Несмотря на многообразие выполненных экипажами подводных аппаратов и водолазных комплексов научных исследований и использованных методов и оборудования, можно выделить ряд общих для всех научных программ моментов, делающих перспективным использование этих технических средств океанологических исследований.
Подводные аппараты и подводные лаборатории предоставляют исследователю возможность проводить измерения в отсутствие внешних возмущений судна-носителя. Кроме того, эти технические средства дают возможность прямого наблюдения изучаемого явления. Исследователь имеет возможность пользоваться современным электронным оборудованием для тонкого качественного-и количественного исследования объектов, структуры которых неизбежно нарушаются при использовании традиционных методов сбора и обработки данных.
В настоящее время имеется возможность сформулировать некоторые основы подхода к отбору научных задач, которые могут быть решены оптимальным образом с помощью этих современных подводных технических средств.
Наибольшими возможностями обычно обладают обитаемые и необитаемые подводные аппараты и подводные аппараты с водолазными отсеками, позволяющими исследовать явления во всех пространственных и временных масштабах. Подводные лаборатории, являясь стационарными сооружениями, более приспособлены для изучения мелкомасштабных явлений.
Все средства, использующие выход водолаза в воду, имеют ограниченные возможности по рабочей глубине.
По временному масштабу наибольшими возможностями обладают ПБЛ, как стационарные сооружения. По пространственному масштабу наименьшие возможности у ПБЛ, наибольшие у ПА с водолазным отсеком и у судового водолазного комплекса.
Одним из весьма важных оказывается вопрос, какой из рассмотренных трех видов технических средств является наиболее перспективным и эффективным. Однозначный ответ на этот вопрос дать невозможно.
Так, например, по информативности водолазный метод исследований оказывается наиболее эффективным. За ним идет метод исследований с помощью подводных обитаемых аппаратов. Использование подводных телеуправляемых аппаратов связано с определенной потерей информации.
С другой стороны, водолазные методы могут обеспечить лишь исследования в сравнительно мелководной шельфовой части океана. Обитаемые же и телеуправляемые аппараты по глубине погружения не имеют практических ограничений.
Наконец, если оценивать все три вида технических средств по степени безопасности, то безопасны подводные телеуправляемые аппараты, а наибольший риск для здоровья и жизни человека представляет водолазный метод. Подводные обитаемые аппараты по этому критерию оценки занимают промежуточное положение. Примерно такие же заключения могут быть сделаны, если оценивать распространенные методы проведения исследований по стоимости или требуемым обеспечивающим средствам.
Такой краткий анализ приводит к очевидному выводу о необходимости гармоничного развития всех трех методов и комплексного их использования. В связи с этим возникает задача о методически правильном распределении очередности и целесообразности применения каждого из технических средств в зависимости от поставленных задач. Можно проанализировать целесообразную последовательность использования всех трех методов, если основываться на следующих соображениях.
Воспринимая информацию об окружающем его мире, человек вместе с информацией, на которой он сознательно сосредотачивает свое внимание, усваивает существенный объем фоновой информации, которая играет важную роль в формировании целостной картины увиденного. Теперь представим себе, что в неизученный ранее район дна океана спускается подводный телеуправляемый аппарат. Информация, которую человек получает от него, ограничена возможностями канала связи и телевизионной системы. Естественно, что при таких условиях он не сможет получить всестороннего комплексного впечатления о районе исследований. Наоборот, если спуску подводного телеуправляемого аппарата предшествовали спуски самого исследователя либо в водолазном снаряжении, либо в подводном обитаемом аппарате, хотя бы даже кратковременный и только для осмотра обстановки, полученная им информация становится своеобразным контекстом и ориентация этого же исследователя, командующего затем телеуправляемым аппаратом, будет неизмеримо полнее и правильнее.
