Гидрокостю́м, специальная одежда, предназначенная для дайвинга, подводной охоты, водолазных работ, сёрфинга, виндсёрфинга, кайтсёрфинга, фридайвинга, парусного спорта, морских спасательных операций и др. Гидрокостюм обеспечивает тепловую защиту, защиту от травм, а также снижает влияние водной среды на человека.

Гидрокостюм «сухой».Гидрокостюм «сухой».

По конструктивным особенностям гидрокостюмы классифицируют на «мокрые», «сухие» и «полусухие». «Мокрые» гидрокостюмы не обеспечивают полную изоляцию от воды. Вода проникает между гидрокостюмом и кожей, создавая эффект термоса. «Полусухие» гидрокостюмы имеют более высокую защиту от проникновения воды внутрь за счёт специальных уплотнителей и герметичных молний. Несмотря на это, вода всё же попадает внутрь, но в минимальных количествах – не более 200 г. В качестве обтюраторов (уплотнителей, которые уменьшают затекание воды в гидрокостюм и в маску) используются манжеты из неопрена, имеющего одностороннее дублирование. Это уменьшает доступ и циркуляцию воды между телом и гидрокостюмом. Теплозащитные свойства гидрокостюмов «полусухого» типа выше, чем у гидрокостюмов «мокрого» типа примерно на 10–15 %. «Сухие» гидрокостюмы предотвращают проникновение воды и обеспечивают максимальную защиту в тёплых и умеренно холодных водах. Гидрокостюмы «мокрого» и «полусухого» типов могут изготавливаться как в виде монокостюмов, так и раздельных (состоящих из отдельных частей – штаны, куртка и др.). Монокостюмы удобнее надевать, но они обладают низкими теплозащитными свойствами. Раздельный гидрокостюм состоит из 2 или 3 частей – куртки, брюк и шлема. Такой гидрокостюм облегает тело двойным слоем неопрена и обладает лучшими теплоизолирующими свойствами. Оба типа гидрокостюмов могут иметь вклеенный или отдельный шлем. Также производятся комбинированные гидрокостюмы, которые состоят из длинных штанин, жилета-безрукавки, шлема и рукавов без капюшона. Комбинированный гидрокостюм может использоваться раздельно, также его можно использовать для погружения как в тёплую, так и в холодную воду.

Дополнительные аксессуары к гидрокостюму включают в себя карманы, а также наколенники для защиты от истирания и разрывов. В зависимости от применения гидрокостюмы оснащаются накладками для защиты от истирания в разных областях.

Гидрокостюмы изготавливают как для взрослых, так и для детей. Гидрокостюмы могут изготавливаться на заказ, что обеспечивает лучшую посадку. Гидрокостюм должен плотно прилегать к телу, т. к. неплотное прилегание, особенно в таких областях как запястья, лодыжки, шея и местах накладок, приводит к прониканию воды. Эластичные уплотнения на манжетах гидрокостюма предотвращают потерю тепла.

В зависимости от условий, для которых предназначены гидрокостюмы, выбирается толщина используемого материала. Самые тонкие гидрокостюмы имеют толщину 3 мм. Бо́льшая толщина делает гидрокостюм теплее, но это ограничивает движения. Высокая пластичность и гибкость гидрокостюма достигается за счёт большей сжимаемости материала, но это снижает теплоизоляцию при погружении на глубину.

Тип обработки шва является ключевым фактором, определяющим качество гидрокостюма и его основную функцию – способность сохранять тепло.

История создания гидрокостюма

Изобретателем современного неопренового гидрокостюма, совершившим революцию в подводном плавании и сёрфинге, считается американский физик Х. Брэднер. Участвуя в разработке первой атомной бомбы, по долгу службы он совершил серию погружений в воду, где столкнулся с проблемой быстрой теплоотдачи под водой. Это подтолкнуло Брэднера к экспериментам с материалами для гидрокостюма. В 1952 г. он пришёл к выводу, что между тканью костюма и кожей может быть тонкий слой воды, если в ткани костюма будет достаточная теплоизоляция, т. к. теплоизоляцию обеспечивает не вода, а газ в ткани костюма. У. Баском, инженер из Института океанографии Скриппса (штат Калифорния) предложил Х. Брэднеру в качестве подходящего изолирующего материала пористый неопрен. Они попытались запатентовать идею неопренового гидрокостюма, но их заявка была отклонена, поскольку гидрокостюм был слишком похож на лётный костюм. ВМС США также отклонили предложение Х. Брэднера и У. Баскома снабдить своих пловцов и водолазов новыми гидрокостюмами, т. к. опасались, что газ, содержащийся в неопреновом компоненте костюмов, будет приводить к быстрому обнаружению водолазов подводным сонаром (система оповещения).

