Підводний човен – це замкнутий світ під товщею водою. Там немає ні вікон, ні вітру, лише метал, тиша та десятки людей, відрізаних від поверхні на довгі тижні. Навіть такі елементарні речі, як питна вода та повітря, тут недоступні у звичному розумінні. Вони життєво необхідні, але ними неможливо запастись у достатній кількості – цього не дозволяє зробити відсутність вільного місця та серйозні обмеження щодо вантажопідйомності. То як же екіпажу вдається працювати в таких непридатних для життя умовах, і звідки вони беруть повітря та питну воду?
1. Дихати під водою
Стара установка регенерації повітря
Перше закономірне питання про підводний човен – чим тут взагалі дихають. Закачаного перед зануренням повітря вистачає ненадовго. Вже за кілька годин концентрація вуглекислого газу зростає, а рівень кисню падає. Щоб не допустити цього, на борту працюють установки, що підтримують атмосферу майже такою самою, як на поверхні. Головне їхнє завдання – додати кисень і прибрати вуглекислий газ. У старих човнах із цим боролися примітивно: касети з гідроксидом літію вбирали вуглекислий газ, а кисень заповнювали рахунок так званих кисневих свічок — металевих патронів з хлоратом натрію. Їх підпалювали, і за високої температури речовина виділяла кисень.
Встановлення західного зразка
На сучасних підводних човнах вирішують цю проблему набагато витонченіше. Там повітря очищають системи регенерації, а кисень створюється на борту — з води. Тому екіпаж більше не залежить від запасів у балонах: доки працює енергетична установка, човен здатний забезпечувати себе дихальною сумішшю практично нескінченно.
2. Як перетворити воду на повітря
Процес електролізу води
На сучасних підводних човнах кисень роблять на місці з води за допомогою електролізу: під дією електричного струму молекули води розпадаються на кисень і водень. Кисень, що вийшов, прямує в систему вентиляції, а водень безпечно скидається за борт. Процес відбувається безперервно під контролем автоматики, адже склад повітря у відсіках має залишатися стабільним до тисячних часток відсотка. По суті це компактна хімічна фабрика. Для її роботи потрібна енергія, і на атомних човнах її дає реактор, тоді як на дизель-електричних акумулятори або дизель-генератори при спливанні. Їхня продуктивність вражаюча: вони здатні щодня виробляти сотні літрів кисню, достатніх для екіпажу з кількох десятків людей.
Навколишня вода – нескінченне джерело кисню
Самі апарати закриті в міцних блоках та оснащені безліччю датчиків, що стежать за температурою, тиском та чистотою газів. На ранніх підводних човнах було складно: іноді доводилося скидати водень вручну, ризикуючи порушити тишу і демаскувати човен. Сучасна техніка робить все автоматично, вона виключає витікання та забезпечує повну ізоляцію. Цікаво, що електролізна установка точно розраховує кількість виробленого кисню. Коли витрата повітря зростає, система збільшує потужність, а при відпочинку чи переході в тихий режим знижує вироблення. В результаті атмосфера на борту залишається напрочуд стабільною, навіть коли човен тижнями не піднімається до поверхні.
3. Прісна вода із солоного моря
Лабораторна установка вакуумної дистиляції
Під водою кожен літр прісної води на рахунку. Її не можна просто набрати з океану — морська сіль швидко виведе з ладу організм та техніку. Тому ще з перших поколінь підводних човнів інженери шукали спосіб перетворювати солону воду на придатну для пиття. Найпростіше рішення – дистиляція. Вода кип'ятиться, пара конденсується на холодних поверхнях, і в результаті виходить чиста рідина, позбавлена солей та домішок. На старих дизельних підводних човнах тепло для цього брали прямо від двигунів. На атомних човнах все влаштовано інакше. Там застосовуються спеціальні дистилятори, що працюють під вакуумом, де вода закипає за низької температури і швидко перетворюється на пару. Такий спосіб економить енергію і дає більше води, а ризик утворення накипу або корозії значно менше. Крім того, частина отриманої прісної води йде в електролізні установки, де виробляють кисень.
Побутовий зворотний осмос
На сучасних човнах все частіше використовують зворотний осмос, при якому морська вода проходить через мембрани, що затримують усі розчинені солі. Це майже безшумний процес, що особливо важливо на бойових субмаринах. Опріснювальна установка розміром з невелику шафу здатна щодня видавати сотні літрів чистої води, причому якість часто виявляється вищою, ніж у води з-під крана на поверхні. Щоб заощадити запаси, на борту жорстко нормують витрату: душ — літри, прання та вмивання за розкладом. Але навіть за такої економії системи працюють настільки ефективно, що підводний човен може тижнями обходитися без зовнішніх поставок.
4. Майже замкнута екосистема
Екіпаж нескінченно можна постачати повітрям та водою
Робота підводного човна – добрий приклад майже замкнутого циклу життєдіяльності. Вода використовується екіпажем для пиття, з неї роблять кисень, а також частина опрісненої води йде в системи охолодження та регенерації. Це не повністю закрита екосистема, але в якомусь сенсі човен справді живе сам собою, використовуючи океан навколо як джерело сировини. Всередині склад атмосфери ретельно підтримується: дуже мало кисню — людина втрачає концентрацію, дуже багато — зростає ризик пожежі. Щоб не допустити ні того, ні іншого датчики стежать за складом повітря цілодобово, системи регенерації регулюють потік газів, а керують усім цим бортові системи. Атмосфера на борту за складом дуже близька до земної, хоч і здається трохи важчою через постійну роботу фільтрів та кондиціонерів.
Сучасний підводний човен – контрольоване середовище для життя
На старих підводних човнах все було простіше і жорсткіше. Повітря могло пахнути дизелем, маслом і металом, а при тривалому зануренні ставало важче дихати через накопичення вуглекислого газу та вологості. Сучасні човни врятовані від цього. У них повітря сухе, чисте і постійно оновлюється, нехай і не за рахунок відкритих люків, а завдяки хімії та інженерії. При цьому відчуття екіпажу залежать від стану систем. Якщо порушується баланс газів, люди помічають це відразу: у них з'являється сонливість, біль голови, а в деяких змінюється смак їжі. Тому контроль атмосфери тут важливий, як і контроль глибини.
Ще цікаве з нашого каналу:
За що радянські водії-фронтовики полюбили американський Студебекер
Інженерам довелося чимало постаратися, щоб досягти такого ступеня самодостатності. Повітря, вода, харчування, температура – все це підтримується автоматично або силами екіпажу, а регулюється строгими правилами та сучасною електронікою. Тут все працює майже безшумно і непомітно, а сам підводний човен іноді порівнюють із космічним кораблем. Цікаво, що це порівняно не зовсім образне. Сучасні атомні підводні човни понад всяку міру напхані високотехнологічним обладнанням, а більшість процесів взагалі не потребує участі людини.
