понедельник, 2 апреля 2018 г.

Избранные страницы истории подводной роботехники


К 30-летию Института проблем морских технологий 

В своих прежних сочинениях автору этих строк уже доводилось говорить и стихом, и прозой о глубоководных аппаратах и их создателях. Наша коллективная творческая деятельность в этой сфере чрезвычайно многопланова, и следует заметить, что мы сами придумали свою «суперпроблему», вовлекли в неё круги, радеющие за державу, и связали себя с «авралами» и походами по океанским просторам. Суть этой проблемы завуалирована в таких словосочетаниях как «освоение Мирового океана», «подводная робототехника», и читатель, проявляющий интерес в этой области, может обратиться к соответствующим трудам из довольно обширного библиографического списка. Здесь, в этой заметке можно лишь кратко сказать, что в освоении манящих, но труднодоступных морских глубин немаловажную роль играет специальная техника, создаваемая учёными, инженерами, конструкторами и теми, кто в такой технике нуждается и использует её для своих целей. Эту непростую тему с глубоким научным содержанием приходилось порой сопровождать такими интригующими заголовками как: «Есть ли экзотика в морских технологиях?», «Под шум ветров и волн привычный ропот…», «Идеи, воплощённые в металл» и др.

Лев Владимирович КИСЕЛЁВ
     Обращаясь в очередной раз к избранной теме, хотелось бы, прежде всего, остановиться на том «энтузиазме», который, как теперь иногда кажется, владел всеми в те незабываемые времена, когда начиналась работа над первыми подводными аппаратами. Сама идея создания у нас автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) или иначе – подводных роботов, возникла благодаря Михаилу Дмитриевичу Агееву. Официально Агеевская школа подводной робототехники не зарегистрирована, но она существует и активно развивается благодаря принципам, заложенным её основателем. В этом году исполнилось 45 лет со дня образования в составе ИАПУ тогдашнего ДВНЦ АН СССР лаборатории систем навигации и управления, и первые этапы творческой деятельности по созданию АНПА обозначались как «разведка боем», «скачок в глубину», «обратной дороги нет» и некоторыми другими броскими заголовками. Эти «исторические вехи» в период, предшествующий организации ИПМТ, дали уникальнейший опыт в создании и практическом применеии АНПА. Этот был фактически период, которому можно дать название: «От первых макетов до глубоководных комплексов». Кратко представим перечень достижений за 15-летний период 1972-1987 годы.

А.А. ВОРОНОВ и М.Д. АГЕЕВ с группой создателей «Скат-гео» позируют для журнала «Морской сборник» (1978 год)
 Создан первый в стране автономный подводный аппарат «Скат» для экспериментальных исследований на шельфе, проведены опытные работы на озере Байкал по оценке экологического состояния водной среды вблизи целлюлозно-бумажного комбината. По заказу ЦНИИГАиК создан АНПА «Скат-гео», проведена опытная эксплуатация на геодезическом полигоне в Белом море (1976-1978).

Начато сотрудничество с ГУНиО МО СССР, разработана модульная технология глубоководных средств и создан на её основе первый в стране глубоководный автономный обзорно-поисковый робототехнический комплекс. Проведены испытания комплекса на предельных рабочих глубинах в Японском и Филиппинском морях. Впервые в мировой практике глубоководный робототехнический комплекс эффективно использован в обзорно-поисковых операциях в Северной Атлантике, в поисковых работах вблизи о-ва Сахалин.

Обобщен теоретический и практический опыт создания автономных подводных роботов и их систем. В издательстве «Судостроение» в серии «Техника исследования океана» вышла в свет первая коллективная монография «Автоматические подводные аппараты», посвящённая научным и практическим проблемам создания и развития АНПА.

По договору с ГУНиО создан АНПА для подлёдных исследований в Арктическом бассейне. На его основе создан аппарат «Тифлонус», проведены его испытания и опытная эксплуатация с целью отработки новых систем и проведения акустических и гравиметрических измерений в море.

По договору с НПК «Южморгеология» (Геленджик) разработан АНПА для геологической разведки, в частности, для съёмки залежей железомарганцевых конкреций в Тихом океане.

По заданиям Правительства проведены глубоководные поисково-обследовательские операции в Саргассовом море в районе гибели АПЛ «К-219» (1987)


1 апреля 1988 года – дата рождения Института проблем морских технологий

М.Д. АГЕЕВ и Н.И. РЫЛОВ чувствуют удовлетворение от результатов творческого труда. Демонстрация модульной технологии АНПА «Л-1»
Объём работ по созданию глубоководного робототехнического комплекса, а также и их качественный уровень возросли настолько, что встал вопрос о реорганизации отдела подводных технических средств Института автоматики и процессов управления, руководимого М.Д. Агеевым, в самостоятельный институт. Доминирующую роль играл тот факт, что согласно общей идее необходимо было обеспечить слияние научных исследований с созданием реальных образцов подводной техники. Выдвигались различные варианты организации СКБ подводной робототехники и даже были предприняты попытки начать строительство, но этим вариантам не суждено было стать реальностью. Михаил Дмитриевич настойчиво обращался с докладными записками в разные инстанции с обоснованием необходимости расширения работ и реорганизации коллектива, способного осуществлять весь цикл работ от научной идеи до опытной эксплуатации создаваемой новой техники. Основные доводы сводились к следующему.

