Реферат: Развитие отечественных рыбохозяйственных подводных исследований

В год 300-летия Российского флота следует вспомнить о еще одной, незаметно прошедшей недавно юбилейной дате - 270-летии подводного судостроения в России, если считать его началом произведенные в 1724 г. испытания первого деревянного “потаенного судна” (подводной лодки) Ефима Никонова.

Петровский указ 1696 года не означал “рождения” флота России, который существовал много веков до этого. Но этим указом была принята первая государственная программа судостроения, которая оказала влияние на развитие российского флота от эпохи Петра вплоть до наших дней. Она открыла путь научно-техническому прогрессу в морском деле и положила начало созданию системы обеспечения морского могущества государства Российского на морях и океанах.

Понятие морской мощи государства не сводится к военно-морским силам. Его определение дал адмирал С.Г.Горшков, бывший главнокомандующий военно-морским флотом СССР: “В понятие морской мощи государства в качестве основных компонентов мы включаем возможности государства в изучении (исследовании) океана и освоении его богатств, состояние транспортного и промыслового флотов и способность их обеспечивать потребности государства, состояние и возможности судостроительной промышленности страны, а также наличие соответствующего интересам этого государства военно-морского флота” (6). На первое место главный морской военачальник Советского Союза поставил исследование океана, затем экономическое его освоение и лишь после этого - военное дело. И это понятно: могущество страны достигается только ее экономическим развитием, и только развитая страна может иметь сильный военный флот, который охраняет ее научные и производственные достижения. Таким образом, развитие науки о Мировом океане, в том числе гидронавтики как одного из ее методов, является первоочередной задачей в обеспечении морской мощи страны.

Строительство подводных лодок в России происходило, начиная с 30-х годов XIX века, главным образом для военных целей. Но параллельно созданию военного подводного флота предпринимались попытки создания подводной техники и для научных исследований. Так, в 1873 году инженеры братья Карышевы предложили проект научно-исследовательской подводной лодки, который не был осуществлен (17).

Первые в России (СССР) подводные погружения с исследовательскими целями были совершены на гидростате конструкции инженера Е.Г.Даниленко, построенном в 1923 году и принадлежавшем ЭПРОНу. В них участвовала М.В.Кленова, которая наблюдала работу геологической трубки для отбора проб грунта (13).

В 30-х годах были разработаны два проекта исследовательских подводных аппаратов (ПА). Первый - эскизный проект батисферы инженера Д.А.Михайлова, сделанный под явным влиянием батисферы Биба-Бартона, но не доведенный до завершения (16). Второй, весьма оригинальный проект был сделан известным судостроителем академиком Ю.А.Шиманским, детально разработан и уже запущен в производство (18). Этот аппарат мог бы стать первым в мире автономным ПА, еще до батискафа О. Пикара, но из-за войны его строительство было прекращено и впоследствии не возобновилось.

Подводные исследования морских биоресурсов начались в 1953 году в ПИНРО под руководством И.И. Лагунова. Использовался гидростат ГКС-В конструкции А.З. Каплановского, построенный в 1944 году для аварийно-спасательной службы ВМФ. Работы проводились в ПИНРО в течение 9 лет, а затем в Камчатском отделении ТИНРО до 1965 года. Первое исследовательское погружение в Баренцевом море состоялось 17 сентября 1953 года. В последующие несколько лет была решена важная для промысла задача проверки реакции рыб на сигналы гидроакустических приборов, а также проведены первые наблюдения за работой донного трала (15).

Развитие подводных исследований в рыбном хозяйстве было вызвано тем, что для решения ряда насущных задач поиска, оценки запасов промысловых гидробионтов, совершенствования орудий лова потребовалось знание особенностей поведения рыб в естественном состоянии и при взаимодействии с орудиями лова. Главным достоинством подводных методов, основанных на визуализации объектов, является то, что они наилучшим образом обеспечивают понимание происходящих под водой процессов. Из двух способов погружения человека под воду - водолазного дела и гидронавтики - последний оказался более пригодным для научных целей, так как он не ставит чрезвычайных возрастных и медицинских ограничений и позволяет сосредоточить внимание наблюдателя не на себе, а на объекте исследования (9).

