CC BY
90
20. Illarionov G.Yu., Laptev K.Z., Matvienko A.V. Dopolnitel'nye trebovaniya k avtonom-nym neobitaemym podvodnym apparatam dal'nego radiusa deystviya [Additional requirements for autonomous uninhabited long-range underwater vehicles], Tekhnicheskie problemy osvoeniya Mirovogo okeana: Mater. 7-y Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii [Technical Problems of the Development of the World Ocean: Proceedings of the 7th All-Russian Scientific and Technical Conference. 2017], 2017, pp. 25-31.
21. Andrei Bagnitckii, Alexander Inzartsev, Oleg Lebedko, Mikhail Panin, Alexander Pavin. A survey of underwater areas using a group of AUVs, Proceedings of the Underwater Technology (UT), 2017 IEEE: Busan, South Korea, 2017, 6 p.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор Г.Ю. Илларионов.
Лаптев Константин Зотееевич - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН); e-mail: [email protected]; 690091, г. Владивосток, ул. Суханова, 5а; тел.: 89242404477; заслуженный военный специалист Российской Федерации; зам. директора по инновационным вопросам.
Багницкий Андрей Валерьевич - e-mail: [email protected]; тел.: 89024888372; с.н.с.
Laptev Konstantin Zoteyevich - Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Marine Technologies Problems of the Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences (IMTP FEB RAS); e-mail: [email protected]; 690091, Vladivostok, Sukhanov str., 5a; phone: +79242404477; Honored Military Specialist of the Russian Federation; deputy director on innovative issues.
Bagnitckii Andrei Valerievich - e-mail: [email protected]; phone: +79024888372; senior researcher.
УДК 623.827, 629.127, 623.825 DOI 10.23683/2311-3103-2019-1-38-49
В.С. Тарадонов, А.П. Блинков, И.В. Кожемякин, Д.Н. Шаманов
КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ ОБЛИК РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО ПОДВОДНО-НАДВОДНОГО АППАРАТА ПОВЫШЕННОЙ АВТОНОМНОСТИ С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ КОРПУСА
Целью представленных в этой статье результатов исследований являлась разработка нового подводно-надводного аппарата повышенной автономности на основе анализа передовых разработок ведущих зарубежных государств в области создания морских робототехни-ческих комплексов. Представлены основные результаты инициативных научно-исследовательских работ по разработке концептуального облика перспективного робото-технического подводно-надводного необитаемого аппарата повышенной автономности с изменяемой геометрией корпуса, приведены варианты его использования при решении широкого круга задач. В частности, представлены варианты его использования в системе роботизированной подводной сейсморазведки в подлёдных акваториях и в информационно-измерительной сети при проведении океанографических исследований. Предлагаемый концептуальный облик перспективного робототехнического средства разработан на основе анализа передовых разработок ведущих зарубежных государств в области создания надводных, подводных и надводно-подводных морских робототехнических комплексов, приведены преимущества перспективного робототехнического подводно-надводного необитаемого аппарата повышенной автономности по сравнению с лучшими зарубежными аналогами-прототипами. Одним из несомненных достоинств аппарата является относительно большой объем, зарезервированный для размещения на нем полезной нагрузки, позволяющий установить на борту более точные, но энергоемкие датчики и сенсоры. Изменяемая конфигурация корпуса и надводно-подводный вариант аппарата позволяет минимизировать противо-
речия необходимости высокой скорости хода в район выполнения миссии, остойчивости при проведении поисковых и исследовательских действий, независимости от внешних условий (в подводном положении), а также обеспечивает функционирование высокотехнологичных морских робототехнических средств. На основе расчетов гидродинамических и мощностных характеристик, а также анализа доступных различных видов аккумуляторных батарей произведена предварительная компоновка энергетической установки, запаса дизельного топлива и аккумуляторных батарей, а также балластных цистерн. В целом в результате разработки концепции робототехнического подводно-надводного аппарата повышенной автономности с изменяемой геометрией корпуса получилась многофункциональная универсальная морская платформа-носитель полезной нагрузки, которая сочетает в себе все достоинства автономных необитаемых надводных и подводных аппаратов и может быть использована при решении широкого круга задач как в военной, так и в гражданской областях.
Робототехнический комплекс; автономный необитаемый надводный аппарат; автономный необитаемый подводный аппарат; робототехнический подводно-надводный аппарат; многофункциональная универсальная платформа; концептуальный облик; изменяемая геометрия корпуса.
