Сагалевич А.М.

Глубоководным обитаемым аппаратам «Мир-1» и «Мир-2» — 30 лет

Глубоководным обитаемым аппаратам «Мир-1» и «Мир-2» — 30 лет

В 1987 году были введены в практику научных исследований океана глубоководные обитаемые аппараты «Мир-1» и «Мир-2». В течение 30 лет с их помощью проведен широкий спектр глубоководных операций: научные исследования океана, включая наиболее активные районы на дне — гидротермальные поля; съемки художественных и документальных фильмов, которые принесли аппаратам мировую известность; специальные операции по решению задач государственной значимости на затонувших атомных подводных лодках «Комсомолец» и «Курск»; прямая телевизионная трансляция с больших глубин океана через спутник на Землю; погружения под лед в точке географического Северного полюса; трехлетний цикл научных исследований на озере Байкал и т.д. За время 30-летней эксплуатации для аппаратов «Мир» не было нерешаемых задач на больших глубинах океана. Они по праву заняли лидирующее положение в области глубоководных исследований океана в мире, были признаны лучшими аппаратами в техническом плане за всю историю создания подобных технических средств Американским центром развития технологий в 1994 году. Некоторые результаты и детали названных выше глубоководных операций, а также технические инновации, разработанные и внедренные в процессе эксплуатации аппаратов «Мир», рассматриваются в настоящей статье.

Анатолий Михайлович Сагалевич

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН, Москва

E-mail: sagalev1@yandex.ru

Наблюдения человека под водой — это последнее и наиболее достоверное звено в большой цепи исследований, проводимых с борта судна с помощью различных технических средств.

А. М. Сагалевич

Наши представления о планете Земля неразрывно связаны с развитием технических средств изучения океана. Они коренным образом изменились в 50-е годы ХХ века, когда был накоплен большой объем научных данных о строении дна океана, полученных с помощью эхолотирования и сейсмических методов исследований. Это позволило американским ученым М. Дитцу и Г. Менарду в 1952–53 гг. впервые описать трансформные разломы в Тихом океане. Применение систем непрерывного сейсмопрофилирования, магнитометрии и гравиметрии дало возможность М. Юингу и Б. Хизену сделать заключение о существовании срединных океанических хребтов и описать систему рифтовых зон океана протяженностью около 60000 километров. На базе этих данных в 60-е годы была создана принципиально новая теория строения Земли, базирующаяся на существовании тектонических плит, находящихся в постоянном движении. Внедрение этой теории получило название Революции Вегенера, в честь великого немецкого ученого Альфреда Вегенера, предсказавшего теорию движения континентов еще в 1914 г.

Все экспедиции ГОА «Мир» с комментариями начальника экспедиций Анатолия Сагалевича.
Видео: Студия ИОРАН

Дальнейшие исследования строения океанической коры требовали применения новых технических средств, которые позволили бы детализировать геологическое строение океанского дна в наиболее активных его районах. Как показала многолетняя практика, эта задача наиболее эффективно решается с помощью глубоководных обитаемых аппаратов (ГОА). Сравнительно небольшие, маневренные, свободно перемещающиеся, оснащенные современным научным оборудованием, они представляют собой подводные исследовательские лаборатории, способные решать любые научные проблемы в локальных районах океанского дна: прицельно измерять различные параметры, отбирать геологические и биологические образцы и пробы воды с точной навигационной привязкой, проводить видео- и фотосъемку морского дна и т. д. Постоянный контроль процесса исследований со стороны ученого и прямые визуальные наблюдения через иллюминаторы являются теми преимуществами обитаемых аппаратов, которые не могут быть обеспечены другими техническими средствами исследований.

Таблица 1. Эффективность использования времени на дне

Тип аппарата Поиск объекта после посадки на дно Отбор образцов. Прос­той камень, животное Отбор образцов. Слож­ный отбор флю­и­да, жи­вот­ных слэп-ганом Видео вы­со­ко­го ка­чест­ва Измере­ния (гидрофи­зи­чес­кие, химичес­кие) Визуаль­ные наб­лю­де­ния
ГОА < 30 мин 5–10 мин < 30 мин 100% непрерыв­но, бази­ру­ясь на пря­мых наблю­де­ниях 100% достоверные 100% — прямые через иллю­ми­на­тор
Телеуправ­ля­емый 60–90 мин 40–60 мин Не произ­во­ди­лось (слиш­ком сложно) 20% — фраг­мен­тар­ные записи Записи на фоне помех (ра­бо­та дви­га­те­лей) 30% — на экра­не мо­ни­то­ра

В последнее время для проведения научных исследований на больших глубинах начали применяться телеуправляемые аппараты. Однако, как показывает практика, их эффективность гораздо ниже, чем обитаемых, ввиду гораздо бóльших временных затрат на проведение различных операций вблизи дна, а также наличия кабеля, связывающего аппарат с судном и создающего массу проблем при неблагоприятных погодных условиях. Кроме того, применение телеуправляемых аппаратов предполагает постоянное использование системы динамического позиционирования на судне обеспечения, что обуславливает длительную работу движительного комплекса, а, следовательно, высокий расход топлива при проведении глубоководных операций. В таблицах 1 и 2 приведены статистические данные, полученные на основе анализа работы нескольких телеуправляемых аппаратов и обитаемых аппаратов «Мир». Эти данные показывают, что обитаемые аппараты имеют целый ряд преимуществ в плане временных и энергетических затрат при проведении операций по научным исследованиям перед телеуправляемыми. Кроме того, одним из главных преимуществ ГОА является то, что ученый принимает непосредственное участие в научных наблюдениях, находясь под водой и управляя процессом исследований [9]Сагалевич А. М. Океанология и подводные обитаемые аппараты. Методы исследований. 1987, М., Наука, 256 с.

