Покорение глубин- водолазное снаряжение и подводные аппараты. История водолазного костюма или жизнь под давлением

Несколько иначе обстояло дело с созданием жестких скафандров. Еще в 1715 г., примерно за 50 лет до гидростатической машины Фремине с ее охлаждавшимися водой трубами для "регенерации" воздуха, англичанин Джон Лесбридж изобрел первый бронированный, т. е, жесткий, водолазный костюм. Изобретатель полагал, что такой скафандр защитит водолаза от воздействия давления воды и позволит ему дышать атмосферным воздухом.

Как и следовало ожидать, скафандр не принес славы его создателю. Во-первых, деревянный панцирь (высотой 183 см, диаметром 76 см у головы и 28 см у ног) оставлял незащищенными руки водолаза. Кроме того, для подачи воздуха с поверхности служили мехи, совершенно неспособные создать сколько-нибудь значительное давление. В довершение всего водолаз практически был лишен возможности пошевелиться, вися лицом вниз в этом сооружении, к тому же не отличавшемся водонепроницаемостью.

Вероятно, именно одно из детищ Лесбриджа посчастливилось увидеть некоему Дезагюлье, авторитетному специалисту того времени по водолазным костюмам. В 1728 г. он следующим образом описал результаты испытаний скафандра, свидетелем которых явился: "... Эти бронированные машины совершенно бесполезны. Водолаз, у которого из носа, рта и ушей текла кровь, умер вскоре после окончания испытаний". Надо полагать, что именно так и было.

Если многолетние старания изобрести мягкий водолазный скафандр увенчались в 1837 г. созданием костюма Зибе, то творцам жесткого скафандра потребовалось еще почти сто лет, чтобы сконструировать пригодный для практического применения образец, хотя англичанин Тейлор изобрел первый жесткий скафандр с шарнирными соединениями за год до появления костюма Зибе. К несчастью, шарнирные соединения были защищены от давления воды всего лишь слоем парусины, а руки водолаза опять-таки оставались открытыми. Поскольку под водой он должен был дышать атмосферным воздухом, при погружении на любую сколько-нибудь значительную глубину их неизбежно расплющило бы давлением воды.

В 1856 г. американцу Филипсу посчастливилось предугадать основные особенности тех немногих удачных по конструкции жестких скафандров, которые были созданы уже в XX веке. Скафандр защищал не только тело, но и конечности водолаза; для выполнения различных работ предназначались управляемые водолазом клещи-захваты, проходившие через водонепроницаемые сальники, а шарнирные соединения вполне удовлетворительно решали проблему защиты от давления воды. К сожалению, всего Филипс предусмотреть не мог. Перемещение водолаза под водой обеспечивалось по мысли изобретателя небольшим гребным винтом, который располагался примерно в центре скафандра - напротив пупка водолаза - и приводился в движение вручную. Необходимую плавучесть создавал наполненный воздухом шар размером с баскетбольный мяч, закрепленный в верхней части шлема. Такой поплавок вряд ли поднял бы на поверхность даже обнаженного ныряльщика, не говоря уже о водолазе, облаченном в металлические доспехи, весившие не одну сотню килограммов.

К концу XIX в. появилось великое множество жестких скафандров самых разнообразных конструкций. Однако ни один из них ни на что не годился - их изобретатели обнаружили удивительное невежество в отношении реальных условий пребывания человека под водой, хотя к тому времени в данной области уже были накоплены некоторые данные.

В 1904 г. итальянец Рестуччи выступил с предложением, чрезвычайно сложным с точки зрения его технического осуществления, но научно вполне обоснованным. В разработанном им скафандре предусматривалась одновременная подача воздуха при атмосферном давлении в скафандр и сжатого - в шарнирные соединения. В результате отпадала необходимость в декомпрессии и обеспечивалась водонепроницаемость соединений. К сожалению, эта весьма привлекательная идея так никогда и не была осуществлена на практике.