Подводная техника в рыбном хозяйстве СССР появилась раньше, чем в других отраслях. Тому были причины: стремление к поиску новых районов и объектов лова, в том числе на больших глубинах; неплохое финансовое положение отрасли в результате успешного промысла “отдохнувших” за время войны рыбных запасов; внимание к рыбному хозяйству как к средству обеспечения населения белковым питанием, чего не могло сделать животноводство. Важную роль сыграла относительная свобода научной и конструкторской мысли в отрасли и появление в ней настоящих энтузиастов “покорения глубин”, таких как, например, Александр Николаевич Дмитриев, идеи которого легли в основу первых подводных аппаратов.

С самого начала подводных исследований в рыбном хозяйстве определились два основных теоретических направления: изучение поведения, распределения и структуры скоплений гидробионтов в естественной среде и изучение взаимодействия гидробионтов с орудиями лова. Первое направление обеспечивалось всеми существовавшими и строившимися впоследствии ПА, как обитаемыми, так и необитаемыми. Второе началось с использования не приспособленного для этих целей гидростата ГКС-В, а затем привело к созданию специфических для рыбохозяйственных исследований буксируемых аппаратов. В дальнейшем к указанным направлениям добавились работы практического характера: определение плотности концентрации гидробионтов, съемки запасов донных промысловых объектов, испытания новых конструкций тралов, контрольные осмотры промысловых орудий лова и т.п.

В 60-х годах в рыбном хозяйстве сложились три центра подводных исследований со своими направлениями деятельности:

ПИНРО, Мурманск - поиск, исследования поведения, оценки запасов гидробионтов с помощью обитаемых подводных аппаратов;

СЭКБ (позднее НПО) промрыболовства (ныне МариНПО), Калининград - исследования работы орудий лова и взаимодействия рыб с тралом с помощью буксируемых подводных аппаратов;

ВНИРО, Москва - разработки “малой” подводной техники (фотоавтоматы) и исследования поведения рыб с ее помощью, а также водолазными методами.

В конце 50-х годов была сделана попытка использования для подводных исследований большой подводной лодки. Была взята сравнительно новая боевая дизельная лодка проекта 613 и переоборудована в научную: сделаны иллюминаторы, установлены подводная телекамера, приборы для взятия проб воды и рыбопоисковые эхолоты. Лодка получила название “Северянка”, так как районом ее работы был Север, экипаж состоял из военных моряков Северного флота, в рейсах участвовали сотрудники ВНИРО и ПИНРО. Десять рейсов “Северянки” (1958-1966 годы) показали, что лодка не годится для наблюдений за рыбами из-за своей большой величины и шумности. Тем не менее, опыт ее использования принес некоторую пользу, так как показал важность географического аспекта подводных исследований, то есть проведения маршрутных исследований, а не только достижения определенных глубин, как было раньше.

В начале 60-х годов появились первые специализированные ПА для рыбохозяйственных исследований. В 1960 году по заказу ПИНРО ленинградский Балтийский завод построил гидростат “Север-1” с глубиной погружения 600 м (11). В 1963 году по заказу СЭКБ промрыболовства клайпедское отделение Гипрорыбфлота построило буксируемый ПА “Атлант”. Эти ПА были малогабаритными и базировались на бортовых траулерах типа “Пионер” водоизмещением всего 1100 т. В течение 60-х и начала 70-х годов они являлись основными техническими средствами подводных исследований в рыбном хозяйстве. С их помощью были разработаны основные методы рыбохозяйственных подводных исследований в двух главных вышеуказанных направлениях и получен ряд важных результатов в изучении поведения рыб в естественной среде и при лове (9, 14).

