2.2. Системы обеспечения

Очевидно, что нор­мальная эксплуатация подводных лабораторий возможна при бес­перебойном и качественном обес­печении их энергией, газами (ки­слородом, азотом, гелием, возду­хом), водой, продуктами пита­ния, запасными частями и дру­гими необходимыми грузами, а также почтой для водолазов.

Главной задачей, безусловно, является обеспечение подводной лаборатории электроэнергией. Опыт показывает, что лаборато­рия с четырьмя водолазами по­требляет не менее 25 кВт элек­троэнергии. Конечно, даже самые совершенные аккумуляторы не могут обеспечить работу электри­ческих систем такого комплекса более или менее продолжитель­ное время. То же самое отно­сится и к водоснабжению, кото­рое, как правило, может быть налажено только с поверхности.

Рис. 23. Схемы возможных си­стем обеспечения подводных лабо­раторий:

а—с берега; б—с над­водного судна или плашкоута; в — с надводного или погружаю­щегося буя; г—обеспечение соб­ственными системами; д — перио­дическое обеспечение с надвод­ного судна или с подводной лодки; е — контейнерное («пакетное») обеспечение.

На рис. 23 показаны возможные схемы обеспечения под­водных лабораторий. Схема рис. 23, а предусматривает уста­новку лаборатории недалеко от берега. Генератор тока здесь находится в защищенном береговом помещении. Учитывая влияние приливно-отливных течений, и прибоя, кабель-шланги дол­жны быть надежно закреплены либо заглублены в грунт, или даже забетонированы. Это очень надежный вариант, но требует значительных финансовых и трудовых затрат.

Если по условиям подводных работ лаборатория удалена от берега, применяют схему, представленную на рис. 23, б. В этом случае на обеспечивающем судне или плашкоуте, стоя­щих на якоре, целесообразно устраивать пост управления лабо­раторией. Недостаток этого варианта — необходимость надежного заякоривания надводных средств обеспечения, что не всегда возможно (особенно в ненастную погоду). Этот вариант также требует больших материальных затрат и годится для сравнительно кратковременных подводных экспериментов.

Наиболее подходящей для обеспечения длительного функ­ционирования подводной лаборатории следует, считать схему, приведенную на рис. 23, в, в которой используется надводный или погружающийся буй довольно больших размеров, постав­ленный на якорь в непосредственной близости от подводной лаборатории. Такой буй оборудуется автоматическими систе­мами и может действовать непрерывно более 20 дней. Конечно, погружающийся буй гораздо сложнее в эксплуатации, тем бо­лее что для работы дизель-генератора нужна, подача воздуха с поверхности, зато он менее подвержен воздействию надвод­ного волнения и ветра.

Характерным и весьма удачным примером реализации схемы, изображенной на рис. 23, в, можно считать использо­вание надводного буя для обеспечения работы подводной лабо­ратории «Гельголанд». Этот буй является одним из крупнейших постоянно заякоренных сооружений на Северном море. Он прикреплен цепями к трем бетонным шестигранникам массой по 6 т каждый. Идущий от него к лаборатории кабель-шланг проложен таким образом (рис. 24), что даже при силь­ном волнении на поверхности он не испытывает рывков и тол­чков, угрожающих его прочности.

Рис. 24. Схема соединения буев обеспечения с подводной лабораторией «Гельголанд» (предложена Фюстом и Лютером).

1— лаборатория; 2 — подводный буй; 3 — надводный буй.

Надводный буй обеспечения лаборатории «Гельголанд» при наружном диаметре 3 м и общей высоте 13 м в рабочем состоя­нии имеет массу около 16 т; внутри он напоминает машинное отделение морского судна (рис. 25). В центре установлен ди­зель-генератор мощностью 25 кВт. Благодаря специальным ме­рам, например размещению агрегата в масляной ванне, уста­новка может работать без всякого ухода не менее 1000 ч. Запас дизельного топлива в количестве 3200 л рассчитан на непре­рывную работу дизель-генератора в течение минимум 20 дней. Электроэнергия идет не только для нужд лаборатории, но и обеспечивает работу двух компрессоров внутри буя обеспе­чения.

Компрессоры производительностью по 120 л воздуха в ми­нуту работают при автоматическом переключении попеременно и заполняют два 300-литровых баллона при давлении 12— 20 МПа на самой подводной лаборатории. Отсюда воздух рас­ходуется на поддержание давления в лаборатории и на зарядку водолазных дыхательных аппаратов. Компрессоры, так же как и вся установка, работают длительное время без обслуживания.

Все механизмы буя обеспечения, включая топливный, мас­ляный и водяной насосы, рассчитаны на работу при крене до 45° и ускорениях порядка 2g. Таким образом, даже в сильную непогоду бесперебойное обеспечение подводной лаборатории вполне гарантируется.

Рис. 25. Разрез надводного буя обеспечения.

