Основной способ изучения океана в наши дни — сбор информации с помощью специализированных океанологических судов.. Этот метод сбора информации в силу его организационной простоты и сравнительной дешевизны полностью оправдывает себя при работе в новых районах, при обследовании, целью которого является накопление информации о пространственно-временных характеристиках самого общего характера. По мере накопления сведений о новом районе ученые выделяют участки с теми или иными аномалиями, заслуживающими особого внимания. На этих участках начинаются более детальные исследования, в которые вовлекаются не только океанологические суда, но и целый ряд других носителей аппаратуры. Немалое место в процессе локальных наблюдений в настоящее время начинают занимать технические средства, обеспечивающие доставку человека под воду, непосредственно к объекту исследований.
Существует три класса технических средств, обеспечивающих работу человека под водой. Первый — это системы, обеспечивающие человеку под водой нормальные условия существования: атмосферное давление, воздух в качестве дыхательной смеси,, комфортные температуру и влажность. К ним относятся обитаемые подводные аппараты.
Второй класс технических средств — водолазные системы и комплексы, эксплуатируя которые, человек подвергается повышенному давлению, равному или близкому к давлению окружающей водной среды. Условия жизни человека в водолазных системах и комплексах резко отличаются от привычных наземных: давление газовой среды, в которой находится водолаз, достигает десятков атмосфер, в состав дыхательной смеси входит гелий вместо азота, даже вкус пищи в этих условиях отличается от обычного.
Третий класс — подводные телеуправляемые аппараты и роботы, используя которые, человек дистанционно излучает океан,, получая при этом обширную визуальную информацию об изучаемых явлениях. Находясь на исследовательском судне, ученый имеет возможность наблюдать, измерять интересующие его параметры среды и выполнять серию сравнительно простых операций с помощью манипуляторов.
Основное принципиальное преимущество перечисленных технических средств перед традиционными методами исследований Мирового океана — это возможность прямого наблюдения изучаемого явления и селективного отбора проб. Стремление к прямым наблюдениям в свое время впервые толкнуло специалистов Различных разделов океанологии к внедрению в практику научного эксперимента этого нового метода исследований океана.
Так, в 1844 г. французский натуралист профессор Милн-Эдвардс отошел от традиционных методов морских биологических исследований, надев шлем и погрузившись в море с маленькой шлюпки возле Сицилии, для того чтобы провести первое зарегистрированное исследование подводного мира. В последующие годы, однако, не многие повторили такие исследования Милна-Эдвардса.
В 30-х годах советские биологи использовали водолазное снаряжение для научных наблюдений в рыбопромысловых исследованиях. В этот же период подводные работы были проведены в Италии, Франции и США. Летопись спусков ученых под воду была продолжена профессором Вильямом Бибом, погрузившимся в батисфере в районе Бермудских островов на 960 м, а далее, начиная с 50-х годов, рост числа погружений многократно возрос.
В настоящее время в мире насчитываются сотни исследовательских подводных аппаратов.
Первым подводным аппаратом, использованным в морских геологических исследованиях, был батискаф «Триест». В 1957 г. у берегов Италии на нем было выполнено 23 погружения с целью оценить исследовательские возможности нового средства изучения океана. Затем многочисленные подводные геологические исследования были продолжены на других появившихся подводных аппаратах.
Подводные телеуправляемые аппараты с целью океанологических исследований применялись в известной степени односторонне. Достаточно широко использовались автономные телеуправляемые аппараты-роботы типа „Спурв» (США) и буксируемые типа „Фиш» (США). С их помощью выполнены многочисленные измерения параметров среды и картографирования дна. Подводные телеуправляемые аппараты с манипуляторами применялись в исследовательских целях эпизодически. Так, подводный телеуправляемый аппарат „Краб» (СССР) использовался в Средиземном, Красном море и Тихом океане при геологических исследованиях, аналогичный аппарат „КЭРВ» (США) был переоборудован для биологических исследований, а донный телеуправляемый аппарат „РУМ» (США), начиная с 1970 г., систематически применялся для океанологических исследований.
Существенно больший опыт применения в океанологических исследованиях получили автономные подводные обитаемые аппараты (ПОА). Следует заметить, что подводные обитаемые и необитаемые аппараты весьма близки по возможностям проводить измерения, брать пробы воды и грунта, осуществлять монтаж донных измерительных приборов и инспектировать их работу.
Однако они имеют и существенные различия. Общим для этих подводных аппаратов можно считать:
а) возможность прямого наблюдения;
б) возможность селективного отбора проб и выполнения монтажных работ;
в) возможность целенаправленных перемещений у дна в толще воды;
г) наличие измерительного комплекса приборов, осуществляющего регистрацию параметров среды;
д) возможность стабилизации траектории движения;
е) возможность динамического позицирования.
Последнее условие для телеуправляемых аппаратов обеспечивается либо системой динамического позицирования судна, либо путем использования промежуточного якоря, закрепляемого на кабеле аппарата, вблизи него.
