С того дня, когда я решил, что кабина должна быть не шарообразной, а цилиндрической, в основном определился облик аппарата. Снаружи он будет похож на подводную лодку, внутри — на пассажирский самолет.
На какую глубину рассчитывать мезоскаф? Первый закон для всех плавающих судов гласит, что их вес должен быть равен весу вытесняемой воды; чем больше водоизмещение, тем больше может и должно весить судно. Водоизмещение нашего аппарата определялось в основном необходимостью организовать интерьер так, чтобы пассажирам не было тесно. Во избежание клострофобии я решил не делать отсеков, пусть кабина будет возможно более широкой и открытой, чтобы у пассажиров с первой минуты было ощущение простора. Наружный диаметр цилиндрического корпуса я определил в 3,15 метра; большим делать его не стоило, чтобы не осложнять транспортировку судна. Посоветовавшись со специалистами швейцарской авиакомпании, мы заключили, что между креслами должно быть не меньше 70 сантиметров. Общая длина кабины определялась числом пассажиров, по двадцати человек с каждой стороны — эту цифру мы сочли самой подходящей. Отсюда и все наружные размеры и, как уже упоминалось, вес мезоскафа.
Этот вес состоял, грубо говоря, из следующих главных слагаемых: корпус, балластные цистерны, киль, аккумуляторные батареи, двигатель, аварийный балласт,[50] вспомогательное оборудование. Естественно, и пассажиры входили в число основных слагаемых.
Вес балластных цистерн обусловливался их объемом, вес киля — необходимой степенью остойчивости судна, вес батарей и двигателя — планируемыми маневрами и дальностью. Максимально допустимый вес пассажиров и аварийного балласта тоже был известен; сколько потянут вспомогательные устройства, нетрудно прикинуть. Если все это вычесть из общего веса, получим вес корпуса и узнаем — для данной марки стали и данного метода конструкции — допустимую глубину погружения. Округленно вес мезоскафа составит 165 тонн: балластные цистерны (наружные резервуары, которые при заполнении воздухом обеспечивают плавучесть аппарата на поверхности, а при заполнении водой — погружение) — 5 тонн, киль — 17 тонн, аккумуляторные батареи — 20 тонн, двигатель с принадлежностями — 1 тонна, аварийный балласт — 5 тонн, пассажиры и команда — 3 тонны; на корпус оставалось 80 тонн. С учетом кольцевых шпангоутов[51] (они играют важнейшую роль в борьбе против деформации корпуса, которая происходит под давлением извне) исходная цифра 80 тонн позволяла сделать стальные стенки 38-миллиметровой толщины. Расчеты показали, что такой корпус выдержит давление на глубинах до 1500 метров. Нет, мезоскаф не предназначался для таких глубин; просто отсюда следовало, что при погружении на 300 метров (глубина Женевского озера) запас прочности выразится коэффициентом 5, который получается при делении 1500 на 300. То есть мезоскаф может погрузиться глубже атомной подводной лодки, а коэффициент безопасности будет такой же, как у нее. На этом коэффициенте стоит немного остановиться, потому что его подчас неверно толкуют.
Прежде всего, если известна критическая глубина (глубина, на которой вес воды сокрушит подводную лодку), почему надо держаться так далеко от этого рубежа? Почему нельзя, скажем, в нашем случае погрузиться на глубину 1450 метров? Ответом на этот вопрос может быть точное определение коэффициента безопасности.
Этот коэффициент выражает отношение давления, которое, как показывают расчеты или эксперименты, вероятно, раздавит лодку, к давлению, которому лодка подвергается на самом деле.
Пусть слово «вероятно» не удивляет читателя. Как бы тщательно ни делались расчеты, сколько бы данных инженер ни извлек из экспериментов, все равно, когда речь идет о такой сложной конструкции, как подводная лодка, многое еще остается непроясненным, особенно на первых этапах строительства. Стальной лист может быть неодинаковым по толщине, даже неоднородным по структуре, возможна неоднородность присадочного металла и электродов, применяемых при сварке. Неизбежны отклонения в конструкции, различия между спецификацией и готовым судном, корпус не получится строго цилиндрическим, и степень неточности неодинакова для разных его участков. При погружениях тоже есть неизвестные факторы: в зависимости от температуры и солености плотность воды может быть разной в разных местах, причем, что особенно важно, из-за этого подводная лодка может вдруг погрузиться глубже, чем намечалось. Возьмем для примера большую атомную подводную лодку, идущую со скоростью 25 узлов. Изменение солености на одну тысячную, вполне обычное в океане, может увеличить нагрузку на 8–10 тонн, и лодка меньше чем за минуту провалится за красную черту глубиномера.[52]
Разумеется, накапливая данные и опыт, можно постепенно сокращать запас прочности. Очевидно также, что только разрушение подводной лодки позволит, хотя и с опозданием, совершенно точно определить ее коэффициент безопасности. И выходит, что этот коэффициент не что иное, как формула ненадежности данного аппарата.