1 — кабель-шланг; 2 — шланг системы ох­лаждения; 3 — баллоны с кислородом, азо­том и гелием; 4—антенная мачта; 5— сигнальный огонь; 6 — радиолокационные отражатели; 7 — выхлопная труба; 8 — осевой вентилятор; 9 — дизель-генератор;

Свежий воздух нагнетается внутрь буя осевым вентилято­ром производительностью 3200 м³/ч. Внутри размещены 14 бал­лонов емкостью по 50 л: четыре с азотом, шесть с кислородом и четыре с гелием. Если группа обитателей лаборатории со­стоит из четырех человек, то этих запасов газа хватит на 14 дней; есть также запасы газа и на самой подводной лабо­ратории.

Помимо выполнения функции обеспечения надводный буй служит релейной станцией для связи между подводной лабо­раторией и береговым контрольным центром. Для этого на буе размещены приемопередающая радиоаппаратура и телевизион­ное оборудование. Сам буй связан с лабораторией, как уже указывалось, кабель-шлангом. Обвязка длиной более 60 м, кроме кабелей связи, содержит 16 шлангов и электрокабелей, заключенных в особо прочную оболочку из синтетического ма­териала, на которую нанесено противообрастающее защитное покрытие.

Этот огромный буй является весьма заметным ориентиром, указывающим на местонахождение подводной лаборатории. Он используется и как причал для посещающих район подводных работ судов снабжения.

Вариант с буями обеспечения получил дальнейшее развитие в подводных экспериментах с лабораториями «Иджир» на Га­вайях, «Хайдролаб» на Багамских островах, «Принул» в Пу­эрто-Рико.

Если говорить о возможности обеспечения подводных лабо­раторий собственными системами (см. рис. 23, г), то прежде всего нужно иметь в виду проблему энергоснабжения. Количе­ство потребляемой электроэнергии в подводных лабораториях равно 1—10 кВт/чел.-сут и выше. При длительной работе под водой эти потребности не могут быть удовлетворены даже са­мыми энергоемкими аккумуляторными батареями.

Определенные перспективы в решении этой проблемы связы­ваются с топливными элементами (электрохимическими гене­раторами тока). Вода, выделяемая при работе этих высоко­эффективных источников энергии, может использоваться для нужд лаборатории. Стоимость топливных элементов еще очень велика, поэтому их применение в подводных лабораториях но­сит экспериментальный характер.

Принципиальную возможность использования в качестве первичных источников энергии тепловых двигателей следует рассматривать только имея в виду их работу по замкнутому циклу. Опыт такого рода есть в мировой инженерной практике.. Достаточно вспомнить разработанную еще в годы второй миро­вой войны систему Вальтера, представляющую собой энергети­ческую установку подводной лодки, работавшую по замкну­тому циклу на высококонцентрированной перекиси водорода. Правда, эта идея не получила должного развития. Продолжа­ются исследования с двигателями Стирлинга, но и они еще далеки от практического использования в подводных лабора­ториях.

Идеальными в условиях подводных лабораторий были бы, конечно, ядерные источники энергии. Но стоимость их сейчас еще слишком высока. Для перспективных проектов подводных лабораторий не исключается возможность использования тер­моэлектрических источников энергии, работающих за счет раз­ности температур в океане, различных тепловых преобразова­телей и аккумуляторов, а также магнитогидродинамических генераторов тока. Но все эти установки практически еще не вышли из стадии лабораторных разработок.

Рис. 26. Типичный бокс обеспечения.

Частичная, так сказать, независимость подводной лаборато­рии от поверхности достигается периодическим ее обеспече­нием с надводного судна или подводной лодки (см. рис. 23, д). Небольшие подводные лаборатории с относительно кратковре­менными периодами работы под водой вполне довольствуются контейнерным («пакетным») обеспечением (см. рис. 23, е). Причем в «пакет» включаются самые разнообразные запасы и даже механизмы.

Для передачи в подводную лабораторию небольших запасов продуктов или готовой пищи, малогабаритных приборов, фото­графий, почты, личных вещей водолазов и т. д. служат специ­альные боксы обеспечения емкостью 50—100 л (рис. 26). Они могут быть прочными, т. е. довольно тяжелыми и громоздкими или легкими с противодавлением, создаваемым сжатым возду­хом или газом. Перед спуском под воду бокс обеспечения проч­ной конструкции «поддувается» до давления, действующего в подводной лаборатории. Для этого на нем должна быть предусмотрена соответствующая арматура, манометр и предо­хранительный клапан. Легкие боксы открыты снизу и поэтому по конструкции напоминают водолазные колокола. В них за счет подачи дополнительного количества газа создается свое­образная газовая подушка, препятствующая проникновению внутрь воды.

Очевидно, что в легких конструкциях нет герметизирующих крышек, в то время как в прочных они необходимы, причем с надежными быстро срабатывающими запирающими устрой­ствами (обычно в виде байонетных замков).

Спуск боксов обеспечения производится ручными лебедками сверху либо подтягиванием снизу с подводной лаборатории. Специальными автоматическими устройствами они могут быть приняты на борт лаборатории без выхода водолазов наружу. Такая система была реализована в проекте «Силаб III» и прак­тически использовалась на «Гельголанде».

При необходимости спуска более крупных объектов приме­няют большие боксы либо даже погружающиеся камеры. Иногда для этой цели используют спасательные барокамеры, имеющиеся около каждой подводной лаборатории.