Поэтому, если в распоряжении исследователя существуют технические средства как дистанционного, так и прямого контакта, то последовательность их использования, по-видимому, может быть следующей. Для предварительного ознакомления с районом исследования и рекогносцировки должны использоваться технические средства дистанционного общения. Далее для детального ознакомления и общей ориентации в обстановке следует воспользоваться, например, подводным обитаемым аппаратом.
Если применение подводного обитаемого аппарата в данной обстановке таит либо повышенный риск, либо существенные технологические трудности и затраты, то для Дальнейшего выполнения комплекса рутинных измерений и проведения исследований нужно воспользоваться подводным телеуправляемым аппаратом. Вполне понятно, что изложенная последовательность является всего лишь одним из возможных вариантов использования возможностей обитаемых и необитаемых аппаратов. Конкретные обстоятельства и задачи, очевидно, могут предложить и другие схемы действий, более целесообразно сочетающие особенности и свойства этих технических средств. Хотелось бы подчеркнуть, что подводные аппараты являются таким же инструментом исследования Мирового океана, как и традиционные технические средства, использующиеся учеными уже длительное время. И если традиционными средствами может быть получена достаточно полная и репрезентативная информация, то применять в этой обстановке подводные аппараты, очевидно, нецелесообразно. Иное дело, когда необходимая информация не может быть получена ни одним из распространенных методов исследования океана. В этом случае подводный аппарат становится единственным средством исследования и его применение безусловно оправдано, целесообразно и рентабельно, сколько бы это ни занимало времени, сил и средств. Здесь мы подошли к еще одному важному вопросу:: какие исследования можно и целесообразно проводить, используя подводные аппараты? Вопрос этот в настоящее время становится весьма острым, поскольку начинается период внедрения этой новой техники в практику как фундаментальных, так и народнохозяйственных исследований.
Существующими подводными аппаратами — обитаемыми и телеуправляемыми, а также водолазными средствами выполнен большой объем научных исследований, имеющих фундаментальное и прямое практическое значение. Возможности этой подводной техники выявлены достаточно полно, и теперь стоит задача правильного методического ее использования в интересах решения крупных проблем, дающих значительный эффект, как научный, так и экономический.
Так, например, длительным и разнообразным применением подводных аппаратов доказана их способность к точным измерениям многочисленных параметров среды, измерениям и уникальным исследованиям на донной поверхности, изучению недоступных ранее процессов в толще воды и т. п. Этот богатый материал составляет основу системного представления всех возможных подзадач, решение которых подводные аппараты способны обеспечить с необходимой точностью. Эти подзадачи — своеобразные кирпичики, из которых специалистами может быть построена любая достаточно сложная программа исследований в интересах решения конкретной крупной проблемы. Процесс формирования такой программы, безусловно, творческий. Примером может служить франко-американский эксперимент по изучению тектонических процессов в районе срединно-океаннческого хребта в Атлантическом океане, названный программой ФАМОУС. Исследования проводились тремя подводными аппаратами на глубинах до-3000 м в течение 1974—1975 гг. Их конкретная направленность, длительность и комплексность обеспечили получение прямых доказательств активности процессов в районе подводного срединно-океанического хребта.
Аналогичные комплексные исследования были проведены советскими океанологами в рифтовой зоне Красного моря. В исследованиях, помимо современных геофизических средств, использовались подводные обитаемые аппараты «Пайсис» и подводные необитаемые аппараты «Манта-1,5» и «Звук».
Обитаемый подводный аппарат оборудуется телевизионной системой с видеозаписью изображения и фотосистемой.
На буксируемых аппаратах устанавливаются телевизионная система с видеозаписью на борту судна и стереофотосистема. На телеуправляемых аппаратах с манипуляторами, как правило, помимо телевизионной системы, также устанавливается фотосистема (либо моно, либо стерео). Подобной аппаратурой для получения визуальной информации при геологических исследованиях рифтовой зоны Красного моря были оборудованы подводные аппараты «Пайсис-XI», «Звук-4», «Звук-6» и «Манта-1,5». Применение комплекса новых технических средств в геологических исследованиях позволило получить большое количество качественных фотоснимков дна и многочасовые видеозаписи телевизионной информации. Опыт такого массового использования подводных аппаратов трех разных типов в одной экспедиции является достаточно уникальным. Благодаря применению подводных аппаратов сотрудники экспедиции длительное время постоянно наблюдали дно Красного моря в пределах выбранного полигона, в различных его частях, характеризующихся различной геологической структурой.
