Батискаф Огюста Пикара

12 апреля 1961 г. с космодрома Байконур впервые в мире стартовал космический корабль «ВОСТОК» с пилотом-космонавтом Юрием Алексеевичем Гагариным на борту. Выполнив один оборот вокруг Земли, корабль на 108-й минуте полета успешно его завершил. Весь мир был потрясен этим событием и в восторге приветствовал его.

 Чуть более года ранее этого полета, 23 января 1960 г., произошло другое событие: швейцарский исследователь Жак Пиккар и лейтенант ВМС США Дон Уолш совершили на батискафе «ТРИЕСТ» погружение в самую глубокую область Мирового океана (Марианскую впадину Тихого океана) на глубину 10 916 м. Это погружение прошло гораздо менее замеченным мировой общественностью, хотя значение его огромно для человечества, так как океан вместо двухмерного стал трёемерным. А начинались все так.

ПЕРВЫЕ ГЛУБОКОВОДНЫЕ ПОГРУЖЕНИЯ

В 1911 г. американский инженер Ганс Гартман на сконструированной им глубоководной стальной клепаной камере цилиндрической формы (гидростате) опустился в Средиземном море к востоку от Гибралтарского пролива на глубину 458 м. Камера, рассчитанная на одного человека, опускалась с судна на стальном тросе. Она имела специальный прибор, приспособленный для поглощения углекислого газа при дыхании человека, и электроосвещение от батарей в 12 В. Для наблюдений в стенке гидростата был иллюминатор, телефон в гидростате отсутствовал. Чертеж гидростата Гартмана показан на рис. 1. Этот чертеж взят из патента США № 1715978 «Аппаратура для подводных исследований», который был выдан Гартману 4 июня 1929 г.

В 1923 г. в СССР Экспедицией Подводных Работ Особого Назначения (ЭПРОН) по проекту инженера Е. Г. Даниленко был изготовлен гидростат (рис. 2), с помощью которого был найден английский военный корабль «ЧЕРНЫЙ ПРИНЦ», затонувший в Балаклавской бухте Черного моря во время Крымской войны 1853–1856 гг. С помощью этого же гидростата в 1931 г. в Финском заливе Балтийского моря была найдена канонерская лодка «РУСАЛКА», затонувшая в 1893 г. при переходе из Таллинна в Хельсинки.

Появление идеи создания батисферы (бати — глубоко, сфера — шар) относится к 1927– 1928 гг., когда профессор Вильям Биб, руководитель отдела тропических исследований Нью-йоркского зоологического общества, начал разрабатывать проекты глубоководных аппаратов для исследования жизни на больших глубинах морей и океанов. Эта идея была основана на том, что способность любого сосуда противостоять давлению, или, иными словами, его прочность, зависит не только от толщины его стенок, но и от формы сосуда. Сосуды с плоскими стенками при большом давлении оказываются самыми непрочными, сосуды цилиндрические — значительно прочнее, а самые прочные — сферические.

В 1929 г. молодой американский инженер Отис Бартон спроектировал батисферу и совместно с Бибом ее построил — стальной литой шар диаметром 144 см с толщиной стенки 3,2 см и общим весом 2 430 кг. Батисферу назвали «ВЕК ПРОГРЕССА», и построена она была за личные средства Бартона.

В 1930 г. Бартон и Биб опустились в батисфере на глубину 240 м в Атлантическом океане у Бермудских островов. После ряда усовершенствований батисферы 15 августа 1934 г. Биб и Бартон (рис. 3) совершили свое известное погружение там же на глубину 923 м. Общее давление воды на батисферу на этой глубине составляло 7 016 т. Батисфера была снабжена телефоном и мощным прожектором. Для подачи в батисферу электроэнергии и для связи с судном имелся единый кабель, состоящий из четырех проводов — двух электрических и двух телефонных. Наружный диаметр кабеля вместе с резиновой изоляцией был равен 28 мм. Чтобы предохранить кабель от разрыва под действием собственного веса, его пришлось привязать к тросу, несущему батисферу. Атмосфера внутри батисферы очищалась при помощи вентилятора, который прогонял воздух через кассеты с порошком хлорида кальция для удаления углекислого газа. А дозированные порции кислорода поступали от двух баллонов, емкостью по 600 л. Трос, на котором опускали батисферу, имел длину только 1 067 м, что и ограничивало глубину погружения.

