До середины XX века работа под водой почти всегда означала зависимость от поверхности. Водолазу требовались тяжёлый костюм, шланг для подачи воздуха, страховочный трос и команда на судне. Такое оборудование позволяло ремонтировать корабли и поднимать грузы, но мешало свободно двигаться и превращало любое погружение в сложную техническую операцию.

Перелом произошёл в 1943 году, когда французский морской офицер Жак-Ив Кусто и инженер Эмиль Ганьян создали компактный дыхательный аппарат с автоматической подачей воздуха. Его регулятор открывался во время вдоха и выдавал газ под давлением окружающей воды. Благодаря этому человек получил возможность не просто находиться под водой, а самостоятельно плавать, выбирать направление и удаляться от судна без воздушного шланга.

Почему длинная трубка не заменяет акваланг

На поверхности воздух давит на тело примерно с силой одной атмосферы. Под водой к атмосферному давлению добавляется давление водяного столба: через каждые десять метров оно возрастает примерно ещё на одну атмосферу. Давление действует не только на воду вокруг пловца, но и на его грудную клетку.

Если опустить человека на глубину и оставить конец длинной дыхательной трубки над поверхностью, воздух в ней сохранит почти атмосферное давление. Снаружи же вода будет сжимать грудную клетку заметно сильнее. Уже на сравнительно небольшой глубине дыхательным мышцам станет трудно расширять лёгкие и втягивать воздух. Удлинение трубки проблему не решает, а дополнительно увеличивает сопротивление движению воздуха и объём уже выдохнутого газа, остающегося внутри канала.

Следовательно, водолазу нужен не просто запас воздуха, а воздух, поданный под тем же давлением, что и окружающая вода. На глубине десяти метров он должен поступать примерно при двух атмосферах абсолютного давления, на двадцати метрах — примерно при трёх. Именно автоматическое согласование давления с глубиной стало главным принципом акваланга.

Как дышали под водой до Кусто и Ганьяна

Долгое время основным решением оставался водолазный костюм со шлемом. Насос на судне подавал воздух по шлангу, а тяжёлые ботинки и грузы удерживали человека на дне. Такая система обеспечивала продолжительную работу, но дальность перемещения определялась длиной шланга. Его можно было повредить, зацепить за конструкцию или перекрутить.

Инженеры пытались освободить водолаза от поверхности задолго до 1940-х годов. В XIX веке Бенуа Рукейроль и Огюст Денейруз разработали аппарат, в котором регулятор выдавал сжатый воздух по мере необходимости. В 1920-х годах Ив Ле Приёр создал автономный комплект с баллоном, однако воздух из него поступал непрерывно. Даже когда водолаз не вдыхал, запас газа продолжал расходоваться и быстро заканчивался.

Таким образом, отдельные элементы будущего акваланга уже существовали: баллон со сжатым воздухом, редуктор и система подачи газа по требованию. Задача состояла в том, чтобы объединить их в компактный и надёжный аппарат, способный автоматически работать при изменении глубины и положения тела.

Встреча морского офицера и инженера

Жак-Ив Кусто служил во французском флоте и занимался подводным плаванием и съёмкой. Его интересовал аппарат, с которым пловец мог бы двигаться без шланга и получать воздух только во время вдоха. Во время Второй мировой войны Кусто познакомился с инженером компании Air Liquide Эмилем Ганьяном, специалистом по газовой аппаратуре и регуляторам давления.

Ганьян работал над компактным клапаном, предназначенным для точного дозирования газа. Кусто предложил приспособить этот механизм к баллонам со сжатым воздухом. В новой системе высокое давление в баллоне сначала понижалось регулятором, после чего воздух поступал к водолазу не непрерывно, а только по его запросу.

Первый вариант оказался несовершенным. При горизонтальном положении аппарат действовал нормально, но при изменении положения тела мог подавать слишком мало воздуха или, наоборот, выпускать его непрерывно. Причиной была разница давления между регулятором и выпускным клапаном.

Конструкторы изменили расположение элементов и использовали два гофрированных шланга. По одному воздух шёл к загубнику, по другому выдох возвращался к клапану рядом с регулятором. Это уменьшило влияние положения пловца и сделало дыхание устойчивее.