Так, основные научные задачи подводного аппарата «Пайсис-XI» были сосредоточены на поисках и исследовании районов молодого вулканизма, зон спрединга, выходов эвапоритов. Основные научные задачи буксируемых аппаратов «Звук-4», «Звук-4м» и «Звук-6» состояли в изучении геологии районов, покрытых слоем осадков, и, в частности, в изучении обнаруженных в поверхностных осадках многочисленных отверстий и холмистых образований. На этой же части полигона использовался подводный телеуправляемый аппарат «Манта-1,5», манипулятором которого отбирались пробы грунта в районе обнаруженных отверстий.
Подобное распределение обязанностей в какой-то мере было продиктовано особенностями подводных аппаратов. Так, подводный аппарат «Пайсис» оказывается исключительно эффективным в исследованиях локальных районов дна с сильно пересеченным рельефом вплоть до вертикальных стенок большой протяженности. Эти исследования обычно проводились с максимальной степенью детализации путем длительных остановок и зависаний У объектов исследований.
Подводные буксируемые аппараты «Звук» оказываются наиболее эффективными при исследованиях на длинных трассах в течение длительного времени, измеряемого многими часами. Для этих подводных аппаратов определенные трудности возникают при буксировке над сильно пересеченным рельефом, изобилующим вертикальными стенками и провалами. В этих условиях получение фототелевизионной информации часто становится проблематичным.
Подводный телеуправляемый аппарат «Манта-1,5» имеет средства активного движения — винтовые движители. Он, подобно подводному аппарату «Пайсис», наиболее эффективен в районах, где требуются длительные детальные исследования дна с отбором проб.
Исходя из отмеченных особенностей и планировались основные районы работ подводных аппаратов на полигоне. Подводный аппарат «Пайсис» преимущественно исследовал центральную рифтовую часть полигона, «Звук-4», «Звук-4м» и «Звук-6» преимущественно изучали краевые горы, а также равнинные части западного и восточного склонов, подводный аппарат «Манта-1,5» сосредоточил свои исследования на районах краевых гор.
На всех частях полигона подводными аппаратами, прошедшими расстояние 164 км вблизи дна, получен большой фактический материал в виде фотографий и видеозаписей телевизионных изображений. Следует обратить внимание на комплексный характер этой информации, имеющей определенную весьма полезную избыточность. Так, фотографии дна на полигоне дают дискретную статистическую информацию с высоким разрешением и качеством. Видеозапись, хотя и обладает меньшим разрешением, но зато позволяет вновь и вновь возвращаться к изучению отдельных районов дна, наблюдаемых в динамике. Таким образом, возникает возможность совместного анализа видеоинформации и фотоснимков, что существенно повышает эффективность исследований.
Следует также отметить, что если телевизионная информация, получаемая подводным аппаратом «Пайсис», является только регистрацией наблюдаемых событий непосредственно через иллюминатор, то видеоинформация подводных аппаратов «Звук» и «Манта» играет двоякую роль. С одной стороны, телевизионная система является своеобразным видеоискателем, с помощью которого ведется прицельный сбор образцов или фотографий, с другой — она является средством получения и регистрации ценной динамической информации о наблюдаемых ситуациях. Помимо этого, используя телевизионную систему как видеоискатель, оператор подводного аппарата способен буксировать аппарат над склонами на расстоянии от 1,0 до 4,0 м или заставлять двигаться подводный аппарат типа «Манта» над грунтом на расстояниях от 0,5 до 2,0 м. В этот период может вестись программная маршрутная фотосъемка или же покадровая управляемая съемка интересующих операторов районов дна.
