Для чего нужен батискаф
Батискаф
Батискаф (от греческих «глубокий» и «судно») — автономный (самоходный) подводный аппарат для океанографических и других исследований на больших глубинах. Сегодня эти глубоководные аппараты используются для отбора проб донного грунта, спуска к затонувшим кораблям, подводной съемки и других наблюдений.
Не путать с подлодкой
Основное отличие батискафа от подводной лодки состоит в том, что батискаф имеет легкий корпус, представляющий собой поплавок, заполненный для создания положительной плавучести бензином или иным малосжимаемым веществом легче воды. Легкий корпус скрывает под собой прочный корпус, как правило, изготовленный в виде полой сферы — гондолы, в которой в условиях нормального атмосферного давления находятся аппаратура, пульты управления и экипаж. Движется батискаф с помощью гребных винтов, приводимых в движение электромоторами.
Устремляясь ввысь
Создателем батискафа является швейцарский физик Огюст Пикар. Профессор одного из университетов Брюсселя, изучавший явления в области геофизики и геохимии, стал грезить небом. Для воплощения своей мечты им был придуман стратостат FNRS-1.
Уникальный для своего времени аппарат представлял собой герметичную алюминиевую гондолу сферической формы, которая крепилась к воздушному шару. Внутри конструкции поддерживалось постоянное давление и хранился запас воздуха, что позволяло ее пассажирам спокойно пребывать в разреженных слоях атмосферы. 27 мая 1931 г. естествоиспытатель опробовал собственную техническую задумку вместе с приятелем Паулем Кипфером. С первой попытки им удалось подняться над землей на высоту почти 16 000 м. Спустя еще несколько лет рекорд был доведен до 23 000 м.
Двойное испытание
Тестовый полет на первом стратостате нельзя назвать гладким. Стартовав из немецкого Аугсбурга, Пикар и Кипфер обнаружили, что отказало управление клапаном баллона и движение летательного аппарата стало неконтролируемым. Однако, вопреки всем неприятностям, испытатели сумели благополучно приземлиться в тирольских Альпах на леднике Гургль. В 1989 г. на этом месте был установлен памятник.
Подводные рекорды
Позднее Пикара заинтересовали морские глубины. И в 1953 г. был построен батискаф «Триест», на котором 23 января I960 г. сын изобретателя Жак Пикар и лейтенант ВМС США Дон Уолт опустились на дно Марианской впадины.
Как работает батискаф?
Легкий корпус удерживает в плавучем состоянии батискаф включая прочный корпус гондолу. Он выполняет роль купола воздушного шара, наполненного воздухом, или баллона дирижабля. Бункеры батискафа содержат дробь, являющуюся балластом, сброс которого позволяет регулировать глубину погружения. Гребной винт служит для перемещения батискафа в горизонтальной плоскости. Приводится он в движение электродвигателем, который питается от аккумуляторных батарей. Киль повышает устойчивость судна во время буксировки и уменьшает бортовую качку при всплытии на поверхность.
Через рубку исследователи попадают в шахту, которая соединяет верхнюю палубу с гондолой. При погружении шахта затапливается и в подводном положении свободно сообщается с забортной водой.
Иллюминатор позволяет зрительно исследовать морское дно и его обитателей. В окне установлены кварцевые стекла очень большой толщины.
Тайны глубин
В ходе погружения в Марианскую впадину было сделано несколько важных открытий. Так, экипажу батискафа удалось заметить небольших плоских рыб. Тем самым было опровергнуто мнение, что на глубинах свыше 6000 м жизни нет. Но главное, выяснилось, что в глубинах происходит восходящее перемещение водных масс. Это удержало человечество от опасной затеи — сбрасывать на дно океана радиоактивные отходы.
Батискаф
Батиска́ф (Bathyscaphe) (от греч. βαθύς — глубокий и σκάφος — судно) — подводный автономный (самоходный) обитаемый аппарат для океанографических и других исследований на больших глубинах. Батискаф состоит из стального поплавка, заполненного для создания положительной плавучести бензином, и жестко соединенного с ним прочного стального пустотелого шара — гондолы (аналог батисферы), в которой в условиях нормального атмосферного давления находятся аппаратура, пульты управления и экипаж. Движется батискаф с помощью гребных винтов, приводимых в движение электромоторами.
Содержание
История
Конструкция
Корпус
Представители
Собственно батискафы
Глубоководные аппараты
Данные аппараты не являются собственно батискафами, так как у них нет поплавка с бензином.
Первым батискафом был FNRS-2, Огюста Пикара (FNRS-1 был аэростат).
