CC BY
47
УДК 004.896+629.585+623.827 DOI 10.23683/2311-3103-2019-1-28-38
К.З. Лаптев, А.В. Багницкий
ЗАДАЧА ДЛЯ АНПА ДАЛЬНЕГО РАДИУСА ДЕЙСТВИЯ ПО ПОИСКУ ПОЛЫНЕЙ ПРИ ПЛАВАНИИ В АРКТИЧЕСКИХ РАЙОНАХ
Освоение арктического региона является задачей государственной важности. В последнее десятилетие для российской арктической зоны наступило время реализации масштабных проектов, которые становятся приоритетными с учётом понимания особой роли Арктики для Российской Федерации. Для эффективной деятельности в арктических морях, в условиях сплошного ледового покрытия, в ближайшей перспективе порой единственным надёжным средством решения ряда задач, станут автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА), способные длительное время находиться под ледовым покровом. При этом решение задач, обеспечивающих способность подводных аппаратов длительное время безопасно маневрировать подо льдом, обследовать обширные подводные и донные пространства, находить полыньи и разводья для всплытия на сеансы связи и навигации, становится одним из важных элементов успешного освоения Арктики. Целью проведенных исследований является повышение безопасности подлёдного плавания автономных необитаемых подводных аппаратов за счёт использования алгоритмов управления, учитывающих факторы влияния сложной ледовой обстановки на организацию применения бортового оборудования и характер маневрирования подводных аппаратов. В начале статьи кратко рассматривается опыт эксплуатации АНПА подо льдом, а также особенности Центрального арктического бассейна. Предложена методика уточнения заданной миссии АНПА по результатам оценки ледовой обстановки по маршруту плавания за счёт информации, получаемой от внешних источников и собственных технических средств аппарата. Рассмотрены основные факторы, с учётом которых формируется алгоритм принятия решения на поиск полыньи, пригодной для всплытия, либо её обследование. Определены критичные условия, реализация которых накладывает определённые требования к планируемой оператором миссии, а также к системе управления АНПА. Предложены алгоритмы определения координат и размеров полыньи с использованием технических средств подводного робота (эхоледомера и допле-ровского лага), а также показаны схемы маневрирования АНПА (расходящаяся спираль и «цветок»), отвечающие поставленным требованиям, в условиях, как наличия, так и отсутствия полной информации о координатах полыньи.
АНПА; подлёдное плавание; поиск полыней; планирование миссии; эхоледомер; Арктика.
K.Z. Laptev, A.V. Bagnitckii
THE PROBLEM OF ICE-HOLES SEARCHING BY LONG-RANGE AUV SAILING IN THE ARCTIC AREAS
The development of the Arctic region is a task of national importance. In the last decade, the time has come for the Russian Arctic zone to implement large-scale projects that become priorities given the understanding of the special role of the Arctic for the Russian Federation. For effective activity in the Arctic seas, in conditions of continuous ice cover, in the near future, sometimes the only reliable means of solving a number of tasks will be autonomous underwater vehicles (AUV) capable of being under ice cover for a long time. At the same time, solving the tasks of ensuring the AUV abilities to safely maneuver under the ice for a long time, to survey large underwater and ground spaces, to find ice-holes for the purpose of surfacing for communication and navigation sessions, becomes one of the important elements of the successful development of the Arctic. The aim of the research is to increase the safety of the AUV subglacial sailing through the use of control algorithms that take into account the influence of the complex ice situation on the application of on-board equipment and the maneuvering of underwater vehicles. At the beginning of the article we briefly review the experience for the subglacial AUV operation, as well as the features of the Central Arctic Basin. A method is proposed for the specification of a given AUV mission based on the assessment of ice conditions along the navigation route using information received from exter-
nal sources and on-board technical devices. The main factors are considered that have an effect on the decision-making algorithm for finding an ice-hole suitable for surfacing, or its inspection. Critical conditions have been defined, the implementation of which imposes certain requirements on the mission planned by the operator, as well as on the AUV control system. Algorithms for determining the coordinates and sizes of ice-hole using the AUV technical equipment (ice fathometer and Doppler lag) are proposed, and AUV maneuvering schemes (diverging spiral and "flower") are shown to meet the set requirements in the absence or presence of complete information about an ice-hole coordinates.
AUV; subglacial sailing; ice-holes searching; mission planning; ice fathometer; Arctic.
