История мореходства не менее удивительна, чем изучение древнего кораблестроительного искусства. История освоения морских просторов связана не только с развитием инженерно-технической мысли, но также и с необходимостью адаптации людей и техники к природным факторам, к множеству опасных морских явлений, всегда сопутствующих неугомонной жизни мореплавателей. Если развитие судостроения может охарактеризовать способности общества по концентрации научной мысли и по координации технологических возможностей внутри государства, то активное мореходство во многом зависит от стабильности международных отношений, от взаимопонимания народов и межгосударственного сотрудничества по обустройству морского побережья и обеспечению безопасности человеческой жизни на море.

Утром современной человеческой цивилизации называют наступление последнего, самого молодого отрезка геологической истории Земли – голоцена, начавшегося приблизительно 16 тысяч лет назад. Потепление климата Земли и таяние ледников привели к медленной планетарной трансгрессии океана, и 13-14 тысяч лет назад у Средиземноморского побережья Франции уровень моря поднялся до отметки на 70-80 метров ниже современного. Около 8 тысяч лет назад уровень океана стабилизировался на отметке –25 м, и последовавшее затем новое потепление привело к подъему уровня океана даже выше современного. На этот благодатный период повышенной влажности приходится расцвет многих среднеазиатских и африканских цивилизаций, исчезнувших при небольшом похолодании и резком уменьшении интенсивности круговорота атмосферой влаги, отчего благодатные озерно-речные материковые низменности превратились в песчаные пустыни. Одновременно на Земле поутихли штормовые ветра, в полярные районы вернулись ледники, а в поясе умеренного климата люди стали тесниться к источникам пресной воды, к рекам и к непересыхающим озерам. Близкие к современному состояние климата Земли и уровня Океана стабилизировались примерно к 700 году до н.э. Примерно с этого же момента времени человеческая цивилизация уже не теряет исторической преемственности, сохраняется технологическое и культурное наследие поколений.

Для истории древнего мореплавания такие климатические неурядицы, постоянные изменения береговых очертаний, штормовые наводнения, частые моретрясения и цунами, обусловленные глобальными геофизическими процессами на земле, означают довольно сложный период, период трагической борьбы человеческой инженерной мысли за возможность жизни на море, за возможность обустройства прибрежных городов, морских гаваней и безопасных для кораблей портов – убежищ.

Первым мореходным народом древности, сведения о коем до нас дошли, были финикияне. Происхождение этого народа и время его поселения на берегах Сирии с достоверностью неизвестны. Узкая полоса восточного побережья Средиземного моря у подножия Ливанских гор, подступающих здесь очень близко к берегу, не давала финикиянам простора для обживания территории своей горной страны, но, с другой стороны, этот берег на протяжении 200 км имеет несколько небольших мысов, образующих удобные места для устройства морских гаваней. Покрытые корабельным лесом склоны гор, а также несомненно высокий инженерно-технологический уровень развития древних стран Малой Азии благоприятствовали развитию судостроения и морского промысла в этой древней стране - Финикии.

Первые сведения, дошедшие до нас о финикиянах (3000 лет до н.э.), рисуют их уже могущественным мореходным и торговым народом, который к этому времени успел развить морскую инфраструктуру далеко на запад по берегам Средиземного моря, построив на Атлантическом побережье современной Испании город и порт Кадис (Гадир, 1100 лет до н.э.), основав мощное морское государство – Карфаген (предместье города Бизерта в Тунисе). Финикияне несомненно были знакомы на востоке с берегами Красного моря и Персидского залива и берегами Африки в Индийском океане. Легенды американских индейцев упоминают также о трансатлантических походах древних средиземноморских мореплавателей к берегам Южной Америки, техническая возможность которых небезуспешно подтверждалась известными экспедициями Тура Хейердала.

Сложные природные условия обитания людей на морском побережье, нередкие катастрофические морские явления, приводящие к разрушению морской инфраструктуры и даже гибели приморских государств, не позволяли в полной мере сохранять преемственность в развитии древнего мореходства.

Рис.3. Фалес из Милета  (Гравюра на бронзе. XVIII в.)

Но все же, упоминания о средиземноморском мореходстве, как об обыденном явлении, сохранились в древнегреческой философской литературе. Причем истоки своего морского искусства просвещенные греки связывали с именем знатного финикийца, гражданина города Милета – Фалеса (625-547 гг. до н.э.), первого из семи мудрецов, первого и наиболее авторитетного просветителя и фактического основателя будущей школы греческой философии. Ученый, философ и путешественник, Фалес стремился передать грекам свои обширные познания о мореходной астрономии, океанографии и других морских науках, отчего восхищенные греки называли его не иначе как поклонником и проповедником водной стихии. Сохранилось его любопытное высказывание о происхождении вселенной: «... вода есть начало и конец всего, ибо из нее путем сгущения и испарения составляется всё и всё ею поддерживается, вследствие чего происходят колебания земли и вихри, и движение светил, и все увлекается и течет сообразно природе первого родоначальника всего сущего»

С именем Фалеса связываются также и основополагающие естественнонаучные знания: он ввел в пользование древних европейцев современный календарь и двенадцатеричную систему счисления; был автором пособия «Судоводительская астрономия», в котором излагались математические расчеты по морской астрономии и навигации с использованием звезд; умел рассчитывать и предсказывать солнечные и лунные затмения; правильно объяснял природу нагонных наводнений на Ниле. Во времена Фалеса философы приписывали магнитным явлениям сверхъестественные свойства ¹, и не только за возможность использования их в качестве морских компáсов, но также и за чувствительность к геофизическим аномалиям в сейсмо- и вулкано-активном Средиземноморье. Кроме того, Фалес проповедовал множество этических установок и правил социального поведения людей, которые в будущем были отражены и закреплены в канонах и догматах современных мировых религий.

К эпохе Фалеса относятся упоминания Геродота (VI век до н.э.) о плавании финикийских моряков вокруг Африки, предпринятом во времена правления фараона Нэхо. Историческим фактом являются плавания карфагенского адмирала Ганнона (560 год до н.э.) вдоль атлантического побережья Африки, а также плавание карфагенского мореплавателя Гамилькона вдоль западного побережья Европы к Кассатеридам (острова Сцилли у юго-западного побережья Англии), где карфагеняне освоили промышленную добычу олова. Столь дальние походы возможны только при умении ориентироваться в открытом море на большом удалении от побережья. К тому же, необорудованные в навигационном отношении берега не дают морякам укрытий от штормов, а изобилие мелей и подводных скал, непредсказуемость нагонных течений, переменчивость резких ветров и толчея крутых волн на мелководьях всегда являют очевидную опасность кораблекрушений, и потому прибрежье и морские мелководья были и остаются самыми страшными участками морских путей.

Древнегреческие моряки достойно восполнили опыт морских исследований и географических открытий финикиян. Питеас (Пифей), древнегреческий мореплаватель, астроном, математик и географ, между 350 и 320 гг. до н.э. совершил дальний поход вдоль северных и западных берегов Европы. В экспедиционных материалах содержатся правильные описания берегов Португалии и Франции, Бискайского залива и пролива Ла-Манш, островов Сцилли с оловянными приисками, Бристольского залива и побережья Англии и Шотландии до Оркнейских островов, а также приводятся сведения о существовавшем далее, на полярном круге, острове Туле (Исландия), долго считавшимся северным пределом обитаемой земной поверхности. В другом плавании Питеас посещал побережье Скандинавии, пролив Каттегат, а также – Балтийское море, откуда он привез янтарь (до этого янтарем торговали только финикияне). Занимаясь мореходной астрономией, Питеас вычислил наклон плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, а также отметил совпадение моментов полных вод с прохождением Луны через местный меридиан, указав на существование полумесячных неравенств в амплитудах приливов.

Справедливости ради стоит отметить, что великое наследие греческой философии является всего лишь скудным отражением высокой технической культуры античных цивилизаций. В те годы наука имела созерцательный характер, и потому в философских работах лишь частично анализировался богатый опыт по строительству городов и созданию бытовой инфрастуктуры людей. Инженерное использование творческого потенциала науки наступило много и много позже в отличие от географических знаний, активно использовавшихся в управлении обществом и жизненно необходимых для античных путешественников. Так, греческие моряки, наиболее часто посещавшие египетские порты и учившиеся философии и географии у египетских жрецов, оставляют дошедшие до нас изложения о сферичности земли и делают первые попытки изображения земной поверхности на плоскости (Гомер – X столетие и Анаксимандр – VII столетие до н.э.). Магистр Аристотель (384 – 322 гг. до н.э.) уже доказывает, что Земля – это шар, а также вводит плоские и даже вогнутые системы координат, объясняя последнее возможными потребностями инженерных наук того времени. Аристотель признает, что Мировой океан, омывающий сушу, един и указывает, что Атлантический и Индийский океаны только принадлежат его разным частям. Он также пишет о климатических поясах земли, указывая, что Индия и Испания относятся к одному умеренному поясу и что эти страны разделены океаном. Именно это утверждение Аристотеля послужило позже основанием для организации дальних морских экспедиций Колумба и Магеллана на поиски западного пути в Индию.

Эратосфен Киренский (ок. 282 – 202 гг. до н.э.) в период максимального расцвета древнегреческой философии был главой Александрийской библиотеки и по праву заслужил звание основателя математической географии. Наблюдая за полуденными высотами Солнца в Александрии и в Асуане, Эратосфен определяет окружность Земли в 250 тысяч стадий, и если допустить, что стадия составляет ¹/₁₂ морской мили, то полученная им точность поражает до сих пор ²! Он же утверждает, что суша занимает ¹/₃ часть земного шара, а ²/₃ – море. Достойны удивления те познания, которые Эратосфен собрал от мореплавателей – современников и, наверное, от хранителей античных естественнонаучных знаний – египетских жрецов. Для построения географических карт Эратосфен Киренский применял квадратную равнопромежуточную цилиндрическую проекцию, что в наибольшей степени соответствует современным морским картам в меркаторской проекции.

В дополнение к морским картам всегда составляются подробные описания побережья и морских маршрутов, которые обобщают опыт мореплавателей, посещавших ранее эти морские районы, и включают сведения опытных лоцманов и береговых инженеров, которые специально занимались вопросами навигационного обустройства прибрежных акваторий. Такие сведения собираются в книгах – лоциях (от голландского Loodsen – вести корабль). Лоции содержат подробные схемы расположения фарватеров и береговых ориентиров, в том числе отмеченных на зарисовках берегового рельефа, по которым моряки могут опознать побережье. Древнейшая из сохранившихся лоций была составлена греческим мореплавателем Скилаком (VI век до н. э.), в ней подробно описывались расстояния между портами, их оборудование, якорные места, ветра на маршрутах плавания, глубины и течения, а также навигационные опасности…

Мореплавание не стало менее требовательным к профессионализму судоводителей и в современную эпоху космической навигации, а если представить условия плавания на небольших, подверженных всем невзгодам стихии древних кораблях, то уважение к морскому искусству античных моряков становится поистине безграничным. Так, к примеру, Египет веками сохранял за собой статус научного и культурного центра Средиземноморья, куда по морю устремлялось множество искателей истины, торгового люда и просто странствующих путешественников. Однако побережье Египта не обладало ни удобными бухтами, где можно укрываться от штормов, ни безопасными входами в изменчивое устье Нила. Следовательно, морской авторитет этого государства должен был основываться и на существовании эффективно действующей гидрографической и лоцманской поддержки для всех мореплавателей в  столь неприветливых прибрежных водах.

Рис.4. На прибрежных мелководьях штормовые волны и морская зыбь регуляризуются и усиливаются, отчего плавание судов становится чрезвычайно опасным (фото с испытаний модели транспортного судна со старинным галерным бульбом).

В 332–331 гг. до н.э. Александр Македонский основал столицу эллинистического Египта Александрию. Там находился знаменитый Александрийский муссейон – один из главных научных и культурных центров античного мира, а при нём – не менее знаменитая Александрийская библиотека, в которой насчитывалось чуть ли ни 700 тысяч томов греческих и восточных книг. Александрия была самым богатым городом своего времени. Много замечательных сооружений было возведено в Александрии. К ним принадлежит и Александрийский маяк на скалистом острове Форос вблизи дельты Нила. Одно из семи чудес древнего мира – Александрийский, или Форосский, светящийся маяк был сооружён в 283 году до н.э. Строительство этого гигантского сооружения заняло всего 5 лет, что само по себе примечательно. Высота маяка огромна: по описаниям Ибн-аль-Сайха (XI в.) – 130-140 метров. Верхняя башня – фонарь – круглая, с куполом, была увенчана огромной бронзовой статуей покровителя морей Посейдона высотой 8 метров.

В те времена подходы к острову Форос пользовались дурной славой у моряков. Как сообщает Страбон (60 г. до н.э. – 20 г. н.э.), «… в узком проходе вблизи Фороса есть скалы, одни подводные, другие же выступающие над поверхностью моря; эти скалы постоянно превращают в буруны волны, низвергающиеся на них из открытого моря». Вблизи Фороса мореплавателей поджидали еще и многие другие беды. Это внезапные шквалистые нагоны воды на берег даже в тихую ясную погоду (сейшевые отголоски дальних или уже отбушевавших штормов). Это страшные смерчи, нередко сопутствующие сильному горячему ветру, несущему из пустыни массы песка и пыли. Это частые земле- и моретрясения, изменяющие береговую обстановку в мгновение ока: по словам римского ученого Плиния Старшего (23-79 н.э.), например, Форос раньше (во времена Гомера) «находился в дне плавания от Египта», то есть на расстоянии порядка 150 км. В дополнение ко всему здесь также возникают частые для Восточного Средиземноморья миражи, сбивающие с толку и опытных мореплавателей наших дней.

Так была оформлена сцена бесчисленных кораблекрушений, разыгрывавшихся у истоков многих морских экспедиций, в непосредственной близости от главных центров античного естествознания – Александрийского музея и Александрийской библиотеки. В таких условиях прибрежного мореходства Александрийский маяк являлся жизненно необходимым элементом гидрографического обеспечения подходов к городу и порту Александрия.

Маяк простоял около 1500 лет, неся службу светоча, помогая ориентироваться средиземноморским “кибернетос”, как называли кормчих древние греки. Маяк дважды страдал от землетрясений, но его восстанавливали, пока, наконец, он не разрушился из-за выветривания камня. Затем на развалинах маяка воздвигли средневековую крепость.

И снова изменяющиеся природно-климатические условия привели к ослаблению экономической самостоятельности Египта; разделяя судьбу Малоазийских цивилизаций, в жестокой борьбе за независимость был разрушен Карфаген (146 г. до н.э), затем и античная культура Греции была поглощена молодой Римской империей. И все же Рим так и не добился безраздельного господства даже в своем ближнем Средиземноморье, где постоянно курсировал флот непокоренных и мятежных провинций, отчего географическая экспансия римлян ограничивалась маршрутами их наземных походов по своим обширным владениям.

В то же время совместное сосуществование древних античных народов и молодой римской империи позволило сохранить межнациональную технологическую интеграцию и культурное взаимообогащение народов Средиземноморья. По мере укрепления Римской империи не произошло безвозвратного размежевания с культурным наследием античности, кораблестроительные науки и мореходное искусство частично были восприняты римскими инженерами и мореплавателями, что и заложило морское наследие будущей Европы.

Примечательно, что к началу Новой эры император Гай Юлий Цезарь построил довольно крупный военно-морской флот, что позволило ему не только обеспечить охрану морских рубежей Римской империи, но сделать временно безопасным свободное торговое мореплавание в Средиземноморье. И именно с этим кратким периодом открытого мореплавания совпало активное распространение христианства в Европе, когда миссионеры и морские путешественники не боялись встреч с чужими кораблями, не подчиняющимися римскому праву, а более всего беспокоились о штормах, туманах и других естественных явлениях на море.

