Пілотований підводний апарат (абр. ППА; ) — самохідний підводний апарат із міцним корпусом для перебування однієї або кількох осіб, оснащений входами, доступними з поверхні або під водою.
Це визначення відповідає формулюванню, наведеному в міжнародному стандарті ISO 5411 «Судна та морські технології — Підводні апарати — Термінологія» (англ. Ships and marine technology — Submersibles — Vocabulary), затвердженому Міжнародною організацією зі стандартизації (ISO) у 2024 році. Зокрема, у пункті 3.1.2 стандарту міститься визначення пілотованого підводного апарата, яке посилається на пункт 3.1.1, де зазначено, що апарат має бути самохідним.
В англомовних джерелах термін «пілотований підводний апарат» має такі відповідники: manned submersible; deep submergence vehicle (DSV); human occupied vehicle (HOV); manned underwater vehicle (MUV).
Історична довідка З середини 1950-х років було побудовано сотні, якщо не тисячі апаратів; деякі з них виявилися глухими кутами, але деякі виявилися важливими кроками на шляху від перших днів до зовсім інших апаратів, які є сьогодні.
Перші пілотовані підводні апарати Історія пілотованих підводних апаратів (ППА) розпочалася в 1600-х роках з перших примітивних моделей, створених, зокрема, Корнеліусом Дреббелем. З того часу технологія ППА значно розвинулася, особливо з появою військових підводних човнів наприкінці XIX та на початку XX століття. Батискафи Першим підводним технічним засобом, який відповідав сучасному визначенню пілотованого підводного апарата, став батискаф. Його створення було зумовлене потребою досліджувати великі глибини з можливістю вільного пересування під водою. Це вимагало відмови від важкого троса та забезпечення нейтральної плавучості апарата. Винахід батискафа дав змогу проводити підводні роботи та дослідження без жорсткого зв’язку із судном підтримки.
Конструктивно батискаф складається з міцного корпусу з ілюмінаторами, призначеного для розміщення екіпажу, систем життєзабезпечення та обладнання, а також легкого корпусу (поплавця), заповненого речовиною, легшою за воду (бензином), що забезпечує плавучість апарата. Батискафи іноді називають поплавцевими підводними апаратами. Маневрування по глибині здійснювалося шляхом скидання дробового баласту та випускання частини бензину.
Основним недоліком батискафів були великі габарити та маса (до 300 тонн), що ускладнювало їх використання з борта суден традиційного типу: транспортування до місця занурення здійснювали шляхом буксирування. Батискафи будувалися з кінця 1940-х до початку 1960-х років і зіграли важливу роль в освоєнні океану.
FNRS-2 (Бельгія) та FNRS-3 (Бельгія, Франція) Перший батискаф, який отримав назву FNRS-2, сконструював швейцарський учений Огюст Піккар у 1948 році. Його спорудження було організовано Бельгійським національним фондом. Після пошкодження поплавця під час чергового буксирування фонд відмовився фінансувати доопрацювання батискафа, і в 1950 році, після тривалих переговорів, він був переданий ВМС Франції. У 1953 році цей батискаф було модернізовано за проєктом та П.Вільма () і перейменовано на FNRS-3. Діаметр гондоли (сферичного міцного корпусу) становив 2,1 м, маса — 10 тонн, а ємність поплавця — 30 м³.
У 1953 році батискаф FNRS-3 досяг глибини 4 050 метрів, перевершивши попередній рекорд професора Огюста Піккара на 900 метрів.
«Архімед» (Франція) У 1961 році на замовлення ВМС Франції за проєктом П. Вільма було побудовано батискаф «Архімед». На відміну від попередніх, він був оснащений рушіями для вертикального та лагового переміщення, а також акумуляторною батареєю підвищеної енергоємності — до 100 кВт·год. Міцна сфера для екіпажу не виступала за обведення легкого корпусу, що покращувало гідродинаміку і дозволяло збільшити швидкість буксирування до 8 вузлів.
«Трієст» (Італія, США) Батискаф «Трієст» був спроєктований швейцарським ученим Огюстом Піккаром. Він став одним із перших глибоководних пілотованих підводних апаратів. «Трієст» відомий тим, що в 1960 році здійснив перше занурення на глибину близько 11 000 метрів у Безодню Челленджера. Однак, хоча «Трієст» міг занурюватися до найглибшої відомої точки в океані, він мав низку недоліків. Це був дуже великий апарат, складний в управлінні та обмежений у маневруванні.