Введение. Впервые в Российской Федерации опыт применения автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) подо льдами Арктики был получен Институтом проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) в 2007 году, в ходе высокоширотной арктической экспедиции в составе атомного ледокола «Россия», НИС «Академик Федоров» и НИС «Академик Мстислав Келдыш» (рис. 1). Именно с этой экспедиции началось решение научно-практической задачи безаварийного плавания АНПА подо льдами Арктики. Знания, полученные в ходе подлёдной работы АНПА «Кла-весин-1Р», легли в основу алгоритмов всплытия в полынье, создаваемой обеспечивающим судном (ледоколом) [1].
Современный этап развития подводных технологий характеризуется существенными достижениями в области энергетических установок, системах управления, навигации и связи АНПА, что позволяет кардинально увеличить автономность подводных роботов и обеспечить их способность самостоятельно (без обеспечивающего судна-ледокола) работать в арктическом регионе. При этом контроль и управление АНПА береговым центром управления (БЦУ) обеспечивается заложенными в миссию алгоритмами самостоятельного поиска полыней и разводий и принятия аппаратом решения для безопасного всплытия в них на сеансы связи и навигации [2].
Рис. 1. АНПА «Клавесин-1Р» (слева) и обитаемый подводный аппарат «Мир» (справа) в Арктической экспедиции 2007 г
Особенностью Центрального арктического бассейна является то, что он круглый год покрыт шапкой полярных льдов. Свыше 72 % его площади занимает паковый лёд, остальное приходится на более слабые льды и чистую воду [3]. Под влиянием ветров и течений арктические льды находятся в постоянном движении, при этом поверхность льда изобилует каналами, полыньями и разводьями, часть из которых может быть пригодна для безопасного всплытия АНПА.
Опыт, полученный ИПМТ ДВО РАН в экспедиции 2007 г. [4, 5], а также мировой опыт подлёдной эксплуатации хорошо известных аппаратов Remus [6] и Gavia [7] доказывает принципиальную возможность успешной реализации миссий АНПА для решения задач подо льдами Арктики. Однако задача автоматического
поиска полыней автономными подводными аппаратами на данный момент только в процессе решения, поэтому для всплытия в полыньях, как правило, используется возврат в счисленные (расчётные) координаты либо наведение на акустический пингер. Однако эти решения не позволяют планировать продолжительные подлёдные маршруты. Решение поставленной задачи существенно расширяет возможности АНПА, особенно если речь об аппаратах дальнего радиуса действия.
Информационное обеспечение подлёдного маршрута АНПА. При планировании миссии первичные данные о ледовой обстановке по подлёдному маршруту АНПА поступают от различных источников, основными из которых являются спутниковые метеорологические системы, арктическая авиация, корабли и суда различной ведомственной принадлежности, находящиеся в арктической зоне, дрейфующая научная полярная станция «Северный Полюс» и др. Сбор и обработку ледовой обстановки осуществляет гидрометеорологический центр (ГМЦ) берегового центра управления (БЦУ). Информация, учитываемая при планировании миссии подлёдного маршрута АНПА, должна содержать, как минимум, следующие данные:
♦ положение кромки льда;
♦ координаты полыней, пригодных для всплытия, вероятность встречи с ними;
♦ направления распространения (ориентации) полыней;
♦ толщину, сплочённость, сжатие льда;
♦ координаты полей тонкого льда;
♦ суммарный вектор дрейфа льда (СВДЛ): направление и скорость;
♦ векторы течений на глубинах движения АНПА: направление и скорость;
♦ данные об установленных системах подводного навигационного ориентирования (маяки-ответчики, приводные маяки, уголковые отражатели) с учётом времени, продолжительности и радиуса их действия.
Плавание АНПА подо льдом предусматривает непрерывное «вскрытие» подлёдной обстановки собственными средствами ледовой разведки. Полученная информация и данные ГМЦ, переданные в сеансах связи, учитываются в системе управления аппарата для уточнения и коррекции заданного маршрута, учитывая манёвры, необходимые для поиска полыньи, пригодной для всплытия [8, 9]. В системе управления АНПА решение на поиск полыньи с целью всплытия в ней формируется с учётом следующих факторов:
♦ в ближайшее время, в соответствии с заданной программой, ожидается очередной сеанс связи АНПА с БЦУ;
♦ значение (нарастание) текущей ошибки счисления координат АНПА приближается к заданной предельно-допустимой величине [10];
♦ контрольно-аварийная система АНПА зафиксировала выход из строя технических средств, влияющих на решение поставленной задачи [11];
♦ другие форс-мажорные обстоятельства, требующие решения БЦУ.