В СССР был батискаф «Поиск-6».
Интересные факты
См. также
Сноски и источники
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Батискаф» в других словарях:
БАТИСКАФ — (от греч. bathys глубокий и skaphos судно) глубоководный самоходный аппарат для океанографических и т. п. исследований. Состоит из стального шара гондолы (экипаж 1 3 человека, приборы) и поплавка корпуса, заполненного более легким, чем вода,… … Большой Энциклопедический словарь
батискаф — оса Словарь русских синонимов. батискаф сущ., кол во синонимов: 3 • аппарат (109) • мезоскаф … Словарь синонимов
БАТИСКАФ — БАТИСКАФ, смотри Подводный аппарат … Современная энциклопедия
Батискаф — (от греч. bathys глубокий и skaphos судно * a. bathyscaph; н. Bathyskaph; ф. bathyscaphe; и. batiscafo) глубоководный автономный самоходный аппарат для океанографии, и др. исследований, см. в ст. Подводный аппарат. Горная э … Геологическая энциклопедия
БАТИСКАФ — БАТИСКАФ, а, муж. Самоходный аппарат для глубоководных исследований. | прил. батискафный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Батискаф — см. Глубоководные подводные аппараты. EdwART. Словарь терминов МЧС, 2010 … Словарь черезвычайных ситуаций
батискаф — БАТИСКАФ, а, м. Унитаз … Словарь русского арго
БАТИСКАФ — (от бати. и греч. skaphos судно), самоходный аппарат, снабженный специальной аппаратурой и предназначенный для глубоководных океанографических (в том числе экологических биоценозов пелагиали, батиали, абиссали) исследований. Экологический… … Экологический словарь
батискаф — Самоходный аппарат для подводных исследований предельных глубин моря. [ГОСТ 18458 84] Тематики средства навигации, наблюдения, управления EN bathyscaphe … Справочник технического переводчика
Батискаф
Батискаф (Bathyscaphe) (от греч. βαθύς — глубокий и σκάφος — судно) — самоходный подводный аппарат для океанографических и других исследований на больших глубинах.
В отличие от других глубоководных обитаемых аппаратов и «классических» подводных лодок, батискафы используют поплавок с бензином для создания положительной плавучести. Поплавок является лёгким корпусом аппарата, под ним закреплен сферический прочный корпус — гондола (аналог батисферы), в которой в условиях нормального атмосферного давления находятся аппаратура, пульты управления и экипаж. Движется батискаф с помощью гребных винтов, приводимых в движение электромоторами.
Батискафы использовались до 1980-х годов и раньше были единственным средством для достижения рекордных глубин. Затем в глубоководных аппаратах смогли отказаться от громоздкого бензинового поплавка: положительную плавучесть стали создавать за счёт прочного корпуса (теперь достаточно облегчённого) и синтактической пены.
Иногда батискафами называют любые подводные аппараты.
История
Подводные лодки, построенные по «классической» схеме имеют ограниченную глубину погружения, обусловленную не только прочностью прочного корпуса (само существование батискафов, способных погружаться на многокилометровые глубины свидетельствует о том, что создание прочного корпуса не является технической проблемой), а тем, что на подводных лодках вытеснение воды из балластных цистерн производится сжатым воздухом, хранящимся на борту подводной лодки в газовых баллонах высокого давления. Как правило, давление воздуха в газовых баллонах составляет около 150—200 кгс/см2. При погружении в морские глубины давление воды возрастает на 1 кгс/см2 на каждые 10 метров глубины. Таким образом, на глубине 100 м давление составит 10 кгс/см2, а на глубине 1500 м — 150 кгс/см2. Фактически сжатый воздух, находящийся в типовом газовом баллоне под давлением 150 кгс/см2 на такой глубине уже не является «сжатым», и вытеснить воду из балластной цистерны уже не может. На глубине 11 тысяч метров («Бездна Челленджера») давление воды составляет около 1100 кгс/см2, соответственно, воздух в газовых баллонах должен быть сжат до большего значения.
До начала 2000-х годов считалось, что сконструировать газовые баллоны, трубопроводы, клапаны и иную арматуру, рассчитанную на давление более 1100 кгс/см2, имеющую при этом разумную для судна массу, размеры и 100 % надёжность, технически невозможно. В настоящее время производители трубопроводной газовой арматуры, фитингов и бесшовных труб, предлагают серийные изделия с колоссальным рабочим давлением вплоть до 10 500 кгс/см2 (1050,0 МПа) с классом герметичности «А» по ГОСТ 4594-2005 «Арматура трубопроводная запорная. классы и нормы герметичности затворов», что перевело дискуссию из плоскости «техническая возможность» изготовления аппарата в плоскость «целесообразность изготовления».
