Подводное блюдце, легкие для воды и парус-колонна

Aqua lung Любопытство давно тянуло людей под воду. Чего только они не использовали, пытаясь заглянуть в подводное царство: и герметичные мешки с запасом воздуха, и дыхательные трубки, связывающие ныряльщика с поверхностью. Сколько людей при этом погибло или получило травмы — трудно даже представить. Патент на один из первых прототипов акваланга получили в 1866 году французы Бенуа Рукейроль и Огюст Денейруз. Их аппарат состоял из наполненного сжатым воздухом баллона, связанного с ним металлического колпака, надевавшегося на голову водолазу, а самое главное, — регулятора подачи воздуха с мембраной. Регулятор подавал воздух только на вдох и под давлением, равным давлению воды. Однако их устройство не давало автономности: баллон был соединен с поверхностью шлангом, по которому и подавался воздух. Несколькими годами позже стали появляться и первые дыхательные аппараты замкнутого цикла, или ребризеры. В них при выдохе дыхательная смесь не удаляется полностью в воду, а частично возвращается аквалангисту. Один из первых таких аппаратов в 1878 году создал британец Генри Флюсс. Но из-за того, что в его ребризере водолаз дышал почти чистым кислородом, риск получить кислородное отравление был довольно высоким. В 1940-х годах во Франции инженер компании «Эйр Ликид» (Air Liquide) Эмиль Ганьян разработал систему подачи газа в двигатели. По счастливой случайности, тесть Кусто Анри Мельхиор знакомит его с Ганьяном. Страстный водолаз Кусто предлагает переделать систему для дыхания под водой. И в 1943 году они создают aqua lung (от лат. «вода» и «лёгкое»), объединив баллоны с воздухом, который содержится под давлением, и двухступенчатый редуктор. Его первая ступень снижает давление подаваемого из баллона воздуха до 6−15 атмосфер, а вторая подает его на вдохе, выравнивая с давлением глубины, на которой находится ныряльщик. Этот аппарат открытого цикла позволил резко увеличить продолжительность погружения. И синие глубины постепенно стали открываться человеку (по крайней мере, верхние их слои). Конечно, теперь акваланг изменился, но принцип работы остался таким же. «Ныряющее блюдце» Первый батискаф построил швейцарец Огюст Пиккар в 1953 году. Этот аппарат смог погрузиться на рекордные по тем временам 3 тысячи метров. Кстати, от подводной лодки батискаф отличается строением. Чтобы погрузиться, подлодка использует воду как балласт, набирая ее в цистерны. А чтобы всплыть, в цистерны подают сжатый воздух, который выталкивает эту воду наружу. Из-за того, что с набором глубины увеличивается и давление, чем глубже ныряет подлодка, тем сложнее вытолкнуть «балласт», а значит — и всплыть. Батискаф тоже набирает воду за бортом, чтоб с ее помощью совершить погружение. Но для того, чтобы всплыть, он просто сбрасывает установленный на нем еще до набора воды балласт. Схематично батискаф можно представить как две важные части: прочная и герметичная кабина для людей и связанный с ней внешний корпус-поплавок. Пространство между кабиной с людьми и внешним корпусом, как правило, разделено на отсеки, часть из которых заполнены воздухом, часть жидкостью, которая легче воды, например, бензином. Получается что-то вроде поплавка или надувного круга. Кусто с командой инженеров начинает работу над созданием своего батискафа в 1955 году, и спустя четыре года SP-350 Denise (soucoupe plongeante, или с фр. «ныряющее блюдце») успешно проходит испытания. Yellow submarine Кусто (SP-350 и впрямь была пронзительно-жёлтой), округлыми формами напоминавшая популярные изображения НЛО, вмещала только двух людей и могла погружаться на глубину лишь до 400 метров, но открывала перед исследователями океана огромные возможности: у «подводного блюдца» были большие иллюминаторы, оно было очень маневренным и могло крутиться вокруг своей вертикальной оси, а главное — у него была «рука» — манипулятор, при помощи которого исследователи могли поднимать что-нибудь и подносить к иллюминатору, чтобы лучше рассмотреть. Кстати, не исключено, что веселый желтый цвет «блюдца» обусловлен тем, что с увеличением глубины первыми в воде перестают различаться теплые цвета: сначала красный, глубже — оранжевый, и лишь затем желтый. За ними «исчезает» зеленый, а меньше всего поглощается синий. Понятно, что на глубине даже 100 м, не то что 400, желтый цвет нельзя будет отличить от синего, но первые метры при погружении и последние при всплытии желтый батискаф смотрится эффектно. А ведь Кусто знал толк в киносъемке. Меньшими братьями «блюдца» стали созданные Кусто в 1967 году «морские блохи» - подводные аппараты на одного человека. Их длина была менее 3 метров, но опускаться они могли на 500 метров глубины. Город под водой Конец 50-х — начало 60-х годов, пожалуй, можно назвать временем романтиков и великих первопроходцев. Человек полетел в космос и погрузился в океан. В то время как одни верили, что уже скоро засадят яблонями Марс, другие были убеждены, что будущее человека — под водой. Конечно, среди них был и Капитан Кусто. Но первым над концепцией подводных поселений стал работать американский физиолог Джордж Бонд. В 1957 году при поддержке ВМС США он начал проект «Генезис» по изучению влияния повышенного давления различных газов, включая кислород, азот и гелий на живые организмы. К 1960 году он пришел к выводу, что человек может выдержать длительное воздействие различных газов и повышенное давление окружающей среды. В 1964 году ВМС США установили свой первый «подводный дом» SeaLab (от англ. «морская лаборатория») I