V.S. Taradonov, A.P. Blinkov, I.V. Kozhemyakin, D.N. Shamanov
THE CONCEPTUAL IMAGE OF THE ROBOTIC UNDERWATER - SURFACE VEHICLE OF INCREASED AUTONOMY WITH CHANGEABLE GEOMETRY
OF THE HULL
The purpose of researches was the development of a new underwater-surface vehicle of increased autonomy based on the analysis of advanced developments of leading foreign states in the creating of marine robotic complexes. The main results of initiative research engineering on development of conceptual shape of the perspective robotic underwater-surface unmanned vehicle of increased autonomy with changeable geometry of the hull are presented and options of its use at the solution ofa wide range of tasks are given. Particularly presented are any variants of its use in the system of robotic underwater seismic exploration in the subglacial waters, and in the information-measuring network during oceano-graphic studies. The proposed conceptual image of a promising robotic tool is developed based on the analysis of the advanced developments of the leading foreign states in the creation of surface, underwater and surface-underwater marine robotic complexes; advantages of the prospective robotic underwater- surface unmanned vehicle with increased autonomy in comparison with the best foreign analogs prototypes are given. One of undoubted advantages of the vehicle is the relatively large volume reserved for payload, allowing to place onboard more precision, but power-intensive detectors and sensors. The variable configuration of the hull and the underwater-surface version of the vehicle minimize the contradiction between the need for high-speed deployment in the mission area, stability during searching and research operation, independence from external conditions (under water), and also ensure the operation of high-tech marine robotic tools. Based on the hydrodynamic calculations and power characteristics, as well as analysis of various types of batteries, preliminary configuration of the power station, a reserve of diesel fuel and rechargeable batteries and also ballast tanks is made. As a result of development of the concept of the robotic underwater-surface vehicle of the increased autonomy with changeable geometry of the hull we obtained the multipurpose universal marine platform-carrier of payload which combines all advantages autonomous unmanned surface and underwater vehicles and can be used at the solution ofa wide range of tasks both in military, and in civil areas.
Robotic complex; autonomous unmanned surface vehicle; autonomous unmanned underwater vehicle; robotic underwater-surface vehicle; multifunctional universal platform; conceptual image; variable geometry of hull.
Введение. Проводимые в последнее время разработки космических, воздушных, морских и наземных робототехнических комплексов и систем для мониторинга Мирового океана, показывают существенный технический прогресс в данной области, говорят о появлении инновационных подходов в этой сфере.
В системы мониторинга сегодня, кроме судов и подводных аппаратов, входят разветвленные сети дрейфующих и заякоренных буев, автономных измерительных станций, глайдеров, а также спутники дистанционного зондирования Земли.
Несомненно, что по оперативности и охвату в мониторинге Мирового океана приоритет принадлежит космическим средствам зондирования Земли, но им недоступны глубины океана. Здесь пока вне конкуренции научно-исследовательские суда (НИС), особенно значительно возрастает их роль при применении дистанционно управляемых и автономных необитаемых подводных аппаратов. Они способны осуществлять длительные, ограниченные только автономностью судна, исследования в определенном морском районе, однако размеры Мирового океана столь велики (его площадь составляет 71 % площади всей Земли, то есть 360 млн. кв. км), что самому быстроходному судну потребуется много десятилетий, чтобы побывать во всех районах океана. За это время состояние его вод существенно меняется, в результате получается лишь фрагментарная картина, искаженная из-за растянутости наблюдений во времени [1-2].
Традиционные автономные дрейфующие и якорные буи, а также глайдеры и автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) значительно дешевле, но они способны регистрировать лишь некоторые данные (температура, соленость, давление и т.д.) и пока не могут в полной мере конкурировать с исследовательскими судами, выполняющими комплексные исследования морских просторов.
Интерес, проявляемый различными ведомствами к морским роботизированным системам, исследования и разработки в области современных технологий (новые материалы, нанотехнологии в энергетике, IT-технологии) приводят к стремительному совершенствованию морских роботизированных систем (МРС) и их технических качеств, необходимых для решения задач океанографии.
Таким образом, в ближайшей перспективе океанографические исследования должны проводиться комплексно с использованием как традиционных (НИС, дрейфующие и заякоренные буйковые станции), так и инновационных исследовательских средств (космические аппараты, глайдеры, АНПА). Их совместное применение способно значительно снизить затраты и компенсировать отдельные недостатки каждого из исследовательских средств.
Разработка концептуального облика робототехнического надводно-подводного необитаемого аппарата повышенной автономности с изменяемой геометрией корпуса. Санкт-Петербургским государственным морским техническим университетом (СПбГМТУ) в содружестве с Главным научно-исследовательским испытательным центром робототехники (ГНИИЦ РТ) МО РФ в 2017-2018 гг. проведены инициативные НИР шифр «Тень» [3] и «Тень-2» [4]. Научный руководитель обеих НИР: Тарадонов В.С. - к.т.н., заведующий НИЛ ПЭКС СПбГМТУ.