В период экспедиционных исследований были отработаны навыки движения подводного аппарата «Пайсис» вдоль вертикальных стенок высотой до 400 м с непрерывной видеозаписью телевизионного изображения и управляемого фотографирования.
Отработаны методики длительного движения над дном на расстоянии от 1,0 до 4,0 м буксируемых аппаратов «Звук». Отработана также методика проведения подводными аппаратами маршрутной съемки дна на расстояниях 2,0—4,0 м с контролем расстояния по гидроакустическим приборам, установленным на этих аппаратах. При этом такая буксировка осуществлялась не только на равнинных участках дна, но и на длинных склонах с наклоном 35—40° и даже в районе рифтовой зоны. Была опробована в рейсе также методика движения подводного аппарата «Манта» на близком расстоянии от грунта (до 0,5 м) с частыми зависаниями и посадками на грунт. Судно при этом находилось в дрейфе, который не вносил, однако, помех в работу подводного аппарата за счет того, что от подводного аппарата шел участок плавающего кабеля длиной до 30 м. Такая процедура движения позволяла осмотреть и отснять полосу дна по направлению дрейфа шириной до 40 м.
Изучение материалов фототелевизионного обзора дна Красного моря в районе выбранных полигонов, которое проводилось коллективом специалистов, являвшихся одновременно гидронавтами-наблюдателями, позволило прийти к ряду крупных научных выводов. Важно отметить, что видеофильмы и фотографии позволили организовать коллективное обсуждение научных результатов. Личные впечатления- одного специалиста, погружавшегося в подводном аппарате, дублировались динамичной картиной видеозаписи и высококачественными фотографиями. Материалы, полученные необитаемыми подводными аппаратами, также воссоздавали у специалистов живые картины виденного ранее. Видеофильмы, снятые подводным аппаратом «Пайсис», отражают наиболее интересные фрагменты наблюдаемых участков центральной рифтовой зоны. Особую ценность и интерес представляют видеозаписи осмотра вертикальных стенок высотой до 400 м. Весьма интересны видеозаписи обнаруженных зон экструзий, глубоких щелей, образовавшихся при горизонтальных движениях участков дна. Подводному аппарату не раз удавалось проследить простирание таких трещин, проходящих через всю подводную гору. Все наиболее интересные видеозаписи дублировались многочисленными фотоснимками.
Видеофильмы, снятые буксируемыми аппаратами «Звук», показывают картины донной поверхности на значительных расстояниях в районе краевых гор (протяженностью до нескольких миль). Большой интерес представляют видеозаписи, сделанные при буксировках через западный и восточный склоны, которые осуществлялись с целью поиска выходов эвапоритов. Аналогичная длительная видеозапись была осуществлена при буксировке подводного аппарата в районе желоба Таджура через один из его склонов. Эти видеозаписи также дублировались фотографиями, которые делались в режиме программной маршрутной съемки. Фотографии с большой степенью детализации фиксируют микрорельеф дна в этом районе.
Видеофильмы, снятые подводным телеуправляемым аппаратом «Манта-1,5», дают картины дна также в районе краевых гор полигона. В отличие от буксируемых аппаратов, видеозаписью охвачены локальные районы дна.
Проведенные визуальные наблюдения, фотографические и телевизионные съемки дали возможность воссоздать картину геологического строения красноморского рифта в исследуемом районе от его молодой экструзивной зоны до краевых стенок, ограничивающих,рифтовую зону.
Примером еще более комплексного применения технических средств подводных исследований может служить использование в геолого-географических экспедициях ИОАН НИС «Витязь». Ввод в строй НИС «Витязь», имеющего на борту весь комплекс технических средств подводных исследований, включая водолазный гипербарический комплекс с погружаемым водолазным колоколом, позволил широко использовать при океанологических исследованиях современные водолазные методы. Комплекс рассчитан на рабочую глубину 250 м. На НИС «Витязь» используются подводные аппараты — обитаемые и необитаемые.
