Недавно американская компания Leidos совместно с Агентством перспективных оборонных разработок Пентагона испытания робота-тримарана «Си Хантер» проекта ACTUV. Основной задачей аппарата после принятия на вооружение станет охота за подводными лодками противника, но он также будет использоваться для доставки провизии и в разведывательных операциях. Про сухопутных роботов и беспилотники, создаваемых в интересах военно-воздушных сил многие уже наслышаны. Мы же решили разобраться, какими аппаратами в ближайшие несколько лет будут пользоваться военные на море.

Морские роботы могут использоваться для решения самых разных задач, причем их список военные составили далеко не полостью. В частности, командования военно-морских сил многих стран уже определились, что морские роботы могут быть полезны для разведки, картографирования дна, поиска мин, патрулирования входов в морские базы, обнаружения и сопровождения кораблей, охоты на подводные лодки, ретрансляции сигналов, дозаправки самолетов и нанесения ударов по наземным и морским целям. Для выполнения таких заданий сегодня разрабатываются сразу несколько классов морских роботов.

Условно морских роботов можно разделить на четыре большие класса: палубные, надводные, подводные и гибридные. К палубным аппаратам относятся различного рода беспилотники, запускаемые с палубы корабля, надводным - роботы, способные передвигаться по воде, к подводным - автономные корабли, предназначенные для работы под водой. Гибридными морскими роботами принято называть аппараты, способные одинаково эффективно функционировать в нескольких средах, например, в воздухе и на воде или в воздухе и под водой. Надводные и подводные аппараты используются военными, да и не только ими, уже несколько лет.

Патрульными роботами-катерами уже на протяжении последних пяти лет пользуются ВМС Израиля, а подводные роботы, называемые еще автономными необитаемыми подводными аппаратами, входят в состав нескольких десятков военно-морских сил, включая Россию, США, Швецию, Нидерланды, Китай, Японию и обе Кореи. Подводные роботы пока наиболее распространены, поскольку их разработка, производство и эксплуатация относительно просты и значительно просты по сравнению с морскими роботами других классов. Дело в том, что подводные аппараты в большинстве своем «привязаны» к кораблю тросом, кабелем управления и энергоснабжения и не могут уходить от носителя на большие расстояния.

Для полетов палубных беспилотников требуется соблюдение множества непростых условий. Например, управления комбинированным воздушным движением пилотируемых и непилотируемых летательных аппаратов, повышения точности инструментальных средств посадки на колеблющуюся палубу корабля, защиты тонкой электроники от агрессивной среды моря и обеспечения прочности конструкции для посадки на корабль во время сильной качки. Надводные роботы, особенно те, что должны функционировать в районах судоходства и на большом удалении от берега, должны получать сведения о других кораблях и обладать хорошей мореходностью, то есть способностью плавать при сильном волнении моря.

Палубные беспилотники

С середины 2000-х годов американская компания Northrop Grumman по заказу ВМС США демонстратора технологий палубного беспилотного летательного аппарата X-47B UCAS-D. На программу разработки, производства двух экспериментальных аппаратов и проведение их испытаний было потрачено чуть меньше двух миллиардов долларов. Свой первый полет X-47B совершил в 2011 году, а первый взлет с палубы авианосца - в 2013-м. В том же году беспилотник совершил первую автономную посадку на авианосец. Аппарат также проверили на возможность взлетать в паре с пилотируемым самолетом, выполнять полеты в ночное время и дозаправлять другие самолеты.

В целом X-47B использовался военными для оценки потенциальной роли крупных беспилотников на флоте. В частности, речь шла о разведке, нанесении ударов по позициям противника, дозаправке других аппаратов и даже применении лазерного оружия. Длина реактивного X-47B составляет 11,63 метра, высота - 3,1 метра, а размах крыла - 18,93 метра. Беспилотник может развивать скорость до 1035 километров в час и совершать полеты на расстояние до четырех тысяч километров. Он оборудован двумя внутренними бомбовыми отсеками для подвесного вооружения общей массой до двух тонн, хотя на применение ракет или бомб никогда не испытывался.

В начале февраля ВМС США , что ударный палубный беспилотник им не нужен, поскольку с бомбардировкой наземных целей быстрее и качественнее справятся многофункциональные истребители. При этом палубный аппарат все же будет разработан, но заниматься он будет разведкой и дозаправкой истребителей в воздухе. Создание беспилотника будет вестись в рамках проекта CBARS. На вооружении беспилотник получит обозначение MQ-25 Stingray. Победителя конкурса на разработку палубного беспилотника-заправщика назовут в середине 2018 года, а первый серийный аппарат военные рассчитывают получить уже к 2021 году.