Безпоплавцеві пілотовані підводні апарати (перше покоління) Розробка більш потужних пілотованих підводних апаратів для наукового використання розпочалася в 1960-х роках і триває донині. Більшість сучасних глибоководних дослідницьких ППА належать і експлуатуються різними країнами, часто пов'язаними з їхніми військово-морськими силами. Крім того, нині функціонує низка незалежно керованих пілотованих підводних апаратів, які забезпечують певний доступ для наукових досліджень та розвідки.
Завдання практичного освоєння Світового океану не вирішувались малорухомими батисферами і батискафами, а вимагали створення маневрених апаратів, оснащених сучасними комплексами приладів та механізмів. З середини 1960-х років. активізувалося будівництво безпоплавцевих апаратів. Найбільший розвиток цей напрямок отримав у США, Канаді та Франції.
«Алюмінаут» (1964, США) «Алюмінаут» став першим у світі пілотованим підводним апаратом з міцним корпусом з алюмінієвого сплаву. Експериментальний 80-тонний, 15,5-метровий ППА для глибоководних досліджень, який був побудований Reynolds Metals Company, яка прагнула просувати алюміній як перспективний конструкційний матеріал. Апарат призначався для глибоководних океанографічних і геологічних досліджень, розвідки корисних копалин на глибинах до 4 500 м, пошуково-рятувальних робіт. «Алюмінаут» базувався в Маямі (Флорида, США) та з 1964 по 1970 рік експлуатувався компанією Reynolds Submarine.
Крім циліндричного міцного корпусу з алюмінієвого сплаву, цей ППА володів конструктивними особливостями, які згодом широко використовувались на багатьох апаратах: занурення та спливання здійснювалося за допомогою баластових цистерн та системи повітря високого тиску; плавучість регулювалася міцною вирівнювальною цистерною; для маневрування за курсом та глибиною апарат мав два кормові горизонтальні гребні гвинти та один вертикальний; джерелом енергії була срібно-цинкова акумуляторна батарея; на ньому було встановлено два маніпулятори. Маса ППА становила 81 т, у зв'язку з чим у район проведення робіт він доставлявся буксируванням.
Компактні пілотовані підводні апарати (друге покоління)
«Алвін» (1964, США) Досвід створення та експлуатації перших автономних ППА виявив необхідність мінімізувати їх масу шляхом застосування: корпусів сферичної форми, які мають мінімальну відносну вагу при однаковому внутрішньому об'ємі з циліндричними корпусами; матеріалу міцного корпусу з більшою відносною міцністю (відношення межі плинності до щільності матеріалу) в порівнянні з алюмінієм або сталлю марки АК-32; твердого легковагового заповнювача (ЛВЗ) у вигляді блоків плавучості з густиною не більш ніж 0,7 т/м³ замість бензину.
Саме цими міркуваннями керувався в Вільям А. Рейне — розробник пілотованого підводного апарата «Алвін». Новий апарат було збудовано в 1964 році. Вже 20 липня 1965 року співробітники інституту на борту «Алвіна» здійснили занурення в підводний каньйон Язик Океану і через 1 год 37 хв досягли дна на глибині 1 829 м. У 1973 році корпус ППА «Алвін» було замінено на новий — з титану, що дозволив занурюватися на глибину до 4 500 м.
Основними відмінностями ППА «Алвін» від батискафів були такі: застосування твердого легковагового заповнювача у вигляді блоків плавучості; застосування активної вирівнювальної системи з насосами; використання гвинта в насадці як маршового рушія та двох бортових колонок для переміщення у вертикальній площині.
Протягом багатьох років «Алвін» неодноразово модернізувався із заміною обладнання, акумуляторних батарей, рушійно-стернового комплексу. Всі компоненти «Алвіна» включаючи міцний корпус, були замінені, принаймні один раз. Апарат повністю розбирають кожні 3—5 років для повного огляду.
«Алвін» унікальний тим, що цей підводний апарат охоплює весь часовий діапазон історії наукових глибоководних пілотованих підводних апаратів.