Спустя несколько лет, в 1912 г., два других итальянца Леон Дюран и Мельчиорре Бамбино разработали, несомненно, наиболее оригинальную из всех ранее изобретенных конструкций жесткого скафандра. Он был снабжен четырьмя шарообразными колесами, изготовленными из дуба, которые позволяли буксировать скафандр по морскому дну. На шасси этого фантастического сооружения, кроме того, устанавливались фары и рулевое колесо. Не хватало только мягких сидений. Но они и не требовались. Как и в скафандре Лесбриджа, водолаз должен был лежать на животе. В этом удобнейшем положении снабженный всем необходимым мученик мог беспрепятственно разъезжать по всем подводным шоссе, которые ему посчастливилось бы найти. К счастью, до постройки дело не дошло.

Прыгали за борт лодки, чтобы принести, обработать и продать оную веточку. Вначале они долго и активно вдыхали и выдыхали воздух, потом прыгали с камнем за борт, достигали дна, хватали, до чего удавалось дотянуться — и сразу же всплывали, возвращаясь к чистому воздуху. На детальный выбор, что схватить, во время нырка времени не было.

Это с одной стороны. А с другой стороны… Еще в романе «20000 лье под водой» у Жюля Верна герои часами ходили по дну в водолазных костюмах, снабженных дыхательными аппаратами Рукейроля-Денейруза, усовершенствованных лично … А что там было совершенствовать?

Бенуа Рукейроль, французский горный инженер, в 1866 году изобрел и запатентовал прибор, регулирующий подачу воздуха с поверхности для горняков, находящихся в сильно загазованной атмосфере. Этот прибор был частью специального костюма для спуска в загазованные шахты с целью проведения там спасательных работ.

Лейтенант французского флота Огюст Денейруз узнал об изобретении и предложил усовершенствовать его для работы под водой. Аппарат содержал мембранный механизм, понижавший давление до нужного — в зависимости от силы давления воды на глубине.

Прибор Рукейлоля-Денейруза был пращуром акваланга и обладал кучей недостатков, главным из которых было фактическое отсутствие автономности. Мембранный механизм регулирования давления воздуха, поступавшего к водолазу, не позволял работать со сжатым воздухом давлением более чем 10−12 атмосфер. К тому же техника того времени не позволяла достаточно сильно сжимать воздух, посему реальной автономности в аппарате было всего несколько минут.

Все прочее время прогулки под водой водолаз дышал воздухом, подаваемым по шлангу с поверхности. И надо было обладать воображением Жюля Верна и его верой в разум человека, чтобы из этого «гадкого утенка» произвести руками капитана Немо практически будущий акваланг.

Давайте попробуем разобраться — в чем, собственно, проблема у водолаза? Сделал трубку подлиннее — и гуляй по дну, дыша воздухом с поверхности! Беда в том, что, скажем, на глубине 10 м давление по сравнению с атмосферным удваивается. И если попробовать, погрузившись даже на метр, сделать вдох через дыхательную трубку в метр длиной, то человек почувствует, что давление воды сделать вдох не позволяет.

Дело в том, что одна атмосфера соответствует давлению примерно 1 кг/см 2 . Площадь грудной клетки человека составляет примерно 600 см 2 . Это означает, что при погружении всего на метр при попытке дышать обычным атмосферным воздухом следует преодолеть противодействие давления воды примерно в 60 килограммов. А каково пытаться дышать атмосферным воздухом, если погрузиться еще глубже?

В XIX и первой половине XX века для подводных работ широко использовались водолазные костюмы. Англичанин Чарльз Энтони Дин еще в 1823 году запатентовал «шлем для пожарных». Когда через 5 лет, в 1828 году, Чарльз и его брат Джон объединили шлем и непромокаемый подводный костюм для водолаза — появился первый водолазный костюм, или скафандр.

Металлический герметичный шлем, окошки из толстого прочного стекла, шланг, по которому с поверхности подается воздух — и клапан, надавливая на который, водолаз стравливает лишнее давление. Зазевался стравить воздух — раздувшийся костюм выбросит на поверхность. Если ты работаешь в акватории порта на маленькой глубине, то это не страшно. А вот если опустился слишком глубоко, то можно заболеть кессонной болезнью, что весьма опасно.

