В конпе XV в., когда политическая и экономическая обстановка в Южной Европе, и в первую очередь |на Иберийском полуострове \ начала стабилизироваться в связи с изгнанием мавров, а небольшие княжества стали объединяться, когда турки перекрыли дорогу на Восток, а оставшуюся тропинку зорко стерегли Венеция и Генуя, сам собой возник вопрос об отыскании независимой ни от каких посредников дороги к восточным товарам и пряностям. Еще большей притягательной силой обладало золото. Не менее важным было желание иметь даровую рабочую силу — невольников, торговые фактории и колонии.
Расширение политических горизонтов повлияло на удлинение рейсов. В результате потребовались более надежные и вместительные парусные суда. По мере накопления опыта они совершенствовались и достигали отдаленных уголков земли. Только парус — движитель, обеспечивающий неограниченную автономность, — позволил совершить великие географические открытия, добраться до самых неведомых стран. Ко времени появления паровой машины на судне Земля была открыта практически полностью.
Открытые земли и моря нужно было изучить. В отдельных плаваниях и экспедициях составлялись и уточнялись карты, наносились течения, приливы, отливы. Однако основной целью экспедиций было быстрее открыть новое и заявить права на открытое. С помощью пушек — одного из главных грузов на кораблях — права подтверждались. Практически все экспедиции вплоть до конца XIX в. совершались под охраной пушек.
В связи с развитием международной торговли, судоходства; появлением огромных и дорогостоящих судов потребовалось уточнить и улучшить знания о Земле и океане. Географические экспедиции сменились океанографическими. Вначале они велись на кораблях, где зачастую не было даже помещения для работы ученых.
Одним из первых судов, специально снаряженных с целью проведения океанографических работ, было английское, судно «Челленджер» (1872 г.). Большой вклад в изучение Земли и океанов внесли русские мореплаватели и ученые, в частности, Н. Ф. Крузенштерн, Ю. Ф. Лисянский, Э. X. Ленц, О. Е. Коцебу и С. О. Макаров.
Несмотря на широкое внедрение на судах механических двигателей для некоторых работ по исследованию океана, парусные суда оказались незаменимыми. Не касаясь специфики и назначения работ, проводимых научно-исследовательскими судами (НИС), обратим внимание на режимы их скоростей. Полным ходом НИС идут к месту проведения исследований или курсируют между отдаленными станциями. Гидроакустические исследования, изучение магнитного и гравитационного полей Земли, измерение температуры воды на поверхности и в воздухе можно выполнять на ходу. На малых скоростях, до 5 уз, исследования проводят довольно часто, особенно в случае буксировки специальной аппаратуры. Практика использования НИС показывает, что 80% всего времени они тратят на работы, выполняемые на станциях, без хода. Длительная и надежная работа на станции — одно из главных отличий НИС. Во время работы на станции судно не должно отклоняться от заданной точки при любом состоянии моря и ветра. Автор книги «Суда для исследования Мирового океана» Н. Ф. Медведев 133] считает, что классические парусные суда и лоцманские боты обладают непревзойденными способностями спокойно лежать в дрейфе. Очевидно, и другие требования НИС могут удовлетворить только парусники.
Трехмачтовая шхуна «Вема», бывшая яхта «Гуссар», построенная в 1923 г. (длина корпуса 61,40 м, ширина 10 м, осадка 5,5 м), с площадью парусности 1200 м2 и двигателем мощностью 735 кВт широко используется Колумбийским университетом США для океанографических исследований. Баркентина «Регина Марис», принадлежащая «Оушн Рисёч энд Эдукейшн Сосайти Инк». (США), длиной 42,5 м, шириной 7,6, осадкой 3,3 м имеет парусность 550 м2 и двигатель мощностью 178 кВт. Это судно применяется для изучения морской биологии.
В течение многих лет одни из крупнейших парусников мира — четырехмачтовые «Седов» и «Крузенштерн» — использовались как океанографические суда и, кстати, не они были первыми парусниками нашего научного флота. В 30-е годы в Дальневосточном бассейне исследования велись с трехмачтовой гафельной шхуны «Россииант».