Летом 1943 года усовершенствованную систему испытали в Средиземном море. Кусто мог свободно погружаться, плавать в разных положениях и подниматься без связи с судном. В том же году конструкцию запатентовали во Франции. Позднее она стала основой серийного аппарата CG45, а название Aqua-Lung — «водяное лёгкое» — получило широкое распространение.

Как автомат понимал, что водолаз делает вдох

Главной частью аппарата был дыхательный автомат с гибкой мембраной. Одна её сторона соприкасалась с окружающей водой, другая была связана с воздушной камерой регулятора. Пока человек не вдыхал, давление с обеих сторон оставалось уравновешенным, а клапан подачи воздуха был закрыт.

Во время вдоха давление внутри загубника и камеры немного снижалось. Вода снаружи нажимала на мембрану, она прогибалась и через рычаг открывала клапан. Воздух из баллона поступал в систему до тех пор, пока давление снова не сравнивалось с внешним. После этого мембрана возвращалась в исходное положение, и подача прекращалась.

Механизм не измерял глубину отдельным прибором и не рассчитывал требуемое давление. Окружающая вода сама управляла мембраной. Чем глубже погружался человек, тем сильнее вода давила на регулятор и тем под большим давлением аппарат подавал воздух. Водолаз получал газ, который можно было вдохнуть без борьбы с давлением на грудную клетку.

Выдохнутый воздух не очищался и не использовался повторно: он уходил в воду пузырьками. Такая схема называется открытым циклом. Она сравнительно проста, но требует постоянного запаса газа в баллонах.

На глубине этот запас расходуется быстрее, поскольку каждый вдох содержит больше молекул воздуха. При одинаковом дыхательном объёме на десяти метрах газ убывает приблизительно вдвое быстрее, чем на поверхности, а на двадцати — примерно втрое.

От опытного аппарата к массовому аквалангу

После войны началось серийное производство системы Кусто и Ганьяна. Водолаз получил комплект, который можно было надеть без тяжёлого шлема и воздушного шланга: баллоны крепились на спине, регулятор подавал воздух автоматически, а ласты позволяли передвигаться в толще воды.

Это изменило сам характер погружения. Раньше человек преимущественно стоял или ходил по дну рядом с местом работ. Теперь он мог плавать над рельефом, проникать в пещеры и затонувшие суда, наблюдать за морскими животными и вести киносъёмку. Акваланг быстро стал инструментом научных экспедиций, подводной археологии, аварийно-спасательных операций и любительского дайвинга.

Кусто использовал новую свободу движения для подводных исследований и фильмов. Зрители впервые увидели морскую среду не через окно батискафа и не с позиции тяжёлого водолаза, а глазами свободно плывущего человека. Поэтому влияние акваланга вышло далеко за пределы техники: устройство изменило представление об океане как о пространстве, доступном непосредственному наблюдению.

Свобода, которая потребовала новых правил

Автоматический регулятор решил проблему подачи воздуха, но не отменил физиологических ограничений. С увеличением глубины растёт расход газа, усиливается воздействие азота, а слишком быстрый подъём создаёт опасность декомпрессионной болезни. Задержка дыхания при всплытии может привести к расширению воздуха в лёгких и тяжёлой травме. Водолазу также необходимо следить за оставшимся запасом газа, температурой, плавучестью и скоростью подъёма.

Поэтому распространение акваланга сопровождалось развитием обучения, таблиц погружений, манометров, компенсаторов плавучести и более совершенных регуляторов. Современные аппараты отличаются от первых моделей конструкцией и удобством, но используют тот же основной принцип: воздух хранится под высоким давлением, а дыхательный автомат выдаёт его только на вдохе и при давлении окружающей среды.

Кусто и Ганьян не создавали все элементы подводного дыхания с нуля. Их достижением стало удачное соединение уже известных решений в практичный аппарат, который работал надёжно, экономно расходовал воздух и позволял человеку двигаться независимо от поверхности. Именно это превратило автономное погружение из редкого технического эксперимента в доступный способ исследования подводного мира.