Ключевые слова:беспилотные надводные аппараты (БНА), беспилотные подводные аппараты (БПА), дистанционно управляемые аппараты, телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА).
Беспилотные системы с каждым годом всё активнее «завоёвывают» пространство в воздухе, на поверхности земли и воды, под водой и в космосе. Причинами быстрого развития и широкого применения беспилотной роботизированной техники можно назвать следующие факторы.
Во-первых, при выполнении любой задачи c помощью беспилотных систем полностью обеспечивается такое важное требование как безопасность жизни человека — ему просто нет необходимости присутствовать лично в зонах повышенной опасности.
Во-вторых, так как нет необходимости организовывать рабочее место для человека, уменьшаются габаритные размеры аппарата и его энергозатраты, что позволяет максимально миниатюризировать все беспилотные системы.
В-третьих, благодаря небольшим размерам, беспилотные системы можно изготавливать, практически, в любой лаборатории, мастерской, в университетах и т. д., то есть, не нужно строить большие специализированные заводы.
В-четвёртых, опять же благодаря небольшим размерам беспилотников, очень легко совершенствовать их конструкцию, устанавливать дополнительно многочисленные датчики и рабочие системы в зависимости от конкретной задачи.
В-пятых, появляется возможность использовать технологию «стаи», когда десятки, сотни и даже тысячи маленьких аппаратов совместно выполняют единую задачу. Это намного эффективнее, быстрее и дешевле, чем использование для тех же целей одного большого дорогостоящего аппарата.
Все эти факторы являются несомненными плюсами беспилотных систем. Разумеется, есть у них и минусы. В данной главе будут рассмотрены достоинства и недостатки беспилотных надводных (БНА) и подводных аппаратов (БПА) и их применение на разных «отрезках» истории.
К недостаткам БНА можно отнести ограничения по радиусу действия и времени плавания, по полезной нагрузке и погодным условиям.
Достоинствами БНА являются сверхманевренность, точность определения местоположения с помощью GPS, возможность работы в автономном и управляемом режиме, возможность работы в режиме «стая».
Сферы применения БНА и БПА постоянно расширяются по мере появления новых технологий, которые раскрывают возможности этих небольших аппаратов. Например, если еще пять лет назад наземные роботизированные комплексы коалиционных сил в Ираке и Афганистане позволили обнаружить 11 тыс. самодельных взрывных устройств (СБУ), морские автономные аппараты регулярно обеспечивали безопасность портов и военно-морских баз (ВМБ), а суммарный годовой налет БЛА, выполнявших боевые задачи, составлял более 400 тыс. ч., то в настоящее время эти показатели существенно увеличились и тенденция их дальнейшего роста сохраняется.
В военно-морских силах необитаемые морские аппараты стали применяться сразу после Второй мировой войны. В 1946 году во время операции на атолле Бикини дистанционно управляемые катера ВМС США осуществляли сбор проб воды после проведения ядерных испытаний.
В конце 1960-х годов на катера, оснащенные восьмицилиндровым двигателем, устанавливалась аппаратура дистанционного управления для траления мин. Часть таких средств была приписана к 113-й дивизии минных тральщиков, базировавшейся в порту НхаБе в районе Южного Сайгона.
В 1970-х руководителем одной из лабораторий в Масачусетском Университете Робертом Баллардом была организована экспедиция, целью которой было обнаружение «Титаника», затонувшего в 20-х годах этого же века. Разрабатываемые в этот период аппараты «Элвин» могли погружаться на глубину до 2000 м, поэтому Баллард принял активное участие в разработке и финансировании аппаратов «Ясон» и «Арго». «Арго» был оснащен акустическими системами и видеокамерами. 24 августа 1985 года в области поисков начали работать аппараты «Ясон» и «Арго». 1 сентября в объектив видеокамер, установленных на «Арго» попал котёл «Титаника».
