Применение гетерогенной группы автономных планеров для формирования морских рубежей безопасности

Актуальность применения морских робототехнических систем и комплексов сегодня ни у кого не вызывает сомнений. Необходимость развития отечественной техники и технологий, способных обеспечить оперативное получение данных о состоянии окружающей (морской) среды подтверждается и целым рядом документов, к примеру, программ технологического развития морской техники, программ освоения Арктики и континентального шельфа и многих других.

Отдельным направлением в области морской робототехники являются автономные необитаемые аппараты глайдерного типа. Данные устройства способны проводить в море достаточно долгое время, что позволяет получать большие объемы данных и оперативно контролировать обстановку в заданном регионе.

Принцип перемещения подводного глайдера за счет изменения плавучести, высокая степень автономности, возможности интеллектуального анализа текущих результатов мониторинга и корректировки миссии в зависимости от данных результатов и складывающихся условий, групповые алгоритмы применения в паре с волновым глайдером или БПЛА, и многие другие особенности данных морских робототехнических систем (МРТС) способны существенно увеличить скорость получения океанологических данных и позволяет формировать современные базы данных в парадигме «больших чисел», необходимые для прогнозирования климатических изменений, а также сократить экономические затраты на проведение исследований.

Группы подводных глайдеров в мировой практике применяются в ряде межгосударственных программ, направленных на исследование мирового океана. В настоящее время, на момент 2023 года, основные программы объединены под эгидой ЕС в единую программу «Оcean gliders» входящая в состав международного проекта «Global Ocean Observing System».

Данная программа нацелена на создание глобальной оперативной системы мониторинга, анализа и обмена океанологическими данными, получаемых при помощи глайдеров. Аналогичная картина складывается и в Северной Америке, где, к примеру, только одна Канадская программа «Ocean tracking Network» (OTN) позволила собрать океанологические данные с более 69 000 км, пройденных при использовании глайдеров.


Пример треков маневрирования подводных глайдеров по программе OTN

Как правило, технологии морской робототехники — это высокие технологии автоматически двойного назначения. Одновременно с выполнением задач океанологического и экологического мониторинга и патрулирования, группы подводных глайдеров могут образовывать «рубежи», формирующие зону акустического обзора и контроля, как это уже реализовано в разных национальных и международных проектах в целях контроля морских млекопитающих и уровней акустического загрязнения среды при судоходстве и морской добыче углеводородов


Пример использования групп подводных глайдеров для формирования рубежей системы контроля и патрулирования прибрежных районов береговой линии США

Формирование рубежей из морских робототехнических систем и комплексов, обеспечивает надежное оперативное освещение подводной обстановки, к примеру, в случае применения группы глайдеров как средства пассивного акустического мониторинга, данная группа исходя из получаемой ей же в процессе выполнения миссии, информации о таких параметрах как скорость звука, температура, соленость, электропроводимость среды с учетом их перемещения в назначенном диапазоне глубин, а также иных дополнительных факторов может самостоятельно принять решение и занять наиболее выгодную географическую позицию или тип формации с учетом конкретной лучевой картины распространения звука в акватории патрулирования.

При этом, выполняя функции пассивного акустического мониторинга, глайдер за счет установленного модуля полезной нагрузки и бортового вычислительного устройства, способен не только записывать, но и анализировать полученную информацию, с возможностью непосредственно или с помощью сетевых радио-гидроакустических технологий сообщать в режиме близкому к режиму реального времени на береговой пункт управления о выявленных «аномалиях» (в трехмерном пространстве координат), что позволяет обеспечить своевременное реагирование.

Так в открытом доступе на сегодня имеется приложение для различных гаджетов, позволяющее капитанам морских судов в прибрежных районах США уклоняться от столкновений с морскими млекопитающими находящимися в районе судоходных путей и отслеживаемыми глайдерами пассивного акустического мониторинга.

Как видно из иллюстрации, рубеж мониторинга морских робототехнических систем и комплексов представляет из себя типовые фигуры покрытия площади, такие как «треугольник» или «квадрат», но могут быть и более сложные траектории, вдоль которых необходимо пройти аппарату («зигзаг», «меандр»).  

