Глубоководные работы водолазов

Для моих постоянных читателей не секрет, что я три года прослужил на подводной лодке в качестве врача по распределению из Хабаровского медицинского института.  Служба на подводной лодке у доктора (нас обычно называют просто «док»), не пыльная, но рискованная.  Во время службы мы имели  30% доплаты к должностному окладу за плавание в море, и  получали еще 20%  за службу на субмарине. Эти 20%  мы называли «гробовые».

Прежде чем получить разрешение на самостоятельное управление медицинской службой, я сдавал зачеты по многим профилям в своей работе. Например, как действовать при борьбе за живучесть, т.е. изучал специальное наставление, ведь кроме того, что я был начальником медицинской службы, я был и командиром второго отсека, где было мое рабочее место – офицерская кают-компания, она же операционная в случае необходимости. Требовалось знать и устройство подводной лодки и всех её узлов и систем.

Еще одну специальность, которую мне пришлось изучить, это физиология, у меня где-то сохранилась корочка, что я – врач-физиолог. И связано получение этого разрешения на лечение больных с кессонной болезнью с тем, что в случае необходимости именно я должен быть вместе с больным в барокамере и оказывать ему помощь.  По инструкции два раза в месяц я, как и все врачи в нашей бригаде,  проходили тренировочные спуски в барокамере на глубину в 100 метров.  Нам за каждый спуск доплачивали по 25 рублей, которые обычно шли в заначку,  ни одна жена не знала об этих доплатах.  50 рублей по тем временам были очень неплохие деньги.  А вот глубоководные водолазы, которые достигают в барокамере давления на глубине 200 метров, получали за спуск 300 рублей. За риск, так сказать..

Вот что написано в инструкции по декомпрессии, которой необходимо придерживаться   отвечающий за спуск, в  нашем случае мичман, обслуживающий барокамеру:

2. Режим декомпрессии выбирается отдельно для каждого водолазного спуска в зависимости от состава газовой смеси, используемой для дыхания, глубины спуска и расчетного времени пребывания водолаза на глубине, которым следует руководствоваться при выборе режима декомпрессии.

Расчетное время по табл. 15.1 — 15.5 определяется с начала погружения водолаза (с начала повышения давления в камере) до начала подъема водолаза с глубины (до начала снижения давления в камере).

Расчетное время по табл. 15.6—15.10 определяется как сумма половины времени, затраченного на погружение водолаза от поверхности до глубины (грунта), и чистого (фактического) времени пребывания его на глубине (грунте).

В общем, когда мы опускались на предельную глубину в сто метров, то проводили в барокамере несколько часов.  Разговаривать при большом давлении невозможно,  слышится один писк, поэтому мы переписывались на бумажке карандашом. Чтобы  время шло быстрее, играли в карты. Старались подбирать группы врачей так, чтобы хотя бы трое умели играть в преферанс.

Корочка врача-физиолога позволила мне после увольнения в запас какое-то время подрабатывать в строительной организации  «Мостострой»,  которая, наряду с монтажными работами, проводит строительство опор мостов с использованием кессонов, и такой врач у них есть в штате.

После службы я стал большим любителем погружений на глубину, и стремился проводить отпуск на море,  загорая и ныряя, любуясь видами подводного мира.  Нырял и голышом, и в гидрокостюме,  с одной маской и трубкой, а также с аквалангом в Японском и Южно-Китайском морях.  И до сих пор интересуюсь с тем, как обстоят дела с работами водолазов на больших глубинах. Ниже я поделюсь свежими новостями на эту тему.

Мы живем на планете воды, но земные океаны знаем хуже, чем некоторые космические тела. Больше половины поверхности Марса сфотографировано с разрешением около 20 м — и только 10;15% океанского дна изучены при разрешении хотя бы 100 м. На Луне якобы побывало 12 человек, на дне Марианской впадины — трое, и все они не смели и носа высунуть из сверхпрочных батискафов.

