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A submersible is an underwater vehicle which needs to be transported and supported by a larger watercraft or platform. This distinguishes submersibles from submarines, which are self-supporting and capable of prolonged independent operation at sea.[1]
There are many types of submersibles, including both human-occupied vehicles (HOVs) and uncrewed craft,[2] variously known as remotely operated vehicles (ROVs) or unmanned underwater vehicles (UUVs). Submersibles have many uses including oceanography, underwater archaeology, ocean exploration, tourism, equipment maintenance and recovery and underwater videography.[3]
The first recorded self-propelled underwater vessel was a small oar-powered submarine conceived by William Bourne (c. 1535 – 1582) and designed and built by Dutch inventor Cornelis Drebbel in 1620, with two more improved versions built in the following four years.[4] Contemporary accounts state that the final model was demonstrated to King James I in person, who may even have been taken aboard for a test dive.[5][4] There do not appear to have been any further recorded submersibles until Bushnell's Turtle.
The first submersible to be used in war was designed and built by American inventor David Bushnell in 1775 as a means to attach explosive charges to enemy ships during the American Revolutionary War. The device, dubbed Bushnell's Turtle, was an oval-shaped vessel of wood and brass. It had tanks that were filled with water to make it dive and then emptied with the help of a hand pump to make it return to the surface. The operator used two hand-cranked propellers to move vertically or laterally under the water. The vehicle had small glass windows on top and naturally luminescent wood affixed to its instruments so that they could be read in the dark.
ブッシュネルの亀甲船は、1776年9月7日にニューヨーク港でイギリスの旗艦HMSイーグルを 攻撃するために初めて実戦投入された。当時、この船を操縦したのはエズラ・リー軍曹だった。リーは亀甲船をイーグルの船底に押し付けることに成功したが、強い潮流のため爆薬を取り付けることができなかった。
有人潜水艇は主に特殊部隊によって使用され、特殊部隊はこの種の船舶をさまざまな特殊任務に使用することができます。[ 6 ]
サイズ以外に、「潜水艇」と「潜水艦」の主な技術的な違いは、潜水艇は完全な自律性を備えておらず、電力や呼吸ガスの補給のために支援施設や船舶に頼る場合がある点です。潜水艇は一般的に航続距離が短く、主に水中で運用され、水上での機能はほとんどありません。一部の潜水艇は「テザー」または「アンビリカル」で運用され、支援船（潜水艦、水上艦艇、またはプラットフォーム）に接続されたままになります。潜水艇は、水面下10km （33,000フィート）を超える深海まで潜航することが可能です。
潜水艇は比較的小型で、乗組員も少なく、居住設備もない場合がある。
潜水艇は、多くの場合、船舶用スラスタやポンプジェットによって非常に機敏な機動性を備えており、乗組員が操作できる比較的器用な操作装置を備えている場合もある。
潜水艇の設計および建造に使用される技術：
絶対圧力：海面では、大気圧は約1バール、つまり103,000 N/m²です。水中では、水深1メートルごとに圧力が約0.1バールずつ増加します。任意の水深における全圧力は、その水深における水圧（静水圧）と大気圧の合計です。この合計圧力は絶対圧力と呼ばれ、その関係は次のようになります。
絶対圧力（bar abs）＝ゲージ圧力（bar）＋大気圧（約1 bar）
絶対圧力を計算するには、同じ単位を使用してゲージ圧力に大気圧を加えます。ダイビングの計算では、圧力ではなく深度で計算する方が便利な場合があります。この場合、大気圧は10メートルの深度に相当すると考えられます。絶対深度（m）＝ゲージ深度（m）＋10m。
深度測定：圧力監視装置
構造的および生理学的な理由から、水圧は線形水深よりも重要である。特定の水深における水圧は、水の密度の変化によって変動する可能性がある。
水中の線形深度を正確に表すには、測定値をメートル（m）で表す必要があります。「海水メートル」（msw）という単位は、定義上、圧力の測定単位です。
注：圧力が1バール変化した場合の水深10メートルの変化は、水の密度が1012.72 kg/m³に相当します。
単気圧潜水艇は、内部圧力が地表の大気圧に維持される耐圧船体を備えている。そのため、船体は外部の水圧に耐える必要があり、その圧力は内部圧力の何倍にもなることがある。
常圧潜水艇は、船内外の圧力を一定に保ちます。船内は空気で満たされており、外部圧力と釣り合う圧力になっているため、船体は圧力差に耐える必要がありません。
3つ目の技術は「ウェットサブ」と呼ばれるもので、密閉型の場合もそうでない場合もあるが、いずれの場合も内部に水が浸入するため、乗組員は水中呼吸装置を使用する。これはダイバーが携行するスキューバ器材の場合もあれば、潜水艇に搭載された呼吸ガス供給装置の場合もある。
物体が液体に浸されると、物体は液体を押し出し、邪魔にならないようにする。
物体が部分的に水に浸かると、浸かった部分にかかる圧力は、押し出された水の重さに等しくなります。その結果、液体に浸された物体は、この浮力によって軽く見えるようになります。押し出された液体の量と、それによって生じる浮力の関係は、アルキメデスの原理として知られており、次のように表されます。
「物体が液体に完全に、または部分的に浸されている場合、その物体が受ける浮力は、押し退けられた液体の重さに等しい。」
浮力と重量によって、物体が液体中で浮くか沈むかが決まります。重量と浮力の相対的な大きさによって結果が決まり、3つのシナリオが考えられます。
負の浮力：物体の重量が、物体が押し退けた液体の重量によって受ける浮力よりも大きい場合、物体は沈みます。
中性浮力：物体の重さと浮力が等しい場合、物体は沈むことも浮くこともなく、現在の位置に安定して留まります。
正の浮力：物体の重量が浮力よりも小さい場合、物体は上昇して水面に浮かびます。物体が水面に達すると、液体から部分的に浮き上がり、押し出された液体の重量が減少し、結果として浮力も減少します。最終的に、減少した浮力が物体の重量と釣り合い、物体は平衡状態で水面に浮かびます。
During underwater operation a submersible will generally be neutrally buoyant, but may use positive or negative buoyancy to facilitate vertical motion. Negative buoyancy may also be useful at times to settle the vessel on the bottom, and positive buoyancy is necessary to float the vessel at the surface. Fine buoyancy adjustments may be made using one or more variable buoyancy pressure vessels as trim tanks, and gross changes of buoyancy at or near the surface may use ambient pressure ballast tanks, which are fully flooded during underwater operations. Some submersibles use high density external ballast which may be released at depth in an emergency to make the vessel sufficiently buoyant to float back to the surface even if all power is lost, or to travel faster vertically.