Таблица 2. Потребление топлива судном обеспечения во время подводных операций

Судно Тип аппарата Режим работы судна Потребление топлива (сутки)
НИС «Академик Мстислав Келдыш» ГОА «Мир» Сво­бод­ный дрейф, эпи­зо­ди­чес­кие пере­ме­ще­ния со ско­ростью 3-4 узла 3–4 тонны
AOS (1500 тонн) Телеуправляемый аппарат Дина­ми­чес­кое позици­о­ни­ро­ва­ние — посто­ян­но рабо­та­ющие дви­га­тели 8–10 тонн

Величайшее открытие ХХ века — открытие гидротермальных полей на дне океана — было сделано в 1977 году на Галапагосском рифте. В течение 35 лет открыто около 200 районов с разными типами гидротермальных излияний на дне океана. Большинство из них исследовалось учеными визуально через иллюминаторы обитаемых аппаратов.

Именно открытие гидротермальных полей стимулировало создание ГОА с рабочей глубиной 6000 м в ведущих океанологических державах в 80-е годы ХХ века. В течение десяти лет в мире было создано пять обитаемых шеститысячников, технические данные которых приведены в таблице 3. В середине 90-х аппарат «Си Клифф» выведен из эксплуатации, и в настоящее время в мире имеется 8 ГОА, способных погружаться на 6000 м. Развитие этого направления в мире продолжается. В 2012 г. в Китае введен в эксплуатацию ГОА с рабочей глубиной 7000 м, в США произведено переоборудование аппарата «Алвин» на глубину 6500 м. В ВМФ Российской Федерации введены в строй «Консул» и «Русь» (оба — 6000 м).

Таблица 3. Технические данные пяти обитаемых шеститысячников

Параметр Наутил Си-Клиф* Мир-1 и Мир-2 Шинкай 6500
Сухой вес, т 18.5 29.0 18.6 26.0
Длина, м 8.0 8.6 7.8 9.5
Ширина, м (с боковыми двигателями) 2.7 3.6 3.8 2.7
Высота, м   без рубки 3.45 3.4 3.0 3.2
Высота, м   с рубкой 3.45
Запас энергообеспечения, кВт/ч 50 60 100 43
Запас жизнеобеспечения, чел/ч 390 300 246 380
Максимальная скорость, миль/ч 2.5 2.0 5.0 2.5
Запас плавучести (с поверхности), кг 200 250 290 200
Численность экипажа 3 3 3 3
Диаметр главной сферы, м 2.1 2.1 2.1 2.
Ма­те­ри­ал глав­ной сфе­ры Ти­та­но­вый сплав Ти­та­но­вый сплав Ни­ке­ле­вая сталь Ти­та­но­вый сплав
Год постройки 1985 1986 1987 1989

* Аппарат «Си Клифф» выведен из эксплуатации в 1998 году

ГОА «Мир-1» и «Мир-2» построены в Финляндии на фирме Раума-Репола по совместному советско-финскому проекту и под руководством ученых ИО РАН. Руководителем проекта по созданию аппаратов был И. Е. Михальцев, его заместителем — А. М. Сагалевич. Создание аппаратов заняло 2,5 года: от подписания контракта 16 мая 1985 года до подписания акта сдачи-приемки 17 декабря 1987 года. Строительство аппаратов завершилось глубоководными испытаниями на глубинах 6170 м («Мир-1») и 6120 м («Мир-2»). В начале 1988 года состоялась первая экспедиция в Атлантику.

Особенности конструкции аппаратов «Мир»

На последнем этапе постройки ГОА «Мир» в сентябре–октябре 1987 г. НИС «Академик Мстислав Келдыш» был переоборудован как судно-носитель двух ГОА. В настоящее время это единственное судно в мире, которое может работать с двумя обитаемыми аппаратами одновременно (рис. 1). Такой подход дает возможность не только значительно повысить эффективность исследований, но и способствует обеспечению безопасности погружений благодаря непосредственному взаимодействию аппаратов под водой вблизи друг друга.

ГОА «Мир-1» и «Мир-2» идентичны по конструкции и рассчитаны на рабочую глубину 6000 м [1]Сагалевич А. М. Глубина. Научный мир, М., 2002. 319 с. Краткий перечень их преимуществ следует начать с их энергоблока. Общая емкость аккумуляторных батарей (NiCd) составляет 100 кВт-час на каждый аппарат. Это в два раза больше энергетического запаса других ГОА с рабочей глубиной 6000 м. Такая высокая энергетика дает возможность выполнять подводные операции в течение 17–20 часов непрерывного подводного цикла. Кроме того, это позволяет устанавливать на каждый аппарат большой комплекс научного и навигационного оборудования. Уникальной особенностью ГОА «Мир» является устройство балластной системы. Зарубежные шеститысячники для отрыва аппарата от грунта и всплытия сбрасывают твердый балласт, оставляя на дне либо куски железа («Алвин»), либо мешки с песком («Наутил»). Аппараты «Мир» для балластировки используют только водяной балласт. Плавучесть аппарата регулируется с помощью системы переменного балласта путем приема воды в три прочные сферы и откачки ее из них с помощью насоса высокого давления. Такая система дает практически неограниченные возможности для вертикального маневрирования аппарата. ГОА «Мир» оснащены современными средствами подводной навигации. Они позволяют определять точное положение аппарата под водой относительно донных гидроакустических маяков, постановка и калибровка которых осуществляется с борта судна по данным системы спутниковой навигации. В процессе эксплуатации в дополнение к гидроакустической системе с длинной базой по донным маякам на аппаратах «Мир» установлены и введены в строй инерциальные системы навигации на базе оптоволоконного гирокомпаса и доплеровского измерителя скорости. Аппараты оборудованы гидрофизическими и гидрохимическими датчиками, специальными устройствами для отбора образцов и другой научной аппаратурой. Два идентичных манипулятора (правый и левый) с семью степенями свободы дают возможность отбирать различные образцы — от весьма хрупких до больших и тяжелых весом до 80 кг. ГОА «Мир» снабжены современной видеоаппаратурой для подводных видеосъемок, а также подводными фотосистемами.