Главная сложность в освоении Мирового океана — это давление: на каждые 10 м глубины оно увеличивается еще на одну атмосферу. Когда счет доходит до тысяч метров и сотен атмосфер, меняется все. Жидкости текут иначе, необычно ведут себя газы… Аппараты, способные выдержать эти условия, остаются штучным продуктом, и даже самые современные субмарины на такое давление не рассчитаны. Предельная глубина погружения новейших АПЛ проекта 955 «Борей» составляет всего 480 м. Рекорд погружения на глубину свыше 1 километра установила наша подводная лодка «Комсомолец», изготовленная из титана.

Водолазов, спускающихся на сотни метров, уважительно зовут акванавтами, сравнивая их с покорителями космоса. Но бездна морей по своему опаснее космического вакуума. Случись что, работающий на МКС экипаж сможет перейти в пристыкованный корабль и через несколько часов окажется на поверхности Земли. Водолазам этот путь закрыт: чтобы эвакуироваться с глубины, могут потребоваться недели. И срок этот не сократить ни при каких обстоятельствах.

Впрочем, на глубину существует и альтернативный путь. Вместо того чтобы создавать все более прочные корпуса, можно отправить туда… живых водолазов. Рекорд давления, перенесенного испытателями в лаборатории, почти вдвое превышает способности подлодок. Тут нет ничего невероятного: клетки всех живых организмов заполнены той же водой, которая свободно передает давление во всех направлениях.

Клетки не противостоят водному столбу, как твердые корпуса субмарин, они компенсируют внешнее давление внутренним. Недаром обитатели «черных курильщиков», включая круглых червей и креветок, прекрасно себя чувствуют на многокилометровой глубине океанского дна. Некоторые виды бактерий неплохо переносят даже тысячи атмосфер. Человек здесь не исключение — с той лишь разницей, что ему нужен воздух.

Дыхательные трубки из тростника были известны еще могиканам Фенимора Купера. Сегодня на смену полым стеблям растений пришли трубки из пластика, «анатомической формы» и с удобными загубниками. Однако эффективности им это не прибавило: мешают законы физики и биологии.

Уже на метровой глубине давление на грудную клетку поднимается до 1,1 атм — к самому воздуху прибавляется 0,1 атм водного столба. Дыхание здесь требует заметного усилия межреберных мышц, и справиться с этим могут только тренированные атлеты. При этом даже их сил хватит ненадолго и максимум на 4;5 м глубины, а новичкам тяжело дается дыхание и на полуметре. Вдобавок чем длиннее трубка, тем больше воздуха содержится в ней самой. «Рабочий» дыхательный объем легких составляет в среднем 500 мл, и после каждого выдоха часть отработанного воздуха остается в трубке. Каждый вдох приносит все меньше кислорода и все больше углекислого газа.

Чтобы доставлять свежий воздух, требуется принудительная вентиляция. Нагнетая газ под повышенным давлением, можно облегчить работу мускулам грудной клетки. Такой подход применяется уже не одно столетие. Ручные насосы известны водолазам с XVII века, а в середине XIX века английские строители, возводившие подводные фундаменты для опор мостов, уже подолгу трудились в атмосфере сжатого воздуха. Для работ использовались толстостенные, открытые снизу подводные камеры, в которых поддерживали высокое давление. То есть кессоны.

Глубже 10 м
Азот
Во время работы в самих кессонах никаких проблем не возникало. Но вот при возвращении на поверхность у строителей часто развивались симптомы, которые французские физиологи Поль и Ваттель описали в 1854 году как On ne paie qu’en sortant — «расплата на выходе». Это мог быть сильный зуд кожи или головокружение, боли в суставах и мышцах. В самых тяжелых случаях развивались параличи, наступала потеря сознания, а затем и гибель.

Проблема в том, что количество растворенного в жидкости газа прямо зависит от давления над ней. Это касается и воздуха, который содержит около 21% кислорода и 78% азота (прочими газами — углекислым, неоном, гелием, метаном, водородом и т. д. — можно пренебречь: их содержание не превышает 1%). Если кислород быстро усваивается, то азот просто насыщает кровь и другие ткани: при повышении давления на 1 атм в организме растворяется дополнительно около 1 л азота.

