Акваланг (статьи по дайвингу)

История появления технических средств для подводных погружений.

Люди издревле контактировали с морем, с его подводным миром. Тяга к неведомому и сугубо меркантильный интерес – вот те причины, которые заставляли человека обращать свой взор на водную стихию. Ловцы губок и жемчуга, корабельные ремонтники, военные моряки – всем этим людям приходилось с риском для жизни погружаться под воду.

Ныряльщики всегда мечтали увеличить время пребывания под водой, ограниченное возможностями легких человека. Для этого использовались тростниковые трубочки, длина которых определяла глубину погружения. Полые тростники применялись, например, в военном деле, особенно в тех случаях, когда солдаты должны были незаметно переправиться через реку. Сохранившиеся документы свидетельствуют, что предпринимались попытки использовать длинные трубки, к концу которых крепился кожаный шлем - прообраз современного водолазного шлема, позволявший ныряльщику свободно дышать. Однако маловероятно, чтобы ныряльщики в древности могли справиться с возникающим на глубине давлением, потому что уже на глубине 0.3 метра давление на грудь ныряльщика так велико, что препятствует нормальному дыханию. В XVI и XVII веках многие изобретатели стремились сконструировать аппараты, которые позволили бы ныряльщикам свободно дышать под кодой. Публиковались рисунки различных конструкций, к сожалению, достаточно несовершенных, и мечта о долгом пребывании под водой оставалась всего лишь мечтой. В XVI веке был изобретен первый известный деревянный водолазный колокол с открытыми краями. Его утяжеляли, подвешивали я вертикально опускали в воду. тем самым захватывая воздух по всей окружности. Таким образом, у ныряльщика, находившегося внутри, появлялся запас сжатого воздуха, и он мог, задержав дыхание, выходить из-под колокола в воду. Первое упоминание о водолазном колоколе относится к 1531 году, и с этого времени он стал использоваться постоянно. В 1690 году английский астроном Эдмунд Галлей построил более совершенный водолазный колокол, подсоединив к нему шланги подачи воздуха от небольших водолазных колоколов (перевернутых "ведер" со свежим воздухом), опущенных перед основным колоколом. Как только ведро оказывалось па дне, его клапан открывался и благодаря высокому давлению свежий воздух поступал в основной водолазный колокол, пополняя его запас. Колокол имел также отверстия для удаления выдыхаемого воздуха. Галлей и его четыре помощника продемонстрировали эффективность изобретения, пробыв и Темзе полтора часа на глубине 18 метров. В 1715 году другой англичанин, Джон Летбридж, изобрел "ныряльную машину" проточин современного жесткого водолазного скафандра. Человек находился внутри металлическою цилиндра с крышкой, оборудованного стеклянным иллюминатором для обзора и двумя отверстиями для рук с герметичными манжетами, позволявшими работать под водой. Аппарат доставлялся на место на корабле и спускался с него как водолазный колокол. С его помощью Летбридж успешно осуществил подъем разных предметов с затонувших кораблей. В 1749 году он написал письмо в популярный журнал, в котором сообщил, что глубина его рабочего погружения составляла 18 метров и что на такой глубине он мог оставаться 34 минуты. Однако при этом в конструкции аппарата не были преодолены недостатки водолазного колокола - отсутствовали маневренность и постоянная подача свежего воздуха. Подъем имущества с затонувших кораблей был доходным делом, нуждавшемся в новых изобретениях водолазного снаряжения.

