CC BY
93
УДК 639.20.01.5
К.М. Малых, КамчатНИРО; Д.В. Йогминас, Е.Г. Норинов, КамчатГТУ, Петропавловск-Камчатский
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ В РЫБОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЦЕЛЯХ
Даётся обоснование необходимости применения подводных методов в рыбохозяйственных исследованиях. Выполнен анализ технических характеристик современных телеуправляемых подводных аппаратов малого класса. Приведены виды технических и исследовательских работ, осуществляемых подводными аппаратами малого класса.
Подводные исследования как средство получения визуальной информации в научных и прикладных целях исторически ровесники кибернетике, т.е. им чуть более полувека. Однако развивались эти направления по-разному. В кибернетике приоритет отдавался машинам, в подводных исследованиях - человеку. И, поскольку спрос на продукцию кибернетики возрастал в геометрической прогрессии, её сегодняшнее состояние не требует дополнительных оценок. Подводные же исследования, оставляя незыблемым приоритет присутствия человека во враждебной ему среде, в своём развитии сталкивались с множеством проблем, причинами которых были как объективные, так и субъективные факторы. В настоящее время они всё более и более роботизируются, что, в общем-то, нельзя считать отрицательной тенденцией. Преимущества кибернетических систем под водой
обеспечиваются, прежде всего, малыми габаритами и безопасностью.
Использование подводных аппаратов в рыбохозяйственных целях для комплексного исследования сырьевых ресурсов, изучения
поведения объектов лова и совершенствования технических средств рыболовства в 60-х - 80-х гг. прошлого столетия позволили
значительно увеличить объём знаний о состоянии запасов водных биологических объектов, изучить неизвестные ранее особенности взаимодействия гидробионтов с орудиями лова, существенно
продвинуть и ускорить технологическое развитие отрасли. Это стало возможным, в первую очередь, благодаря работе исследователей в обитаемых аппаратах отечественной постройки, таких, как «Атлант», «Тетис», «ТИНРО-2» и других, интенсивно эксплуатируемых особенно на севере и Дальнем Востоке страны, а также в Атлантике.
В силу специфики получаемой информации методы подводных исследований позволяют качественно и количественно обогащать базы данных по некоторым новым направлениям океанографии, морской экологии, гидробиологии, гидроакустики и другим дисциплинам, так как
дают возможность изучать такие особенности объектов и процессов, которые недоступны для исследований другими методами. Например, в глубоководных исследованиях несомненный интерес для рыбного хозяйства представляют уточнение границ обитания промысловых объектов, установление диапазона вертикальных миграций этих объектов, выявление экологических связей между глубоководными организмами и организмами в зоне промысла. А изучение особенностей поведения водных биологических объектов в их естественных условиях обитания вообще невозможно без непосредственных подводных наблюдений.
Еще одна важная функция подводных методов исследований состоит в том, что они во многом формируют психологию исследователя, расширяют его кругозор, что, несомненно, влияет на анализ собранных материалов и выводы.
Таким образом, методы подводных исследований, как при самостоятельном применении, так и в сочетании с другими методами, являются необходимым и перспективным средством обеспечения рыбного хозяйства научной информацией о сырьевой базе и эффективности способов добычи промысловых объектов.
Современные аппараты оснащаются уникальными приборами и инструментами, прогрессивными разработками в области теле- и светотехники; системы навигации и связи сделали их более чувствительными к изменяющимся условиям в сложной подводной обстановке. Однако далеко не все современные подводные аппараты (ПА) способны выполнять функции, необходимые в рыбохозяйственных исследованиях. Например, для наблюдений за работой буксируемых орудий лова можно использовать только привязные аппараты типа БНК или буксируемые роботы, обладающие высокой маневренностью. Для исследований процесса лова гидробионтов снюрреводами требуется особый режим работы аппарата, сочетающий статическую и динамическую фазы наблюдений, соответствующие специфике работы неводов.
Широкое распространение в последнее время в различных областях подводных исследований получили малогабаритные управляемые ПА. Легкие и портативные мобильные роботы отличаются маневренностью, способны к быстрой адаптации к конкретному виду выполняемой задачи, требуют относительно небольших затрат на их производство и эксплуатацию. Известно, что затраты на содержание, обслуживание и эксплуатацию обитаемых ПА на протяжении всего жизненного цикла, как правило, превышают стоимость их постройки или закупки. Привязные телеуправляемые НПА, в особенности мини- и микроаппараты (МТПА), сравнительно дешевы (от 150 до 600 тыс. руб.).
Технические характеристики современных МТПА находятся в указанных ниже пределах:
- глубина погружения до 600 м
- скорость движения до 4 уз
- потребляемая мощность 0,15-3,0 кВт
- габаритные размеры подводных аппаратов:
- длина 0,21-0,54 м
- ширина 0,18-0,24 м
- высота 0,15-0,25 м
- масса подводного аппарата 10-15 кг
Подводный аппарат нового поколения «Фалкон» (рис. 1) предназначен для выполнения поисковых и исследовательских работ в прибрежных морских водах. Построение подводного аппарата на несущей раме из полипропилена, а также применение современных микропроцессорных электронных систем управления позволяют значительно уменьшить массогабаритные показатели системы МТПА. Благодаря этому система может быть в кратчайшие сроки перевезена без использования специальных транспортных и грузоподъемных средств и приведена в состояние готовности для дальнейшего использования. Спуск и подъем подводного аппарата могут осуществляться вручную без применения специального спускоподъемного устройства, т.е. отпадает необходимость в дорогостоящем судне-носителе, а в полевых условиях работа с ним возможна с небольших катеров и резиновых лодок.
