Если центр тяжести и метацентр совпадут в одной точке, то у судна будет нейтральная остойчивость: у него не будет восстанавливающей силы. Накрененное на борт, оно так и останется в наклонном положении. Естественно, что под действием внешних сил крен судна может нарастать до тех пор, пока оно не перевернется. Вместе с тем большой крен опасен даже при нормальной метацентрической высоте. При достижении очень большого угла крена (50–70°), т. е. так называемого угла заката, когда палуба входит в воду, а центр величины начинает смещаться к диаметральной плоскости судна, последнее оказывается уже не в состоянии выровняться и опрокидывается. Происходит это из-за того, что метацентр оказывается ниже центра тяжести и вместо восстанавливающего на судно начинает действовать опрокидывающий момент.
Из практики известно довольно много случаев гибели судов вследствие утраты ими остойчивости и опрокидывания. В мае 1982 г. в порту Бомбей при операциях с сыпучим грузом на гондурасском судне "Бхойя пайонир" (1123 peг. т) возник опасный крен из-за смещения груза, вследствие чего судно перевернулось и затонуло. Также в мае 1982 г. в Северной Атлантике (у берегов США) на панамском судне "Долиа Д" под действием волн во время шторма произошло смещение груза руды. Судно, имевшее 4818 peг. т, получило большой крен и было поспешно оставлено экипажем. Спустя некоторое время судно перевернулось и затонуло. В декабре 1985 г. в Средиземном море на панамском судне "Лидес" (3167 peг. т) во время шторма возникла течь в одном из трюмов. Течь привела к образованию крена и смещению в трюмах груза чугуна. Вследствие этого крен резко увеличился, судно опрокинулось и затонуло. Турецкое судно "Вади" (598 peг. т) перевернулось и затонуло в Мраморном море в связи со смещением груза пиритов. Погибли 3 и пропали без вести 7 человек. В апреле 1986 г. панамский паром "Дона Жозефина" (991 peг. т), находясь в территориальных водах Филиппин, получил опасный крен из-за смещения палубного груза, вследствие чего он довольно быстро перевернулся и затонул. Погибли 29 человек, пропали без вести 165 человек. В феврале 1987 г. в порту Фредрикстад из-за неравномерного распределения воды опрокинулось и легло на грунт левым бортом норвежское пассажирское судно "Миднатсол Норге" (2098 peг. т), стоявшее в ожидании переоборудования.
Причины потери остойчивости судами чрезвычайно разнообразны. Одной из них является плавание судна на попутной волне, когда скорость судна и его длина примерно совпадают со скоростью и длиной попутной волны. При этом судно своей средней частью оказывается на гребне волны, а его нос и корма из воды выходят, вследствие чего резко уменьшаются силы поддержания судна в нормальном положении и оно может легко перевернуться. Столь же опасна попутная волна и для малых судов, когда длина волны больше длины судна, но скорости их совпадают. При этом судно разворачивается бортом к волне.
Например, сейнер "Мирный" в ноябре 1971 г. входил в устье реки Камчатки, в порт Усть-Камчатск. Ветер не превышал 2–3 баллов, с моря шла пологая зыбь. Когда "Мирный" проходил в бар в устье реки (бар – это полоса волнения, где течение реки сталкивается с встречным приливным течением), его догнало несколько крупных волн. Одна из них подняла корму сейнера и, развернув его правым бортом к зыби, вкатилась на кормовую палубу, залив открытый трюм. Сейнер резко повалился на левый борт и на нос, потеряв управляемость. Вторая волна перевернула его вверх килем.
Не менее опасна попутная волна и для крупных судов. Теплоход "Комсомолец Киргизии" в 1971 г. вышел из канадского порта Труа-Ривер, направляясь в Ленинград с грузом пшеницы. Через несколько часов плавания ветер усилился до 12 баллов. Судно начало штормовать, удерживаясь носом против волны, но, чтобы уклониться от приближающегося центра циклона, вынуждено было лечь на обратный курс. Следуя на попутном волнении, теплоход неожиданно резко накренился на левый борт на 45°, а затем медленно выпрямился, но остался с постоянным креном около 10°. Судну удалось укрыться в бухте Сент-Мэрис на острове Ньюфаундленд. Причиной аварии явилось смещение груза пшеницы, вызванное установкой некачественных перегородок (шифтингов) в трюмах, а также неравномерным распределением груза по площади трюмов. Однако главная причина аварии – это внезапное накренение судна, длина которого (около 140 м) была близка к длине океанских волн. Накренение произошло из-за потери остойчивости на попутной волне.
