Николай Вершинский - Окно в подводный мир
Таким путем мы получили возможность измерить дальность видения камеры и сравнить ее с дальностью видимости водолаза.
Но у этого способа измерения быстро обнаружилось несколько больших недостатков. Необходимость использования водолазов очень осложняла организацию опытов. Водолазы, передвигаясь по дну, поднимали ногами донные отложения и мутили воду. И, наконец, такие измерения было удобно производить лишь на мелководье, где и без того вода не отличается прозрачностью. А нам очень важно было провести измерения в более прозрачной воде. Прозрачную воду в море легко найти подальше от берега. А там глубоко. Поэтому надо было придумать какой-то другой способ измерения дальности видения. После нескольких опытов мы остановились на следующем. Длинную легкую раму прикрепляли к передающей камере и вместе с ней опускали в море. На раме, на разных расстояниях от камеры, находились предметы, за изменением видимости которых и велись наблюдения.
Применение рамы оказалось удобным для небольших наблюдаемых объектов. Постепенно росла дальность видения, и надо было увеличивать длину рамы. На небольшом судне работа с рамой длиной около 10 метров была уже довольно затруднительна. Использовать же раму длиной в 20-30 метров на судне длиной 18 метров и думать не приходилось.
Выход, оказалось, существовал. Надо было приспосабливать для подводных телевизионных работ не раму, а целое судно…
И тут мы впервые подумали о понтоне. Понтон, достаточно большой и хорошо приспособленный для проведения гидрооптических и телевизионных измерений, нас вполне устроит. Пусть он не сможет передвигаться сам — для этого найдется буксир. Но мы получим плавучую лабораторию, и можно будет вести систематические исследования! Не надо будет тратить каждый раз массу сил на погрузку и выгрузку аппаратуры, на ее наладку. Аппаратура не будет биться при перевозках и перегрузках. Освободится много времени, которое можно будет использовать с пользой для дела.
Но тут возникло новое препятствие: как сделать понтон достаточно прочным, надежным. Ведь море не шутит. Чтобы успокоить скептиков, я предложил остановить выбор на артиллерийском понтоне. Это — самая прочная из всех известных конструкций понтонов. Прямые попадания артиллерийских снарядов не способны его утопить. Для того чтобы приспособить такой понтон для телевизионных работ, в нем потребуется сделать некоторые изменения. Необходима рубка, в которой разместится телевизионная аппаратура, а также помещение для электростанции. А главное необходима ферма, которая могла бы опускаться в море с испытуемыми приборами. Двухлодочная конструкция понтона очень удобна для подвески такой фермы между лодками. Но для того чтобы ферму можно было поднимать и опускать в море, нужны лебедки.
Кроме того, понтон должен иметь якоря. Для подъема якорей нужен брашпиль. Нужны также стояночные огни, а во время буксировки на понтоне должны гореть все фонари, какие полагаются по морским законам. Словом, дедка — за репку, бабка — за дедку и т. д. Возникло множество специфических вопросов, которые не могли быть решены нашими силами.
Тогда мы привлекли к делу конструкторов Новороссийского судоремонтного завода. В один из чудесных летних вечеров я привез на совещание из Новороссийска в Голубую бухту заведующего техническим отделом судоремонтного завода тов. Пашкова и конструктора тов. Светашова. Мы рассказали им о нашей мечте и с трепетом ждали, что они скажут. Против ожидания, тов. Пашков одобрил идею постройки понтона и сказал, что Новороссийский завод сможет его сделать. Нужны только чертежи. За изготовление чертежей взялся В. К. Светашов.
Тотчас после спуска долгожданный понтон был использован для проведения наблюдений.
«Во всех изысканиях человеческого разума самое трудное — это начало». Слова эти, принадлежащие знаменитому философу древности, видимо, не утратили своего значения до сих пор. Из этой небольшой главы читатель мог увидеть, какие неожиданные трудности возникали, когда мы приступили к созданию аппаратуры для подводного телевидения.
Но, конечно, потом одна к другой стали вырастать перед нами проблемы уже специального характера.
МОЛОКО И ЧЕРНИЛА
Читатель вправе спросить: причем тут молоко и чернила? Ведь эта книжка о телевидении под водой!
Дело в том, что оптические свойства воды приближенно напоминают свойства смеси из чернил и молока.