В начале 1997 года дистанционно управляемый аппарат RMOP (Remote Minehunting Operational Prototype) использовался в 12-дневных учениях по противоминной обороне в Персидском заливе. В 2003 году во время операции «Свобода Ираку» для решения различных задач применялись уже необитаемые подводные аппараты, а позднее в рамках программы министерство обороны США по демонстрации технических возможностей перспективных образцов вооружения и военной техники в том же Персидском заливе проводились эксперименты по применению дистанционно управляемого катера «Спартан» с крейсера «Геттисберг» для ведения разведки.
Для решения всех этих задач могут быть задействованы разнообразные типы дистанционно управляемых, полуавтономных или автономных надводных аппаратов. Помимо степени автономности и иных факторов в ВМС США используется классификация по размерам и особенностям применения, позволяющая систематизировать все разрабатываемые средства по четырем классам:
- X-Class — представляет собой небольшой (до 3 м) необитаемый морской аппарат, способный вести разведку для обеспечения действий корабельной группировки;
- Harbor Class — аппараты такого класса разрабатываются на базе стандартной 7-м надувной лодки с жестким каркасом. Они предназначены для выполнения задач обеспечения безопасности на море и ведения разведки. Кроме того, они могут оснащаться различными средствами летального и нелетального воздействия. Максимальная скорость хода превышает 35 узлов, а автономность — 12 часов;
- Snorkeler Class — это полупогружной аппарат длиной 7 м, предназначенный для ведения противоминной борьбы, противолодочных операций, а также для обеспечения действий ССО ВМС. Скорость аппарата достигает 15 узлов, автономность 24 часа;
- Fleet Class — это 11-метровый аппарат на базе катера с жестким корпусом, разработанный для противоминной борьбы и противолодочной обороны, а также для участия в морских операциях. Максимальная скорость хода аппарата около 35 узлов, автономность 48 часов.
Сама необходимость разработки и принятия на вооружение морских необитаемых аппаратов для ВМС США определена рядом официальных документов. Это «Морская мощь 21» (Sea Power 21,2002), «Всесторонний обзор состояния и перспектив развития ВС США» (Quadrennial Defense Review, 2010), «Национальная стратегия морской безопасности» (National Strategy for Maritime Security, 2005), «Национальная военная стратегия» (National Defense Strategyof the UnitedStates, 2010) и др. Подобных перспективных актов в рамках нашей страны не принималось, что является «минусом» в развитии во многих направлениях, как в гражданских, так и в военных. [2, 3]
В России с самого первого применения в 1953 году, до настоящего времени сменилось несколько поколений ТНПА (телеуправляемый необитаемый подводный аппарат). Первые аппараты этого типа использовались лишь как средства наблюдения за действиями водолазов, исследования затонувших объектов и т. д. Дальнейшее развитие позволило оснастить ТНПА манипуляторами различного назначения, средствами подводной навигации и обработки информации.
В 1968 г. Институтом океанологии Академии наук СССР был создан ТНПА «Манта», применявшийся в морских экспедициях. В 1972 г. были проведены испытания подводного телеуправляемого аппарата «Краб, предназначенного для исследования микрорельефа дна [4].
В 1973 г. прошли испытания макета первого советского АНПА (автономный необитаемый подводный аппарат) «Скат». В 1976 г. усовершенствованный АНПА «Скат-гео» применялся для исследования дна Белого моря. В это же время в распоряжении ВМФ СССР появился телеуправляемый комплекс А-1–40 с глубиной погружения до 1500 м.
В 1976–1980 годах были созданы АНПА Л-1 (глубина погружения 2000 м) и Л-2 (глубина погружения 6000 м). С помощью этих аппаратов проводилось обследование района затонувшей атомной подводной лодки (АПЛ) «К-8» в Северной Атлантике, поиск и обследование затонувшей АПЛ в Саргассовом море, обследование района гибели АПЛ «Комсомолец» в Норвежском море [5].