С началом новой эры средиземноморское мореплавание европейцев теряет былую активность более чем на тысячу лет. Османская империя безраздельно контролирует все морские пути, и вплоть до XIX века все страны, включая Соединенные Штаты Америки, вынуждены откупаться от арабских моряков за возможность безопасного торгового мореплавания в Средиземноморье. Любопытно, что в таких условиях, по заказу римских политиков, вынужденных осуществлять свое владычество с использованием преимущественно наземных коммуникаций, сначала Марином Тирским, затем Клавдием Птолемеем все океаны были объявлены внутренними водоемами неразрывной земной суши. Морская наука на длительный срок, вплоть до эпохи Великих географических открытий, стала заложницей новых властителей, основные интересы которых сосредотачивались на сухопутном освоении огромных просторов Африки и Евразии.

Тем не менее, Клавдием Птолемеем были собраны все имеющиеся на тот период географические материалы; он построил первую настоящую карту в конической проекции. Составленный им географический атлас содержал около восьми тысяч названий, с указанием широт и долгот для каждого пункта. Когда Палла Строцци привез в Константинополь полный экземпляр "Географии" Птолемея, то его перевод на латинский язык стал, как сказали бы сегодня, одним из "бестселлеров" зарождавшегося книгопечатания! Частично ошибочная, очень неточная во многих своих местах, "География" тем не менее являла собой ощутимый этап в математическом осмыслении мира.

Возрождение и ускоренное развитие морских наук началось в португальском городе Сагрише в мореходной школе Генриха Мореплавателя (принц Энрике, 1394-1460 гг.), когда под сенью этого учебного заведения были собраны мореплаватели, географы и ученые всего мира. Только таким образом, после воссоединения утерянных связей между всеми средиземноморскими народами, после объединения их знаний о мореплавании как о единой географической науке, снова стали возможными дальние и длительные океанские экспедиции, что и ознаменовало наступление новой западноевропейской эпохи Великих географических открытий.

Историко-географические исследования все еще таят в себе множество интереснейших открытий, связанных в первую очередь с климатическими циклами на Земле и развитием естественнонаучных знаний, чередующихся с угасанием человеческих цивилизаций. В XIII веке великий итальянский путешественник – купец Марко Поло, в течение 17 лет знакомился с географическими науками и морскими технологиями Дальнего Востока. Оставленная им «Карта с кораблем», пожалуй, в меньшей степени удивляет достоверностью представления Сахалина, Камчатки, Берингова пролива и Аляски, о которых было известно в Китае, невероятным кажется парусный корабль, изображенный на том же пергаменте, так как его косые кливера и бульбовый нос со штормовым («ледокольным») подрезом форштевня, безусловно свидетельствуют о высоком совершенстве этого корабля, а его внешний облик скорее можно отнести к XIX или даже – к XXI веку.

Морские карты, составленные по небрежным рисункам Марко Поло, фактически являлись той единственной основой для изображения контуров материков на поздних средневековых глобусах, использовавшихся накануне открытия Нового Света. Любопытно также, что изображенная на «Карте с кораблем» западно-американская Аляска, по-видимому, воспринималась средневековыми географами как восточно-американская Гренландия, что и позволяло им делать выводы о беспрепятственном западном морском пути в Индию.

Арабский исследователь Ахмед Иби Маджид, бывший лоцманом у Васко да Гама при переходе Индийского океана, в следующих словах рисует совокупность морских познаний, требовавшихся в его время. «Запомни, — пишет он, — о ты, желающий научиться, что моряк должен знать многое. Пойми это. С самого начала ему следует иметь познания в фазах луны, о румбах, путях, расстояниях... Он должен уметь определять высоту звезд, знать признаки пути в порт, время вхождения Солнца и Луны в знаки Зодиака, ветры и муссоны... Нужно, чтобы моряк знал час и место восхода созвездий и равноденствия, способ определять высоту звезды и устройства прибора, восхода и заката звезд, их координаты, расстояния от экватора и полюса, пути, которыми они идут ему должны быть известны все побережья, их пристани и признаки пути к ним, так же, как строение морского дна; растения, встречаемые на водной поверхности, морские змеи, рыбы, травы, изменения цвета воды, приливы и отливы; острова во всех направлениях...»

Современное развитие методов навигации находится в тесной связи с изобретением и применением различных технических средств судовождения. Европейская история упоминает о том, что скандинавы пользовались магнитной стрелкой в XI веке, французский поэт Гийо де Прованс упоминает о компáсе в 1200 г. Де Марикур в «Epistola da magnete» (1269 г.) сообщает о применении визиров для пеленгования. Однако существенное развитие компáсного дела и усовершенствование магнитного компáса относятся лишь к концу XIX в.

М.В. Ломоносов в 1759 г. опубликовал свою выдающуюся работу «Рассуждения о большей точности морского пути». В ней он исследовал теоретические вопросы кораблевождения и предложил новые навигационные приборы, в том числе механический лаглинь для постоянного измерения скорости корабля. Гакабортный лаг «Черуб» был впервые применен Уокером в 1878 г.

Современная навигационная карта в меркаторской проекции предположительно была известна Эратосфену, в средние века называлась проекцией Генриха Мореплавателя, а в 1569 г. Меркатор лишь указал на преимущества для мореплавания этой равноугольной ³  карты и присущего ей свойства изображать маршрут судна на постоянном курсе (локсодромию) простейшим образом – в виде прямой линии.

Академик Л. Эйлер разработал методы определения долготы места по положению светил на небесной сфере. Его метод определения долготы по лунным расстояниям, применявшийся мореплавателями до конца XIX в., явился значительным вкладом в гидрографическую науку и практику кораблевождения.

Современная морская навигация в большой степени связана с радиоэлектронными средствами наземного и космического базирования, а управление кораблем все чаще поручается бортовым счетно-решающим автоматам.

Замечательную страницу в историю географических открытий в XVI— XVII вв. на Севере и Дальнем Востоке вписали русские мореходы и путешественники, составившие свои донесения в виде приближенных карт и чертежей. Первое известие о Восточном океане ⁴ было доставлено в Якутск и оттуда в Москву в 1639 г. Иваном Москвитиным, а наиболее крупными экспедициями к берегам дальневосточных морей стали экспедиции землепроходцев Василия Пояркова в 1643-1646 гг. и Семена Дежнева в 1648 г.

 Однако подлинную государственную значимость гидрографические исследования приобрели в эпоху Петра I, когда возникла острая необходимость в обеспечении безопасности плавания строившегося военно-морского флота. Изучение водных путей для установления контактов с внешним миром стало одним из основных дел Петра I. Первыми научными исследованиями, которыми начал заниматься молодой царь, были гидрографические работы – съемки реки Дон от Воронежа, где начал строиться флот, до Азова, выполнявшиеся под руководством вице-адмирала Корнелия Крюйса в 1696 г.

В 1718 г. в Санкт-Петербурге создается Адмиралтейств-коллегия – высший административный орган управления флотом, к которому перешло руководство всеми морскими экспедициями, гидрографическими и картографическими работами. Тем не менее, Петр I по-прежнему лично принимал решения о производстве описи различных морей и организации самих экспедиций. До последних дней жизни он живо интересовался всеми вопросами, связанными с выполнением гидрографических работ в России.

Первые гидрографические исследования Восточного океана по поручению Петра I выполнены в 1719 г. под руководством выпускников Санкт-Петербургской морской академии – геодезистов И.М. Еврейнова и Ф.Ф. Лужина, которым предписывалось выяснить «сошлась ли Америка с Азией», так как об открытии Семеном Дежневым пролива между Азией и Америкой к тому времени было забыто.

Рис.9. Пакетботы «Святой Петр» и «Святой Павел» стали первыми крупными кораблями, построенными на Дальнем Востоке России

По материалам этой экспедиции была составлена карта Охотского моря с Курильскими островами, основанная на астрономических пунктах, однако дойти до пролива экспедиция не смогла, и вопрос о соединении Американского и Азиатского континентов остался открытым. Это послужило поводом организации Адмиралтейств-коллегией первой Камчатской экспедиции (1725-1730 гг.). Петр I собственноручно пишет наказ: «1) Надлежит на Камчатке или в другом тамож месте сделать один или два бота с палубами. 2) На оных ботах плыть возле земли, которая идет на норд и по чаянью (понеже оной конца не знают) кажется, что та земля часть Америки. 3) И для того искать, где она сошлась с Америкой». Командовать экспедицией Петр повелел капитану-командору Витусу Берингу, помощниками ему назначались Алексей Чириков и Мартын Шпанберг. В июле 1727 года вся экспедиция собралась в Охотске. Еще год ушел на то, чтобы доставить грузы на Камчатку и построить корабль. 8 июля 1728 года его спустили на воду и дали имя «Гавриил», Вскоре корабль вышел в море. Первая камчатская экспедиция произвела опись северо-восточного берега Азии от реки Камчатка до мыса Дежнева и далее по параллели 67°19' северной широты. Результатом ее деятельности явилась карта северо-восточных берегов России. Она сразу же вошла во все атласы мира.

28 декабря 1732 г. указом Сената была организована вторая, получившая название Великой северной экспедиции. Весной 1735 г. в Охотске заложили два крупных корабля, и в июне 1740 г. пакетботы «Святой Петр» и «Святой Павел» – были спущены на воду. Длиною в 80 футов, шириною 22 фута и с осадкой в 9,5 фута, корабли поднимали по 6 тыс. пудов груза, имели по две мачты с бригским вооружением и по 14 небольших пушек. На «Святом Петре» было 77 человек. Командовал кораблем Беринг. «Святым Павлом» командовал капитан Чириков, при котором состояли лейтенанты Чихачев и Плаутин, штурманы Дементьев и Елагин. На пакетботе – «комплект служителей всех чинов 69 человек, да астрономии профессор один, при нем два солдата, да слуг офицерских три человека, итого всех чинов 75 человек».

8 сентября 1740 года экспедиционные корабли покинули Охотск. Задержавшись в Большерецке-на-Камчатке, они почти через месяц прибыли в Авачинскую губу. С этого времени поселок на ее берегу стал называться Петропавловском. Простояв больше полугода в гавани, 4 июня 1741 года оба корабля вышли в Тихий океан, и 15 июля «Святой Павел», а 16 июля «Святой Петр» раздельно достигли берегов Америки, описав на обратном пути гряду Алеутских и Командорских островов.

Рис.10. Шлюпы «Надежда» и «Нева» прошли проливом Дрейка в Тихий океан и открыли морской путь на Российский Дальний Восток. Крупный океанский флот Китая в те времена был блокирован национальными междоусобными конфликтами и уже не совершал регулярных дальних походов на север Тихого океана.

С 1803 г. началась целая серия кругосветных и тихоокеанских плаваний русских моряков из Санкт-Петербурга. Небольшие парусники «Надежда» и «Нева» под командованием И.Ф. Крузенштерна и Ю.Ф. Лисянского в 1803-1806 гг. обошли вокруг земного шара, открыли и описали многие острова Тихого океана.

На парусных шлюпах «Восток» и «Мирный» Ф.Ф. Беллинсгаузен и М.П. Лазарев в 1821 г. открыли и описали новый материк — Антарктиду.

Ф.П. Литке на бриге «Новая Земля» в 1821-1824 гг. произвел съемку островов Новая Земля в Северном Ледовитом океане. До этого Литке совершил кругосветное плавание на шлюпе «Камчатка» с заходом в Петропавловск-на-Камчатке и Русскую Америку на Аляске. В 1826-1829 гг. он совершил второе кругосветное плавание на шлюпе «Сенявин». Вместе с Ф.П. Врангелем и К.П. Бэром он выступил с инициативой создания Русского географического общества, первое Собрание которого прошло 19 сентября 1845 года. Покровителем общества стал Государь Император Александр Николаевич, первым председателем – Государь великий князь Константин Николаевич. Ф.П. Литке, как вице-председатель, руководил работой общества с 1846 г. С 1864 по 1880 гг. он же возглавлял – Петербургскую академию наук.

Мореплаватели всегда были передовыми деятелями русского общества. Благодаря участию в русских кругосветных плаваниях видных ученых мировая наука обогатилась материалами по многим отраслям знаний, по совершенно неизученным до этого явлениям и странам. Памятниками мореплавателям, прославившим Россию и поднявшим мореплавание страны на новую высоту, служат многочисленные русские названия в различных пунктах Мирового океана. Во многих уголках света сохранились и имена самих мореплавателей. Бурное развитие мореплавания с середины 1850-х гг. потребовало активизации гидрографических работ на морском побережье и значительного улучшения корабельного навигационного оборудования.

Исследование и освоение заснеженных дальневосточных территорий и океанских берегов в северной части Тихого океана приходится на очень сложный исторический период – на середину XIX века, и связано с именем мореплавателя адмирала Геннадия Ивановича Невельского, с именами его доблестных сподвижников. Г.И. Невельской на военном транспорте «Байкал» в 1848-1849 гг. совершил переход с Балтийского моря в Тихий океан, исследовал Амурский лиман и установил, что Сахалин является островом, показал фарватеры по которым в Амур могут проходить морские суда. Транспорт «Байкал», фрегаты «Аврора», «Диана» и «Паллада» образовали в те годы как основу Дальневосточного военно-морского, так и научно-гидрографического флота России. Возглавляемая адмиралом Г.И. Невельским Амурская экспедиция (1950-1856 гг.), основанные в ее ходе многочисленные посты в устье Амура и на острове Сахалин, позволили без единого выстрела отстоять Приморье, Приамурье и Сахалин для Отечества.

Одно только перечисление научно-практических достижений российских гидрографов, картографов и геодезистов не даёт полной картины совершённых  ими подвигов во имя будущего освоения планеты. Во все времена их работа – это работа в полевых условиях. Но во все времена у них было нежно-трогательное отношение к своим измерительным инструментам, мастерство и умение в их изготовлении, выверке, использовании и ремонте. Всегда геодезические, картографические и гидрографические работы по своей точности значительно опережали многие практические науки своего времени. Строжайшая сохранность и секретность итоговых материалов экспедиций, полное понимание важности работ для государства, братское отношение к коллегам по совместным экспедициям. Независимо от политической обстановки, погодных условий, состояния собственного здоровья – экспедиционные работы выполнялись с надлежащей тщательностью. Но и государство всячески поддерживало своих первопроходцев. Стоит отметить тот факт, что в мирное время все корабли Императорского флота широко привлекались к обеспечению гидрографических исследований. Месяцами броненосец мог ждать у заданного участка побережья прибытия исследователей для их последующей доставки в порт или на другой маршрут.

Достижения науки, естествознания и техники концентрируются в морских технологиях и кораблестроительной практике, обусловливая эффективность мореходства и безопасность человеческой жизни на море. И все же существует некий водораздел между корабелами и мореплавателями, поднявшись на который можно познать сложности и единство морских наук.

Любые работы на море, как строительство флота, так и обустройство прибрежной инфраструктуры, требуют огромных капитальных вложений. Именно поэтому комплексное изучение мореходства во взаимосвязи кораблестроительных и навигационных наук, поиск путей сквозной непротиворечивой оптимизации всех вопросов, связанных с проектированием нового флота и его практической эксплуатацией, с обязательным учетом штормовых условий северных морей, представляется актуальной научной задачей экономического развития Дальнего Востока России.

