CC BY
343
^СТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ В ОБЛАСТИ ГИДРОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПОДВОДНОЙ НАВИГАЦИИ
Николай Николаевич Бардачевский
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат географических наук, доцент, доцент кафедры специальных устройств и технологий СГГА, тел. (383) 344-40-58, НВВКУ, 630117, Новосибирск, ул. Иванова 49, доцент кафедры, тел. (383) 332-50-45, e-mail: Bardachevskiy@ngs.ru
Евгений Юрьевич Безсуднов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат военных наук, доцент кафедры специальных устройств и технологий, тел. (383) 344-40-58, НВВКУ, 630117, Новосибирск, ул. Иванова 49, начальник кафедры, тел. (383) 332-50-45, e-mail: Bardachevskiy@ngs.ru
В статье рассмотрены направления развития в области гидрографических исследований и подводной навигации с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов и перспективы их использования.
Ключевые слова: необитаемые подводные аппараты, гидрографические работы, картографирование морского дна.
CONDITION AND PROSPECTS OF USE OF UNINHABITED SUBMERSIBLES IN THE FIELD OF HYDROGRAPHIC ISSLEDOVANIYI AND UNDERWATER NAVIGATION
Nikolay N. Bardachevsky
Siberian state geodetic academy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo St., 10, Candidate of geographical sciences, associate professor associate professor of special devices and technologies, ph. (383) 344-40-58, NVVKU, 630117, Novosibirsk, Ivanov St. 49, associate professor, ph. (383) 332-50-45, e-mail: Bardachevskiy@ngs.ru
Evgeny Yu. Bezsudnov
Siberian state geodetic academy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo St., 10, Candidate of military sciences. associate professor of special devices and technologies, ph. (383) 344-40-58, NVVKU, 630117, Novosibirsk, Ivanov St. 49, chief of chair, ph. (383) 332-50-45, e-mail: Bardachevskiy@ngs.ru
In article the development directions in the field of hydrographic researches and underwater navigation with use of independent uninhabited submersibles and prospects of their use are considered.
Key words: uninhabited submersibles, hydrographic works, seabed mapping.
В последнее время произошло коренное изменение роли и места информационных технологий и исследований в перспективных областях науки и техники. Современные тенденции развития в техническом плане предполагают объединение всех технических информационных источников, а также космических
аппаратов в единую телекоммуникационную сеть для постоянного обмена информацией. Здесь подразумевается использование большого количества (сетей) наземных мобильных роботов, беспилотных летательных аппаратов и необитаемых подводных аппаратов, поставляющих информацию о территориях и акваториях мирового пространства.
Неотъемлемой частью современного развития робототехники является разработка необитаемых подводных аппаратов (НПА) военного, научноисследовательского назначения и комплексов на их основе. За последние два-три десятилетия в различных странах, занимающих ведущее положение в областях морских технологий, было создано значительное количество НПА военного назначения. За этот период НПА не только продемонстрировали свою эффективность при выполнении разведывательных, противоминных и обзорнопоисковых работ, но и открыли ряд новых важных применений. Ежегодно в мире появляется 60-70 новых проектов и «модернизационных» разработок существующих аппаратов, ориентированных не только на традиционное применение, но и на выполнение совершенно новых работ по обслуживанию различных программ.
Достижение в науке и появление новых технологий непрерывно расширяют сферу применения НПА. За последние 5-10 лет количество разработок автономных НПА выросло более чем в 2 раза. На начало 2007 г. в мире насчитывалось более 155 проектов автономных аппаратов различного назначения. Наибольшая часть из них относится к малогабаритным аппаратам (масса аппарата менее 50 кг). Мировыми лидерами в разработке и производстве НПА являются: США, Канада, Великобритания, Франция, Япония, Г ермания и Норвегия. Наибольшими темпами разработка и производство автономных НПА осуществляются в интересах оборонных ведомств этих государств.
