X
Логин
Пароль
English Вход для клиентов
(812) 292-37-16
194295, г. Санкт-Петербург,
ул. Есенина, 19/2
01.02.2016

Подводные глайдеры-роботы для исследования и мониторинга арктических акваторий

скачать статью в .pdf>>

скачать выпуск журнала "Корабел.ру" № 4 (30)_2015 >>

Подводные глайдеры-роботы для исследования и мониторинга арктических акваторий

Тяжелые условия освоения месторождений углеводородов в Арктике, особенно ледовая обстановка, делает традиционную систему исследований и мониторинга малоприменимой. В качестве основных инструментов сегодня используются специализированные суда, буксируемые и опускные датчики, долговременные стационарные или плавающие буи. Очевидно, что перевод перерабатывающих и транспортировочных мощностей под воду для минимизации надводной инфраструктуры месторождения требует радикального изменения концепции наблюдения за ним, в рамках ограничений, налагаемых внешней средой.

Глайдер ЗАО НПП ПТ ОКЕАНОС Глайдер ЗАО НПП ПТ ОКЕАНОС Глайдер ЗАО НПП ПТ ОКЕАНОС 

рис.1 Торпедообразный глайдер ЗАО "НПП ПТ "Океанос"

На первый план выходят робототехнические средства, имеющие свойства:

  • способность производить требуемые исследования (очевидно);
  • отсутствие необходимости в частом всплытии;
  • минимальное обеспечение с поверхности;
  • высокая автономность;
  • способность подводного возобновления энергетических ресурсов и обмена информацией;
  • способность к групповым действиям.

В рамках измененной концепции, вырисовывается облик комплекса автономных подводных аппаратов различных типов и систем их обеспечения, который включает:

  • донные базовые станции (служат базами для подводных аппаратов и самостоятельно осуществляют стационарный мониторинг);
  • автономные необитаемые подводные аппараты (с гребным винтом) – АНПА;
  • подводные глайдеры – без гребного винта, использующие изменение дифферента и плавучести для перемещения по пилообразной траектории; с большей автономностью и дальностью хода, чем АНПА.
  • Элементы системы увязаны между собой подводными средствами цифровой коммуникации (гидроакустические модемы, сегодня активно разрабатываются оптические (лазерные) системы) и управляются алгоритмами группового поведения.

Сеть донных станций, дрейфующих и ледовых буев и подводных аппаратов проекта ACOBAR

рис.2 Сеть донных станций, дрейфующих и ледовых буев и подводных аппаратов проекта ACOBAR

Принцип действия глайдера подразумевает регулярные всплытия на чистой воде для определения и коррекции местоположения, проведения сеансов связи с базой и т.д. Для условий тяжелой ледовой обстановки такой режим действий практически невозможен. Технологически возможно оборудовать аппарат вверхсмотрящим альтиметром / гидролокатором для поиска участков чистой воды в ледяном поле, но учитывая ограниченную маневренность, малую скорость глайдера и высокое энергопотребление таких систем, это нецелесообразно. Здесь важно создать разветвленную подводную инфраструктуру, решающую задачи:

  • подводной навигации в районе. Новые технологии навигации, основанные на синхронизации по атомным часам, позволяют создать относительно малоэнергоемкие и «дальнобойные» навигационные системы.
  • подводной зарядки АКБ / смены источников питания. Существует целый ряд отечественных и зарубежных разработок, но пока нет стандартизированных решений и технологий. Сегодня хорошо отработаны технологии производства и эксплуатации литий-ионных и аналогичных батарей, но их потенциал представляется недостаточно высоким; при этом, имеется целый ряд более эффективных источников питания, которые в большинстве своем пока находятся в экспериментальной фазе.
  • связи для получения новых заданий, обмена результатами и т.д.

Задача такого уровня сложности заведомо невыполнима для отдельной, тем более коммерческой организации. Необходимо решение на государственном уровне и мощная кооперация промышленных и научных предприятий. Видя актуальность темы, мы стараемся заложить костяк этой кооперации и уже начали реализацию этой концепции в инициативном порядке, ожидая, когда она будет поддержана руководством страны и организациями профильных отраслей.

Подъем глайдера Slocum после миссии Национального гидрометеорологического агенства на Аляске

рис.3 Подъем глайдера Slocum после миссии Национального гидрометеорологического агенства на Аляске

ЗАО «НПП ПТ «Океанос» совместно с СПбГМТУ и другими предприятиями с 2011 года разрабатывает платформу подводного глайдера, которую отличают: высокая автономность (измеряемая неделями) в силу уменьшенного энергопотребления (энергия расходуется только в точках перегиба траектории); небольшая скорость (до 0.5 узла); отсутствие необходимости в частом периодическом всплытии (при наличии систем подводной навигации и связи с другими единицами сети). Аппарат полностью функционирует, проходит испытания на открытой воде и в испытательных бассейнах; идет работа по насыщению его полезной нагрузкой отечественного производства. Интегрирован многофакторный датчик скорости и направления течения Севастопольского морского геофизического института, устанавливаются подводная навигационная система и цифровая гидроакустическая связь компании Red Wave (ОАО «Лаборатория подводной связи»), а также высокоточные датчики глубины ОАО «ММС Радар» и др. Сложной задачей остается подбор энергетических модулей – для аппарата институтом им. академика Иоффе изготовлены АКБ, но для долговременной эксплуатации в арктических районах этого недостаточно. Рассматриваются термоэмиссионные и радиоизотопные источники питания ОАО «Криотерм».

На конференции Oceans 2015 (Вашингтон) специалисты института океанологии Скриппса (США) сообщили о создании первого в мире глайдера с положительным энергетическим балансом (технология «собирания энергии», energy harvesting), основанного на механизме изменения фазового состояния рабочего тела. Подробностей по данной теме пока нет, но ясно, что в мире активно продолжается работа по созданию нового поколения глайдеров, и что эти системы направлены на освоение тех регионов, где традиционные методы исследований бессильны – то есть арктических. Если Россия не хочет далее отставать в этой гонке, то в крайне сжатые сроки необходимо переходить от инициативных разработок единичных аппаратов к производству и промышленному использованию. Опираться следует на системы группового управления, позволяющие относительно недорогим и несложным аппаратам успешно выполнять задачи, недоступные для традиционных методов исследований.

ЗАО «НПП ПТ «Океанос» в своем проекте платформы глайдера добилось следующих результатов:

  • создано семейство лабораторных образцов автономных аппаратов различных типов
  • впервые в РФ создан высокоадаптивный рабочий образец глубоководного глайдера для проведения испытаний и исследований, для отработки различных вариантов схем управления, полезной нагрузки, вспомогательных подсистем
  • созданы, испытаны и доработаны блоки аппаратного обеспечения и их электронные компоненты, минимизировано использование элементов западного производства
  • разработан уникальный программный код системы управления, написано специальное ПО для проведения испытаний, прямого дистанционного управления и снятия телеметрии в реальном времени
  • оформлена концепция совместного информационного пространства при использовании морских робототехнических средств, проведены эксперименты по совместному использованию подводных аппаратов и безэкипажных катеров, идет совместная работа с производителями отечественных БПЛА.

Мы открыты к сотрудничеству по вопросам насыщения полезной нагрузкой (химические и биологические датчики, регистраторы физических полей и т.д.), а также по алгоритмизации, системам группового управления и задачам подводной связи. В нашем распоряжении имеется платформа, которая способна стать одной из узловых систем в будущей концепции освоения арктических акваторий.

Гайкович Б.А., к.т.н., заместитель генерального директора ЗАО "НПП ПТ "ОКЕАНОС"