При быстром снижении давления избыток газа начинает выделяться бурно, иногда вспениваясь, как вскрытая бутылка шампанского. Появляющиеся пузырьки могут физически деформировать ткани, закупоривать сосуды и лишать их снабжения кровью, приводя к самым разнообразным и часто тяжелым симптомам. По счастью, физиологи разобрались с этим механизмом довольно быстро, и уже в 1890-х годах декомпрессионную болезнь удавалось предотвратить, применяя постепенное и осторожное снижение давления до нормы — так, чтобы азот выходил из организма постепенно, а кровь и другие жидкости не «закипали».

В начале ХХ века английский исследователь Джон Холдейн составил детальные таблицы с рекомендациями по оптимальным режимам спуска и подъема, компрессии и декомпрессии. Экспериментируя с животными, а затем и с людьми — в том числе с самим собой и своими близкими, — Холдейн выяснил, что максимальная безопасная глубина, не требующая декомпрессии, составляет около 10 м, а при длительном погружении — и того меньше. Возвращение с глубины должно производиться поэтапно и не спеша, чтобы дать азоту время высвободиться, зато спускаться лучше довольно быстро, сокращая время поступления избыточного газа в ткани организма. Людям открылись новые пределы глубины.

Глубже 40 м
Гелий
Борьба с глубиной напоминает гонку вооружений. Найдя способ преодолеть очередное препятствие, люди делали еще несколько шагов — и встречали новую преграду. Так, следом за кессонной болезнью открылась напасть, которую дайверы почти любовно зовут «азотной белочкой». Дело в том, что в гипербарических условиях этот инертный газ начинает действовать не хуже крепкого алкоголя. В 1940-х опьяняющий эффект азота изучал другой Джон Холдейн, сын «того самого». Опасные эксперименты отца его ничуть не смущали, и он продолжил суровые опыты на себе и коллегах. «У одного из наших испытуемых произошел разрыв легкого, — фиксировал ученый в журнале, — но сейчас он поправляется».

Несмотря на все исследования, механизм азотного опьянения детально не установлен — впрочем, то же можно сказать и о действии обычного алкоголя. И тот и другой нарушают нормальную передачу сигналов в синапсах нервных клеток, а возможно, даже меняют проницаемость клеточных мембран, превращая ионообменные процессы на поверхностях нейронов в полный хаос. Внешне то и другое проявляется тоже схожим образом. Водолаз, «словивший азотную белочку», теряет контроль над собой. Он может впасть в панику и перерезать шланги или, наоборот, увлечься пересказом анекдотов стае веселых акул.

Наркотическим действием обладают и другие инертные газы, причем чем тяжелее их молекулы, тем меньшее давление требуется для того, чтобы этот эффект проявился. Например, ксенон анестезирует и при обычных условиях, а более легкий аргон — только при нескольких атмосферах. Впрочем, эти проявления глубоко индивидуальны, и некоторые люди, погружаясь, ощущают азотное опьянение намного раньше других.

Избавиться от анестезирующего действия азота можно, снизив его поступление в организм. Так работают дыхательные смеси нитроксы, содержащие увеличенную (иногда до 36%) долю кислорода и, соответственно, пониженное количество азота. Еще заманчивее было бы перейти на чистый кислород. Ведь это позволило бы вчетверо уменьшить объем дыхательных баллонов или вчетверо увеличить время работы с ними. Однако кислород — элемент активный, и при длительном вдыхании — токсичный, особенно под давлением.

Чистый кислород вызывает опьянение и эйфорию, ведет к повреждению мембран в клетках дыхательных путей. При этом нехватка свободного (восстановленного) гемоглобина затрудняет выведение углекислого газа, приводит к гиперкапнии и метаболическому ацидозу, запуская физиологические реакции гипоксии. Человек задыхается, несмотря на то что кислорода его организму вполне достаточно. Как установил тот же Холдейн-младший, уже при давлении в 7 атм дышать чистым кислородом можно не дольше нескольких минут, после чего начинаются нарушения дыхания, конвульсии — все то, что на дайверском сленге называется коротким словом «блэкаут».

Поэтому парциальное давление кислорода при дыхании на глубине поддерживается даже ниже обычного, а азот заменяют на безопасный и не вызывающий эйфории газ. Лучше других подошел бы легкий водород, если б не его взрывоопасность в смеси с кислородом. В итоге водород используется редко, а обычным заменителем азота в смеси стал второй по легкости газ, гелий. На его основе производят кислородно-гелиевые или кислородно-гелиево-азотные дыхательные смеси — гелиоксы и тримиксы.