Генри Флюсс в 1878 году изобрёл с замкнутой схемой дыхания (он был не первым — но зато более высокая надежность сделала его относительно безопасным), использующий чистый кислород (ребризер). Вскоре после начала применения аппарата стало известно, что чистый кислород, вдыхаемый под давлением, на глубине более 20 м становится токсичным, и время его вдыхания должно быть ограничено. То есть вроде бы — и можно опуститься под воду, но ненадолго. Если хочется жить.

С самого начала попыток создать прибор для дыхания под водой стало ясно, что воздух надо сжимать. Сжимать очень сильно. А потом придумать прибор, позволяющий понизить давление точно до того давления, которое соответствует глубине, на которой находится водолаз.

Первый мембранный механизм был придуман Рукейролем. А первый «легочный аппарат», сердце акваланга, был придуман Ж.-И. Кусто и Э. Ганьяном. Его хитрость была в сочетании регулятора, похожего на редуктор аппарата Рукейроля, и второго редуктора, снижавшего давление с 200−300 атмосфер в баллоне до примерно 10, поступавших на мембранный редуктор.

А с наступлением эры аквалангов при штурме глубин у водолазов появились новые проблемы. Об этом — в следующей статье.

Сегодня в разделе “Фантастика” будет не рассказ, а статья о скафандрах, которые предшествовали появлению современных “оболочек” для космических путешественников.

К самой теме космоса они непосредственного отношения не имеют, однако дизайн этих изделий и их практическое применение оказало на разработку космических скафандров определенное влияние.

Например, работы на большой глубине доставляют не меньше проблем, чем в космическом пространстве. Если не больше.

Да и высотные скафандры тоже представляли собой, в своё время, последнее слово науки и техники.

Начнем как-раз с глубоководной темы, тем более, что интересных конструкций здесь имеется достаточно. Оцените глубину конструкторской мысли 19-20 веков!

Вот к примеру, жёсткий водолазный скафандр для подводного наблюдения и выполнения водолазных работ оператором находящимся в условиях нормального внутреннего давления. Это изделие немецких инженеров.

Короткая заметка:

“Первый пригодный для практического использования глубоководный водолазный скафандр был выпущен германской фирмой “Нейфельдт и Кунке” в 1923г. Он представлял собой полую металлическую конструкцию из двух частей,соединявшихся с помощью болтов на уровне груди водолаза. Внутри были установлены последовательно открывавшиеся водолазом баллоны с шестичасовым запасом сжатого воздуха.

Размеры скафандра позволяли водолазу время от времени вытаскивать руки из металлических клешней-захватов, с помощью которых он мог выполнять некоторые несложные виды работ. Подвижные элементы скафандра были снабжены шарнирными соединениями с шарикоподшипниками и водонепроницаемыми резиновыми уплотнениями. По окружности скафандра располагался балластный резервуар, придававший ему необходимую положительную или отрицательную плавучесть. Масса скафандра составляла 385 кг. Он успешно прошел испытания на глубине 152 м.”

К этому можно лишь добавить, что плавбаза “Saar” плавала преимущественно только на Балтийском море, где глубины совсем небольшие.

Не менее серьёзная и даже более высокотехнологичная (и эстетичная) конструкция ещё одного немецкого глубоководного скафандра. Было разработано, по меньшей мере, две модели. Одна из них представлена на фотографии, а вторая, судя по всему, сохранилась только в эскизах. По всей видимости, данный скафандр предполагалось использовать на глубинах около 100 метров.

А как вам вот такой скафандр? Кажется, как будто он сделан для фантастического фильма, однако это совершенно не так (хотя вполне могло бы быть). Читаем дословно из первоисточника:

“In 1914, mr MacDuffy constructed the first suit with ball bearings as the medium to provide movement to a joint.
The suit was tested in New York in 214 feet of water.
Source: Gary Harris, History of the Iron Suit.”
В переводе на русский это означает следующее:
“В 1914 году мистер МакДаффи сконструировал первый скафандр с шариковыми сочленениями как средства для предоставления движения сустава. Скафандр тестировался в Нью-Йорке на глубине 214 футов (около 70 метров).”