Постановка задачи и определение требований. Маршрут АНПА планируется оператором как кусочно-линейная траектория [8], соединяющая начальные и конечные точки отрезков — элементов маршрутного задания (ЭМЗ). При этом изменение режимов движения и работы аппаратуры АНПА производится в узлах ломаной, а движение вдоль очередного отрезка выполняется с постоянными параметрами. Каждый ЭМЗ содержит информацию о целевой точке представляемого им отрезка маршрута, об используемой аппаратуре, а также о режимах движения АНПА на отрезке. Кроме того, ЭМЗ специфицирует действия АНПА по достижению целевой точки. Предполагается, что в этом месте аппарат может перейти либо к выполнению следующего ЭМЗ, либо выполнить обсервацию с использованием указанных средств навигации, либо выполнить сеанс связи с синхронизацией вре-
мени. Последние два действия могут выполняться одновременно, и в большинстве случаев требуют автоматического поиска полыньи и всплытия в ней. По завершении действий АНПА должен вернуться в последнюю посещённую точку ЭМЗ и оттуда продолжить заданный маршрут.
Исходя из вышесказанного, задача поиска полыней является многокритериальной и выдвигает следующие требования к планируемой миссии, а также к системе управления АНПА:
♦ время, затрачиваемое АНПА на поиск полыньи, пригодной для всплытия, не должно приводить к пропуску сеансов связи или превышению навигационной ошибки;
♦ маневрирование АНПА при поиске полыньи должно быть эффективным, т.е. исключать повторные проходы по уже обследованному месту (насколько точность навигации это позволяет);
♦ время, затрачиваемое АНПА на возврат к исходной точке после всплытия в полынье, должно быть минимальным (от этого времени зависит то, какая навигационная погрешность счисления будет набрана после обсервации) [10];
♦ маршрут аппарата должен быть проложен так, чтобы максимизировать вероятность встречи с существующими полыньями в данном арктическом районе и минимизировать вероятность встречи с препятствиями [12, 13];
♦ удаление АНПА от точки начала поиска не должно превышать заданную оператором максимальную дистанцию; при этом, если полынью обнаружить не удаётся, данная часть маршрута должна быть пропущена (при условии отсутствия других критических факторов, которые не обговариваются в данной статье).
Поиск областей возможного всплытия. Ключевой задачей является определение координат и размеров полыньи, наличие в ней шуги и мелкобитого льда [9]. Минимальные размеры полыньи, которые можно считать безопасными для всплытия АНПА, составляют порядка 50-100 м, при этом они могут быть увеличены в следующих случаях:
♦ если фактическая (измеренная доплеровским лагом) скорость дрейфа льда существенно отличается от использованной при расчётах координат полыньи;
♦ при неблагоприятных гидрометеорологических условиях в районе всплытия (волнение, ветер, наличие в полынье шуги и мелкобитого льда);
♦ при необходимости АНПА оставаться на поверхности длительное время, выполняя обсервацию, сеанс связи или коррекцию миссии.
Работа АНПА по обследованию полыньи начинается с определения координат полыньи, для чего следует пройти под ней и «присвоить» полынье координаты АНПА [14], которые определяются методом счисления данных от навигационно-пилотажных датчиков и доплеровского лага, направленного вверх. Основным достоинством такого способа является универсальность, простота и точность определения места АНПА в системе координат, связанной с поверхностью льда (воды).
В случаях, когда фактор времени не является критичным, а скорость дрейфа льда минимальна, наиболее полная и достоверная информация о размерах полыньи может быть получена при движении АНПА по её контуру [15-17]. Но так как фактор времени почти всегда играет важную роль, данный способ для практической реализации малопригоден. Достоверность и полнота информации о ледовой обстановки в районе и своевременное доведение последней до АНПА крайне важны. Это накладывает на оператора ответственность за правильность и обоснованность выбора точек ЭМЗ на этапе планирования миссии АНПА [18].
Вышеуказанные требования задачи поиска полыней могут быть удовлетворены при помощи манёвра АНПА в виде расходящейся спирали - распространённой поисковой фигуры движения [19] (см. схему маневрирования на рис. 2).
