Как устроена подводная лодка

Лодка, которая умеет тонуть

Обычный корабль всегда легче той воды, которую вытеснил бы целиком погрузившись, — поэтому он плавает. Так же плавает и подводная лодка на поверхности. Чтобы погрузиться, ей нужно стать тяжелее вытесняемой воды: увеличить свой вес или уменьшить объём^[1]. Это тот же закон Архимеда, по которому всплывает воздушный шар.

Для этого у лодки есть балластные цистерны, которые можно заполнять водой или воздухом^{[1] [2]}.

Цистерны и сжатый воздух

Погружение. Открывают клапаны, и цистерны главного балласта заполняются забортной водой. Лодка тяжелеет и уходит под воду^[2][1].

Всплытие. Воду из цистерн вытесняют сжатым воздухом — он хранится на лодке в баллонах под давлением 200–400 атмосфер. Лодка легчает и поднимается^[2].

Под водой. Главные цистерны всё время остаются заполненными. А глубину точно подстраивают меньшие уравнительные цистерны: в них добавляют или откачивают немного воды^[1]. Насосы перекачивают воду между носовыми и кормовыми дифферентными цистернами, чтобы лодка не клевала носом и не заваливалась на корму ^[1].

На ходу лодкой управляют ещё и горизонтальные рули — гидропланы: как крылья, они уводят лодку вглубь или к поверхности^[2][1].

Два корпуса

У больших лодок обычно два корпуса. Снаружи — лёгкий корпус: он придаёт лодке обтекаемую форму и давление не держит. Внутри — прочный корпус, в котором живёт экипаж и стоят механизмы^[1]. Пространство между ними часто и занимают балластные цистерны^[1].

Прочный корпус делают из толстой высокопрочной стали и делят переборками на водонепроницаемые отсеки ^[1]. С каждыми десятью метрами глубины давление воды растёт примерно на одну атмосферу. На глубине 400 метров — это около 40 атмосфер, то есть 4 мегапаскаля^[1]: на каждый квадратный сантиметр давят около 40 килограммов.

Лодки Первой мировой могли погружаться на 100 метров, Второй мировой — на 200, современные боевые — обычно на 250–400 метров. Глубже идут только лодки с корпусом из титана: советская «Комсомолец» (К-278) была рассчитана на 1000 метров^[1].

Двигатель и воздух

Под водой не хватает воздуха — значит, обычный дизель там не работает. Поэтому дизель-электрическая лодка на поверхности идёт на дизеле и заряжает аккумуляторы, а под водой — на электромоторе от аккумуляторов ^[2][1]. Чтобы подзарядиться, она всплывает или выдвигает трубу-шноркель, через которую дизель берёт воздух на небольшой глубине^[2][1].

Атомной лодке атмосферный кислород для двигателя не нужен: реактор нагревает пар для турбины. Время под водой ограничено только запасами еды. Воздух для дыхания очищают и восстанавливают, кислород получают электролизом — разлагая воду электрическим током, — а пресную воду дистиллируют из морской^[1]. Такие лодки остаются под водой месяцами^[1].

От вёсел до «Черепахи»

Первая подводная лодка, о постройке которой есть надёжные сведения, — лодка голландца Корнелиса Дребеля (1620), который служил английскому королю Якову I. Она двигалась на вёслах^[1].

В 1775 году американец Дэвид Башнелл построил одноместную «Черепаху» (Turtle) — похожую, по словам изобретателя, на два сложенных панциря черепахи. Её приводил в движение сам водитель: она первой двигалась под водой гребными винтами. В 1776 году «Черепаха» пыталась прикрепить заряды к днищам британских кораблей у Нью-Йорка, но все попытки провалились^[3][1].

Настоящей боевой силой лодки стали, когда появились подходящие двигатели. Ирландец Джон Голланд в 1897 году спустил на воду лодку, которая на поверхности шла на двигателе внутреннего сгорания, а под водой — на аккумуляторах ^[1]. Эта схема стала стандартом на полвека.

Как держит в воздухе другой «пузырь» — в статье «Как летает воздушный шар».