Эксплуатация аппаратов «Мир»

30-летний период использования ГОА «Мир» для проведения научных исследований океана и подводно-технических работ может быть разделен на три этапа. Первый этап — с 1988 по 1991 г., и второй — с 1992 по 2011 г. и третий — с 2012 г. по настоящее время. На первом этапе аппараты «Мир» применялись главным образом для проведения научных исследований в рамках бюджетного финансирования в соответствии с экспедиционным планом ИО РАН. На этом этапе с помощью аппаратов решались именно те задачи, для которых они были созданы. Второй этап характеризуется полным отсутствием бюджетного финансирования, в связи с чем большинство экспедиций проводилось на коммерческой основе, главным образом с зарубежными организациями. В этих экспедициях выполнялись как комплексные научные исследования, так и работы по обследованию затонувших объектов, съемкам глубоководных фильмов, археологические изыскания и др. Однако в каждой экспедиции проводились научные исследования как в основных районах работ, так и в районах, лежащих на пути следования судна. Такой подход позволил провести большой объем исследований в рифтовых зонах и на гидротермальных полях Атлантического и Тихого океанов, подводных поднятиях и в абиссали [10]Sagalevitch А. М. MIR submersibles in science and technology. Marine Technology Society Journal, 1996, Vol. 30, № 1, pp. 7–12. На втором этапе лишь экспедиции, в которых решались задачи большой государственной значимости (работы на АПЛ «Комсомолец» и «Курск») и которые организовывались на основании специальных приказов президентов РФ, финансировались из федерального бюджета. В течение 1988–1991 гг. было проведено 7 экспедиций по научным программам и одна специальная экспедиция к месту аварии атомной подводной лодки «Комсомолец». В научных экспедициях основным направлением исследований являлось изучение гидротермальных полей Тихого и Атлантического океанов, а также подводных поднятий и подводных гор Восточной Атлантики, Средиземного моря и центральной части Индийского океана.

Второй этап использования ГОА «Мир» может быть разбит на два периода: 1991–2006 г., когда аппараты являлись неотъемлемой частью глубоководного комплекса, базируясь на борту НИС «Академик Мстислав Келдыш» («АМК»), и проводили работы в океане; 2007–2012 гг., в течение которых «Миры» использовались без НИС «АМК», который предполагалось сдать в аренду без аппаратов. С этого момента единственный глубоководный комплекс в мире с двумя обитаемыми шеститысячниками на борту практически перестал существовать, и заведующий Лабораторией ГОА А. М. Сагалевич был вынужден искать пути применения «Миров» без использования океанического судна обеспечения, главным образом для исследований внутренних водоемов. И, наконец, на третьем этапе (с 2012 г. по настоящее время) ГОА «Мир» простаивали, не имея спроса без судна-носителя, хотя предложения по их использованию в океане были всегда. Имеются они и сейчас, но НИС «АМК» требует большого ремонта, ибо комплекс обслуживания «Миров» на этом судне не использовался более 10 лет и требует восстановления.

В период 1991–2006 гг. на НИС «АМК» с ГОА «Мир» на борту проведено 30 экспедиций, из которых пять посвящены работам на АПЛ «Комсомолец», затонувшей в Норвежском море на глубине 1700 м в 1989 г., и одна — обследованию АПКр «Курск», затонувшего в Баренцевом море на глубине 108 м в 2000 г. Остальные экспедиции проводились по контрактам с зарубежными научными организациями, кино- и телевизионными компаниями и фирмами. В четырех экспедициях велись целенаправленные научные исследования океана в Атлантике, в 7-ми производились съемки глубоководных фильмов, 5 экспедиций посвящены туристическим погружениям и 4 экспедиции — поиску и обследованию лежащих на дне объектов.

Таблица 4. Общее количество экспедиций, проведенных с ГОА «Мир», в разные периоды и их специализация.

NN пп Специализация экспедиции 1987–1990 1991–2012 Итого
1 Наука 7 9 16
2 Решение задач государственной значимости («Комсомолец», «Курск») 1 6 7
3 Кино– и видеосъемки 7 7
4 Подводный туризм 5 5
5 Поиск затонувших объектов, подводно-технические работы 4 4
Итого 8 31 39

В период 2007–2012 гг. «Миры» работали по следующим программам:

  1. 2007 г. — глубоководные погружения на дно в точке географического Северного полюса, во время которых аппараты базировались на э/с «Академик Федоров», принадлежащего ААНИИ;
  2. 2008–2010 гг. — трехлетний цикл научных исследований озера Байкал;
  3. 2011 г. — изучение экологии Женевского озера.
  4. Таблица 5. Данные по направленности погружений ГОА «Мир» в течение 30 лет.