В классической механике коэффициент безопасности (когда есть риск для людей) составляет не меньше 4; правда, методы структурного анализа достигли такого совершенства, что теперь налицо склонность понизить этот коэффициент. Для относительно простых конструкций вроде сферической кабины батискафа достаточен двукратный запас прочности. Для мезоскафа, первого образца подводной лодки совсем нового типа, предназначенной для туристов, следовало предпочесть более высокий коэффициент. Расчеты и эксперименты на моделях, а также точное измерение деформаций при погружениях показали, что в Женевском озере этот коэффициент всегда будет держаться между 4 и 5, так что угроза аварии практически отсутствовала.
О роли балластных цистерн уже говорилось. В обычных подводных лодках они подчас охватывают весь корпус. Мы не могли допустить, чтобы цистерны закрывали обзор, поэтому их разместили вдоль корпуса выше иллюминаторов.
Еще одно важное преимущество такого решения: оно обеспечивало постоянную, надежную остойчивость мезоскафу.
Остойчивость обыкновенной подводной лодки (современные атомные субмарины уже не входят в этот разряд) определяется двумя главными факторами: на поверхности — формой корпуса, под водой — весом. Отвлекаясь пока от деталей, скажем, что в начале погружения обычной подводной лодки первый фактор перестает действовать раньше, чем вступает в силу второй, поэтому она теоретически на несколько минут теряет остойчивость. Чтобы не перевернуться, лодка идет вперед, опираясь на элероны, так же как самолет опирается на свои крылья. Статичное погружение без горизонтального движения грозит опрокидыванием. А размещение балластных цистерн на мезоскафе обеспечивало постоянную остойчивость, он вполне мог погружаться и всплывать без горизонтального движения, что очень важно для аппарата, предназначенного для туристов. Даже если бы двигатель отказал, мезоскаф мог всплыть, не рискуя перевернуться.
Объем балластных цистерн, по шести секций с каждой стороны, составлял вместе около 24 кубических метров. Такой объем обеспечивал аппарату сравнительно малую осадку на поверхности, зато при каждом всплытии требовался изрядный запас воздуха, чтобы вытолкнуть воду из цистерн. В принципе 42 пятидесятилитровых баллонов сжатого воздуха при давлении 250 килограммов на квадратный сантиметр, иначе говоря, свыше 500 тысяч литров воздуха было достаточно для двадцати погружений, тем более для предполагаемых нами девяти погружений в день, даже с учетом расхода на уравнительные цистерны[53] и на сирену.
Главное назначение киля — придать мезоскафу остойчивость под водой (и прибавить ему остойчивости на поверхности). Киль — сравнительно легкая конструкция из стальных листов, приваренных к корпусу и образующих водонепроницаемые отсеки, которые загружаются свинцовыми чушками общим весом 14 тонн. Благодаря этим чушкам при переходе человека средней комплекции с одного конца кабины в другой мезоскаф накренялся меньше чем на два градуса.
Аккумуляторные батареи заставили нас решать ряд проблем; я коснусь здесь только основных.
Вообще-то можно расположить аккумуляторы снаружи корпуса (я вернусь к этому варианту в связи с «Беном Франклином»), но в этом случае по ряду причин я предпочитал поместить их внутри мезоскафа. Понятно, надо было принять меры, чтобы обеспечить безопасность пассажиров и команды; в частности, нельзя допускать утечки газа, особенно водорода, который может стать причиной катастрофы, если его содержание в мезоскафе превысит критический уровень. Поэтому аккумуляторы поместили на дне трюма в водонепроницаемых кожухах, а в кабине установили вентиляцию и контрольные приборы с автоматической сигнализацией. Наши аккумуляторы были самыми мощными из тех, которыми в то время оснащались невоенные подводные лодки; и это была самая мощная батарея, какую доводилось изготовлять нашему поставщику — фирме «Электрон» в Невшателе. Двигатель, 61 наружный светильник и бортовое электрическое оборудование вместе потребляли 600 киловатт-часов в день при девяти погружениях. Аккумуляторы позволяли мезоскафу пройти 200 километров при скорости 4 узла или 90 километров при скорости 6 узлов.