Вы знали, что на глубине до 1500 м в океане живут гигантские медузы диаметром до 75 см? Могли ли представить себе, что в природе существует рыба с прозрачной головой, внутри которой, подобно антенне авиационного радара, вращаются большие бочкообразные глаза? Увидеть этих и многих других диковинных существ люди смогли благодаря уникальным машинам Исследовательского института океанариума Монтерей Бэй (MBARI).

MBARI стоит особняком среди прочих океанографических институтов мира. Формально он является частью океанариума Монтерей Бэй, созданного Дэвидом Паккардом, одним из двух основателей знаменитой Hewlett-Packard. Этот негосударственный океанариум, один из крупнейших аквариумов в мире, содержит более 600 видов морских животных, в том числе скатов, тунцов, акул, медуз и морских коньков. В год океанариум посещает более 1,8 млн человек, что позволяет ему благополучно существовать без финансовой помощи государства.

Если океанариум Монтерей Бэй существует ради публики и за счет публики, то MBARI, напротив, практически закрыт для внешнего мира. Посетить его корпуса и задать вопросы ученым можно только в день открытых дверей, который проводится раз в году. Специалисты MBARI неохотно общаются с журналистами, делая исключения лишь для авторитетных научных изданий. Тяжелый занавес опускается для того, чтобы чуть более 200 сотрудников института могли полностью сконцентрироваться на главной цели: разрабатывать новые методы и технологии изучения жизни океана.

Фото
Ученые MBARI и пилоты ROV Doc Ricketts за ПУ дистанционно управляемого аппарата на борту исследовательского судна Western Flyer.

Создавая MBARI, Дэвид Паккард предсказывал институту безоговорочное мировое лидерство в океанических исследованиях. Он хорошо знал три слагаемых успеха. Первое — финансовая поддержка Фонда Дэвида и Люсиль Паккард, позволяющая реализовывать масштабные проекты, которые не потянуть на обычные гранты. Второе — междисциплинарное взаимодействие ученых из разных областей: биологии, химии, физики, геологии, инженерного дела. Третье слагаемое — право на ошибку. «Идите на риск. Задавайте большие вопросы. Не бойтесь ошибаться: если вы не ошибаетесь, вы идете недостаточно далеко», — завещал основатель института.

Есть и четвертый компонент успеха MBARI — возможно, самый важный. Институт располагается в местечке Мосс-Ландинг, где берет начало 150-километровый подводный каньон залива Монтерей, глубина которого в некоторых точках достигает 3600 м. Естественная глубоководная «лаборатория», отличающаяся невероятным биологическим разнообразием, находится всего в нескольких часах хода от института.

Глаза и руки на глубине

MBARI по праву считается пионером в разработке и использовании подводных роботов. Глубоководные машины делятся на два класса: роботы с дистанционным управлением (ROV) и автономные подводные аппараты (AUV).

Пример дистанционно управляемого робота — аппарат последнего поколения ROV Doc Ricketts, изготовленный по заказу MBARI крупным производителем промышленного оборудования SMD. Преимущество дистанционно управляемых аппаратов заключается в постоянном контроле над ситуацией: робот, даже находясь на большой глубине, постоянно поддерживает связь с командным пунктом на судне по проводам. Такие машины могут совершать деликатные операции, такие как поиск и даже отлов редких видов морских животных, сборка научного оборудования на океаническом дне, детальная фото- и видеосъемка.

Аквариум для торпеды
Инженеры MBARI проводят испытания автономного подводного аппарата Tethys в тестовом бассейне. Наблюдать за аппаратом можно как с поверхности воды, так и через смотровые окна.

ROV Doc Ricketts представляет собой прямоугольную машину длиной более 3,5 м и массой около 5 т. Его электрический двигатель вырабатывает мощность 75 л.с., которая передается нескольким пропеллерам с помощью гидравлической трансмиссии. Гидравлика позволяет добиться максимального крутящего момента при очень точном управлении тягой. Пропеллеры развивают максимальную тягу в 650 кг, а предельная глубина погружения для ROV составляет 4000 м.

Робот постоянно совершенствуется, обрастая новыми инструментами. Операторы в реальном времени наблюдают картинку с нескольких HDTV-камер и получают телеметрическую информацию по оптоволоконному кабелю. Почти все камеры управляются по наклону и увеличению.

Два манипулятора с хирургической точностью выполняют приказы операторов, а многочисленные приборы для отбора проб позволяют деликатно исследовать донные породы, воду, микроскопические организмы и морских животных. Специальная барокамера помогает доставлять на поверхность живых глубоководных обитателей.

Помимо многочисленных камер, манипуляторов и зондов, установленных на борту, робот может нести до 275 кг дополнительного груза. Эта способность очень пригодится для специальных миссий, требующих дополнительного научного оборудования, или для сборки автономных исследовательских установок прямо на морском дне.

Несмотря на приставку «дистанционно управляемый», ROV Doc Ricketts заслужил полное право называться роботом. Он имеет массу автономных функций, важнейшая из которых — автоматическое поддержание заданной глубины, географических координат и углов наклона. Машина умеет «зависать» в любом положении. Также ROV может следовать заранее заданному маршруту, перемещаться на заданные расстояния в любом направлении и самостоятельно возвращаться на домашнее судно.

Торпеды для боя за знания

Дистанционно управляемые роботы — это прецизионные инструменты для работы на больших глубинах. Однако они имеют ряд серьезных ограничений: робот требует постоянного присутствия домашнего судна и действия команды операторов, поэтому миссии с участием ROV не могут длиться более суток. В продолжительных исследованиях ученым помогают автономные подводные аппараты (AUV).

Суперсовременный аппарат Tethys напоминает торпеду длиной 2,3 м и диаметром всего 30 см. Эта машина способна без участия человека патрулировать заданные районы и глубины океана, собирая необходимую информацию. Tethys может измерять физические характеристики воды, обнаруживать хлорофилл микроскопических водорослей, измерять концентрацию мельчайших частиц и взвесей, составлять карту морского дна и фотографировать окружающую обстановку.

Двигаясь со скоростью 1 м/с, аппарат может преодолеть дистанцию в 1000 км. При минимальной загрузке и скорости 0,5 м/ч дальность увеличивается в несколько раз. Кроме того, встроенный механизм регулирования плавучести позволяет машине зафиксироваться на определенной глубине и просто дрейфовать, повинуясь воле течений. В таком режиме миссии могут продолжаться сколь угодно долго.

Главное преимущество исследовательских «торпед» — их экономическая эффективность. Они помогают избавиться от расходов и на технический персонал, и на эксплуатацию исследовательских судов. Аппараты, разработанные MBARI, относительно просты в использовании и доступны для других научных учреждений и групп.

Ферма морских чудищ

Розетка на дне морском

Фото
Наиболее перспективный вид морских исследований на сегодняшний день — создание проводных сетей подводных научных инструментов. Такие сети позволяют вести постоянные наблюдения параметров океана без ограничений по емкости и мощности аккумуляторов, длительности миссии и количеству передаваемой информации. Система MARS, развернутая MBARI в заливе Монтерей, включает в себя 52-километровый подводный кабель, который служит для питания и обмена информацией с «научным узлом», установленным на глубине 891 м. Узел имеет восемь портов для подключения научных инструментов. Однако несколько комплектов оборудования могут подключаться к одному порту последовательно, поэтому реальное количество инструментов, одновременно работающих с узлом, может быть гораздо больше восьми.

Статья «Глубоководный бестиарий» опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2015).