Различие подводных обитаемых и телеуправляемых аппаратов заключается в следующем:
а) обитаемый аппарат может находиться под водой ограниченное время. Телеуправляемый аппарат, получая питание с носителя, может находиться под водой практически неограниченное время;
б) телеуправляемый аппарат в связи с меньшими размерами способен взять меньшее количество проб;
в) телеуправляемый аппарат более маневренен и имеет возможность работать в различных узкостях;
г) обитаемый аппарат из-за большей массы создает меньшие удобства для работ манипулятором;
д) объем информации, получаемой обитаемым аппаратом, больше, чем объем информации, передаваемой на судно обеспечения телеуправляемым аппаратом (при одной и той же длительности погружения);
е) телеуправляемый аппарат вносит существенно меньшие искажения в изучаемую среду.
Использование судовых водолазных комплексов, состоящих из стационарной барокамеры и стыкующего с ней водолазного колокола, позволило увеличить работоспособность человека под водой. Водолазы длительное время живут в барокамере на борту судна под давлением, равным или близким давлению воды на рабочей глубине. Дважды в сутки они переходят в водолазный колокол, герметично соединенный с камерой и имеющий внутри давление, равное давлению в отсеках камеры. После того как водолазы в колоколе закроют переходной люк, колокол отсоединяют от камеры и опускают на рабочую глубину. Открыв люк и выйдя в воду, водолазы длительное время работают непосредственно на объекте. По окончании рабочего времени они возвращаются в колокол и закрывают люк, колокол поднимается на поверхность, стыкуется с судовой камерой, и водолазы переходят в нее для отдыха. Так продолжается дни и недели — до тех пор, пока работа на дне не будет выполнена. При этом декомпрессия проводится только один раз.
Метод длительного пребывания человека под давлением резко повысил эффективность глубоководных водолазных работ — в некоторых случаях в десять раз и более, и сейчас он находит все большее применение в практике подводно-технических работ.
Другой метод обеспечения водолазных работ связан с длительной жизнью человека под водой в стационарных подводных базах-лабораториях. Подводная база-лаборатория — это подводный дом для водолазов. Она имеет все необходимые для нормальной многосуточной жизни человека — спальные отсеки с койками, кают-компанию с телевизором, библиотекой, радиоприемником; камбуз с запасами пищи и электроплитами для ее приготовления, душевые и санузел, склады водолазного снаряжения, лаборатории. Все отсеки базы наполнены искусственной дыхательной смесью под давлением, равным давлению воды за бортом лаборатории, так что водолазу, или, как называют жителя подводного дома, акванавту, достаточно просто нырнуть в люк, и он оказывается на своем рабочем месте, например на подводном объекте исследования.
И, наконец, применяется еще один метод ведения водолазных работ. Он основан на использовании автономных подводных аппаратов, имеющих два прочных отсека. В одном отсеке сохраняется нормальное атмосферное давление в течение всего времени погружения, и в этом отсеке находятся рулевой аппарата и руководитель работ. Второй отсек — водолазный. Аппарат погружается под воду, подходит к объекту работы и ложиться на дно. Водолазы уравнивают давление в своем отсеке с забортным, открывают люк и выходят в воду. Руководитель работ следит за их действиями из отсека управления. После окончания работы водолазы возвращаются в свой отсек, закрывают люк, и аппарат всплывает на поверхность. По существу такой подводный аппарат можно рассматривать как автономный водолазный колокол, однако именно автономность и самоходность аппарата настолько расширяют возможности работы под водой, что метод этот может рассматриваться как самостоятельный.
В период 60—70-х годов подводные лаборатории помогли выполнить целый ряд интересных океанологических программ.
В 1972 г. к 116 американским ученым-океанологам обратились с просьбой охарактеризовать в десятибалльной системе основные водолазные средства исследования океана. Результат оценки показал, что с точки зрения океанологов самый удобный метод проведения подводных исследований — с помощью водолазов.
Подводные аппараты за сравнительно короткий период существования широко использовались в интересах ряда дисциплин океанологии и решениях ряда рыбохозяйственных задач.
Анализ многочисленных данных использования ПОА в интересах океанологии позволяет сделать некоторые заключения. Так, наибольшее число приведенных исследований приходится на долю таких дисциплин, как геология и биология. Эти исследования с подводных аппаратов являются наиболее „созерцательными» и либо не требуют вообще специальной аппаратуры, либо используют наиболее распространенную и освоенную: манипуляторы, фотоустановки, киноаппаратура, видеозапись.
Кроме того, использование этой аппаратуры в интересах биологии и отчасти геологии не ставит жестких условий техническим и аппаратурным характеристикам подводного аппарата: не требует длительного зависания над точкой, ориентации и стабилизации. Это же характерно и для рыбохозяйственных исследований.
Исследования по физической океанографии и геофизике требуют установки на подводном аппарате специальной измерительной аппаратуры, точной стабилизации подводного аппарата на траектории, точного динамического позицирования в точке пространства и точной ориентации в пространстве.
Следует заметить, что в настоящее время ряд ПОА оснащен современной измерительной аппаратурой и может обеспечивать измерение параметров среды с высокой точностью.