    NN пп Направленность погружений Количество погружений
    1 Наука 552
    2 Под­вод­но-тех­ни­чес­кие ра­бо­ты 117
    3 Кино- и видео­съемки 246
    4 Поиск и ар­хеология 102
    5 Под­вод­ный туризм 78
    Итого 1095

    В таблице 4 приведены данные по общему количеству экспедиций в разные периоды и их специализация. В таблице 5 — данные по направленности погружений аппаратов. В таблице 6 — сведения по глубинам, на которые погружались ГОА «Мир» в течение 25 лет. Как видно из таблиц 4 и 5, наибольшее количество экспедиций и погружений аппаратов «Мир» проводилось по научным программам, несмотря на отсутствие бюджетного финансирования на организацию экспедиций в период 1991–2012 гг. Анализ данных, приведенных в таблице 6 показывает, что предельные глубины занимают очень малый процент в общем количестве погружений. Это связано с тем, что аппараты используются для решения конкретных задач на объектах, лишь некоторые из которых находятся на предельных или близких к ним глубинах.

    Таблица 6. Данные по глубинам, на которые погружались ГОА «Мир» в течение 30 лет

    Глубина, м «Мир-1» «Мир-2»
    0 – 1000 101 107
    1000 – 3000 218 224
    3000 – 5000 183 185
    5000 – 6000 33 41
    > 6000 2 1
    Итого 537 558

Основные достижения

В течение 30-летней эксплуатации ГОА «Мир» можно выделить следующие основные научные и технические направления:

  1. Комплексные научные исследования.
  2. Решение задач большой государственной значимости.
  3. Глубоководные кино- и видеосъемки с зарубежными профессиональными киностудиями.
  4. Глубоководные операции с разработкой и внедрением инновационных технологий и методик.
  5. Научные исследования во внутренних водоемах на континенте.
  6. На рисунке 2 приводится карта районов, в которых проводились работы с применением ГОА «Мир». Перечень районов работ дан в таблице 7. Ниже приводится краткий анализ результатов, полученных с помощью ГОА «Мир» по каждому из пяти направлений, названных выше.

    Таблица 7. Районы глубоководных исследований с помощью ГОА «МИР».

    Проводимые исследования, работы Год
     1 Глубоководные испытания ГОА «Мир-1» 1987
     2 Глубоководные испытания ГОА «Мир-2» 1987
     3 Гора Марсили 1988
     4 Гора Ормонд 1988
     5 Гора Вавилова 1988
     6 Гидротермальное поле ТАГ 1988, 1991, 1994, 2002
     7 Подводная гора Маньяги 1988
     8 Подводная гора Мир 1988
     9 Район гидротермального поля Снейк Пит 1988, 2002
     10 Методические работы 1989
     11 Кингс Трог 1989
     12 Канарская котловина 1989
     13 Бермудское поднятие 1989, 1991
     14 АПЛ «Комсомолец» 1989, 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1998, 2007
     15 Бассейн Вудларк 1990
     16 Бассейн Гуаймас 1990, 2003
     17 Бассейн Лау 1990
     18 Бассейн Манус 1990
     19 Вулкан Лоихи 1990
     20 Вулкан Пийпа 1990
     21 Гидротермальное поле 21 N 1990, 2003
     22 Гора Афанасия Никитина 1990
     23 Гора Франклин 1990
     24 Каньон Монтерей 1990
     25 Планктонные исследования 1990
     26 Планктонные исследования 1990
     27 Планктонные исследования 1990
     28 Планктонные исследования 1990
     29 Планктонные исследования 1990
     30 Подводная гора Добу 1990
     31 Полигон Тонга 1990
     32 Район вулкана Пийпа 1990
     33 Съемки глубоководных акул в Индийском океане 1990
     34 «Титаник» 1991, 1995, 1998, 1999, 2000, 2001, 2005
     35 Балтийское море 1991
     36 Балтийское море 1992
     37 Хребет Рейкьянес 1992
     38 Мексиканский залив 1993
     39 Подъем притопленных буйковых станций 1993
     40 Балтийское море 1994
     41 Гидротермальное поле Броккен Спур 1994, 1996, 2003
     42 Гидротермальное поле Логачева 1995, 1998
     43 Поиски канадского судна 1995
     44 Поиски японской подводной лодки 1995
     45 Хребет Мона 1995
     46 Методические работы 1996
     47 Видео-фотосъемки на японской подводной лодке 1998
     48 Гидротермальное поле Рейнбоу 1998, 1999, 2002
     49 Грязевой вулкан Хаакон Мосби 1998
     50 АПЛ «Курск» 2000
     51 Линкор «Бисмарк» 2001, 2005
     52 Самое глубоководное деревянное судно 2001
     53 Гидротермальное поле 9 N 2002, 2003
     54 Гидротермальное поле Лаки Страйк 2002, 2003
     55 Гидротермальное поле Лост Сити 2002, 2003
     56 Гидротермальное поле Менез Гвен 2002, 2003
     57 Разлом Чарли Гиббс 2003
     58 Погружения в точке географического Северного полюса 2007
     59 Озеро Байкал 2008–2010
     60 Женевское озеро 2011

    Комплексные научные исследования

    Глубоководные исследования с применением ГОА «Мир» проводились более, чем в 50 районах Мирового океана. Наиболее интересный и полный комплекс научных исследований проведен на гидротермальных полях Атлантического и Тихого океанов, причем это направление в изучении океана характерно для всего периода эксплуатации ГОА «Мир»: от первой научной экспедиции 1988 года в район ТАГ до последних работ на поле Рейнбоу в 2005 году [3]Богданов Ю. А., Сагалевич А. М. Геологические исследования с глубоководных обитаемых аппаратов «Мир». Научный мир, М., 2002, 270 с. Аппараты «Мир» проводили работы в 20 гидротермальных районах Атлантического и Тихого океанов. В Атлантике в первых экспедициях с ГОА «Мир» был проведен комплекс исследований на гидротермальном поле ТАГ, где найдена целая цепочка неактивных гидротермальных холмов, сложенных сульфидными рудами с высоким содержанием меди, цинка, никеля, кобальта, железа, золота, серебра и других металлов. Среди них открыто самое крупное гидротермальное рудное образование из известных в настоящее время, в котором депозит рудного вещества оценен в 10 млн тонн. Эти мощные запасы мультиметаллических сульфидных руд, открытые учеными ИО РАН, представляют большой интерес с точки зрения их возможной промышленной разработки в будущем.