Также следует учитывать, что сжатые газы при расширении охлаждаются, а при уменьшении давления от колоссального до нормального охлаждённый газ может вызвать замерзание клапанов, кингстонов и иной арматуры.
Идея построить глубоководный аппарат, способный достичь предельных океанских глубин, пришла швейцарскому учёному Огюсту Пиккару в довоенные годы при работе над первым в мире стратостатом FNRS-1. Огюст Пиккар предложил построить судно, устроенное по принципу аэростата, стратостата или дирижабля. Вместо баллона, заполненного водородом или гелием, подводный аппарат должен иметь поплавок, заполненный каким-нибудь веществом с плотностью, меньшей, чем плотность воды. Вещество при большом давлении не должно изменять свои физические и химические свойства, поплавок должен нести груз и при этом поддерживать положительную плавучесть судна. Погружение аппарата, получившего название батискаф, происходит с помощью тяжёлого груза (балласта), для всплытия на поверхность балласт сбрасывается. Первый батискаф FNRS-2 был построен Огюстом Пиккаром в 1948 году.
Отвечая на вопрос, почему после стратостата он стал конструировать батискаф, Огюст Пиккар отмечал, что
эти аппараты чрезвычайно сходны между собой, хотя их назначение противоположно.
Со свойственным ему чувством юмора он пояснял:
Возможно, судьбе было угодно создать это сходство именно для того, чтобы работать над созданием обоих аппаратов мог один учёный…
Конечно, конструирование батискафа — не забава для детей. Необходимо решить бесконечное множество сложнейших задач. Но ведь не бывает непреодолимых трудностей!
Конструкция
Батискаф состоит из двух основных частей: лёгкого корпуса — поплавка и прочного корпуса — гондолы.
Поплавок (лёгкий корпус) имеет такое же значение, как спасательный круг для тонущего человека или как баллон с водородом или гелием у дирижабля. В отсеках поплавка находится вещество легче воды, сообщающее положительную плавучесть судну. На батискафах середины XX века использовался бензин, имеющий плотность около 700 кг/м3. Один кубический метр бензина способен удерживать на плаву груз весом около 300 кг. Чтобы выровнять гидростатическое давление внутри поплавка с давлением внешней среды — бензин отделён от воды эластичной перегородкой, позволяющей бензину сжиматься. Вероятно, в середине XX века кораблестроители не смогли найти вещество лучше бензина, а в батискафе Deepsea Challenger (2012 г.) применён композитный материал с содержащимися в нём полыми стеклянными сферами.
Весьма перспективно использовать в качестве наполнителя поплавка литий — металл с плотностью почти в два раза меньшей, чем у воды (точнее 534 кг/м3), это значит, что один кубический метр лития может удерживать на плаву почти на 170 кг больше, чем один кубический метр бензина. Однако литий — щелочной металл, активно реагирующий с водой, следует каким-то образом надёжно разделить эти вещества, не допустить их контакта.
Экипаж, системы жизнеобеспечения, приборы управления и научные приборы размещены в гондоле (прочном корпусе). Гондолы всех существующих батискафов представляют собой сферу, так как сфера — геометрическое тело, имеющее наибольший объём при наименьшей площади поверхности. Полая сфера при равной толщине стенок (в сравнении, например, с параллелепипедом или цилиндром равного объёма) будет иметь меньшую массу. Также сфера обладает абсолютной симметрией, для сферического прочного корпуса легче всего сделать инженерные расчёты. Так как на больших глубинах огромное давление воды сжимает гондолу, её наружный и внутренний диаметр несколько уменьшается. Поэтому гондола крепится к поплавку не жёстко, а с возможностью совершать некоторое смещение. Вся аппаратура внутри гондолы не прикреплена к стенкам, а смонтирована на раме, позволяющей стенкам беспрепятственно сближаться.
С целью увеличения обитаемого объёма увеличивать диаметр гондолы нерационально, так как это ведёт к увеличению общей высоты глубоководного аппарата. Перспективным направлением является строительство батискафов с полисферическим (составным из нескольких сфер) прочным корпусом.
