Digital Age: Подводен свят, населяван от хора - от митовете до скорошна реалност

С нарастването на населението на планетата неминуемо започват да се появяват идеи за това накъде трябва да се насочим, за да решим проблема с изтощаването на планетата ни и нейните ресурси. Докато някои гледат към звездите като потенциална следваща дестинация, компанията за океански технологии и проучвания Deep стартира нов проект за дълбоководни местообитания, като обяви плановете си за създаване на постоянно човешко присъствие под океана до 2027 г.

Новият проект се фокусира върху Sentinel - подводен хабитат, предлагащ индивидуални спални с душове и тоалетни, напълно конфигурируеми работни пространства, зони за социални контакти и хранене, както и общи помещения за научни изследвания. Чрез поставянето на Sentinel на океанското дъно учените и изследователите могат да останат под вода за дълги периоди от време.

Системата Sentinel се състои от приспособими и гъвкави подводни местообитания, които позволяват на хората да живеят, работят и да се развиват навсякъде в континенталния шелф. Фокусът е върху мисията на няколко поколения да направят хората водни, като Sentinel е първият значителен етап по този път.

Нещо ново под водата

Подводните хабитати са структури, в които хората могат да живеят продължително време и да изпълняват повечето от основните човешки функции в рамките на 24-часовото денонощие, като работа, почивка, хранене, лична хигиена и сън. В този контекст понятието „местообитание“ обикновено се използва в тесен смисъл и означава вътрешността и непосредствената външна част на структурата и нейните приспособления, но не и заобикалящата я морска среда. Повечето ранни подводни местообитания не разполагат с регенеративни системи за въздух, вода, храна, електричество и други ресурси.

Идеята за живот под вълните отдавна завладява въображението на писатели-фантасти и футуролози, но по разбираеми причини първите стъпки в тази насока са направени едва през втората половина на 20 век. Американският изобретател Едуин Алберт Линк започва през 1962 г. проекта „Човек в морето“, който излага водолазите на хипербарни условия под вода в камера за гмуркане, като кулминацията е първият акванавт Робърт Стенюи, който прекарва повече от 24 часа на дълбочина от 61 м. На свой ред, прочутият морски изследовател Жак-Ив Кусто провежда първия проект Conshelf във Франция през 1962 г., когато двама водолази прекарват една седмица на дълбочина 10 метра. Той е последван през 1963 г. от Conshelf II на 11 метра за един месец и на 25 метра за две седмици. Базата Helgoland UWL е първото местообитание, което се използва в студени води, когато е потопена в Северно море в края на 60-те години.

Към момента в света има три подводни хабитета, които се занимават с научна дейност, както и един изцяло потопен луксозен ресторант - Ithaa край бреговете на Малдивите. Всички те обаче са обединени от общи характеристики - те са малки, потопени на плитко и повече или по-малко нишови или просто куриозни инициативи. За сметка на това, амбициите на Deep са от съвсем различно естество.

"Да върнем човечеството в океана"

„Искаме да върнем човечеството в океана“, казва президентът на компанията Шон Уолпърт. „Да повишим осведомеността и да подчертаем значението на океана, който е сърцето и белите дробове на нашата планета, отговорен за кислорода в поне всеки втори дъх, който поемате. Освен това биоразнообразието на океана е огромно, но познанията ни за него остават ограничени. Изследването и картографирането на океана са все още в начален стадий, а потенциалните приложения за здравеопазването, които той предлага, са значителни.“

Проектът Sentinel ще даде възможност на изследователите да живеят под вода до 28 дни в даден момент. Това ще осигури уникален достъп до световните континентални шелфове и до най-дълбоката точка, в която слънчевата светлина прониква в океана, където се смята, че се намират 90 % от морските обитатели.