Планировалось изготовить 5 гидростатов типа “Север-1” для установки на НИС проекта 399 (типа “Академик Книпович”), но построено было только 2, которые не нашли применения, так как к тому времени (1975-1977 годы) привязные гидростаты уже полностью морально устарели. Лишь на одном судне этой серии – “Персей III” (ПИНРО) - использовался в 1974-1977 годах первый гидростат “Север-1”.

На основе идей, заложенных в конструкцию буксируемого ПА “Атлант”, впоследствии были созданы более совершенные аппараты типа “Тетис”.

Разработки подводных аппаратов современного типа начались еще с начала 60-х годов, когда опыт использования гидростатов и подводной лодки показал, что для исследований необходимы новые технические средства.

В 1959 году в ленинградском институте “Гипрорыбфлот” было организовано Общественное КБ (ОКБ) подводной техники, где энтузиасты этого направления во главе с А.Н. Дмитриевым на общественных началах, то есть совершенно бесплатно и в нерабочее время разрабатывали проекты подводных аппаратов. Основу ОКБ составили конструкторы, проектировавшие гидростат “Север-1”. Вначале ими были разработаны два проекта батискафов для глубин 5 и 10 км, но они остались неосуществленными, несмотря на хорошие отзывы научной общественности, так как время батискафов, громоздких и неудобных в эксплуатации, уже прошло. В это время в США и Франции начали появляться проекты автономных беспоплавковых ПА.

В 1962 году по идее, предложенной ПИНРО (научная часть) и “Гипрорыбфлотом” (конструкторская проработка), ОКБ начало эскизное проектирование первого в стране глубоководного автономного аппарата для глубин до 2000 м. Проект начинался под названием ГА-2000, но вскоре получил имя “Север-2”, что явилось символом преемственности научных идей ПИНРО, ранее реализованных с использованием гидростата “Север-1”.

Впоследствии проект “Севера-2” был передан для проектирования и строительства в Минсудпром СССР, и в 1970 году аппарат был построен для ПИНРО на ленинградском Новоадмиралтейском заводе. Он был предназначен для рыбохозяйственных поисковых работ и исследований промысловых рыб в районах подводных гор открытой части Мирового океана.

Одновременно с аппаратом было построено и его судно-носитель “Одиссей”. Оснащенный, кроме глубоководного аппарата, всеми прочими традиционными средствами исследований, а также норвежским научным гидроакустическим комплексом (вторым в мире после самих норвежцев!), “Одиссей” с “Севером-2” представлял уникальный корабль для изучения запасов промысловых рыб.

Ввод “Севера-2” в научную эксплуатацию проходил со значительными трудностями, связанными с отсутствием опыта работы с такими аппаратами. Но эти трудности были преодолены, и в 1975-1977 годах были проведены подводные исследования на Северном бассейне (8).

После первого в стране глубоководного ПА “Север-2” в первой половине 70-х годов построена серия аппаратов для рыбохозяйственных исследований: “Север-2бис”, два “ТИНРО-2”, две подводные лаборатории “Бентос-300”, шесть буксируемых ПА “Тетис”.

Поскольку глубоководная техника была для рыбного хозяйства новой, с целью улучшения её эксплуатации была создана специальная организация СЭКБП (позднее База “Гидронавт”, ныне “Мариэкопром”) в Севастополе. Туда были переданы все ПА, кроме двух “Тетисов” на Западном бассейне и по одному на Северном и Дальневосточном. Однако, как выяснилось, такое решение оказалось не вполне правильным. Оно привело к тому, что техническая эксплуатация ПА была более или менее налажена, но научная эксплуатация оказалась в полном расстройстве. Организация экспедиций, комплектация научных групп, использование современной научной аппаратуры, оперативное управление и снабжение судов в рейсе встретились с большими трудностями. Работа судов-носителей ПА на Северном и Дальневосточном бассейнах требовала значительных затрат времени на переходы. В результате проведение экспедиций с использованием ПА на бассейнах весьма усложнилось, а в настоящее время аппараты оказались за пределами России.