Вопросы проектирования портовых сооружений, выбора и обустройства безопасных морских гаваней в основном решаются с использованием тех же научных подходов и математических методов, что и проектирование морских судов как плавучих инженерных сооружений. На всем побережье о-ва Сахалин нет ни одного надежного всепогодного порта-убежища. И если, к примеру, на нефтепромысловые акватории северо-восточного шельфа Сахалина требуется привести тяжелую судоподъемную и берегоустроительную технику, то судовладельцы рискуют потерять ее даже в случае поступления своевременных штормовых предупреждений – слишком далеки 

Рис. 13. Интенсивное воздействие морских волн на корпус гидрографического судна при относительно тихой погоде в Охотском море.

ближайшие крупные порты–укрытия в Японии и Приморском крае. И только должным образом обустроенное морское побережье дает возможность использования маломерного флота и громоздких маломореходных инженерных сооружений при освоении сахалинского шельфа.

Из этого следует, что любые российские или иностранные плавсредства, предназначенные для работы в Сахалинской области, должны обладать достаточной мореходностью и способностью к длительному автономному плаванию в условиях дальневосточных ураганных штормов. Такие условия освоения морских ресурсов существенно удорожают экономику мореходства, а флот повышенной мореходности обходится значительно дороже как при строительстве, так и при последующей его эксплуатации.

Так, к примеру, морские суда должны иметь повышенную осадку, и для них требуются глубоководные морские причалы. Такие причалы имеются в крупных сахалинских портах, как Корсаков, Холмск и др., однако отсутствие малых портов-ковшей и обустроенных в навигационном отношении устьев судоходных рек не позволяет воспользоваться дешевыми каботажными перевозками и требует развития наземной транспортной инфраструктуры для доставки тяжеловесных грузов конечным потребителям.

Можно сформулировать ключевые направления морских исследований по обустройству морских акваторий Сахалинской области, соответствующих условиям мореплавания в дальневосточных морях России: 1) построение эффективной системы мониторинга морских акваторий, в том числе обеспечивающей ходовые вахты всех судов достоверной информацией о текущей обстановке на море, о прогнозах динамики изменения состояния моря и атмосферы; 2) создание специальной судовой измерительной и счетно-решающей аппаратуры, оценивающей состояние моря, атмосферы и их взаимодействие с движущимся кораблем и способной выполнять роль бортовой экспертно-аналитической системы, рекомендующей судоводителю различные варианты решения поставленных перед судном задач; 3) поиск непротиворечивых методов проектирования новых кораблей и судов, наилучшим образом приспособленных к безопасному плаванию и эффективному выполнению поставленных задач в штормовым условиях.

При эффективной работе систем мониторинга морских акваторий и бортовых экспертно-управляющих комплексов судовождения может стать допустимой эксплуатация небольших маломореходных судов в штормовом море, или, по крайней мере, это придаст морякам большей уверенности в том, что штормовые бедствия и аварийные неурядицы на море не обратятся для них морскими катастрофами.

Навигация и гидрография открытого моря

Навигация — ведущая дисциплина в цикле наук судовождения. Само слово «навигация» происходит от латинского «navigatio», что означает «мореплавание, судоходство», а в более узком смысле навигация – это научная дисциплина, изучающая вопросы судовождения в открытом море и на прибрежных фарватерах. Решение навигационных задач обеспечивается:

• выбором оптимального курса и скорости судна в различных условиях плавания;
• следованием избранным путем по навигационным ориентирам, с учетом необходимых поправок о направлении движения судна и пройденного им расстояния (счисление пути);
• контрольными определениями местоположения судна (обсервациями) с помощью визуальных береговых объектов или с использованием радионавигационных систем стационарного (береговые маяки) или подвижного (навигационные спутники) базирования.

Со временем навигация стала составной частью комплекса морских наук, выделившихся из нее в процессе развития мореплавания:

• лоции, изучающей навигационные пособия и навигационное оборудование морских бассейнов;
• мореходной астрономии, изучающей методы определения координат судна по небесным светилам;
• технических средств судовождения, с помощью которых ведется счисление пути и определение места судна.

Навигация тесно соприкасается с вопросами кораблевождения при маневрировании в узкостях, в портах, при плавании во льдах, в штормовых условиях и при расхождении с другими судами. Ряд навигационных задач решается с использованием результатов смежных наук: геодезии, картографии, океанографии и метеорологии.

В России, благодаря дальновидному решению правительства об открытии в 1944 г. высших инженерных морских училищ, подготовка молодых судоводителей держится на очень высоком уровне, что создает объективные предпосылки для повышения безопасности мореплавания.

Навигация — точная наука, построенная на строгой математической основе. Однако в ней сочетаются два начала — теоретическое и практическое. В судовых условиях не всегда можно произвести необходимые обсервации, а осложнения, создаваемые ветровым дрейфом, течениями и волнением, нельзя учесть с высокой точностью даже при помощи современных радиотехнических средств. Поэтому судоводитель должен не только отлично знать теорию навигации, но и обладать практическим опытом морского судовождения в сложных и штормовых условиях плавания.

Навигационное обеспечение судовождения разделяется на две большие группы задач, решаемых в ходе предварительной подготовки морского похода и затем непосредственно в течение всего времени выполнения поставленных задач до возвращения судна в родной порт.

Навигационное обустройство морских коммуникаций выполняется Гидрографической службой России, которая собирает, анализирует и систематизирует всю информацию о побережьях морей, об условиях плавания в прибрежных водах и в открытом океане. Кроме издания навигационных карт и пособий гидрографы оборудуют побережье маяками, знаками, створами, производят его описание в лоциях, осуществляют лоцманское обслуживание портов, каналов, фарватеров и внутренних водных путей. На море, в бухтах, гаванях и на фарватерах гидрографы устанавливают и поддерживают в активном состоянии технические средства навигационного обеспечения, достаточность которого свидетельствует об уровне обустройства морского побережья и постоянных морских коммуникаций.

Гидрографической службой России регулярно издаются и рассылаются «Извещения мореплавателям» об изменениях навигационной обстановки на всех морях и океанах планеты. С 1 февраля 1999 г. навигационные (НАВАРЕА), прибрежные (НАВТЕКС) и гидрометеорологические извещения мореплавателям передаются с помощью «Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности» (ГМССБ или GMDSS - Global Maritime Distress and Safety System). В составе системы работает Всемирная служба навигационных предупреждений (ВСНП). Весь Мировой океан разделен на XVI районов, в каждом из которых имеется страна, ответственная за сбор, анализ и передачу навигационной информации. Россия ответственна за XIII район - это Дальневосточный бассейн.

Судовые приемники системы НАВТЕКС ведут круглосуточный автоматический прием сообщений. Дополнительная информация о гидрометеорологической обстановке передается также в системе космической связи «Инмарсат» и по коротковолновой узкополосной радиотелетайпной связи. Иногда обстановка на момент выхода судна из порта, на основании которой принималось основное решение, вовремя его плавания значительно меняется, но благодаря ВСНП тревожная информация не застает судоводителей и береговые службы врасплох.

Следует сказать о районах действия подсистем ГМССБ. Так, например, автоматическая радиосвязь с использованием цифрового избирательного вызова в ультракоротковолновом диапазоне (ЦИВ УКВ) действует в пределах района А-1 и способен принять/передать сигнал бедствия на дальности до 80 км при хорошо оборудованном районе А-1 (т.е. расположении приемопередающих устройств на господствующих береговых высотах). ЦИВ в средневолновом и коротковолновом диапазоне действует в пределах районов А-2 на удалении от береговых радиостанций до 600 км от побережья, а также для районов А-4, охватывающих приполярные области от широты 76 градусов до полюсов, что также обеспечивается дальностью радиосвязи порядка 600 км. Точные границы уверенного приема-передачи сигналов бедствия в районах А-1 и А-2 наносятся на навигационные карты по результатам замеров напряженности электромагнитных полей на соответствующих частотах, выполненных специальными гидрографическими судами. Дальняя космическая связь «Инмарсат» покрывает весь Мировой океан, определяемый как район А-3.

Каждое судно, выходящее в открытое море, обязано также иметь автономные радиобуи (АРБ), которые в аварийных ситуациях способны активизироваться автоматически, например при попадании в воду, и постоянно передавать координаты в морские спасательные центры по космическим каналам связи.

К сожалению, независимо от технических достижений человечества, непредвиденные случайности на море отменить невозможно. Современную систему аварийных сообщений обслуживает спутниковая система связи «Инмарсат» и система непрерывного поиска активизировавшихся аварийных радиомаяков «Коспас–Сарсат», после определения координат которых, запрос о спасении ретранслируется по всем доступным каналам связи в морские спасательные центры. Весь Мировой океан разделен на поисково-спасательные районы, закрепленные за национальными Спасательно-координационными центрами (СКЦ), ответственными за организацию эффективного поиска и координацию проведения спасательных операций для всех судов, терпящих бедствие. С каждым центром связана крупная береговая станция, обеспечивающая все виды морской и береговой связи. Соглашение о разделении Мирового океана на поисково-спасательные районы произведено по взаимным межправительственным договоренностям морских стран–участниц.

Все морские суда комплектуются средствами радиосвязи ГМССБ в зависимости от района плавания, назначения и водоизмещения, от этого же зависят требования, которые предъявляются к судоводителям и радиооператорам. Операторы ГМССБ (а это все судоводители и радисты) в зависимости от района плавания должны по тревоге обеспечивать связь со спасательными центрами по тем или иным радиоканалам. Каждое морское судно имеет также автоматические аварийные системы радиосвязи, которые без участия человека срабатывают при гибели судна. Эта же система позволяет отправлять в любой адрес координаты судна в автоматическом режиме с заданным интервалом времени. Все коллективные спасательные средства обеспечиваются радиолокационными ответчиками. При поиске шлюпок или плотов с помощью радиолокационных станций такой ответчик формирует на их экранах специальный сигнал, наводящий спасателей на аварийные плавсредства на дальностях не менее 5 миль для поисковых судов и не менее 30 км для поисковых самолетов и вертолетов.

Рис.15. Маяк «Свободный», о.Сахалин

Но, безусловно, наивысшим техническим достижением в создании ГМССБ является организация программного и телекоммуникационного обеспечения для работы спасательных служб всей планеты таким образом, что координацией спасательных работ занимается тот центр, в районе ответственности которого произошло бедствие.

В силу специфики российского рыбопромыслового флота, в дополнение к региональным СКЦ, при Государственных администрациях морских рыбных портов созданы и успешно функционируют Службы наблюдения за флотом, оперативными дежурными которых являются опытные капитаны, имеющие за плечами многолетнюю судоводительскую практику безаварийного мореплавания.

Оперативные дежурные Службы наблюдения за флотом (ОД СНФ) круглосуточно по данным Системы отраслевого рыбопромыслового мониторинга и по срочным Суточным судовым донесениям (ССД) капитанов знают местонахождение всех судов дальневосточного рыболовного флота и готовы в любой момент, с получением сигнала бедствия или при отсутствии ССД, начать поиск судна и направить в район бедствия ближайшие к нему поисково-спасательные суда (при морских бедствиях все ближайшие суда обязаны выполнять роль спасателей). Высокая квалификация, опыт и практические навыки капитанов ОД СНФ позволяют в кратчайшие сроки оказать необходимую помощь судну и людям, терпящим бедствие, в полной мере разделяя ответственность за спасение человеческой жизни на море.

Надзор за техническим состоянием флота и постановкой службы на судах флота рыбной промышленности возложены на Государственные администрации морских портов. Капитан порта и государственные инспекторы по безопасности мореплавания и портовому надзору обеспечивают безусловное соблюдение всеми рыболовными судами требований Морского Регистра, Кодекса торгового мореплавания, Международных Конвенций и Межправительственных соглашений, в которых участвует Россия, и разделяют ответственность в вопросах безопасности мореплавания, речного судоходства и рыболовства.

Рыболовный флот практически всегда работает в экстремальных условиях открытого моря, выполняя сложнейшее маневрирование с забортными орудиями лова, проводя регулярные швартовки к плавбазам и судам снабжения, без лоцманской проводки преодолевая прибрежные мелководья и узкости в самых сложных условиях плавания. Активная работа рыбопромысловых экспедиций не прекращается даже при умеренных штормах, что частенько приводит к необходимости завершения операций с орудиями лова, последующей рыбообработке и сдаче продукции на плавбазы в условиях ураганных ветров и крупного штормового волнения. При этом еще и гидрофизические условия в шельфовой зоне и на морских мелководных банках, где плотность скопления рыб достигает промыслового уровня, также отличаются особо жесткими условиями штормового волнения, что обусловливается регуляризацией и увеличением крутизны морских волн над малыми глубинами.

Именно поэтому справедливо выражение, что «рыбак – дважды моряк». Но все же богатый опыт рыбацкого мореходства до настоящего времени оплачивается многочисленными жертвами штормовых кораблекрушений, многие из которых могли бы не произойти при повышенной мореходности рыболовных судов, при должном оснащении флота современными техническими средствами навигации и кораблевождения, при непрерывной экспертной поддержке морских капитанов со стороны береговых оперативных служб и дежурных капитанов–наставников, имеющих опыт эффективного рыболовства и реальный плавценз длительного и безаварийного командования различными судами рыболовного флота.

На Сахалине и Курильских островах рыбная промышленность и морское рыболовство являются ведущими отраслями экономики, что позволило возложить всю ответственность за контроль безопасности штормового мореходства на береговых рыбацких капитанов. В настоящее время начинается активное освоение нефтегазовых ресурсов сахалинского шельфа, чему также будет способствовать богатый опыт штормового и ледового мореходства сахалинских рыбаков.

11 января 1996 года в 06 часов утра по сахалинскому времени при переходе из порта Корсаков в порт Холмск в условиях жесткого шторма опрокинулся и затонул на траверзе мыса Лопатина, в дистанции 1,5 мили (координаты 46º 36’ c.ш. 146° 46,6’ в.д.), производственно-транспортный рефрижератор (ПТР) «Сисафико-02 ⁵». В результате кораблекрушения из находившихся на борту судна 9 членов экипажа 5 чел. погибли.

Гидрометеорологические условия: ветер северного направления 20 м/с и порывами до 35 м/с, высота волны 3-4,5 м, снежные заряды и ограниченная видимость, температура воздуха 5-7° мороза, темное время суток.

Так представляется заключительное сообщение о штормовом кораблекрушении в сборнике материалов Управления мореплавания Комитета по рыболовству России: «Безопасность мореплавания и ведения промысла» [№ 1(103), 1996 г, стр. 24-34].

Утром 8 января ПТР «Сисафико-02» после получения благоприятного прогноза погоды вышел из порта Корсаков в порт Холмск. При подходе к мысу Крильон (о-в Сахалин) погода резко ухудшилась, и в ожидании ее улучшения капитан принял решение отстояться на якоре в бухте Морж, берега которой прикроют судно от ветров северных и западных направлений. 10 января капитан судна доложил о возможности дальнейшего следования, однако получил указание оставаться на месте до утра 11 января, так как, согласно прогнозам, наблюдаемое улучшение погоды – только временное явление. К концу суток 10 января ветер изменил направление на восточное и усилился до 15 м/с, в связи с чем капитан принял решение следовать в район мыса Кузнецова для укрытия от ветров восточных направлений. В 22 часа судно снялось с якоря и последовало в указанный район. Прибыв к назначенному ранее месту якорной стоянки, капитан изменил свое первоначальное намерение и решил следовать по назначению в порт Холмск. Новое решение капитана основывалось на том, что на всем пути следования наблюдался восточный ветер 8-10 м/с, волнение моря до 1 м, и такие условия позволяли беспрепятственно продолжать плавание.

