Недавно мне довелось проводить открытый урок по ТУС (Теория и устройство судна), по теме – остойчивость судна. Не буду утомлять читателей приведением определений, чертежей и формул. Для этого достаточно открыть любой учебник по предмету. Я сам учил теорию судна по учебнику профессора Дорогостайского Д. В.,
точнее не я сам учил, а нас, курсантов ЛВИМУ, учил сам автор учебника. Правда, сейчас такой учебник найти нелегко. Хотя учебник и теория судна практически не изменились. Изменилось только имя автора – Кацман Ф. М.
Для разнообразия я приведу некоторые случаи, иллюстрирующие важность темы из своей копилки и из мировой истории.
Начну в хронологическом порядке, не углубляясь чересчур далеко, когда морские катастрофы считались обычным делом и их предотвращение производилось только вознесением молитв к многочисленным богам различных народностей, что не всегда приносило ожидаемые результаты.
Давайте возьмём случай сравнительно недавний, всего пять сотен лет назад. Англия только начинала борьбу за звание великой морской державы. И начал эту борьбу с конкурентами – Францией и Испанией, - король Генрих VIII, всем известный по сериалам «Тюдоры» и «Анна Болейн». Кто не видел, посмотрите.
И вот этот знаменитый король, еще в первые годы своего правления, построил (конечно, не сам строил, а мастера по его приказу) довольно крупный по тем временам корабль водоизмещением 500 тонн, «Мэри Роуз».
Генрих VIII лично следил за постройкой. Новый корабль был назван в честь любимой сестры короля, принцессы Марии Тюдор. Строительство шло целый год, для постройки было спилено 600 дубов – почти 16 гектаров леса! Корабль, согласно тогдашней моде, был ярко разукрашен флагами и гербами, и отличался для своего времени отличными мореходными качествами. На носу и на корме каракки возвышались «замки» – площадки для лучников и солдат абордажной команды. В 1513 году по приказу короля были устроены морские гонки – и «Мэри Роуз» в этом состязании вышла победителем.
Каракка «Мэри Роуз» была ещё и превосходно вооружена – 78 пушек (из них 20 – тяжёлых). Кроме пушек, на борту был целый арсенал – 50 фитильных мушкетов, 150 пик, 150 алебард, 250 длинных луков и запас из 4000 стрел. В общем, корабль был построен и оснащён по последнему слову тогдашней военно-морской науки – и стал флагманом английского флота. В команде было 185 солдат абордажной команды, 200 матросов, 30 канониров – всего более 400 человек.
«Мэри Роуз» прослужила долгие 33 года, в качестве флагманского корабля приняла участие во многих сражениях (большинство из которых были для англичан весьма успешными). В общем, королю Генриху было чем гордиться, а «Мэри Роуз» стала его любимицей! Даже построенная чуть позже гигантская (водоизмещением в 1500 тонн) каракка «Генрих Милостью Божией» не смогла затмить славы «Мэри Роуз». «Генрих» (который матросы называли «Большой Гарри») был слишком тяжёлым и отличался слабыми мореходными качествами – в общем, его использовали больше «в дипломатических целях», как-никак самый большой корабль в Европе!
В 1536 году «Мэри Роуз», любимый боевой корабль короля, была отправлена на капитальный «ремонт». Король пристально следил за развитием тогдашней военной науки, так сказать, за «инновационными технологиями». Старые пушки, с кованными стволами из железных полос, были признаны устаревшими и ненадёжными (их часто разрывало при выстреле). Да и стреляли они каменными ядрами. К тому времени появились пушки, отлитые из бронзы и стреляющие чугунными ядрами. Король приказал полностью перевооружить и переоборудовать свой любимый корабль.
Но, надо сказать, что к тому времени характер у короля резко изменился. Из-за раны, полученной на турнире, он перестал заниматься военными упражнениями, сильно растолстел, страдал постоянными болями. Король рассорился с римско-католической церковью и приказал конфисковать имущество монастырей. Тысячи священников и монахов были казнены. Когда-то просвещённый, разумный и «добрый» король стал раздражительным, подозрительным и жестоким. Только по изданному Генрихом «Закону о бродяжничестве» было повешено около 50 000 человек. (Для сравнения: общее количество жертв Ивана Грозного по разным данным – от четырёх до пятнадцати тысяч казнённых. Это всего!..) Дошло до того, что двух своих жён – Анну Болейн и Катерину Говард – король обвинил в государственной измене и приказал судить и казнить... Вступать в спор с королём начали бояться даже самые близкие его друзья и соратники.