Несмотря на организационные трудности, удалось провести ряд экспедиций по изучению промысловых объектов Мирового океана с помощью подводной техники. Следует отметить исследования с помощью двух ПА “ТИНРО-2” (4,5)., Кроме научных работ, проводившихся в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах, которые принесли интересные результаты в области поиска и изучения поведения рыб и беспозвоночных, эти аппараты были использованы в поиске сбитого южнокорейского самолета.

Аппараты “Север-2” и “Север-2бис” на судах-носителях “Одиссей” и “Ихтиандр” позволили обнаружить разнообразные ранее неизвестные объекты промысла на подводных горах Атлантического и Тихого океанов. Особенно успешными были три экспедиции, проведенные в 1983-1988 годах в открытой части Северной Атлантики (подводные хребты Северо-Атлантический, Рейкьянес, Угловое Поднятие, плато Хаттон-Роколл). Именно в тех районах, для которых первый глубоководный аппарат предназначался изначально, но куда его удалось направить только через 13 лет после спуска на воду. Здесь были обнаружены запасы промысловых рыб и крабов, более богатые, чем предполагалось в результате многолетних предыдущих исследований, получены данные об их поведении и доступности для промысла. Данные были подтверждены экспериментальным глубоководным ярусным промыслом (10).

Большое значение для рыбного хозяйства имели работы по изучению конструкций тралов и их взаимодействия с рыбой. Они проводились с помощью буксируемых ПА “Тетис” на всех бассейнах, но ведущую роль сыграли исследования калининградского НПО промрыболовства (МариНПО), где была создана специальная служба испытаний тралов путем подводных наблюдений. Результатом явилось создание принципиально новых конструкций орудий лова и ускорение ввода их в эксплуатацию (1).

Буксируемые ПА “Тетис” были применены на Северном, Западном и Южном бассейнах для контрольных осмотров тралов промысловых судов с целью устранения дефектов настройки, снижающих уловистость. В результате у судов Северного бассейна, прошедших осмотр, вылов на сутки лова повысился в среднем на 34 %, а на час траления – на 40 %. По расчетам Базы “Гидронавт” вылов в целом по флоту за счет осмотров орудий лова отстающих судов повысился на 5,3 %.

С помощью ПА, в частности буксируемых, впервые удалось измерить in situ коэффициент уловистости трала – один из важнейших параметров теории рыболовства. Эксперименты убедительно показали, что траловый улов по своему видовому и размерному составу весьма отличается от естественного рыбного скопления. К сожалению, по ряду причин, как объективных, так и субъективных, эти работы не удалось довести до конца.

Неудачно сложилась судьба двух подводных лабораторий “Бентос-300”. Этот ПА был задуман в ПИНРО как средство осуществления принципиально новой методики исследования промысловых гидробионтов - путем длительных стационарных наблюдений в заданной точке (12). Однако в СЭКБП ему не смогли найти лучшего применения, чем выполнять съемки водорослевых полей на небольших глубинах, таская на буксире ПА с экипажем из 12 человек и водоизмещением 500 т – яркий пример нерационального использования дорогостоящей подводной техники! Использовать же ПА “Бентос-300” на Севере или Дальнем Востоке было невозможно из-за трудности его буксировки на дальние расстояния.

Довольно эффективно использовался ПА “Риф” (рабочая глубина 100 м), построенный в Опытно-конструкторском бюро специальных технических средств (ОКБ СТС) Минрыбхоза СССР. С его помощью производили наблюдения на морских нефтепромыслах в Каспийском море и экологические исследования на Балтике.

Практика подводных исследований показала, что многие проблемы, стоящие перед рыбохозяйственной наукой и промыслом, могут быть решены (в ряде случаев исключительно) подводными методами. В их числе: обнаружение объектов промысла, обитающих в сложных условиях дна и разработка методов их добычи и оценки запасов; создание эталонной рабочей меры для акустической оценки запасов рыб; оценка уловистости орудий лова; количественный учет донных объектов; количественная оценка параметров поведения рыб и ряд других.