Some submersibles have been able to dive to great depths. The bathyscapheTrieste was the first to reach the deepest part of the ocean, nearly 11 km (36,000 ft) below the surface, at the bottom of the Mariana Trench in 1960.
China, with its Jiaolong project in 2002, was the fifth country to send a person 3,500 meters below sea level, following the US, France, Russia and Japan. On June 22, 2012, the Jiaolong submersible set a deep-diving record for state-owned vessels when the three-person sub descended 6,963 meters (22,844 ft) into the Pacific Ocean.[7]
Among the most well-known and longest-in-operation submersibles is the deep-submergence research vessel DSV Alvin, which takes 3 people to depths of up to 4,500 metres (14,800 ft). Alvin is owned by the United States Navy and operated by WHOI, and as of 2011 had made over 4,400 dives.[8]
James Cameron made a record-setting, crewed submersible dive to the bottom of Challenger Deep, the deepest known point of the Mariana Trench on March 26, 2012. Cameron's submersible was named Deepsea Challenger and reached a depth of 10,908 metres (35,787 ft).[9]
DSV Limiting Factor （ 2022年の売却以降はBakunawaとして知られる）は、 Triton Submarines社が製造し、2022年以来Gabe Newell氏のInkfish海洋探査研究機関が所有・運用している有人深海潜水艇（DSV）である。 [ 10 ] 5つの大洋すべてにおいて、有人潜水の最深記録を保持している。Limiting FactorはVictor Vescovo氏が3,700万ドルで発注し、2018年から2022年の間、同氏の海洋研究機関Caladan Oceanicによって運用された。[ 11 ] DNVにより海洋全深度までの潜水が商業的に認証されており、パイロットが操縦し、オブザーバー用の設備も備えている。
この潜水艇はファイブ・ディープス探検で使用され、5つの大洋すべての最深部に到達した最初の有人潜水艇となった。[ 12 ] 21人以上がDSVで地球上で最も深いチャレンジャー海淵を訪れた。リミティング・ファクターは、フィリピン海溝の水深6,469m （21,224フィート）にある駆逐艦USSジョンストン と、水深6,865m （22,523フィート）にあるUSSサミュエル・B・ロバーツの残骸を特定するために使用され、沈没船への最深潜水となった。[ 13 ]また、地中海の水深約2,350m （7,710フィート）にあるフランス潜水艦ミネルヴ（S647）と、大西洋の水深約3,800m （12,500フィート）にあるRMSタイタニックへの潜水にも使用された。
U-boat Worx、Triton Submarines、LLC、SEAmagine Hydrospace、Sub Aviator Systems (または「SAS」)などの民間企業は、観光、探査、アドベンチャー旅行用の小型潜水艇を開発しています。ブリティッシュコロンビア州にあるSportsubというカナダの会社は、1986年からオープンフロア設計（部分的に浸水するコックピット）の個人用レクリエーション潜水艇を製造しています。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
米国の民間企業であるオーシャンゲート社も潜水艇の建造に参加したが、最新の潜水艇が水中で爆発し生存者がいなくなったことで、同社は厳しい監視下に置かれた。 [ 18 ]
「海洋遠隔操作型無人潜水機」（MROV）または「遠隔操作型水中無人潜水機」（ROUV）と呼ばれる小型の無人潜水艇は、ダイバーにとって深すぎたり危険すぎたりする水域での作業や、経済的に有利な場合に広く使用されている。
遠隔操作無人潜水機（ROV ）は、洋上石油プラットフォームの修理や、沈没船にケーブルを取り付けて引き上げる作業に使用されます。これらのROVは、アンビリカルケーブル（電力と通信を供給する太いケーブル）で船舶の管制センターに接続されています。船上のオペレーターは、ROVから送られてくる映像やソナー画像を確認し、スラスタやマニピュレーターアームを遠隔操作します。タイタニック号の残骸は、このようなROVと有人船の両方によって調査されました。
自律型水中ビークル（AUV）は、オペレーターからの継続的な操作を必要とせずに水中を移動するロボットです。AUVは、無人水中ビークルと呼ばれるより大きな水中システム群の一部であり、この分類には、アンビリカルケーブルを介して、またはリモートコントロールを使用してオペレーター/パイロットが水面から制御および給電する非自律型遠隔操作水中ビークル（ROV）が含まれます。軍事用途では、AUVは無人水中ビークル（UUV）と呼ばれることが多いです。 水中グライダーはAUVのサブクラスです。
エアロックと一体型の潜水室を備え、そこから水中ダイバーを投入できる潜水艇のクラス。例えば、以下のようなもの。