Рис. 2. Поиск областей возможного всплытия АНПА расходящейся спиралью
Построение области возможного всплытия. С учетом данных, полученных техническими средствами АНПА, и информации ГМЦ в системе управления АНПА производится оценка размеров полыньи и построение области возможного всплытия [9]. При необходимости, СВДЛ уточняется техническими средствами аппарата в режиме зависания (стабилизация глубины без хода) [3, 20]. Принцип построения области всплытия, когда известны её координаты и СВДЛ, представлен на рис. 3.
В расчёт принимаются следующие параметры:
Кдр - курс дрейфа льда;
7др - скорость дрейфа льда;
стМ - погрешность определения центра полыньи;
°кДР - погрешность определения курса дрейфа льда;
оу - погрешность определения скорости дрейфа льда;
°анпа - погрешность определения позиции АНПА;
£зап - время от момента получения координат полыньи до расчётного момента прибытия АНПА в область возможного всплытия.
Безопасная для всплытия АНПА длина (ширина) полыньи определяется по эмпирической формуле:
Рис. 3. Построение области возможного всплытия АНПА
Область возможного всплытия представляет собой эллипс, центр которого -точка Е - отстоит от начального положения центра участка чистой воды на расстоянии ОЕ = 7дР ■ £зап - в направлении дрейфа льда. Полуоси эллипса A и B определяются следующим образом:
А = аЬ + ЬЕ;
В = ей + сЕ, где: аЬ = ей = 0 . 5 ■ Дп;
еЕ = 3 ^ (аУ д р ■ ^зап) 2 + °АНПА + °М;
Ь Е = 3 ■ 7др ■ С зап ■ СТКд р.
Уточнение конфигурации полыньи. Если имеющаяся информация об областях возможного всплытия требует уточнения (например, в случае устаревания, нехватки или противоречия в данных), используется маневрирование в виде «цветка» с целью уточнения размеров полыньи по имеющимся координатам. Данная фигура движения применяется для дообследования объектов [21], при наведении [6], причём количество и длина лепестков варьируется в широком диапазоне и подбирается под конкретную задачу (рис. 4).
Рис. 4. Манёвр «цветок»: двухлепестковый (слева) и трёхлепестковый (справа)
Для обследования полыней удобно использовать двухлепестковый «цветок», в котором курс первого галса прокладывается вдоль направления дрейфа льда, а курс второго - поперёк. Схема предлагаемого маневрирования показана на рис. 5 и состоит из трёх этапов.
Рис. 5. Обследование полыньи манёвром «цветок» для уточнения её размеров
Этап 1. Определение ширины полыньи:
1. Курс АНПА приравнивается курсу дрейфа льда, скорость АНПА устанавливается существенно больше скорости дрейфа льда.
ЛАНПА — ЛС ВДЛ; УАН ПА > УС В Д Л-
2. АНПА двигается до конца полыньи (из точки 1 в точку 2), определяется ширина и принимается решение на дальнейшие действия (продолжение манёвра либо окончание с маркировкой полыньи, как непригодной для всплытия).
В п — (уанпа _ ус в дл) ( _ • Этап 2. Движение в упреждённую точку:
1. Рассчитывается угол упреждения и курс АНПА в упреждённую точку с учётом СВДЛ.
5СВДЛ
у — аг с с о s ——;
sah па
■с вдл — ус вдл ( _ ;
■>АН ПА — УАН ПА ( ^ 5 _ ^ 1 ) -
2. АНПА двигается в упреждённую точку (из точки 2 в точку 3).
^АН ПА — ^СВ Д Л ± у-
Этап 3. Определение длины полыньи:
1. Курс АНПА выбирается перпендикулярным курсу дрейфа льда.
^АНПА — ^СВДЛ ± ^ 0
2. АНПА двигается курсом поперёк курсу дрейфа льда до конца полыньи (из точки 3 в точку 4, затем в точку 5), определяется длина и принимается решение на дальнейшие действия (маркировка полыньи, как пригодной либо непригодной для всплытия).
L П — УАНПА ( ^5 _ ^ -
3. Рассчитывается курс АНПА для движения в центр полыньи (точку всплытия).
isO — V0 4- л,'-
ЛАНПА — ЛС ВДЛ ± у ;
/ 5СВДЛ
у — аг с с о s , ;
sah па
■сВДЛ — УСВДЛ ( _ ^4 ) ; ■>АНПА — УАНПА ( ^6 _ ^4) -
Обозначения в формулах: В П — ширина полыньи;
L П — длина полыньи;
у _ угол между курсом АНПА и курсом дрейфа льда;
яа°нпа - курс АНПА;
tfc°B ДЛ - курс дрейфа льда;
- скорость АНПА;
- скорость дрейфа льда;
- расстояние, пройденное АНПА;
- расстояние смещения полыньи за время дрейфа льда.