Следует отметить, что общая оценка состояния погоды и возможности продолжения рейса подтвердились справкой Сахалинского УГМС и расчетом средней скорости судна на переходе от бухты Морж до мыса Лопатина. В 02 часа 11 января, пройдя в полутора милях траверз мыса Кузнецова, капитан сдал ходовую вахту старшему помощнику с указанием следовать по назначению. Около 5 часов утра сложились крайне неблагоприятные погодные условия: сильный северный ветер до 23 м/с, крупная зыбь до 4 м и обильный снегопад. Примерно в 05 часов 40 мин. был вызван на мостик капитан.

Так как судно следовало курсом 10 градусов (практически против ветра и волны), капитан, оценив обстановку, через 10 минут дал команду рулевому повернуть на 180 градусов и лечь на обратный курс, при этом уменьшил ход до малого. Понаблюдав за поведением судна на заданном курсе в течение 5-7 минут, он спустился к себе в каюту, чтобы одеть теплую одежду, но был вынужден тотчас вернуться на мостик, так как судно вдруг резко завалилось на правый борт и его крен достиг 50 градусов, а верхнюю палубу по правому борту заполнила большая масса воды, уровень которой доходил до верхней кромки носовой тамбучины. Судно застыло в этом состоянии, не выравнивалось и медленно разворачивалось влево лагом (бортом) к волне при положении руля право на борт и работе машины малым ходом вперед. Спустя считанные секунды при очередном накате волны судно полностью легло на правый борт и больше не выправилось.

Через несколько минут на надстройке в районе спасательных плотов ⁶  собрался весь экипаж судна. Темное время суток зимнего навигационного сезона существенно затрудняло работу со спасательными средствами. Пять членов экипажа, оказавшихся на частично поврежденном плоту, внутрь которого проникали ледяные потоки штормовых волн, не смогли дождаться спасательного судна. Другой плот, находясь в свободном дрейфе около 15 часов, также испытывал мощные удары волн, одной из которых у него был разорван носовой вход, и, хотя повреждение удалось устранить, набравшуюся внутрь воду пришлось удалять всеми подручными средствами. Оба спасательных плота, рассчитанные на 10 чел., не выдержали ударов штормовых волн при нагрузке в 4-5 чел., тем не менее, их штормовая устойчивость оказалось выше чем у погибшего морского судна.

Безусловно, причиной гибели стал отказ от активного штормования с ходом навстречу штормовой волне, при котором судно все дальше и дальше уходило бы из под прикрытия берега, встречая усиленное волнения открытого моря. Несправедливо также винить капитана за его слишком предусмотрительное снижение хода до малого, так как на полном ходу, при захвате корпуса попутной волной и при недостаточной опытности рулевого мог бы произойти очень быстрый поворот судна на курс лагом к волне с мгновенным опрокидыванием и гибелью всего экипажа. В свободном же плавании аварийное судно продержалось еще 20 минут, опрокинувшись вверх килем через 2-3 минуты после отхода последнего спасательного плота.

Об умеренных условиях штормового плавания свидетельствует также тот факт, что один из спасательных плотов смог безопасно дрейфовать в штормовом море до 21 час. 20 мин., пока его не обнаружили с берегового поста на расстоянии 3 – 3,5 миль от берега и не подняли из воды на СТР ⁷ «Камский».

Главной причиной гибели судна может быть признана только его недостаточная штормовая мореходность, выразившаяся в проектных недостатках формы корпуса, неспособного безопасно держаться на штормовой волне даже при исправно работающих двигателях. Следует также признать, что гибель подобных судов будет предрешенной в случае остановки главных двигателей или рулевых машин. Другой причиной, видимо, явилось поперечное смещение грузов внутри корпуса, отчего судно не смогло выпрямиться после накренения на 50°. Проблему возможного смещения грузов также необходимо отнести к чисто конструктивным недостаткам судна. Если корпус малого судна проектировался для плавания при хорошей всхожести на волну, то в его эксплуатационных режимах должны предусматриваться сильные накренения и интенсивная килевая качка, приводящая к превышению ускорения свободного падения в оконечностях корпуса, соответственно планирование внутренних отсеков должно обеспечивать недопустимость свободного перемещения грузов с одного борта на другой.

28 декабря 1995 г. примерно в 09 час. 20 мин. (время московское) в Норвежском море в координатах 70°31’,9 с.ш., 19°38’,6 в.д. при следовании из района промысла в Данию для сдачи груза затонул СРТМ «Новгородец» ⁸. В результате кораблекрушения погибли 10 из 25 членов экипажа траулера.

Рис.17. Обледенение среднего рыболовного траулера «Нептун». Прячась от ледяных брызг, траулер вышел на прибрежное мелководье, а при отливе накренился, став килем на морское дно.

Средний рыболовный траулер является довольно крупным судном, и в таких гидрометеорологических условиях он мог бы продолжать работу с орудиями лова на любых курсах относительно волнения. 24 декабря траулер «Новгородец» завершил работу в Баренцевом море и с полным грузом мороженой рыбной продукции снялся с промысла и вышел вдоль побережья в Норвежское море. Ветер и волнение на море способствовали интенсивному обледенению, отчего капитан не тревожился о постоянном крене около 2-3° на правый наветренный борт. Освещенность в зимнем плавании за полярным кругом не превышала уровня навигационных сумерек (при которых не гаснут звезды), тем не менее, экипажу не менее двух раз в «дневное» время суток приходилось скалывать лед. В 5 часов утра 26 декабря, старший помощник капитана, заступив на ходовую вахту, обеспокоился заметным усилением крена на правый наветренный борт и отправил старшего рыбмастера проверить состояние грузов в носовых морозильных трюмах. Северный ветер дул с кормовых румбов правого борта, отчего из ходовой рубки шторм казался не столь опасным, однако с палубы проверить состояние трюмов не представлялось возможным из-за сильной бортовой качки и постоянной заливаемости большой промысловой палубы СРТМ.

Заметим, что по условиям организации службы на российских рыбопромысловых судах, наиболее опытные рулевые традиционно несут вахту с третьим штурманом или со вторым – грузовым помощником капитана. Причем, в обязанности старшего рулевого, который в сложных условиях плавания должен бессменно находиться у штурвала, нередко вменяется еще и заведование артелкой (провизионным складом), отчего самая сложная в навигационном отношении утренняя старпомовская вахта, называемая иногда «собачьей», достается молодым и не самым опытным матросам.

Итак, старпом, заполошенный разборками с рыбмастером о правильности заполнения пространства носового трюма, не очень-то следит за действиями своего вахтенного матроса у штурвала. Не исключено также, что он использует его на посылках или палубных работах с проштрафившимся рыбмастером, доверяя штормовое управление судном авторулевому, так как и сам-то старпом тоже не может прерывать суету своих многочисленных утренних распорядительных забот.

Около 7 часов утра на верхнюю палубу «Новгородца» с правого борта заходит очередная крупная волна, судно сильно кренится на наветренный борт, сливая образовавшееся на промысловой палубе обширное «озеро» прямо через фальшборт, а в следующем такте штормовой качки у траулера обнаруживается постоянный крен на правый борт, достигающий 30°.

Попытка вывести судно на штормовой курс носом на волну заканчивается поломкой рулевой машины. Сложились все признаки близкого кораблекрушения.

Штормовые поломки рулевого управления очень характерны для данного типа судов, если во время шторма на них задействуется авторулевой типа «Аист». «Аист» умеет очень быстро вертеть балером, вихляя рулем чуть ли ни с борта на борт (причиной тому является явное несовершенство математической модели управления, заложенной в этот автомат). Внешней причиной являются особенности гирокомпáса, чувствительный элемент которого реагирует не только на рыскание судна на курсе, но в еще большей степени подвержен сильным инерционным воздействиям при его бортовой качке (гирокомпáс на СРТМ установлен не в центральной части корпуса, а  по левому борту высоко над водой – в ходовой рубке, выше – только мачта).

Объявляется судовая тревога, и старпом дает распоряжения о восстановлении ручного рулевого управления, перекачке топлива и балласта, перегрузе рыбопродукции в трюме и траловых досок на палубе на левый борт. Все тщетно, и ровно через час развития аварийной ситуации, в 8 часов утра капитан дает команду об оставлении гибнущего судна.

Отметим здесь, что у этого типа траулера очень широкие морозильные трюма, которые никак не оборудованы для раскрепления навалочных грузов. То есть трюм по условиям штормового плавания должен заполняться полностью, под самый подволок. Не исключено, что рыбмастер пытался упорядоченно укладывать различные виды мороженой рыбопродукции, оставляя как недогруженными до подволока штабеля с картонными коробами рыб, так и проходы между ними для удобства контроля при планировавшейся сдаче рыбопродукции в иностранном порту. Такие нарушения в укладке картонных коробов обычно грозят их обрушением на трюмных матросов даже в относительно тихую погоду. На траулере типа СРТМ дела обстояли намного хуже, так как на умеренном и сильном волнении в носовом трюме нередко превышаются ускорения свободного падения, отчего никак не раскрепленные короба мороженой рыбы представляются наиопаснейшим вариантом сыпучего груза.

В районе кораблекрушения у норвежского острова Ванней спасением экипажа «Новгородца» занимались несколько российских судов, работал также норвежский вертолет. Также, как и у транспортного рефрижератора «Сисафико-02»,  здесь возникают проблемы с посадкой экипажа в спасательные плотики, которые переворачиваются при спуске на воду и рвутся, когда люди садятся в них, соприкасаясь с судовыми устройствами и выступающей арматурой на палубе сильно накренившегося траулера. Второй помощник капитана руководит работой со спасательными плотами и погибает, оказавшись в ледяной воде у первого плотика, впоследствии разорванного и затонувшего. Два других плотика с 15 членами экипажа отходят от аварийного судна, и пока за ними гоняются спасатели, оставшийся на борту экипаж погибает вместе с затонувшим в 09 час. 20 мин. траулером «Новгородец».

Конечно, надежное крепление разнородных партий мороженой рыбной продукции желательно предусматривать чисто конструктивными способами еще при проектировании и строительстве траулеров. Это особенно актуально в настоящее время, когда рыбный промысел ведется не до полной загрузки трюмов, а лишь строго по квотам на различные виды рыб. А потому трудно винить экипаж в том, что он не предусмотрел и не выполнил множества предупредительных судовых работ, что ходовая вахта слишком передоверилась надежности судовых машин и безусловно высоким штормовым мореходным качествам траулера типа СРТМ. Однако беда не ходит одна, и морская безграмотность рыбмастера, да безопасный только в штилевых условиях «автоломатель» рулевых машин «Аист» вновь привели к трагическим последствиям на умеренно-слабом штормовом волнении.

В практике разбора морских аварий традиционно действует жесткое правило безусловной вины капитана и ходовой вахты, которые задним числом всегда могли бы предусмотреть нечто и предотвратить аварию и гибель людей. Но это «верное» и очень древнее морское правило может быть справедливо только в том случае, если побывавшие в экстремальных ситуациях мореплаватели затем активно участвуют в предотвращении подобных кораблекрушений. А наиболее эффективным путем повышения штормовой мореходности кораблей и судов может быть только привлечение бывалых капитанов и судоводителей к активнейшему участию в выработке ключевых проектных решений при строительстве нового океанского флота.

А потому в заключение анализа штормовых случаев, необходимо вспомнить о судьбе судна с горизонтальной грузообработкой, ролкера «Механик Тарасов».

16 февраля 1982 г. советское грузовое судно "Механик Тарасов" на пути из Канады в СССР затонуло в 240 морских милях от Ньюфаундленда. Из 37 членов экипажа спасли пятерых.

15 февраля 1982г. советский теплоход "Механик Тарасов" направлялся через Атлантику из канадского порта Три-Риверс в Гамбург. Он получил сигнал SOS с канадской буровой платформы "Оушен Ренджер". В условиях сильного шторма (12-метровые волны, скорость ветра до 35 м/с) «Механик Тарасов» изменил курс и пошел на помощь нефтяной платформе. Через несколько часов волны сбили две колонны носовых трюмных вентиляторов теплохода, и вода стала заливать трюмы и насосы рулевого управления. Так описаны события у берегов Канады в общедоступной литературе ⁹.

Экипаж до последней минуты верил в надежность своего нового сверхсовременного судна и, не пытаясь его покинуть, отвечал подошедшему на помощь датскому рыболовному судну «Сицурфари»:  «Все пока на борту».

Виктор Конецкий ¹⁰ отмечает, что «было что-то символическое в том, что к погибающему "Механику Тарасову" первыми на помощь бросились БМРТ ¹¹ -559 “Толбачик” и БМРТ-244 “Иван Дворский”. Профессионалы знают, что высота борта таких судов чрезвычайно затрудняет возможность поднять с воды оказавшихся в море людей. … реальную помощь погибающим оказали датские рыбаки с СРТ ¹² “Сицурфари”. Хотя мы всегда стараемся обойти рыбаков на почтительном расстоянии, я искренне убежден в том, что самые морские моряки — это рыбаки …».

Рис.18. Модель судна с горизонтальной грузообработкой – ролкера «Инженер Мачульский», фото из журнала «Судостроение» № 6, 1984 г

Расследование причин кораблекрушения «Механика Тарасова» привело к появлению множества вопросов о штормовых мореходных качествах новейших для того времени кораблей и судов океанского флота. Береговые службы мореплавания, как это общепринято, всю вину за гибель ролкера финской постройки возложили на капитана. Но все же бесконечные дискуссии об этом корабле, в основном носившие технико-политический характер, свелись к четким фразам заключения в форме мелвилловского «косвенного сленга». Что это означает? 1) через воздухозаборники очень высокой верхней палубы ролкера вода может попасть только в шпигаты на его главной водонепроницаемой палубе, никак не повлияв на плавучесть корпуса в целом. 2) гидравлические «насосы» рулевых машин установлены в специально оборудованном кормовом румпельном отделении, находящемся выше ватерлинии.

Шторм был вполне умеренным. В те годы, пока велось расследование причин кораблекрушения, никто не скрывал свидетельств о канадских вертолетах, которые предлагали снять экипаж с подававшего сигнал SOS «Механика Тарасова». Однако экипаж, как один, верил в свое судно и до последней минуты вел борьбу за его жизнь.

Можно ли смягчить вину погубившего ролкер капитана? Да! Простой взгляд на форму корпуса корабля с широкой транцевой кормой, очень высоким бортом и с широкими «развесистыми» носовыми скулами не оставляет сомнений в том, что на умеренном волнении у него возникает интенсивная килевая качка. Если же у такого судна гребни волн попадают на высоченную носовую палубу, то в следующий момент нос корабля может взлететь выше гребней штормовых волн, явно демонстрируя, что вертикальные ускорения в оконечностях корпуса превышают ускорение свободного падения, характерные для гребней штормовых волн и их девятых валов. В таких условиях контейнеры могут на несколько секунд отрываться от палубы и, оказавшись в невесомости, лететь в сторону пустых твиндеков. Разогнавшись до большой скорости, тяжелые контейнеры способны повредить обшивку корпуса ниже главной водонепроницаемой палубы.

Траулер "Иван Дворский" опоздал буквально на несколько минут. В момент его подхода "Механик Тарасов" уже скрылся в волнах. Люди оказались в бушующем море, в темноте, в ледяной воде, но на спасательных жилетах многих из них вспыхнули лампочки. Только маленький датский траулер "Сицурфари" был способен поднимать моряков из воды. Однако большинство из них погибло от переохлаждения.

