Хук
17 февраля 1864 года подводная лодка Confederate States Ship H.L. Hunley торпедировала паровой шлюп USS Housatonic в бухте Чарлстон. Первое в истории успешное подводное нападение. Housatonic затонул за пять минут.
Hunley не вернулась на базу. Нашли её в 1995 году на дне, в 300 метрах от места атаки. Экипаж — восемь человек — сидел на своих местах. Руки на рукоятках гребного вала. Никаких признаков паники, попыток эвакуации, борьбы. Они просто умерли.
Вскрытие останков в 2004 году показало: смерть от гипоксии. Кислород закончился. Команда крутила педали, пока не потеряла сознание. Лодка легла на дно.
Это был третий экипаж Hunley. Первые два погибли на испытаниях. От той же причины.
Жюль Верн опубликовал «20 000 лье под водой» в 1869-м, через пять лет после катастрофы. Капитан Немо путешествует под водой месяцами. Экипаж дышит «запасами сжатого воздуха» и «регенерированным кислородом». Верн написал фантастику. Но инженеры XIX века умирали, пытаясь понять, как это сделать реально.
Контекст: Когда погружение становится математической задачей
1620 год. Корнелиус ван Дреббель, голландский изобретатель при дворе английского короля Якова I, демонстрирует подводную лодку на Темзе. Деревянная бочка, обтянутая промасленной кожей. Двенадцать гребцов. Глубина — 4-5 метров. Время под водой — 3 часа.
Король присутствовал лично. Современники описывают: «чудесное судно плыло под водой от Вестминстера до Гринвича». Расстояние — 10 километров.
Вопрос: как экипаж дышал три часа в герметичной бочке?
Ван Дреббель не оставил чертежей. Но существует письмо его зятя, врача Роберта Бойля (того самого, закон Бойля-Мариотта). Бойль пишет: «Дреббель имел склянку с химическим составом, который поглощал дурной воздух и восстанавливал чистый».
Современные химики расшифровали: скорее всего, азотнокислое серебро (AgNO₃) или селитра (KNO₃). При нагревании выделяют кислород. Поглощают углекислый газ — неизвестно чем. Может, известковой водой (Ca(OH)₂).
Система работала, но была дорогой и опасной. Азотнокислое серебро стоило как золото. Селитра при неправильном нагреве взрывалась.
К середине XIX века задача усложнилась. Военные хотели лодки глубже и дольше. 3 часа на глубине 5 метров никого не устраивали.
Конфликт систем: Когда физика убивает быстрее, чем враг
Проблема подводного дыхания — это три задачи одновременно:
Задача 1: Объем воздуха
Человек потребляет 0.5 литра кислорода в минуту в покое. 2-3 литра при физической работе (гребля).
Экипаж из 8 человек при работе веслами: 8 × 2.5 = 20 литров O₂ в минуту.
Воздух содержит 21% кислорода. Значит, нужно 20 / 0.21 = 95 литров воздуха в минуту.
За 3 часа: 95 × 180 = 17 100 литров = 17.1 м³.
Объем Hunley: 11.5 метров длина × 1.2 метра ширина × 1.3 метра высота = ~18 м³ внутреннего пространства. Минус механизмы, балласт, экипаж — остается ~12 м³ свободного воздуха.
На три часа не хватает. Кислород закончится через 2-2.5 часа.
Задача 2: Углекислый газ
Человек выдыхает 0.4 литра CO₂ в минуту при работе.
Восемь человек за три часа: 8 × 0.4 × 180 = 576 литров CO₂.
Концентрация CO₂ в замкнутом объеме растет. При 3% — головная боль, сонливость. При 5% — учащенное дыхание, паника. При 10% — потеря сознания через минуты.
576 литров в объеме 12 м³ дают концентрацию 576 / 12000 = 4.8%. Критический уровень.
Нужно поглощать CO₂. Но чем?
Задача 3: Давление
На глубине 10 метров давление — 2 атмосферы. Человек дышит воздухом под давлением 2 атмосферы. Значит, в кровь попадает в два раза больше азота, чем на поверхности.
