В июне 1854 г. 27-летний военный инженер-фортификатор штабс-капитан Оттомар (Константин) Борисович Герн прибыл в Ревель для осуществления мероприятий по усилению его обороноспособности в связи с началом Крымской войны и ожидавшимся нападением англо-французской эскадры. Герн посчитал необходимым дополнить береговую оборону порта активными элементами, и сам разработал проект так называемого подводного брандера с зарядом взрывчатого вещества в носовой части. Это судно он рассчитывал использовать для скрытых атак против вражеских судов.
По заказу Военно-инженерного ведомства, ведавшего тогда береговой обороной приморских крепостей, мастерские Ревельского порта в сжатые сроки построили небольшую деревянную подводную лодку, обошедшуюся казне в 1000 рублей. В носовой части ПЛ имелось конусообразное зарядное отделение, которое, по замыслу конструктора, должно было отделяться от корпуса лодки после прикрепления к днищу вражеского судна: "подводный брандер" отходил на безопасное расстояние, после чего с помощью электрического запала производился взрыв.
Через забортный кингстон в трюм лодки при погружении принимался водяной балласт до тех пор, пока над поверхностью моря не оставались лишь смотровой колпак и вентиляционные трубы, закрепленные на специальных поплавках. Эти же поплавки удерживали ПЛ на заданной глубине погружения, которая не должны была превышать 2 м. При всплытии вода откачивалась за борт ручным насосом. Движителем служил двухвитковый архимедов винт с ручным приводом, состоявшим из гребного вала и маховика, связанного с ним зубчатой передачей. Вращением маховика и сообщался ход ПЛ, которая позади гребного финта имела вертикальный руль с румпелем и штуртросами .Экипаж ПЛ - 4 человека.
5 сентября 1854 г. в одной из гаваней Ревельского порта комиссия Военно-инженерного ведомства провела испытания лодки конструкции О.Б.Герна. Оно показало, что в подводном положении корпус недостаточно герметичен, а само судно плохо управляемо. Комиссия предложила автору разработать новый проект ПЛ, но с железным корпусом.
Проектные работы задержались из-за нападения в мае 1854 г. на Ревельский порт британских кораблей. Инженер Герн активно участвовал в обороне Ревеля, руководя установкой артиллерийских батарей на острове Нарген. Лишь 2 июня 21855 г. ему удалось полностью закончить проект. По поручению Военно-инженерного ведомства Морское министерство заказало ПЛ № 2 Механическому и литейному заводу братьев К. и А.Фрикке, находившемуся на Васильевском острове. Наблюдение за ее постройкой Морское ведомство возложило на капитан-лейтенанта П.П.Крузенштерна - внука знаменитого адмирала И.Ф.Крузенштерна. Этот образованный и хорошо знакомый с техникой офицер внес ряд предложений, улучшивших конструкцию ПЛ.
ПЛ № 2 , построенная всего за 3 месяца, уже 5 сентября 1855 г. была готова к ходовым испытаниям. Клепаный корпус был выполнен без набора из железных листов толщиной 3 мм, соединенных в пазах и стыках посредством однорядного заклепочного шва. По форме он представлял собой тел, симметричное в диаметральной плоскости и асимметричное в горизонтальной плоскости, а в сечении по миделю - прямоугольник с закругленной нижней частью. Конструктивно корпус состоял из верхней и нижней частей, сходных по форме с двумя шлюпками, причем обращенная кверху днищем являлась плоскодонной, нижняя часть имела в оконечностях острые обводы. В верхней части помимо экипажа размещались различные устройства и механизмы, в нижней - водяной балласт и шлюзовая водолазная камера. Обе части в носу и в корме имели деревянные платформы для размещения экипажа (каждая из ПЛ Герна могла вмещать 4 человека). Оконечности корпуса заканчивались острыми ребрами с проушинами, предназначенными для подвешивания ПЛ при транспортировке ее надводными судами к району боевого применения. Зарядное отделение оборудовалось по типу первой подводной лодки Герна.