Водоизмещение «Седова» 7250 т, длина 117 м, ширина 14,5 м, осадка 7,2 м, площадь парусности 192 м2. В бакштаг под всеми парусами скорость судна достигала 12 уз. Под парусами «Седов» — идеальная плавучая лаборатория; он практически не рыскал, не было вибрации и для физических приборов. Построенное в 1921 г. в Гамбурге как «Магдалена Виннен» (позже «Коммодор Ионсен») судно попало в состав нашего флота после раздела немецкого в 1946 г. С 1957 по 1960 г. «Седов» принимал участие в.экспедициях в Атлантику. В начале и середине 60-х годов «Седов» и «Крузенштерн» участвовали в изучении Атлантики, в частности Гольфстрима.
Рис. 1. «Регина Марис».
Рис. 2. «Седов» — один из крупнейших парусников мира.
«Крузенштерн» (бывшая «Падуя») — один из самых знаменитых летающих П — парусников немецкого судовладельца Ф. Лайеша — был построен в 1926 г. в Везермюнде (Бремерхафене, ФРГ) на верфи «Текленборг». Длина его 114,5 м, по ватерлинии 95 м, ширина 14 м, «осадка 7 м, парусность 3700 м2, скорость под парусами 15—16 уз. В свое время прекрасный ходок, за 87 дней преодолевавший расстояние от Гамбурга вокруг мыса Горн до чилийского порта Талькауано, во время войны парусник использовался как несамоходная баржа. В 1946 г. на нем был поднят советский флаг и присвоено имя, которое он с честью носит до сих пор. В 1959—1961 гг. судно было модернизировано и снабжено двумя двигателями по 590 кВт, обеспечившими скорость 8—9 уз. Семь лет судно выполняло задания АН СССР, не прерывая одновременно учебной практики. В 1968—1971 гг. оно было модернизировано еще раз и поступило в распоряжение Минрыбхоза СССР.
Из всех областей науки есть одна, для изучения которой парусник подходит наилучшим образом. Это область земного магнетизма и атмосферного электричества. Исследования по данным двум направлениям были начаты задолго до первой мировой войны на американской бригантине «Галилея». Несколько позднее их продолжили на судне «Карнеги». В 1938 г. для британского адмиралтейства построили бригантину «Рисёч».
Основной проблемой при проектировании судна было исключение всех магнитных материалов из конструкции корпуса, машинной установки и оборудования. Корпус спроектирован с тиковой обшивкой на латунных шпангоутах при восьми непроницаемых переборках и покрыт листовой медью. Якори и якорь-цепи, тросы такелажа изготовлены -из алюминиевой бронзы. Даже танки для пресной воды, рассчитанные на 37,5 т, выполнены из тика. Ни грамма магнитных материалов не было и на камбузе. Практически все судно сделано из дерева, меди, бронзы и других немагнитных материалов.
Во время строительства и оборудования судна обращалось внимание на такие мелочи, как гвозди, материал консервных банок (только олово), упаковку сигарет, красок, масел. Даже лезвия для бритв и судовая пишущая машина предусмотрены на нем немагнитными. Бригантина «Рисёч» оказалась уникальным судном, на котором не было ни одной детали, способной помешать научным наблюдениям. Но еще более трудной задачей оказалась необходимость обеспечения немагнитности машинной установки.; Хотя «Рисёч» — в основном парусное судно, несущее 1120 парусов, вспомогательная установка была необходима. В дизеле мощностью 118 кВт, вращающем двухлопастный винт, широко применены бронзовые сплавы и специальные немагнитные стали. При скорости 6,5 уз и 14 т топлива радиус действия судна составлял 3 тыс. миль
Рис. 3. Немагнитная бригантина «Рисёч»
Остальное оборудование включало дизель-генераторы мощностью 6,6 и 13,2 кВт, холодильную установку, компрессор, океанографическую лебедку. Размеры бригантины такие: длина по ватерлинии 43,5 м, ширина 10,4 м, осадка 4 м, водоизмещение 770 т. Экипаж судна составлял 32 чел., включая и четырех ученых. В научное оборудование входило все необходимое не только для изучения земного магнетизма, но и для океанографических, метеорологических, атмосферно-электрических исследований [83, 90]. Вторая мировая война помешала первым рейсам, и работа началась позднее.