Приказ короля был ясным – на «Мэри Роуз» нужно было поставить новые пушки с колёсными лафетами. Причём много – целых 96 штук! Простейший подсчёт показывал, что корабль станет намного тяжелее – 700 тонн вместо 500. Хуже того, новые пушки требовали вносить в конструкцию многочисленные и существенные изменения – сменить старую обшивку из досок «внакрой» на гладкую, проделать пушечные порты в бортах, изменить конструкцию кормы, надстроить и усилить палубы... Корабельным мастерам было понятно, что такая «процедура» кораблю на пользу не пойдёт, что его замечательные мореходные качества могут просто исчезнуть, что законы природы (прежде всего физики!) королям не подчиняются... Кто-то робко предлагал вместо переделки старого корабля построить новый – но, во-первых, в Англии к тому времени стало очень туго с финансами. А во-вторых, речь шла о любимом корабле короля. Понимать надо!
В общем, Генрих VIII отдал приказ, а за неисполнение королевского приказа – даже за малейшие сомнения в исполнимости этого приказа! – в те времена в Англии можно было моментально оказаться на виселице или на костре. Или, «в лучшем случае», лишиться головы. Записи Томаса Кромвеля, первого министра, говорят о том, что в 1536 году «Мэри Роуз» и ещё «шесть других кораблей» были «по велению Его Величества и моими стараниями сделаны заново». Кстати, самого Томаса Кромвеля исполнительность в итоге не спасла – ему отрубили голову в 1540 году. Но что же случилось с любимым королевским кораблём?
Итак, на дворе 1545 год. Англия в очередной раз объявила войну Франции, английские войска под командованием герцога Саффолка переплыли Ла-Манш и взяли Булонь – стратегически важный порт. Французский король Франциск I решил ответить ударом на удар и атаковать англичан на их собственной территории. Он собрал огромный флот (около 250 галер) и 50 000 человек войска – и в июле высадил десант на остров Уайт, в «мягкое подбрюшье» Англии.
Французы под командованием адмирала д'Аннебо сделали ставку на гребные галеры – и не прогадали. Англичанам ужасно не повезло – стояла безветренная погода, и парусные корабли ничего не могли сделать против вёсельных галер. Французский флот вошёл в пролив Солент.
Король Генрих VIII лично наблюдал за ходом битвы из замка Саутси – но ничего не мог поделать. Его многопушечные гиганты «Мэри Роуз» и «Большой Гарри» стояли с обвисшими парусами: «21 числа июля месяца французские галеры и нефы подошли к Портсмутской гавани, и высадили армию на остров Уайт, и там всё сожгли, и встали там лагерем, человек около 2 тысяч, и с каждым приливом атаковали со своих галер королевские корабли в гавани; однако ж ветер был такой слабый, что ни один корабль короля не мог поднять паруса, что вызывало сильную досаду».
К вечеру, однако подул долгожданный ветер. Англичане пошли в атаку на французские галеры. Впереди эскадры гордо плыл флагман – «усовершенствованная» каракка «Мэри Роуз» и её грозные 96 пушек. Командовал кораблём вице-адмирал Джордж Кэрью. Следом полным ходом шёл гигантский «Большой Гарри». «Мэри Роуз» развернула к французским галерам борт, со скрипом открылись пушечные порты, оттуда показались жерла пушек... Прозвучал сильнейший залп! На какое-то время корабль заволокло белым пороховым дымом. Когда же дым рассеялся, король Генрих, к своему ужасу, увидел, как красавица «Мэри Роуз» опрокинулась на борт – и стремительно тонет!
