Благодаря значительным размерам «Северянка» может совершать самостоятельные дальние рейсы; она не нуждается в специальной плавучей базе. Вместе с тем она обладает и рядом недостатков, ведь ее конструировали не для научных целей, а лишь приспособили для ведения исследовательской работы.
Для решения многих задач, связанных с изучением моря, большое судно вовсе не обязательно. Целый ряд наблюдений вполне возможно провести, используя небольшой спускаемый аппарат с экипажем из 2–4 человек, но зато способный погружаться на глубину, недоступную для подводной лодки.
Проще всего спуститься под воду в надежно герметизированной металлической оболочке с иллюминаторами, которую можно спускать и поднимать с корабля на длинном тросе. Первый такой опыт проделал в 1865 году французский конструктор Базен, погрузившийся в металлической сфере на глубину 75 метров. Ограниченные технические возможности того времени помешали усовершенствованию подобных спускаемых аппаратов. Только в 1930 году появился прибор, способный опуститься на значительную глубину. Это была стальная сфера с внутренним диаметром 126 сантиметров и толщиной стенок около четырех сантиметров. Ее конструкторы — американский инженер Отис Бартон и натуралист Уильям Биб — во время первого погружения около Бермудских островов достигли глубины 420 метров. В 1934 году они спустились на глубину 910 метров. Скорчившись в три погибели в своей крошечной батисфере, где находилось также множество приборов, баллоны с кислородом и сосуды с химическим поглотителем углекислого газа и влаги, оба исследователя тридцать раз опускались в глубину и могли наблюдать через кварцевые иллюминаторы неведомый подводный мир. Связь с судном осуществлялась по телефону, и потому пионеры глубоководных исследований не чувствовали себя полностью оторванными от остального мира. Однако они прекрасно знали, что их жизнь висит буквально на волоске. Стоило оборваться стальному тросу, и тяжелая батисфера навсегда останется на морском дне. Из этого еще несовершенного прибора У. Биб и О. Бартон провели ценнейшие исследования по спектральному составу солнечного света на различных глубинах океана и сделали много интереснейших наблюдений над обитателями моря.
Главный недостаток батисферы — ее пассивность. Экипаж лишен всякой возможности самостоятельного передвижения; спуск и подъем осуществляется механизмами надводного (обеспечивающего) судна. Поэтому возникла необходимость создания свободноподвижного глубоководного научно-исследовательского аппарата, действиями которого может управлять сам экипаж. Блестяще осуществить эту идею удалось швейцарскому ученому Огюсту Пиккару.
О. Пиккар в 29 лет стал профессором физики и для выполнения некоторых своих исследований решил подняться на воздушном шаре в стратосферу. С этой целью он принялся конструировать герметичную гондолу и растяжимый подъемный баллон. Необходимые средства для постройки стратостата ему предоставил Национальный научно-исследовательский фонд Бельгии (ФНРС). В 1930 году стратостат ФНРС-1 был построен и испытан, а через год унес своего конструктора на рекордную высоту 15 781 метр.
Профессор О. Пиккар не был новичком в воздухоплавании: свой первый полет на воздушном шаре он совершил еще в 1912 году. 18 августа 1932 года О. Пиккар снова поднялся для научных исследований в стратосферу и на этот раз достиг высоты 16 201 метр. Если говорить о спортивной стороне дела, то его рекорд вскоре был побит советскими аэронавтами. В 1933 году профессор Э. Бирнбаум, пилоты Г. Прокофьев и К. Годунов поднялись на стратостате «СССР» на высоту 18 500 метров, а год спустя стратостат «Осоавиахим», пилотируемый П. Федосеенко, И. Усыскиным и А. Васенко, достиг высоты 22 километра. Высотные полеты, как и глубокие погружения, не обходятся без жертв. «Осоавиахим» потерпел аварию, и три отважных аэронавта погибли.
Спрашивается: какая может быть связь между полетами в стратосферу и проникновением на предельные глубины океана? Оказывается, самая прямая. Первым это понял О. Пиккар. В обоих случаях человек должен помещаться в герметизированной камере с давлением внутри, равным одной атмосфере. На все время полета или погружения он должен быть обеспечен необходимым для дыхания кислородом и огражден от вредного воздействия углекислого газа. Вертикальное перемещение стратостата и батискафа подчинено одной общей закономерности. Как тот, так и другой в продолжение подъема и спуска испытывают на себе изменение наружного давления. Стратостат как бы плавает в атмосфере благодаря баллону, наполненному легким газом. Значит, и батискаф нужно снабдить баллоном, наполненным веществом более легким, чем морская вода. Оболочку стратостата, окруженную воздухом, наполняют газом — водородом или гелием. Следовательно, баллон батискафа, находящийся в воде, должен содержать жидкость. Короче говоря, агрегатное состояние наполнителя должно соответствовать таковому окружающей среды. При этом условии под влиянием изменения давления содержимое баллона будет сжиматься или расширяться в такой же степени, как вещество, окружающее баллон, и его оболочка не пострадает, ибо с обеих сторон будет испытывать одинаковое давление.