В ходе работы был проведен анализ передовых разработок ведущих зарубежных государств в области создания надводных, подводных и надводно-подводных морских робототехнических комплексов. В частности, были изучены материалы по автономному полупогружному аппарату компании «SAIC» (США) [5-7], автономному необитаемому надводному аппарату (АННА) тримаранного типа «Морской охотник» (США) [8-10], автономному необитаемому противолодочному катеру «Seagull» (Израиль) [11-13], необитаемому надводному аппарату «Sentry» и его прототипу обитаемому погружаемому катеру «GHOST» (США) [14—16].
Проанализированы их характеристики, достоинства и недостатки.
Основными недостатками всех зарубежных комплексов являются:
♦ зависимость от гидрометеорологических условий (ГМУ);
♦ невозможность их эксплуатации в ледовых условиях;
♦ недостаточная автономность.
На основе проведенного анализа специалисты СПбГМТУ разработали концептуальный облик перспективного робототехнического надводно-подводного необитаемого аппарата повышенной автономности (РПНА ПА) с изменяемой геометрией корпуса.
Его концепция позволяет сочетать высокую скорость хода при развертывании в район предназначения (выполнения работ) и независимость от ГМУ при его движении в подводном положении.
Были проведены расчеты его основных гидродинамических и мощностных характеристик [17-24].
На рис. 1 представлены результаты расчета фактической затрачиваемой мощности на движение одного из вариантов натурного РПНА ПА «Тень-2» в различных режимах движения в зависимости от скорости хода.
Рис. 1. Результаты расчета фактической затрачиваемой мощности РПНА ПА в различных режимах движения в зависимости от скорости хода
Проведенные аналитические исследования показали преимущество расчетных характеристик РПНА ПА в сравнении с лучшими зарубежными аналогами-прототипами.
В табл. 1 представлены сравнительные тактико -технические характеристики беспилотного тримарана «Морской охотник» и РПНА ПА при движении под водой, в «малозаметном» режиме и скоростном «тримаранном» режиме [4]. Из сравнения видно, что при одинаковой суммарной мощности двигателей РПНА ПА «Тень-2» имеет меньшие массогабаритные характеристики и значительно более высокие показатели автономности и дальности хода.
Кроме того, к несомненным преимуществам можно отнести возможность движения под водой, что позволяет не зависеть от неблагоприятных гидрометеоусловий и дает возможность проведения длительных исследований в подледных акваториях.
Таблица 1
Сравнительные тактико-технические характеристики беспилотного тримарана «Морской охотник» и РПНА ПА «Тень-2»
Параметр Беспилотный тримаран «Морской охотник»* (США) «Тень-2» подводный режим дви-же-ния (3) (2) «Тень-2» полупогружной режим движения* (5) (2) «Тень-2» «трима-ранный» режим движения* (7) (2)
1 2 3 4 5 6 7 8
Водоизмещение, тонн 138,5 169,22 1,22 99,53 0,72 74,65 0,54
Максимальная длина, м 43,2 17,3 0,40 17,3 0,40 17,3 0,40
Максимальная ширина, м 12,2 10,4 0,85 7,6 0,62 5,0 0,41
Максимальная высота, м 12,2 6,24 0,51 6,24 0,51 6,24 0,51
Макс. скорость хода, узл. 27 26,43 0,98 29,9 1,11 34,15 1,26
Скорость патр., узл. 6 6 1,0 6 1,0 6 1,0
Кол-во дизель-генераторных установок - 2 - 2 - 2 -
Общая мощность двигателей, кВт 2134 2134 1 2134 1 2134 1
Масса запаса ДТ, тонн 40 15,1 0,38 15,1 0,38 15,1 0,38
Масса АКБ, тонн - 32,2 - 32,2 - 32,2 -
Относительный вес ДТ ** 0,29 (29%) 0,09 (9%) 0,31 0,15 (15%) 0,51 0,2 (20%) 0,7
Относительный вес АКБ ** - 0,19 (19%) - 0,32 (32%) - 0,43 (43%) -
Автономность при V = 6 узлов, сутки 70 88,7 1,27 121,2 1,73 176,15 2,52
Дальность хода при V = 6 узлов, мили 10080 12770 1,28 17451,3 1,75 25365,6 2,54
* На тихой воде или при малом волнении **по сравнению с водоизмещением
Предложенный концептуальный облик робототехнического подводно-надводного аппарата повышенной автономности с изменяемой геометрией корпуса «Тень» по сравнению с зарубежными аналогами - прототипами имеет следующие основные преимущества.
1. Режимы движения «Тени-2» одновременно включают в себя режимы движения всех представленных ранее зарубежных аналогов - прототипов.
1.1. На тихой воде и при небольшом волнении РПНА ПА может перемещаться в «тримаранном» и «малозаметном» надводных режимах, а также под водой близко к поверхности с выдвижной или откидной мачтой со шноркелем.