В 50-е годы в АН СССР было принято решение систематически наблюдать за состоянием магнитного поля Земли, которое постоянно изменяется. Эти изменения очень важны для судов, самолетов и всех тех, кто пользуется магнитными приборами. Результаты, полученные на «Галилее» и «Карнеги» (1906—1926 гг.), устарели, а данные бригантины «Рисёч» оказались недоступными. Кроме того, необходимо было определить вековые изменения элементов геомагнитного поля, исправить и уточнить магнитные карты океанов и морей, выявить степень и характер магнитной аномалии океанов. Для этой цели потребовалось специальное судно. Задачу его немагнитности пришлось решать заново. Основными материалами для судна стали дерево, латунь, медь, бронза, маломагнитная сталь. Только в тех приборах и двигателях, которые работают благодаря магнетизму, были оставлены ферромагнитные материалы. Общее количество их практически не влияет на точность геомагнитных измерений.
По заказу Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн в Финляндии на верфи «Лайватеоллисуус Аб» в 1952 г. была построена немагнитная шхуна «Заря» (рис. 167). Оборудованная необходимыми приборами шхуна в 1956 г. совершила первый рейс в Рейкьявик и обратно с заходами в норвежские и датские порты. В 1957—1958 гг. она участвовала в работах по программе Международного геофизического года. За 15 мес. «Заря» прошла 47 тыс. миль в Атлантическом и Индийском океанах. Позднее она проследовала из Одессы во Владивосток с посещением портов Австралии, Новой Зеландии, Новой Гвинеи, Китая и Японии, проводила исследования в Тихом океане.
Длина шхуны 52,25 м (по корпусу 42,5 м, по ватерлинии 37,5 м), ширина 9 м, осадка 4,2 м, площадь парусов 730 м2, водоизмещение 600 т. Главный двигатель мощностью 220 кВт обеспечивает судну скорость 7—8 уз. Для предохранения деревянного корпуса от обрастания подводная его часть обшита латунью. Остойчивость судна улучшена 85-т свинцовым балластом. Экипаж судна включает 36 чел., в том числе 9 научных сотрудников. Все научное оборудование размещено в двух просторных лабораториях, расположенных в носу и корме. На отдельные рейсы оно пополнялось приборами для ионосферных наблюдений и измерения нейтронной компоненты космических лучей.
Рис. 4. Немагнитная шхуна «Заря».
«Заря» работает свыше четверти века. Результаты этой работы относятся к крупнейшим научным достижениям нашей страны: получены уникальные магнитные профили огромных участков Мирового океана, протяженность которых свыше трети миллиона миль; составлены совершенные магнитные карты; улучшено обслуживание флота и авиации; открыты многочисленные магнитные аномалии. Широко международное признание важности и необходимости продолжения этих работ.
Нельзя не упомянуть и о самом маленьком в мире НИС — немагнитной яхте «Электра» Института электродинамики АН УССР, построенной руками самих ученых под руководством А. Ф. Ко-лесниченко. В течение ряда лет на «Электре» успешно проводятся исследования земного магнетизма, экологии, сине-зеленых водорослей. Представляет интерес и намеченный способ использования яхты для исследований в различных районах Мирового океана. Мореходное и быстроходное судно-база доставляет этот плавучий стенд в точку, где необходимо провести исследования, затем поднимает яхту на борт и идет в следующую точку. Вероятно, такая схема проведения научных работ заслуживает распространения. Возможность смены подобных научных модулей может привести к появлению новых типов НИС.
Осенью 1976 г. польские корабелы испытывали на Балтике необычное судно. Черный корпус с-золотистым носовым украшением — галионом, с богато украшенной резьбой длинной надстройкой и красно-коричневыми парусами. Это новое исследовательское -судно «Мазурка», спроектированное под руководством известного яхтсмена, проектанта и строителя яхт и оригинальных малых судов (в том числе и лоцманского катамарана) Збигнева Милевского, сейчас руководящего секцией Польского Реестра Судов по яхтам.
Судно предназначено для плавания в субтропических и тропических районах, а также в Северной Атлантике и должно служить базой для ученых, исследующих морское дно, пользующихся различными исследовательскими средствами, например батискафами, опускаемыми с других судов. Для этого оно имеет возможность удерживаться на позиции без постановки на якорь.