В качестве движителя конструктор применил двухлопастной винт, который приводился в действие через маховик мускульной силой двух матросов. На ПЛ Герна впервые в практике отечественного подводного судостроения использовался гребной винт.
Лишь 9 лет спустя (в 1863 г.) И.Ф.Александровский вторым в России использовал на построенной им ПЛ гребной винт с приводом от механического двигателя. Приоритет О.Б.Герна в выборе винтового движителя удалось подтвердить по чертежам его ПЛ № 2, недавно обнаруженным в ЦГАВМФ. Соединенный маховиком при помощи шестерни поршневой насос осуществлял вдувную вентиляцию через резиновый шланг и приемную трубу, верхний конец которой закреплялся на поплавке. Здесь же крепился и верхний конец трубопровода самотечной вытяжной вентиляции.
В нижней части корпуса между двумя поперечными переборками располагалась шлюзовая камера, в днище которой имелись люк для выхода водолаза, смотровые иллюминаторы и ниша для подводного якоря. В середине верхней части корпуса был сделан вырез, закрытый смотровым стеклянным колпаком, огражденным железной решеткой (этот вырез использовался и как входной люк). При погружении водяной балласт принимался непосредственно в трюм через забортный кингстон. Глубина погружения изменялась путем дополнительного приема воды или откачки ее ручным насосом. Как и на первой ПЛ Герна, здесь также предусматривался вертикальный руль с штуртросами от румпеля к штурвалу, установленному в средней части судна.
В течение двух недель на Малой Неве проводились ходовые испытания ПЛ № 2, которой все это время командовал П.П.Крузенштерн. На двухметровой глубине (кстати, все ПЛ Герна имели такую глубину погружения) герметичность корпуса нарушалась, и сквозь заклепочные швы внутрь ПЛ проникала забортная вода. После испытаний судно подняли на набережную Галерного островка, где оно находилось до 5 января 1957 г., а затем санным путем его доставили на Ижорский завод. Трехмиллиметровую обшивку заменили более толстыми листами железа, которые соединили между собой не однорядным, а двухрядным заклепочным швом. Постройка ПЛ, включая стоимость смены обшивки, обошлась казне почти в 4380 рублей.
19 октября 1857 г. ПЛ № 2 доставили в Петербург на буксире колесного парохода "Нева". Повторные испытания, состоявшиеся лишь осенью 1861 г., прошли успешно: корпус при погружении не пропускал воду, ПЛ хорошо управлялась в горизонтальной плоскости в надводном и в подводном положениях, однако прикрепление порохового заряда к днищу судна-мишени оказалось практически невыполнимым. Комиссия сочла необходимым снабдить лодку приборами для определения как собственной скорости, так и скорости течения в той или иной акватории ввиду тихоходности судна.
О.Б.Герну предложили разработать новый проект лодки вдвое большего водоизмещения. Он справился с этим к весне 1863 г. Основное проектное новшество заключалось в использовании газового механического двигателя, который по заданию Герна спроектировал и построил его сослуживец, военный химик полковник Н.А.Петрашевский, племянник революционера М.В.Петрашевского. Он же сконструировал принципиально новую вентиляционную систему. Впервые для осушения водяного балласта вместо ручной помпы был применен поршневой насос с приводом от гребного вала через разобщительную муфту. Заказ на ПЛ № 3 водоизмещением 16 т передали Ижорскому заводу, который к осени 1864 г. завершил формирование корпуса (стоимость 7000 руб.). Тогда же по проекту Петрашевского изготовили и газовый (аммиачный) двигатель, однако во время испытаний выяснилось, что методика практического использования жидкого аммиака еще не разработана. Последнее обстоятельство вынудило конструкторов отказаться от его установки и снова прибегнуть к использованию мускульной силы человека. ПЛ № 3 довольно успешно прошла испытания в Колпинском пруду. Она хорошо управлялась и надежно держала по компасу заданное направление. Ее корпус обладал достаточной герметичностью, однако, как и первые две, двигаясь под водой только с очень малой скоростью. Оказалось также, что предусмотренная на судне мина представляла собой весьма ненадежное оружие.