Августу Зибе приписывают изобретение первого водолазного костюма, но он был лишь одним из нескольких изобретателей того времени, проводивших подобные эксперименты. Братья Джон и Чарльз Дины, активно занимавшиеся подъемом грузов с затонувших кораблей, получили в 1823 году патенты на "дымовой аппарат", предназначавшийся для использования пожарными. Через пять лет на его основе они изобрели "патентованное водолазное облачение Дина", которое состояло из тяжелого костюма для защиты от холодной воды и освинцованного шлема с иллюминаторами для наблюдения, прикрепленного на плечах водолаза и подсоединенного через шланг к источнику воздуха на поверхности. Выдыхаемый воздух выходил через край шлема и не создавал никаких проблем, пока водолаз находился в вертикальном положении. Угроза жизни водолаза возникала при его падении, так как в этом случае шлем быстро наполнялся водой. Зибе усовершенствовал их изобретение, герметично соединив шлем с костюмом, доходившим до пояса. Такая конструкция была гораздо безопаснее, она не только позволяла выдыхаемому воздуху выходить наружу через край водолазного костюма, но и предотвращала попадание воды в шлем, когда водолаз терял равновесие. В 1840 году Зибе изобрел выпускной клапан, благодаря которому появился полномерный водолазный костюм, известный как "усовершенствованный водолазный костюм Зибе" и ставший предшественником современного глубоководного водолазного костюма с подачей воздуха с поверхности. Хотя в это время разрабатывался и другой аппарат, именно костюм Зибе был утвержден для использования Королевскими саперными войсками в работах по удалению обломков военного корабля "Ройал Джордж", препятствовавших якорной стоянке у входа в порт города Портсмута в Англии. Водолазный костюм Зибе получил благодаря этому хорошую рекламу. Более того, командующий операцией полковник Уильям Пейсли рекомендовал использовать костюм Зибе во всех дальнейших подводных работах. Очень быстро снаряжение Августа Зибе нашло широкое применение на всех флотах мира. Интересно отметить, что официальный правительственный историк, протоколировавший подъем ценностей с затонувшего корабля "Ройал Джордж" и удаление его обломков, обратил внимание на жалобы водолазов, работавших в 6-7 - часовых сменах на глубине до 20 метров, на "ревматизм и холод". Но никто в то время не подозревал, что это симптомы водолазной болезни, о которой станет известно несколько лет спустя. Это была декомпрессионная или кессонная болезнь.

Открытие кессонной болезни.

Декомпрессионная болезнь известна также под другим названием кессонная болезнь. С помощью "кессонов" (по-французски "ящики"), в которые постоянно подавали сжатый воздух, в работах под водой, например при рытье котлованов для мостов или же сооружении тоннелей, создавались "сухие" условия труда. По мере того, как расширялось строительство, требующее выполнения различных подводных работ, болезнь среди кессонных рабочих, трудившихся по 8 и более часов, получала все большее распространение. Именно кессонные рабочие, строившие Бруклинский мост в Нью-Йорке, дали болезни ее краткое название - "кессонка". Это самая известная болезнь, связанная с водолазным делом. Французский физиолог Поль Бер тщательно изучил кессонную болезнь и в 1878 году сделал открытие, заключавшееся в том, что при вдыхании воздуха под высоким давлением происходит растворение азота в крови и тканях тела. При стремительном снижении давления азот слишком быстро возвращается в газообразное состояние и не успевает выходить из тела обычным путем. В результате во всем теле образуются пузырьки газа, вызывающие ту боль, которую водолазы и строительные рабочие приписывали ревматизму. Рекомендованный Бером медленный подъем на поверхность кессонных рабочих и водоливов привел к улучшению их самочувствия и сокращению количества смертей от несчастных случаев. Бер также обнаружил, что воздействие кессонной болезни можно полностью нейтрализовать обычным повышением давления. Благодаря этому открытию в 1893 году была создана первая в Америке декомпрессионная барокамера. Ее использование помогло при строительстве тоннеля под рекой Гудзон между Нью-Йорком и Нью-Джерси.

Декомпрессионные таблицы.