1.2. При большом волнении, штормовой погоде или в условиях сложной ледовой обстановки «Тень-2» может двигаться под водой на необходимой глубине.
2. При движении в надводном или подводном положении при отказе работы любого из трех движителей РПНА ПА может при помощи оставшихся действующих движителей сохранять прямой ход или управляться рулями в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
2.1. Если в надводном или подводном положении откажет один из боковых движителей, то необходимо отключить второй работающий боковой движитель и идти прямым ходом при работе среднего движителя в торпедообразном корпусе или обеспечивать необходимое маневрирование в горизонтальной и вертикальной плоскостях с помощью рулей.
2.2. При отказе работы среднего движителя аналогичное движение и маневрирование «Тени-2» обеспечивается за счет работы двух боковых движителей и рулей.
3. Во всех трех торпедообразных и палубе верхнего корпуса можно установить необходимую исследовательскую или другую необходимую специальную аппаратуру.
4. РПНА ПА «Тень-2» может самостоятельно развертываться в район выполнения миссии и не требует дополнительных носителей.
На рис. 2 представлена предварительная компоновка (исходя из расчетных данных) энергетической установки, запаса дизельного топлива и аккумуляторных батарей, а также балластных цистерн.
Рис. 2. Предварительная компоновка энергетической установки, запаса дизельного топлива и аккумуляторных батарей, а также балластных цистерн
Верхний крылообразный корпус РПНА ПА объемным водоизмещением 66,4 м остается практически полностью свободным.
В целом в результате разработки концепции РПНА ПА получилась многофункциональная универсальная платформа, которая может быть эффективно использована при решении широкого круга задач как в военной, так и в гражданской областях деятельности.
В частности, РПНА ПА «Тень-2» был использован в качестве прототипа тяжёлого гибридного подводно-надводного робота-носителя группы автономных необитаемых подводных аппаратов - сейсмоприёмников при разработке «Концепции роботизированной подводной сейсморазведки в подлёдных акваториях» [25]. Эта концепция получила первую премию на конкурсе научных, научно -технических и инновационных разработок, направленных на изучение Арктики и континентального шельфа.
РПНА ПА «Тень-2» органично вписывается в концепцию мультиагентной информационно-измерительной сети в качестве носителя малогабаритных АНПА с ограниченной автономностью или для ускорения доставки тихоходных глайдеров в район выполнения миссии. Он также может использоваться в качестве док станций для АНПА и значительно повышать точность их позиционирования при длительных действиях под водой без возможности корректуры местоположения по системе ГЛОНАСС/JPS, в том числе и подо льдами. Основы применения МРС глайдерного типа были исследованы в концепции мультиагентной информационно-измерительной сети двойного назначения для освещения обстановки в морской Арктической зоне, разрабатываемой коллективом авторов СПбГМТУ под руководством профессора В.А.Рыжова [26].
Схема организации мультиагентной информационно-измерительной сети с использованием РПНА ПА представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема организации мультиагентной информационно-измерительной сети
Эта концепция может быть применена к любым районам Мирового океана и должна включать как традиционные средства (НИС, якорные и дрейфующие буйковые станции), так и инновационные роботизированные средства (АНПА, глайдеры).
Заключение. В целом проведенные исследования показали, что тактико-технические характеристики (в том числе автономность и дальность хода) в подводном, полупогружном и надводном положении аппарата «Тень-2» могут существенно превышать такие же параметры лучших известных зарубежных аналогов. В частности, при объемном водоизмещении аппарата «Тень-2» на 22 % больше, чем у американского роботизированного тримарана «Морской охотник» водоизмещением 138,5 тонн и равных мощностях энергетических установок, максимальная скорость подводного хода аппарата «Тень-2» равна 26,43 узла (98 % от максимальной скорости хода «Морского охотника»), при движении в надводном «малозаметном» или полупогружном режиме - 29,9 узла (110%) и при движении в режиме «тримарана» - 34,15 узла (126 %). Дальность хода надводно-подводного аппарата «Тень-2» по сравнению с «Морским охотником» при движении со скоростью 6 узлов в подводном положении примерно в 1,3 раза, в надводном «малозаметном» режиме движения - в 1,74 раза и в надводном «тримаранном» режиме движения - в 2,53 раза больше.
Многофункциональность надводно-подводного аппарата с изменяемой геометрий корпуса заключается в том, что он может выполнять все функции и задачи, которые в настоящее время выполняются и решаются отдельно надводными, полупогружными и подводными необитаемыми гражданскими и военными аппаратами.
Кроме того, предложенный надводно--подводный автономный необитаемый аппарат способен эффективно работать, практически, при любых погодных условиях. На тихой воде и при малом волнении он может двигаться в надводном и полупогружном положениях, а также в режиме движения под РДП. При большом волнении или в сложной ледовой обстановке этот аппарат будет двигаться под водой.