Гондола стратостата делается легкой, с тонкими стенками — ведь перепад давления при самом высоком подъеме будет менее одной атмосферы. Стенки гондолы батискафа неизбежно должны быть очень прочными, чтобы могли выдержать наружное давление порядка тысячи атмосфер и иметь сверх того солидный запас прочности.
Исходя из этих соображений, О. Пиккар и приступил к конструированию батискафа. Как и стратостат, он состоит из двух основных частей: баллона (поплавка), наполненного бензином, и соединенной с ним сферической гондолы. Управление батискафом осуществляется экипажем из гондолы. Для погружения достаточно выпустить из баллона часть бензина. По мере спуска скорость погружения увеличивается, так как бензин до известной степени подвержен сжатию. Чтобы спуск стал равномерным и для предотвращения удара о дно, акванавты должны периодически сбрасывать балласт (стальную дробь). Горизонтальные движения осуществляются с помощью небольшого гребного винта, вращаемого электромотором. Для всплытия снова сбрасывают балласт. Опытная модель батискафа ФНРС-II, изготовленная в натуральную величину, испытывалась без экипажа. Затем были построены ФНРС-III и «Триест». Все три батискафа снабжались гондолой одинакового устройства. Это двухметровая стальная сфера, несколько напоминающая скорлупу грецкого ореха, так как состоит из двух половин. Толщина литой стенки равна 9 сантиметрам, а в районе расположения иллюминаторов увеличивается до 15 сантиметров. Согласно расчетам такая гондола способна выдержать давление столба воды высотой 16 километров. Так как подобной глубины в природе не существует, батискаф может без опасности для экипажа спускаться на дно в любой точке Мирового океана. Стекло из-за своей хрупкости не годится для иллюминаторов батискафа, и потому вместо него применяют высокосортный, совершенно прозрачный полированный плексиглас. Вес снаряженной гондолы в воздухе равен 11 тоннам, в воде она примерно наполовину легче и может быть уравновешена 15 кубометрами бензина. Однако оболочка поплавка и стенки бензиновых баков имеют свой дополнительный вес, кроме того, необходим запас бензина для вертикального маневрирования и на случай утечки. Исходя из этого ФНРС-II и ФНРС-III имели по 30 кубометров бензина в поплавках, а «Триест» — свыше 100.
Батискаф.
После ряда испытаний на сравнительно небольшой глубине О. Пиккар и его сын Жак, принимавший самое непосредственное участие в строительстве батискафов, на аппарате «Триест» в 1953 году погрузились на 3150 метров в глубины Средиземного моря. Стратонавт стал акванавтом, за что получил у себя на родине, в Швейцарии, шуточный титул «профессор вверх и вниз». Год спустя ФНРС-III с экипажем из французских офицеров Жоржа Уо и Пьера Вильма дважды достиг отметки более 4 тысяч метров. Завоевание глубины началось.
В 1960 году Жак Пиккар, сам ставший к тому времени профессором, решился во время своего 65-го глубоководного погружения опуститься на дно глубочайшего в мире Марианского желоба. Спутником его в этом предприятии стал военный моряк американец Дон Уолш. Базой для экспедиции избрали остров Гуэм, так как он находится сравнительно недалеко от наиболее глубокого участка дна желоба. В 1959 году здесь работало советское научно-исследовательское судно «Витязь», с борта которого обнаружили точку с глубиной 11 022 метра. К ней и устремились вспомогательные суда глубоководной экспедиции «Люис» и «Уонденкс». Последний вел на буксире батискаф «Триест». Начались поиски точного места погружения. С этой целью на дне произвели серию (300) взрывов, чтобы по времени прохождения звука сквозь толщу воды замерить глубину с максимальной точностью. Когда одиннадцатикилометровая глубина была найдена, в океан вылили ярко-зеленый краситель и в центре цветного пятна поместили плавучий радиобуй.