Гондолы батискафов середины XX века изготавливались из прочной легированной стали. Перспективно применять более лёгкие материалы для прочных корпусов подводных аппаратов. Пригодность материала для постройки глубоководного аппарата определяется отношением допускаемого механического напряжения к удельному весу (удельная прочность); чем больше эта величина, тем глубже может погружаться аппарат. Поэтому несколько менее прочные, но зато гораздо более лёгкие, чем сталь, материалы, имеют преимущество перед сталью. К таким материалам относятся титановые и алюминиевые сплавы, а также пластмассы. Эти материалы не подвержены коррозии в морской воде.
Механические свойства некоторых конструкционных материалов
Электропитание батискаф получает от аккумуляторов. Изолирующая жидкость окружает аккумуляторные банки и электролит, на неё через мембрану передаётся давление забортной воды. Аккумуляторы не разрушаются на огромной глубине.
Батискаф приводится в движение электрическими двигателями, движители — гребные винты. Электродвигатели защищаются таким же способом, как и аккумуляторные батареи. Если у батискафа отсутствует судовой руль — тогда поворот производился включением только одного двигателя, разворот почти на месте — работой двигателей в разные стороны.
Скорость спуска и подъём батискафа на поверхность регулируется сбрасыванием основного балласта в виде стальной или чугунной дроби, находящейся в воронкообразных бункерах. В самом узком месте воронки стоят электромагниты, при протекании электрического тока под действием магнитного поля дробь как бы «затвердевает», при отключении тока она высыпается.
Батискаф с поплавком, заполненным литием, будет иметь интересную особенность. Так как литий практически несжимаем, то при погружении относительная плавучесть батискафа будет увеличиваться (на глубине плотность морской воды возрастает), и батискаф «зависнет». Батискаф должен иметь компенсирующий отсек с бензином; для того, чтобы продолжить спуск, необходимо выпустить часть бензина, тем самым уменьшив плавучесть.
Система аварийного всплытия представляет собой аварийный балласт, подвешенный на раскрывающихся замках. От раскрытия замки удерживаются электромагнитами, для сброса достаточно отключить электрический ток. Аналогичное крепление имеют аккумуляторные батареи и гайдроп — длинный расплетённый свободно свисающий стальной канат или якорная цепь. Гайдроп предназначен для уменьшения скорости спуска (вплоть до полной остановки) непосредственно у морского дна. Если аккумуляторы разряжаются — автоматически происходил сброс балласта, аккумуляторов и гайдропа, батискаф начинает подъём на поверхность.
Погружение и всплытие батискафов
По наблюдениям Жака Пиккара и Дона Уолша (экипаж батискафа «Триест», погружение 23 января 1960 года на дно Марианской впадины) на глубине 10 км объём бензина в поплавке уменьшился на 30% (то есть на 3% на каждый километр спуска). Также следует принять во внимание уменьшение объёма бензина вследствие его охлаждения.
Батискафы
Глубоководные беспоплавковые аппараты
Обитаемые подводные аппараты, не являющиеся батискафами, называют беспоплавковыми. Такие аппараты не имеют выраженного поплавка и создают плавучесть в том числе за счёт прочного корпуса. Это условное название, так как в глубоководных аппаратах от поплавка полностью не отказываются, но вместо бензина используют более совершенную синтактическую пену. Например, аппараты «Мир» имеют 8 кубических метров синтактической пены, а «Deepsea Challenger» заполнен ей на 70 %.
Интересные факты
Батискаф
Полезное
Смотреть что такое «Батискаф» в других словарях:
Батискаф — «Триест» … Википедия
БАТИСКАФ — (от греч. bathys глубокий и skaphos судно) глубоководный самоходный аппарат для океанографических и т. п. исследований. Состоит из стального шара гондолы (экипаж 1 3 человека, приборы) и поплавка корпуса, заполненного более легким, чем вода,… … Большой Энциклопедический словарь
батискаф — оса Словарь русских синонимов. батискаф сущ., кол во синонимов: 3 • аппарат (109) • мезоскаф … Словарь синонимов
БАТИСКАФ — БАТИСКАФ, смотри Подводный аппарат … Современная энциклопедия
Батискаф — (от греч. bathys глубокий и skaphos судно * a. bathyscaph; н. Bathyskaph; ф. bathyscaphe; и. batiscafo) глубоководный автономный самоходный аппарат для океанографии, и др. исследований, см. в ст. Подводный аппарат. Горная э … Геологическая энциклопедия
БАТИСКАФ — БАТИСКАФ, а, муж. Самоходный аппарат для глубоководных исследований. | прил. батискафный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Батискаф — см. Глубоководные подводные аппараты. EdwART. Словарь терминов МЧС, 2010 … Словарь черезвычайных ситуаций
батискаф — БАТИСКАФ, а, м. Унитаз … Словарь русского арго
БАТИСКАФ — (от бати. и греч. skaphos судно), самоходный аппарат, снабженный специальной аппаратурой и предназначенный для глубоководных океанографических (в том числе экологических биоценозов пелагиали, батиали, абиссали) исследований. Экологический… … Экологический словарь
батискаф — Самоходный аппарат для подводных исследований предельных глубин моря. [ГОСТ 18458 84] Тематики средства навигации, наблюдения, управления EN bathyscaphe … Справочник технического переводчика
Что такое батискаф и чем он отличается от батисферы?