P.S.: буровая вышка, к которой так спешил "Механик Тарасов", находилась в 170 милях к востоку от острова Ньюфаундленд, и советские моряки с честью исполнили древнейший морской закон – реально рискуя собственной жизнью – встали на опасный штормовой курс для оказания помощи бедствующим на море.

Морское волнение и поверхностные течения являются опасными для мореплавания природными явлениями, которые всегда необходимо учитывать как при проектировании нового корабля, так и его последующей эксплуатации. Штормовые условия плавания определяются активным взаимодействием корабля с шквальными порывами ветра и интенсивным волнением, проявляющегося в виде поступательных и круговых движений водных масс, которые могут образовываться в очень широком спектре длин волн и периодов колебаний.

Плавание в прибрежной зоне усугубляется дополнительными опасностями, вызываемыми длиннопериодными колебаниями уровня моря и экстремальными течениями, возникающими в результате трансформации штормовых волн и волн зыби, их активным взаимодействием с прибрежными длинноволновыми процессами и осложненными сильной стратификацией плотности воды вблизи устьев рек. При сложении неблагоприятных гидродинамических процессов, судоходство вблизи побережья или проход судов через узкости и ворота морских портов может представлять опасность даже при относительно спокойной погоде.

Морские волны можно классифицировать по различным признакам. По силам, вызывающим волновое движение, т. е. по происхождению, можно выделить в океане (море) следующие виды волн: ветровые — вызванные ветром и находящиеся под его воздействием; корабельные — создающиеся при движении корабля и тайфунов; приливные — возникающие под действием периодических сил притяжения Луны и Солнца; анемобарические — связанные с отклонением поверхности океана от положения равновесия под действием ветра и атмосферного давления; сейсмические (цунами) — возникающие в результате динамических процессов, протекающих в земной коре, и в первую очередь подводных землетрясений, а также извержений вулканов, как подводных, так и прибрежных; прибрежные – сейшевые или захваченные волны, рождающиеся у морского побережья с повышенными резонансными свойствами.

Практически всегда на поверхности открытых морей и океанов наблюдаются зыбь, ветровые и приливные волны. Только ветровые волны и зыбь оказывают непрерывное и повсеместное воздействие на корабль, другие же волновые движения имеют слишком большие периоды и длины волн и могут оказать губительное воздействие на корабль только на мелководье или в непосредственной близости от побережья.

По силам, которые стремятся возвратить частицу воды в положение равновесия, различают капиллярные и гравитационные волны. В первом случае восстанавливающей силой является сила поверхностного натяжения, во втором — сила тяжести. Капиллярные волны малы по своим размерам и образуются либо в первый момент воздействия ветра на водную поверхность (рябь), либо на поверхности основных гравитационных волн (вторичные волны). В море главное значение имеют гравитационные волны.

По действию силы после образования волны выделяют волны свободные, когда сила прекращает действие после образования волны, и вынужденные, когда действие силы не прекращается. По расположению различают поверхностные волны, возникающие на поверхности моря, и внутренние, возникающие на глубине и почти не проявляющие себя на поверхности.

По форме выделяют двухмерные волны, средняя длина гребня которых во много раз больше средней длины волны, трехмерные, средняя длина гребня которых соизмерима с длиной волны, и уединенные, имеющие только куполообразный гребень и не имеющие подошвы. Если на гребне уединенной волны поместить поплавок, он будет перемещаться вместе с гребнем. Поэтому уединенную волну иногда называют переносной волной.

По соотношению длины волны и глубины моря различают короткие волны, у которых длина волны значительно меньше глубины моря, и длинные, у которых, напротив, длина волны значительно больше глубины моря.

По перемещению формы волны выделяют волны поступательные, или прогрессивные (Рис. 19), видимая форма которых перемещается в пространстве, и стоячие (Рис.20), узловые линии и вершины которых в пространстве не перемещаются.

Прогрессивные волны характеризуются тем, что у них перемещается видимая форма (профиль) [Егоров, 1974]. Частицы же воды движутся по почти замкнутым орбитам, имеющим форму, близкую к окружности или эллипсу. Любой небольшой предмет, находящийся на поверхности моря, также будет совершать круговые колебательные движения, соответственно движению частиц воды по их орбитам.

Видимое перемещение формы (профиля) волны можно пояснить следующим образом. Предположим, что частицы воды совершают движение по замкнутым круговым орбитам (Рис.19). Если импульс силы, вызывавшей волнение, действовал слева, то частицы, действующие правее, придут в движение позже и поэтому будут отставать по фазе от частиц, расположенных левее, и займут в момент времени положения 1, 2, 3 ... Проведя кривую через эти точки, получим профиль волны в момент времени t₁ (сплошная кривая). Теоретически частицы воды движутся по орбитам с одинаковой угловой скоростью. Поэтому в следующий момент времени t₂ они переместятся на своих орбитах на один и тот же угол и займут положения 1', 2', 3' ... Проведя пунктирную кривую через указанные точки, получим профиль волны в момент времени t₂. Как видно на рисунке, профиль волны сместился в направлении действия силы, хотя частицы воды двигались исключительно по круговым орбитам, вокруг собственных неподвижных центров вращения.

Рис. 20. Схема стоячей волны.

Стоячие волны. При стоячей волне частицы воды не совершают движений по круговым орбитам (Рис. 20). В пучностях, т. е. в точках, где амплитуда колебания уровня наибольшая, частицы двигаются только по вертикали. В узлах, т. е. в точках, где колебания уровня отсутствуют, частицы двигаются только в горизонтальном направлении. На схеме показаны три положения поверхности моря при стоячих волнах: два крайних (пунктирные линии) и средние (сплошная линия). Буквой У обозначены узловые точки (узлы), а буквой П — пучности. Стрелками на линии среднего уровня показаны орбиты частиц в различных точках волнового профиля.

Элементы волны. Каждая волна, поступательная или стоячая, характеризуется определенными элементами. Общими для обоих типов волн являются следующие элементы. Волновой профиль – кривая, получаемая в результате сечения взволнованной поверхности моря вертикальной плоскостью в заданном направлении (обычно в направлении распространения волн). Гребень волны – часть волны, расположенная выше среднего волнового уровня. Вершина волны – наивысшая точка гребня волны. Ложбина волны – часть волны, расположенная ниже среднего волнового уровня ¹³ . Подошва волны – наинизшая точка ложбины волны.

Высота волны h – превышение высоты волны над соседней подошвой на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн. Высота волны равна удвоенной амплитуде или удвоенному радиусу орбиты поступательной волны при круговых орбитах. Длина волны l – горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн. Крутизна волны – отношение высоты данной волны к ее длине. Крутизна волны в различных точках волнового профиля различна. Для удобства характеристики крутизны волны пользуются отношением высоты к длине (h /l), называемое средней крутизной волны. Частота формы волны:  k = 2p /l.

Перечисленные элементы определяют геометрические характеристики волны. Для поступательной волны необходимо добавить еще три элемента.

Направление распространения волн, отсчитываемое по часовой стрелке от норда в сторону их движения. Фронт волны – линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершине гребня данной волны, которая определяется по множеству волновых профилей, проведенных параллельно генеральному направлению распространения волн. Длина гребня волны – протяженность гребня волны в направлении ее фронта. Луч волны – линия, перпендикулярная фронту волны в данной точке.

Кроме элементов, определяющих геометрические характеристики волны, выделяют кинематические элементы. К ним относятся: период волны t  – интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль. s = 2p /t – частота проявления волн во времени. Период волны можно определить и как время обращения частицы по ее орбите. Для стоячей волны период определяется промежутком времени, за который совершается полное колебание уровня.

Рис. 22. Схема трехмерной волны

Скорость распространения, или фазовая скорость с – скорость перемещения гребня волны в направлении ее распространения. За время полного оборота частицы по своей орбите ¹⁴, т. е. за период волны t профиль волны сместится на расстояние, равное длине волны l. Таким образом определяется фазовая скорость распространения волны с = l /t. Реальные ветровые волны всегда трехмерные, и для них также, как и для стоячих волн, затруднительно определить период по скорости перемещения гребня. В этом случае вводится понятие периода волны в одной точке (Рис. 21).

Поэтому для трехмерных волн вводится еще одно дополнительное понятие – высота трехмерных волн. Она находится как разность по вертикали между наивысшим уровнем вершины, определяемым как наивысшая точка гребня волны, расположенного выше среднего волнового уровня, и уровнем подошвы, представляющим наинизшую точку ложбины среднего волнового уровня (Рис. 22). На схеме трехмерной волны h_T – высота трехмерной волны, определяемая как вертикальное расстояние между высотами уровня в точке А (вершина) и В (подошва) профиля волны,  l – длина волны, a  L – длина гребня.¹⁵

Построение модели волнового поля на основе реальных наблюдений в штормовом море.

Двумерная модель трохоидальной теории волн на глубокой воде определяет движение частиц жидкости по круговым траекториям, при этом радиус кривизны убывает по экспоненциальному закону с глубиной:

где:  r₀ – теоретическая полувысота волны на поверхности моря; z – глубина моря.

Соответственно убыванию радиусов орбит частиц убывают и подводные волновые колебания толщи воды:

при которых изобарические поверхности расположены дальше друг от друга под гребнем волны, где вес частиц уменьшен центробежными силами, и ближе под подошвой, где он увеличен. Скорость распространения трохоидальной волны зависит только от ее длины:

с глубиной она не меняется, так же как не меняются период и длина этой волны. Скорость движения элементарных частиц жидкости определяется через произведение частоты колебаний (круговой скорости) и радиуса дуги траектории:

Скорость движения частиц жидкости возрастает с уменьшением глубины z. На вершине волны эти частицы перемещаются с максимальной скоростью в направлении движения ее гребня. Допустим, что скорость частиц жидкости не должна превышать скорости распространения корабельной волны, так как это является условием разрушения волнового гребня. В этом случае при скорости V_r = С, может быть получена оценка максимального радиуса как: r_m=l /2p или высоты волны как h·k=2, что соответствует острому гребню волны, вида:

Аппроксимируя экспоненту отрезком прямой линии: exp( k×z’ ) » 1+k×z и допуская, что на вершине волны z=h/2, можно получить другое приближение величины экстремальной амплитуды трохоидальной волны: .

Численное приближение дает предельную оценку теоретической высоты волны как:  h∙k » 1.134. При построении прогрессивных волн на свободной поверхности. эта оценка должна использоваться в качестве максимального радиуса трохоиды. Численный расчет экстремумов для такой трохоидальной волны, с учетом снижения амплитуды на подошве волны, приводит к оценке высоты волны как:  h∙k » 0.75  или  l / h » 8.38, что соответствует прогрессивной волне с обрушающимся гребнем.

Полученная плоская трохоидальная волна соответствует предельно возможному отношению амплитуды к длине прогрессивной штормовой волны: h = 0,375·l / p»  0.12·l   Максимальный угол наклона поверхности такой волны достигает 30°, что представляет высокую опасность для корабля, и особенно, если он поддерживает штормовой ход навстречу волне. Практически всегда на взволнованной поверхности моря присутствуют волны подобной крутизны, о чем свидетельствуют вспененные на гребнях буруны.

И все же в штормовом море практически никогда не реализуются высокие волны более чем с двумя последовательно идущими крутыми гребнями, так как даже на начальных этапах зарождения ветровых волн, они начинают собираться в групповые структуры трехмерных пакетов волн. Ветровое волнение с длинами волн более 10 метров образуется только постепенным накоплением внешней энергии, и потому природа штормовых волн с большими периодами определяется динамическими свойствами их свободного распространения, что также связано с трансформацией плоских волн к трехмерному виду с ярко выраженной групповой структурой.

Для получения профиля групповой структуры трохоидальных волн можно воспользоваться наблюдениями за поведением реальных морских волн, которые всегда проявляются в виде пакетов из девяти одиночных волн. Для оценки формы пакета плоских волн используется сложение двух волновых колебаний с близкими частотами, что позволяет моделировать групповые структуры в виде волновых биений. Фазовые углы добавочной волны уменьшены с коэффициентом пропорциональности 0.889, амплитуда также снижена до уровня: h_доб = h /1.134², что не позволяет суммарной волновой трохоиде сделать петлю на вершине максимальной волны.

Самая крупная в групповом пакете волна, называемая на море девятым валом, в динамике своего движения всегда проявляется как малоподвижная или стоячая волна. Стоячий девятый вал может иметь удвоенную высоту в сравнении с прогрессивной волной, отчего его угол склона вблизи гребня может достигать 60°. Но все же малая подвижность девятого вала делает его относительно безопасным для судна, штормующего без хода. Если же корабль поддерживает высокую скорость хода в условиях штормового волнения, то желательно, чтобы обводы его корпуса были адаптированы к условиям жестких встреч с крутыми и высокими девятыми валами.

Групповая структура волн, близкая по форме к плоским волнам (рис. 24), может сложиться только в относительно узких морских проливах или на реках. В открытом море пакеты волн не проявляются в столь строгой последовательности, что заметно облегчает условия штормового плавания.

Таблица 1.
Период, длина, фазовая скорость и экстремальная амплитуда
обрушающейся ветровой волны

В таблице 1 приведены экстремальные оценки для морских волн с периодами от 1 до 15 секунд. A_MAX соответствует прогрессивной волне с обрушающимся гребнем, в котором поток воды движется со скоростью, равной фазовой скорости фронта волны С. Важно отметить, что свежие ветровые волны, с ярко выраженной групповой структурой, могут быть существенно выше, чем показанные в таблице 1, но вследствие малой подвижности их девятых валов, они не представляют дополнительной опасности для корабля.

Для морских акваторий характерными являются периоды волн от 6 до 8 секунд (выделено жирным), что соответствует длине волны порядка 80 м, максимальной скорости потока в гребне волны - 10 м/с (20 узлов) и экстремальной амплитуде волны порядка 10 м. В открытом океане период волн может достигать 15 и более секунд, но только для волн зыби, имеющих относительно малую амплитуду, обычно без обрушающихся гребней.

На побережье открытого океана, при прохождении штормов, нередко наблюдаются волны прибойной зыби с периодами порядка 11-13 секунд (подчеркнуто), высота которых существенно выше, чем у волн открытого моря. Именно поэтому плавание вблизи побережья или над морскими отмелями всегда представляет повышенную опасность для мореплавателей.

В практическом судовождении традиционно используются модели волнения, которые представляются в виде наложения нескольких независимых систем волн: 1) ветровое волнение совпадает с направлением действия ветра, а высота волн может быть предельно большой; 2) две-три системы волн зыби, являющихся отголосками ранее прошедших или отдаленных штормов, при этом длина волн зыби обычно существенно больше, чем у ветровых, а крутизна – меньше.

Для моделирования реальной картины штормового волнения в открытом море можно попытаться наложить друг на друга ячеисто-групповые структуры ветровых волн и волн зыби, характеристики которых могут отличаться либо длинами волн, либо направлением их распространения. Полученная волновая картина (рис. 24) вполне соответствует наблюдениям за реальным штормовым волнением в открытом море. Легко усматриваются короткие и крутые ветровые волны, а для обнаружения фоновых волн зыби судоводителю необходимо подниматься на верхний мостик корабля. В ночное время никаких параметров волнения определить практически невозможно.

При выборе штормового курса и скорости хода обычно учитываются только особенности ветрового волнения, параметры которого оцениваются по картине вспенивающихся гребней волн, наблюдаемых через брызгоотбойники в иллюминаторах ходовой рубки. В ночное время безопасность штормового плавания зависит только от интуиции судоводителя, которому абсолютно ничего не известно о состоянии моря, кроме, пожалуй, оценок силы и направления ветра. При таком навигационном обеспечении судовождения, конечно же, не может идти даже речи о возможности эффективного плавания произвольным курсом в штормовом море. Вне зависимости от мореходных качеств корабля, в столь «слепых» условиях безопасность плавания может поддерживаться только пассивным штормованием курсом носом на волну без активного хода, что в свою очередь сопровождается большими перегрузками рулевых машин и валопроводов гребных винтов.