Трагедия длилась всего несколько минут. В открытые пушечные порты наклонившейся «Мэри Роуз» хлынула вода. Корабль лёг на борт. Тяжёлые пушки срывало с привязей, они обрушивались вниз, убивая солдат и матросов. Узкие проходы между палубами стали смертельной ловушкой – большинство людей просто задохнулись в страшнейшей давке. Те, кому повезло оказаться на верхних палубах, запутались в сетях, предназначенных для защиты от вражеского абордажа.
Из более чем 400 человек экипажа спаслось только 35 – причём вместе с кораблём утонул и сам адмирал Кэрью. Каракка затонула настолько быстро, что моряки с идущего следом «Большого Гарри» ничего поделать не смогли.
И эта трагедия произошла только потому, что в то время не существовало понятия остойчивости судна (или корабля). Корабли строились только исходя из опыта моряков и кораблестроителей, «на глазок».
Еще одним примером, когда волюнтаризм монарха, отдавшего приказ построить грандиозный корабль, не считаясь с мнением мастеров, что закончилось его гибелью при первой же попытки отойти от причала, может послужить корабль Ваза или Васа, названный так в часть династии шведских королей.
Историю его создания и гибели сами посмотрите в интернете.
Вот такие безграмотные люди правили веками государствами, не считаясь ни с какими жертвами.
А что же мы наблюдаем сейчас, когда теория судна преподаётся в каждом учебном заведении мира, готовящем моряков? Наверное, остойчивость контролируется безупречно и корабли и гражданские суда безаварийно бороздят просторы морей и океанов.
Как бы не так. Как ни странно, пароходы продолжают тонуть, в частности из-за потери остойчивости.
Причины? Разные. Иногда погодные условия, смещение груза, разжижение навалочных грузов при нарушении технологии погрузки. Но главным остаётся человеческий фактор. Ошибки людей, ответственных за обеспечение безопасности мореплавания, как на судне, так и на берегу.
Мне приходилось пару раз сталкиваться с недостаточной остойчивостью, при перевозке контейнеров. Это обнаруживается при качке или накренении судна на повороте. При недостаточной остойчивости качка очень медленная, а судно, накренившись, не торопится возвращаться в вертикальное положение, как бы раздумывая, стоит ли выпрямляться или лечь совсем на борт? Неприятное ощущение. К счастью, оба раза судно возвращалось в нормальное положение, иначе вам не пришлось бы читать эти строчки. И впредь, до прихода в порт приходилось соблюдать особую осторожность, не допуская больших перекладок руля и избегая новых накренений.
Один случай уменьшения остойчивости был связан с самовольной перекачкой топлива механиками, что привело к уменьшению остойчивости.
Второй случай произошёл вообще не понятно по какой причине. Пронесло, и слава богу. Разбираться в деталях не было времени. Где-то проглядели.
Но вскоре другое судно на той же линии уронило контейнеры на причал.
А это уже приличный материальный ущерб. Тогда начали разбираться. Проверили расчет остойчивости на момент выхода судна в рейс и прибытия в порт назначения. Критерии остойчивости были соблюдены. И вот тогда были проверены веса контейнеров, загруженных на судно.
Если у вас есть дети или внуки детсадовского возраста, то вы легко можете представить погрузку контейнеров на судно по аналогии с детскими кубиками. Или современная версия – лего.
Даже ребенок понимает, что чем выше становится конструкция из кубиков, тем менее она устойчива, то есть может упасть.
Вывод напрашивается сам собой: устойчивость ухудшается по мере поднятия центра тяжести.
Тут будет уместно вспомнить про другую детскую игрушку – неваляшку. Та не падает, как её ни клади на бок.
Знаете почему? Никогда не разбирали неваляшку в детстве? Я, помнится, разбирал. И обнаружил, что на дне неваляшки находится тяжёлый грузик. То есть у неё центр тяжести всегда находится очень низко. Идеально было бы иметь судно, которое вело бы себя как неваляшка – всегда выпрямлялось, если бы даже его положило волной на борт.