В заключении следует отметить, что приведенные аналитические расчеты имеют приближенный характер и подтверждают только принципиальную возможность создания такого надводно-подводного аппарата с изменяемой геометрией корпуса, значительно превышающего по своей эффективности лучшие зарубежные аналоги. Для дальнейшего развития концепции требуется проведение НИР по разработке технологии создания робототехнического надводно-подводного необитаемого аппарата повышенной автономности с изменяемой геометрией корпуса и подтверждению его расчетных характеристик и ОКР по созданию и испытанию на открытом морском полигоне опытного образца РПНА ПА.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кузьмин С.Б., Ипатов А.Ю. Современные приборы и технологии наблюдения за гидрологическими условиями в Северном Ледовитом Океане. Океанография и морской лед // Вклад России в международный полярный год 2007/08. - C. 7-22.
2. Анцев Г.В., Кобылянский В.В. Научно-исследовательский флот России. Есть ли будущее? // Морские информационно-управляющие системы. - 2013. - № 2 (3).
3. Исследование и разработка концептуального облика перспективного робототехнического подводно-надводного необитаемого аппарата повышенной автономности (РПНА ПА) с изменяемой геометрией корпуса для поиска и слежения за подводными объектами в дальней морской зоне» (Шифр «Тень»). СПбГМТУ, ГНИИЦ РТ МО РФ, Отчет по НИР, 2018 г.
4. Исследования и разработка концептуального облика модернизированного перспективного робототехнического подводно-надводного аппарата повышенной автономности (РПНА ПА) с изменяемой геометрией корпуса для поиска и слежения за подводными объектами в дальней морской зоне» (Шифр «Тень-2»). СПбГМТУ, Отчет по НИР, 2018 г.
5. Беспилотное судно противоминной борьбы для непрерывной разведки и наблюдения (ACTUV), Фаза 1 (ASW Continuous Trail Unmanned Vessel (ACTUV), Phase I, DARPA-BAA-10-43. - 31 p. - http://www.fbo.gov, 2010).
6. Автоматический полупогружной аппарат для обеспечения противолодочных операций ВМС США, Unmanned Vehicles, June/July, pp. 40-41, 42, 2010; Seapower, July, 2010. - P. 18-19.
7. Беспилотный противолодочный комплекс слежения ACTUV. - http://bmpd.livejornal.com/, 2011.
8. Американский «охотник за субмаринами» снова в море. - http://vpk.name/, 2016.
9. Испытания корабля-робота «Морской охотник» в США продлятся до осени 2017.
- http://topwar.ru/, 2017.
10. ACTUV - Каталог надводных роботизированных аппаратов. - https://robotrends.ru, 7.02.2018.
11. Seagull - многоцелевой АННА. - http://www.elbitsystems.com.
12. Elbit Systems unveils Seagull unmanned naval vessels. - http://www.globes.co.il.
13. Израильская Elbit Systems представляет военный многоцелевой роботизированный USV Seagull. - http://robotrends.ru/pub/1606.
14. Sentry - АННА SWATH изменяемой конфигурации. - http://www.julietmarine.com.
15. Встречайте - подводный корабль-призрак скрытная (Stealth) военная машина может двигаться на высокой скорости по воде - затем погружается в «суперкавитирующий пузырь», чтобы достичь подобных скоростей под водой. - http://www.daily-mail.co.uk/, 20.10.2016.
16. Высокоскоростной надводный и подводный корабль. Patent US № 8683937 B2, опубл. 01.04.2014.
17. Справочник по теории корабля / под ред. В.Ф. Дробленкова. - М.: Военное изд-во, 1984.
- 590 с.
18. Егоров С.К. Исследование влияния удлинения корпуса на ходовые качества торпед и подводных аппаратов // Сб. научных трудов «Фундаментальная и прикладная гидрофизика». - 2010. - № 2 (8). - C. 58-67.
19. ДроновБ.Ф., ПяловВ.Н. Введение в архитектуру подводных лодок. - СПб., 2014.
20. Костенко В.В., Михайлов Д.Н. Определение параметров энергосиловой установки автономного необитаемого подводного аппарата по заданной скорости хода // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2013. - № 3 (140). - C. 70-73.
21. Brighenti A. Parametric analysis of the configuration of autonomous underwater vehicles // IEEE. 1 Oceanic Eng. - 1990. - Vol. 15. - P. 179-188.
22. Дизель-генераторные установки Tontekpower. - URL: http://www.tontekpower.com/diesel-generators (дата обращения: 27.02.2017).
23. iXBIT Live. Комплексное тестирование различных аккумуляторов. 18650, 16650, 18500, 26650, АА, ААА. - URL: http://www.ixbt.com/live/kirich/kompleksnoe-testirovanie-razlichnyh-akkumulyatorov-18650-16650-18500-26650-aa-aaa.html (дата обращения: 20.02.2017).
