеличением глубины), вес оборудования, необходимого для работы подводного судна, и вес полезного груза.
Необходимо, чтобы подводное судно, предназначенное для научных и технических исследований, могло без двигателя висеть внутри водяного столба и вплотную над дном. Скорость подъема и спуска должна легко регулироваться, причем при погружении снижаться до очень малых значений. В аварийных случаях судно должно всплывать с больших глубин без вспомогательных технических средств. Наконец, подводное судно должно быть обеспечено источниками света, дистанционными устройствами для отбора проб и измерительными приборами.
Итак, до 1970 г. в различных странах для научных и технических задач было построено и введено в эксплуатацию около 75 различных типов подводных судов, имеются и дальнейшие перспективы развития. Из известных до сего времени подводных судов более двух третей рассчитано на глубину погружения до 3000 м и только восемь для больших глубин.
Из-за такого разнообразия конструкций существующих судов их трудно классифицировать. Однако если учитывать глубины погружения и долю полезного груза, можно назвать три главных направления в развитии подводных судов.
Основа первого направления состоит в том, что снаружи кабины прочной на сжатие и чаще всего шарообразной формы крепится поплавок, наполненный жидкостью, плотность которой меньше плотности воды (например, легким бензином). Таким образом, как и в свободном аэростате здесь возникает дополнительная подъемная сила. На этом основан принцип «батискафа», о котором еще пойдет речь. Снизу поплавок имеет отверстие, за счет чего на каждой глубине происходит выравнивание давления между наполняющей поплавок жидкостью и окружающей водой. Стенка поплавка поэтому может быть очень тонкой. Так как легкий бензин с увеличением глубины сжимается примерно в два раза быстрее, чем морская вода, уменьшается объем «подъемной» жидкости, а вследствие этого уменьшается и подъемная сила. Чтобы воспрепятствовать слишком быстрому спуску и установить желаемое состояние равновесия, при погружении следует скинуть балласт. В качестве балласта применяют небольшие стальные шары, которые электромагнитным способом удерживаются в шахтах поплавка и выпадают, когда ток выключается.
Наоборот, при подъеме должна выпускаться «подъемная» жидкость. Батареи и тяговые двигатели установлены снаружи сферы, на поплавке, в заполненных маслом резервуарах. В зависимости от параметров и веса необходимо от 120 до 200 м3 легкого бензина, в результате чего объем поплавка по отношению к прочному корпусу становится очень большим. Подобная форма весьма неблагоприятна для горизонтального движения, вследствие чего снижается дальность действия и скорость глубинного судна. Но зато суда, построенные по этому принципу, могут достигать любых глубин. Известными примерами являются батискафы «Триест» и «Архимед».
У второго вида подводных судов подъемная сила регулируется посредством прочного корпуса. Так как при этом его вес из-за необходимости утолщения обшивки с глубиной возрастает, для выравнивания веса приходится увеличивать объем корпуса. Погружение и подъем происходят или путем наполнения водой баков для балласта или соответственно их опорожнения выдуванием воды сжатым воздухом. Кроме того, сбрасывается твердый балласт, например железный лом. Если прочный корпус стальной, то теоретический предел погружения, в зависимости от веса полезного груза и сорта стали, лежит между 2000 и 7000 м. Примерами конструкций, основанных на этом принципе, являются введенное в эксплуатацию в 1964 г. американское подводное судно «Алюминавт», прочный корпус которого состоит из отдельных стянутых друг с другом болтами алюминиевых деталей, и советский «Север 2», на котором в 1969 г. в Черном море была достигнута глубина 2185 м. Испытания «Севера 2» были завершены летом 1971 г. Это подводное судно предназначено главным образом для рыболовных исследований.
Третья возможность увеличения полезной подъемной силы состоит в том, что полое пространство между прочным корпусом и легким корпусом из пластмассы частично заполняется пенопластом, в который вкраплены крошечные стеклянные полые шарики диаметром от 20 до 100 микрон. Этим материалом могут заполняться также труднодоступные пустоты, благодаря чему достигается оптимальное использование пространства. Батареи и тяговые двигатели размещены в заполненных маслом резервуарах, также находящихся в полом пространстве между прочным и легким корпусами. И набивка из пенопласта и масляные резервуары находятся под давлением окружающей воды. Изменение подъемной силы достигается перекачкой масла из прочных резервуаров из легкого металла в «мягкие» резервуары, представляющие собой способные сжиматься резиновые чехлы. К подводным судам такого типа принадлежит, например, введенный в эксплуатацию в 1965 г. в США «Альвин» — длина 6,7 м, вес 13,5 т, глубина погружения до 1800 м.
Первый батискаф был построен в 1948 г. швейцарским ученым Августом Пиккардом[11], который стал известен в 30-х годах благодаря успешному подъему на аэростате в стратосферу. Уже во время своего полета Пиккард задался мыслью применить принцип свободного воздушного шара также и в море. Однако это намерение смогло осуществиться только после второй мировой войны. Первая модель и беспилотные пробные эксперименты выявили много недочетов, и только в 1953 г. удалось провести экспериментальные погружения в усовершенствованном к тому времени батискафе. В этих экспериментах, между прочим, принимал участие Кусто. В феврале 1954 г. французские морские офицеры Хуо и Виллм достигли у Дакара глубины 4050 м. Параллельно с французскими экспериментами Пиккард получил возможность построить в Италии батискаф «Триест», в котором он в 1953 г. провел первые экспериментальные погружения. В 1958 г. батискаф был куплен американскими военно-морскими силами для исследовательских задач электронной лаборатории военно-морского флота.
В январе 1960 г. сын Пиккарда Жак и американский морской офицер Уолш в Марианском желобе на «Триесте» достигли глубины 10 916 м. Это вторжение в океанские глубины Пиккард описывает следующими словами: «Дно казалось светлой и чистой пустыней из светло-коричневого ила. Мы приземлились на красивом ровном дне из твердого диатомового ила. Безразличный к давлению почти 170 000 т, которая тяготела над его металлическим шаром, „Триест“, держащейся на нескольких фунтовых тросах, которые покоились на дне, элегантней в своем равновесии, символически овладевал во имя науки и человечества глубочайшим из известных до сих пор мест всех наших океанов…»
