Дышите глубже: Акваланг

Эволюция подводного дыхательного оборудования довольно интересна и вполне отражает общий ход человеческой мысли. Первое, что приходит в голову, — если под водой воздуха нет, его надо туда подать. Простейший способ сделать это — дыхательная трубка, один конец ее находится над водой. Однако не все так просто! Если вы когда-нибудь пробовали нырять, пытаясь дышать через длинную трубку или шланг, то знаете, что человеческие легкие не в силах преодолеть давление воды и сделать вдох уже на глубине 1−1,5 м. Поэтому этот способ годится только для плавания по поверхности, и многие из наших читателей наверняка не раз его использовали, плавая с трубкой и маской. Следующая идея — дышать воздухом под давлением, равным давлению воды, привела к изобретению водолазного колокола. Его в 1530 году предложил Гульельмо де Лорено. Конструкция колокола была очень проста — пустотелая бочка без дна, погруженная открытым концом в воду. Давление в таком колоколе за счет открытого конца бочки и, следовательно, подвижной границы «воздух — вода», равно внешнему давлению воды на данной глубине. Работая под водой, можно время от времени делать вдох из бочки, не всплывая при этом на поверхность. Одно плохо — воздух в бочке быстро заканчивается.

Конечно, запас воздуха можно пополнять. Подавая воздух в колокол с поверхности с помощью насоса, можно значительно продлить пребывание человека под водой. Конечно, это потребует использования воздушного насоса (причем чем глубже мы погружаемся, тем мощнее должен быть насос). Однако работать (или просто наблюдать подводный мир) все равно не слишком удобно: водолаз остается довольно жестко привязан к поверхности шлангом и колоколом и способен «оторваться» от них только на время задержки дыхания.

Увы, эту проблему можно преодолеть только с помощью автономного дыхательного аппарата. В английском языке для обозначения таких аппаратов есть специальная аббревиатура — SCUBA (Self-contained Breathing Underwater Apparatus). Первый такой аппарат был предложен в 1825 году англичанином Уильямом Джеймсом. Аппарат представлял собой жесткий баллон в виде пояса вокруг талии водолаза, наполненный воздухом под давлением около 30 атмосфер, и дыхательный шланг, соединяющий баллон с водолазным шлемом. Он был неудобен: воздух подавался в шлем постоянно и за счет этого (и еще низкого давления в баллоне) быстро заканчивался.

Чтобы преодолеть этот недостаток, необходимо подавать воздух для дыхания только в момент вдоха. Это делается с помощью мембранно-управляемых клапанов, реагирующих на разрежение, создаваемое легкими. Именно так и был устроен аппарат «Аэрофор», изобретенный в 1865 году французами Бенуа Рукейролем и Огюстом Денейрузом. Их конструкция представляла собой горизонтально расположенный на спине ныряльщика стальной баллон с воздухом под давлением 20−25 атмосфер, соединенный через редукционный клапан с загубником. Мембранный редукционный клапан подавал воздух только в момент вдоха под давлением, равным давлению воды.

«Аэрофор» не был полностью автономен: баллон был соединен шлангом, по которому подавался воздух, с поверхностью, но в случае необходимости ныряльщик мог на короткое время отсоединяться. «Аэрофор» является предшественником современного оборудования открытого цикла дыхания (ныряльщик вдыхает воздух из баллона, выдыхает в воду) для погружений. Он в течение нескольких лет использовался французским (и не только) военно-морским флотом и даже в 1870 году удостоился упоминания в книге Жюля Верна «Двадцать тысяч лье под водой».

До современного вида аппарату «Аэрофор» оставался всего один шаг — это шаг к запасу воздуха под высоким давлением. И этот шаг был сделан. Но «шаг вперед, два шага назад» — в 1933 году капитан французского военного флота Ив Ле Приор модифицировал аппарат Рукейроля-Денейруза, сочетая ручной вентиль с баллоном высокого давления (100 атмосфер). Это позволило получить большее время автономности, но управление было крайне неудобным — при вдохе вентиль открывался вручную, выдох же производился в маску (через нос).

И, наконец, в 1943 году Жак Ив Кусто и Эмиль Ганьян собирают все идеи воедино и придают дыхательному аппарату тот вид, в котором он и дошел до нас. Они соединяют два баллона с воздухом (100−150 атмосфер), специальный понижающий газовый редуктор и клапан, подающий воздух под давлением, в точности равным давлению внешней среды, причем только в момент вдоха. Регулятор Рукейроля-Денейруза, на 78 лет опередивший конструкцию Кусто и Ганьяна, по непонятным причинам оказался забыт.

Кусто и Ганьян решили назвать свой аппарат «Aqua Lung», то есть «Подводные легкие». Именно под этим названием он и стал известен всему миру. Слово «акваланг» стало нарицательным и вошло во многие языки мира как синоним подводного дыхательного аппарата.

Давайте рассмотрим подробнее, как же работает современный акваланг. Несмотря на то что с 1943 года прошло довольно много лет, современные дыхательные аппараты совсем недалеко ушли от своего предка — акваланга Кусто-Ганьяна. Да, разумеется, изменились технологии, появились новые материалы, но принципы работы остались абсолютно теми же.

Основные составляющие части дыхательного аппарата — это баллон с воздухом под высоким (200−300 атмосфер) давлением и двухступенчатый редуктор.

Дело в том, что подавать для дыхания воздух напрямую из баллона под давлением 200 атмосфер просто опасно: легкие не выдержат такого давления. Поэтому к баллону присоединяется специальный редуцирующий (понижающий давление) клапан. Его первая ступень снижает давление до 6−15 атмосфер (в зависимости от конструкции и модели).

Вторая ступень, называемая обычно регулятором (или легочным автоматом), выполняет две важные задачи. Первая — подавать воздух под давлением, точно соответствующим давлению воды на любой глубине. Это позволяет аквалангисту на любой глубине дышать, не прилагая усилий и не чувствуя дискомфорта.

Вторая задача регулятора — подавать воздух для дыхания только в момент вдоха (это позволяет расходовать воздух значительно экономнее). В момент вдоха легкие человека создают разрежение, специальный клапан с мембранным управлением реагирует на это и открывает подачу воздуха.

Выдох происходит через тарельчатые мембранные клапаны прямо в воду. Таким образом, воздух используется всего один раз. Поэтому иногда акваланг называют дыхательной системой открытого цикла.

Как видите, конструкция акваланга очень проста и, следовательно, надежна. Простота изготовления и технического обслуживания и надежность обеспечили аквалангу многолетний успех. Именно с акваланга началась настоящая эра освоения морских глубин.