Дорогами подводных открытий

На управлении лодкой по глубине может сказаться и циркуляция вод в океане, вызванная совместным действием ветра (поверхностные слои передают напряжение подстилающим) и разностями температуры и плотности. Механизм этой циркуляции сводится к следующей схеме. Когда поверхность воды охлаждается при соприкосновении с холодным воздухом или в ре зультате испарения (отбирающего тепло) или же когда из-за испарения или замерзания увеличивается соленость, то увеличивается и плотность воды. Если эти процессы достаточно интенсивны, то воды в поверхностном слое становятся тяжелее, чем подстилающие, и опускаются. Относительно более легкие воды поднимаются на их место, и, таким образом, возникает вертикальная циркуляция. Едва заметные изменения температуры и солености могут вызвать перепады давления, которые приводят в вертикальное и горизонтальное движение целые океаны.

Уже говорилось, что подводную лодку точнее было бы назвать ныряющей, поскольку под водой она может передвигаться ровно столько, насколько хватает энергии аккумуляторных батарей. В подводном положении работа двигателя внутреннего сгорания невозможна: он сразу «съест» весь запас кислорода, и экипажу станет нечем дышать. Правда, с появлением на лодках (пока — военных) атомных двигателей все изменилось. Теперь время движения под водой — не проблема.

Проблемой до сих пор остается скорость. Современная аккумуляторная лодка может давать 15 узлов (это около 28 километров в час) подводного хода, и то на короткое время. На какие только ухищрения не идут инженеры и конструкторы, но скорость растет медленно, в то время как в авиации за недолгий сравнительно срок достигнут колоссальный рост скоростей.

Интересно отметить, что одна из помех движению надводного судна отсутствует у подводных лодок — это поверхностная волна, расходящаяся при движении от каждого борта. На создание двух таких волн уходит большая часть (до нескольких сотен лошадиных сил) общей мощности судна, а это, конечно, не проходит бесследно: скорость заметно снижается. А вот лодке такие потери не угрожают: если ей придана хорошо обтекаемая форма, то при той же мощности она может двигаться в подводном положении быстрее, чем в надводном.

Наконец, связь. Для нее вода как физическая среда создает ряд специфических трудностей. Даже в самой прозрачной океанической воде (она имеет зелено-голубой цвет) можно увидеть предмет на расстоянии всего в несколько десятков метров. Применение радио и, стало быть, радиолокации чрезвычайно ограниченно из-за непроницаемости воды для электромагнитных волн. Ведутся работы по применению для подводного обнаружения и связи квантовых генераторов (лазеров), но они еще не вышли из стадии эксперимента.

Остается звук. Пока это единственно надежное средство для передачи информации под водой, хотя и тут есть свои трудности. Во всяком случае, экипаж подводной лодки принимает решения и действует при гораздо меньшем объеме информации, чем, например, экипаж самолета.

Скорость звука в воде близка к 1500 метров в секунду. Это много ниже скорости распространения электромагнитных волн, так что сведения об удаленных событиях заметно запаздывают. Кроме того, звуковая волна в воде по сравнению с волной в воздухе характеризуется высокими давлениями и малыми смещениями. Это совершенно меняет характер микрофонов и излучателей, заставляя применять магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи. Звук весьма слабо передается через поверхность раздела вода — воздух, в другую среду переходит ничтожная часть падающей волны. Следовательно, поверхность моря является почти идеальным отражателем звуковых волн.

В толще воды, и особенно вблизи поверхности моря, есть множество мелких пузырьков. Обычно они возникают вследствие волнения и других причин, но влияние, которое они оказывают на распространение звука, далеко не пропорционально малому объему, который они занимают. Если, например, один пузырек диаметром 1 миллиметр приходится в среднем на 1 кубический метр воды, то это для глубины около 10 метров уменьшает скорость распространения в 4,5 раза. Причина этого — отличная от воды сжимаемость пузырьков, искажающая акустическую характеристику среды.

Пузырьки, планктон, рыбы действуют как рассеивающие центры для энергии, сконцентрированной в каком-либо ограниченном звуковом пучке. Океан содержит большое количество такого рассеивающего материала, а некоторые рыбы и ракообразные сами производят звуки. Все это создает большие помехи для получения точной информации под водой с помощью звука.