Не менее интересна история скафандра разработанного братьями Карманьолле (Alphonse and Theodore Carmagnolle). Помимо тяжелой железной “брони” при разработке водолазного шлема они применили интересный технологический приём. Поскольку глубина погружения была свыше 30 метров давление на поверхность скафандра сильно возрастало. На иллюминаторы в том числе. Вот Карманьолле и решили сделать не три больших иллюминатора, а 20(!) более мелких. Определенный смысл в этом, конечно же, имелся. Но вот обзорность уменьшалась достаточно сильно.
Самое интересное заключается в том, что скафандры этого типа, первый их которых был собран в 1882(!) году, использовались более 20 лет. Весьма вероятно, что именно он подтолкнул создателей игры “Bioshock” (2007 год) на появление Big Daddy в специфических скафандрах со множеством иллюминаторов в шлеме.

Или вот такой скафандр, разработанный инженерами Бачененом и Гордоном (John Buchanan, Alexander Gordon) в очень далеком, теперь уже, 1894 году. Не правда ли, очень напоминает “космические технологии”. Справедливости ради надо отметить, что вплоть до 40-х гг. 20-го века космические скафандры представлялись если не именно такими, то по крайней мере очень похожими.
Обратите внимание, что в отличии от других скафандров Гордон предпринял попытку сделать свою конструкцию более гибкой, что позволило бы водолазу работать под водой с меньшими затратами сил. Взять к примеру тот же скафандр братьев Карманьолле, который весил больше человека и особыми удобствами не отличался. Правда, скафандр Гордона особо не прижился и дальнейшие сведения о нём отсутствуют.

Теперь перейдем к скафандрам высотным.

Первым на очереди снова будет немецкий скафандр летчиков-испытателей. Использовали его в 1944-1945 гг. Предназначался он для истребителей которые должны были действовать на высотах до 16 км. предполагалось, что именно с такой высоты можно будет проводить атаки на боевые порядки американских “летающих крепостей”. В данном случае скафандр использовался в процессе испытаний самолёта Horten Ho.229. Возможно, специально для него он и разрабатывался.

Второй снимок показывает нам британского пилота Ф.Свейна (F.Swain), совершившего в 1936 году на самолёте Bristol 138A подъём на высоту 15500 метров. Полёт состоялся 28-го октября – время не самое подходящее из-за сильных ветров, но тогда Великобритании надо было показать, что её пилоты и авиационная промышленность ничем не хуже итальянской. А ведь тогда было от чего кусать локти! Ведь до этого рекорд высоты был поставлен на серийном истребителе И-15 с высотным оборудованием, а немного после итальянцы “перебили” его на своём уже специализированном самолёте.

Кстати, по поводу итальянцев имеется такая историческая справка.

“1934 год – 14433 м. Коммандер Ренато Донати, вылетев 11 апреля 1934 года из Рима на Caproni Ca 161, установил новый мировой рекорд высоты. В конце 1930-х годов на таком самолете подполковник М. Пецци еще дважды бил мировые рекорды высоты. В 1938 году на Ca 161 bis (на фото) он набрал высоту 17 069 м – последний официальный мировой рекорд высоты, установленный на самолете с поршневым мотором.”

Последний фотоколлаж из советского журнала Наука и Жизнь за 1978 год.

Образцы первых высотных скафандров (слева направо): скафандр Ч–З (СССР, середина 30–х годов); скафандр Вилли Поста (США, середина 30–х годов); скафандр СК–ЦАГИ–8 (СССР, 1940 г.); скафандр ВСС–04 (СССР, 1950 г.).
Между прочим, упомянутый летчик Вилли Пост был одноглазым и, помимо высотных полётов, совершил несколько рекордных перелётов на дальность. Причем далеко не на самых совершенных самолётах. Героический был человек, одним словом.