Вертикальной красной линией (рис. 26) отмечена максимальная теоретически возможная волна, которая на море может быть названа «волной-убийцей». В данном случае высота волны составляет 17 метров. И все же в открытом море такая волна практически никогда не может реализоваться. Судя по профилю трехмерных штормовых волн, реальное морское волнение не является особо катастрофичным, судоводителю всегда предоставляются большие участки штормового моря, на которых отсутствуют особо крутые волны, и где позволительно активное маневрирование даже для маломощного судна.

Для маневрирования или поддержания высокой скорости хода в штормовом море необходимо непрерывное наблюдение за состоянием волнения, эффективность которого должна быть достаточной как для обеспечения активного маневрирования, так и для своевременного уклонения от опасных встреч с быстродвижущимися свободными волнами и крутыми девятыми валами. Современные средства наблюдения и математические возможности по моделированию пространственных структур трехмерного морского волнения, даже в ближней зоне его воздействия на корпус корабля, еще далеко не разработаны, и в ближайшие годы вряд ли будут созданы как технические, так и математические инструменты.

Однако в качестве простого и надежного регистратора волнения может выступать сам корпус корабля, активно раскачивающийся на волнении. Параметры собственных вертикальных колебаний, рыскания и качки корабля обычно известны или могут быть оценены по длительным записям непрерывной регистрации этих параметров. Соответственно, текущие параметры волнового поля также могут быть оценены в результате непрерывного решения полных дифференциальных уравнений качки корабля и использованы для автоматического выбора оптимального курса и скорости хода на волнении как в активном штормовом плавании, так и при поиске безопасных режимов штормования без хода.

Рис. 27 иллюстрирует особый случай волнения, называемого на море «толчеей», иногда наблюдаемой при ослаблении шторма или при плавании в центре глубокого циклона. Это случай наиболее интенсивного волнения, при котором крутые стоячие волны возникают совершенно непредсказуемо, а безопасность плавания корабля на таком волнении может быть обеспечена исключительно за счет обводов корпуса, при условии минимизации интенсивности силового взаимодействия корабля и морского волнения.

На вертикальных профилях волн, приведенных в нижней части рисунка, показаны различные курсы судна на одном и том же волнении, от выбора которых зависит интенсивность качки судна. Верхний профиль – обычный курс судна, отсчитывающего девятые валы. Средний профиль – оптимальный курс, на котором килевая качка будет минимальной. Нижний профиль – «плавание по кочкам», при котором условия обитаемости на корабле наихудшие.

Анализируя принятую модель штормового волнения, можно сделать вывод, что для восстановления реальной картины штормового волнообразования необходимо провести замеры килевой качки корабля в секторе курсов его движения не превышающем ± 30°. В штормовом плавании в таком же секторе происходит естественное рыскание корабля на курсе, что обычно не представляет дополнительных угроз для безопасности штормования. Сектор оптимальных курсов относительно волнения не превышает ± 15°, и при этом интегральное направление (генеральный курс) может быть произвольным.

Обычно при штормовом движении корабля 2-3 девятых вала проходят по борту, и лишь после этого происходит прямое столкновение с особо крупной волной (при условии, что рулевой не ведет корабль «по кочкам»). Принимая средний период штормовых волн порядка 8 секунд, получается, что необходима заблаговременность прогноза девятого вала порядка 4-5 минут, что вполне может быть осуществимо с использованием вычислительных мощностей обычных микропроцессоров, используемых, к примеру, в персональных компьютерах.

Характер взаимодействия корпуса корабля и штормового волнения может носить очень жесткий характер, особенно если обводы корпуса оптимизированы для какого-либо определенного режима плавания, к примеру – хорошей всхожести на волну для недопущения заливаемости верхних палуб, а режим реального волнения окажется принципиально отличным от оптимизированного.

Бортовой комплекс контроля состояния моря, атмосферы и мореходности корабля

Дальневосточные моря отличаются довольно высокой штормовой активностью, частыми туманами и тяжелыми ледовыми условиями в зимние навигационные сезоны. Дальневосточные моряки хорошо знакомы с ураганными ветрами над морем, с гигантскими волнами зыби и экстремальными течениями вблизи прибрежных скал. Отсутствие защищенных от штормов заливов и гаваней, малая заселенность побережья и низкая активность мореходства в этом районе имеют следствием неразвитость навигационно-гидрографического обустройства морских акваторий, отчего море несет большие опасности как для мореплавателей, так и для населения на побережье Дальнего Востока России в целом.

Каждому моряку необходим немалый морской опыт для выполнения рейсовых заданий. Однако современная морская измерительная техника, вычислительные и информационные возможности бортовых компьютеров могли бы предложить капитану обоснованные решения и оптимальные варианты судовождения в столь сложных или экстремальных условиях плавания.

Корабельный вариант метеостанции может составить основу универсальной бортовой аппаратуры для автоматического определения параметров состояния моря, атмосферы и динамики их взаимодействия с движущимся кораблем. При этом характер морского волнения будет косвенно оцениваться с помощью бортовых инклинометров и акселерометров, измеряющих параметры бортовой, килевой и вертикальной качки корабля. Автоматически сформированный пакет гидрометеорологических данных может доставляться на береговой гидрометеоцентр, и этот же пакет информации, дополненный прогнозными оценками условий плавания из береговых морских служб, вместе с данными о текущем состоянии судна может быть востребован судоводителем для решения навигационных задач.

Унифицированная автоматическая гидрометеостанция в зависимости от круга решаемых задач может комплектоваться различными функциональными блоками: 1) комплект синоптических датчиков для непрерывной регистрации состояния атмосферы (скорость и направление ветра, давление, температура и влажность воздуха и др); 2) стандартный судовой комплект (считыватели показаний координат, курса и скорости судна, а также дополнительные датчики углов крена, дифферента и вертикальной качки судна, в том числе получаемых с помощью путевого эхолота); 3) система передачи телеметрических данных представляется в одном из трех вариантов: система глобальной спутниковой связи «Гонец»; электронная передача данных по протоколам Интернета; УКВ радиосвязь для сбора данных с прибрежной сети станций; 4) прибрежный комплект гидрофизических датчиков (регистратор уровня моря, температуры воды, волнения и, при необходимости – скорости течения); 5) автономный шлюпочный комплект, дооснащенный компáсом и приемником Глобальной системы позиционирования (GPS).

Предполагается, что данный комплект измерительного оборудования и специальное математическое обеспечение позволят оперативно решать следующий круг задач:

• автоматический сбор, обработка и передача оперативной информации о состоянии моря и атмосферы в соответствии с регламентом работы судовых гидрометеоцентров или гидрометеопостов;
• применение измерительного комплекса и оборудования связи с береговыми метеоцентрами в качестве автоматизированной экспертной системы для анализа режимов безаварийного плавания и оптимизации хода судна в условиях штормового волнения;
• использование специализированных и адаптированных к местности вычислительных экспериментов по моделированию процессов взаимодействия атмосферы и океана, в том числе для прогноза развития опасных морских явлений;
• анализ волнового режима вблизи морских портов и на удаленных морских акваториях с использованием сети прибрежных гидрофизических станций, сочетаемых с параллельными наблюдениями с борта экспедиционного судна, курсирующего вблизи побережья.

Первые три задачи могут со временем утверждаться Росгидрометом к регламентному использованию на прибрежных и судовых гидрометеостанциях. Последняя задача может эффективно применяться в гидрографических изысканиях при проектировании новых портов, при подготовке к проведению дноуглубительных работ и реконструкции морских портов и гаваней. Для морских научных исследований оптимально было бы применять опытные образцы гидрофизических измерительных приборов и усовершенствованных гидрометеостанций, что создаст предпосылки для реального использования в научных изысканиях современнейшей техники, в том числе с целью изучения необычных морских явлений.

К примеру, при изучении волнового режима вблизи сахалинского побережья был использован стандартный навигационный приемник GPS. Такой приемник, с вынесенной на верхний мостик антенной, позволяет регистрировать бортовую качку как отклонение судна от курса, с высокой точностью замеряет пульсации скорости хода судна, что может служить как для оценки его ходкости на волнении, так и для изучения динамики поверхностных течений по маршруту движения судна. Результаты таких наблюдений за пульсациями скорости течений приведены на рис. 31.

Путевая регистрация и анализ параметров качки и пульсаций скорости хода судна, сопоставление их с нагрузкой на движителях и динамикой перекладок руля необходимы при оптимизации хода судна в условиях умеренного волнения и для поиска решений при выборе безопасных режимов штормового плавания. По мере накопления данных о волновой динамике судов с различными обводами корпуса, они могут быть использованы при поиске оптимальных проектных решений о форме корпуса и общекорабельной архитектуре новых кораблей, что особенно важно для специализированных проектов, в которых функциональные требования к оборудованию или к условиям базирования не могут быть в полной мере согласованы с требованиями безопасности в штормовом плавании.

Гидродинамический режим Cахалинского побережья

Судно при шторме, находясь около берега, может найти укрытие только в удобных естественных или в созданных человеком бухтах, т.е. портах или в так называемых портах-убежищах, ковшах. История изучения и освоения Сахалина довольно подробно изложена в книге адмирала Геннадия Ивановича Невельского «Подвиги русских морских офицеров на крайнем Востоке России 1845-1855», изданной в 1878 году.

В ходе Амурской экспедиции (1849-1855 гг.) под руководством Г.И. Невельского при обследовании берегов Татарского пролива были описаны основные бухты и заливы в его северной части. Так, например, один из участников экспедиции, Воронин, прибыв с Сахалина, сообщал, что бухты Дуэ и Виахту открыты для южных, северных, северо- и юго-западных ветров, но что стоянку судов в бухте Дуэ можно сделать удобной, стоит лишь воспользоваться рифами, идущими от берега, а именно провести по этим рифам насыпи, которые защищали бы бухту от упомянутых ветров. Бухта Уанды защищена гораздо лучше Дуэ: с северо-запада ее ограждает увалистый мыс Уанды, а с юга – остров и идущий от него к берегу риф. Пользуясь этим, здесь при небольшой затрате труда легко будет сделать для судов прикрытие и хорошую, спокойную стоянку. О заливе Виахту (протоке) Воронин пишет, что сильное течение в протоке – от 3,5 до 5 узлов  – и банки, между которыми идет в нее узкий и довольно извилистый фарватер, делают вход в нее затруднительным и опасным. Туземцы же сказали ему, что на всем западном берегу острова Сахалин нет ни одной сколько-нибудь закрытой бухты.

Рудановский Н.В., обследовавший юго-западное побережье Сахалина, а именно залив Невельского от мыса Слепиковского до мыса Лопатина, приводит описание находящихся там бухт. «Главная и самая примечательная особенность этого берега состоит в том, что вдоль него на расстоянии от ¼ до ½ версты¹⁶ идет каменная гряда, возвышающаяся над поверхностью моря от ½ до 2 ½ сажен¹⁷. Прерванная в нескольких местах, она образует таким образом входы с моря в естественный канал между этой грядой и берегом. Канал имеет 25 бухт, и против каждой из них гряда прорезывается и составляет более или менее широкие проходы с моря, как бы ворота.» По замечанию Рудановского Н.В., канал этот между некоторыми бухтами имеет глубину до сажени, при входе же в бухты, в воротах, она доходит от 2 до 6 сажен, а между некоторыми бухтами глубина канала замечена до 2 футов¹⁸. Следовательно канал удобен для внутреннего сообщения вдоль всего берега на этом пространстве. Наиболее значительной является бухта Маока (Холмск), в ширину имеет до 2 ½ версты, вдается в берег на 1 ¼ версты и с запада ограждена каменной грядой. В северной, наиболее глубокой части бухты глубины колеблются от 3 до 4 сажен. В середине бухты, против входа, глубины 5 сажен (9 м), а в южной части – до 4 сажен; отсюда к южному мысу и юго-западному берегу, на расстоянии от ½ до 1 версты, идет отмель глубинами от 2 до 3 футов. Эта бухта составляла главное пристанище японских джонок на западном берегу острова. По рассказам местного населения, здесь господствуют очень свежие северо-восточные ветры, противоположный им юго-западный ветер нагоняет в бухту воду. Наконец, айны и орочоны сообщили Рудановскому, что на западном берегу, к югу от залива Невельского (Идунок), нет ни одной бухты и почти весь берег скалистый и прямой.

Действительно, берега западного побережья Южного Сахалина отличаются большим однообразием и простотой строения. Они сложены преимущественно осадочными породами мелового и третичного возраста, среди которых преобладают глинистые и глинисто-песчаные рыхлые песчаники и конгломераты, т. е. породы мало устойчивые против разрушительного действия волн – абразии. Только в отдельных прибрежных пунктах обнажаются изверженные породы (базальты, сиениты, порфириты). Береговая линия в пределах описываемого побережья, плавно изгибаясь, образует открытые заливы Невельского и Изыльметьева с ровными берегами. Лишь в местах выхода изверженных пород в море выступают небольшие скалистые мысы (Виндис, Кузнецова и др.), несколько нарушающие прямолинейность берега, но не являющиеся для судов достаточным укрытием от волнения. На протяжении десятков километров тянется выровненный берег, вдоль которого четко выражен отмерший береговой уступ – клиф, высотой до нескольких десятков метров.

В северной части западного побережья Сахалина имеются небольшие по протяжению участки современной абразии. Почти повсеместно развит песчаный пляж. Песок залегает непосредственно на поверхности коренных пород, обнажающихся на подводном склоне почти от самого уреза. Подводный склон горизонтален и представляет собой обширную скалистую площадку – бенч, с выровненной и лишенной наносов поверхностью. Во время отлива поверхность бенча осушается и почти вся живность до следующего подъема уровня моря устремляется в «ванны». Так биологи называют заполненные водой углубления в коренных породах, слагающих бенч. Этот бенч окаймляет почти все побережье, прерываясь только перед устьями рек, где он прорезан подводными продолжениями речных долин. Такие участки явились наиболее удобными для строительства малых рыболовных портов-ковшей.

 Строительство ковшей не требует больших материальных затрат и ведется в очень сжатые сроки. Эксплуатация таких сооружений проста, кроме того, они разгружают работу крупных портов общего назначения. Ковши размером до 1000—1500 м² и шириной входа около 30 м предназначены для обслуживания небольших судов с осадкой, не превышающей 3,5 м. Ограждающие молы сооружены из бетонных пустотелых массивов длиною до 7–8 м, полости которых заполнены камнем и щебенкой. Основания молов покоятся на скалистом дне или на каменной наброске. В каждом ковше значительную площадь занимает хозяйственная территория, которая, как правило, вынесена в сторону моря на искусственно созданную террасу. На территории расположены пункты приема и частичной обработки рыбы, засольные чаны, склады инвентаря, горючего, мастерские для ремонта орудий лова и др. В каждом ковше имеется один или несколько бетонных слипов с приспособлениями для подъема судов на сушу и производства мелкого ремонта.