Инженер О.Б.Герн понимал, что ПЛ сможет дать практическую пользу лишь в том случае, если ее удастся оснастить эффективным механическим двигателем для движения под водой. Он обратил внимание на перспективность электромашин, однако отсутствие в то время компактных аккумуляторных батарей делало использование таких машин невозможным. Когда стало известно, что во Франции капитан Бургуа испытывает спроектированную им ПЛ с пневматическим двигателем, О.Б.Герн отправился туда, приняв непосредственное участие в ее испытаниях.
Тщательно изучив конструкцию воздушного двигателя, он использовал свое пребывание за границей и для заказа ряду парижских фирм нескольких экспериментальных двигателей, в том числе и работавшего на сжатом воздухе. Обогащенный идеями французских изобретателей Герн уже по собственной инициативе разработал проект ПЛ № 4, в котором учел и собственный опыт, и опыт иностранных конструкторов.
Новый проект заинтересовал Морское министерство. Постройка заказанной Александровскому заводу (позднее Пролетарский завод) в Петербурге ПЛ, которая по тактико-техническим данным превосходила все его более ранние проекты, была завершена в 1867 г. И в конструктивном отношении она являлась значительным шагом вперед в развитии отечественного подводного судостроения. Корпус ПЛ (запас плавучести 64%), выполненный из металла, представлял собой веретенообразное тело и конструктивно состоял из обшивки, 16 внутренних шпангоутов углового профиля (шпация 0,6 м), одной плоской и двух сферических поперечных переборок, обращенных выпуклостью внутрь лодки, причем первая из них была литой, вторая - откована из железного листа. Вторая сферическая и плоская переборки разделяли внутренний объем судна на 3 отсека с герметически закрывающимися дверями. К носовой переборке крепился конусообразный железный обтекатель, заполненный деревом и выполнявший роль амортизатора при возможном столкновении ПЛ с какими-либо объектами.
Носовой отсек, ограниченный обеими сферическими переборками, являлся шлюзовой камерой (объем 3 куб. м), в нижней ее части размещалась балластная цистерна емкостью 1,6 т, внутри которой находился клюз подводного якоря и тросовый привод к его лебедке. Средний отсек (объем 11 куб. м), представлявший собой центральный пост управления, располагался между второй сферической и плоской поперечными переборками. Здесь находились две ручные помпы, лебедки кингстонов и подводного якоря, уравнительная цистерна, штурвал вертикального руля и ноктоуз магнитного компаса. Башня -поплавок с откидной крышкой выдвигалась или задвигалась посредством винтового механизма выше верхней кромки корпуса на 0,5 м, что увеличивало или уменьшало объем ПЛ и меняло глубину ее погружения. Башня использовалась в качестве входного люка, для вентиляции и наблюдения за горизонтом. В трюме среднего отсека размещались цистерна с известью, 3 кислородных баллона и вентилятор, входившие в систему регенерации воздуха.
В кормовом отсеке (11 куб. м) имелся паровой котел с герметизированной топкой, машина мощностью 6 л.с. (120 об / мин.), гребной вал, баллеры вертикального и горизонтального рулей, а также компрессор и вдувной вентилятор с приводами от гребного вала. Кроме ящика для древесного угля, дров или брикетов специального топлива, здесь же находился баллон с сжатым воздухом бачок для скипидара. В одном из вариантов проекта предусматривался вместо обычного двухлопастного - винт регулируемого шага.