24. Технические данные Li-PO аккумуляторов AA Portable Power Corp. (Category: LiFePO4/LiFeMnPO4 Batteries). - URL: http://www.batteryspace.com/LiFePO4/ LiFeMnPO4-Batteries.aspx (дата обращения: 27.02.2017).
25. Гайкович Б.А., Занин В.Ю., Тарадонов В.С., Кожемякин И.В., Токарев М.Ю., Бирюков Е.А. Концепция роботизированной подводной сейсморазведки в подлёдных акваториях // Сб. работ лауреатов международного конкурса научных, научно-технических и инновационных разработок, направленных на развитие и освоение Арктики и континентального шельфа, 2018 г. - C. 64-86.
26. Кожемякин И.В., Рождественский К.В., Рыжов В.А. Разработка технической платформы глобальной морской информационно-измерительной системы на основе автономных необитаемых аппаратов типа глайдер // Российские инновационные технологии для освоения углеводородных ресурсов континентального шельфа. - 2016. - C. 91-108.
REFERENCES
1. Kuz'min S.B., Ipatov A.Yu. Sovremennye pribory i tekhnologii nablyudeniya za gidrologicheskimi usloviyami v Severnom Ledovitom Okeane. Okeanografiya i morskoy led [Modern apparatus and surveillance technologies of hydrological conditions in the Arctic Ocean], Vklad Rossii v mezhdunarodnyy polyarnyy god 2007/08 [Oceanography and sea ice. A contribution of Russia in the international polar year 2007/08], pp. 7-22.
2. Antsev G.V., Kobylyanskiy V.V. Nauchno-issledovatel'skiy flot Rossii. Est' li budushchee? [Research fleet of Russia. Whether there is a future?], Morskie informatsionno-upravlyayushchie sistemy [Marine management information systems], 2013, No. 2 (3).
3. Issledovanie i razrabotka kontseptual'nogo oblika perspektivnogo robototekhnicheskogo podvodno-nadvodnogo neobitaemogo apparata povyshennoy avtonomnosti (RPNA PA) s izmenyaemoy geometriey korpusa dlya poiska i slezheniya za podvodnymi ob"ektami v dal'ney morskoy zone» (SHifr «Ten'») [Research and development of conceptual shape of the perspective Robotic Underwater-Surface Unmanned Vehicle of the Increased Autonomy (RUSUV IA) with changeable geometry of the hull for search and tracking underwater objects in a long-range sea zone" (Code "Shadow")]. Saint-Petersburg State Marine Technical University, GNIITS RT of the Ministry of Defence of the Russian Federation, Report on research, 2018.
4. Issledovaniya i razrabotka kontseptual'nogo oblika modernizirovannogo perspektivnogo robototekhnicheskogo podvodno-nadvodnogo apparata povyshennoy avtonomnosti (RPNA PA) s izmenyaemoy geometriey korpusa dlya poiska i slezheniya za podvodnymi ob"ektami v dal'ney morskoy zone» (SHifr «Ten'-2») [Researches and development of conceptual shape of the updated perspectiveRobotic Underwater-Surface Unmanned Vehicle of the Increased Autonomy (RUSUV IA) with changeable geometry of the hull for search and tracking underwater objects in a long-range sea zone" (Code "Shadow")]. Saint-Petersburg State Marine Technical University, Report on research, 2018.
5. Bespilotnoe sudno protivominnoy bor'by dlya nepreryvnoy razvedki i nablyudeniya (ACTUV) [ASW Continuous Trail Unmanned Vessel (ACTUV)], Phase 1 (ASW Continuous Trail Unmanned Vessel (ACTUV), Phase I, DARPA-BAA-10-43, 31 p. Available at: http://www.fbo.gov, 2010).
6. Avtomaticheskiy polupogruzhnoy apparat dlya obespecheniya protivolodochnykh operatsiy VMS SSHA [The automatic semisubmersible vehicle for ensuring anti-submarine operations of US Navy], Unmanned Vehicles, June/July, pp. 40-41, 42, 2010; Seapower, July, 2010, pp. 18-19.
7. Bespilotnyy protivolodochnyy kompleks slezheniya ACTUV [Anti-Submarine Warfare Continuous Trail Unmanned Vessel - ACTUV]. Available at: http://bmpd.livejornal.com/, 2011.
8. Amerikanskiy «okhotnik za submarinami» snova v more [The American "submarines hunter" again in the sea]. Available at: http://vpk.name/, 2016.
9. Ispytaniya korablya-robota «Morskoy okhotnik» v SSHA prodlyatsya do oseni 2017 [Tests of the robotic ship "Sea Hunter" will last in the USA till fall of 2017]. Available at: http://topwar.ru/, 2017.