Проблема: при всплытии давление падает, азот выделяется из крови пузырьками. Кессонная болезнь. Боль в суставах, паралич, смерть.
Первое описание — 1670 год, у рабочих, поднимавшихся из подводных колоколов. Лечения не существовало до 1907 года (декомпрессионная камера Холдейна).
Экипажи подлодок XIX века не знали о декомпрессии. Всплывали быстро. Выжившие часто становились инвалидами.
Технический разбор: Эволюция систем жизнеобеспечения
Рассмотрим три поколения решений.
Поколение 1: Химическая регенерация (1620-1850)
Принцип: химические вещества выделяют кислород и поглощают углекислый газ.
Рецепт ван Дреббеля (реконструкция):
· Селитра (KNO₃): 2 кг, нагрев до 400°C, выделяет ~400 литров O₂
· Известковая вода (Ca(OH)₂): 5 литров, поглощает ~200 литров CO₂
Проблемы:
· Нагрев селитры в замкнутом пространстве — пожароопасно
· Контроль температуры без термометров — невозможен
· Стоимость: 2 кг селитры = 5 шиллингов (недельная зарплата рабочего)
Поколение 2: Сжатый воздух (1850-1900)
Принцип: запас сжатого воздуха в баллонах, подается по требованию.
Первые эксперименты: Вильгельм Бауэр, немецкий инженер, 1850 год. Лодка Brandtaucher, баллоны со сжатым воздухом при 10 атмосферах.
Расчет запаса:
· Баллон объемом 100 литров при 10 атмосферах содержит 1000 литров воздуха (при нормальном давлении)
· Экипаж 3 человека потребляет 45 литров воздуха в минуту
· Время работы: 1000 / 45 = 22 минуты на один баллон
Бауэр брал 5 баллонов = 110 минут. Погружение 25 января 1851 года — лодка затонула через 8 минут. Экипаж выжил, открыв люк под водой (уравняли давление). Но проект закрыли.
Проблема: вес. Стальной баллон на 100 литров при 10 атмосферах весит ~80 кг. Пять баллонов = 400 кг. Это треть веса всей лодки.
Поколение 3: Регенеративные поглотители (1900-1950)
Принцип: поглощение CO₂ химическим веществом, кислород добавляется из баллона по мере потребления.
Прорыв: 1878 год, Генри Флюсс, английский инженер, изобрел замкнутый дыхательный аппарат с едким натром (NaOH).
Реакция: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O
Едкий натр поглощает углекислый газ, превращая его в соду и воду. Кислород добавляется вручную из баллона.
Спецификация системы Флюсса:
· Регенеративный патрон: 3 кг NaOH (поглощает ~1500 литров CO₂)
· Баллон кислорода: 5 литров при 120 атмосферах (600 литров O₂)
· Дыхательный мешок: резиновый, объем 10 литров
· Вес системы: 15 кг
· Время работы: 3-4 часа
Флюсс продал патент Royal Navy. Система использовалась в подлодках до 1950-х.
Но оставалась проблема: едкий натр при контакте с водой разогревается до 80°C и выделяет токсичные пары. Утечка воды в патрон = смерть экипажа.
Персонажи: Инженеры, которые дышали смертью
Горас Лоусон Ханли, 1823-1863, адвокат из Луизианы, самоучка-инженер. Спонсировал и лично испытывал подводные лодки. Построил три: Pioneer (1862, потоплена при отступлении), American Diver (1863, затонула на испытаниях, экипаж спасся), H.L. Hunley (1863, названа в его честь).
Hunley погибла дважды на испытаниях. 29 августа 1863 года — экипаж не успел закрыть люк, вода залила лодку, пятеро утонули. Ханли лично набрал новый экипаж. 15 октября 1863 года — вторая катастрофа, лодка не всплыла, погибли все восемь человек, включая Ханли.
Его нашли у штурвала, пытающимся открыть балластную цистерну. Не хватило воздуха. Потерял сознание, не дойдя до рычага метр.
