Model batyskafu „Trieste”
Batyskaf to mała jednostka podwodna, wyposażona we własny napęd, umożliwiająca eksplorację głębin. Jego unikalna konstrukcja pozwala na względnie bezpieczne schodzenie w głąb oceanu i eksplorowanie trudno dostępnych obszarów, gdzie ciśnienie wody jest ekstremalnie wysokie.
"Nieznane" zawsze budziło ludzką ciekawość. Człowiek chciał spojrzeć w wodną otchłań już w starożytności. W renesansie śmiałe projekty Leonarda da Vinci przedstawiały miniaturowe łodzie podwodne, które ze względu na brak odpowiedniej techniki i technologii nie były możliwe do realizacji. W XIX wieku powstawały różne nowatorskie projekty łodzi podwodnych ale dopiero w 1897 roku powstał pierwszy nowoczesny okręt podwodny "Holland VI" z napędem elektrycznym i spalinowym o przeznaczeniu bojowym, skonstruowany przez Johna Hollanda. Możliwe było sprawne zanurzenie i wynurzenie jak i przemieszczanie się pod wodą ale ciemne głębiny nadal pozostawały niedostępne dla ludzkiego oka. W tamtym czasie nawet klasyczny nurek w kombinezonie z metalowym hełmem nie mógł zejść w głębsze partie wody i "dotknąć nieznanego". Zaczęto więc myśleć o batyskafie - odpornej na wysokie ciśnienie jednostki, która mogła zejść na bardzo niskie głębokości...
Budowa batyskafu
Urządzenie składa się z dwóch głównych części: kabiny załogi oraz systemu pływaków i zbiorników balastowych. Kabina batyskafu jest niewielką przestrzenią o kształcie kuli, wykonaną z wysokiej jakości stali. Jej głównym zadaniem jest ochrona załogi przed olbrzymim ciśnieniem panującym w głębinach, które może osiągać nawet 120 MPa (1,20 t/cm²). W pierwszych modelach kabiny były odlewane, jednak w późniejszych konstrukcjach zaczęto stosować metodę kucia, co zwiększyło ich wytrzymałość. Ze względu na ograniczenia technologiczne i wagowe, wnętrze kabiny może pomieścić maksymalnie 2–3 osoby. Batyskafy z większą załogą są możliwe do wykonania ale są już mniej odporne na ciśnienie napierającej wody i zazwyczaj są względnie bezpieczne do około 1200-1500 m. Kabina zapewnia odpowiednie warunki do obserwacji i pracy, umożliwiając prowadzenie badań i operacji naukowych w ekstremalnych warunkach.
Natomiast system pływaków i zbiorników balastowych jest niezbędny do kontrolowanego zanurzania i wynurzania batyskafu. Pływaki, które są znacznie większe od kabiny, zapewniają odpowiednią wyporność i stabilność konstrukcji. Wypełnione są najczęściej benzyną – cieczą o niskiej gęstości i nieściśliwości, co pozwala na skuteczne przeciwdziałanie miażdżącemu ciśnieniu wody. Dzięki temu konstrukcja pływaka może być znacznie lżejsza i mniej wytrzymała niż kabina załogi. Z kolei zbiorniki balastowe umożliwiają precyzyjne manewrowanie batyskafem w pionie. Są one wypełnione materiałem balastowym, który można zrzucić co umożliwia wynurzanie, natomiast wypuszczenie benzyny pozwala na zmianę głębokości zanurzenia. System ten daje pełną kontrolę nad pozycją batyskafu w wodzie. Niektóre batyskafy posiadają podczepione płyty stalowe, których odpięcie również powoduje wynurzenie - jest to rozwiązanie prostsze ale i bezpieczniejsze niż w przypadku przepompowywania materiału balastowego, ponieważ pompy mogą ulec awarii.
Dodatkowo batyskaf jest wyposażony w silniki elektryczne i pędnik, które pozwalają na poruszanie się w poziomie. Oprócz tego batyskaf posiada zaawansowany system oświetlenia, niezbędny do eksploracji ciemnych głębin oceanu. Na pokładzie znajdują się również przyrządy kontrolne oraz sprzęt naukowy, pozwalający na przeprowadzanie badań geologicznych, biologicznych i oceanograficznych. Zasilanie batyskafu zapewniają baterie akumulatorów, które umożliwiają jego wielogodzinną pracę pod wodą.
Trochę historii - batysfera
Nim pojawiły się klasyczne batyskafy poprzedzały je konstrukcje, które nazywały się batysferami. Słowo batysfera pochodzi z języka greckiego, gdzie bathys to głębia a sphaira to kula. Zatem w dosłownym tłumaczeniu można uznać, że jest to kula głębinowa, służąca do podwodnej eksploracji. Kulista kabina była idealnym kształtem do ekstremalnych podwodnych zanurzeń, gdyż nie posiadając krawędzi i kątów nie miała słabych punktów w odniesieniu do jej wytrzymałości (na całej powierzchni równo rozkładała napór ciśnienia wody.