При погружении передающей камеры в воду характерно резкое сокращение дальности видения. Максимальная дальность видения в воде при помощи телевизионной аппаратуры составляет около 45 метров. Цифра эта относится к наблюдениям в относительно прозрачных водах Атлантического океана. Для более мутных вод многих других морских бассейнов дальность видения обычно не превосходит 15-20 метров. В морских портах, где вода особенно загрязнена, она обычно составляет не более 1,5-2 метров, а в речных портах — еще меньше.
Совершенно очевидно, что для многих применений подводного телевидения этого недостаточно. Поэтому центральной проблемой современного подводного телевидения является увеличение дальности видения. Но дело это отнюдь не легкое. Для того чтобы понять, как следует преодолевать эту трудность, нужно познакомиться с физическими особенностями распространения света в воде.
Луч света при прохождении через воду очень быстро ослабляется. Ослабление света водой настолько велико, что один метр довольно прозрачной воды Черного моря ослабляет свет примерно так же, как и слой воздуха, толщиной более километра. Уже на сравнительно небольших глубинах в морях темно. Измерения в Черном море показывают, что в полдень, когда на поверхности моря освещенность составляет около 100000 люксов, на глубине 100 метров освещенность равна всего 4 люксам. Достаточно опуститься под воду лишь на сотню метров, чтобы из сверкающего полудня попасть в сумерки. Быстрое изменение освещенности с глубиной вынуждает снабжать подводные телевизионные камеры светосильными объективами.
Ослабление света в воде зависит от прозрачности воды и вызывается совместным действием рассеяния и поглощения световых лучей.
Черные чернила являются примером водной среды, в которой ослабление света происходит главным образом за счет поглощения. При поглощении энергия света идет в основном на нагревание воды. В воде сильно поглощаются красные лучи спектра и еще более сильно — инфракрасные.
Рассеяние вызывает ослабление направленного светового потока за счет отклонения световых лучей в стороны. Рассеяние света — это главная причина, которая ограничивает видимость наблюдаемых объектов. Если бы не было рассеяния, то нужно было бы просто усилить источник света или увеличить чувствительность передающей трубки. Но рассеяние световых лучей образует световую дымку и фон, которые понижают контраст видимого предмета и как бы маскируют его. Усиление источника света тут помочь не может.
Молоко представляет собой среду, ослабляющую свет преимущественно за счет рассеяния. В абажурах и плафонах для предохранения наших глаз от слишком яркого света используются молочные стекла, сильно рассеивающие лучи света
В морской воде поглощение и рассеивание действуют вместе. Вот почему, с оптической точки зрения, воду, конечно, очень приближенно, можно рассматривать, как «смесь чернил и молока».
Вода в зависимости от состава спектра проходящего через нее света проявляет больше свойства или рассеивающей, или поглощающей среды.
Но и воды различных бассейнов обладают разными оптическими свойствами. Например, ослабление света в воде может происходить преимущественно за счет рассеяния. В этой воде как бы преобладают свойства молока над свойствами чернил. Возможен и такой случай, когда ослабление света в воде будет происходить преимущественно за счет поглощения. Проводя дальше нашу прежнюю аналогию, можно сказать, что в такой воде больше «чернил», чем «молока».
А в одной и той же воде соотношение между поглощением и рассеянием зависит от длины волны световых лучей.
КАК СДЕЛАТЬ ВОДУ ПРОЗРАЧНЕЙ?
Однажды в английский порт пришло судно с большой пробоиной ниже ватерлинии. Судно получило опасный крен. Требовался срочный ремонт. Необходимо было прежде всего осмотреть место повреждения. Но вода в порту была такой грязной, что ни водолазы, ни подводная телевизионная камера ничего не могли рассмотреть. Тогда-то и был изобретен контейнер прозрачной воды. Снабженная им передающая телевизионная камера позволила быстро осмотреть пробоину, и судно было отремонтировано.
Что же представляет собой контейнер прозрачной воды?
Это большая оптическая насадка на телевизионную передающую камеру. Контейнер прозрачной воды представляет собой металлический корпус, внутри пустой, а по торцам закрытый стеклянными иллюминаторами. Сделан корпус из легкого сплава. Одним концом корпус крепится непосредственно на передающую камеру. Если контейнер предназначается для работы с камерой на больших глубинах, то его внутренность наполняется чистой водой. Кроме того, для работы на больших глубинах контейнер снабжается клапаном, позволяющим выравнивать гидростатическое давление внутри и снаружи без смешивания жидкостей.