Если верна пословица, что тот, кому суждено быть повешенным, не утонет, то она применима и к судам. Теплоходу "Комсомолец Киргизии" было, видимо, суждено утонуть от потери остойчивости, а не по какой-либо другой причине, потому что он избежав гибели в 1971 г., все-таки погиб в 1987 г. В марте 1987 г. теплоход находился в Атлантическом океане, следуя с грузом муки на Кубу. У берегов США он попал в обычный для марта шторм. Под действием качки произошло смещение груза, появился крен, а затем и течь. Сигнал бедствия с судна был принят в 8 часов 20 минут утра на станции береговой охраны США в Кейп-Мей (штат Нью-Джерси). Через 15 минут станция установила радиосвязь с судном, которое находилось примерно в 220 милях к востоку от Кейп-Мей. С авиабазы Кейп-Код к судну вылетел самолет и три вертолета, в море вышел спасательный катер. Когда первый вертолет подлетел к судну, крен достигал уже 40° и волны свободно перекатывались через судно. Вертолеты в условиях ураганного ветра поочередно зависали над судном на высоте примерно 12 м и с помощью двухместной люльки поднимали людей: сначала женщин, а потом и всех остальных. Капитан оставил судно последним, когда оно, окончательно теряя остойчивость и плавучесть, уже почти совсем лежало на борту и над водой возвышалась лишь надстройка. Все 37 членов экипажа были доставлены в порт Атлантик-Сити, где им была оказана помощь (двое моряков получили ранения), а затем они вылетели в Ленинград.
Особая опасность потери остойчивости при смещении груза вызывается тем, что такое смещение практически не устранимо в условиях моря. Подсчитано, что один человек может за час перебросить около 2 т железного концентрата на расстояние 4 м. Для устранения крена всего лишь 5° от смещения груза на судне чистой грузоподъемностью около 17 тыс. т понадобится работа 50 человек в течение 20 часов. Если учесть, что грузовые суда имеют экипаж в 20–30 человек, то станет очевидным, что даже на относительно небольших судах указанная работа практически невыполнима, не говоря уже о судах грузоподъемностью в 30 и более тысяч тонн.
Потеря остойчивости может произойти вследствие неправильного размещения груза. Румынский т/х "Лидия" должен был погрузить на борт в порту Бейрут 500 т железного лома. После погрузки 480 т в трюм по настоянию грузоотправителя началась его погрузка на палубу. Но вместо оставшихся 20 т на палубу дополнительно погрузили еще 113 т, вследствие чего у судна возник крен 4° левого борта. Погрузку приостановили до возвращения капитана с берега. Прибывший капитан распорядился переместить часть палубного груза с левого борта на правый, после чего появился и стал увеличиваться крен на правый борт. Чтобы прекратить его рост, завели дополнительные швартовы, однако через несколько минут крен достиг 45°, и команда покинула судно. Крен продолжал расти, вскоре мачта ударилась о причал и сломалась, а "Лидия" затонула. Причиной аварии было признано неправильное размещение груза, особенно размещение его на верхней палубе, что значительно повысило центр тяжести судна и оно потеряло остойчивость.
Наличие груза на верхней палубе опасно тем, что он не только повышает центр тяжести судна и ухудшает его остойчивость, но и в случае смещения на какой-либо борт угрожает судну опрокидыванием и гибелью.