Очень важной является проблема долговечности гидротехнических сооружений – молов, причалов, волноотбойных стенок. Западное побережье  Сахалина не имеет природных бухт и почти на всем протяжении доступно воздействию волн открытого моря, достигающих высоты 4 – 6 м. В этих условиях небольшие мысы, пологие вогнутости берега и особенности рельефа подводного берегового склона могут с успехом использоваться в качестве элементов, значительно ослабляющих эффект прямой «атаки» штормовых волн на сооружения. Известно, например, что на вогнутые участки берега волнение воздействует значительно слабее, чем на выступающие в море мысы, а на широком мелководном бенче волны гасят свою энергию задолго до подхода к береговой линии. В целях наиболее эффективной защиты портов от непосредственного воздействия волн специалисты строят ковши и молы определенной конфигурации в соответствии с контуром берега и углом подхода волн.

Примером удачного использования рельефа берега и подводного берегового склона является ковш у с. Орлово, состоящий из двух частей: восточной и западной. Ковш построен в вогнутости береговой линии, к северу от высокого абразионного мыса, который прикрывает портовую акваторию от господствующих южных и юго-западных ветров и волнения. С запада ковш защищен мелководным скалистым бенчем, на внешней границе которого и происходит в основном разрушение морских волн.

Аналогичные условия существуют на участке берега между мысами Белкина и Пограничным, но здесь место для постройки ковша выбрано неудачно. Он расположен внутри открытой бухты между двумя абразионными мысами и защищен от волнений северных и южных румбов, но совершенно открыт с западной стороны. В результате западный мол ковша разрушен. Неудачный выбор места способствовал также и заносимости ковша, который заполняется песком и постепенно мелеет.

Такой же недостаток отмечается у ковша, расположенного близ Шахтерска на низкой песчаной пересыпи, отчленяющей лагунное озеро Проточное от моря. Акватория ковша защищена двумя молами. Северный из них имеет форму подковы, выпуклостью к северу, а южный - прямолинейный. В двух местах вблизи оконечности северный мол разрушен. Для борьбы с обмелением ковша  используется земснаряд, с помощью которого углубляют дно. К северу от ковша берег за полвека отступил местами на 40-60 м. Его постоянно приходится укреплять бетонными блоками и деревянными защитными стенками, так как угроза разрушения нависла над взлетно-посадочной полосой аэропорта, вытянутой перпендикулярно береговой линии.

Ковши у поселков Новиково и Озерское находятся в сходных геоморфологических условиях, но при их сооружении были учтены основные особенности строения берега и его динамики. Ковши построены в более выгодных (по сравнению с предыдущими) условиях и меньше страдают от заносимости. Оба они расположены не в центре вогнутости берега, а ближе к одному из ограничивающих ее мысов. Ковш пос. Новиково, кроме того, построен при устье небольшой реки и это — единственный пример, когда река впадает в море непосредственно в ковше. Обычно в таких случаях сделаны специальные отводы русел за пределы портовых акваторий (например, ковш у с. Неводского).

Наиболее удачно защищены от волнения и заносимости ковши у с. Ясноморского и в пос. Правда. Первый из них расположен на северном берегу бухты Ясноморской, образовавшейся в результате ингрессии, т.е. затопления морем долины р. Ясноморки. На подводном береговом склоне здесь отчетливо прослеживается затопленная часть речной долины, что обеспечивает довольно глубоководный подходной фарватер к ковшу. С севера и с юга он прикрыт от штормовых волн мелководным, местами осыхающим, бенчем. Подводная долина служит своего рода отводным каналом для выносов реки и наносов пляжа, мигрирующих вдоль берега. Таким образом, расположенный на открытом побережье ковш надежно укрыт от волнения и не подвержен заносимости. Тем не менее, вывод ковша из эксплуатации, отсутствие текущего ремонта, уже привели к частичному разрушению оградительного мола. При соответствующей реконструкции ковш может быть востребован и использован для целей рыбного хозяйства или организации базы водного туризма.

Ковш в бухте Правда расположен к югу от устья впадающей в бухту небольшой реки, подводное продолжение которой тоже хорошо прослеживается на дне. Для защиты его от волнения максимально использован рельеф подводного берегового склона. Недостатком этого ковша является его мелководность, так как он целиком находится в пределах прибрежного бенча и доступен только для небольших мелкосидящих рыболовных судов. Эта особенность, однако, обеспечивает относительную защищенность портовых сооружений от волнения. Два десятка лет назад ковш был расширен, углублен и ныне активно эксплуатируется рыболовецким колхозом «Прибой». Во время шторма здесь одновременно находят убежище до десятка судов разных рыбодобывающих предприятий.

Оригинальную попытку решить проблему защиты ковша от волнения представляет сооружение у пос. Бошняково. Этот ковш защищен двумя бетонными молами, причем восточная часть его мелководна и фактически представляет собой заполненный морской водой карьер прямоугольной формы с бетонным обрамлением. Ковш построили южнее устья реки Августовки для того,  чтобы в него не попадали речные наносы, которые прибрежным течением уносятся к северу от ковша.

Приведенные примеры показывают, что в результате учета геоморфологических условий побережья и местных особенностей перемещения наносов большинство ковшей, несмотря на их небольшие размеры, слабо подвержены заносимости песчаным материалом. Большее значение имеет заиление ковшей и избежать его очень трудно. Илистый материал проникает в них во взвеси и отлагается внутри, так как ковши представляют собой как бы естественные отстойники. Поступление илистого материала в прибрежную часть моря может происходить не только за счет выносов рек, но и в результате разрушения склонов временными водотоками, при плоскостном смыве и т. д. Так, например, на западном побережье Сахалина максимально заиливаются ковши, построенные у берегов, сложенных глинистыми сланцами. Ковши же, расположенные у берегов, сложенных изверженными породами или плотными песчаниками, совершенно не подвержены заилению. Однако при выборе места для строительства ковшей следует иметь в виду прежде всего заносимость их песком, так как заиление происходит гораздо медленнее. Кроме того, очистить небольшую акваторию ковша от ила не представляет особого труда. В первой половине прошлого века очистка некоторых заиленных ковшей  производилась вручную. Для этого вход в ковш герметически закрывался специальными воротами, вода из него выкачивалась и обнажившееся дно очищалось лопатами.

Опыт строительства японских ковшей показывает, что на открытом берегу небольшие порты-убежища являются сравнительно долговечными сооружениями. Их устойчивость против разрушительного волнения обеспечивается главным образом особенностями плановых очертаний, компактностью формы, применением соответствующих конструкций молов, волноотбойных стенок и т.п., а также умелым использованием отдельных форм рельефа берега и дна. Большую роль в обеспечении длительного срока службы ковшей играет своевременный ремонт их, что, как правило, не требует большой затраты времени, средств и рабочей силы. К сожалению, в настоящее время  ковши практически не ремонтируются и постепенно выходят из строя. И если ковши Атласовский, Ивановский, Макаровский уже не подлежат восстановлению, то некоторые еще могут сослужить добрую службу (Ильинский, Томаринский, Чеховский, Ясноморский и др.). Удачными примерами являются восстановление и эксплуатация ковшей в поселках Заречье, Неводское, Правда. Необходимо сохранить опыт хозяйственного освоения берегов, требуются дальнейшие исследования ковшей для анализа условий строительства новых малых рыболовных портов и реконструкции старых, что поможет решить проблему безопасности мореплавания в прибрежных водах Сахалина.

Современный уровень развития информационно-вычислительной техники, систем электронной связи, дистанционных и телеметрических измерений позволяет решать множество традиционных морских задач существенно новыми методами, а некоторые технологические неразрешимые исследовательские задачи прошлых лет получили новые совершенные инструментальные средства почти обыденного бытового уровня. Несомненно, что к таким инструментам можно отнести как 

Рис. 36. Изображение двух кадров на экране ЭВМ при моделировании длинноволнового импульса с периодом 5 минут, подходящего из открытого моря к побережью острова Сахалин. Расчетное время для верхнего рисунка 35 минут 27 секунд, нижнего – 57 минут 28 секунд. Максимальная высота волны на верхнем рисунке составляет 1,7 м, на нижнем – 2,9 м

вычислительные эксперименты по моделированию гидродинамических процессов вблизи побережья, выполняемые на персональных компьютерах, так и средства измерения и доставки телеметрической информации, способные эффективно работать по каналам Интернет и электронной почты.

По задачам изучения особенностей мореходства и безопасности мореплавания в морских акваториях Сахалинской области в экспедиционных условиях выполнялись длительные по времени записи глубины моря и координат судна с ежесекундной дискретностью. При анализе данных обнаружилось, что в записях мгновенных значений координат, кроме параметров качки и ходкости судна, с достаточной достоверностью выделяются пульсации поверхностных течений в длинноволновых диапазонах периодов колебаний уровня моря.

Установленная на верхнем мостике экспедиционного судна «Павел Гордиенко» антенна приемника Глобальной системы позиционирования (GPS) регистрировала параметры ходкости судна, по которым велась оценка влияния морского волнения на потерю хода и устойчивость на курсе. На протяжении всего перехода вдоль западного побережья Сахалина стояла умеренно спокойная погода, условия качки судна не изменялись. С юго-запада, со стороны Татарского пролива, к побережью Сахалина подходила морская зыбь с амплитудой порядка 0,5–1,0 м и длиной волны от 20 до 40 м, что создавало условия для генерации шельфовых волн на прибрежном мелководье.

Рис. 37. Спектральное представление аккордов собственных длинноволновых колебаний, характеризующих различные участки побережья о-ва Сахалин. В районе порта Холмск прибрежный шельф имеет наименьшую ширину, что не способствует зарождению собственных длинноволновых колебаний, но и не мешает усилению амплитуды проходящих вдоль берега «захваченных» волн, родившихся на удаленных участках морского шельфа Японского моря.

Спектральная обработка получаемых от приемника GPS материалов показывала вполне устойчивые оценки динамики длинноволновых процессов на маршруте движения судна. С целью уточнения получаемых материалов, по согласованию с капитаном Е.А. Склизковым, на обратном пути «Павел Гордиенко» пошел на юг от Александровска-Сахалинского по 20-метровой изобате со средней скоростью порядка 6-7 узлов. Оценки интенсивности и периодов длинноволновых пульсаций поверхностных течений регулярно сравнивались с аналогичными оценками, получаемыми в результате проведения на борту судна соответствующих вычислительных экспериментов для выявления характерных аккордов собственных колебаний уровня моря.

Экспедиционные наблюдения во многом подтверждали корректность численного моделирования длинноволновой динамики в прибрежных водах острова Сахалин. Подтверждался также эффект увеличения амплитуды длинноволновых колебаний уровня моря на небольшом удалении от берега, полученный ранее при численном моделировании длинноволновых процессов в шельфовой зоне.

По глубоководному желобу длинноволновые возмущения в Японском море очень быстро распространяются и достигают Холмского порта, что можно использовать для оперативного реагирования на изменение гидродинамической или штормовой активности в открытом море, а также с целью оперативного предупреждения удаленных участков смежного побережья об опасных морских наводнениях и цунами. Благодаря особенности рельефа морского дна первоначальный фронт волны наводнения, подходящей к порту Холмск, будет рассеян в глубоководном желобе. Справедливо и обратное: если волна подходит к побережью с задержкой, например при торможении на прибрежных банках севернее порта Холмск, то при ее подходе к берегу проявится «эффект линзы», и волна будет иметь максимальную амплитуду. Указанные процессы также иллюстрируются рисунком 35.

Однако высказанное выше справедливо только для первого вступления волны типа цунами, дальнейшее развитие процесса волнообразования вблизи побережья будет всецело зависеть от резонансных свойств мелководья вблизи побережья. На рис. 35 просматриваются равномерно распределенные вдоль берега всплески гребней захваченных краевых волн, которые могут очень долго существовать в области проведения вычислительного эксперимента и проявляются при спектральном анализе результатов в виде собственных волновых аккордов, характеризующих конкретные участки побережья (рис. 36).

Из оценок спектральных аккордов в акваториях юго-западного побережья острова Сахалин можно сделать вывод, что на записях Холмского мареографа должны проявляться колебания уровня моря с периодом около 8 минут, источником которых являются длинноволновые резонаторы, аккумулирующие и усиливающие энергию захваченных волн в районе острова Монерон и на шельфе вблизи г. Чехов.

Рис. 38. Потенциометрический датчик, закрепленный на оси стационарного Холмского мареографа, выполняет ежесекундное считывание данных об уровне моря, с последующим осреднением их до минутной дискретности. Линия связи активизируется ежечасно, и пакет передаваемых данных дополняется осредненными и экстремальными значениями температур воды и воздуха и отправляется по каналам электронной почты в Сахалинский региональный центр цунами.

В морских инженерных науках практически невозможно разделить исследования по корабельной гидродинамике и гидродинамике стационарных морских сооружений. Одни и те же потоки воды и волновые воздействия должны изучаться как при проектировании быстроходного флота, так и морских гаваней и причалов для него.

Любопытные результаты гидродинамических исследований были получены после успешной опытной эксплуатации телеметрического оборудования для контроля изменений уровня моря на базе стандартного Холмского мареографа. Из анализа полученных данных следуют прямые выводы о перспективных проектных решениях по реконструкции порта, которые могут привести к улучшению гидродинамического и волнового режима на его операционных акваториях.

В сентябре 1999 г. в Холмском порту на базе стандартного мареографа впервые в России был введен в оперативное использование телеметрический измерительный комплекс наблюдения за уровнем моря, температурой воды и воздуха, который успешно отработал чуть более шести месяцев. На этот период Холмский морской торговый порт был объявлен сахалинским научно-исследовательским полигоном для изучения опасных морских явлений и полевых испытаний новых телеметрических систем оперативного контроля состояния морских акваторий.

Так как у побережья Холмского порта есть быстрый спад глубин в сторону вершины глубоководного желоба, то его можно считать хорошо защищенным от неожиданных ударов длинных волн типа цунами. Подъемы уровня воды, наблюдавшиеся в порту в штормовую погоду, вполне соответствовали по длительности времени прохождения циклонов и также не выявили опасных гидродинамических процессов на акватории Холмского порта.

Проведенные в 2001 году наблюдения за динамикой морских вод на япономорском шельфе острова Сахалин и на подходах к Холмскому порту, совместный анализ результатов вычислительных экспериментов и наблюдений на Холмском мареографе позволили также сделать выводы о возможности использования портовой акватории для выработки оперативных прогнозов опасных морских явлений на близлежащих и удаленных участках сахалинского побережья.

Географически порт Холмск расположен в вершине глубоководного япономорского желоба, а его внутренняя акватория чисто и без каких-либо трансформаций длинных волн откликается на длинноволновые процессы в Японском море с периодами волн более 3 минут. Порт Холмск является искусственным гидротехническим сооружением, построенным на месте гавани Маука. Высокоточная регистрация уровня моря в порту представляла безусловный интерес для изучения новых методов оперативной диагностики и прогноза опасных морских наводнений, возникающих на акватории Японского моря и проявляющихся на сахалинском побережье.

В открытых акваториях Татарского пролива действуют ветровые волны и волны морской зыби, подчиняющиеся трохоидальным законам и не чувствительные к глубине. Такие волны не могут существовать на мелководье, где они становятся неустойчивыми и опрокидываются. Предельные деформации волн и последующее опрокидывание гребней, типичное для прибойной зоны, начинаются в среднем с глубины D = 1.3 hмах, где: hмах – высота гребня волны. Соответственно, штормовая волна высотой 6-7 метров при входе в ворота порта с глубиной 10 метров будет находиться в неустойчивом состоянии, близком к опрокидыванию волнового гребня.

