Кислород из воды: чем дышат подводники, когда рейс длится неделями

Дышать под водой неделями – задача, сравнимая с созданием искусственной атмосферы. Подводная лодка живёт без связи с поверхностью, но внутри неё люди продолжают дышать, готовить и работать. Воздух не застаивается, не становится ядовитым и не кончается. Как именно технологии позволяют превращать замкнутый металлический корпус в автономное дыхательное пространство?

Исторические опыты и первые ошибки

Первые подводные аппараты представляли собой почти герметичные капсулы, где экипаж зависел от того объёма воздуха, который был захвачен при погружении. Этого хватало максимум на полчаса. Любая утечка или повышение концентрации углекислого газа быстро делали нахождение внутри невозможным.
Такое устройство напоминало ловушку: чем глубже погружались, тем быстрее наступала опасность удушья.

В XIX веке инженер Нарсис Монтуриоль построил судно, где кислород вырабатывался химическим способом. Он первым применил реакцию, позволившую оставаться под водой до восьми часов без всплытия. Тогда стало ясно: воздух можно производить прямо на борту.

Почему простое проветривание не подходит для подлодок? На глубине несколько сотен метров невозможно открывать люки или использовать вентиляцию снаружи: давление воды и отсутствие доступа к атмосфере не позволят воздуху свободно поступать внутрь.

Как подлодка производит кислород

Современные военные и исследовательские подлодки применяют электролиз морской воды. Через специальные генераторы пропускают электрический ток, который разлагает молекулы H₂O на водород и кислород. Водород удаляют за борт, а кислород подаётся в вентиляционную систему, где тщательно дозируется. Избыток газа опасен – слишком высокая концентрация способна вызвать отравление.

Чтобы кислород распределялся равномерно, его вводят постепенно, поддерживая оптимальные 21% – примерно столько же, сколько в земной атмосфере. Система управляется автоматически, но экипаж контролирует показатели вручную.

Можно ли использовать запасы кислорода в баллонах? На практике это делают только в аварийных случаях. Баллоны занимают слишком много места, и даже огромные запасы хватят всего на несколько дней.

Борьба с углекислым газом и загрязнениями

Главный враг замкнутого пространства – не нехватка кислорода, а накопление углекислого газа. В каждой подлодке установлены фильтры с гидроксидом лития или натрия, которые связывают CO₂, превращая его в безвредные соединения. Эти блоки регулярно заменяются или регенерируются.

Кроме CO₂, воздух насыщается парами масел, аммиаком, частицами кожи, запахами кухни и машинного отделения. Система циркуляции прогоняет воздух через угольные и каталитические фильтры, где уничтожаются микробы и органические соединения.

Иногда применяют дополнительные методы – например, фотокаталитическое окисление. Воздух проходит через пластины, где под действием ультрафиолета вредные молекулы разрушаются до воды и углекислого газа, который тут же улавливается фильтрами.

Технический цикл обновления воздуха

Чтобы атмосфера оставалась стабильной, всё помещение подлодки разделено на зоны с постоянным обменом потоков. В вентиляционных шахтах датчики измеряют концентрацию кислорода, углекислого газа и влажности.

Цикл поддержания состава воздуха состоит из трёх этапов:

1. Выработка кислорода через электролиз воды.

2. Очистка от углекислого газа химическими поглотителями.

3. Фильтрация и дезинфекция воздушных потоков.

В результате в замкнутом объёме сохраняется почти земная атмосфера, пригодная для дыхания и работы приборов.

Что происходит при отказе системы? В таком случае экипаж переходит в аварийный режим – активируются резервные баллоны с кислородом и химические патроны, поглощающие CO₂. При возможности подлодка всплывает и использует шнорхель – телескопическую трубу, через которую воздух подаётся внутрь при работе дизельного двигателя.

Жизнь в искусственной атмосфере

Даже при идеальной работе фильтров воздух внутри судна имеет особый "металлический" запах. Это следствие высокой влажности, микрочастиц металла и минимальной вентиляции. Поэтому важна циркуляция: вентиляторы гонят воздух по всему корпусу, включая каюты и машинное отделение.

Сравнивая с космическими станциями, подлодка ближе к земным условиям: она получает воду прямо из моря, а не из замкнутого цикла, и может всплыть в случае аварии. Однако система жизнеобеспечения по сложности сопоставима с орбитальной.

Можно ли было бы применять такие технологии на суше? Да – элементы фильтрации и гидролиза уже используются в герметичных помещениях, подземных бункерах и космических симуляторах.

Как экипаж контролирует атмосферу

Системы снабжения кислородом полностью автоматизированы, но люди обязаны контролировать параметры вручную. Дежурные специалисты проверяют показания датчиков и меняют картриджи с химическими поглотителями. Любая ошибка в расчётах может привести к повышению давления газа или нехватке кислорода.

Типичная последовательность действий при обслуживании выглядит так:

• Проверить уровень влажности и температуру в отсеках.

• Сравнить данные кислородных датчиков с контрольными.

• Заменить кассеты фильтров CO₂.

• Провести вентиляцию камер, где могут скапливаться пары топлива.

Даже незначительное отклонение от нормы фиксируется автоматикой, и система подаёт сигнал тревоги.

Ошибки прошлого и современные стандарты

Исторически многие катастрофы под водой происходили из-за отказа систем очистки воздуха. На ранних субмаринах не было резервных генераторов кислорода, и экипажи погибали от отравления CO₂ задолго до исчерпания запасов кислорода. Сегодня подобное почти исключено: каждая подлодка имеет резервную линию подачи и многослойные фильтры.

Если раньше воздух обновлялся вручную, то теперь всё управляется цифровыми системами с обратной связью. Они реагируют даже на изменение состава дыхания экипажа – повышение СО₂ в отсеке немедленно активирует дополнительные сорбенты.

Что в перспективе

Современные проекты подлодок стремятся к полной энергетической автономности: выработка кислорода и переработка отходов объединяются в единую систему. Исследователи рассматривают биотехнологические методы – использование микроводорослей, способных превращать углекислый газ в кислород при свете. Пока такие решения применяются только в экспериментах, но в перспективе могут снизить нагрузку на электроэнергию.

Так замкнутая подводная экосистема становится ближе к естественной: металл и пластик имитируют дыхание живого организма, где каждая молекула воздуха участвует в непрерывном цикле жизни.