Если размеры полыньи превышают расчётные размеры области возможного всплытия, выполняются следующие действия:
1) движение AHПA в точку всплытия;
2) обследование точки всплытия техническими средствами AHOA;
3) оценка, выполнение безопасных условий всплытия (курс и скорость аппарата равны суммарному вектору дрейфа льда);
4) всплытие AHHA в надводное положение;
5) подъём выдвижных устройств, необходимых для связи и обсервации, выполнение сеансов.
Заключение. ^большой экскурс в задачу поиска полыней при плавании AHHA в арктических районах показывает, что эта проблема охватывает широчайший круг организационных и технических задач, решение большинства из которых потребует революционного подхода к созданию, как системы обеспечения подлёдного плавания AHQA, так и конструкции самого аппарата. Отдельным пунктом следует поставить вопросы, связанные с организацией связи AHHA дальнего радиуса действия с БЦУ, как ключевые в данной тематике. Б то же время, несмотря на многочисленные трудности, которые предстоит преодолевать подводным роботам в подлёдном плавании, опыт, полученный ИПМТ ДВО PAH в ходе эксплуатации AHHA в различных условиях, доказывает принципиальную возможность успешного планирования и выполнения миссий AHHA для решения задач в арктических районах.
БИБЛИОГРЛФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инзарцев А. В., Киселёв Л.В., Костенко В.В. и др. Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение: монография. - 2018. - С. 27-43.
2. Наумов Л.А., Илларионов Г.Ю., Лаптев К.З., Бабак А.В. К вопросу о принципах планирования и особенностях формирования глобальных маршрутов автономных подводных роботов // Известия Тульского Государственного университета. Технические науки.
- 2015. - Вып. 11. - Ч. 2. - С. 82-85.
3. Тарасюк Ю.Ф., Реданский В.Г. Плавание подводных лодок в арктических льдах.
- https://tech.wikireading.ru/7792 (дата обращения: 01.02.2019).
4. Инзарцев А.В., Каморный А.В., Львов О.Ю., Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для научных исследований в Aрктике // Подводные исследования и робототехника. - 2007. - № 2 (4). - С. 5-14.
5. Шучно-технический отчет // Работы по исследованию геологического строения континентального шельфа в Северном Ледовитом океане с применением автономного необитаемого подводного аппарата «Клавесин-1Р». - Владивосток: Изд-во ИПМТ ДВО PAH. 2007. Прил. 3.1, 3.2.
6. Kukulya Amy, Plueddemann Albert, Austin T, Stokey Roger, Purcell Michael, Allen B, Little-field R, Freitag Lee, Koski P, Gallimore E, Kemp J, Newhall K, Pietro J. Under-ice operations with a REMUS-100 AUV in the Arctic. // Autonomous Underwater Vehicles (AUV). - 2010,
- 8 p. 10.1109/AUV.2010.5779661.
7. Forrest Alexander, Laval Bernard, Doble Martin, Yeo Richard, Magnusson E. AUV measurements of under-ice thermal structure // Proceedings of the OCEANS. - 2008. - 10 p. 10.1109/OCEANS.2008.5152046.
8. Илларионов Г.Ю., Лаптев К.З., Матвиенко А.В. Подготовка и планирование глобального маршрута автономного необитаемого подводного аппарата дальнего радиуса действия // Двойные технологии. - 2018. - № 2 (83). - С. 41-49.
9. Главное управление навигации и океанографии // Кораблевождение. Практическое пособие для штурманов. МО СССР. 1972 г.
10. Ваулин Ю.В., Лаптев К.З. Оценка точности плавания автономного необитаемого подводного аппарата в заданном районе // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2017.
- № 1-2 (186-187). - С. 74-87.
11. Inzartsev A., Pavin A., Kleschev A., Gribova V., Eliseenko G. Application of Artificial Intelligence Techniques for Fault Diagnostics of Autonomous Underwater Vehicles // Proceedings of the OCEANS 2016 MTS/IEEE, Monterey, California, USA, September 19-23. ISBN DVD: 978-1-5090-1538-2.