Kula ta nie posiadała swojego napędu, więc poruszała się jedynie w pionie za pomocą zanurzania jej przy pomocy stalowej liny zamocowanej do wysięgnika na statku. Batysfera posiadała oświetlenie elektryczne, łączność ze statkiem za pomocą kabla oraz dwa okna do obserwacji z grubego szkła kwarcowego. Zaprojektowali ją i wykonali dwaj Amerykanie w 1930 roku - biolog William Beebe i inżynier Otis Barton. Ich batysfera miała średnicę 144 cm. Jej pierwsze zejście w głębiny miało miejsce w czerwcu 1930 roku niedaleko Bermudów. Beebe i Barton osobiście uczestniczyli w ekspedycji osiągając tam głębokość 240 m. ale już cztery lata później ich batysfera została opuszczona na głębokość 923 m - bijąc tym samym wszelkie rekordy zanurzenia. W 1949 roku po udoskonaleniu projektu ich kula głębinowa zanurzyła się na głębokość 1372 m. Batysfera przy okazji uświadomiła ludzkości, że głębiny morskie są zamieszkałe przez różne dziwaczne stworzenia, co dodatkowo zmotywowało różne środowiska ludzkie do chęci eksploracji głębin.
Zwierzęta z głębin - makiety z wrocławskiego Hydropolis.
Mimo tych spektakularnych osiągnięć podróż w batysferze była niezwykle niebezpieczna - już samo pęknięcie liny oznaczało śmierć członków ekspedycji. Ponadto kula głębinowa praktycznie nie miała możliwości ruchu w poziomie ani obrotu, gdyż nie miała żadnego napędu. Jakiekolwiek jej rozszczelnienie również oznaczało śmierć całej załogi. Z batysfery zrezygnowano po opracowaniu batyskafu, który już własny napęd posiadał.
Narodziny batyskafu
Nad kwestią napędu myślały różne zespoły ale jako pierwszy sukces osiągnął pochodzący ze Szwajcarii August Piccard, który skonstruował batyskaf „FNRS–2” w 1948 roku w Belgii. Podczas prób zanurzeniowych koło Wysp Zielonego Przylądka uległ jednak awarii i został przebudowany jako obiekt o nazwie „FNRS–3”. W 1953 August Piccard wykonał swój drugi bardziej sławny batyskaf we Włoszech, który otrzymał nazwę „Trieste”. Jeszcze w W 1953 roku batyskaf „Trieste” osiągnął głębokość 3150 metrów w Morzu Tyrreńskim, niedaleko wybrzeży Włoch.
Wnętrze batyskafu „Trieste” (replika).
Batyskaf ten początkowo należał do Piccarda, ale w roku 1958 został zakupiony przez Marynarkę Wojenną Stanów Zjednoczonych (US Navy). „Trieste” stał się sławny w dniu 23 stycznia 1960 roku, kiedy to na jego pokładzie Don Walsh i Jacques Piccard (syn Auguste'a Piccarda) zanurzyli się w najgłębszym punkcie globu - w Rowie Mariańskim, osiągając dno na rekordowej głębokości około 10 916 metrów w Głębi Challengera. Dzień ten przeszedł do historii wielkich odkryć geograficznych. To spowodowało, że batyskafy później były opracowywane także w innych krajach. W 1961 roku pojawiła się francuska konstrukcja „Archimède”, która badała głębiny Atlantyku. Również w latach 60. XX wieku został zaprojektowany i zbudowany Batyskaf „Pisces I” przez kanadyjską firmę International Hydrodynamics. Był to pojazd głębinowy używany do badań podwodnych, który został sprzedany Związkowi Sowieckiemu i na bazie tego projektu Rosjanie opracowywali później swoje konstrukcje. Nie próżnowali również Amerykanie, którzy w 1964 roku zaprezentowali „Trieste II” - ulepszoną wersję batyskafu „Trieste”, wykorzystywaną przez US Navy. Pojazdy głębinowe o charakterze ratunkowym, wykorzystywane do akcji ratunkowych przy okrętach podwodnych jak i do prac głębinowych przy podwodnych instalacjach budowali również brytyjczycy i japończycy. Wielka Brytania podobnie jak Związek Sowiecki odkupiła od Kanadyjczyków batyskaf „Pisces III”, który również posłużył do rozwoju ich projektów. Jednak to Japończycy dołączyli jako kolejni do wąskiego grona producentów klasycznych batyskafów dzięki zbudowaniu w 1981 roku „Shinkai 2000” przez JAMSTEC (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology). Była to konstrukcja załogowa, zdolna do nurkowania na głębokość 2000 metrów, używana do badań dna morskiego i eksploracji oceanicznych ekosystemów.