Интересна история создания «Мазурки». В 1972 г. американский судовладелец Д. Джонсон, основатель научного океанографического института в Форт-Пирсе (Флорида, США), обратился в Центромор (польское внешнеторговое предприятие) с предложением спроектировать и построить на базе рыболовного судна клепаной конструкции парусное судно для исследований океана, которое одновременно было бы и яхтой. После многочисленных консультаций, исправлений, разработки нескольких вариантов проекта и архитектурного решения интерьера и экстерьера определились характеристики будущего судна. Длина наибольшая (без бушприта) 37 м, длина по ватерлинии 32,25 м, ширина 7,3 м (увеличена на 860 мм относительно ширины корпуса траулера Б-17), высота борта 3,57 м и осадка 3,0 м.
Рис. 5. Исследовательское судно «Мазурка»,
Остойчивость обеспечена расширением корпуса и принятием 46,5 т балласта, заложенного в специальный киль, который приварен к днищу. В результате со 100% запасов, с шестью пассажирами и десятью членами команды «Мазурка» под основными парусами выдерживает ветер 7 °Б, а под штормовыми — 12 °Б. Энергетическая установка ее мощностью 294 кВт обеспечивает скорость 10,2 уз (автономность до 5000 миль). Такую же скорость судно развивает с полной парусностью на курсе бакштаг при ветре 5—6 °Б.
Парусное вооружение площадью 358 м2 выбрано из расчета обслуживания его не более чем четырьмя членами команды. Необходимость обеспечения остойчивости и правильной центровки обусловили высоту мачт и расположение их относительно носа судна. Тип вооружения — стаксельный кеч при гроте с уишбоном (рис. 169): Продольным стоячим такелажем, в который включен и ватерштаг бушприта, очерчен контур максимальной парусности. Работа с парусами при площади наибольшего паруса (грота) 88,8 м2, наименьшего (стакселя) 32,5 м2 и при богатом ассортименте вспомогательных механизмов не представляет никаких трудностей. Мачты диаметром 350 мм (грот) и 370 мм (бизань) выполнены из стали, причем в бизань выведены выхлопы дизелей (есть и подводный выхлоп). Стоячий такелаж изготовлен из нержавеющих тросов, бегучий — из синтетических. Во время испытаний на Балтике оказалось, что судно очень хорошо отцентровано: во время хода курсом бейдевинд при четырехбалльном ветре под основными парусами необходимость в управлении рулем полностью отпала.
Помимо главного двигателя судно оборудовано ВДРК фирмы «Шоттель» мощностью 73,5 кВт, при работе которого оно развивает скорость 6 уз. Кроме того, для корректировки положения судна в- носовой части имеется водометное подруливающее устройство небольшой мощности. Многочисленные другие механизмы и устройства обеспечивают жизнедеятельность судна; на шлюпочной палубе установлен аварийный дизель-генератор.
При оборудовании жилых помещений особое внимание было обращено на оригинальность интерьера и качество выполнения работ. Следует отметить еще одну интересную особенность судна! расположение в носовой части и форму рулевой рубки, объединенной со штурманской. Это позволило не только обеспечить необходимые углы обзора по горизонту, но и дало возможность контролировать из рубки положение парусов.
Во время испытаний и переходов через Атлантику в тяжелых погодных условиях судно показало высокие мореходные качества.
Вот пример рационального объединения парусов и двигателя. Последний используется во время штиля, при маневрах, при ходе против ветра, а паруса — во все остальное время (на переходе, в дрейфе, при научных наблюдениях). Ходовой крен судна невелик из-за низкого расположения центра парусности и возможности применения антикреновых цистерн.
Рис. 6. Общее расположение «Мазурки»:
а — вид сверху; б — главная палуба; в — трюм
1 — салон; 2 — апартамент владельца; 3 — каюта капитана; 4 — помещение для ВОДО* лазов; 5 — машинное отделение; 6 — помещение команды.
Рис. 7. НИС (предложение С. Бэррона).
Уже известный нам Стивен Бэррон, большой поклонник роторов, считает, что они вполне уместны на судах, которые не испытывают неудобств жесткого расписания рейса, не нуждаются в высокой скорости, но на которых не должно быть вибрации, возмущения воды при постоянном присутствии ветра. Такими могут быть НИС. Одно из них показано на рис. 170.