Джек О'Нил. 2012.Джек О'Нил. 2012.

Дж. О'Нил, американский бизнесмен, которому также приписывают изобретение гидрокостюма, начал использовать неопреновую пену с закрытыми порами. Экспериментируя с материалом и обнаружив, что он превосходит другие изолирующие пены, Дж. О'Нил основал в 1952 г. в Сан-Франциско компанию O'Neill по производству гидрокостюмов.

Типы гидрокостюмов

В зависимости от условий погружения используются костюмы разной толщины: так, в тёплой воде используются костюмы толщиной 3–5 мм, а в холодной – до 11 мм. При увеличении глубины (под воздействием внешнего давления) неопреновые костюмы становятся тоньше, вследствие чего теряется теплоизоляция и уменьшается плавучесть костюма. Это компенсируют за счёт поддува жилета. «Сухие» костюмы не имеют перечисленных выше недостатков, однако требуют поддува воздуха или аргона во внутреннее пространство гидрокостюма.

«Мокрые» гидрокостюмы чаще используют для подводной охоты. Внутренняя сторона оснащена маленькими присосками в форме полусфер, за счёт чего материал прилипает к телу. В зависимости от температуры воды подбирается толщина гидрокостюма: так, при температуре воды 21 °C выбираются 3-мм гидрокостюмы, для погружения в воду в тёплое время, в средней полосе, используют 5-мм костюмы. Для подводной охоты в холодных водах выбираются гидрокостюмы толщиной 7 мм и более. Как правило, охотничьи гидрокостюмы состоят из высоких штанов и куртки.

«Мокрые» или «полусухие» гидрокостюмы, как правило, бывают 2 мм толщиной. В отдельных случаях толщина гидрокостюма комбинируется, если он предназначен для активного движения. Чтобы обеспечить активные действия пловца, делают вставки из более тонкого материала под коленями, подмышками и на локтях. На изделии указываются минимальная и максимальная толщина, например 2–3, 3–4 мм. «Мокрые» или «полусухие» гидрокостюмы, используемые для виндсёрфинга, прорезинены на коленях для дополнительной защиты от повреждений.

Для фридайвинга используются «мокрые» костюмы толщиной 3–5 мм с наружным покрытием, минимизирующим трение о воду. При изготовлении применяется полированный неопрен. В плечевой области особый крой гидрокостюма обеспечивает свободное поднятие рук.

Схема по использованию гидрокостюмов в зависимости от температуры воды для сёрфинга

Материалы

Гидрокостюмы изготавливаются из различных синтетических материалов, чаще из неопрена (разновидность синтетического каучука). Неопрен считается многофункциональным материалом и имеет ряд свойств: водонепроницаемость, свойственную всем каучукам; пористую структуру, которая обеспечивает теплоизоляционные качества материала (изделия из неопрена выдерживают температуры от 90 до –55 °С); устойчивость к солёной воде, маслам и химикатам; экологичность (неопрен не накапливает статическое электричество и не вызывает аллергии); высокую огнестойкость; небольшой вес, гибкость и пластичность. Неопрен также способен активизировать кровоток в коже. Изделия из этой материи ускоряют обменные процессы и помогают выводу токсинов. Неопрен имеет и ряд недостатков: ткань не пропускает воздух, что может привести к раздражению кожи; носить изделия из неопрена следует не более 1–2 ч в сутки; изделия из неопрена требуют особого ухода.

При изготовлении гидрокостюма используют неопрен как с гладкой поверхностью, так и ламинированный титановыми покрытиями и тканью (полиэстером, хлопком или другими эластичными видами ткани). Для гидрокостюмов «мокрого» типа используется пористый неопрен, гидрокостюмов «сухого» типа – прессованный неопрен, а для гидрокостюмов, предназначенных для подводной охоты, – неопрен со срезанной порой в виде сферы. За счёт этого материал как на присосках прилипает к телу, уменьшая циркуляцию воды внутри гидрокостюма.

Изначально гидрокостюмы изготавливались без подкладочного материала. Такой тип гидрокостюма требовал осторожности при натягивании. Растяжение приводило к разрыву, несмотря на то что эту проблему пытались решить за счёт припудривания костюма и тела тальком, чтобы облегчить скольжение.

Позднее гидрокостюмы изготавливались с использованием подкладочных материалов, например в виде наклеенной на одну сторону неопрена нейлоновой трикотажной ткани. Это позволяло относительно легко натягивать костюм, т. к. нейлон обеспечивал меньше трения. Но нейлон достаточно жёсткий материал, он ограничивал гибкость гидрокостюма.

