Владимир Карнозов
Российские роботы способны покорить любые глубины Мирового океана. Фото с сайта www.fpi.gov.ru
Вымпел Победы в самой глубокой точке Мирового океана, установленный автономным подводным аппаратом «Витязь-Д» 9 мая 2020 года – выдающееся достижение российских судостроителей. И это не просто символ успеха. Это путь к практическому применению роботизированных комплексов в проектах по разработке морских нефтегазовых месторождений, а также созданию новых видов военно-морской техники.
Дно – наше!
Сегодня как никогда актуально стоит вопрос о практическом использовании наработок отечественного оборонно-промышленного комплекса в деле освоения несметных богатств Мирового океана, включая арктические, и расширения экономического пространства нашей страны путем добавления к нему новых морских объектов, в том числе донных. В нынешней геополитической обстановке, характеризующейся обострением отношений Восток–Запад и усилением борьбы за ресурсы, эта задача может быть выполнена только при участии Военно-морского флота. Поэтому гражданский «Витязь-Д», созданный на средства Фонда перспективных исследований, опустился под воду с борта спасательного судна Тихоокеанского флота ВМФ России СБ-135 «Фотий Крылов».
Необходимо отметить, что последние достижения научно-технического прогресса вкупе с инновационными разработками судостроительной промышленности позволяют дополнить построенные ранее обитаемые корабли роботизированными комплексами. А это дает новые возможности и заметно укрепит морскую мощь государства.
Технический уровень сегодняшних подводных «дронов» таков, что их практическое применение в народном хозяйстве обещает выручку и прибыль, причем по некоторым проектам – в больших объемах. Тогда как проводимые ранее работы по исследованию Мирового океана с использованием обитаемых глубоководных аппаратов российскими властями признаны нерентабельными. Согласно прогнозам судостроителей, в текущем десятилетии мы станем свидетелями роста объемов практического применения подводных роботизированных комплексов не только военного, но и гражданского назначения.
Наша страна давно занимается вопросами изучения и освоения гидросферы. Большой вклад в это дело внесли построенные по заказу Советского Союза в Финляндии обитаемые аппараты «Мир» и судно обеспечения «Академик Мстислав Келдыш». В 1987 году было собрано два экземпляра «Мира» массой 18,6 т каждый. Сравнительно большая глубина их погружения – свыше 6 км – получена благодаря применению мартенситной сильнолегированной стали с пределом текучести 150 кг на мм².
Оба аппарата использовались для обследования затонувших кораблей, включая круизный лайнер «Титаник» и линкор «Бисмарк», подлодок «Комсомолец», «Курск» и I-52. Кроме того, ими совершались погружения в воды Байкала, причем летом 2009 года в них принял участие Владимир Путин. В настоящее время «Мир-1» – музейный корабль, «Мир-2» остается в строю, ну а на смену им приходят аппараты нового поколения – «Витязь-Д» и другие необитаемые комплексы.
Помимо погружаемых аппаратов Российской академии наук у нас имеются десятки их аналогов военного назначения, в том числе глубоководные станции. Некоторые из них являются уникальными конструкциями, другие представляют дальнейшее развитие ранее проверенных платформ. Например, на основе опыта аппаратов типа «Мир» отечественная промышленность построила более совершенные «Русь» и «Консул», принятые в состав ВМФ России в 2009–2011 годах.
Важно подчеркнуть: развитие подобной техники идет одновременно по гражданской и военной линии, тем самым придавая процессу сбалансированный, поступательный характер, что позволяет обеспечить плавную, без разрывов, загрузку конструкторских бюро, кораблестроительных и судоремонтных заводов.
Кто нырнет глубже
Утверждение о постепенной замене обитаемых аппаратов роботами можно проиллюстрировать и на примерах исследования района Марианской впадины – самой глубокой в мире. Она представляет собой узкую ложбину на дне Тихого океана с плоским дном шириной 1–5 км, разделенным порогами на несколько замкнутых участков с глубиной 8–11 км.
Первое погружение туда совершено Жаком Пикаром и Доном Уолшем в январе 1960 года. Обратите внимание: на борту батискафа «Триест», построенного в гражданских целях (и уже позже выкупленного Пентагоном) находился смешанный экипаж – швейцарский ученый-исследователь и лейтенант ВМС США.