    В январе 1994 г. учеными НИИ Севморгеологии из Санкт-Петербурга открыто новое гидротермальное поле на 14°45″ Срединно-Атлантического хребта (поле Логачёва). В 1995 г. во время двух погружений аппаратов «Мир» проведены визуальные наблюдения, отобраны геологические образцы, образцы животных, пробы воды и взвеси из плюма, сделаны видеозаписи, подводные фотографии и гидрофизические измерения. Во время погружений впервые обнаружены курильщики кратерного типа, которые не имеют «классической» трубы, а «дым» валит прямо из углубления на дне. Причем, черный дым-флюид не поднимается вверх, как в других районах, а стелется по дну, направляемый донными течениями. Анализ пробы, отобранной непосредственно из плюма, показал его высокую плотность. Этот фактор, а также нахождение в этом гидротермальном поле ультраосновных пород позволили заключить, что в данном случае плюм формируется в глубинных слоях океанической коры, на ее границе с верхней мантией Земли. Гидротермальное поле такого типа найдено впервые. Анализ поднятых со дна образцов показал их явную медную специализацию. В некоторых из них содержание меди доходило до 35% [5]Богданов Ю. А., Лисицын А. П., Сагалевич А. М., Гурвич Е. Г. Гидротермальный рудогенез океанского дна. Монография. М., Наука, 2006, с. 526. Российские ученые первые описали и ландшафты, и типы гидротермальных излияний, и основные виды обитающих здесь животных. Зарубежные коллеги называют этот район «Русской точкой». Несколько позже — в 1998–2005 гг. с помощью аппаратов «Мир» проводились исследования в районах Рейнбоу и Лост Сити, в которых формирование рудопроявлений и гидротермальных излияний также основывается на процессах глубинной гидротермальной циркуляции.

    В 2002–2003 годах проведен большой комплекс исследований в Атлантическом и Тихом океанах по изучению гидротермальных полей. В этот период проведены работы на 7 гидротермальных полях Атлантики и на 3 полях Тихого океана. В этих экспедициях режиссёр Дж. Камерон снимал фильм о гидротермах на дне океана. Они дали возможность ученым ИО РАН в течение короткого периода времени провести наблюдения на 10 гидротермальных полях. В 1998 году с помощью ГОА «Мир» проводились исследования на одном из самых мощных метановых сипов — грязевом вулкане Хаакон Мосби в Норвежском море, находящемся на глубине 1100 метров. Этот необычный район открыт в 1995 году норвежскими учеными и получил название по имени судна-первооткрывателя. В следующем году с помощью буксируемого аппарата было проведено обследование грязевого вулкана, сделано большое количество фотографий, которые показали, что поверхность дна покрыта белым налетом, напоминающим снег. В образцах осадков, поднятых на борт судна, обнаружены куски газогидратов. Этот факт навел ученых на мысль, что поверхность дна покрыта газогидратами. Однако первое же погружение аппарата «Мир-1» показало, что осадок покрыт бактериальными матами [7]Леин А. Ю., Иванов М. В. Биохимический цикл метана в океане. М., Наука, 2009, 576 с. Обитаемые аппараты вновь подтвердили свою высокую эффективность, а также важность погружений человека под воду. Анализ проб придонной воды показал высокую концентрацию метана в придонном слое (до 8%), что и способствует образованию бактериальных матов на дне.

    Одним из приоритетов аппаратов «Мир» в Тихом океане являются исследования гидротермальных излияний на подводном вулкане Пийпа, открытых российскими учеными Института вулканологии ДВНЦ РАН в 1989 г. Погружения аппаратов «Мир» состоялись в июле 1990 г. Ученые увидели из иллюминаторов аппаратов гидротермальные излияния, отличающиеся от наблюдавшихся ранее. На вулкане Пийпа обнаружены небольшие белые трубы высотой до 1.5 м, из которых под большим давлением выходит поток белого флюида (рис. 3). Это очень напоминает газовую горелку, используемую для сварки.

    Анализ отобранных из источников газовых проб показал высокое содержание метана (до 81%). Наличие метана коррелируется с найденным в этом районе поселением калиптоген — самым северным из открытых в настоящее время [1]Сагалевич А. М. Глубина. Научный мир, М. 2002. 319 с. Кроме того, в этом районе обнаружены обширные площади дна, покрытые бактериальными матами, местами более 100 м2. Это говорит о высокой гидротермальной активности района вулкана Пийпа, которая, по-видимому, находится в начальной стадии своего развития.

    Собранные «Мирами» в гидротермальных районах обширные биологические коллекции позволили приступить к всестороннему изучению глубоководных биологических сообществ, базирующихся на хемосинтезе. Эти исследования привели и к описанию новых для науки таксонов — семейств, родов и видов [6]Гебрук А. В. (отв. ред.). Биология гидротермальных систем., М., ИОРАН, 2002, 543 с. Известно, что в 10 гидротермальных районах Северной Атлантики одной из ландшафтоопределяющих форм являются креветки, их здесь обитает 9 видов, относимых к 5 родам и 2 семействам, из них 2 вида (Iorania сoncordia, Mirocaris keldyshi), 2 рода (Iorania, Mirocaris) и 1 семейство (Mirocarididae) собраны и описаны сотрудником Института океанологии А. Л. Верещакой. С. В. Галкин в соавторстве с Е. Саусворд (Англия) описал Arcovestia ivanovi — новый вид, род и семейство (Arcovestiidae) подкласса вестиментифер в типе погонофор из гидротермали бассейна Манус в западной Пацифике. Е. М. Крылова и Л. И. Москалев описали новый вид везикомиидного двустворчатого моллюска Ectenagena extenta, добытого в заливе Монтерей на глубине более 3000 м на небольшом поле холодного сероводородного высачивания.