В 1960 г. британская компания Dunlop Sports Company выпустила жёлтый неопреновый гидрокостюм Aquafort для повышения видимости дайверов, однако через некоторое время эта линия была снята с производства. Цветные гидрокостюмы вновь появились в 1970-х гг., когда был разработан неопрен с двойной основой, где неопрен поместили между двумя тканевыми слоями, значительно увеличив прочность изделия.

Современные «сухие» гидрокостюмы производятся также из такого материала, как триламинат. Триламинат – это трёхслойный газонепроницаемый материал, представляющий собой слой бутиловой резины, дублированной с двух сторон высокопрочным нейлоном. Внешний слой нейлона более плотный и, соответственно, более прочный.

С 2015 г. для производства гидрокостюмов используются новые решения и материалы, такие как Apex-Plus, Matrix Mesh, Fireline, Bamboo Charcoal.

Apex-Plus – ультраэластичный неопрен, гладкий и шелковистый, способный растягиваться на 25 % больше предыдущих аналогов. Apex-Plus состоит из неопреновой основы, покрытой внешним слоем из волокон спандекса (также известного как лайкра). Спандекс – это эластичный синтетический материал из полиуретановых волокон. Благодаря уникальной способности быстро изменять размеры и возвращаться в первоначальное состояние, волокна спандекса получили широкую популярность в производстве гидрокостюмов.

Высокоэластичные ткани, такие как спандекс, в основном заменили простую нейлоновую основу, поскольку нейлоновая трикотажная ткань не может быть растянута так же сильно. Включение лайкры в основу позволило увеличить растяжение гидрокостюмов, они лучше облегали фигуру и были более комфортными.

Костюмы из ткани Matrix Mesh (плотно расположенные воздушные микрокамеры, формирующие 3D матрицу) задерживают тепло и увеличивают плавучесть. Воздушные карманы изолируют тело, подобно окнам с двойными стеклами. В результате получается более тёплый и лёгкий гидрокостюм без увеличения толщины материала. 

Fireline – изоляционный слой, новая теплосберегающая технология из быстросохнущих волокон полипропилена, сплетённых с волокнами джерси. Рифлёная поверхность впитывает влагу, которая нагревается теплом тела, за счёт чего внутри гидрокостюма создаётся «парниковый эффект».

Bamboo Charcoal – внутреннее покрытие гидрокостюма с волокнами, содержащими бамбуковый уголь, обладающий бактерицидным и антиперспирантным эффектом.

Также существуют резиновые гидрокостюмы. К плюсам резиновых гидрокостюмов можно отнести следующие показатели: они хорошо сохраняют тепло и малопродуваемы, вне зависимости от силы ветра. Но резиновые гидрокостюмы легко повреждаются, на жарком солнце резина может плавиться, поэтому сушить резиновый гидрокостюм можно только в тени. Использование недостаточно качественной резины сковывает движения во время погружений.

Функции гидрокостюма

К основной функции гидрокостюма относится обеспечение теплоизоляции. К вторичным функциями относятся плавучесть и защита от некоторых вредных факторов окружающей среды, таких как истирание, солнечные ожоги или охлаждение ветром.

Неподвижная вода отводит тепло от тела путём чистой тепловой диффузии, примерно в 20–25 раз быстрее, чем неподвижный воздух. Теплопроводность воды составляет 0,58 Вт/(м×град), в то время как теплопроводность неподвижного воздуха 0,024 Вт/(м×град), поэтому незащищённый человек может погибнуть от переохлаждения даже в тёплой воде в тёплый день.

Гидрокостюмы из вспененного неопрена содержат небольшие пузырьки азота. Азот, как и большинство газов, имеет очень низкую теплопроводность по сравнению с водой или твёрдыми телами. Вспененный неопрен имеет типичную теплопроводность в районе 0,054 Вт/(м×град), что примерно вдвое превышает теплопотери неподвижного воздуха. Однако на глубине около 15 м толщина неопрена уменьшается вдвое, а его теплопроводность увеличивается примерно на 50 %, что приводит к потере тепла в 3 раза быстрее, чем на поверхности.