МТПА «Фалкон» оборудован четырьмя горизонтальными и одним вертикальным движителями. Благодаря оригинальному техническому решению построения системы управления и малому моменту инерции движителей обеспечиваются высокие точность и скорость отработки движителями сигналов управления (изменения скорости вращения, реверс). Для связи подводного аппарата и надводного модуля применяется тонкий и гибкий кабель-трос с низким сопротивлением движению и близкой к нулевой плавучестью.
Пульт ручного управления содержит все необходимые элементы для изменения скорости, глубины и курса подводного аппарата, а также наклона видеокамеры, мощности светильников. Включение режима «автопилот» обеспечивает движение подводного аппарата с постоянным заданным курсом и заданной глубиной погружения. Надводный модуль содержит специальное программное обеспечение для контроля и управления подводным аппаратом.
Рис. 1. Малогабаритный телеуправляемый подводный аппарат малого класса «Фалкон»
Для питания системы МТПА «Фалкон» достаточно обычной однофазной сети переменного тока 220 В. Потребляемая мощность составляет 2,8 кВт.
Рама подводного аппарата полностью изготовлена из
полипропилена, обладает высокими прочностными характеристиками и не поддается коррозии. Кроме того, модульная конструкция рамы обеспечивает более простую и быструю замену поврежденного элемента. Все электронные компоненты подводного аппарата, а также кабели и дополнительное оборудование крепятся к раме и могут быть в короткие сроки демонтированы. Элементы системы независимы друг от друга с целью повышения надежности функционирования. Установка и подключение дополнительного оборудования могут выполняться в полевых условиях и не требуют разборки узлов подводного аппарата.
Автоматическое поддержание курса, глубины и скорости
движения при помощи ввода программ дает возможность оператору переключить своё внимание с управления аппаратом на изучение подводной обстановки.
Дополнительно устанавливаемое оборудование, включающее в себя светодиодные светильники, компас, глубиномер, датчик
температуры, лазерную линеику для оценки геометрических параметров объектов, черно-белую или цветную видеокамеру на платформе с изменяемым углом наклона, позволяет расширить возможности аппарата, заложенные в него разработчиками.
Другой современный подводный робот RovBuilder тть300 (рис. 2), предназначенный для видеосъемки на глубине до 150 м, оснащен миниатюрной видеокамерой с углом поворота по команде оператора до 140° и светодиодными осветителями с возможностью регулирования освещённой зоны перед аппаратом. Его основные технические характеристики:
- габаритные размеры
- вес аппарата (полной системы)
- максимальная рабочая глубина
- электропитание внешнее
- потребляемая мощность
- диапазон рабочих температур: воздуха (воды)
- количество движителей (тяга в упоре каждого)
- скорость горизонтального движения
- скорость вертикального движения
- длина кабеля
- диаметр кабеля
400 мм*250 мм*200 мм 4,5 (34) кг 150 м
220 В 50 Гц до 400 Вт
-5° ... +45°(0° ... +25 °С)
3 (1,3 кг)
до 1,3 м/с до 0,2 м/с 300 м 8 мм
Рис. 2. Подводный робот RovBuilder т1п1-300
Спектр применения подводных аппаратов довольно широк. Однако в рыбохозяйственных исследованиях возможное применение подводных аппаратов сводится к следующему:
- наблюдение за работой буксируемых орудий лова;
- изучение поведения гидробионтов в естественной среде обитания и во взаимодействии с орудиями лова;
- идентификация и изучение миграций морских организмов;
- взятие проб грунта или донной растительности, поимка живых сидячих или малоподвижных особей бентосных животных;
- непосредственное изучение донных биоценозов;
- изучение полей течений, температуры, солености, плотности, гидрооптических и звуковых полей в водных слоях;
- запись и анализ звуков, издаваемых водными биологическими объектами;
- изучение влияния орудий лова на рельеф дна и состояние донных сообществ;
- изучение действия звукового, электрического и светового полей на процессы концентрации промысловых объектов;
- разведка и определение численности глубоководных промысловых объектов;
- изучение распределения и плотности промысловых популяций.
Проведение прямых подводных наблюдений даст возможность
детально изучить структуру популяций, что будет способствовать организации рационального промысла. Кроме этого наблюдения за процессами лова дадут информацию для оценки эффективности работы орудий лова и позволят поднять уровень промышленного рыболовства на более высокую ступень.
Достижение максимального эффекта от применения подводных аппаратов возможно при использовании их совместно с традиционными методами и средствами рыбохозяйственных исследований.
Библиографический список
1. Войтов Д.В. Подводные обитаемые аппараты М.: Изд-во ACT; Изд-во Астрель, 2002. 303 с.
2. Бочаров А.Ю. Современные тенденции в развитии миниатюрных подводных аппаратов и роботов за рубежом // Подводные исследования и робототехника. № 2. 2006. С. 36-52.
3. Шимянский С.Л. Необитаемые подводные аппараты в
рыбном хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1990. 108 с.
4. Автономные необитаемые подводные аппараты / Под общ. ред. акад. М.Д. Агеева. Владивосток: Дальнаука, 2000. 272 с.
5. Режим доступа: http://www.gnom-rov.ru
6. http://www.tnpa.ru
7. http://www.tetis-pro.ru
8. http://www.rovbuilder.com
