Сүңгуір қайықтар қалай жұмыс істейді

Су астындағы кемелер — адамзат қолымен жасалған ең күрделі және қызықты техникалық құрылымдардың бірі. Апталап, тіпті айлап су астында жоғалып кетуге қабілетті олар гидродинамика, материалтану, энергетика және навигация салаларының жетістіктерін біріктіреді. Олардың жұмыс істеу принципі парадоксальды көрінеді: ауыр болаттан жасалған корпус суға батып қана қоймай, белгілі тереңдікте ұзақ уақыт ұстала алады, содан кейін қайтадан су бетіне шыға алады. Бұл құбылыстың негізінде физиканың заңдары, алдымен Архимед заңы жатыр. Бірақ осы заңды болатқа «аудару» зеректі инженерлік ойлауды қажет етеді. Бұл мақалада су астындағы кемелердің құрылысы мен жұмыс істеу принципі толық қарастырылады.

Суға бату мен су бетіне шығу принципі

Кез келген су астындағы кеменің негізі — жүзу қабілетін реттеу. Архимед заңы бойынша, сұйыққа батырылған дене өзіне тең көлемдегі сұйықты ығыстырады және оған бағытталған көтергіш күшті сезінеді. Кеме суға бату үшін ығыстырған судан ауыр болуы керек; су бетіне шығу үшін — жеңіл болуы қажет.

Бұл процесс балластық цистерналар арқылы реттеледі — олар кеме корпусының бойымен орналасқан арнайы резервуарлар. Суға бату кезінде клапандар ашылып, теңіз суы цистерналарды толтырады да, жалпы массаны арттырады. Су бетіне шығу кезінде қысылған ауа осы резервуарлардан суды ығыстырады, салмақ азаяды.

• бейтарап жүзу кезінде кеменің массасы ығыстырылған судың массасына тең болады;
• тереңдікті дәл реттеу үшін «кіші» немесе «реттеу» цистерналары қолданылады;
• заманауи субмариналар тереңдікті ондаған сантиметр дәлдікпен ұстай алады;
• соғыс тереңдігіне бату уақыты кеме типіне байланысты бірнеше минуттан жарты сағатқа дейін созылады.

Сонымен, су астындағы кеме хаостық түрде «батпайды» немесе «шықпайды» — ол тығыздығын тірі организм сияқты реттейді.

Энергетикалық жүйелер: қозғалыс қалай қамтамасыз етіледі?

Су астында қозғалу үшін тек қуатты қозғалтқыш ғана емес, оттегіге қажетсіз энергия көзі де қажет. Мұнда екі негізгі тәсіл бар — дизель-электрлік және ядролық.

1. Дизель-электрлік кемелер. Мұндай субмариналар су бетінде жұмыс істеу үшін дизель қозғалтқыштарымен, ал аккумуляторларды зарядтау үшін қолданылады. Су астында олар электромоторларға ауысады. Мысалы, Ресейдің 636-жобасы бойынша жасалған «Варшавянка» типті дизель кемелері су астында екі аптаға дейін бола алады, бірақ толық зарядтау үшін периодты түрде су бетіне шығуы немесе шноркель пайдалануы қажет.
2. Ядролық су астындағы кемелер. Олардың реакторлары суды буға айналдыратын жылу шығарады, бу турбинаны айналдырады. Негізгі артықшылығы — шексіз дерлік жүру қашықтығы. АҚШ-тың «Огайо» кемесі отынды толтырмай 90 күннен астам теңізде бола алады.
3. Болашақ технологиялар. Соңғы жылдары оттегісіз энергетикалық жүйелер (ВНЭ), мысалы, сутегілі отын элементтері актив дамып жатыр. Швецияның «Готланд» типті кемелері осы технология арқылы ядролық аналогтармен салыстырылатын жасырындыққа қол жеткізді.

Энергетикалық қондырғыны таңдау кеменің тактикалық мүмкіндіктеріне, жүру радиусына және үнсіздік деңгейіне тікелей әсер етеді.

Тереңдікте навигация мен байланыс

Су астында спутниктік жүйелер мен радиобайланысты қолдану мүмкін емес — сигналдар тұзды ортада тез әлсірейді. Сондықтан су астындағы кемелер күрделі автономды жүйелерге сүйенеді.

