В поисках равновесной посадки
Предыстория разработки
7 апреля 1989 года мир облетело тревожное известие: в Норвежском море вдали от родных берегов терпит бедствие советская атомная подлодка (АПЛ). Как было принято в те времена, первым источником трагической информации стали не советские СМИ, а вездесущие зарубежные информационные агентства. Повышенный интерес к происходящему объяснялся еще и тем, что аварийная ситуация сложилась на уникальной АПЛ «Комсомолец», построенной по проекту 685 (шифр «Плавник») и вошедшей по результатам испытаний в Книгу рекордов Гиннесса с мировым рекордом глубины погружения для боевых подводных лодок (ПЛ) – 1027 м.
Что же произошло на ней 7 апреля 1989 года? В 11 часов, когда АПЛ, находясь на глубине 400 м, возвращалась на базу из очередного боевого похода, в ее седьмом (кормовом) отсеке возник пожар. Лодка немедленно всплыла в надводное положение. Началась продолжившаяся 6 часов борьба за живучесть корабля, в ходе которой, как позднее выяснилось, экипажем был совершен ряд ошибок. Результатом их стала утрата продольной остойчивости АПЛ – возникновение отрицательного дифферента (наклонения на корму), нарастающего вследствие активного поступления в кормовые отсеки воды через выгоревшие сальники забортных кабелей. Приблизительно в 17 часов лодка с дифферентом 80 градусов на корму (то есть почти вертикально) ушла под воду. Жертвами катастрофы стали 42 моряка.
Следует отметить, что катастрофы, проходящие по такому же сценарию, что и на «Комсомольце» (пожар и последующая гибель корабля вследствие потери продольной остойчивости), уже имели место в советском ВМФ и ранее: в апреле 1970 года так погибла многоцелевая АПЛ К-8, а еще через 16 лет, в октябре 1986 года, АПЛ стратегического назначения К-219.
Упомянутые катастрофы, унесшие жизни в совокупности почти 100 подводников, и еще ряд имевших место аналогичных, но, к счастью, не столь катастрофических случаев, заставили руководство ВМФ и кораблестроителей начать анализ и поиск причин утраты остойчивости ПЛ в ходе борьбы за их живучесть после возникновения на лодке той или иной аварийной ситуации.
Несмотря на острые дискуссии между членами правительственной комиссии по установлению причин и виновников гибели упомянутых АПЛ, комиссия солидарно признала актуальность проблемы, возникающей на подводных лодках в связи с отсутствием на них средств инструментального контроля параметров посадки ПЛ, знание которых является обязательной предпосылкой для правильной организации борьбы за живучесть аварийного корабля.
Анализ происшествий показал, что одной из причин допускаемых экипажами ошибок (порой роковых) является отсутствие у моряков истинного представления о пространственном положении своего аварийного корабля, находящегося на поверхности штормового моря. В настоящее время подводники не получают от существующих корабельных приборов объективной информации о значениях параметров, непосредственно влияющих на остойчивость корабля. Поэтому в 1992 году решением правительственной комиссии на предприятие судостроительной промышленности, в котором трудился автор настоящей статьи, была возложена разработка комплекса аппаратных средств, предназначенных для объективного контроля параметров посадки находящейся в штормовом море аварийной ПЛ. Разработку следовало выполнить с расчетом на широкое использование ее результатов на проектируемых в этот период АПЛ следующего, IV, поколения. При этом было подчеркнуто, что разрабатываемые бортовые приборы, острая необходимость в которых возникает именно в условиях тяжелых аварий, должны отличаться повышенной надежностью и простотой обслуживания.
Остойчивость зависит от посадки, а посадка – от осадки и углов
Море далеко не всегда доброжелательно к людям, его нрав крут и неровен: блестящее зеркало вод может неожиданно смениться жестоким штормом. И тогда волны беспорядочно вздымают и опускают корабль, одновременно раскачивая его с борта на борт и с носа на корму. Естественно, при этом происходят циклические изменения осадки корабля (степени его погружения в воду) и углов его наклона относительно центра тяжести в поперечной (крен) и продольной (дифферент) плоскостях.
С подводными лодками, находящимися на достаточной глубине, подобного не происходит, но стоит им оказаться на поверхности моря, и шторм не делает для них исключения. Чтобы кораблю не потерять равновесие и не стать жертвой стихии, ему необходимо обладать в должной степени таким важнейшим качеством, как остойчивость – способность возвращаться в равновесное состояние после прекращения воздействия внешних сил, коими являются волны и (для ПЛ в незначительной степени) ветер. Крену противостоит поперечная остойчивость, а дифференту – продольная. Равновесным состоянием корабля, называемым «равновесная посадка», считается такое, при котором он погружен в воду по конструктивную (то есть расчетную) ватерлинию, а углы крена и дифферента равны нулю. В таком положении корабль должен находиться на поверхности спокойного моря, будучи в исправном состоянии, при штатной загрузке.
Очевидно, что экипажу любого раскачиваемого волнами корабля необходимо четко представлять его положение в пространстве, из которого его выводит качка и к которому (равновесному) он должен возвращаться в силу собственной остойчивости.
Особенно эта информация важна, когда при возникновении аварийной ситуации значения параметров посадки (осадка и углы наклона) не соответствуют штатным. Определить эти параметры органолептическим путем практически не представляется возможным, поскольку в штормовом море их текущие значения непрестанно и хаотически изменяются. Случалось, что в подобных условиях ситуация воспринималась борющимися за живучесть аварийной ПЛ моряками с точностью до наоборот. Нарушение остойчивости корабля, как и недостаточность или ошибочность мер по ее восстановлению, принимаемых экипажем в аварийной ситуации, приводит к возникновению опасных значений крена и дифферента. Для подводных лодок в силу их конструкции особую опасность представляет снижение продольной остойчивости, выражающееся в лавинообразном нарастании дифферента – положительного (в воду углубляется носовая оконечность корпуса) или отрицательного (опускается корма).