Решение задач государственного значения

С помощью аппаратов «Мир» проводились работы по ликвидации последствий аварий атомных подводных лодок «Комсомолец», затонувшей в Норвежском море 7 апреля 1989 г. на глубине 1700 м, и «Курск», затонувшей 12 августа 2000 г. в Баренцевом море на глубине 108 м. Экспедиции организованы на основании специальных приказов президентов нашего государства и имели большое значение для установления причин происшедших катастроф и разработки программ по ликвидации их последствий.

Специальные операции на АПЛ «Комсомолец»

НИС «Академик Мстислав Келдыш» с двумя ГОА «Мир» на борту первым пришло в Норвежское море в мае 1989 г. к месту аварии с «Комсомольцем» с целью проведения обследования затонувшей лодки с помощью обитаемых аппаратов. В период 1991–1998 гг. в этом районе проведено еще шесть экспедиций, последняя из которых состоялась в августе 2007 года. Главная цель экспедиций — изучение экологической обстановки на лодке и вблизи нее, детальное обследование разрушений корпуса, исследование радиационной обстановки внутри носового отсека, где находились две ядерных торпеды [2]Океанологические исследования и подводно-технические работы на месте гибели атомной подводной лодки «Комсомолец». Под ред. Виноградова М., Сагалевича А., Хетагурова С., 1996, М., Наука, 361 с.

Результаты, полученные с помощью ГОА «Мир», подтвердили, что АПЛ «Комсомолец» не представляет опасности для окружающей среды в плане радиационного заражения. Тем не менее ученые и инженеры были обеспокоены тем, что со временем коррозионные процессы в морской воде могут разрушить ядерные боеголовки торпед. В связи с этим был разработан проект, который предусматривал уменьшение скорости потока воды внутри носовой части лодки. На первом этапе выполнения этого проекта закрыты открытые выходы труб торпедных аппаратов титановыми заглушками (рис. 4). Второй этап частичной герметизации носовой части «Комсомольца» выполнен летом 1995 г., когда носовую часть закрыли специальными диафрагмами и армированными и рулонными пластырями.

Во время операции на АПЛ «Комсомолец» разработаны и внедрены принципиально новые глубоководные технологии для радиационного мониторинга и частичной герметизации носовой части лодки с помощью ГОА.

Работы на АПЛ «Курск»

В сентябре 2000 г. НИС «Академик Мстислав Келдыш» с двумя ГОА «Мир» на борту пришло в Баренцево море для проведения исследований на атомном подводном крейсере «Курск», затонувшем на глубине 108 метров. По прибытии в район работ проведено 10 погружений ГОА «Мир-1» и «Мир-2» (5 парных) в течение 5 дней при неблагоприятных погодных условиях. Каждый аппарат ежедневно находился под водой по 12–14 часов. Во время погружений проводились радиационные измерения, детальные обследования корпуса, рубки и других частей крейсера для выявления разрушений; сделано более 20 часов высококачественных видеозаписей; поднято на поверхность более 30 фрагментов крейсера, которые лежали вокруг него на осадках. На базе полученных результатов приняты решения о мерах по ликвидации последствий аварии АПКр «Курск».

4-х часовой подъем аппарата Мир на борт судна «Академик Келдыш» во время сильного шторма в океане.
Видео: Студия ИОРАН

Съемки глубоководных фильмов

Аппараты «Мир» открыли новую страницу в истории проведения глубоководных операций, выполняя на больших глубинах океана съемки фильмов. Начиная с 1991 г., несколько художественных и документальных фильмов снято компаниями IMAX, ВВС, Hollywood и другими. Фильм «Титаника» снят фирмой IMAX (Канада) во время первой экспедиции НИС «Академик Мстислав Келдыш» на «Титаник». Этот фильм демонстрировался в кинотеатрах IMAX с большим успехом. После этого Джеймсом Камероном снят знаменитый «Титаник», а также несколько документальных фильмов (таблица 8). При создании проектов по съемкам фильмов постоянно разрабатывались и внедрялись в практику новые технологии. Инновационные идеи рождались в совместной работе производителей фильмов и подводников группы аппаратов «Мир». Такое содружество принесло много новых интересных идей, воплощенных в технологические разработки, которые могут использоваться не только для съемок фильмов, но и для научных исследований, обследования затонувших объектов и других целей [4]Океанологические исследования фронтальной зоны Гольфстрима. Полигон «Титаник». Под ред. Сагалевича А. М., Богданова Ю. А., Виноградова М. Е., 2002, М., Наука, 286 с.

Таблица 8. Фильмы, снятые с ГОА «Мир»

Название Режиссер Год
Титаника IMAX – Стивен Лоу 1992 (экспедиция 1991)
Сокровища глубин Эл Гиддингс 1992
Титаник Джеймс Камерон 1998 (экспедиция 1995)
Японская лодка “I-52” Телевидение
National Geographic
1999 (экспедиция 1998)
Голубая планета BBC 2002 (Атлантика), 2003 (Тихий океан)
Бисмарк Джеймс Камерон (HD 3D) 2002 (экспедиция 2001)
Призраки бездны Джеймс Камерон (HD 3D - IMAX) 2003 (экспедиция 2002)
Пришельцы глубин Джеймс Камерон (HD 3D - IMAX) 2005 (экспедиция 2002, 2003)

Уникальные подводные операции

Прямая телевизионная трансляция с «Титаника»

После завершения ремонта ГОА «Мир» летом 2005 г. был проведен 50-й рейс НИС «Академик Мстислав Келдыш». Одна из задач экспедиции — организация прямой телевизионной трансляции с «Титаника» (глубина 3800 м) с применением аппаратов «Мир». Это первая в истории прямая передача с большой глубины океана (рис. 5).