Человек – очень любознательное существо. Ему не дают покоя уголки, где он ещё не побывал, в том числе – глубины океана. На подводные лодки тут надежда слабая.
Большинство их довольствуется погружением на 400–500 метров и уходить глубже не рискуют – раздавит. Рекорд – 1027 метров – держится с 1985 года. Сопоставьте это с рекордной глубиной Мирового океана – около 11 000 метров.
Ныряющий шар
Задачу спуска на по-настоящему большие глубины удалось решить с помощью батисфер. Батисфера – это пустотелый шар с прочными стенками. Форма шара обеспечивает максимальный объём при минимальной поверхности. Первое важно для размещения внутри людей и оборудования, второе позволяет снизить давление воды извне. Кроме того, сфера намного легче, например, куба или цилиндра при одинаковой прочности стенок.
Батисфера «Век прогресса», Уильям Биби и Отис Бартон.
Батисферу крепят на тросах и опускают с корабля в глубины, а потом подымают. Вместе с тросами к батисфере подведены электрический и телефонный кабеля. Внутри шара сидит человек (а то и не один) и через толстенное стекло иллюминатора рассматривает подводный мир, подсвеченный прожектором батисферы. Дыхание обеспечивают баллоны с кислородом и вещества, очищающие воздух от избытка углекислого газа и паров воды.
Батисфера позволила достичь глубины около 1400 метров. Осваивать бóльшие глубины было сложно: нужно было наращивать толщину стенок и длину троса. Это увеличивало общий вес. Повышался риск обрыва троса, а значит, неизбежной гибели акванавтов. Плюс к тому, батисфера в воде или на дне неподвижна и много из неё не увидишь.
Под водой, но с «поплавком»
Швейцарец Огюст Пиккар конструировал воздушные шары для подъёма на высоту свыше 11 километров. Сам же на них и летал. И поскольку был учёным-физиком, сообразил, что между спуском под воду и взлётом в стратосферу есть немало общего. Почему подымается, опускается или держится над землёй воздушный шар? Потому что наполнен газом, который легче окружающей газовой смеси – воздуха. Наверное, того же можно добиться, если пристроить к батисфере ёмкость с жидкостью, которая легче воды. А к этой ёмкости, словно корзину к воздушному шару, подвесить прочную капсулу для людей и приборов. Сказано–сделано.
В 1950 году во Франции успешно испытали первый подводный аппарат нового типа – батискаф. С тех пор в промышленно развитых странах их построена не одна сотня. Конструкции отличаются, но принципиальная схема одна. Баллон-поплавок из листовой стали заполняют бензином. К баллону, обычно снизу, подвижно прикреплена кованая стальная сфера с толстыми (до 15 см) стенками и окном из прочного пластика. Иногда её встраивают непосредственно в баллон. Почему не лопаются от давления воды тонкие стенки «поплавка»? А он устроен так, что при погружении вода входит внутрь резервуара, а если аппарат поднимается – вода выходит. В результате давление на стенки изнутри и снаружи не меняется, так что им стенкам ничего не угрожает. Сбоку на поплавке установлены винты с лопастями. Их приводит в движение электромоторы, запитанные от спрятанных в сферу мощных аккумуляторов. Винты позволяют двигаться вперёд-назад, разворачиваться на месте.
Батискаф «Триест», разработанный Огюстом Пиккаром.
Внутри сферы – рубка. Её экипаж сидит у окна перед пультом. Он управляет спуском и подъёмом, работой винтов, наружных прожекторов, фото- и видеокамер, механических «рук». В поплавке есть пустые отсеки. Открывая их для воды, экипаж погружается глубже. Для всплытия сбрасывает балласт – чугунные или стальные шарики. Высыпая их порциями можно замедлить или остановить погружение и зависнуть в тоще воды. В случае аварийного подъёма на дно сбрасываются даже аккумуляторы.
На глубине с экипажем поддерживается радиосвязь. Современные батискафы позволяют работать под водой свыше двух суток.