Несмотря на тщательную подготовку, опускание батисферы все же было сопряжено со значительным риском. Дело в том, что при волнении океана в тросе возникают дополнительные динамические напряжения, кроме того, на тросе, даже при слабом волнении, могут появиться петли, которые при затягивании могут привести к надлому или обрыву отдельных его проволок. Батисферы и гидростаты принесли огромную пользу в изучении морских глубин, и пионеры этих погружений заслуженно являются героями.

Однако полная зависимость гидростата и батисферы от корабля, с которого они погружались, вечная угроза потопления аппарата вместе с людьми, необходимость опускать вместе с ним трос заставили исследователей искать принципиально новое решение вопроса о глубоководных погружениях. Эта проблема была решена швейцарским ученым Огюстом Пиккаром (Auguste Antoine Piccard).

ОГЮСТ ПИККАР И ЕГО СТРАТОСТАТ FNRS-1

Пиккар, еще будучи студентом Высшей политехнической школы в Цюрихе, проникся интересом к изучению моря. После завершения образования Пиккар занялся научной работой. Он разрабатывал теорию получения искусственных алмазов, изучал свойства урана-235 и радиоактивность, спроектировал универсальный сейсмограф, исследовал глетчеры и ледники Швейцарии и даже писал фантастические рассказы. Пиккар был своеобразным ученым, похожим на знаменитого героя Жюля Верна Паганеля. В 1922 г. он стал профессором прикладной физики университета в Брюсселе.

Прошло немало времени, прежде чем Пиккар (рис. 4) нашел дело своей жизни — создание аппаратов, расширяющих пределы достижимого мира.

Для изучения космических лучей в верхних слоях атмосферы Пиккару был нужен аппарат для подъема на такие высоты, и он создал такой аппарат — стратостат.

Прототипом стратостата являлся аэростат — воздушный шар с открытой кабиной. Высота подъема аэростата была ограничена физическими возможностями пилотов: с ростом высоты воздух становился разряженным, давление падало; а также уменьшалась плотность воздуха, при этом объем оболочки аэростата оставался неизменным, и его подъемная сила падала.

Пиккар предложил герметизировать гондолу, а заодно и кабины самолетов. В авиации его идея была воспринята как чистая фантазия, но это не помешало ему воплотить ее в стратостате. Падение плотности атмосферы Пиккар решает компенсировать переменным объемом оболочки, которая частично заполнялась газом. С ростом высоты газ увеличивался в объеме и расправлял оболочку. Соответственно увеличивалась аэродинамическая подъемная сила. На расчетной высоте оболочка стратостата, на старте напоминавшая грушу, принимала форму шара.

Финансируемый Бельгийским национальным фондом научных исследований (Fonds National de la Recherché Scientifique) Пиккар в 1930 г. построил свой стратостат, названный в честь этого фонда FNRS-1 (рис. 5).

27 мая 1931 г. Огюст Пиккар и его ассистент по университету Пауль Кипфер совершили первый в истории полет в стратосферу из города Аугсбург, Германия, достигнув высоты 15 785 м. 18 августа 1932 г. Пиккар совершил второй рекордный полет вместе с бельгийским ученым Максом Козинсом; высота подъема составила 16 201 м (рис. 6) Во время этих полетов Пиккар собрал важные сведения о верхних слоях атмосферы и космических лучах.

Продолжение статьи читайте в сентябрьском номере журнала "Наука и техника" за 2021 год.  Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.

В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.