10. ACTUV - Katalog nadvodnykh robotizirovannykh apparatov [ACTUV - Catalog of surface robotic vehicles]. Available at: https://robotrends.ru, 7.02.2018.
11. Seagull - mnogotselevoy ANNA [Seagull Multi-Mission USV System]. Available at: http://www.elbitsystems.com.
12. Elbit Systems unveils Seagull unmanned naval vessels. Available at: http://www.globes.co.il.
13. Izrail'skaya Elbit Systems predstavlyaet voennyy mnogotselevoy robotizirovannyy USV Seagull [The Israeli Elbit Systems represents military multi-purpose robotic USV Seagull]. Available at: http://robotrends.ru/pub/1606.
14. Sentry - ANNA SWATH izmenyaemoy konfiguratsii [SENTRY: Reconfigurable USV SWATH]. Available at: http://www.julietmarine.com.
15. Vstrechayte - podvodnyy korabl'-prizrak skrytnaya (Stealth) voennaya mashina mozhet dvigat'sya na vysokoy skorosti po vode - zatem pogruzhaetsya v «superkavitiruyushchiy pu-zyr'», chtoby dostich' podobnykh skorostey pod vodoy [Meet the underwater ghost ship: Stealth military machine can travel at high speed on water - then submerge in a 'supercavitation bubble' to hit similar speeds under the sea]. Available at: http://www.daily-mail.co.uk/, 20.10.2016.
16. Vysokoskorostnoy nadvodnyy i podvodnyy korabl' [High speed surface craft and submersible craft]. Patent US No. 8683937 B2, published 01.04.2014.
17. Spravochnik po teorii korablya [Handbook on the ship theory], ed. by V.F. Droblenkova. Moscow: Voennoe izd-vo, 1984, 590 p.
18. Egorov S.K. Issledovanie vliyaniya udlineniya korpusa na khodovye kachestva torped i podvodnykh apparatov [Research of the hull elongation effect on propulsive performance of torpedoes and submersibles], Sb. nauchnykh trudov «Fundamental'naya i prikladnaya gidrofizika» [Collection of scientific studies "Fundamental and applied hydrophysics"], 2010, No. 2 (8), pp. 58-67.
19. Dronov B.F., Pyalov V.N. Vvedenie v arkhitekturu podvodnykh lodok [Introduction to architecture of submarines]. Saint Petersburg, 2014.
20. Kostenko V.V., Mikhaylov D.N. Opredelenie parametrov energosilovoy ustanovki avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata po zadannoy skorosti khoda [Determination of parameters of the power plant of the autonomous underwater vehicle on the assigned speed of the course], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2013, No. 3 (140), pp. 70-73.
21. Brighenti A. Parametric analysis of the configuration of autonomous underwater vehicles, IEEE. 1 Oceanic Eng., 1990, Vol. 15, pp. 179-188.
22. Dizel'-generatornye ustanovki Tontekpower [Disel Generators]. Available at: http://www.tontekpower.com/diesel-generators (accessed 27 February 2017).
23. iXBIT Live. Kompleksnoe testirovanie razlichnykh akkumulyatorov. 18650, 16650, 18500, 26650, AA, AAA [iXBIT Live. Complex testing of various accumulators 18650, 16650, 18500, 26650, АА, ААА]. Available at: http://www.ixbt.com/live/kirich/kompleksnoe-testirovanie-razlichnyh-akkumulyatorov-18650-16650-18500-26650-aa-aaa.html (accessed 20 February 2017).
24. Tekhnicheskie dannye Li-PO akkumulyatorov AA Portable Power Corp. (Category: LiFePO4/LiFeMnPO4 Batteries) [Specifications of Li-PO accumulators AA Portable Power Corp. (Category: LiFePO4/LiFeMnPO4 Batteries.)]. Available at: http://www.batteryspace.com/ LiF ePO4/LiF eMnPO4-Batteries.aspx (accessed 27 February 2017).
25. Gaykovich B.A., Zanin V.Yu., Taradonov V.S., Kozhemyakin I.V., Tokarev M.Yu., Biryukov E.A. Kontseptsiya robotizirovannoy podvodnoy seysmorazvedki v podlednykh akvatoriyakh [The concept of robotic underwater seismic exploration in subglacial water areas], Sb. rabot laureatov mezhdunarodnogo konkursa nauchnykh, nauchno-tekhnicheskikh i innovatsionnykh razrabotok, napravlennykh na razvitie i osvoenie Arktiki i kontinental'nogo shel'fa, 2018 g. [The collection of works of winners of the international competition of the scientific, scientific and technical and innovative developments aimed at the development and development of the Arctic and the continental shelf, 2018], pp. 64-86.