Отсюда и появилась остойчивость судна, из устойчивости предметов на берегу, то есть на твердом основании. Добавилась только ещё одна составляющая – плавучесть судна. И оказалось, что судно наклоняется не вокруг основания, а вокруг некоего метацентра, который расположен выше основной плоскости судна. Высота отстояния метацентра от основной плоскости зависит от обводов корпуса судна. А остойчивость, как и устойчивость, - от высоты центра тяжести судна. Более конкретно, остойчивость определяется метацентрической высотой, то есть возвышением метацентра над центром тяжести, причем она может быть как положительная, так и отрицательная, в математическом понятии. Но для практических целей, чтобы судно не утонуло, метацентрическая высота, или проще говоря остойчивость должна быть всегда положительной.
Для этого при погрузке вычисляется высота центра тяжести судна и сравнивается с высотой метацентра при данном водоизмещении. Я еще помню, когда такие вычисления производились с помощью калькулятора. Сейчас существует множество компьютерных программ, значительно упрощающих вычисления. Для контейнеров такие программы очень напоминают детские кубики: ставишь ящичек в ячейку в программе – и видишь, как меняется осадка и метацентрическая высота.
Жаль, у меня под рукой нет такой программы, показать картинку игры в кубики на контейнеровозе. Может, кто-нибудь пришлёт? Вставлю для иллюстрации.
Часто, чтобы поставить побольше ящичков на палубу, но сохранить остойчивость, приходится добавлять балласт в донные танки. При этом, конечно, уменьшается грузоподъемность. Вот и приходится балансировать между остойчивостью и грузоподъемностью. Но в любом случае, нашей целью является понижение центра тяжести. Для этого наиболее тяжелые ящики всегда ставят вниз.
Вот, наконец, дошли до причины плохой остойчивости на наших пароходах.
Оказалось, что наверху, на палубе, на верхних ярусах, стояли тяжеленные контейнеры. Как они туда попали? А вот так. По документам они числились легкими. В программу расчета остойчивости вводился контейнер весом, скажем тонн 5, на самый верх. А фактически он весил тонн 20. Как вам разница?
Почему же такое произошло? Я разбирался с представителями фрахтователей, которые собирают грузы клиентов, чтобы оправить в нужный пункт назначения на наших судах. Выяснилось, что виной оказались тарифы в некоторых индийских портах. Вместо обычной практики взимания оплаты за погрузочное место, которое занимает контейнер определенного размера, что вполне разумно, исходя из использования контейнерной вместимости (измеряется в ТЕU-сах, 20-футовых контейнерах) судов, там брали плату за вес контейнера, что тоже можно понять: данный контейнер использует свою долю грузоподъемности судна. Но хитрые грузоотправители, набив контейнер чем-нибудь тяжеленьким, до двадцати с лишним тонн, хотели сэкономить денежек и заявляли в грузовых документах, что контейнер весит всего каких-то 5 – 7 тонн. И так эти тяжеленные ящики попадали на судне на верхний ярус.
Правда, последние годы контроль веса контейнера в портах был значительно усилен. Но не исключено, что в каких-то недоразвитых странах или отдельных портах вам попытаются всучить контейнер с недостоверным весом. (Не говорю уже про содержимое, это отдельная проблема.)
Почему же наше судно благополучно выгрузило контейнеры при недостаточной остойчивости, а моему коллеге не повезло?
После швартовки, мы заказали для выгрузки передвижной кран, который снял груз с палубы, после чего мы продолжили выгрузку своими кранами.
А мой коллега, привязавшись концами к причалу, успокоился, решив, что теперь можно вздохнуть спокойно, и начал выгрузку своим краном.
Не учел законов физики. Как только контейнер оторвался от палубы, центр тяжести (точнее, приложения силы веса) этого контейнера оказался поднят на высоту нока стрелы грузового крана, то есть сразу на несколько метров вверх.
Следовательно, вверх поднялся и центр тяжести всего судна, а значит, остойчивость еще ухудшилась. А контейнер тем временем перемещался над палубой судна с поворотом стрелы, пересек релинги судна и завис на причалом, что создало резкий кренящий момент. Этого хватило, чтобы неостойчивое судно резко накренилось и ящики посыпались на причал.
Уважаемые читатели, извините за нудную лекцию. Надеюсь, что кому-то из вас пригодится полученная информация, чтобы избежать подобных ошибок.
Спасибо за прочтение и комментарии.