Первый научно-методический опыт применения всего арсенала исследовательских средств НИС «Витязь» в интересах геолого-геоморфологических исследований был получен при выполнении экспедиционных работ на полигонах о. Кипр, у мысов Пафос и Акамас в Средиземном море и на полигоне подводной горы Ампер в Восточной Атлантике.
Работы в районе о. Кипр проводились на двух полигонах в западной и северо-западной частях острова. В западной части о. Кипр был намечен полигон «Пафос» размером 15×8 км. В се-веро-западной части был намечен полигон «Акамас» размером 20ХЮ км. Работы на полигонах проводились на станциях, где выполнялся эхолотный промер, погружался подводный обитаемый аппарат «Аргус», буксировался подводный телеуправляемый аппарат «Звук-4», погружался водолазный колокол.
Полигонные работы начинались с традиционного эхолотного промера, который был необходим для составления подробной карты рельефа дна и проведения последующих исследований. После построения батиметрической карты рельефа дна каждый полигон обследовался буксируемым аппаратом «Звук-4» с целью выяснения структуры дна, характера залегания осадков и поиска выходов коренных пород. Полученные материалы служили основой для выбора точек, наиболее интересных для проведения- детального геолого-геоморфологического исследования с применением подводного обитаемого аппарата «Аргус» и водолазного колокола. Детальные эхолотные промеры полигонов позволили выявить ряд деталей рельефа дна и определить наиболее целесообразные трассы буксировок подводного телеуправляемого аппарата «Звук-4». Проведенные в свою очередь буксировки подводного аппарата «Звук-4» позволили наметить еще более локальные и интересные для обследования районы дна. Так были определены места целесообразных погружений подводного аппарата «Аргус» и водолазного колокола с акванавтами. Подобная методика детальных геолого-геоморфологических исследований крупных полигонов была отработана еще в 30-м рейсе НИС «Академик Курчатов» в Красном море и здесь, на полигонах о. Кипр с успехом подтвердила свою эффективность.
На полигоне «Пафос» были выполнены 4 погружения подводного аппарата «Аргус» и 11 погружений водолазного колокола.
На полигоне «Акамас» в процессе буксировки подводного аппарата «Звук-4» были зарегистрированы на записях локатора бокового обзора отдельные выходы коренных пород. В этом районе было совершено 3 погружения подводного аппарата «Аргус», в процессе которых выходы коренных пород подтверждены и детально обследованы наблюдателями.
Выбор северо-западного полигона был не случаен. Анализ карты о. Кипр позволил предположить, что Троодосский горный массив наиболее вероятно имеет продолжение под водой именно в северо-западном направлении острова и, следовательно, именно там возможны выходы коренных пород. Наблюдателями из подводного аппарата «Аргус» было подтверждено это предположение, а детальное обследование крутых скальных обнажений обнаружило многочисленные выходы офиолитов.
Использованная методика комплексных исследований с привлечением всех видов технических средств позволила эффективно выполнить детальные геоморфологические исследования западной и северо-западной частей шельфа о. Кипр за сравнительно короткий период времени—12 сут. В течение этого периода было пройдено с эхолотным промером 700 км, буксировка подводного аппарата «Звук-4» по продолжительности составила 30 ч, было совершено 10 погружений водолазного колокола на глубины от 20 до 165 м, одновременно совершено 11 погружений подводного аппарата «Аргус» на глубины от 70 до 455 м, кроме того, взято 13 проб грунта с помощью дночерпателя и водолазов.
Второй этап исследований проходил на полигоне подводной горы Ампер в Восточной Атлантике. Работы на полигоне Ампер были начаты с эхолотного промера, на основе которого была выбрана точка для постановки реперного буя. После детального эхолотного промера вершины горы Ампер были намечены 8 галсов для буксировки подводного аппарата «Звук-4». Локатором бокового обзора была отснята практически вся поверхность вершины горы Ампер в пределах изобаты 100 м и в наиболее интересных местах проведена фотосъемка. Далее для выбора конкретного места погружения водолазного колокола была проведена фотосъемка вершины горы по заранее намеченному галсу.