4 октября 1968 г. т/х "Рухну" следовал в Балтийском море с грузом каменного угля в трюмах и 12 контейнерами, закрепленными на люках трюмов № 1, 2. Ветер достигал силы 7 баллов, слева по носу шли крутые волны. Судно испытывало сильную бортовую качку, и палуба левого борта постоянно заливалась водой. Амплитуда качки – около 20° на оба борта. Вскоре возник постоянный крен левого борта 4–5°, после чего капитан уменьшил ход до малого, а судно развернулось носом против волны. Однако не успело судно выйти на новый курс, как под действием крутой волны оно накренилось на 25–30° левого борта. После удара следующей волны крен возрос до 30–35°. В этот момент не выдержали крепления, и контейнеры с трюма № 2 сорвались на палубу, застряв у фальшборта. Затем то же самое произошло с контейнерами с трюма № 1, после чего крен достиг 50–60°. Попытки выбросить контейнеры или хотя бы дренажные трубы из контейнеров результатов не дали. Тем временем забортная вода через палубные вентиляционные грибки "стала поступать во внутренние помещения, и судно начало ложиться на борт. Экипажу удалось спустить спасательные плотики и высадиться в них. Вскоре судно опрокинулось и утонуло. В результате расследования было признано, что первоначальный крен возник из-за смещения угля в трюмах, а плохо закрепленные контейнеры на верхней палубе, сорвавшиеся со своих мест, вызвали опрокидывание судна. Кроме того, капитану следовало заблаговременно принять меры безопасности: укрыться в проливе, изменить курс и скорость.
Судно может потерять остойчивость также и в тех случаях, когда в высоко расположенные судовые помещения попадет много воды во время тушения пожара. Пассажирский лайнер "Эмпресс оф Канада" стоял в порту Ливерпуль в ремонте. Возникший на судне пожар тушили водой, подавая ее гидромониторами с берега и пожарных судов. Первый заметный крен у лайнера появился уже через час после начала тушения пожара. Примерно через четыре часа крен достигал уже 17°, после чего тушение пожара прекратили, но крен продолжал возрастать, и судно опрокинулось. Потеря остойчивости произошла из-за того, что вода скопилась в верхних помещениях судна, а экипаж не позаботился о спуске воды вниз.
Статистика показывает, что малые суда опрокидываются чаще, чем большие. Так, на долю судов длиной от 40 до 60 м приходится 46 % кораблекрушений от потери остойчивости. Если взять за основание регистровую вместимость, то на долю судов валовой вместимостью менее 1000 peг. т приходится около 48 % кораблекрушений. Но теряют остойчивость и погибают и крупные суда, например "Великий Устюг" (длина 150,8 м), "Умань" (длина 126 м), "Тикси" (длина 157 м) и ряд других. Причем опрокидывание судов не обязательно происходит вдали от берегов и в условиях сильного шторма. На долю открытых морей приходится 21 % кораблекрушений от потери остойчивости, на закрытые моря – 34 %, на прибрежные морские районы, устья рек и внутренние воды (порты, реки, озера) – 45 % кораблекрушений.
Кораблекрушения вблизи берегов объясняются в значительной мере психологическими причинами: возникающим у моряков ложным чувством относительной безопасности, вследствие чего они чаще нарушают требование водонепроницаемости корпуса, в том числе открывают бортовые иллюминаторы, двери, люки. Здесь же чаще нарушаются правила перевозки грузов: плохая укладка, крепление, прием лишнего груза и т. д. Особенно опасен перегруз судна, ибо при этом существенно уменьшается плавучесть судна и резко ухудшается его остойчивость.
12 ноября 1960 г. груженную баржу переводили в условиях хорошей погоды от одного причала к другому в порту Петропавловск-Камчатский. Когда буксир прижимал баржу к причалу, она накренилась, и палуба вошла в воду. Незакрепленная стрела крана на барже развернулась, увеличив крен, вода стала поступать в открытый трюм, и баржа, потеряв остойчивость, затонула. Расследованием было установлено, что на баржу грузоподъемностью 500 т было погружено именно это количество угля, но перед погрузкой не проверили зачистку трюмов от перевозившегося ранее гравия и песка. Фактически в трюмах и на палубе оставалось около 170 т прежнего груза. Кроме того, на барже скопилось около 20 т воды, а на палубе был установлен кран массой 18 т. Иначе говоря, на барже было более 200 т лишнего груза. В результате грузовая марка (т. е. специальный знак на борту судна, который показывает, где должна проходить ватерлиния после загрузки судна) оказалась ниже поверхности воды на 0,6 м и угол входа палубы в воду (т. е. угол крена, при котором палуба начинает входить в воду) вместо предусмотренных 11,5° составлял всего 3°.