12. Инзарцев А.В., Багницкий А.В. Планирование и реализация траекторий движения автономного подводного робота при выполнении мониторинга в акваториях различных типов // Подводные исследования и робототехника. - 2016. - № 2 (22). - С. 25-35.
13. Andrei Bagnitckii, Alexander Inzartsev, Alexander Pavin. Planning and correction of the AUV coverage path in real time // Proceedings of the Underwater Technology (UT), 2017 IEEE: Busan, South Korea, 2017. - 6 p.
14. ПростаковА.Л. Электронный ключ к океану. - Л.: Судостроение. 1986. - С. 29-30.
15. Киселев Л.В., Медведев А.В. Траекторное обследование границ морских акваторий группой подводных роботов // Известия ЮФУ. Научно-технический и прикладной журнал. Технические науки. - 2018. - № 03 (197). - C. 185-197.
16. Medvedev A.V., Kiselev L.V., Tolstonogov A.Yu. Dynamic Models for Trajectory Survey and Mapping of Local Physical Fields of the Ocean with Autonomous Underwater Vehicle // IEEE OES International Symposium on Underwater (UT 2017), Busan, Korea, 21-24 February 2017.
17. Alexander V. Inzartsev, Dmitry G. Lyakhov, Andrei V. Medvedev, Alexander F. Scherbatyuk, Vyacheslav S. Odintsov. On the selection of the configuration of autonomous underwater robots for monitoring marine biological resources // International Conference Scientific and Technological Developments of Research and Monitoring of Marine Biological Resources (MBR-2017), Vladivostok, Russia, May 22-24, 2017.
18. Патент РФ RU № 2672840. РФ. Способ построения предварительной прокладки маршрута автономного необитаемого подводного аппарата / Матвиенко А.В., Карпачев А.А., Лаптев К.З., Илларионов Г.Ю. Опубл. 19.11.2018. Бюлл. №32.
19. Багницкий А.В., Инзарцев А.В. Автоматизация подготовки миссии для автономного необитаемого подводного аппарата в задачах обследования акваторий // Подводные исследования и робототехника. - 2010. - № 2 (10). - С. 17-24.
20. Илларионов Г.Ю., Лаптев К.З., Матвиенко А.В. Дополнительные требования к автономным необитаемым подводным аппаратам дальнего радиуса действия // Технические проблемы освоения Мирового океана: Матер. 7-й Всероссийской научно-технической конференции. - 2017. - С. 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.
REFERENCES
1. Inzartsev A. V., Kiselev L.V., Kostenko V.V. i dr. Podvodnye robototekhnicheskie kompleksy: sistemy, tekhnologii, primenenie: monografiya [Underwater robotic systems: systems, technologies, applications: monograph], 2018, pp. 27-43.
2. Naumov L.A., Illarionov G.Yu., Laptev K.Z., Babak A.V. K voprosu o printsipakh planirovaniya i osobennostyakh formirovaniya global'nykh marshrutov avtonomnykh podvodnykh robotov [On the question of the principles of planning and the formation of global routes of autonomous underwater robots], Izvestiya Tul'skogo Gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki [News of Tula State University. Technical science], 2015, Issue 11, Part 2, pp. 82-85.
3. Tarasyuk Yu.F., Redanskiy V.G. Plavanie podvodnykh lodok v arkticheskikh l'dakh [Navigation of submarines in the Arctic ice]. Available at: https://tech.wikireading.ru/7792 (data obrashcheniya: 01.02.2019).
4. Inzartsev A.V., Kamornyy A.V., L'vov O.Yu., Matvienko Yu.V., Rylov N.I. Primenenie avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata dlya nauchnykh issledovaniy v Arktike [Application of an autonomous unmanned underwater vehicle for scientific investigations in Arctic Region], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Investigation and Robotics], 2007, No. 2 (4), pp. 5-14.
5. Nauchno-tekhnicheskiy otchet [Scientific and technical report], Raboty po issledovaniyu geologicheskogo stroeniya kontinental'nogo shel'fa v Severnom Ledovitom okeane s primeneniem avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata «Klavesin-1R» [Work on the study of the geological structure of the continental shelf in the Arctic Ocean using autonomous unmanned underwater vehicle «Klavesin-1R»]. Vladivostok: Izd-vo IPMT DVO RAN, 2007 g. Appendix 3.1, 3.2.