Лодку подняли. Флот набрал третий экипаж. Лейтенант Джордж Диксон повел её в бой. Потопил Housatonic. Не вернулся.
Симон Лейк, 1866-1945, американский инженер, построил 200 подлодок. Первый применил перископ (1902), шлюзовую камеру для водолазов (1906), дизельные двигатели для подводного хода (1912).
Лейк решил проблему дыхания комбинацией методов: электролиз воды для получения кислорода + поглотители CO₂ на основе гидроксида кальция. Система работала неделями.
Но военные отвергли его проекты. Причина: слишком безопасно. Флот считал подлодки оружием камикадзе. Комфорт экипажа не был приоритетом.
Лейк продал патенты России. Его системы использовались на лодках типа «Барс» (1915). Смертность экипажей упала в 10 раз.
Джон Холланд, 1841-1914, ирландский эмигрант, учитель, строитель подлодок для Fenian Brotherhood (ирландские террористы, планировали топить британские корабли). Построил 9 лодок. Пять затонули на испытаниях.
Холланд первым объединил электродвигатель (подводный ход), бензиновый двигатель (надводный ход), динамит (торпеда) и регенеративные поглотители. Лодка USS Holland (1900) стала прототипом всех современных подлодок.
Умер в нищете. Контракт с флотом расторгли после первой поставки. Патенты украла компания Electric Boat Company (сегодня — General Dynamics).
Факт, гипотеза, интерпретация
Факт: С 1620 по 1900 год погибло более 500 подводников от удушья в замкнутых лодках. Это больше, чем от взрывов, торпед и столкновений вместе взятых. Технология регенерации воздуха существовала с 1620-х (селитра ван Дреббеля), но не стала стандартом до 1880-х. Причина: не техническая сложность, а стоимость и культурная инерция. Флоты считали подлодки расходным оружием.
Гипотеза: Подводное плавание развивалось не как транспорт, а как оружие. И оружие одноразовое. Confederate States рассматривали Hunley как управляемую мину: доплыть, ударить, взорваться. Выживание экипажа — опция, а не требование. Поэтому инвестиции шли в двигатели и торпеды, а не в системы жизнеобеспечения. Только когда лодки стали многоразовыми (начало XX века), появился спрос на надежную регенерацию воздуха. Не гуманизм двигал прогресс, а экономика: обучение экипажа стоило дороже, чем едкий натр.
Спорная интерпретация: Возможно, ранние подводники сознательно шли на риск не из патриотизма, а из азарта. Подводное плавание в XIX веке было экстремальным спортом до появления термина. Ханли трижды набирал экипажи после катастроф — и находил добровольцев. Почему? Деньги? Конфедерация платила $100 за участие в атаке (годовая зарплата рабочего). Но можно было заработать меньшим риском. Слава? Посмертная. Остается азарт — желание сделать невозможное. Первые подводники были не солдатами, а экспериментаторами. Они умирали не за страну, а проверяя гипотезу: можно ли человеку жить под водой?
Финал
В 2000 году лодку Hunley подняли с морского дна. Консервация заняла 17 лет. В 2017-м открыли для публики в музее Чарлстона.
Внутри сохранились личные вещи экипажа. У лейтенанта Диксона — золотая монета, подарок возлюбленной. У механика Арнольда Беккера — Библия. У гребца Фрэнка Коллинза — свисток.
Криминалисты реконструировали последние минуты. После атаки Диксон повернул лодку к базе. Экипаж греб 20 минут. Кислород закончился примерно на 18-й минуте. Они не знали. Продолжали грести, теряя сознание постепенно. Лодка шла по инерции еще 100 метров. Легла на дно мягко, без удара.
Если бы они знали про едкий натр Флюсса (патент 1878, через 14 лет), выжили бы все.
Если бы взяли баллон сжатого кислорода Бауэра (технология 1850, за 14 лет до атаки), добрались бы до базы.
Но Confederate States строили лодку за $15 000. Система Флюсса стоила $300. Баллон Бауэра — $50.
Флот решил сэкономить $350.