Группой американских специалистов совместно с инженерами группы ГОА «Мир» разработаны новые технологии для воплощения этой идеи в жизнь [13]Sagalevitch А. М. MIR submersibles provide direct video link to ocean and land. 2005, Sea Technology, December, № 12, pp. 15–20. Передача видеосигнала со дна на поверхность осуществлялась по оптоволоконному кабелю. Наиболее сложной задачей была доставка кабеля с поверхности на дно в целости — без дефектов и обрывов. С целью ее решения на ГОА «Мир» установлены три телеуправляемых модуля, которые на оптоволоконном кабеле отходили от «Мира» и заходили внутрь «Титаника». Изображение с видеокамер модулей передавалось на «Мир-2», а с него на борт НИС «Академик Мстислав Келдыш» и далее через спутник на Землю.

Погружения под лед в точке географического Северного полюса

Идея погружения на Северном полюсе родилась в 1998 году. В течение 9 лет прорабатывались вопросы организации и финансирования экспедиции, а также вопросы, связанные с обеспечением погружений аппаратов «Мир». В результате многолетних обсуждений проекта было решено использовать следующие технические средства:

  1. Атомный ледокол «Россия» для прокладки пути к Северному полюсу;
  2. Научно-экспедиционное судно «Академик Федоров» в качестве судна обеспечения ГОА «Мир-1» и «Мир-2» (рис. 6);
  3. ГОА «Мир-1» и «Мир-2»;
  4. Вертолеты «Ми-8».

В качестве базовой системы навигации предполагалось использовать стандартную гидроакустическую систему ГОА «Мир» с длинной базой, гидроакустическую систему с ультракороткой базой и гидроакустическую направленную систему. В отличие от обычной эксплуатации, когда гидроакустические маяки устанавливаются на дно, в ледовых условиях маяки вывешивались под лед на капроновом фале через отверстия, пробуренные в льдине. Аппаратами выполнено по одному пробному погружению на глубину 1300 м, во время которых проверялась работа вновь установленных систем и проведенных модернизаций. Кроме того, в этих погружениях отрабатывалась методика выхода аппаратов в полынью, причем наведение на полынью осуществлялось по одному гидроакустическому маяку, спущенному с борта судна обеспечения. Оба аппарата справились с поставленными задачами. При проведении погружений на Северном полюсе на глубину 4300 м аппараты пробыли под водой по 9,5 часов каждый, вернувшись в ту же точку, из которой ушли под лёд и затратив по 200 Ампер-часов энергии батарей, сохранив на аварийные случаи более 60% энергетического запаса (рис. 7).

Погружения под лед в точке Северного полюса явились первыми в истории, открывшими путь в глубокий океан в условиях сплошного мощного ледяного покрова [8]Сагалевич А. М. Репортаж из под ледового купола. Природа. 2007. № 10. С. 50–57. Методика, разработанная в Лаборатории ГОА ИО РАН, полностью подтвердила свою состоятельность и может с успехом применяться в будущем для проведения научных и прикладных работ на больших глубинах в условиях сплошного ледового покрова.

Исследования внутренних водоёмов

В течение последних четырех лет ГОА «Мир» использовались для исследований внутренних водоёмов — на озерах Байкал и Женевском.

Такое решение использования «Миров» обусловлено тем, что судно обеспечения НИС «Академик Мстислав Келдыш» было сдано в аренду, и аппараты не могли работать в океане. Исследования в обоих водоёмах проводились без государственной поддержки и финансировались частными компаниями: компанией «Метрополь» на Байкале и швейцарской фирмой «Ферринг» на Женевском озере.

Научные исследования озера Байкал проводились в течение трех лет — в 2008–2010 гг.

В течение трех лет проведено 178 погружений по всей площади озера Байкал на разные глубины вплоть до 1640 м — максимальной глубины озера в районе острова Ольхон. Наиболее важным открытием явилось обнаружение на дне озера холмов, состоящих из твердых льдообразных газогидратов в виде монолитов, припорошенных осадком [11]Sagalevitch А. М. Using manned submersibles to explore the oldest and deepest lake in the World. Sea Technology, 2011, December, № 12, pp. 10–12. Эти образования, представляющие собой кристаллические соединения метана с водой являются ёмким резервуаром энергетического сырья. В одном кубометре гидрата содержится 162 м3 метана. Во время погружений ГОА «Мир» в 2009-10 гг. сделан целый ряд уникальных экспериментов in situ по определению границ фазовых переходов газогидратов из твердого состояния в газообразное и обратно. Такие исследования возможны только при применении обитаемых аппаратов (рис. 8).

Помимо открытия и изучения твердых газогидратных образований проведены исследования районов, характеризующихся сочениями нефти на дне (район Горевой утес), выделениями метана (район Голоустное), наличием на поверхности дна поселений бактерий в виде бактериальных матов (бухта Фролиха), которые существуют как за счёт хемосинтеза, так и метанотрофии (определено учеными ЛИН СО РАН). В результате трёхлетних комплексных исследований озера Байкал получен большой объём научных данных в области геологии, биологии, гидрофизики, микробиологии и геохимии.

Подводные исследования Женевского озера проводились летом 2011 года.