6. Kukulya Amy, Plueddemann Albert, Austin T, Stokey Roger, Purcell Michael, Allen B, Little-field R, Freitag Lee, Koski P, Gallimore E, Kemp J, Newhall K, Pietro J. Under-ice operations with a REMUS-100 AUV in the Arctic, Autonomous Underwater Vehicles (AUV), 2010, 8 p. 10.1109/AUV.2010.5779661.
7. Forrest Alexander, Laval Bernard, Doble Martin, Yeo Richard, Magnusson E. AUV measurements of under-ice thermal structure, Proceedings of the OCEANS, 2008, 10 p. 10.1109/OCEANS.2008.5152046.
8. Illarionov G.Yu., Laptev K.Z., Matvienko A.V. Podgotovka i planirovanie global'nogo marshruta avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata dal'nego radiusa deystviya [Preparation and planning of the global route autonomous uninhabited long-range underwater vehicle], Dvoynye tekhnologii [Dual Technologies], 2018, No. 2 (83), pp. 41-49.
9. Glavnoe upravlenie navigatsii i okeanografii [Central administrative board of Navigation and Oceanography], Korablevozhdenie. Prakticheskoe posobie dlya shturmanov [Navigation. A practical guide for navigators]. Ministry of Defense of USSR. 1972.
10. Vaulin Yu.V., Laptev K.Z. Otsenka tochnosti plavaniya avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata v zadannom rayone [Estimate of the AUV navigation accuracy in the specified area], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2017, No. 1-2 (186-187), pp. 74-87.
11. Inzartsev A., Pavin A., Kleschev A., Gribova V., Eliseenko G. Application of Artificial Intelligence Techniques for Fault Diagnostics of Autonomous Underwater Vehicles, Proceedings of the OCEANS 2016 MTS/IEEE, Monterey, California, USA, September 19-23. ISBN DVD: 978-1-5090-1538-2.
12. Inzartsev A.V., Bagnitskiy A.V. Planirovanie i realizatsiya traektoriy dvizheniya avtonomnogo podvodnogo robota pri vypolnenii monitoringa v akvatoriyakh razlichnykh tipov [Motion path planning and implementation for AUV when monitoring in various types of water areas], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Investigation and Robotics], 2016, No. 2 (22), pp. 25-35.
13. Andrei Bagnitckii, Alexander Inzartsev, Alexander Pavin. Planning and correction of the AUV coverage path in real time, Proceedings of the Underwater Technology (UT), 2017 IEEE: Busan, South Korea, 2017, 6 p.
14. Prostakov A.L. Elektronnyy klyuch k okeanu [Electronic key to the ocean]. Leningrad: Sudostroenie. 1986, pp. 29-30.
15. Kiselev L.V., Medvedev A.V. Traektornoe obsledovanie granits morskikh akvatoriy gruppoy podvodnykh robotov [Water area boundaries trajectory survey by a group of autonomous underwater robots], Izvestiya YuFU. Nauchno-tekhnicheskiy i prikladnoy zhurnal. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2018, No. 03 (197), pp. 185-197.
16. MedvedevA.V., KiselevL.V., TolstonogovA.Yu. Dynamic Models for Trajectory Survey and Mapping of Local Physical Fields of the Ocean with Autonomous Underwater Vehicle, IEEE OES International Symposium on Underwater (UT 2017), Busan, Korea, 21 -24 February 2017.
17. Alexander V. Inzartsev, Dmitry G. Lyakhov, Andrei V. Medvedev, Alexander F. Scherbatyuk, Vyacheslav S. Odintsov. On the selection of the configuration of autonomous underwater robots for monitoring marine biological resources, International Conference Scientific and Technological Developments of Research and Monitoring of Marine Biological Resources (MBR-2017), Vladivostok, Russia, May 22-24, 2017.
18. MatvienkoA.V., KarpachevA.A., LaptevK.Z., Illarionov G.Yu. Patent RF RU № 2672840. RF. Sposob postroeniya predvaritel'noy prokladki marshruta avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata [Method for building preliminary gaskets of the route of the autonomous uninhabited underwater vehicle]. Published 19.11.2018. Bull. No. 32.
19. Bagnitskiy A.V., Inzartsev A.V. Avtomatizatsiya podgotovki missii dlya avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata v zadachakh obsledovaniya akvatoriy [Automating of AUV Mission Preparation for the Tasks of Water Area Survey], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater Investigation and Robotics], 2010, No. 2 (10), pp. 17-24.
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 Б01 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-
