A 20. század közepéig a víz alatti munka szinte mindig a felszínhez kötötte a búvárt. Nehéz ruhára, levegőt szállító tömlőre, biztosítókötélre és a hajón dolgozó segítőkre volt szükség. Ezzel a felszereléssel lehetett hajókat javítani és rakományt kiemelni, de a mozgás nehézkes maradt, minden merülés pedig összetett műszaki műveletnek számított.

A fordulat 1943-ban következett be, amikor Jacques-Yves Cousteau francia tengerésztiszt és Émile Gagnan mérnök megalkotta kompakt, automatikus levegőadagolású légzőkészülékét. A reduktor belégzéskor nyitott, és a környező víz nyomásának megfelelően adagolta a gázt. A búvár így már nem csupán a víz alatt tartózkodhatott: önállóan úszhatott, szabadon választhatott irányt, és levegőtömlő nélkül eltávolodhatott a hajótól.

Miért nem elég egy hosszú cső?

A felszínen a levegő körülbelül egy atmoszféra nyomással hat a testre. A víz alatt ehhez hozzáadódik a vízoszlop nyomása, amely tízméterenként nagyjából további egy atmoszférával nő. Ez nemcsak a búvárt körülvevő vízre, hanem a mellkasára is hat.

Ha valakit lemerítenének, miközben egy hosszú légzőcső vége a felszín felett maradna, a csőben lévő levegő nyomása csaknem légköri lenne. Kívülről viszont a víz ennél jóval erősebben nyomná a mellkast. Már viszonylag kis mélységben is nehézzé válna, hogy a légzőizmok kitágítsák a tüdőt és beszívják a levegőt. A cső meghosszabbítása nem oldaná meg a problémát: növelné a légáramlás ellenállását, és több már kilélegzett gáz maradna benne.

A búvárnak tehát nem egyszerűen levegőkészletre van szüksége, hanem olyan levegőre, amely a környező vízzel azonos nyomáson érkezik. Tíz méter mélyen ez körülbelül két atmoszféra abszolút nyomást, húsz méteren nagyjából három atmoszférát jelent. A búvárkészülék alapelve éppen az lett, hogy a légzőgáz nyomását automatikusan a mélységhez igazítja.

Korai próbálkozások a felszíntől független merülésre

Sokáig a sisakos nehézbúvár-öltözet jelentette az alapvető megoldást. A hajón működő szivattyú tömlőn keresztül juttatta le a levegőt, a nehéz csizmák és súlyok pedig a fenéken tartották a búvárt. A rendszer hosszú munkavégzést tett lehetővé, de a mozgás hatótávolságát a tömlő hossza korlátozta. A tömlő megsérülhetett, beleakadhatott valamibe vagy megcsavarodhatott.

A mérnökök már jóval az 1940-es évek előtt igyekeztek függetleníteni a búvárt a felszíntől. A 19. században Benoît Rouquayrol és Auguste Denayrouze olyan készüléket fejlesztett ki, amelynek szabályozója szükség szerint adagolta a sűrített levegőt. Az 1920-as években Yves Le Prieur palackos, önálló felszerelést készített, ebből azonban folyamatosan áramlott a levegő. A gáz akkor is fogyott, amikor a búvár nem lélegzett be, ezért a készlet hamar kimerült.

A későbbi készülék elemei tehát külön-külön már léteztek: a sűrített levegős palack, a nyomáscsökkentő és az igény szerinti adagolás. Ezeket kellett olyan kompakt, megbízható szerkezetté egyesíteni, amely a mélység és a testhelyzet változásakor is automatikusan működik.

Cousteau ötlete, Gagnan szabályozója

Cousteau a francia haditengerészetnél szolgált, emellett búvárkodással és víz alatti filmezéssel foglalkozott. Olyan eszközt keresett, amellyel a búvár tömlő nélkül mozoghat, és csak belégzéskor kap levegőt. A második világháború idején ismerkedett meg az Air Liquide mérnökével, Émile Gagnannal, aki gáztechnikai berendezésekhez és nyomásszabályozókhoz értett.

Gagnan éppen egy kompakt, a gázt pontosan adagoló szelepen dolgozott. Cousteau azt javasolta, hogy a szerkezetet sűrített levegős palackokhoz igazítsák. Az új rendszerben a palack nagy nyomását először csökkentette a szabályozó, majd a levegő nem folyamatosan, hanem csak a búvár belégzésekor jutott a rendszerbe.

Az első változat még nem működött tökéletesen. Vízszintes testhelyzetben megfelelően adagolta a levegőt, más helyzetben azonban túl keveset adhatott, vagy éppen folyamatosan ereszthette. Ezt a szabályozó és a kilégzőszelep közötti nyomáskülönbség okozta.

A tervezők átrendezték az alkatrészeket, és két bordázott tömlőt alkalmaztak. Az egyiken a levegő a szájrészhez jutott, a másikon a kilélegzett gáz visszaáramlott a szabályozó mellett elhelyezett szelephez. Ezzel mérsékelték a testhelyzet hatását, és egyenletesebbé tették a légzést.