Исследования с применением обитаемых ПА позволили получить важные для рыбного хозяйства результаты:

исследования поведения рыб в зоне действия эхолотов обеспечили широкое внедрение рыбопоисковой аппаратуры на промысловых судах;

исследования поведения рыб при лове привели к созданию новых орудий лова, в том числе канатных пелагических тралов;

впервые удалось измерить in situ коэффициенты уловистости тралов и выявить несоответствие составов улова и ихтиофауны, что позволяет усовершенствовать теорию рыболовства;

получены обширные данные о потенциальных промысловых объектах в малоизученных районах, в том числе на подводных горах открытой части Атлантического и Тихого океанов;

контрольные осмотры тралов промысловых судов позволили существенно повысить производительность и уловистость орудий лова.

В целом применение обитаемых ПА позволило достичь хорошего понимания подводных процессов и явлений, касающихся гидробионтов и орудий лова. Несомненно, результаты могли быть более впечатляющими, как и предполагалось ранее, если бы не грубые организационные просчеты, выразившиеся в чрезмерной централизации эксплуатации техники, что привело к отрыву ее от бассейновых институтов и попыткам СЭКБП монополизировать подводные исследования, отделив их от общего комплекса рыбохозяйственной науки. Большинство успешных результатов, начиная с 1977 года, было достигнуто лишь вопреки сложившейся в Минрыбхозе СССР неудовлетворительной системе организации эксплуатации ПА.

Для повышения эффективности подводных исследований в последнее время назрела необходимость перехода на следующий этап исследовательского процесса – от качественного понимания к количественным измерениям параметров объектов. Это всегда было затруднено недостаточным приборным оснащением как рыбохозяйственных ПА, так и всей науки в СССР в целом. Для компенсации этого недостатка были разработаны методы визуальных оценок геометрических параметров объектов (9). Они, однако, не были достаточны для полного решения проблемы. В связи с необходимостью получения точных количественных оценок на первый план стало выходить развитие методов и техники подводного телевидения.

ТВ применялось для подводных наблюдений довольно давно – в ПИНРО еще в 50-х годах использовались подводные телекамеры конструкции ИОАН СССР. В 80-х годах в НПО промрыболовства были построены несколько подводных ТВ-систем: “Кайман-1”, “Кайман-2”, “Макрурус”, ТВС-350, СТИС (2). Все они использовались в исследованиях промысловых рыб, однако не смогли сыграть серьезной роли в науке и промысле из-за технического несоответствия мировому уровню и отсутствия современных средств анализа видеоизображения.

Положение изменилось к лучшему с открытием доступа к передовым телевизионным и компьютерным технологиям мира.

В качестве измерительного средства подводное ТВ обладает большими возможностями благодаря неограниченному времени пребывания под водой и хорошему сочетанию с компьютерной техникой. Современная аппаратура подводного ТВ – это видео-компьютерные системы (“интеллектуальное ТВ”). Они получили развитие с начала 90-х годов для оценки запасов гидробионтов: во ВНИРО – крабов на Дальнем Востоке, в ПИНРО – исландского гребешка в Баренцевом море (3).

Подводное ТВ имеет два недостатка – сравнительно малую дальность подводной видимости и необходимость использования специального кабеля. Для их устранения необходимы телевизионные системы, основанные на новых принципах – лазерно-сканирующие и лазерно-стробирующие. Эти принципы известны с 60-х годов, но воплотить их в металл удалось лишь в последнее время с появлением комплектующих изделий, способных работать с наносекундными импульсами.

В 1995 году в ПИНРО успешно прошли морские испытания первого экспериментального макета лазерно-телевизионной системы, изготовленного в МариНПО. Дальность подводной видимости с его помощью оказалась в 4 раза больше обычной подводной ТВ-камеры, причем имеются возможности дальнейшего ее увеличения.