Случаи гибели судов в результате потери остойчивости обычно классифицируют по четырем группам: 1) внезапное опрокидывание;
2) медленное накренение; 3) затопление с креном; 4) опрокидывание по неизвестным причинам.
Примерно 50 % аварий от потери остойчивости происходит внезапно, 31 % – в результате медленного накренения, 19 % – от затопления с креном.
Уменьшение остойчивости не означает, что экипаж и судна обречены на гибель. Они могут попытаться использовать практические рекомендации, которые выработаны для этих случаев: уход аварийного судна в укрытие; сбрасывание за борт палубного груза, изменение скорости: прием балласта: изменение курса; перекачка жидких грузов. Многое зависит также от характера груза на судне, теряющем остойчивость. Так с грузом угля погибли 96,5 % аварийных судов, с рудой – 47,6; с зерном – 84,5; с лесом – 23,5; с навалочными грузами – 65,2; с генеральным грузом – 56,5; с сырой рыбой – 81; с прочими грузами – 88 %. Полностью спасти экипаж удается только в 29 % случаев гибели судов от опрокидывания. В 23 % случаев экипаж погибает полностью.
При этом нередко такая гибель наступает вследствие ошибок самого экипажа. Шведский теплоход "Гентиана" полностью загруженный следовал в море при ветре 6 баллов. Из-за качки на палубе произошло смещение груза тары, и судно слегка накренилось на правый борт Его привели на ветер и уменьшили ход. Для ликвидации крена в течение 10 минут откачивали воду из междудонного танка правого борта. Откачку прекратили, как только крен уменьшился. Танк до конца не опорожнили, поэтому в нем появилась "свободная поверхность", т. е. масса воды, свободно перемещающаяся с борта на борт при соответствующих накренениях судна. Центр тяжести такой массы воды как бы свободно блуждает, перемещаясь в сторону накрененного борта и тем самым еще более увеличивая крен. Иначе говоря, откачка части воды из танка привела к ухудшению остойчивости, которая и без того из-за палубного груза была малой. После того как команда уложила на прежнее место сместившийся груз тары, судно легло на прежний курс и пошло прежней скоростью, после чего сразу же появился крен, но уже на левый борт, вызванный общим уменьшением балластной воды из правого танка и асимметрией в откачке ее только с правого борта. Вследствие крена крепления палубного груза оборвались, он сместился на левый борт, и судно перевернулось.
На французском автомобильном пароме "Альфа", стоявшем у причала под разгрузкой, на верхней палубе находилось пять большегрузных машин. Поскольку выгрузка других автомобилей производилась в первую очередь из более низких помещений, остойчивость судна существенно ухудшилась, и у него появился крен. Когда один из крупных грузовиков на верхней палубе был освобожден от креплений, он покатился в сторону накрененного борта, увеличив крен до такой степени, что дальнейшая разгрузка стала невозможной. Пытаясь уменьшить крен, капитан приказал вернуть на судно один из грузовиков, уже съехавший на берег. После возвращения на паром этот грузовик тоже покатился к накрененному борту, и паром опрокинулся. Ошибочное решение капитана обернулось для судна катастрофой.
Одна из причин потери судами остойчивости – это разжижение груза, перевозимого навалом (уголь, руда, рудные концентраты, химические грузы и пр.). Дело в том, что для лучшего заполнения трюмов многие навалочные грузы обычно смачиваются водой, которой в общей массе груза, весящего тысячи или десятки тысяч тонн, оказывается довольно много. Под влиянием ударов волн, качки, вибрации капли воды постепенно поднимаются в верхние слои груза и он может "поплыть". Если учесть, что "плавающая" часть груза весит сотни или тысячи тонн, то понятна угроза, которой подвергается судно.