При проектировании его волнозащитных молов реализован механизм интенсивного гашения ветровых волн и волн зыби, которые разрушаются узкими дамбами – волноломами, обеспечивающими эффективное гашение морского волнения во входных воротах порта (рефракция штормовых волн и волн зыби на подходе к порту создает условия для их активной интерференции во входных воротах порта с уже отраженными волнами, имеющими обратный сдвиг фаз, с последующей дифракцией прошедших в порт волн, с гашением их в мелководных ловушках). Эти же узкие дамбы являются прозрачными для длинноволновых (продольных) колебаний уровня моря, что обеспечивает открытость порта для излучения собственных или стоячих волн, которые могут образоваться на внутренних акваториях порта.

Входные ворота Холмского морского торгового порта имеют ширину около 120 метров, что по результатам кинематического моделирования составляет ориентировочно 12 секунд времени прохождения длинноволнового импульса между оголовками волнозащитных молов, рассчитанных по закону: , где: С [м/с] – скорость продольной волны, g = 9.8106 м/с², D [м] – осредненная глубина ворот Холмского порта, оцениваемая как: D=10 м. По наблюдениям за волнением на акватории Холмского морского порта, в штормовую погоду обычно отмечаются волны с длиной не менее 50-60 метров, которые в большей степени должны обладать свойствами длинных, продольных волн. Скорость таких волн зависит не только от ее длины, но и от глубины моря и выражается формулой:

В соответствии с хорошо обоснованным проектом строительства, реализованным японскими гидротехниками, порт защищен от штормовых волн и волн зыби открытого моря с периодами 10-12 секунд. Именно такие волны преобладают при прохождении штормов в Татарском проливе. Основная энергия штормовых волн гасится на мелководных пляжах на подходах к Холмскому порту, а отражаемые от волнозащитных молов волны отводятся в разные стороны, чтобы во входных воротах не образовывалось интенсивной толчеи.

Рис. 40. Батиметрическая карта и кинематическая схема длинноволновых процессов на акватории Холмского морского торгового порта с указанием расчетных подобластей: А – входные ворота порта, T – входной фарватер и южная ловушка ветровых волн, S – северная ловушка, Q – область дноуглубительных работ в районе восьмого причала, R – район внутренней восточной гавани, P – южная гавань порта. Волна, прошедшая через ворота порта, практически полностью возвращается примерно через 2 минуты.

Входные ворота практически полностью блокируют прохождение штормовых волн с указанными периодами на операционную акваторию порта, что подтверждается довольно любопытным фактом: у причалов возникает интенсивное волнение с половинными периодами, не превышающими 5-6 секунд. Обычно в волновой гидродинамике удвоение частоты вынужденных колебаний связывается с существенно нелинейными процессами на маршруте распространения волн, что и было использовано для исключения свободного проникновения штормовых волн через входные ворота порта. Как выяснилось, наблюдаемые волны малых периодов являются искусственными, так как рождаются на акватории порта и поддерживаются высокой резонирующей способностью отдельных участков его морского дна.

Таким образом, акватория Холмского порта хорошо защищена от штормовых волн и зыби и имеет широкий выход для излучения в открытое море внутренней длинноволновой энергии, которая на замкнутых акваториях имеет свойство аккумулироваться на участках морского дна с активным откликом на длинноволновые колебания.

Несмотря на добротность проектных решений при строительстве искусственной гавани порта, в последнее годы отмечается некоторое ухудшение волнового режима на акватории порта в результате последней реконструкции, связанной с вводом в эксплуатацию второй очереди паромной переправы. При этой реконструкции были разрушены внутренние молы у волновых ловушек S и T (рис. 40), а также сильно укорочен и оборван на мелководном участке восточный мол (зона R), который ранее образовывал внутреннюю гавань для маломерных судов.

Наблюдения за развитием штормового волнения на подходах к порту выявили отражение волн от насыпного искусственного берега, расширившего за счет моря южную часть наземной территории порта. Отраженные штормовые волны теперь не гасятся на пологом пляже, а возвращаются к воротам порта и устраивают на его входе толчею повышенной амплитуды. Ухудшение волнового режима в целом стало столь заметным, что Холмский морской торговый порт был выведен из состава сахалинских портов-убежищ.

Современные численные методы гидромеханики и вполне эффективные персональные компьютеры позволяют провести серию вычислительных экспериментов по моделированию волнового режима порта, которые дают достаточно обоснованные выводы об особенностях существующей геометрии портовой акватории и о различных проектных решениях по ее изменению.

Собственные колебания прибрежных акваторий сложно выявлять аналитическими или экспериментальными методами, но они довольно точно моделируются прямыми вычислительными экспериментами, основанными на разностных уравнениях динамики жидкости в полных потоках [4]. При постановке вычислительной задачи на выявление аккордов собственных частот учитываются следующие физические особенности проявления длинноволновых процессов над геометрически сложным рельефом морского дна:

1. Если на акваторию морского порта непрерывно воздействует внешнее длинноволновое возмущение на строго определенной частоте, то во всей акватории установятся периодические колебания строго на заданной частоте, при этом амплитуда и фаза волн в конкретных точках будет зависеть от пространственной геометрии и резонирующих свойств, близлежащих к этой точке участков.
2. Если на замкнутую акваторию воздействует короткий единичный импульс, то в ней возникают свободные колебания. Вследствие ярко выраженных дисперсионных свойств волнения моря, обусловленного сильными конвективными течениями в областях со сложной геометрией дна, в исследуемой акватории образуются длинноволновые колебания во всем диапазоне более низких частот, чем содержалось в исходном единичном источнике.
3. Учитывая, что в реальной морской акватории всегда присутствуют области с повышенными резонирующими свойствами, следует ожидать, что по прошествии некоторого времени все колебания в заданной акватории приобретут свойства полосового спектра, где каждый локальный участок будет иметь характерный аккорд собственных колебаний, определяемый ее собственными топологическими и резонансными свойствами.

Таким образом, в результате короткопериодного импульсного возмущения морской акватории, она вся возбудится в широком спектре собственных колебаний, а по прошествии некоторого времени в ней останутся колебания только на тех частотах, которые будут поддержаны рельефом морского дна, образующим либо усилители амплитуды, либо аккумуляторы энергии этих волн.

В результате проведения серии вычислительных экспериментов были выявлены участки морского дна, на которых происходит усиление интенсивности или аккумуляция энергии волновых колебаний, возникающих под воздействием различных внешних источников возмущения, таких как атмосферные циклоны, прибрежные сейшевые колебания уровня, длинная штормовая зыбь и другие источники длинноволновых процессов отрытого моря.

Рис. 41. Изображение на экране ЭВМ в процессе проведения прямого вычислительного эксперимента по моделированию волнового режима в Холмском морском торговом порту. На рисунке показан ход моделирования непрерывного гармонического воздействия от штормовых волн с характерным периодом 10 секунд северо-западного направления. В поле изображения показаны точки наблюдения за текущими колебаниями уровня моря и течениями, рядом с которыми проставлены столбики с максимальными амплитудами волн, зарегистрированными на текущий момент в данных точках.

Расчеты волнового режима на акватории Холмского морского торгового порта выполнены с использованием цифровой модели батиметрии порта с шагом оцифровки 3 м. Пространственная аппроксимация позволяла с помощью 3 условных ячеек вести волну с периодом 3 секунды по глубине 1 м.

На рис. 41 видно, как в южной и северной волновых ловушках происходит увеличение амплитуд и смещение фаз входящих в порт волн. На входе эти волны частично сохраняют свои трохоидальные свойства и при попадании на мелководные пляжи волновых ловушек практически полностью самоуничтожаются. Если часть волновой энергии трохоидальных волн преобразуется в длинноволновую, то на выходе из волновых ловушек она гасится во взаимодействии с новыми, входящими на акваторию порта ветровыми волнами.

Для поиска длинноволновых резонаторов на акватории Холмского порта было установлено 326 точек наблюдения за уровнем моря и течениями. Начальные условия задавались в качестве одиночного импульсного источника, входящего в порт с периодом 3 секунды. В спектральном анализе использовались расчетные волнограммы в интервале времени начиная с 9 до 18 часов. Таким образом, почти полностью исключалось влияние начального возмущения. Рис. 42 показывает, что на акватории порта зарождаются различные длинноволновые колебания в диапазоне периодов от 3 секунд до 1,5 минут, которые в анализируемом интервале времени проявляются в форме ярко выраженных полосовых спектров.

Для анализа результатов вычислительных экспериментов строились следующие пространственные поля, характеризующие распределение параметров волнения по акватории Холмского морского торгового порта: 1) поле передаточной функции, которая характеризует изменение амплитуды волны относительно опорной точки, расположенной в открытом море на входе в порт; 2) пространственное распределение спектральной плотности энергии длинноволновых колебаний уровня моря на акватории порта; 3) пространственное распределение фазы волны относительно опорной точки во входных воротах порта.

Если в порту образуются стоячие резонансные колебания уровня моря, то фазовые функции должны образовывать плоскости с резкими границами разрывов на величину p. Такие линии разрывов являются линиями смены фаз стоячих колебаний (узловые линии), и обычно расстояние между ними соответствует полудлине конкретной волны, которая может длительное время самостоятельно существовать на акватории порта.

Устойчивая волновая мода с периодом 1 минута 32 секунды (рис. 43) образуется длинноволновым откликом по максимальному расстоянию между мелководьем у северного мола и дальней границей у причала в южной гавани порта. Маршрут волновых движений этой волны проходит по очень сложному рельефу дна порта и имеет проницаемую границу со стороны открытого моря, что не позволяет этой волне активно проявляться у причалов. Если же волна с таким периодом будет нагнетаться со стороны моря, то она проявится только в волновых ловушках и у стенки внутреннего мола.

Волновые моды с периодами 55 и 26 секунд (рис. 44) образуются на хорошо обусловленных волновых резонаторах и являются наиболее опасными для судов, находящихся в порту. Эти колебания уровня моря имеют ярко выраженные узловые линии у рабочих причалов порта, что означает возможность появления здесь больших скоростей течений, что как раз и ассоциируется с явлением тягуна. Однако для развития подобных длинноволновых колебаний довольно редко создаются штормовые условия на подходах к Холмскому порту, а зыбь с такими большими периодами в Японском море наблюдается крайне редко.

Другие, более высокочастотные длинноволновые колебания уровня моря образуются и аккумулируются на локальных участках акватории Холмского морского торгового порта (рис. 45), они реализуются при любом шторме, но большой опасности для стоящих в порту судов не представляют.

Показанные выше длинноволновые колебания уровня моря в Холмском морском торговом порту хорошо прописываются на всех волнограммах, полученных при наблюдениях за волновым режимом в Холмском морском торговом порту. Характер собственных колебаний в порту Холмск подтверждает высокое качество его проектирования.

Из анализа результатов вычислительного эксперимента для акватории порта было выявлено несколько плоских придонных террас, которые способствуют усилению волнения в порту при прохождении сильных штормов. Все эти террасы ограниченны с одной стороны берегом, а с другой – резкими свалами глубин: первая – с глубиной около 2,5 м, образовавшаяся в результате разрушения внутреннего мола и углубления фарватера для второй очереди паромной переправы; вторая – обширная мелководная терраса с глубиной около 1,5 м между молом внутреннего ковша и глубоководным фарватером; третья – плоское мелководье с глубинами 1-1,5 м в северной части порта.

Рекомендации по улучшению волнового режима сводятся к уничтожению всех подводных горизонтальных террас, чтобы на их месте остались только плавные (клинообразные) наклоны морского дна, что не допустит аккумуляции волновой энергии на акватории порта. Безусловно, полезным было бы восстановление всех внутренних молов, которые, в соответствии с исходным проектом и с результатами численного моделирования, способны эффективно стабилизировать уровень моря при поступлении на акваторию порта поверхностных (Герстнеровских) волн со стороны штормового моря.

Довольно интенсивная волна с периодом около 5 минут, выявленная в результате вычислительных экспериментов (рис. 39) только в районе Холмского порта и присутствующая в наблюдениях с борта экспедиционного судна (рис. 32), ни разу не наблюдалась в записях Холмского мареографа (рис. 36), что также подтверждает защищенность порта от внешних воздействий с периодами волн менее 7-8 минут.

Последний вывод несколько ухудшает условия использования Холмского мареографа в качестве поста для оперативного контроля состояния Японского моря в целом. Однако для длинноволновых процессов с периодами 8 и более минут, Холмский мареограф способен эффективно отслеживать спектральные портреты штормов, проявляющихся у различных участков япономорского побережья.

Основные теоретические предложения и прикладные задачи в целом хорошо согласовались с выводами совместного анализа результатов прямых вычислительных экспериментов, высокоточных наблюдений на Холмском мареографе и оценочными наблюдениями за волновым режимом с борта НИС «Павел Гордиенко». Использование сети аналогичных мареографов, непрерывно поставляющих информацию о состоянии моря в единый аналитический центр, могло бы позволить существенно повысить эффективность морских служб Сахалинской области, отвечающих за оперативный прогноз опасных морских явлений и безопасность человеческой жизни на море.

Если столь скрупулезным исследованиям может быть подвергнута акватория любого порта или гавани, которые, в сущности, являются естественными образованиями и лишь незначительно видоизменяются в интересах базирования кораблей и судов, то насколько тщательно можно произвести расчёты и проектирование корабельного корпуса, который полностью является искусственным образом человеческого разума.

Наши предшественники – создатели добротных исторических кораблей и старых портовых сооружений, нередко показывали глубокое понимание единства морской стихии, корабля и его штормовых укрытий – прибрежных гаваней, и одинаково ответственно подходили к инженерным решениям для всех этих сложных гидродинамических задач. В определённый момент истории, вдруг осознав своё могущество, новые кораблестроительные науки начали являть на свет не судно для моря, а судно для размещения на нём грузов и механизмов или оружия. Началось время неуемных попыток силового “покорения морской стихии” и создания гидромеханических чудовищ. Технологическое чудо серийного строительства новых судов также стало неожиданным препятствием для прямого диалога между мореплавателями и корабелами, и пароходы с «улучшенными недостатками» ломались на океанской волне подобно пресловутым транспортам типа «Либерти». Вместо поиска непротиворечивых решений по улучшению условий обитаемости для экипажа, кораблестроители снова и снова противопоставляют морю силовые решения, пытаясь использовать успокоители качки и стабилизаторы ограниченных платформ внутри корабля. Как естественный результат, мореплаватели ставят множественные ограничения на условия мореплавания новых больших и малых кораблей и судов, пряча их от малейших дуновений свежего морского ветерка.

Очень похожая технологическая революция наблюдается в наши дни с навигационным обеспечением мореплавания, когда под лозунгом использования новейших космических систем и автоматизированных радиотехнических средств в реальности забываются многие древние морские науки, рушатся старые навигационные сооружения, позволявшие ранее кораблю оставаться полностью автономным в дальних морских походах.

Но все же попробуем показать, что обводы корпусов и общая архитектура исторических кораблей и судов, выработанные многими поколениями старых капитанов и корабелов, не были случайными и ошибочными, а добротными и очень грамотными в отношении хорошей морской практики. И не их беда, что математическая наука того времени не хотела защищать практический опыт проектирования древних кораблей, что старые корабелы не обосновывали свой инженерный опыт с помощью новомодных по сути исследований динамических процессов, возникающих при взаимодействии штормового моря и любимого детища – корабля.

История штормовой мореходности (от древности до наших дней)
§ 1. История кораблестроения как поиск непротиворечивого диалога с океаном
§ 2. Условия штормового мореходства и морская инфраструктура
§ 3. Проектные особенности корабля повышенной штормовой мореходности
§ 4. Проработка перспективных проектов кораблей повышенной мореходности
Морское дело и научно-техническое творчество юношества
Краткий толковый словарь морских и кораблестроительных терминов
Аннотированный список использованной литературы
Содержание