При длине 75 м и водоизмещении 4 тыс. т судно состоит из погруженных корпусов, поддерживающих достаточно высоко над водой основную платформу с жилыми, служебными и научными помещениями. На палубе установлены два ротора, приводимых в движение газовой турбоэлектрической установкой, которая также приводит в движение гребные винты. В подводных корпусах расположены постоянные плавучести, заполненные пенопластом, дифферентные цистерны, запасы топлива, воды, установлены аккумуляторные батареи для тихого хода.
Большая часть нашей планеты покрыта океанами, поэтому будущее человека видится С. Бэррону в эксплуатации его минерального и органического богатства. Он считает, что исследования океанов должны быть расширены и ускорены.
Форма корпуса, предлагаемая С. Бэрроном, не нова и является отзвуком известных ранее «трисека» и «си салки», но с учетом посадки платформы на воду вполне оправдана. Все же роторы — не самый подходящий движитель для такого судна. Возможно, стоит подумать о превращении их во время работы на станции в карусельные двигатели путем открытия вертикальных лопастей на поверхности ротора, причем желательно, чтобы часть лопастей, движущихся против ветра, не увеличивала сопротивления вращению. Однако вряд ли такое усложнение компенсирует возможность подзарядки аккумуляторных батарей. Для этого проще воспользоваться ветрогенерагорами.
НИС может эксплуатироваться в более разнообразных условиях, чем, скажем, грузовое судно. В этом аспекте, вероятно, целесообразнее использовать суда с автоматизированным парусным вооружением — косым либо типа «Динариг». Высокоэффективное при ходе под парусами такое вооружение позволит судну лежать в дрейфе, легко изменять парусность и ее центр. Оно занимает мало места на палубе и имеет сравнительно небольшое лобовое сопротивление. Очевидно, некоторые типы НИС длиной 20—60 м могут быть катамаранного или тримаранного типа. За счет увеличения объемов и площади палуб такие суда будут более универсальными, чем любые из существующих. На базе основного проекта в результате применения различных контейнеров-модулей можно получить судно практически любого назначения. В случае необходимости соблюдения на судне тишины не исключено применение ветроколес в качестве ветро-генераторов.
Использование ветра для НИС этим не исчерпывается. В проектах ученых можно встретить огромные ветроплотины для получения электроэнергии, располагаемые вдоль берегов. Представим ветроплотину, установленную на самоходном или буксируемом понтоне. Такой понтон можно использовать как передвижную плавучую электростанцию, обслуживающую исследовательские группы или небольшие поселки. Преимущества понтона по сравнению с наземными агрегатами состоят в том, что ремонт его производится путем замены одного понтона на другой, не нужны строительные работы для установки его в любом месте, легко осуществляется самоустановка понтона на оптимальный угол к ветру. Плавучая установка вполне может работать в автоматическом режиме и, в частности, в системе гидроаккумуляторной станции для накачивания воды в резервуар или снабжения энергией исследовательского буя, установленного в океане.
Далеко не всегда выгодно содержать большое мореходное судно с высококвалифицированным персоналом для сбора метео-и океанографических сведений. Эту работу может выполнить автомат. Различного рода радиобуи, наблюдающие за погодой или толщей океана, известны давно. Но без двигателя они находятся во власти водной стихии (например, дрейф в нежелательном направлении), и по окончании запасов энергии найти их трудно. Зато те же буи, оборудованные ветрогенератором даже небольшой мощности, могут служить значительно дольше. Если же размеры И масса буя будут представлять некоторую опасность для судоходства, то ветрогенератор снабдит энергией сигнальное устройство.
Рис. 8. НИС будущего со сменными контейнерами-лабораториями (предложение И. Е. Пересткжа)
Рис. 9. Парусный буй-автомат.
Несколько лет назад был построен совершенно новый тип автомата (парусный) для океанографических, метеорологических и электронных исследований — СКАМП. Круглый корпус диаметром 5 м (масса 816,47 кг), снабженный двумя рулями и килями, содержит необходимые приборы и питание. Парусник движется одним высокоэффективным кольцевым крылом высотой 5 м и площадью 4*68 м2. Положение паруса и направление движения определяет по радио компьютер. Но когда необходимо удержаться на месте, парус, поворачиваясь то в одну, то в другую сторону, передвигает корпус в одном строго определенном и обратном направлении.