ВМС США приняли программу разработки многоцелевых автономных НПА MRUVY (Multi Mission Reconfigurable Unmanned Undersea Vehicle). Они предназначаются для применения с подводных лодок и будут способны обеспечивать решение широкого круга задач в интересах корабля-носителя. Эти задачи включают:
- ведение разведки в прибрежных районах;
- обследование акватории в заданном районе;
- обнаружение и классификация подводных объектов;
- картографирование морского дна;
- выполнение гидрографических исследований;
- участие в развертывании подводных телекоммуникационных и навигационных сетей.
Помимо задач оборонных ведомств НПА успешно применяются для выполнения исследовательских и других мероприятий. Разработки канадской компании ISE (International Submarine Engineering) ориентированы на исследование Арктического бассейна. Разработанный ею в конце 80 -х годов автономный НПА «ARCS» предназначался для обследования ледовой обстановки и выполнения гидрографических работ подо льдом на глубинах до 365 м. Опыт работы с аппаратом «ARCS» был использован при создании НПА нового типа.
Совместно с отделением «Esquimalt Defense Research» фирмы «Defense Research Establishment Atlantic» в период с 1991 по 1996 г. Был разработан и изготовлен большой автономный НПА «Theseus», предназначенный для выполнения широкого круга задач подледных исследований.
Автономный НПА «Alistar 3000» создан по заказу Гидрографической службы ВМС Франции фирмой ECA, он поставляется с середины 2007 г. и предназначен для инспектирования подводных трубопроводов, подводных кабелей и т.д. Основные характеристики его следующие: длина 5.0 м; ширина 1,2 м; высота 1,45 м; водоизмещение с полным комплектом датчиков 2 100 км; скорость хода 6,0 уз.; рабочая глубина 3 000 м; масса полезной нагрузки 200 кг. Навигационная система включает в себя: доплеровский лаг, датчик давления, инерциальную навигационную систему с волоконно-оптическими гироскопами, эхолот, эхолокационную систему обнаружения препятствий, магнитный компас и навигационно-пилотажные датчики. Высокая маневренность аппарата позволяет ему идти на высоте 0,5-1,0 м над инспектируемым трубопроводом, он определяет точное положение трубопровода и его отклонение от проектной позиции. НБА подобного назначения также способны обнаруживать подводных пловцов и средства их доставки, автоматически сопровождать обнаруженные подвижные объекты и классифицировать их, а также выводить информацию на дисплей с картинкой охраняемой площади, обозначения на ней нарушителя и траектории его движения.
Поскольку водные массы морей и океанов и прилегающее к ним воздушное пространство является той средой, в которой действует флот, необходимо постоянное и точное знание основных навигационно-гидрографических параметров, необходимых для эффективного решения поставленных задач. Сюда относится и прогноз гидрометеорологической обстановки, обеспечение необходимыми данными о состоянии среды, выполнение необходимых измерений для точного картографирования водных районов и дна моря, а также изучение физических полей Мирового океана и атмосферы в различных целях.
Большую роль НПА могут сыграть в развертывания подводных телекоммуникационных и навигационных сетей. С помощью данных подводных аппаратов возможна установка быстро развертываемых позиционных, мобильных и дрейфующих линейных антенн, низкочастотных гидроакустических излучателей, необслуживаемых подводных маяков-датчиков длительного действия, что значительно повысит параметры подводной навигации.
В настоящее время существует достаточно широкий класс многоцелевых исследовательских аппаратов, использующихся как на шельфе, так и на больших глубинах. Примером может служить создание в США и странах Евросоюза серии аппаратов «Sea Horse» «Odyssey» «REMUS» и др. совместно применявшихся в ряде гидрографических исследований, в том числе по программе военно-морского океанографического управления США NA VOCEANO.
Технологическим институтом шт. Massachussets (MIT), был разработан НПА «Odyssey-1» и в последующем его более совершенная модификация «Od-yssey-2». В качестве источника питания используется литий - полимерная аккумуляторная батарея с энергией 2 кВт-ч. В навигационное обеспечение, кроме
типового набора навигационных и пилотажных датчиков, входят: система счисления пути, гидроакустические системы с длинной и ультракороткой базами, интегрированные с приемником Trimble NT200D и дифференциальной спутниковой системой DGPS. Автономный НПА «Caribu» (или как его часто называют «Odyssey-З») представляет собой наивысшее достижение в области разработки гидрографических аппаратов. Он имеет следующие основные характеристики: длина 2.6 м; наибольший диаметр 0,58 м; масса 400 кг; автономность 20 ч; скорость хода 3 уз.; наибольшая глубина погружения 4 500 м. Данная модификация аппарата имеет модульную конструкцию; в его среднюю часть может устанавливаться дополнительный отсек с исследовательской аппаратурой.