Глубже 80 м
Сложные смеси
Здесь стоит сказать, что компрессия и декомпрессия при давлениях в десятки и сотни атмосфер затягивается надолго. Настолько, что делает работу промышленных водолазов — например, при обслуживании морских нефтедобывающих платформ — малоэффективной. Время, проведенное на глубине, становится куда короче, чем долгие спуски и подъемы. Уже полчаса на 60 м выливаются в более чем часовую декомпрессию. После получаса на 160 м для возвращения понадобится больше 25 часов — а ведь водолазам приходится спускаться и ниже.

Поэтому уже несколько десятилетий для этих целей используют глубоководные барокамеры. Люди живут в них порой целыми неделями, работая посменно и совершая экскурсии наружу через шлюзовой отсек: давление дыхательной смеси в «жилище» поддерживается равным давлению водной среды вокруг. И хотя декомпрессия при подъеме со 100 м занимает около четырех суток, а с 300 м — больше недели, приличный срок работы на глубине делает эти потери времени вполне оправданными.

Методы длительного пребывания в среде с повышенным давлением прорабатывались с середины ХХ века. Большие гипербарические комплексы позволили создавать нужное давление в лабораторных условиях, и отважные испытатели того времени устанавливали один рекорд за другим, постепенно переходя и в море. В 1962 году Роберт Стенюи провел 26 часов на глубине 61 м, став первым акванавтом, а тремя годами позже шестеро французов, дыша тримиксом, прожили на глубине 100 м почти три недели.

Здесь начались новые проблемы, связанные с длительным пребыванием людей в изоляции и в изнурительно некомфортной обстановке. Из-за высокой теплопроводности гелия водолазы теряют тепло с каждым выдохом газовой смеси, и в их «доме» приходится поддерживать стабильно жаркую атмосферу — около 30 °C, а вода создает высокую влажность. Кроме того, низкая плотность гелия меняет тембр голоса, серьезно затрудняя общение. Но даже все эти трудности, вместе взятые, не поставили бы предел нашим приключениям в гипербарическом мире. Есть ограничения и поважнее.

Глубже 600 м
Предел
В лабораторных экспериментах отдельные нейроны, растущие «в пробирке», плохо переносят экстремально высокое давление, демонстрируя беспорядочную гипервозбудимость. Похоже, что при этом заметно меняются свойства липидов клеточных мембран, так что противостоять этим эффектам невозможно. Результат можно наблюдать и в нервной системе человека под огромным давлением. Он начинает то и дело «отключаться», впадая в кратковременные периоды сна или ступора. Восприятие затрудняется, тело охватывает тремор, начинается паника: развивается нервный синдром высокого давления (НСВД), обусловленный самой физиологией нейронов.

Добавление к кислородно-гелиевой смеси небольших (до 9%) количеств азота позволяет несколько ослабить эти эффекты. Поэтому рекордные погружения на гелиоксе достигают планки 200;250 м, а на азотсодержащем тримиксе — около 450 м в открытом море и 600 м в компрессионной камере. Законодателями в этой области стали — и до сих пор остаются — французские акванавты. Чередование воздуха, сложных дыхательных смесей, хитрых режимов погружения и декомпрессии еще в 1970-х позволило водолазам преодолеть планку в 700 м глубины, а созданную учениками Жака Кусто компанию COMEX сделало мировым лидером в водолазном обслуживании морских нефтедобывающих платформ. Детали этих операций остаются военной и коммерческой тайной, поэтому исследователи других стран пытаются догнать французов, двигаясь своими путями.

Пытаясь опуститься глубже, советские физиологи изучали возможность замены гелия более тяжелыми газами, например неоном. Эксперименты по имитации погружения на 400 м в кислородно-неоновой атмосфере проводились в гипербарическом комплексе московского Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН и в секретном «подводном» НИИ-40 Министерства обороны, а также в НИИ Океанологии им. Ширшова. Однако тяжесть неона продемонстрировала свою обратную сторону.