Следующий раз человек вновь появился в глубочайшей точке океана лишь более чем полвека спустя: 26 марта 2012 года кинорежиссер Джеймс Кэмерон повторил рекордное погружение на коммерческом аппарате Deepsea Challenger. Он создавался с применением технологий, ранее опробованных на батискафах типа «Мир», с которыми Кэмерон подробно ознакомился, снимая «Титаник». Этот фильм принес ему всемирную известность, что стало возможным в том числе благодаря сотрудничеству с владельцами «Мир-1» и «Мир-2» – Институтом океанологии имени П.П. Ширшова и Российской академией наук.
Именно после работы с «Миром» у Кэмерона возник план разработки и строительства Deepsea Challenger. Он создавался в обстановке строгой секретности на территории Австралии, дабы этому не помешали американские военные, потенциально готовые на все для сохранения контроля США над ключевыми технологиями сложной морской техники. Аппарат представили на всеобщее обозрение лишь по завершении строительства. Deepsea Challenger выполнил свою главную задачу… и при не выясненных до конца обстоятельствах в 2015 году серьезно пострадал в результате пожара в ходе транспортировки по суше на территории США.
То неожиданное «явление» Deepsea Challenger случилось, когда ВМС США вели собственную программу по Марианской впадине. Для этого в 2009 году был введен в строй аппарат Nereus с роботизированным манипулятором. Поскольку он был необитаемым, массу удалось сократить до 3 т, и уложиться в размеры 4,3 х 2,3 м. Nereus относят к гибридному типу, ведь управление могло осуществляться как автономно, так и вручную операторами на борту судна поддержки Thomas G. Thompson посредством связи через оптический кабель. Аппарат был потерян в 2014 году: избыточное давление на глубине разорвало прочный корпус.
Созданием подобной техники занималось и японское агентство морских геологических наук и технологий (JAMSTEC). Японцы также применяли конструктивное решение с использованием манипулятора. Все их аппараты в качестве корабля базирования использовали RV Kairei специальной постройки. Для исследований морского дна, включая трудные участки, его оснастили мощным бортовым комплексом с многоканальной системой обзора на основе отраженных сигналов.
Японцы построили пару различающихся между собой аппаратов типа Kaikō. Первый массой около 11 т исправно прослужил начиная с 1995 года, выполнив более 250 погружений и собрав 350 биологических проб с глубин до 11 км. Аппарат затонул в 2003 году; ему на смену пришел Kaikō7000II (перестроен из UROV 7K) с меньшей глубиной погружения (7 км), прослуживший до 2007 года. За ним последовал ABISMO (Automatic Bottom Inspection and Sampling Mobile) – компактный автомат для сбора образцов и исследования морского дна. При сохранении предельной глубины погружения как у первого Kaikō его вес уменьшили до 300 кг, водоизмещение – до 100 кг.
Русский «Витязь»
Создав аппарат «Витязь-Д», Россия вошла в элитный клуб государств, способных самостоятельно проектировать, строить и эксплуатировать технику, предназначенную для погружений в самые глубокие океанские впадины. Наш аппарат способен работать на глубинах свыше 10 км. А таких в мире всего шесть экземпляров. Поскольку Trieste стал музейным кораблем, Deepsea Challenger сгорел, а Nereus и Kaikō затонули, в списке действующих сейчас остаются лишь ABISMO и «Витязь-Д». При этом наш аппарат гораздо более крупный и современный, с многократно расширенными возможностями.
Среди важных отличий: «Витязь» функционирует полностью автономно и в состоянии исследовать территорию в радиусе 150 км от места спуска. Для понимания: протяженность Марианской впадины достигает 1500 км. Благодаря использованию в системе управления аппарата элементов искусственного интеллекта он может самостоятельно обходить препятствия по курсу, прокладывать путь с выходом из ограниченного пространства и решать другие сложные задачи. Словом, комплекс позволит выполнить исследования, которые по ширине размаха и глубине замысла превосходят все проведенные до сих пор в заданном районе.
Первое погружение «Витязя» началось 8 мая в 22.34 по м.в., продолжительность составила более трех часов без учета времени погружения и всплытия на поверхность. Датчики «Витязя» зафиксировали глубину 10 028 м. На дне впадины установлен вымпел, посвященный 75-летию Победы в Великой Отечественной войне. Кроме того, аппарат выполнил картографирование, фото- и видеосъемку морского дна, изучил параметры морской среды.