Серія ППА «Pisces» (1965—1976, Канада)
Кінець 1960-х років був періодом швидкого технологічного розвитку глибоководної інженерії як для нафтогазової промисловості, так і для прокладання телекомунікаційних кабелів. Одним з перших підводних апаратів, що обслуговували цей ринок, що зростав, був «Pisces», побудований інноваційною ванкуверською компанією International Hydrodynamics Co. Ltd., відомою як HYCO.
«Pisces I», розроблений Аланом Трайсом (англ. Alan Trice) і Маком Томпсоном (англ. Mack Thompson), був спущений на воду в 1965 році як апарат з номінальною глибиною занурення 300 м, а потім у 1968 році з'явилася «серійна» версія — «Pisces ІІ». Протягом наступних 8 років було створено ще дев'ять апаратів подібної конструкції. Номінальна глибина занурення поступово збільшувалася до максимуму 2 000 м з «Pisces IV», побудованим у 1971 році. Як правило, ці апарати мали три сфери диферентного/плавучого захисту: дві маленькі в носовій частині та одну велику в кормі. Попередні версії мали систему диференту і змінного баласту за допомогою оливи з великим баком між двома носовими сферами.
«Pisces» II, III, V та VIII використовувалися компанією British Oceanics для робіт з видобутку нафти та прокладання кабелів у 1970-х роках. «Pisces IV», а пізніше «Pisces V» експлуатуються Гавайською підводною дослідницькою лабораторією (англ. Hawaii Undersea Research Laboratory (HURL)) Національного управління океанічних і атмосферних досліджень (англ. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)) на Гаваях. «Pisces» VII та IX експлуатувалися в колишньому СРСР в Інституті океанології ім. Ширшова.
«Hikino» (1967, США) У 1967 році ВМС США будують та випробовують «Hikino» — перший підводний апарат із повністю акриловою міцною сферою. «Hikino» був суто випробувальним апаратом, проте відіграв вирішальну роль у розвитку підводних апаратів у 1970-х роках — періоді, коли активно впроваджувалися акрилові сфери. Однією зі скарг на підводні апарати 1960-х років є відсутність оглядових ілюмінаторів для спостереження за навколишнім морем. Розробка акрилової сфери забезпечує безперешкодний панорамний огляд.
«Сі Кліфф» та «Тартл» (1968, США) У 1968 році завершено будівництво двох ППА — «Сі Кліфф» та «Тартл» — на глибину 4 500 м на замовлення ВМС США. Ці апарати використовувалися для обстеження підводних об'єктів ВМС, пошуку затонулих об'єктів (торпед, ракет тощо), а також виконання глибоководних досліджень цивільних інститутів США з різними суднами забезпечення. У 1984 році відповідно до рішення керівництва ВМС про збільшення до 6 500 м глибини занурення «Сі Кліффа», на ньому було замінено міцний корпус.
«Cyana» (1970, Франція) «Cyana» — пілотований підводний апарат для досліджень і підводних робіт масою 9 тонн, здатний занурюватися на глибину до 3 000 метрів. Введений в експлуатацію 1969 року, він перебував у використанні до 2003 року. Апарат був побудований у 1966 році командою Жака-Іва Кусто. У 1969 році «Cyana» перейшов у власність CNEXO (фр. Centre national pour l’exploitation des océans — Національний центр дослідження океанів), який у 1984 році був реорганізований у Ifremer (фр. Institut français de recherche pour l’exploitation de la mer — ).
На відміну від батискафів, таких як «Архімед», плавучість яких забезпечувалася великим поплавцем, заповненим бензином із густиною близько 0,7, підводний апарат «Cyana» використовував плавучий матеріал нового покоління — синтаксичну піну, виготовлену з порожнистих скляних мікросфер, вкритих смолою. Принцип залишався тим самим: сила тяжіння міцної сфери, у якій перебували пілоти та спостерігач, точно компенсувалася підіймальною силою плавучого матеріалу; занурення здійснювалося за допомогою додаткової ваги, а спливання — шляхом скидання баласту.
Його міцна сталева сфера діаметром 2,10 метра вміщувала двох пілотів і наукового спостерігача та забезпечувала запас повітря для дихання протягом 72 годин.