26. Kozhemyakin I.V., Rozhdestvenskiy K.V., Ryzhov V.A. Razrabotka tekhnicheskoy platformy global'noy morskoy informatsionno-izmeritel'noy sistemy na osnove avtonomnykh neobitaemykh apparatov tipa glayder [Development of the technical platform of a global sea information and measuring system on the basis of glider tipe autonomous unmanned vehicle], Rossiyskie innovatsionnye tekhnologii dlya osvoeniya uglevodorodnykh resursov kontinental'nogo shel'fa [The Russian innovative technologies for development of hydrocarbon resources of the continental shelf], 2016, pp. 91-108.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор А.Л. Ронжин.
Тарадонов Владимир Станиславович - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный морской технический университет; e-mail: [email protected]; 190121, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3; тел.: +78124940927; научно-исследовательская лаборатория активных средств повышения эксплуатационных качеств судов и подводных объектов; зав. лабораторией; к.т.н.
Блинков Алексей Павлович - e-mail: [email protected]; тел.: +78127146822; управление оборонных исследований и разработок; начальник отдела.
Кожемякин Игорь Владиленович - e-mail: [email protected]; тел.: +78127146822; управление оборонных исследований и разработок; начальник управления.
Шаманов Дмитрий Николаевич - e-mail: [email protected]; тел.: +78124952848; научно-исследовательский сектор перспективных энергетических установок; зав. сектором.
Taradonov Vladimir Stanislavovich - Saint-Petersburg State Marine Technical University; e-mail: [email protected]; 190121, St. Petersburg, Lotsmanskaya str., 3; phone: +78124940927; research laboratory of active means of increase in operational qualities of vessels and underwater objects; head of the laboratory, cand. of eng. sc.
Blinkov Alexey Pavlovich - e-mail: [email protected]; phone: +78127146822; division of defense research and development; head of department.
Kozhemyakin Igor Vladilenovich - e-mail: [email protected]; phone: +78127146822; division of defense research and development; head of division.
Shamanov Dmitry Nikolaevich - e-mail: [email protected]; phone: +78124952848; research division of advanced power installations; head of division.
УДК 007.52:004.896:004:942 DOI 10.23683/2311-3103-2019-1-49-61
В.К. Абросимов, М.В. Гайдин
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ СИТУАЦИОННОЙ ОСВЕДОМЛЕННОСТИ ГРУППОЙ АВТОНОМНЫХ РОБОТОВ В УСЛОВИЯХ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ УГРОЗ
Вопросы ситуационной осведомленности являются ключевыми во многих предметных областях-от оборонной сферы до сельского хозяйства. Цель исследования заключалась в создании модели, позволяющей имитировать процессы формирования информации ситуационной осведомленности о текущем состоянии выбранной географической области группой разнотипных и разносредовых автономных роботов, обладающих системами технического зрения и аппаратурой мониторинга местности, действующих коллективно на принципах самоорганизации. Предполагалось, что функционирование роботов может объективно ограничиваться как пассивными факторами (туман, дождь, снег, ночь и др.), так и активным воздействием противодействующих сил, приводящим к проблемам при решении задач, вплоть до их невыполнения. При разработке модели ставились и решались задачи распределения задач в группе роботов, поиска и оценки возможных угроз, формирования маршрутов с учетом ограничений местности и возможного противодействия, взаимодействия роботов друг с другом в интересах получения и предоставления необходимой информации и командной работы по формированию и использованию информации ситуационной осведомленности в исследуемой области пространства. Модель ситуационной осведомленности представляется в виде интернет-облака с заданной структурой контента и включает три основных раздела, описывающих текущее состояние роботов, состояние различных фрагментов области функционирования роботов и информацию от внешних систем. К этому облаку в режиме on-line могут обращаться все роботы группы как для получения, так и для размещения информации относительно своего состояния, состояния других роботов группы, наблюдаемых событий в выбранном и доступном средствам наблюдения робота фрагменте среды. Локальные правила самоорганизации формируются в модели по принципам интернета вещей путем организации взаимодействия по информации и управлению информационных и активных датчиков роботов и оказания помощи роботов друг другу в решении задач. Алгоритмы модели инвариантны к различным предметным областям. Модель легко трансформируется для различных сред-наземные и воздушные операции с использованием автономных роботов, функционирование роботов в акватории, под водой, льдом и др.
Группа; робот; управление; поведение; маршрут; имитация; модель; ситуационная осведомленность.
V.K. Abrosimov, M.V. Gaydin
SIMULATION MODEL OF THE SITUATIONAL AWARENESS FORMATION IN A GROUP OF AUTONOMOUS ROBOTS IN THE POTENTIAL THREATS
ENVIRONMENT
Issues of situation awareness are key in many subject areas from the defense sector to agriculture. The purpose of the study was to create a model that allows to simulate the processes formation of situation awareness information on the current status of a selected geographic area by a group of heterogeneous autonomous robots. They have technical capabilities and equipment for