Основной целью экспедиции было детальное изучение экосистемы озера, включающее исследования процессов переноса вещества, образование органического вещества и его захоронение в осадках, содержания тяжелых металлов и других химических элементов в воде и осадках, процессов обмена на границе вода-осадок, разгрузки газов из осадочной толщи и их содержания в воде в растворенном виде и т. д. В течение июня–августа 2011 года сделано 96 погружений в районах дельты реки Рона, залива Види и центральной, самой глубокой части озера. Во время погружений отобрано более 200 образцов осадка с помощью специальных трубок, около 150 проб воды, сделаны миллионы измерений in situ с помощью масс-спектрометра и специальной измерительной системы, позволяющей проводить изучение вещества на молекулярном уровне и другие измерения.

Необходимо отметить, что как на озере Байкал, так и в Женевском озере с помощью ГОА «Мир» производились целенаправленные научные исследования по всем направлениям современной океанологии. Они позволили получить большой объём уникальных научных данных, отличающихся высокой достоверностью.

Третий этап. Начиная с 2012 г. Аппараты «Мир» не работают. Один из «Миров» временно поставлен в Музей Мирового океана, где на его базе открыта выставка «Глубина». Аппарат используется в образовательных целях. Второй аппарат стоит в ангаре и регулярно, так же, как и первый, обслуживается сотрудниками группы Технического обслуживания ГОА. Одновременно предпринимаются меры для использования «Миров» с одного из зарубежных судов.

Заключение

В течение 30 лет с помощью «Миров» решался широкий круг научных и подводно-технических задач. Все проведенные работы подтвердили уникальность аппаратов «Мир», их высокую надежность, возможность решения любых задач на больших глубинах. На базе научных данных, полученных с помощью ГОА «Мир», опубликовано 25 монографий, около 1000 статей в российских и зарубежных журналах, защищено 8 докторских и 6 кандидатских диссертаций. Несомненно, аппараты «Мир» сделали большой вклад в российскую и мировую науку, в развитие новейших глубоководных технологий и методов проведения научных исследований и подводно-технических работ. Несмотря на свой солидный возраст, ГОА «Мир-1» и «Мир-2» находятся в отличном состоянии и остаются лучшими в мире по заключению, сделанному в 1994 году Американским центром развития мировых технологий (World Technology Evaluation Center). Они могут служить российской науке ещё как минимум 25–30 лет.

Необходимо отметить, что создание аппаратов и их использование стали возможными благодаря высокому профессионализму создателей ГОА «Мир», а также технического персонала и пилотов, непосредственно обеспечивавших подготовку их к погружениям и работу под водой. В этой связи необходимо вспомнить руководителя проекта по созданию ГОА «Мир» Игоря Евгеньевича Михальцева, идейного вдохновителя и руководителя всего процесса создания этих уникальных технических средств. К сожалению, И. Е. Михальцев 14 апреля 2010 г. ушел из жизни.

Основной вклад в разработку и строительство ГОА «Мир» внесли финский инженер Саули Руохонен, руководивший работой группы финских специалистов, и автор этих строк, который в течение 2,5 лет работал на фирме Раума Репола в г. Тампере.

Неоценимый вклад в работу «Миров» внес экипаж НИС «Академик Мстислав Келдыш», на котором базировались аппараты. Моряки этого судна и подводная команда «Миров» работали как хорошо отлаженная машина, понимая друг друга без слов при проведении сложнейших операций.

Огромный вклад в науку при проведении глубоководных исследований сделан учеными ИО РАН академиками А. П. Лисицыным и М. Е. Виноградовым, членом-корреспондентом РАН Л. П. Зоненшайном, академиком РАН, директором ИГЕМ РАН Н. С. Бортниковым, докторами наук Ю. А. Богдановым, А. Ю. Леин, В. И. Пересыпкиным, С. В. Галкиным, А. В. Гебруком, А. Л. Верещакой, кандидатом наук Л. И. Москалевым и многими другими.

Литература

Сагалевич А. М. Глубина. Научный мир, М., 2002. 319 с.
Океанологические исследования и подводно-технические работы на месте гибели атомной подводной лодки «Комсомолец». Под ред. Виноградова М., Сагалевича А., Хетагурова С., 1996, М., Наука, 361 с.
Богданов Ю. А., Сагалевич А. М. Геологические исследования с глубоководных обитаемых аппаратов «Мир». Научный мир, М., 2002, 270 с.
Океанологические исследования фронтальной зоны Гольфстрима. Полигон «Титаник». Под ред. Сагалевича А. М., Богданова Ю. А., Виноградова М. Е., 2002, М., Наука, 286 с.
Богданов Ю. А., Лисицын А. П., Сагалевич А. М., Гурвич Е. Г. Гидротермальный рудогенез океанского дна. Монография. М., Наука, 2006, с. 526.
Гебрук А. В. (отв. редактор). Биология гидротермальных систем., М., ИОРАН, 2002, 543 с.
Леин А. Ю., Иванов М. В. Биохимический цикл метана в океане. М., Наука, 2009, 576 с.
Сагалевич А. М. Репортаж из под ледового купола. Природа. 2007. № 10. С. 50–57.
Сагалевич А. М. Океанология и подводные обитаемые аппараты. Методы исследований. 1987, М., Наука, 256 с.
Sagalevitch А. М. MIR submersibles in science and technology. 1996, Marine Technology Society Journal, Vol. 30, № 1, pp. 7–12.
Sagalevitch А. М. Using manned submersibles to explore the oldest and deepest lake in the World. 2011, Sea Technology, December, № 12, pp. 10–12.
Sagalevitch А. М. A new birth for the MIR–1 and MIR–2 submersibles. 2004, Sea Technology, December, № 12, pp. 27–33.
Sagalevitch А. М. MIR submersibles provide direct video link to ocean and land. 2005, Sea Technology, December, № 12, pp. 15–20.