Для работы приборов на основе лазерно-телевизионной системы не потребуется специального кабеля. Они будут работать на экранированном кабеле “Рыбацком”, который используется на всех промысловых судах для траловых зондов.

Важное направление использования подводного ТВ – видео-акустические технологии учета запасов промысловых рыб. Основная область их применения в рыбохозяйственных исследованиях – калибровка гидроакустических систем в абсолютных единицах плотности путем прямого измерения плотности концентрации рыб в качестве рабочей меры. В 1995 году в ПИНРО проведены экспериментальные работы в этом направлении.

На современном этапе подводных исследований представляется наиболее перспективным применение подводного ТВ в сочетании с гидроакустикой для учета донных и придонных гидробионтов и для наблюдений за орудиями лова и взаимодействием их с объектами промысла. В дальнейшем, по мере улучшения экономической ситуации в стране, встанет вопрос о создании новых обитаемых ПА, оборудованных на соответствующем техническом уровне.

Список литературы

1. Белов В.А., Коротков В.К., Саврасов В.К., Шимянский С.Л. Буксируемые орудия лова. - М. Агропромиздат, 1987, 200 с.

2. Благовещенский В.П., Мишина Н.Д. Использование телевидения в подводных исследованиях. - Подводные методы исследований в рыбном хозяйстве. Сб. научных трудов, ПИНРО, Мурманск, 1991, с.189-200.

3. Близниченко Т.Э., Заферман М.Л., Оганесян С.А., Филин С.И. Исследования исландского гребешка Баренцева моря (методы, результаты, рекомендации). - Мурманск, изд-во ПИНРО, 1995, 72 с.

4. Гирс М.И. ТИНРО-2 в океане. - Л., Судостроение, 1977, 150 с.

5. Гирс М.И. Опыт эксплуатации подводного аппарата ТИНРО-2. - Судостроение, N 2, 1979, с.14.

6. Горшков С..Г. Морская мощь государства. - М., Воениздат, 1979, 416 с.

7. Дмитриев А.Н., Заферман М.Л., Неретин В.И. Подводные разведчики. - Л., Судостроение, 1984, 168 с.

8. Заферман М.Л. Результаты подводных рыбохозяйственных исследований в Северном бассейне. - Рыбохозяйственные исследования с помощью подводной и гидроакустической техники. Сб. научных трудов, ПИНРО, Мурманск, 1980, с.11-22.

9. Заферман М.Л. Рыбохозяйственная гидронавтика.- Изд-во ПИНРО, Мурманск, 1994, 240 с.

10. Заферман М.Л., Шестопал И.П. Подводный поиск и глубоководный ярусный лов в районах подводных гор Северной Атлантики. - Подводные методы исследований в рыбном хозяйстве. Сб. научных трудов, ПИНРО, Мурманск, 1991, с.50-77.

11. Киселев О.Н. В гидростате “Север-1”. - Л., Гидрометеоиздат, 1970, 126 с.

12. Киселев О.Н. О строительстве подводной лаборатории с глубиной погружения 300 м. - Морские подводные исследования. Сб. научных трудов. М., Наука, 1969, с.301-302.

13. Кленова М.В. Геология моря. М., Учпедгиз, 1948, 500 с.

14. Коротков В.К., Кузьмина А.С. Трал, поведение объекта лова и подводные наблюдения за ними М., Пищевая промышленность, 1972, 269 с.

15. Лагунов И.И. Опыт подводных наблюдений из гидростата. - Рыбное хозяйство, N 8, 1955, с.54-57.

16. Михайлов Д.А. Советская батисфера. - В бой за технику. N 12, 1936.

17. Трусов Г.М. Подводные лодки в русском и советском флоте.- Л., Судпромгиз, 1963, 440 с.

18. Шиманский Ю.А. Проект автономного гидростата. - Сборник ЭПРОН СССР, т. 23-25, 1938, с.167-193.

19. М.Л. Заферман (Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича, Мурманск) Развитие отечественных рыбохозяйственных подводных исследований.