Глубоководные исследования океанов и морей
Автор заметки — Жмур Владимир Владимирович, член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой ФАКТ «Термогидромеханика океана».
Трагедия батискафа «Титан»
18 июня 2023 г. в Атлантическом океане произошло трагическое событие — гибель батискафа «Титан» с пятью членами экипажа на борту. Участники подводной экспедиции стартовали к обломкам «Титаника» в 8 утра 18 июня. В 9:45 утра, через час и 45 минут после начала погружения контакт с батискафом был потерян. Одновременно ВМС США зарегистрировали звук подводного взрыва. Через пять дней поисков обломки подводной лодки были найдены на морском дне в 1600 футах от «Титаника». О фактических причинах трагедии говорить рано, на выяснение уйдет не менее года. Однако о наиболее вероятных причинах говорить можно сейчас.
Как отмечал Джеймс Кэмерон, корпус подводного аппарата должен быть крепким, сделан из сплошного материала и устойчив к воздействию большого давления. Что касается батискафа «Титан», то он был сделан из углеродного волокна.
Вспомним опыт российских инженеров и акванавтов
Советский инженер Игорь Евгеньевич Михальцев, работавший в Институте океанологии им. П.П. Ширшова, создал идеологию приближения человека-исследователя к объекту изучения в глубоком океане с помощью соответствующей, новаторской для того времени, техники (1970). Он был автором технических заданий, руководителем работ по созданию и испытаниям обитаемых исследовательских аппаратов «Пайсис» до 2000 м (1970–1976 гг.) и обитаемых аппаратов «Мир» – до 6000 м (1979–1987 гг.). в итоге его любимое «детище» – глубоководные обитаемые аппараты (ГОА) «Мир-1» и «Мир-2» – появились на свет на производстве компании «Раума Репола» (Rauma Repola) в Финляндии в 1987 г. Изначально предполагалось, что будут сконструированы глубоководный аппарат «Академик» и спасательная капсула. Однако все сложилось иначе. Вместо ГОА «Академик» и капсулы были произведены два глубоководных аппарата, которые получили свои звучные имена – «МИР» (Михальцев И Раума).
Михальцев разработал уникальный корпус для ГОА – сферу, которая была сконструирована как соединение двух полусфер. Сварка не использовалась. Впервые в мировой практике для создания обитаемого корпуса аппарата, работающего при внешних давлениях больше 600 кг/см2, применено литье. Была реализована и аварийно-подъемная система с тросом-проводником и автосцепкой, для глубины в 6000 м это была далеко неординарная задача.
Приборное оборудование аппаратов обеспечивало весь комплекс основных физико-химических измерений и сбора геологических, химических и биологических образцов и материалов.
Кроме многоканальной регистрации результатов измерений аппараты имели лучшую в это время систему широкоформатных фотокамер и видеокамеру телевещательного качества и стандарта. Навигационная акустическая система донных маяков позволяла пилоту знать свое место с точностью до метра, а судну обеспечения, после предварительной калибровки, с близкой точностью – положение маяков.
Где использовались эти глубоководные обитаемые аппараты?
С 1987 по 1991 гг. нашей страной было проведено 35 экспедиций в Атлантический, Тихий и Индийский океаны. ГОА «Мир» путешествовали по океану на переоборудованном под их обеспечение НИС «Академик Мстислав Келдыш».
С помощью подводных аппаратов «Мир» были исследованы гидротермальные источники в районах Срединно-Атлантического хребта, подробно изучено озеро Байкал, проводился поиск подводных месторождений полезных ископаемых, изучался живой мир Океана.
С применением ГОА «Мир-1» и «Мир-2» исследована затонувшая подводная лодка «Комсомолец» и АПЛ «Курск», снимался фильм «Титаник». В 1994 г. американский World Technology Evaluation Center назвал «Миры» «лучшими глубоководными обитаемыми аппаратами из когда-либо построенных».
Благодаря техническому гению Михальцева и его команды, заложенный запас прочности сплава обеих сфер аппарата не позволил им деформироваться или деградировать, несмотря на многолетнюю работу «Миров». Аппараты в хорошем состоянии и способны функционировать и сейчас. Однако на сегодняшний день требуется финансирование для технического обслуживания и переоснащения ГОА «Мир» и НИС «Академик Мстислав Келдыш» (судно-носитель) новыми современными приборами.
Почему произошла трагедия с батискафом «Титан»
Кстати, название «батискаф» для данного аппарата применяется неправильно. Батискафы устроены по-другому. Батискафами называют аппараты с поплавками, наполненными бензином. Такие давно перестали строить, корректнее называть подводный аппарат «Титан».