Възможността да се изследват непознатите дълбини на океана ще даде на учените шанс да наблюдават по-отблизо и да разберат тайните на нашите океани. Sentinel може да се позиционира на дълбочина до 200 м . Това е т.нар. епипелагична зона, през която ще преминава основното количество светлина; всичко под нея е в полумрак. Когато изследват богатството на живота и биоразнообразието, учените установяват, че значителна част от тази дейност се извършва в 200-метровата зона близо до повърхността на океана. Тази зона е от решаващо значение, защото е основната зона, в която се абсорбира и пренася топлината на планетата.

Едни по-различни условия за живот

Deep се стреми да изгради подводна инфраструктура за поддържане на живота, която включва не само модулни местообитания, но и програми за обучение на учените, които ще ги използват. Дългосрочното обитаване под вода включва специализиран вид дейност, наречена гмуркане с насищане. Наречена е така, защото тъканите на водолаза се насищат с газове като азот или хелий. То се използва от десетилетия в офшорния нефтен и газов сектор, но е рядко срещано в научното гмуркане, извън сравнително малкия брой изследователи, които са имали щастието да прекарат известно време в подводни бази. Deep иска да го превърне в стандартна практика за подводните изследователи.

Първото стъпало в тази стълба е Vanguard - бързо разгръщащ се подводен хабитат с размерите на корабен контейнер, който може да бъде транспортиран и снабдяван от кораб и в който могат да живеят трима души на дълбочина около 100 метра. Предвижда се той да бъде тестван в кариера край Чепстоу, Уелс, през първото тримесечие на 2025 г. Планът е екипът да може да разположи Vanguard навсякъде, където е необходимо, за около седмица. Водолазите ще могат да работят с часове на морското дъно, преди да се приберат в модула за хранене и почивка.

Една от новите характеристики на Vanguard е неговата изключителна гъвкавост, що се отнася до захранването. В момента има три варианта: Когато е разположен близо до брега, той може да се свърже с кабел към разпределителен център на сушата, използвайки местни възобновяеми енергийни източници. По-далеч в морето може да се използва захранване от плаващи ферми за възобновяема енергия и горивни клетки, които да захранват Vanguard чрез „пъпна“ връзка, или да се захранва от подводна система за съхранение на енергия, която съдържа множество батерии, които могат да се зареждат, изтеглят и пренасочват чрез подводни кабели.

Дихателните газове ще се намират във външни резервоари на морското дъно и ще съдържат смес от кислород и хелий, която ще зависи от дълбочината. В случай на авария наситените водолази няма да могат да изплуват на повърхността, без да получат животозастрашаваща декомпресионна болест. Затова Vanguard, както и бъдещият Sentinel, ще разполагат и с резервна енергия, достатъчна за 96-часово поддържане на живота, във външна, съседна капсула на морското дъно.

Данните, събрани от Vanguard, през тази година, ще помогнат да се подготви почвата за Sentinel, който ще се състои от капсули с различни размери и възможности. Тези капсули дори ще могат да се настройват на различно вътрешно налягане, така че различните секции да изпълняват различни функции. Например лабораториите могат да бъдат с местното батиметрично налягане за анализ на проби в естествената им среда, но наред с тях може да бъде създадена и камера с налягане 1 атмосфера, в която да акостират подводни апарати и посетителите да наблюдават местообитанието, без да е необходимо да се изравняват с местното налягане.

Според Deep, в типичната конфигурация биха могли да живеят шестима души - всеки със собствена спалня и баня. Тя ще разполага и с набор от научно оборудване, включително пълни мокри лаборатории за извършване на генетични анализи, което ще спестява дни, тъй като няма да се налага да се транспортират проби за анализ до лаборатория на повърхността.

Конфигурацията на Sentinel е проектирана да издържи един месец, преди да се стигне до нужда от попълване на запасите. Газовете ще се допълват чрез подводна връзка от повърхностен буй, а храната, водата и другите запаси ще се спускат по време на планираните смени на екипажа на всеки 28 дни. Хората обаче ще могат да живеят в Sentinel в продължение на месеци, ако не и години.