A továbbfejlesztett rendszert 1943 nyarán a Földközi-tengerben próbálták ki. Cousteau szabadon merülhetett, különböző testhelyzetekben úszhatott, majd a hajóval való összeköttetés nélkül emelkedhetett a felszínre. A konstrukciót még abban az évben szabadalmaztatták Franciaországban. Később ez lett a CG45 sorozatgyártású készülék alapja, az Aqua-Lung, vagyis „vízi tüdő” elnevezés pedig széles körben ismertté vált.

A víz nyomása vezérelte az adagolást

A készülék központi eleme a rugalmas membránnal működő légzőautomata volt. A membrán egyik oldalát a környező víz nyomta, a másik a szabályozó légkamrájához kapcsolódott. Amíg a búvár nem lélegzett be, a két oldalon kiegyenlített maradt a nyomás, a levegőbevezető szelep pedig zárva volt.

Belégzéskor kissé csökkent a nyomás a szájrészben és a kamrában. A kívülről ható víznyomás ekkor benyomta a membránt, amely egy kar segítségével kinyitotta a szelepet. A palackból addig áramlott levegő a rendszerbe, amíg a belső és a külső nyomás ismét ki nem egyenlítődött. Ezután a membrán visszatért alaphelyzetébe, és az adagolás leállt.

A szerkezet nem külön műszerrel mérte a mélységet, és nem számította ki a szükséges nyomást. Maga a környező víz vezérelte a membránt: minél mélyebbre merült a búvár, annál nagyobb nyomás hatott a szabályozóra, amely ennek megfelelően nagyobb nyomáson adta a levegőt. Így a gázt a mellkasra nehezedő külső nyomás leküzdése nélkül lehetett belélegezni.

A kilélegzett levegőt a rendszer nem tisztította meg és nem használta fel újra, hanem buborékok formájában a vízbe engedte. Ezt nyitott rendszernek nevezik. Viszonylag egyszerű megoldás, de folyamatos palackos gázkészletet igényel.

A készlet a mélységgel egyre gyorsabban fogy, mert minden belégzett térfogategység több levegőmolekulát tartalmaz. Azonos légzési térfogat mellett tíz méteren körülbelül kétszer, húsz méteren pedig nagyjából háromszor olyan gyorsan ürül a palack, mint a felszínen.

A találmány átalakította a merülést

A háború után megkezdődött Cousteau és Gagnan rendszerének sorozatgyártása. A palackokat a búvár hátára erősítették, a szabályozó automatikusan adagolta a levegőt, az uszonyok pedig lehetővé tették a szabad úszást. Mindezt nehéz sisak és levegőtömlő nélkül.

Korábban a búvár többnyire a fenéken állt vagy gyalogolt, a munkaterület közelében. Az új felszereléssel már a tengerfenék felett úszhatott, barlangokba és hajóroncsokba hatolhatott be, tengeri állatokat figyelhetett meg, illetve filmfelvételeket készíthetett. A búvárkészülék hamarosan tudományos expedíciók, víz alatti régészeti kutatások, mentési műveletek és a kedvtelési búvárkodás eszközévé vált.

Cousteau víz alatti kutatásokhoz és filmekhez használta ki az új mozgásszabadságot. A nézők először láthatták a tengeri környezetet nem egy batiszkáf ablakán át vagy egy nehézbúvár helyzetéből, hanem egy szabadon úszó ember szemével. A készülék hatása ezért túlmutatott a technikán: az óceán immár közvetlenül megfigyelhető térként jelent meg.

A szabadság nem szüntette meg a veszélyeket

Az automatikus szabályozó megoldotta a levegő megfelelő nyomású adagolását, a merülés élettani korlátait azonban nem törölte el. A mélységgel nő a gázfogyasztás és a nitrogén hatása, a túl gyors emelkedés pedig dekompressziós betegséget okozhat. Ha a búvár emelkedés közben visszatartja a lélegzetét, a tüdejében táguló levegő súlyos sérülést idézhet elő. Emellett figyelni kell a megmaradt gáz mennyiségére, a hőmérsékletre, a felhajtóerőre és az emelkedés sebességére is.

A búvárkészülék elterjedésével ezért fejlődött a képzés, megjelentek a merülési táblázatok, a nyomásmérők, a felhajtóerő-szabályozók és a korszerűbb reduktorok. A modern felszerelések kialakítása és használhatósága sokat változott, de az alapelv ugyanaz maradt: a levegőt nagy nyomáson tárolják, a légzőautomata pedig csak belégzéskor, a környezeti nyomáshoz igazodva adagolja.

Cousteau és Gagnan nem a semmiből alkotta meg a víz alatti légzés minden elemét. Teljesítményük abban állt, hogy a már ismert megoldásokat praktikus, megbízható és takarékos készülékké egyesítették, amely független mozgást adott a búvárnak. Ezzel az önálló merülés ritka műszaki kísérletből a víz alatti világ kutatásának széles körben hozzáférhető módjává vált.