Чисто теоретически через 24 часа после начала погружения аппарат должен был автоматически отсоединить платформу с балластом и всплыть. Не говоря уж про то, что ее можно сбросить и принудительно, с помощью насоса или раскачки подводного судна. Однако «Титан» не всплыл. Почему?
Возможно, треснул корпус от давления или небольшого удара о твердый предмет. При накопившихся в материале механических напряжениях это возможно. А еще глубоководные аппараты часто запутываются в старых рыболовных сетях или тралах. Научные аппараты имеют системы распознавания сетей — ультразвуковой радар и продвинутую систему идентификации. И, конечно, сетерезки. Имел ли такое оборудование «Титан»? Информации нет, но скорее всего, не имел.
Основатель компании Ocean Gate Стоктон Раш в свое время заявлял, что «не будет нанимать 50-летних белых парней, потому что хочет, чтобы его команда работала вдохновенно. Пусть конкуренты берут на работу отставных офицеров-подводников! Проще научить 25-летнего парня с огнем в глазах управлять сложной техникой, чем добиться энтузиазма от взрослого дядьки, привыкшего прикрывать задницу инструкциями».
Тем не менее он все же нанял одного 50-летнего белого парня — Дэвида Локриджа. На позицию директора по морским операциям. И тот немедленно начал разрушать атмосферу вдохновенности. Локридж заявил, что углепластик — материал, склонный накапливать напряжение и потому способный треснуть в самый неожиданный момент. Продолжать эксплуатацию «Титана» можно только после серьезной проверки с помощью систем неразрушающего контроля. Углепластик корпуса, сделанного компанией Spencer Composites, даже внешне выглядел неидеально: в нем Локридж увидел микротрещины.
Однако Стоктон Раш считал это блажью, поскольку проверка стоила дорого, а «Титан» имел систему акустического контроля за состоянием корпуса. Работала она так: датчики улавливали мельчайшие звуки на корпусе и должны были заранее предупредить пилота об опасности разрушения оболочки.
Доводы о том, что углепластик накапливает напряжение и потому пилот получит сигнал об опасности за миллисекунду до ее возникновения, владельца компании Ocean Gate Раша не убеждали.
В конечном итоге в 2018 году было возбуждено судебное дело против специалиста из-за утечки информации о небезопасности «Титана» в прессу и Управление по охране труда и здоровья (OSHA), однако стороны достигли соглашения и спор был урегулирован.
Что же случилось с аппаратом?
Учитывая, что связь с глубоководным аппаратом внезапно и резко пропала через 1 ч 45 мин после начала погружения, скорее всего, случилась резкая разгерметизация корпуса. За время погружения аппарат опустился достаточно глубоко. Глубина, на которой лежит корабль «Титаник» это предельная глубина для современных субмарин. Здесь материал корпуса аппарата «Титан» не выдержал и разрушился. Акустический сигнал о взрыве в районе исследований был зафиксирован ВМС США. Можно предположить проблему с электрикой и даже пожар на борту, тем более что в отчете Локриджа был параграф и о легковоспламеняющихся материалах внутри обитаемой капсулы. Но тогда бы «Титан» автоматически всплыл: держащие грузы тросы разлагаются за 24 часа. Сейчас, когда обломки аппарата подняты со дна морского, можно будет более определенно говорить о причинах трагедии.
Итак, с большой долей вероятности причиной трагедии 18 июня 2023 г. является разрушение корпуса аппарата «Титан» под действием давления окружающей воды на «усталый» материал корпуса. Можно ли было избежать трагедии? Да, можно. Для этого нужно было в свое время дать возможность специалистам спокойно и правильно исполнять свои обязанности, а руководству компании Ocean Gate правильно реагировать на неудобные высказывания специалистов. Желание сэкономить также сработало не в пользу жизнестойкости аппарата. Впрочем, специальная комиссия где-то через год огласит свой вердикт.
Опасности, которые подстерегают обитателей глубоководных аппаратов , к сожалению многообразны и не все удается рассчитать и предвидеть. Поэтому для изучения Мирового океана следует развивать и технологию необитаемых аппаратов и подводных дронов. Это направление тоже активно продвигается вперед в мире, в том числе и в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН. Очень многие подводные исследования и измерения не требуют присутствия человека на борту аппарата. Необходимо автоматизировать как сам процесс сбора информации и возможных видеосъемок, так и надежного определения расположения аппарата в пространстве, проведения первичной обработки научного материала и т.д. Без искусственного интеллекта здесь не обойтись.
Одним словом, есть где развернуться морским исследователям-ученым и инженерам, которые недавно получили диплом или только поступают в вузы.
В работе над материалом заметки использована статья «Памяти технического гения Игоря Евгеньевича Михальцева (1923–2010)» журнала «Океанологические исследования» , а также интернет-тексты статей Савва Сафонов.