• инерциялық навигациялық жүйелер гироқұралдардың мәліметтері мен бастапқы координаталар негізінде орнын анықтайды;
• гидроакустикалық станциялар (сондар) мұхитты «тыңдап», кедергілерді, кемелерді және түбін анықтайды;
• командованиемен байланыс үшін 20 метр тереңдікке дейін ене алатын өте төмен жиілікті радиосигналдар қолданылады;
• қажет болғанда кеме антенна шығарады немесе перископ тереңдігіне дейін жоғары көтеріледі.

Бұл технологиялар экипаждың толық қараңғылық пен үнсіздікте бағдарлауына мүмкіндік береді, бұл жасырындық үшін өте маңызды.

Корпус құрылысы мен қысымнан қорғаныс

Жүздеген метр тереңдікте су 40 атмосферадан астам қысым түсіреді. Мұндай жүктемелерді шыдайтындай етіп, кеме корпусы екі қабатты болып жасалады.

Сыртқы жеңіл корпус аэродинамикалық пішінге ие және герметикалық емес — ол гидродинамикалық сипаттамаларды жақсарту үшін қажет. Оның ішінде арнайы болат немесе титан қорытпасынан жасалған берік корпус орналасқан, ол экстремалды қысым айырмашылықтарын шыдай алады. Екі корпус арасында балластық цистерналар, құбырлар мен басқа да жабдықтар орналасқан.

• титаннан жасалған кемелер, мысалы, Кеңес Одағының «Комсомолеці», 1000 метрден астам тереңдікке бата алады;
• көпшілік заманауи субмариналар 300–600 метр тереңдікте жұмыс істейді;
• берік корпус герметикалық болып, экипаждың тұратын және жұмыс істейтін бірыңғай аймағы болып табылады;
• әрбір бөлшек металл шаршағанына және коррозияға төзімділігіне көп рет сынап көріледі.

Мұндай құрылым нәтижесінде су астындағы кеме техникалық құрылымнан гөрі мұхиттың табиғи күшінен қорғалған шын мәніндегі су астындағы қалаға айналады.

Тіршілік қамтамасыз ету және экипаждың тұрмысы

Апталап, тіпті айлап су астында болу үшін күрделі тіршілік қамтамасыз ету жүйесі қажет. Тұйық кеңістікте ауа құрамын, температураны, ылғалдылықты және судың тазалығын ұстау керек.

1. Ауаны қалпына келтіру. Көмірқышқыл газы арнайы сүзгілер арқылы сіңіріледі, ал оттегі химиялық патрондардан немесе суды электролиздеу арқылы алынады. Ядролық кемелерде бұл процесстің шегі шексіз дерлік.
2. Суды тұщылау. Теңіз суы термиялық немесе мембраналық қондырғылар арқылы ішуге жарамды суға айналады. Бұл экипажды сыртқы қордан тәуелсіз етеді.
3. Психологиялық климат. Тұйық кеңістікте күн тәртібіне, жарыққа және тіпті тамаққа ерекше назар аударылады. Кейбір кемелерде тренажёрлар, кітапханалар және тіпті мини-кинотеатрлар бар.

Бұл шешімдер техникалық объектіні ұзақ мерзімге тұруға лайықты кеңістікке айналдырады, мұнда әрбір деталь мұқият ойластырылған.

Су астындағы кемелер — бұл тек әскери машиналар ғана емес, физика, химия, биология мен психологияны біріктірген инженерлік ойдың шыңы. Олардың жүзу қабілетін реттеу, экстремалды жағдайларды шыдай алуы және изоляцияда тіршілікті қамтамасыз ету қабілеті оларды барлық көлік түрлерінің ішінде ерекше орынға ие етеді. Суға батудың қарапайым көрінісінің артында өзара әрекеттесетін технологиялардың күрделі жүйесі жасырынған, әрқайсысы ұзақ даму жолынан өткен. Бүгін бұл кемелер әскери күштің ғана емес, планетаның ең қол жетпес құбылыстарын игеруге деген адамзаттың қабілетінің символы болып табылады.