Немного ссылок и первоисточников напоследок:
divingheritage.com – Armored Diving Suits
reibert.info – Форум Кушиуке – глубоководный скафандр
lib.ru – Джозеф Н.Горз. Подъем затонувших кораблей

Океан был первой чужеродной средой, куда мы отправили своего представителя. И эволюционный путь, который прошёл костюм для изучения океанских глубин, поражает воображение…В древности при попытках погружения под воду (например, в охотничьих целях) человек мог рассчитывать только на свою выносливость и отвагу. При этом первые упоминания о технических приспособлениях для погружения под воду встречаются ещё в трудах Аристотеля в IV веке до нашей эры. В своих трудах он пишет, что во времена Александра Македонского ныряльщики могли дышать под водой, опуская в него перевёрнутый котёл, в котором оставался воздух. По сути, этот перевёрнутый котёл был прототипом придуманного лишь в XVI веке водолазного колокола.

1689 г. Дени Папен предложил дополнить водолазный колокол мощным поршневым насосом, который позволял бы восполнять использованный воздух.

"Колокол опустился на дно. Затем ассистент одел на голову другой, маленький колокол, и смог немного походить по дну – насколько ему позволяла трубка, через которую он дышал оставшимся в большом колоколе воздухом. После этого сверху были сброшены бочки с дополнительным запасом воздуха, утяжелённые грузом. Ассистент отыскал их и подтащил к колоколу".

1715 г. Костюм для погружения французского аристократа Пьера Реми де Бова,
Один из двух шлангов тянулся к поверхности – через него поступал воздух для дыхания; другой служил для отвода выдыхаемого воздуха.

1715 г. Аппарат для погружения Джона Летбриджа.
Эта герметичная дубовая бочка предназначалась для поднятия ценностей с затонувших судов. В том же году, другой англичанин Эндрю Бекер разработал похожую систему, которая была снабжена системой трубок для вдоха и выдоха.

1810 г. Костюм Чонси Холл.

1819 г. Первый глубоководный скафандр с тяжёлыми башмаками Августа Зибе (Германия)
Водолазное снаряжение, состоящее из металлического шлема с иллюминатором, жестко соединенного с открытой кожаной рубахой, которую утяжеляли грузы. В шлем с поверхности подавался воздух, излишек которого выходил из-под нижнего края рубахи. Водолазный скафандр Зибе представлял собой миниатюрный водолазный колокол, позволявший водолазу погружаться на небольшую глубину и находиться под водой только в вертикальном положении. Этот вариант скафандра нашел практическое применение в 1834 году при водолазных работах на затонувшем корабле «Ройял Джордж».

19 век Трёхболтовое водолазное снаряжение, «трёхболтовка»
Данное стандартное водолазное снаряжение используется в российском ВМФ и гражданском флоте с ХIХ века и по сей день. Им комплектуются водолазные станции морских и рейдовых водолазных ботов, спасательных судов и буксиров. Не изолирует водолаза от давления внешней среды (воды). Оснащается переговорным устройством.
Состав: медный шлем, водолазная рубаха, водолазные, водолазные груза, водолазный нож в футляре, воздушный шланг или шланг-кабель,сигнальный конец или кабель-сигнал, водолазное бельё.

1878 г. Водолазный костюм с 20 маленькими иллюминаторами Альфонса и Теодора Кармагноль, Марсель, Франция,

1906 г. Один из первых водолазных костюмов с поддержанием давления, разработан М. де Плюви

1911 г. Костюм из алюминиевого сплава Честера Макдуффи весом около 200 кг

1917-1940 гг. Три поколения водолазных костюмов немецкой фирмы «Нойфельд и Кунке»
Костюм третьего поколения (произведён между 1929 и 1940 годами) позволял погружаться на глубину 160 м. и был снабжён встроенным телефоном.

1930 г. Инструктор проверяет состояние студента, лежащего в декомпрессионной камере во время занятий в школе водолазов, Кент, Англия

Странички из журнала с инструкциями о том, как смастерить собственный костюм для подводного плавания из подручных материалов вроде банки для хранения печенья или сосуда для нагревания воды

Надувной костюм

Со времён древности человека манили океанские глубины. Но человеческие возможности не позволяли проникнуть на глубину больше 40 метров. Поэтому люди стали изобретать технические средства, чтобы проникнуть ещё глубже. Первым изобретателем полноценного водолазного костюма был Леонардо-да-Винчи.Он создал его для ныряльщиков за жемчугом, дабы те могли «ходить под водой и извлекать жемчужины». Но подлинный прорыв в этом направлении произошёл в 19 веке. С изобретениями и усовершенствованиями водолазных костюмов и подводных лодок человеку открылись невиданные глубины мирового океана.