Водолазный колокол погружался в районе многочисленных гряд — стенок, зарегистрированных как локатором бокового обзора, так и фотосъемкой. Погружение водолазного колокола показало, что точка была выбрана правильно: колокол оказался в центре очень интересных гряд, которые наблюдались акванавтами справа и слева от колокола.
Эффективность исследований определяется комплексностью использования всего арсенала технических средств подводных исследований, а также традиционных средств исследований, таких как эхолот, магнитометр, гравиметр, НСП, ГСЗ. При этом соблюдался основной методический принцип исследований: от общего к частному.
Выбранные полигоны вначале исследовались традиционными акустическими методами, обеспечивающими большие площади покрытий. Затем следовал анализ полученных результатов, выбор более локальных участков дна для более детальных исследований. Затем снова проводился анализ, в результате которого зона обследования дна предельно сокращалась и становилась доступной для детальных визуальных исследований и прицельного отбора проб грунта. При этом и в использовании визуальных средств исследования также соблюдался принцип от общего к частному.
Большие возможности предоставляют подводные аппараты и по глубинам погружения. Именно поэтому при детальных обследованиях выбранных локальных участков дна вначале использовались подводные аппараты, которые позволили предельно сузить интересы исследований и конкретизировать необходимые действия, например, по прицельному отбору проб основных пород. Подобные операции оказываются под силу лишь человеку, вооруженному специальным инструментом для откалывания, отбури-вания, выкапывания и т.п. Однако подводные аппараты — необитаемые в большей степени, обитаемые в меньшей — ограничивают объем информации об изучаемом объекте и ограничивают возможности прямого контакта с объектом. Телевизионная система не в состоянии передать весь спектр визуальных впечатлений, и даже наблюдение через иллюминатор часто искажает информацию, ограничивает обзорность. Из подводного обитаемого аппарата пока существует возможность выполнения только весьма простых операций, например отбор отдельно лежащих образцов или взятие проб грунта специальными пробоотборниками. Наивысшими возможностями обладает акванавт, естественно в пределах глубин, на которых существует реальная возможность деятельности человека в настоящее время. Там, где глубины слишком велики для акванавта, наибольшими возможностями обладает подводный обитаемый аппарат. В этом случае тоже следует анализировать целесообразность использования обитаемого аппарата. В ряде случаев исследование с успехом может быть выполнено подводным телеуправляемым аппаратом, вооруженным телевизионной системой, фотосистемой и манипулятором.
Таким образом, после каждого этапа исследования следует тщательно анализировать экономическую целесообразность применения имеющихся технических средств подводных исследований.
Разработанный метод комплексного применения техники подводных исследований наиболее детально опробован при проведении геолого-геоморфологических исследований. Очевидно, что эти новые средства могут быть использованы при проведении исследований и в интересах других разделов океанологии, например при проведении биологических исследований, где в отдельных случаях уже есть положительный опыт применения и подводных аппаратов, и акванавтов, но не комплексно, а в отрыве друг от друга.
Приведенные выше примеры комплексного применения в исследованиях океана всего арсенала средств показывают весьма высокую эффективность нового методического подхода, появившегося лишь в последние годы в связи с возникшими крупными научными проблемами, такими, например, как тектоника литосферных плит, и дали толчок активному развитию этого метода.
Следует отметить, что проблемные вопросы современной геологии океана решаются не только на больших глубинах, но также и на глубинах, непосредственно доступных человеку в водолазном снаряжении, например на вершинах подводных гор, которыми так изобилует Мировой океан. Возникновение и эволюция подводных вулканических гор являются результатом глобальных тектонических процессов, и ответы на многие вопросы, остро стоящие в настоящее время, могут быть даны в результате лишь комплексных геолого-геофизических исследований этих геологических объектов.