Медленный подъем на поверхность, рекомендованный Бером, не решил всех проблем. Кессонная болезнь продолжала преследовать водолазов, пытавшихся работать ниже 40 метров. Независимо от времени, проведенного под водой, снижалась их работоспособность, некоторые водолазы даже теряли сознание. В 1905-1907 годах английский физиолог Дж. С. Холдейн исследовал причины заболеваний водолазов Королевских ВМС Великобритании и пришел к выводу, что недостаточная вентиляция водолазных шлемов приводила к росту количества диоксида углерода и отравлению водолаза. Чтобы устранить этот недостаток, Холдейн предложил увеличить приток свежего воздуха в водолазный шлем. Он также составил таблицы, определившие максимальное время нахождения на разных глубинах, и изобрел ступенчатый способ подъема водолаза. Хотя таблицы Холдейна со временем подвергались переоценке и корректировке, они по-прежнему являются основой общепринятого способа подъема водолаза на поверхность. Благодаря открытиям Холдейна стало возможным увеличить глубину погружения до 65 метров - максимальной глубины, на которую ручные насосы того времени могли подавать воздух. Вместе с тем на глубине около 30 метров и более начал проявляться новый недуг возникало состояние эйфории, странным образом воздействующее на водолазов. Часто случалось, что у них полностью пропадало чувство ответственности. Этот синдром стал известен как "экстаз бездны", сегодня его называют "азотным наркозом". Причины недуга были исследованы в 20-х годах XX века. Оказалось, что при вдыхании азота под давлением в действие вступают его анестезирующие свойства. Глубины притягивали воображение как любителей, так и профессионалов, для их покорения предпринималось много попыток усовершенствовать водолазное оборудование. Одним из направлений стало производство высокопрочных водолазных костюмов, способных выдерживать давление воды и предоставляющих водолазам возможность дышать воздухом при нормальном атмосферном давлении. Считали, что при устранении воздействия давления водолаз сможет опускаться на большие глубины. Однако технически было сложно изготовить достаточно прочный, способный выдерживать воздействие давления воды, и в то же время гибкий костюм. Поиски продолжались примерно до 60-х годов XX века, когда появились сверхпрочные материалы и были разработаны новые модели: костюм Джим и костюм Ньют.

Изобретение акваланга.

В то время, когда существовало сильное желание перерезать "пуповину", осуществлявшую подачу воздуха с поверхности, и дать водолазу полную свободу, еще не была разработана технология производства автономного аппарата для дыхания под водой (Self-contained underwater breathing apparatus , СКУБА). Перед изобретателями стояли три проблемы.

Во-первых, не был известен способ приводить воздух в сжатое состояние, чтобы водолаз имел возможность находиться под водой и пользоваться им хотя бы короткое время.

Во-вторых, не производились еще легкие и прочные при растяжении металлы для изготовления портативного баллона, который водолаз мог бы взять с собой.

И наконец, не знали, как уменьшить давление воздуха, находящегося в баллоне, до необходимою уровня.

Прошло еще некоторое время, пока человек не придумал способ автономного передвижения под водой. Мечты стали реальностью с изобретением акваланга. В течение нескольких лет было разработано три его основных вида: с замкнутой, полузамкнутой и открытой схемами дыхания. Интересно проследить краткую историю создания акваланга. Изобретение составных частей аппарат дыхания под водой происходило не одномоментно. Первый регулятор подачи воздуха с поверхности был запатентован в 1866 году Бенуа Рукейролем. Позже регулятор был приспособлен к использованию в акваланге. В 1878 году X. А. Флеусс изобрел первый удачный подводный аппарат с замкнутой схемой дыхания, использующий чистый кислород. Его аппарат состоял из прорезиненной тканой оболочки, дыхательного мешка, медного цилиндра, содержащего кислород и поглотитель углекислого газа. Поскольку водолаз повторно дышал выдыхаемым воздухом, в систему вручную добавлялся кислород. Хотя этот аппарат и был примитивным, но работал неплохо.