В программах, объединенных в IOOS в основном используются подводные глайдеры «Slocum», производства Teledyne Technologies International Corp., США, при этом в составе МРТК, в качестве узлов ретрансляции и навигации применяются волновые глайдеры «Wave glider» разработки Liquid Robotics, Inc., США.

Типовые элементы МРТК глайдерного типа США – подводный глайдер «Slocum» и волновой глайдер «Wave glider»

В Российской Федерации практической разработкой глайдеров занимаются научные команды ФГБОУ ВО СПбГМТУ и АО «НПП ПТ «Океанос». Тщательная проработка технологий и сопутствующих систем морской робототехники ведется более 10 лет. За это время были разработаны ходовые стенды подводного и волнового глайдеров, которые прошли неоднократное апробирование различных конструктивных и программно-аппаратных решений, в первую очередь реализованных на базе отечественных компонентов и технологий, являясь своеобразным натурным полигоном «бэта-тестирования» для отечественных производителей.

Так только в части БИНС на данных ходовых стендах апробированы БИНС на МЭМС технологиях компаний «Гиролаб», «Гиронав», «Миландр», «Лаборатория микроприборов».

Типовые элементы отечественного МРТК глайдерного в составе экспериментального образца волнового глайдера СПбГМТУ и подводного глайдера Океанос

Разработанные системы одиночного и группового управления, также как и зарубежные аналоги, делают возможным формирование морских «рубежей». Натурные испытания проведенные АО «НПП ПТ «Океанос» и достигнутые результаты в ходе учений «Безопасная Арктика – 2023», демонстрируют потенциальную возможность применения группы МТРК состоящих из подводных и волновых глайдеров для решения задачи формирования морских робототехнических рубежей.

Примеры треков различного форм-фактора задач мониторинга и патрулирования по результатам полигонных натурных экспериментов с отечественными экспериментальными образцами и ходовыми стендами глайдеров

В процессе выполнения задачи аппараты способны накапливать и обрабатывать массивы данных, получаемых от многопараметрических зондов различного назначения. На момент 2023 года АО «НПП ПТ «Океанос» на ходовом стенде подводного глайдера одновременно использует такие отечественные измерительные комплексы как многопараметрический гидрохимикофизический зонд «AquaPro CTDplus» брэнда «Naeco» и прямой измеритель скорости звука серии «Гидра» компании НПФ «Экран», что служит прямой иллюстрацией последствий введения санкций недружественными странами, так как еще в 2020 году такой возможности не было и в основном применялась импортная сенсорика.


Ходовой стенд подводного глайдера Океанос с многопараметрическим зондом «Naeco»

Мониторинг и изучение отечественных морских территорий сегодня является одним из приоритетных направлений морской политики РФ. Охрана окружающей среды при передвижении судов по северному морскому пути, обеспечение безопасности критических объектов морской инфраструктуры, поиск углеводородных месторождений и многие другие задачи могут быть успешно решены элементами МРТК в составе подводных и волновых глайдеров.

Особенность перемещения глайдеров (как подводных, так и волновых), позволяет данным аппаратам иметь более высокую автономность и энергетическую экономичность, что в свою очередь позволяет поддерживать заданные позиции и «рубежи» в течение долгого времени.

Возможность решения подобных задач была продемонстрирована в ходе натурной верификации расчетных моделей применения МРТК для мониторинга акваторий с наличием ППОО (пролив  Бьеркезунд) и при решении учебных задач МЧС по мониторингу акватории при учебной аварии с радиационным заражением местности (Кольский залив, среднее колено, Учения «Безопасная Арктика-2023»).

27.07.2023
Маевский А.М., научный сотрудник АО «НПП ПТ «Океанос», начальник отдела морской робототехники СПбГМТУ
Фото: «Океанос»

Мы рекомендуем:

Солнце затмило уголь: возобновляемая энергия достигла исторического рекорда в ЕС

Солнце затмило уголь: возобновляемая энергия достигла исторического рекорда в ЕС

Российские ученые предложили новый метод создания квантовых технологий

Российские ученые предложили новый метод создания квантовых технологий

Солнце затмило уголь: возобновляемая энергия достигла исторического рекорда в ЕС

Солнце затмило уголь: возобновляемая энергия достигла исторического рекорда в ЕС