Первое устройство для погружения на большую глубину английского королевского астронома, геофизика, математика, метеоролога, физика и демографа Эдмунда Галлея, конец 17 века.

“Колокол опустился на дно. Затем ассистент одел на голову другой, маленький колокол, и смог немного походить по дну – насколько ему позволяла трубка, через которую он дышал оставшимся в большом колоколе воздухом. После этого сверху были сброшены бочки с дополнительным запасом воздуха, утяжелённые грузом. Ассистент отыскал их и подтащил к колоколу”.

Костюм для погружения французского аристократа Пьера Реми де Бова, 1715 год.

Один из двух шлангов тянулся к поверхности – через него поступал воздух для дыхания; другой служил для отвода выдыхаемого воздуха.

Аппарат для погружения Джона Летбриджа, 1715 год.

Эта герметичная дубовая бочка предназначалась для поднятия ценностей с затонувших судов. В том же году, другой англичанин Эндрю Бекер разработал похожую систему, которая была снабжена системой трубок для вдоха и выдоха.

Аппарат для погружения Карла Клингерта, 1797 год.

Изобретатель опробовал его в реке, протекающей через его родной город Бреславль (сейчас Вроцлав, Польша). Верхняя часть костюма защищена цилиндрической конструкцией, благодаря чему можно было гулять по дну реки.

Костюм Чонси Холл, 1810 год.

Первый глубоководный скафандр с тяжёлыми башмаками Августа Зибе (Германия), 1819 год.

Неудобство состояло в том, что если водолазу приходилось удерживать вертикальную позицию, иначе под колокол могла попасть вода. В 1937 году к колоколу было добавлено водонепроницаемое облачение, что позволило водолазу стать более подвижным.

Такие шлемы использовались на протяжении более ста лет.

Водолазный костюм с 20 маленькими иллюминаторами Альфонса и Теодора Кармагноль, Марсель, Франция, 1878 год.

Аппарат Генри Флюсса, 1878 год. Прорезиненная маска соединялась герметичными трубками с дыхательным мешком и коробкой с веществом, поглощающим углекислый газ из выдыхаемого воздуха.

Водолаз спускается на дно у берегов Чили, где произошло крушение британского судна Cape Horn, чтобы поднять груз меди, 1900 год.

Один из первых водолазных костюмов с поддержанием давления, разработан М. де Плюви, 1906 год.

Костюм из алюминиевого сплава Честера Макдуффи весом около 200 кг, 1911 год.

Три поколения водолазных костюмов немецкой фирмы «Нойфельд и Кунке», 1917-1940 год.

Первая модель (1917-1923)

Вторая (1923-1929)

Костюм третьего поколения (произведён между 1929 и 1940 годами) позволял погружаться на глубину 160 м. и был снабжён встроенным телефоном.

Мистер Перес и его новый стальной водолазный костюм, Лондон, 1925 год.

Инструктор проверяет состояние студента, лежащего в декомпрессионной камере во время занятий в школе водолазов, Кент, Англия, 1930 год.

Странички из журнала с инструкциями о том, как смастерить собственный костюм для подводного плавания из подручных материалов вроде банки для хранения печенья или сосуда для нагревания воды.

Надувной костюм.

Мини-подводная лодка на одного человека, 1933 год.

Операция по подъёму на поверхность костей мастодонта, 1933 год.

Металлический костюм, позволявший водолазу спускаться на глубину более 350 м, 1938 год.

Первый автоматический костюм с регулятором давления и баллонами со сжатым воздухом Кусто и Ганьяна, 1943 год.

Скафандр, позволяющий водолазу значительное время работать на глубине 300 метров без долгого процесса декомпрессии, 1974 год.