Комплексное освоение Мирового океана в интересах народного хозяйства и обороны страны требует исследований и разработок принципиально новых технологий – методов и технических средств осуществления производственной деятельности в океане. В наибольшей степени это относится к работам, выполняемым на средних и больших глубинах. Здесь можно отметить три аспекта этой проблемы: необходимость создания совершенно новых технологических приёмов, например, разработки твёрдых полезных ископаемых, изучения возможных экологических последствий производственной деятельности и полной автоматизации процессов. Исходя из этих задач, были приняты основные научные направления создаваемого института: разработка научных основ перспективных технологий для освоения различных ресурсов Мирового океана; разработка новых методов и принципов создания автоматизированных технических средств исследования и освоения Мирового океана.

АНПА «Комплекс-АН» (он же «гладкий», «долгоиграющий», «подлёдный», «Тифлонус»). 1987 год
   В состав нового института должны войти следующие основные подразделения: отдел подводных технических средств, отдел природных ресурсов океана, отдел экспериментальных работ, конструкторское бюро с экспериментальными мастерскими, служба системного обеспечения.

Состав и облик института, а также его название утвердились не сразу. Вначале планировалось, что в его состав войдут отдел, о котором уже шла речь, и лаборатория морских ландшафтов Института географии. Затем ситуация переигралась, и в результате возникла комбинация, в которую вошли отдел М.Д. Агеева из ИАПУ, лаборатории гидрофизики океана и нетрадиционной энергетики из Тихоокеанского океанологического института (ТОИ), а четыре года спустя – лаборатория экологических систем из Института экономики океана (ИЭО).

Первым «детищем» новорожденного института стал аппарат «МТ-88», созданный на инициативной основе за счёт госбюджета. В структуре аппарата впервые были реализованы микропроцессорная система, телеуправление по гидроакустическому каналу. Этот период совпал во времени не только с «перестройкой», но и с возникшим неожиданно интересом к геологической разведке на больших глубинах, в частности, к разведке и добыче запасов железомарганцевых конкреций (ЖМК) в районах океанических разломов и рифтовых зон. Так, АНПА «МТ-88» оказался вовлечённым в международную программу и участвовал в комплексной разведке ЖМК в зоне разлома Кларион-Клиппертон.

Академик М.Д. АГЕЕВ с китайскими коллегами
     Геологическая тема была продолжена при сотрудничестве с Китаем и Южной Кореей. С академией наук Китая состоялся контракт на разработку аппарата, подобного Л-2, для поиска и разведки полезных ископаемых, в частности, ЖМК в отведённых районах Тихого океана. Этой цели соответствовал состав полезного оборудования. На основе кооперации был создан АНПА «CR-01», который после глубоководных испытаний в районе Гавайских островов использовался китайскими коллегами по назначению. В результате контракт был продлён, и был изготовлен ещё один аппарат с номером 02. Новшества заключались, в основном, в использовании готовой продукции известных производителей электронных устройств и организации иерархически-сетевой архитектуры управления на основе бортовой вычислительной сети. За работы по данным контрактам лидер этих работ Николай Иванович Рылов был удостоен самого престижного китайского ордена, каким награждаются иностранные граждане.

Награждение Н.И. РЫЛОВА в КНР
АНПА «CR-02» на стапеле в Шеньяне

В это же время при сотрудничестве с фирмой DAEWOO (Южная Корея) была выполнена аналогичная разработка АНПА под названием «ОКРО-6000». ОКРО – это название острова, на котором расположены корпуса фирмы DAEWOO. Здесь было немало проблем, связанных с организацией работ с корейской стороны, но в конечном итоге аппарат был создан и в дальнейшем использовался специалистами фирмы «KORDI» для геологической разведки в Тихом океане.

Фрагмент морских испытаний АНПА «ОКРО-6000» 

К данному периоду времени относится разработка автономно-привязного аппарата, получившего название «Tunnel Sea Leon» или сокращенно TSL. Проект разрабатывался по контракту с американской частной фирмой и преследовал цель – обследование водоводов, в частности, туннелей, снабжающих водой большой город, например, Сан-Франциско. Первоначально планировалось создание автономного аппарата, но после анализа проблем было решено перейти на гибридный вариант с оптоволоконным кабелем. Это была новая работа, которая потребовала принять ряд нестандартных решений, касающихся движительной системы, супервизорного управления, сенсоров и структуры управления в целом. Когда контракт завершился, и финансы у заказчика иссякли, аппарат стал использоваться для отработки новых систем и различных морских экспериментов по биологии, экологии, мониторингу водной среды. Применительно к задачам мнокократно модернизировался. Участвовал в экспедиции по поиску ледокола «Челюскин», свою задачу выполнил, хотя сама поисковая операция оказалась безрезультатной.