Автономные необитаемые подводные аппараты класса микро - это относительно новый класс изделий наукоемких подводных технологий, сформировавшийся в результате эволюции требований по тотальной миниатюризации всех систем НПА. Появление первых образцов автономных НПА класса микро относится к середине девяностых годов прошлого столетия, в зарубежных публикациях такие аппараты получили название micro-Unmanned Underwater Vehicle (UUV).
За рубежом известно несколько образцов автономных НПА класса микро. Так, например, НПА «Serafina» разработанный в австралийском национальном университете имеет следующие характеристики: длину 0,4 м; ширину 0,21 м; высоту 0,14 м; диаметр корпуса 0,1 м; глубину погружения 30 м; скорость хода 1 м/с; скорость вертикального перемещения 0,5 м/с; автономность 10 ч; автономность при усиленной работе всех движителей 2 ч; емкость литиево-ионной аккумуляторной батареи составляет 3 А-ч.
Часть образцов перспективных микроапаратов разрабатывается с использованием достижений бионики. В зарубежных публикациях это направление получило название биомикрия (biomimetic). Данное научное направление работ сформировалось на базе результатов синергетических исследований (т. е. системного обобщения достижений биологии, математики, информатики, электроники, мехатроники, материаловедения, технологий микросистемной техники и робототехники). К числу основных задач этого направления относится разработка новых материалов, процессов, технических устройств на основе принципов биологической имитации. Очевидно, что приоритетной областью исследований и разработок по созданию микро-НПА является бионика. Предполагается, что массовое производство НПА класса микро ведущими государствами мира начнется не ранее 2020-2030 гг.
Свою эффективность автономные необитаемые подводные аппараты уже продемонстрировали в ходе исследовательских, поисково-спасательных и гидрографических работ. Так, например, с помощью НБА «Клавесин- 1Р», созданного учеными Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВО РАН), были проведены подледные обследования дна и водной среды на хребте Ломоносова в Северном Ледовитом океане (август 2007 г.).
Глубоководный аппарат "Клавесин- 1Р" - это полностью автономный робот, оснащенный электродвигателями для перемещения под водой, а также
двумя гидролокаторами бокового обзора, системой видеонаблюдения и навигационной системой, позволяющей ему работать в любой широте планеты. Подводный робот может работать в автономном режиме до четырех суток и обладает элементами искусственного интеллекта. Передача собранной информации на судно поддержки обеспечивается по каналу гидроакустической связи.
В ходе российской научной экспедиции "Арктика-2007", в которой приняли участие дальневосточные ученые, были проведены исследования шельфа Ломоносова, чтобы доказать, что он является частью континентальной платформы, а значит принадлежит России. Также в ходе экспедиции на дне в Северном Ледовитом океане с помощью батискафа была установлена титановая капсула с российским флагом.
Необитаемые подводные аппараты являются сегодня одним из перспективных направлений развития робототехники и микроэлектронных технологий. Важен вопрос подготовки соответствующих специалистов, как в системной так и в прикладной областях данного направления. Детальная съемка рельефа и точные гидрографические данные, полученные от НПА, значительно расширят круг задач специалистов морской геодезии и выведут на новый уровень возможности по картографированию морского дна в заданной акватории.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Бочаров Л.Ю. Угроза из глубины: XXI век. - Хабаровск: КГУП «Хабаровская областная типография», 2011. - 304 с.
2. ИПМТ ДВО РАН и отечественная подводная робототехника [Электронный ресурс]: impt@marine.febras.ru, www.impt.febras.ru.
3. Система навигации автономного необитаемого подводного аппарата [Электронный ресурс]: E-mail ://www.freepatent.ru.
© Н.Н. Бардачевский, Е.Ю. Безсуднов, 2013