Можно подсчитать, что уже при давлении 35 атм плотность кислородно-неоновой смеси равна плотности кислородно-гелиевой примерно при 150 атм. А дальше — больше: наши воздухоносные пути просто не приспособлены для «прокачивания» такой густой среды. Испытатели ИМБП сообщали, что, когда легкие и бронхи работают со столь плотной смесью, возникает странное и тяжелое ощущение, «будто ты не дышишь, а пьешь воздух». В бодрствующем состоянии опытные водолазы еще способны с этим справиться, но в периоды сна — а на такую глубину не добраться, не потратив долгие дни на спуск и подъем — они то и дело просыпаются от панического ощущения удушья. И хотя военным акванавтам из НИИ-40 удалось достичь 450-метровой планки и получить заслуженные медали Героев Советского Союза, принципиально это вопроса не решило.

Новые рекорды погружения еще могут быть поставлены, но мы, видимо, подобрались к последней границе. Невыносимая плотность дыхательной смеси, с одной стороны, и нервный синдром высоких давлений — с другой, видимо, ставят окончательный предел путешествиям человека под экстремальным давлением.

В конце июня 2017 года я посетил международный Военно-морской салон в городе Санкт-Петербурге.  Там были выставлены многочисленные экспонаты, и посетители могли даже побывать на борту современных фрегатов и корветов. Но какое же удивление у меня было при виде на одном из стендов аппарата ИДА-59 и водолазного костюма ИСП (изолирующее снаряжение подводника), которыми я пользовался еще  46 лет тому назад.  Ничего с тех пор не изменилось.  Почему? Видимо, соответствуют требования и нынешнего века, ведь в этом костюме мы могла выходить с глубины в 100 метров, если потребуется.  Именно на такой глубине в августе 2000 года  лежала аварийная подводная лодка «Курск».  И тогда в нашей стране не нашлось возможности спасти часть оставшихся в живых членов экипажа.  Но с тех пор кое-что изменилось.

Спасательное судно «Игорь Белоусов» Тихоокеанского флота России 18 ноября 2018 года завершило экспериментальные глубоководные водолазные спуски. Как пишет портал Mil.Press FLOT, во время этого эксперимента был установлен национальный рекорд водолазного погружения — глубина 416 метров. В целом же, по словам главкома ВМФ России адмирала Владимира Королева, в ходе экспериментальных спусков были установлены пять национальных рекордов и девять рекордов Министерства обороны и флота России.

Глубоководные водолазные спуски проводятся при различного рода спасательных или аварийных работах. При аварии подводные лодки иногда не могут самостоятельно подняться на поверхность с большой глубины. Выбраться из аварийной подлодки экипаж может не всегда, и для его спасения необходимы усилия глубоководных водолазов. Такие работы требуют тщательной подготовки и последующей длительной декомпрессии, необходимой для того, чтобы растворившиеся под большим давлением в крови и тканях тела азот и гелий могли выйти, не повредив здоровью.

Проблема при проведении глубоководных работ заключается в том, что несколько часов, проведенных водолазом на глубине, например, 400 метров потребуют двух недель постепенной декомпрессии с имитацией всплытия с остановками через каждые один-два метра. Учитывая, что человек не может работать днями и неделями глубоко под водой, а также необходимость декомпрессии после каждого всплытия, глубоководная спасательная операция может растянуться на очень долгое время.

Подготовка к экспериментальным глубоководным спускам проводилась с начала сентября 2018 года. Рекордное погружение было проведено водолазами «Игоря Белоусова» с участием специалистов 328-го экспедиционного аварийно-спасательного отряда ВМФ России, Научно-исследовательского института спасания и подводных технологий и Военно-медицинской академии. Спуск состоялся 29 октября 2018 года. При его выполнении водолазы также вышли из водолазного колокола на глубине 416 метров. Подготовка к погружению проводилась в Уссурийском заливе, а само погружение — в одном из глубоководных районов Японского моря.