Измерения объёма неопреновой пены, используемой для гидрокостюмов, при гидростатическом сжатии показали, что около 30 % объёма и, следовательно, 30 % плавучести теряется примерно на первых 10 м, ещё 30 % – примерно на 60 м, а на 100 м – около 65 %. Площадь поверхности среднего человека составляет около 2 м², поэтому объём несжатого цельного гидрокостюма толщиной 6 мм будет около 10 л. Масса зависит от конкретного состава пены, но, вероятно, будет около 4 кг, при этом чистая плавучесть на поверхности составит около 6 кг. В зависимости от общей плавучести дайвера обычно требуется 6 кг дополнительного веса, чтобы привести дайвера к нейтральной плавучести, позволяющей достаточно легко спускаться. Потеря плавучести компенсируется путём надувания компенсатора для поддержания нейтральной плавучести на глубине.

Эволюция гидрокостюма

Большинство ранних гидрокостюмов изготавливались вручную, что приводило к ошибкам в размерах при раскрое. Полотна резины просто накладывались друг на друга и сшивались. Главная проблема заключалась в том, что проделывание отверстий через оба слоя для нити создавало проходы для проникновения воды. Вторая проблема заключалась в том, что при надевании гидрокостюма отверстия увеличивались. Также это делало гидрокостюм холодным вдоль всех швов. Когда появился неопрен с нейлоновой основой, проблема частично решилась, но все равно отверстия от иглы пропускали воду вдоль швов. К 1970-м гг. гидрокостюмы изготавливались из неопрена с двойной основой, сшитого вместе, но для соединения швов были разработаны новые методы, такие как проклеивание швов, склеивание или скрепление. Была разработана лента для заклеивания швов, которая представляла собой прочную нейлоновую ткань с очень тонкой, но прочной водонепроницаемой резиновой основой. Лента накладывалась поперёк шва и склеивалась либо химическим растворителем, либо термоуплотнителем горячей прокатки для вплавления ленты в неопрен.

С появлением красочных дизайнерских костюмов с двойной основой лента переместилась на внутреннюю сторону костюма, т. к. она была широкой с неровными краями и некрасивой. Была разработана современная техника потайного шва с использованием изогнутой иглы, которая не проходила через весь неопрен. Это означало отсутствие проколов, как при обычном шитье, а шов был плоским, что делало гидрокостюм более удобным.

В начале 1970-х гг. компания Gul Wetsuits впервые разработала цельный гидрокостюм, названный «пароход» из-за видимого конденсированного водяного пара, выделявшегося из костюма при снятии, что позволяло теплу и воде, находившейся внутри, выходить наружу.

В 1989 г. Body Glove создала гидрокостюм без молнии. В это время были введены новые материалы, включая спандекс и другие термопластики для использования в тёплой воде. В 1990-х гг. в некоторые гидрокостюмы стали добавлять титан. В начале 21 в. (в 2020-х гг.) его регулярно добавляют в гидрокостюмы высокого класса, поскольку он помогает удерживать тепло тела, создавая максимальную теплоизоляцию.

По мере того как производители гидрокостюмов продолжали разрабатывать дизайн, они находили способы дальнейшей оптимизации и настройки материалов. Появились новые методы резки и сборки с компьютерным управлением. Данные технологии помогли добиться большей точности швов и позволили дизайнерам использовать множество отдельных полосок разных цветов, при этом на гидрокостюмах не появлялись выпуклости и рябь из-за неправильного раскроя и смещения швов.

Системы автоматизированного проектирования Computer Aided Design (CAD) позволяют выполнять точный раскрой гидрокостюмов по индивидуальному заказу. Автоматизированная система CAD позволяет проектировать кривые линии и фигуры в двумерном (2D) пространстве или кривые поверхностей и твёрдых тел в трёхмерном (3D) пространстве. Для обозначения подобных систем используется аббревиатура САПР.

По мере развития гидрокостюмов их начали использовать в таких видах спорта, как плавание и триатлон. Хотя неопрен с двойной основой прочен, поверхность ткани относительно грубая и создаёт большое сопротивление в воде, замедляя пловца. Костюм с одинарной основой имеет более гладкую внешнюю поверхность, которая создает меньшее сопротивление. Неопрен с одинарной подкладкой более эластичен, чем с двойной подкладкой. Разработки гидрокостюмов с одинарной подкладкой включают костюмы, предназначенные для фридайвинга и подводной охоты.

В некоторых видах гидрокостюмов для триатлона используют методы формовки и текстурирования резины для придания шероховатости поверхности костюма на предплечьях, чтобы увеличить сопротивление и помочь пловцу двигаться вперед по воде. Очень тонкий (1 мм) неопрен также часто используется в области подмышек, чтобы снизить нагрузку на пловца, когда он вытягивает руки над головой.