Таким образом был проведен первый эксперимент из ряда запланированных в рамках проекта. Его осуществление прошло совместными усилиями российских судостроителей, научных коллективов РАН и военных моряков. Успешный характер действий в районе подтвердил верность выбранных конструкторских решений.
Работы по созданию комплекса начались в сентябре 2017 года, заказчиком выступил Фонд перспективных исследований (ФПИ). Первым шагом стало формирование лаборатории роботизированных подводных комплексов в составе Центрального конструкторского бюро морской техники «Рубин». Генеральный директор «Рубина» Игорь Вильнит отметил, что проект «Витязь-Д» дает коллективу «возможность проявить все накопленные знания и опыт по созданию роботизированных комплексов и проектирования уникальной техники, не имеющей аналогов в мире, реализовать на практике новые подходы работы с помощью систем 3D-моделирования и автоматизированного проектирования». Были последовательно пройдены этапы проектирования, изготовления на опытном производстве и глубоководных испытаний. Комплекс полностью состоит из комплектующих отечественного производства. В состав соисполнителей проекта вошли Научно-исследовательский институт гидросвязи «Штиль», Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики (ГНЦ РФ ЦНИИ РТК), Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) и другие организации.
«Выполненные работы по созданию комплекса «Витязь-Д» являются серьезным достижением и прорывом в отечественной науке и технике, открывающим дорогу к широкому исследованию ранее недоступных человеку уголков Мирового океана», – подчеркнул Вильнит. Именно благодаря проектам с ФПИ и работе по линии гособоронзаказа «Рубин» стал ведущей российской организацией по созданию отечественных робототехнических комплексов.
Что там внутри?
Сегодня «Витязь-Д» представляет собой самый глубоководный в России (и, возможно, в мире) комплекс: он сохраняет работоспособность на отметке 12 км ниже уровня моря. В его состав входят: автономный необитаемый аппарат (АНПА СГП), глубоководная донная станция связи и навигации (ГДС СН), аппаратура пункта управления, комплекты корабельного и вспомогательного оборудования.
Погружение выполняют аппарат и донная станция; они взаимодействуют между собой по гидроакустическому каналу, производя корректировку местоположения. Выбранная конфигурация позволяет значительно нарастить возможности по энергетике при выполнении задач картографирования, сбора гидрологических данных, отбора проб, поиска и классификации объектов и их привязке к донной карте. При этом ГДС СН выполняет роль базовой станции под водой, аккумулятора электрической энергии и приемника-ретранслятора с передачей информации с борта маневрирующего АНПА СГП на судно-носитель по гидроакустическому каналу связи в режиме on-line.
В ходе реализации проекта созданы новые конструкционные материалы, обеспечивающие необходимые прочностные характеристики и плавучесть погружаемых объектов. Так, корпуса ГДС СН и АНПА СГП изготовлены из титановых сплавов (силовые основания) и высокопрочного сферопластика. Последний применяется для формирования внешних обводов, компенсируя избыточный вес аппарата и придавая ему обтекаемую форму.
АНПА СГП представляет собой проницаемую конструкцию нулевой плавучести. Маневрирование под водой обеспечивают 4 маршевых и 10 подруливающих электромоторов. Полезная нагрузка включает эхолоты, гидроакустические средства навигации и связи, гидролокаторы бокового обзора, видеокамеры, другое научно-исследовательское оборудование. Она позволяет аппарату производить обзорно-поисковую и батиметрическую съемку района, забор проб для исследования структуры верхнего слоя донного грунта, гидролокационную съемку рельефа дна, осуществлять измерения гидрофизических параметров морской среды.
По соглашениям с ФПИ «Рубин» ведет серию проектов подводной техники гражданского назначения, включая комплексы для разработки и эксплуатации морских нефтегазовых месторождений. Применение роботов для поиска и добычи углеводородов даст России преимущества по сравнению с традиционными методами, особенно в арктических районах. А также позволит в полном объеме выполнить государственную программу «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2025 года».
Конечно, только лишь гражданским направлением «Рубин» не ограничивается. О работе по линии ГОЗ можно судить по экспонатам Военно-морского салона и МВТФ «Армия». Среди них присутствовали автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) типа «Клавесин», «Юнона», «Амулет», «Суррогат» и др. Некоторые из них уже проходят испытания на Балтике и Черном море.
Так что Россия имеет полное право рассчитывать на лидерство в гонке на морское дно.
комментарии(0)