недалеко от Бермуд, но к тому моменту их уже опередил Кусто. В 1962 году вдохновленный работой Бонда, Кусто вместе с командой инженеров строит первое подводное жилище. Официально оно получило название Conshelf I (в русский язык вошло как «Преконтинент-1»), но все звали его просто «Диоген», потому что, по сути, это была просто бочка длиной 5 м и диаметром 2,5 м, установленная в гавани Марселя на глубине 10 м. В течение недели в ней жили два человека, которые каждый день на 5 часов выплывали из «Диогена» в море. Кроме того, за здоровьем водолазов постоянно следили врачи. За «Преконтинентом-1» последовал «Преконтинент-2» - в 1963 году на глубине около 10 м в Красном море Кусто построил целую «деревню»: там были пятикомнатный дом «Морская звезда», гараж для «Ныряющего блюдца», и склад для инструментов. Чуть поодаль, а точнее вглубь, находился домик «Ракета». В нем на глубине 27,5 метров семь дней жили два водолаза. Вместо обычного воздуха они дышали гелиево-воздушной смесью, чтобы изучить влияние гелиевой атмосферы на человека при повышенном давлении. На «Ракете» вообще были тяжелые условия: температура доходила до 30° при почти 100-процентной влажности. В «Морской звезде» жить было все-таки легче: воздух в нее по шлангам подавался с поверхности, и в доме даже была установлена система кондиционирования. Шесть человек прожили в нем почти месяц, параллельно изучая геологию океана и исследуя морских жителей. Кстати, участники проекта коротали время в компании первого подводного попугая. «Наш попугай удивительно хорошо приспособится к жизни под дополнительным давлением и вместе с нами поднимется на поверхность целым и невредимым. Сидя на руке своего крестного — Клода Уэсли, попугай наблюдает, как перед иллюминатором проплывают рыбы», — писал в своей книге «Мир без солнца» Жак Кусто. На самом деле птица служила своего рода датчиком качества воздуха. Если бы в нем повысилось содержание углекислого газа, пернатый «водолаз» первым почувствовал бы недомогание. Третий «Преконтинент» должен был продемонстрировать возможность людей жить и работать на глубине уже 100 м. В 1965 году в Средиземном море между Монако и Ниццей был установлен высокотехнологичный дом с системой контроля атмосферы и криогенными установками, которые удаляли из воздуха вредные примеси. Шесть человек, среди которых сын Кусто, Филипп, провели в нем три недели. Несмотря на то, что все три «Преконтинента» были успешными, проект не получил дальнейшего финансирования, и Кусто пришлось отказаться от планов по обживанию толщи воды. Турбопарус и крутящийся мяч В 2015 году видео со сброшенным с плотины в Тасмании (Австралия) баскетбольным мячом собрало почти 10 миллионов просмотров из-за того, что падающий мяч, словно по волшебству, меняет траекторию. Но это всего лишь эффект Магнуса в действии. Когда поток жидкости или газа обтекает вращающееся тело, то там, где направление вращения совпадает с направлением потока, давление понижается, а с противоположной стороны — повышается. Воздух всегда стремится из зоны повышенного давления в зону пониженного, поэтому возникает сила, направленная перпендикулярно потоку. Именно на этом эффекте основан принцип работы парусов-роторов, которые в 1922 году изобрел немецкий инженер Антон Флеттнер. Электромотор раскручивал эти роторы, а боковой ветер создавал зону повышенного давления с одной стороны трубы и пониженного — с другой, так что судно с таким парусом двигалось перпендикулярно относительно направления ветра. В 1924 году два роторных паруса были установлены на судне «Букау», которое годом позже совершило переход из Данцинга (после 1945 года Гданьск) в Шотландию через Северное море. В 1926 году оно, переименованное в «Баден-Баден», прошло через Атлантику и дошло до Нью-Йорка. Однако паруса-роторы оказались менее эффективными, чем обычные винты, так что в итоге их все-таки сняли с корабля. В 1980-х годах Кусто загорелся идеей создать экологически чистый и в то же время эффективный двигатель для корабля, который бы снизил расходы топлива, но при этом не сильно отразился на скорости. Доработав ротор Флеттнера, Кусто создал турбопарус. Это изобретение выглядит как полая труба, каплеобразная в сечении. Система насосов нагнетает воздух в воздухозаборные решетки, расположенные по бокам турбопаруса. Из-за разницы давления с разных стороны трубы возникает поперечная сила, которая движет судно. Турбопарус сперва опробовали на катамаране «Ветряная мельница»: в 1981 году Кусто и команда отправились на нем в путешествие из Танжера (Марокко) в Нью-Йорк. Однако неподалеку от американского побережья ветер усилился до 50 узлов (более 25 м/с) и из-за того, что турбопарус был плохо приварен к корпусу, он сломался и утонул. Но это не остановило Кусто, и в 1985 году на воду было спущено новое судно — «Алсион», на котором красовались два турбопаруса. Конечно, они служили лишь подспорьем дизельным двигателям, но позволяли экономить около 35% топлива. На турбопарусах «Алсион» даже обошел вокруг света. Одно судно до сих пор на ходу. Оно пережило своего создателя, Жака Ива Кусто, уже на 20 лет. Впрочем, и это не все, что создал Кусто — к турбопарусу или «ныряющему блюдцу» стоит добавить водонепроницаемые камеры и осветительные приборы для подводной съемки. Но, может быть, еще важнее то, что он активно выступал за защиту Мирового океана: в 1960-х годах он организовал общественную кампанию против захоронения радиоактивных отходов в Средиземном море и был ярым сторонником введения моратория на китобойный промысел.