В конце 80-х годов 20-го века Институтом проблем морских технологий (ИПМТ ДВО РАН) была разработана серия АНПА широкого назначения, первым их которых стал многопроцессорный «МТ-88». На его основе по заказу НПО “Дальморгеология” был разработан аппарат МТ-ГЕО и ряд других АНПА. Там же был создан «Тифлонус» — АНПА повышенной автономности с радиусом удаления от базы более 100 метров. В течение 1988–1992 годов с помощью этого аппарата проводились гравиметрические и гидроакустические измерения в Японском море.
В 1992–1994 годах ИПМТ ДВО РАН совместно с фирмой Hibbard Marine (США) был создан малогабаритный автономно-привязной аппарат TSL (Tunnel Sea Lion), предназначенный в основном для инспекции водозаполненных тоннелей. В дальнейшем аппарат был модифицирован для проведения испытаний новых систем и отработки методов управления.
С 1994 года под руководством заместителя директора Института океанология Льва Утякова разрабатывались малогабаритные телеуправляемые подводные аппараты, получившие название «ГНОМ» и предназначенные для выполнения подводных поисково-осмотровых работ. ТНПА «ГНОМ» эксплуатируются службами МЧС РФ, Генпрокуратуры РФ, Росэнергоатома, крупными нефтяными и газовыми компаниями, водолазами и дайверами. В 1995–1998 годах были проведены испытания глубоководного АНПА «CR-01», созданного совместно с Шэньянским институтом автоматики (КНР), и «ОКРО-6000», разработанного совместно с машиностроительной корпорацией DAEWOO (Республика Корея).
В 1998 г. малогабаритные ТНПА с кабельной связью «МАКС» использовались для проведения аварийно-спасательных и научно-исследовательских работ. В том же году прошел испытания макет солнечного автономного необитаемого подводного аппарата (САНПА), разработанного ИПМТ совместно с Нью-Хемпширским институтом автономных подводных систем (США). Время работы САНПА в автономном режиме могло достигать нескольких месяцев.
Инженерным центром «Глубина» были разработаны и изготовлены осмотровые телеуправляемые необитаемые подводные аппараты «Калан-500» (глубина погружения до 500 м) и «Белек» (глубина погружения до 100 м).
В 2007 г. АНПА «Клавесин-1Р» использовался при работе в сложных климатических условиях на Северном Ледовитом океане и помог добыть доказательства принадлежности арктического шельфа Российской Федерации. Сейчас этот подводный аппарат принят на вооружение министерством обороны страны.
В 2010 г.на вооружение МЧС России поступил малогабаритный многофункциональный АНПА «Пилигрим», способный вести аудио- и видеосъемку на глубине до 3 000 метров в течение 20 часов при волнении моря до трёх баллов.
В 2010 году были проведены испытания АНПА «Обзор-600", созданного российской компанией «Тетис-ПРО». Аппарат способен развивать скорость до 3,5 узлов и может обнаруживать подводные объекты на расстоянии до 100 м. Принят на вооружение Спасательными силами Черноморского флота России для разведки морского дна [6].
В ГНЦ «Южморгеология» разработаны малогабаритные многофункциональные ТНПА RT-1000 PLI и РТМ500, а также телеуправляемый подводный аппарат РТ 6000М (глубина погружения до 6000 м). Аппараты предназначены для геологоразведочных работ, осмотра объектов, различных измерений и глубоководных исследований.
Большой вклад в разработку, изготовление и внедрение технологий и оборудования для научно-исследовательских работ в Мировом океане внесло Опытно-Конструкторское бюро Океанологической техники Российской академии наук. В частности, в ОКБ ОТ РАН были созданы: автономные исследовательские донные и буйковые станции «Флора», «СДС-М», «Мембрана», «АДСС-1», буксируемые и зондирующие гидрофизические системы «Гидра», «Аист», «Профиль», «Нырок», гидроакустические системы донной навигации «ГАНС», буксируемые гидроакустические и фототелевизионные комплексы «Локсодромия», «Звук» и другая уникальная океанологическая техника. В 2006 г. в рамках Российско-Индийской программы ILTP ОКБ ОТ РАН был изготовлен многоцелевой ТНПА ROSUB 6000 (глубина погружения до 6000 м).