Инновации в данной области привели к созданию гидрокостюмов с электрическим подогревом. Эти костюмы имеют специальные нагревательные панели, встроенные в заднюю часть гидрокостюма. Энергия для нагрева поступает от батарей, встроенных в гидрокостюм. Более универсальным является неопреновый жилет с подогревом, который работает так же, как и гидрокостюм с подогревом, но может надеваться под любой тип гидрокостюма.

Гидрокостюмы, подогреваемые потоком горячей воды, подаваемой с поверхности, являются стандартным снаряжением для коммерческого дайвинга в холодной воде. Такие типы гидрокостюмов имеют свободный крой, поскольку в них постоянно подаётся нагретая вода, которая должна выходить из костюма, чтобы обеспечить равномерное распределение потока. Первый подогреваемый гидрокостюм был создан в 2007 г. В костюм были встроены специальные нагревательные элементы, изготовленные из углеволокна. Они подключались к двум литий-ионным аккумуляторам (весом по 120 г каждый), расположенным на нижней части спины.

Гидрокостюм водяного обогрева (КВО-2) российского производства является примером обогреваемой конструкции специальной одежды, работающей по открытой схеме. Обогрев осуществляется через стенки нагревательных элементов, в качестве которых используется система трубок. Костюм предназначен для погружений в воду с температурой 0–10 °С. Под гидрокомбинезоном присутствуют газовые смеси с содержанием гелия до 99 %. Теплоноситель поступает от надводного или подводного объекта по шлангу через соединительный узел гидрокомбинезона, разъём и приёмный коллектор. Далее теплоноситель циркулирует по трубкам на костюме и отводится во внешнюю среду.

Водообогреваемый гидрокостюм Divex Polaris также является примером обогреваемого гидрокостюма для проведения работ в холодной воде. В комплект водообогреваемого гидрокостюма входит внутренний комбинезон «мокрого» типа, предохраняющий от прямого воздействия теплоносителя и осуществляющий функцию пассивной защиты в случае отказа системы обогрева. Трубки проложены по внутренней поверхности гидрокомбинезона, обеспечивая равномерное распределение горячей воды по телу, исключая перегибание и закупорку трубок. Для доставки теплоносителя в ботинки, перчатки и шлем трубки подачи горячей воды выходят за пределы рукавов, штанин или шейного обтюратора. Теплоноситель движется по разводящим трубкам, истекает через открытые концы трубок, наполняет подкомбинезонное пространство и, таким образом, обогревает тело, затем удаляется во внешнюю среду через соединения. Гидрокомбинезон изготовлен из предварительно обжатого неопрена толщиной 7 мм, дублированного с внешней стороны сверхпрочным нейлоном. Рукава изготовлены из более эластичного неопрена, что обеспечивает большую свободу движений рук. Клапан регулировки подачи воды обеспечивает максимальный расход воды до 30 л/мин и позволяет самостоятельно производить регулировку расхода. Трубки изготовлены из специальной силиконовой резины, которая не натирает кожу при длительном контакте. Комбинезон изготовлен из предварительно обжатого неопрена толщиной 3 мм.

В 2020-х гг. ведутся разработки по автоматизации системы регулирования температуры обогреваемых гидрокостюмов и другой специальной одежды для глубоководных работ.

Компьютерное моделирование позволяет подобрать электрические сопротивления и напряжения, точно соответствующие их тепловым аналогам. Данный метод подходит для приблизительной оценки значений температуры на поверхности тела человека. Установка датчика температуры на основе результатов, полученных при данном способе моделирования электротепловой аналогии, имеет некоторые погрешности в работе автоматической системы регулирования.

Физическая модель, как и компьютерная, представляет собой параллельно-последовательное соединение сопротивлений с включёнными источниками напряжения, которые заменяют источники тепла – тело человека и нагревательный элемент. Как и в случае с компьютерным моделированием, среда является общим электрическим потенциалом. В данной модели сопротивления подобраны таким образом, чтобы их отношение с минимальной погрешностью соответствовало отношению тепловых сопротивлений одежды. Погрешность составляет 1,1 °C. Разница в полученных значениях температуры в предполагаемой точке установки датчика составляет 0,3 °C. Наибольшая разница в значениях температур для расчётных данных и данных, полученных из физической электротепловой модели пакета спецодежды, наблюдается во втором слое. Однако погрешность в данном слое одежды не имеет большого влияния на общие расчёты. Данная методика позволяет дать объективную оценку распределения температуры на поверхности тела человека. Также физическая модель позволяет определить требуемое значение температуры в месте установки датчика автоматической системы, что позволяет произвести необходимые расчёты для разработки автоматической системы регулирования и её дальнейшей работы.