Однако вскоре у водолазов возникли новые проблемы, так как в то время не было известно, что чистый кислород, вдыхаемый под давлением, становится токсичным на глубине более 20 метров и время его вдыхания должно быть ограничено. Когда началась первая мировая война, был усовершенствован регулятор подачи кислорода и изготовлены баллоны, которые могли выдерживать давление газа до 200 кг/см2. Это позволило автономному аппарату с замкнутой схемой Флеусса стать штатным спасательным оборудованием для подводного флота Великобритании. Офицеру ВМС Франции капитану II ранга Ле Приеру несколькими десятилетиями позже удалось сконструировать аппарат для дыхания с высокопрочным баллоном сжатого воздуха. Аппарат Ле Приера улучшил Жорж Комейнтес. Вместо одного баллона для сжатого воздуха он поставил два. Но все же аппарат оставался несовершенным. Несмотря на недостатки в применении и риск кислородного отравления, наибольшей популярностью пользовались акваланги с замкнутой схемой дыхания. Во время второй мировой войны они использовались всеми воюющими сторонами.

1. Однако появление подобных приспособление не могло решить три ключевые проблемы, стоящие перед человеком под водой:

относительная безопасность ныряльщика (был высок процент баротравм и смертельных исходов)
автономность ныряльщика (человек был неразрывно связан с поверхностью)
мобильность ныряльщика (приспособления были слишком громоздкими)

Такая ситуация создала некоторые предпосылки для того, чтобы в 1943 году Жак Ив Кусто, человек, фанатично увлеченный морем, положил начало почти 20-летнему пути, который прошел акваланг – с момента создания пробного образца и до его массового распространения и производства.

2. Следует подчеркнуть, что весь инновационный процесс зиждился почти полностью на голом энтузиазме молодого ученого, не был ни прямым результатом научно-технического прогресса, ни реакцией на запрос рынка. Весь инновационный процесс осуществлялся силами самого ученого и его друзьями и соратниками (Эмилем Ганьяном, Филиппом Тайе и другими)

3. К числу основных стимулов инновационного процесса следует отнести личные мотивы самого исследователя. Долгое время прожив на берегу Атлантического океана, Кусто страстно любил море. Будучи военным моряком, он поступил в Академию военно-морской авиации, желая в небе быть полезным своей родине. Однако тяжелая автокатастрофа нарушила его планы. Оправившись, он решает реализовать себя в области подводных исследований. Таким образом, становится понятно, что любовь к стихии и к родине – вот то, что заставило Кусто изобрести акваланг.

4. С первых же шагов изобретатель столкнулся с серьезными трудностями:

Вторая Мировая война не только сделала невозможным создание мощной материально-технической базы, но и свела к минимуму научные контакты на европейском континенте. С окончанием войны проблемы обмена научной информацией отпали сами собой, но вопросы материального обеспечения и признания изобретения Кусто продолжали оставаться актуальными вплоть до начала 60-х.

5. Говоря о самом процессе инновации необходимо выделить несколько этапов:

а) зарождение идеи – в конце 30х – начале 40х Кусто, превосходный пловец и моряк задумывается о создании прибора для подводного плавания и знакомится с инженерными новинками, призванными облегчить пребывание человека под водой (преимущественно итальянского производства) – можно соотнести с этапом фундаментальных исследований

б) использует полученные в военно-морской и авиационной академиях знания для проектирования «подводных легких» и конструирует пробную модель акваланга. Она оказывается неудачной – отравление чистым кислородом – прикладные исследования и разработка

в) в результате успешных испытаний на Ривьере окончательно формулируется техническая концепция акваланга. В начале 50-х формируется Группа научных изысканий, в рамках которой организуется опытное производство образцов – со сжатым воздухом, а не кислородом, окончательно разрабатывается первая ступень, компенсирующая давления воздуха – опытное производство

г) 60-е – массовое распространение акваланга, появление коммерческих производителей акваланга для широкого потребления

В рамках инновационного процесса Кусто были сформулированы цели, составляющие своеобразную иерархию: «чтобы человек плавал как рыба», «чтобы не было в море тайн», решение экологического вопроса.

Огромную роль в успехе акваланга сыграл тот факт, что, будучи созданным для целей узкоспециальных, этот аппарат оказался востребованным в обычной жизни. Существуют 3 направления применения акваланга: научное (подводная биология, археология, геология и т.д.), коммерческое (инженерно-технические мероприятия под водой) и военное (подрыв судов, шпионаж, установление минных заграждений