Основу энергетической установки, сконструированной с расчетом возможности работы как паровой машины и пневматического двигателя, составляла комбинированная двухцилиндровая машина. В надводном положении она работала как обычная паровая машина, горение в топке котла дров или древесного угля поддерживалось кислородом атмосферного воздуха, отработавший пар и газы уходили в атмосферу. В подводном же положении в герметизированной топке сжигались обогащенные кислородом брикеты или скипидар, подаваемый через форсунку одновременно с кислородом (в этом случае, вполне возможно, осуществлялся поддув топки с помощью вентилятора). Отработавшие газы и пар отводились за борт. Также под водой предусматривалась подача сжатого воздуха непосредственно к золотникам машины, которая в этом случае превращалась в пневматический двигатель. По расчетам О.Б.Герна топлива должно было хватать на 5 часов подводного плавания, а сжатого воздуха - всего на милю. Судовые системы включали вентиляционный и осушительный трубопроводы, трубопровод для подачи кислорода, воздухопровод.
Постройка ПЛ окончилась в 1867 г., испытания проводились в Итальянском пруду Кронштадтского порта в течение 9 лет. За это время конструктор внес целый ряд усовершенствований.
Так, например, форсунку Шпаковского пришлось заменить более эффективной, улучшить рулевое устройство. О.Б.Герн сам сконструировал и построил на заводе Берда в Петербурге большую (масса 5 тонн, длина 7 м, диаметр 1 м), хотя и весьма тихоходную, торпеду, а также подал идею крепления ее снаружи под корпусом ПЛ.
В результате усовершенствований ПЛ № 4 к середине 70-х годов хорошо управлялась на испытаниях, однако в подводном положении могла плавать лишь под пневматическим двигателем -надежно герметизировать топку не удалось, поэтому во время погружения на глубину, при которой скрывались под водой концы вентиляционных труб, газы прорывались в отсеки. Между тем, не получив практических результатов от опытов и исследований О.Б.Герна, в Военно-инженерном ведомстве начали вообще терять интерес к подводному плаванию. В 1876 г. было дано указание прекратить все работы на том основании, что "... из результатов опытов, произведенных в течение многих лет, подводное плавание оказывается весьма затруднительным, и в случае даже успешного разрешения вопроса относительно устройства всех сложных механизмов всегда это плавание сопряжено с большой опасностью для людей в зависимости от многих непредвиденных случайностей".
На прекращение дальнейших испытаний в какой-то степени повлияла и внезапная смерть капитан-лейтенанта П.П.Крузенштерна, являвшегося энтузиастом подводного плавания и более 20 лет командовавшего лодками О.Б.Герна. Лишившись такого деятельного помощника и потеряв поддержку со стороны управляющего Военно-инженерным ведомством генерал-лейтенанта Э.И.Тотлебена, Оттомар Борисович Герн, к тому времени сам произведенный в генералы, перестал заниматься ПЛ. Первая из них - деревянная - была разобрана в Ревеле, другую безуспешно пытались переоборудовать в водолазный колокол, а две последние - долгое время находились на стенке Кронштадтского порта, а затем были разобраны.
Подведя итоги изобретательской деятельности О.Б.Герна в области отечественного подводного судостроения, необходимо подчеркнуть следующее: он сконструировал и построил первое в мире подводное судно, представлявшее собой веретенообразное тело, первым использовал поперечные сферические переборки, разделявшие корпус на водонепроницаемые отсеки, первым в России установил на ПЛ в качестве движителя гребной винт, впервые в практике подводного судостроения он применил для движения ПЛ пневматическую энергетическую установку, способную работать по комбинированному циклу, сконструировал гребной винт с поворотными лопастями, впервые в практике отечественного подводного судостроения пытался осуществить комплексную регенерацию воздуха, спроектировал и построил торпеду собственной конструкции. Его ПЛ № 2 была первой, оборудованной магнитным компасом со специальным дефлектором.
Все вышесказанное дает основание причислить О.Б.Герна к плеяде выдающихся деятелей отечественного подводного судостроения XIX века, как К.А.Шильдер, И.Ф.Александровский, О.С.Костович и С.К.Джевецкий.