Japoński batyskaf „Shinkai 6500”, materiały publiczne JAMSTEC
W 1989 roku Japonia opracowała bardziej zaawansowany batyskaf „Shinkai 6500”, który mógł osiągać głębokość aż 6500 metrów. W latach 80. XX wieku skonstruowano w Związku Sowieckim dwa zaawansowane pojazdy głębinowe „Mir-1” i „Mir-2”. Nie były klasycznymi batyskafami, lecz mini łodziami podwodnymi, które można jednak zaliczyć do grona batyskafów, bo również mogły autonomicznie eksplorować głębiny. Były one zdolne do zanurzenia na 6000 m. Wykorzystywane były w badaniach dna Atlantyku i Pacyfiku. W 1989 roku uczestniczyły w badaniach wraku „Titanic”. W 2007 roku „Mir-1” zanurzył się na dno bieguna północnego na głębokość ponad 4000 m. Do Rosjan należy również rekord w zanurzeniu w zbiorniku słodkowodnym - największa głębokość na jaką zanurzył się ibatyskaf w wodzie słodkiej, wynosi 1680 m. Dokonały tego w 2008 roku wspomniane dwa rosyjskie batyskafy „Mir-1” i „Mir-2” schodząc na dno Jeziora Bajkał.
W XXI wieku do tego grona dołączyły również Chiny - Batyskaf „Jiaolong”, który powstał w 2009 roku osiągnął głębokość 7062 m. podczas zanurzenia w Oceanie Spokojnym (w 2012 roku). Jednak w 2020 roku najnowszy chiński batyskaf „Fendouzhe” osiągnął rekordową głębokość około 10 909 metrów, docierając do najgłębszego punktu na Ziemi, czyli Rowu Mariańskiego (wydarzenie to porównuje się obecnie analogicznie do rangi wyścigu o ponowne wylądowanie na księżycu, gdzie w przygotowaniach do tego wydarzenia ścigają się Amerykanie i Chińczycy). „Fendouzhe” jest obecnie najbardziej zaawansowanym technologicznie batyskafem na świecie. Jednak przyszłość dla batyskafów nie jest różowa, gdyż opracowanie jak i budowa tego typu konstrukcji wymaga ogromu pracy i gigantycznych nakładów pieniężnych. Obecne trendy zmierzają do rozwoju robotyki podwodnej, w której klasyczny batyskaf z załogą będzie zastąpiony przez podwodny dron - znacznie tańszy w produkcji i nie ryzykujący życia swojej załogi. Ostatni głośny wypadek z udziałem batyskafu cywilnego „Titan” rozgrywał się w czerwcu 2023 roku na oczach czytelników naszego portalu. Zginęły wówczas wszystkie osoby, które uczestniczyły w zanurzeniu. Więcej o tym wydarzeniu można przeczytać w poniższym linku.
Artykuł o katastrofie batyskafu Titan (kliknij, aby przejść)
Robotyka pozwoli w przypadku katastrofy takiego drona na to, że strat w ludziach nie będzie wcale. Kraje, które obecnie przodują w projektach podwodnych dronów głebinowych to Japonia, Chiny i Stany Zjednoczone.
Co dały nam batyskafy?
Dzięki swojej zaawansowanej konstrukcji batyskafy odegrały kluczową rolę w eksploracji głębin morskich. Umożliwiły badania oceanicznych rowów, odkrywanie nowych gatunków organizmów oraz zdobycie cennych danych na temat geologii dna morskiego. To jedno z najbardziej innowacyjnych osiągnięć w dziedzinie technologii podwodnej. Jeszcze przed drugą wojną światową pierwowzór batyskafu - batysfera pobiła w rekordach zanurzenia wszelkie osiągnięcia wojskowych łodzi podwodnych - dlatego też ten kierunek wydał się właściwy. Jedyną na świecie wierną replikę batyskafu „Trieste” w skali 1:1 można zobaczyć we wrocławskim Hydropolis - muzeum wody. Można wejść do kabiny, zobaczyć oprzyrządowanie, usiąść na miejscu i poczuć się jak Walsh czy Piccard prawie 70 lat temu.
Zdjęcie: hydropolis.pl, replika batyskafu „Trieste”.
Zobacz także:
Opis Hydropolis (kliknij, aby przejść)
W 2016 roku, jeden z tej dwójki wybitnych oceanografów i odkrywców - Don Walsh odwiedził Wrocław i podczas pobytu w Hydropolis miał okazję zobaczyć replikę batyskafu „Trieste”, którym w 1960 roku, wraz z Piccardem, dotarł do najgłębszego miejsca na ziemi. W trakcie pobytu w Hydropolis, Don Walsh spotkał się również z mieszkańcami Wrocławia, dzieląc się swoimi doświadczeniami z historycznej ekspedycji. Dodatkowo, podczas wizyty, odebrał tytuł ambasadora Hydropolis, honorując swoje zasługi w dziedzinie eksploracji oceanów.
Zdjęcie: Don Walsh w Hydropolis - 2016 rok.