Во время экспериментальных спусков были, в частности, установлены рекорд количества водолазов, одновременно находящихся под повышенным давлением 30 килограммов-силы на квадратный сантиметр (около 29 атмосфер) и 40 килограммов-силы на квадратный сантиметр — семь человек и четыре человека соответственно, а также рекорд скорости компрессии на глубину 300 метров в морских условиях — 11 часов и 25 минут. В рекордном погружении участвовали капитан второго ранга Ринат Гизатуллин, старший мичман Алексей Киселев, мичман Дмитрий Лысенко и старшина первой статьи Андрей Кожевников.

Глубоководный водолазный спуск был проведен с помощью комплекса ГВК-450, установленного на «Игоре Белоусове». Этот комплекс занимает всю центральную часть спасательного судна «Игорь Белоусов». Его основу составляют четыре соединенные друг с другом жилые барокамеры, в которых на протяжении длительного времени можно поддерживать давление в 45 атмосфер, соответствующее глубине погружения 450 метров. В этих барокамерах под давлением на протяжении всей спасательной операции живут 12 водолазов.

ГВК-450 позволяет водолазам сменами по три человека работать на глубинах до 450 метров по шесть часов в сутки на протяжении трех недель, причем благодаря способности человеческого тела без вреда очень долгое время находится под давлением, проводить декомпрессию потребуется лишь один раз по окончании спасательных работ. В барокамерах комплекса также можно разместить до 60 спасенных членов экипажа подводной лодки, нуждающихся в декомпрессии.

Глубоководный водолазный комплекс оснащен и поисково-спасательным аппаратом «Бестер». Он представляет собой гибрид малой подводной лодки и глубоководного аппарата, оснащенный навигационным, гидроакустическим и телевизионным оборудованием, а также системой автоматики. «Бестер» способен принять на борт 22 человека. Аппарат имеет поворотную камеру присоса, которая позволяет ему пристыковаться к аварийной подлодке с креном до 45 градусов. На «Бестере» уже во время всплытия можно начать декомпрессию находящихся на борту подводников.

Спасательное судно «Игорь Белоусов» вошло в состав российского флота в конце 2015 года. При длине 107 метров и ширине 16 метров водоизмещение судна составляет пять тысяч тонн. Оно предназначено для спасения экипажей подводных лодок, подачи на затонувшие корабли воздуха и электроэнергии.

В Советском Военно-морском флоте были спасательные суда, похожие на «Игоря Белоусова», но в «лихие 90-е» годы все были или проданы за бесценок, или порезаны на иголки. «Демократической» России Ельцина флот был не нужен. И когда случилась катастрофа на подводной лодке «Курск»,  спасти оставшихся живыми членов кормовых отсеков не было возможности.  Долгих 15 лет потребовалось, чтобы на Тихоокеанском флоте появилось современное спасательное судно.  Сейчас спасти матросов из последнего отсека можно, и это радует меня, как подводника. Ведь бывших подводников не бывает.

Мне могут задать вопрос: «А как же дайверы, которые спускаются на большую глубину с одной маской и трубкой, и путь туда и обратно у них занимает всего лишь несколько минут?». Поясняю: «Они вдохнули воздух на поверхности, и на этом запасе совершают спуск-подъем.  И азот в их организме не «закипает». 

Фридайвинг

Фридайвинг делится на множество дисциплин. Вот некоторые рекорды в разных дисциплинах:
Постоянный вес без ласт - самый тяжелый, по мнению фридайверов вид, так как человек погружается и всплывает,  используя лишь собственные силы. Рекорд - Уильям Трубридж, 102 метра в 2016 году.

Рекорд по задержке дыхания:
Апноэ в статике - дисциплина, при которой засекается не глубина погружения, а время задержки дыхания.
Рекорд среди мужчин - Стефан Мифседу, 11 минут 35 секунд - 2009 год.
Рекорд среди женщин - Наталья Молчанова, 9 минут 2 секунды - 2013 год.

Рекорд без ограничений:
В этой дисциплине, в которой можно погружаться с любым грузом и приспособлением, а всплывать при помощи воздушного мешка.
Рекордсмен Герберт Нич - 214 метров - 2007 год.
Рекордсменка Таня Стритер - 160 метров - 2002 год.
Максимальная глубина, достигнутая при таком погружении – 265 метров.  Этот результат показан россиянином Александром Костыкиным в 2013 году, но по каким-то причинам он не зарегистрирован.