В этот период активный интерес к разработкам института проявила известная французская фирма IFFRENER, и в рамках научного сотрудничества были проведены исследования по проекту универсального АНПА, в который закладывались новые идеи по навигации, управлению и энергетике.

К числу фундаментальных проблем, связанных с повышением автономности АНПА, относятся проблемы энергообеспечения на основе нетрадиционных технологий. В первую очередь рассматривалась перспектива использования солнечной энергии для подзарядки бортовых источников энергии (аккумуляторных батарей). В публикациях на эту тему М.Д. Агеевым в соавторстве с зарубежными коллегами детально обоснованы технологические аспекты использования АНПА с солнечной энергетикой. На практике по контракту с американским институтом подводных исследований (AUSI) были созданы два экспериментальных образца САНПА и проведены их всесторонние испытания в морских условиях. В дальнейшем на базе этой разработки американцы выпустили серию аппаратов, которые использовались для выполнения океанографических работ и трансатлантических переходов.

С группой экспертов по новейшим технологиям из США М.Д. Агеев и Ю.Г. Молоков. 1992 год

После длительного перерыва возобновилось сотрудничество с организациями оборонного профиля. Вначале на уровне НИР, а затем с переходом на ОКР осуществлялись проекты, суть которых можно было выразить тремя словами: инновация, интеллектуализация, интеграция. Речь шла не только о новых задачах и их решениях, но и о совершенно иных подходах к организации труда по оборонзаказам. Проект под названием «Клавесин» разрабатывался именно в таких условиях. В его задачу входило создание опытного образца поисково-обследовательского АНПА для инспекции протяжённых подводных объектов. Требовались принципиально новые решения в отношении систем навигации, энергетики, технического зрения, управления движением и в целом всей структуры бортовых систем. Для отработки вновь созданных систем и устройств был разработан прототип (макет) проектируемого АНПА «Клавесин-М», оснащённый всеми необходимыми средствами поиска и обнаружения протяжённых подводных коммуникаций (подводных кабелей). По результатам испытаний аппарат был принят на вооружение ВМФ. На его основе был создан АНПА «Клавесин-1Р», прошедший полный цикл государственных испытаний и военной приёмки. В 2007 году аппарат участвовал в экспедиции по исследованию континентального арктического шельфа, когда решались вопросы его государственной принадлежности. Результаты этой экспедиции широко освещались в СМИ и в журнальных публикациях. Аппарат также принимал участие в ряде других масштабных поисково-обследовательских операций в дальневосточных водах.

Накопленный достаточно уникальный материал по проблемам создания и применения АНПА и их систем был обобщен в коллективной монографии под редакцией М.Д. Агеева, было начато издание журнала «Подводные исследования и робототехника».

На основе АНПА «Клавесин-1Р» была изготовлена опытная партия из трёх действующих аппаратов для выполнения работ в различных морских акваториях. Разработана соответствующая техническая документация для организации серийного выпуска АНПА в интересах различных ведомств и отраслей.

Весь предшествующий опыт создания и практического применения АНПА показывает, что он неразрывно связан с постановкой и решением новых системных задач, совершенствованием конструкторских и информационных технологий. Важнейшее направление в этих технологиях касается миниатюризации технических устройств, систем и аппаратов-роботов в целом. С этим связано не только стремление уменьшить размеры и эксплуатационные характеристики аппаратов, но и в значительной степени «интеллектуализация» решаемых задач. Конечно, остаётся немалый класс задач, которые могут быть выполнены только с помощью больших, универсальных аппаратов, но многие задачи могут быть решены с помощью аппаратов среднего и малого класса.

Морские экспедиции, визиты и выставки

Завершая экскурс в историю подводной роботехники, перечислим проекты, реализованные в последние годы: 

·           робототехнический комплекс МТ-2012 (Галтель), включающий два опытных образца АНПА и один ТНПА, предназначенные для мониторинга морского дна на шельфе; по результатам приёмки комплекс получил статус МРТК для ведения оперативных работ широкого назначения;

·           «лёгкие» АНПА, включая: МТ-2010 (Пилигрим), созданный в рамках ОКР для МЧС РФ;

·            комплекс АНПА «Платформа», созданный по заказу ФТГУ.

На основе инициативных проектов были выполнены разработки:

·           ММТ-2016, представляющий собой модернизированный вариант АНПА ММТ-3000;

·           робототехнический комплекс МАРК, включающий два автономных аппарата: подводный (АНПА) и водный (АНВА);

·           малый специализированный ТНПА «Чилим» для ведения поисковых работ в мелком море, обнаружения и обезвреживания потенциально опасных объектов морской военной техники.

Все перечисленные разработки оказались возможными только благодаря научному заделу, связанному с решением проблем навигации, связи, системной организации, управления движением, отбражения информации о внешней среде.

В заключение необходимо сказать, что в наше время подводная робототехника приобретает черты самостоятельной отрасли, в которую вовлечены крупнейшие научные и производственные организации, фирмы, корпорации. 

Лев КИСЕЛЁВ,
главный научный сотрудник ИПМТ ДВО РАН,
доктор технических наук

         Фото из архива автора

Комментариев нет:

Отправить комментарий