В 2015 г. Самарским государственным техническим университетом был разработан автономный глайдер «Мако-2" для океанографических исследований, перемещающийся в толще воды за счет сил гравитации и сил плавучести. Такой способ движения позволяет достичь высоких показателей бесшумности и автономности плавания, которая может составлять несколько месяцев.
Объединенная судостроительная корпорация представила автономный аппарат «Юнона». Аппарат предназначен для спасательных операций, а также проведение работ на арктическом шельфе, что является одной из приоритетных задач России XXI века.
Существование беспилотной техники стало возможно благодаря ряду технических решений, связанных с развитием систем автоматизированного управления, навигации и т. д. Ключевыми технологиями, позволяющими компенсировать отсутствие оператора в кабине стали технологии создания микропроцессорной техники и перспективных коммуникационных средств. Оба типа технологий пришли из гражданской сферы — компьютерной индустрии, позволившей использовать для этих аппаратов современные микропроцессоры, системы радиосвязи и передачи данных, а также специальные способы сжатия и защиты информации. Обладание такими технологиями — залог успеха в обеспечении необходимой степени автономности робототехнических средств и автономных морских аппаратов.
Для решения возникающих проблем используются самые современные технологии создания:
трансгенных биополимеров, применяемых при разработке ультралегких, сверхпрочных материалов с улучшенными характеристиками малозаметности для корпусов БПА и других робототехнических средств;
углеродных нанотрубок, используемых в электронных системах; кроме того, из наночастиц электропроводных полимеров могут создаваться покрытия с функциями динамического камуфляжа для робототехнических и других средств вооруженной борьбы;
микроэлектромеханических систем, объединяющих в себе микроэлектронные и микромеханические элементы;
водородных двигателей, позволяющих увеличить продолжительность работы роботехнических средств;
«умных материалов», изменяющих свою форму (или физические свойства в соответствии с конкретными условиями применения) под влиянием внешних управляющих воздействий;
магнитных наночастиц, способных обеспечить скачок в разработке устройств хранения информации; за счет использования специальных наночастиц размером 10–20 нм может быть достигнута плотность записи информации до 400 Гбит/см2. [1]
Несмотря на высокую затратность и технические риски многих проектов и исследований, военное руководство ведущих мировых держав проводит целенаправленную политику в области разработки перспективных роботизированных и беспилотных средств вооруженной борьбы, рассчитывая не только сохранить личный состав, сделать проведение всех боевых и обеспечивающих задач более безопасным, но и в перспективе разработать инновационные и эффективные средства для обеспечения национальной безопасности, борьбы с терроризмом и иррегулярными угрозами, а также для эффективного проведения современных и будущих операций.
Исходя из анализа ежегодного роста мирового спроса на энергоресурсы, необходимости изучения Мирового океана, ведения поисковых, аварийно-спасательных и научно-исследовательских работ, а также обеспечения безопасности морских государственных границ, можно сделать вывод о несомненной востребованности надводных и подводных беспилотных аппаратов, их дальнейшего развития и всё более широкого внедрения в эксплуатацию.
Литература:
- А. Г. Яковлев, Д. Е. Баранов, М. Д. Шишкин, УДК 620.22 «О Современном состоянии и тенденциях применения новых материалов и технологий в конструкциях беспилотных летательных апаратов»; Вектор науки ТГУ. 2014. № 1.
- государственный акт США «Морская мощь 21» (Sea Power 21,2002).
- государственный акт США «Всесторонний обзор состояния и перспектив развития ВС США» (Quadrennial Defense Review, 2010).
- Л.Бочаров, «Необитаемые подводные аппараты: состояние и общие тенденции развития», Электроника: Наука, Технология, бизнес, 2009, № 7.
- Войтов Д. В. Телеуправляемые необитаемые подводные аппараты. Моркнига, 2012.
- Д. Г. Ляхов, УДК 629.58 «Современные задачи подводной робототехники», Подводные исследования и робототехника, 2012, № 1 (13).
