Всё ниже, и ниже, и ниже
Многие передовые страны создают линейку автоматов для освоения океанов. Важная роль принадлежит автономным беспилотным аппаратам с элементами искусственного интеллекта. Самый молодой российский аппарат такого типа — «Витязь-Д» — в мае совершил погружение на дно Марианской впадины.
Начало формированию рынка морской робототехники было положено в 1950-е годы. Первоначально предназначавшиеся для изучения водной среды и поиска затонувших объектов морские роботизированные комплексы в дальнейшем стали эффективным средством выполнения широкого спектра задач, как в интересах военно-морских сил, так и в научных и технологических целях.
«Витязь»
Важным событием стало изготовление автономного необитаемого подводного аппарата из состава комплекса «Витязь-Д». Работы начаты в 2015 году (при этом имелся существенный задел у специалистов от Владивостока до Санкт-Петербурга с 1990х). В 2016 году были подписаны итоговые документы о выполнении аванпроекта. Заказчиком выступил Фонд перспективных исследований (Москва). Основная проектная документация была подготовлена в 2017 году. В сентябре 2017 года состоялось открытие Лаборатории морских роботизированных комплексов ЦКБ «Рубин», созданной для создания демонстратора комплекса «Витязь-Д». Церемония закладки автономного необитаемого подводного аппарата из состава комплекса «Витязь-Д» прошла 18 ноября 2018 года на сборочном стапеле опытно-экспериментального производства АО «Рубин». Сборка закончена в апреле 2019 года. В этом же году аппарат «Витязь-Д» был доставлен на Тихоокеанский флот. В акватории Японского моря с борта спасательного буксира «Фотий Крылов» было выполнено несколько глубоководных погружений для подтверждения заявленных технических характеристик.
Марианская впадина
8 мая 2020 года в 22 часа 34 минуты по московскому времени «Витязь-Д» совершил погружение на дно Марианской впадины. Датчики зафиксировали глубину 10 028 м. Аппарат провел картографирование, фото и видеосъемку морского дна, изучил параметры морской среды. Продолжительность миссии без учета погружения и всплытия составила более трех часов. Комплекс сверхглубоководного погружения способен работать на предельных глубинах Мирового океана. Оборудование позволяет аппарату производить обзорно-поисковую и батиметрическую съемку района, забор проб, гидролокационную съемку рельефа дна, измерять гидрофизические параметры. Благодаря использованию элементов искусственного интеллекта аппарат может самостоятельно обходить препятствия, находить выход из ограниченного пространства и решать другие интеллектуальные задачи.
Как устроен «Витязь-Д»
Генеральный директор ЦКБ «Рубин» Игорь Вильнит заявил, что в ходе работы над проектом был реализован полный цикл создания современной наукоемкой техники от проектирования до проведения глубоководных испытаний. Комплекс «Витязь-Д» имеет двойное назначение. В гражданском аспекте он предназначен для проведения исследований на предельных глубинах, отработки технологий создания экстремальной робототехники, создания технических средств для разведки и последующей добычи конкреций полезных ископаемых.
При разработке комплекса использовался накопленный в аналогичных проектах опыт, что позволило всего за три года определить облик нового аппарата и донной станции, создать архитектурно-компоновочную схему, проработать размещение радиоэлектронного оснащения, гидроакустических средств, аккумуляторных батарей и движительно-рулевого комплекса.
Литера «Д» в названии комплекса указывает на его функцию демонстратора.
Комплекс включает три главных устройства:
1) сам глубоководный спускаемый аппарат,
2) донная станция связи и навигации,
3) корабельное оборудование.
Важно подчеркнуть, что глубоководный спускаемый аппарат и донная станция представляют собой проницаемые конструкции, обладающие нулевой плавучестью. Оба эти устройства изготовлены из титановых сплавов.
Внешняя оболочка глубоководных устройств образуется блоками плавучести, которые установлены на несущую конструкцию. Использован высокопрочный легковесный сферопластик марки СПМ5 по ТУ 22.21.42002 480030482018. Как рассказал эксклюзивно для «Ъ-Науки» заместитель генерального директора ООО «Прометей-Энергия» (Санкт-Петербург) Игорь Попов, этот материал был разработан и поставлен на производство специально для проекта «Витязь-Д». «Сферопластик марки СПМ5 представляет собой высокопрочный легковесный литой материал горячего отверждения с закрытоячеистой структурой, работоспособный в пресной и морской воде с примесями нефтепродуктов. Плотность сферопластика составляет 680–720 кг на кубический метр, а гидростатическая прочность не менее 140 МПа (1381,6 атмосфер)»,— пояснил Попов.
Глубоководные ТТХ
Подводный аппарат «Витязь-Д» имеет массу порядка 2 тонн и габариты 4 х 1 м. Он включает движительный комплекс, носовой заглубитель для отбора грунта, блоки плавучести, литий-ионную аккумуляторную батарею, уравнительный баланс, датчики глубины, эхолоты (носовые и кормовые) и видеокамеры, необходимые приборы, модуль связи, аварийный балласт, блок управления. Мощность энергоустановки мы можем оценить в 100 кВт.
Кабельная сеть реализована на основе маслонаполненных трубок с системой компенсации давления. Она предназначена для обеспечения герметичности соединений электрических цепей между прочными контейнерами (узлами) аппаратов за счет избыточного давления рабочей жидкости.
Наиболее сложным в техническом плане является движительно-рулевой комплекс. Его создали в ООО «Инновационные подводные технологии» (Санкт-Петербург). Главный конструктор и совладелец этого предприятия Александр Финкельштейн не уклонялся от контакта с «Ъ-Наукой», однако отказался сообщить подробности. Ясно, что эффективность использования автономных подводных аппаратов определяется длительностью выполнения миссии в условиях экономии энергозатрат на движение. Точная настройка нулевой остаточной плавучести аппарата не представляется возможной ввиду ее зависимости от водоизмещающего объема, а также от плотности воды, которая определяется температурой, соленостью и глубиной погружения. По-видимому, компенсация остаточной плавучести на ходу обеспечивается движением аппарата с ненулевым углом атаки, что приводит к увеличению его гидродинамического сопротивления и энергопотребления маршевых движителей. В режиме позиционирования плавучесть компенсируется работой вертикальных подруливающих движителей.
Борьба с сетями, акулами и вероятным противником
Борьба с орудиями лова рыбы является проблемой для подводных роботов. Не вызывает сомнения, что встреча АНПА с рыбацкими сетями, тралами, ловушками не сулит для него ничего хорошего. В этой связи АНПА должен быть оснащен бортовым гидроакустическим комплексом, который в совокупности с алгоритмами обработки сигнала должен «видеть» орудия лова рыбы на дистанции порядка 300 м, а также средствами борьбы с рыболовными сетями (сетепрорезателем и др.).