Там където се срещат 3D принтирането и заваряването

Това е много амбициозна визия и Deep е стигнал до заключението, че тя може да бъде постигната само с усъвършенствани производствени техники. Производственото звено на Deep, наречено Deep Manufacturing Labs (DML), предлага иновативен подход за изграждане на корпусите под налягане на модулите на хабитата. То използва роботи, за да комбинира адитивното производство на метали със заваряване в процес, известен като адитивно производство с телена дъга. С помощта на тези роботи се изграждат метални слоеве, както при 3D принтирането, но слоевете се съединяват чрез заваряване с помощта на горелка с метален инертен газ.

Всяко от роботизираните рамена има работен обхват от 2,8 на 3,2 метра, но DML увеличава тази площ с помощта на концепция, наречена Hexbot. Тя се основава на шест роботизирани ръце, програмирани да работят в унисон за създаване на корпуси на хабитати с диаметър до 6,1 метра. Най-голямото предизвикателство при създаването на корпусите е управлението на топлината по време на адитивния процес, за да не се деформират частите при създаването им. За тази цел DML разчита на използването на топлоустойчиви стомани и на много прецизно оптимизирани параметри на процеса.

Освен производството има и други предизвикателства, които са уникални за сложната задача да се поддържат хората здрави и живи на 200 метра под водата. Едно от най-интересните от тях е свързано с хелия. Заради наркотичния си ефект при високо налягане азотът не бива да се диша от хора на дълбочина под около 60 метра. Така на 200 метра дихателната смес в хабитата ще бъде 2 процента кислород и 98 процента хелий, но поради много високата му топлопроводимост хелият трябва да е загрят до 31-32 °C, за да се получи нормална вътрешна температурна среда от 21-22 °C. Това създава влажна атмосфера, така че порестите материали стават благоприятна среда за развитие на плесени.

Съществуват и множество други предизвикателства, свързани с материалите. Материалите не могат да отделят газове, трябва да са акустично изолиращи, леки и структурно здрави при високо налягане.  Има и много въпросителни, свързани с електричеството, защото хелият разрушава определени електрически компоненти с голяма степен на сигурност. Това налага дори да се проектират собствени печатни платки, които не изпускат газове. Електрическата система ще трябва да се приспособи и към енергиен микс с такива разнообразни източници като плаващи слънчеви ферми и горивни клетки на повърхностен буй. Устройствата за съхранение на енергия представляват голямо предизвикателство за електротехниката: Хелият се просмуква в кондензаторите и може да ги разруши, когато се опита да се измъкне по време на декомпресия. При високо налягане възникват проблеми и с батериите, така че те ще трябва да бъдат разположени извън хабитата в съдове под налягане с налягане 1 атмосфера или в блокове, пълни с масло, които предотвратяват диференциалното налягане вътре.

Възможно ли е да живеем в океана в продължение на месеци или години?

За компания, която има амбицията да се превърне в "SpaceX на дълбоководните изследвания", Deep със сигурност има да извърви доста дълъг път. Вероятно когато подводната инфраструктура напредне и се стабилизира достатъчно, няма да липсва интерес от изключително богати частни лица, които да искат да прекарат време под вълните, подобно на бутиковия космически туризъм днес. Всичко това означава, че ако плановете на Deep за успешен тест до края на тази година се осъществяват, бъдещите възможности са наистина безкрайни. За своите създатели, Deep е не само възможност за ново местообитание, но и платформа за ангажиране на следващото поколение. Затова компанията работи по финансирана от Службата за военноморски изследвания на САЩ програма за популяризиране на идеята за живот под водата, която ще ангажира учениците в поредица от предизвикателства за проектиране на технологии за местообитания. Компанията също така разгръща институт и учебна програма за обучение на бъдещите обитатели на Sentinel. „Ако хората не могат да използват продуктивно и безопасно местообитанията, те са просто лъскави предмети, които се намират на морското дъно“, казват от компанията. Нейните ръководители се надяват, че цялостният подход на Deep ще помогне за поддържане на вълната от интерес към океаните. „Съществува много голямо разминаване между човешката раса и океана“, завършва Шон Уолпърт. „Нашата цел е да стимулираме тази смяна на поколенията и да свържем отново човечеството с морето.“