При создании X-47B конструкторам пришлось решать несколько задач, самыми простыми из которых была защита аппарата от коррозии во влажном и соленом воздухе и разработка компактной, но прочной конструкции со складным крылом, прочным шасси и посадочным гаком. К крайне сложным задачам относилось маневрирование беспилотника на загруженной палубе авианосца. Этот процесс отчасти автоматизировали, а отчасти перевели в ведение оператора взлета и посадки. Этот человек получил небольшой планшет на руку, при помощи которого, водя пальцем по экрану, он мог управлять перемещением X-47B по палубе до взлета и после посадки.

Для того, чтобы палубный беспилотник мог взлетать с авианосца и садиться на него, корабль нужно было модернизировать, установив на него системы инструментальной посадки. Пилотируемые самолеты садятся по голосовому наведению оператора воздушного движения авианосца, командам оператора посадки и визуальным данным, включая показания оптического курсо-глиссадного индикатора . Для беспилотника все это не годится. Данные для посадки он должен получать в цифровом защищенном виде. Для возможности использования X-47B на авианосцы разработчикам пришлось совместить понятную «человеческую» систему посадки и непонятную «беспилотную».

Между тем, уже сегодня на американских кораблях активно используются беспилотники RQ-21A Blackjack. Они Морской пехоты США. Аппарат оснащен небольшой катапультой, не занимающей много места на палубе корабля. Беспилотник используется для разведки, рекогносцировки и наблюдения. Blackjack имеет в длину 2,5 метра и размах крыла 4,9 метра. Аппарат способен развивать скорость до 138 километров в час и находиться в воздухе до 16 часов. Запуск беспилотника производится при помощи пневматической катапульты, а посадка - при помощи воздушного аэрофинишера. В данном случае - это штанга с тросом, за который аппарат цепляется крылом.

Надводные роботы

В конце июля 2016 года американская компания Leidos совместно с Агентством перспективных оборонных разработок (DARPA) Пентагона ходовые испытания робота - охотника за подлодками «Си Хантер». Его разработка ведется в рамках программы ACTUV. Испытания признали успешными. Аппарат построен по схеме тримарана, то есть судна с тремя параллельными корпусами, соединенными друг с другом в верхней части. Длина дизель-электрического робота составляет 40 метров, а полное водоизмещение - 131,5 тонны. Тримаран может развивать скорость до 27 узлов, а дальность его хода составляет десять тысяч миль.

Испытания «Си Хантера» проводятся с весны прошлого года. Он оснащен различным навигационным оборудованием и сонарами. Основной задачей робота станет обнаружение и преследование подводных лодок, однако робот будет использоваться и для доставки провизии. Кроме того, он будет периодически выводиться и на разведывательные задания. При этом аппарат будет действовать в полностью автономном режиме. Военные намерены использовать таких роботов в первую очередь для поиска «тихих» дизель-электрических подводных лодок. Кстати, по неподтвержденным данным, во время испытаний робот смог обнаружить подлодку на расстоянии полумили от себя.

Конструкция «Си Хантера» при полном водоизмещении предусматривает возможность надежной работы при волнении моря до пяти баллов (высота волны от 2,5 до 5 метров) и выживаемость аппарата при волнении моря до семи баллов (высота волны от шести до девяти метров). Другие технические подробности о надводном роботе засекречены. Его испытания будут проводиться до конца текущего года, после чего робот поступит на вооружение ВМС США. Последние полагают, что роботы, подобные «Си Хантеру» существенно удешевят обнаружение субмарин противника, поскольку не нужно будет использовать дорогостоящие специальные корабли.

Между тем, надводный робот проекта ACTUV станет не первым аппаратом такого класса, используемым военными. На протяжении последних пяти лет на вооружении Израиля стоят роботы - патрульные катера, которые используются для контроля территориальных вод страны. Это небольшие катера, оснащенные сонарами и радиолокационными станциями для обнаружения надводных кораблей и подводных лодок на небольших расстояниях. Катера также вооружены пулеметами калибра 7,62 и 12,7 миллиметра и системами радиоэлектронной борьбы. В 2017 году ВМС Израиля примут на вооружение новые более быстрые патрульные катера-роботы Shomer Hayam («Защитник»).

В начале февраля 2016 года израильская компания Elbit Systems прототип робота Seagull, который будет использоваться для поиска подводных лодок противника и мин. Робот оснащен набором сонаров, которые позволяют ему эффективно обнаруживать крупные и небольшие подводные объекты. Seagull, выполненный в корпусе катера длиной 12 метров, способен автономно работать на протяжении четырех суток, а дальность его действия составляет около ста километров. Он оснащен двумя двигателями, которые позволяют ему развивать скорость до 32 узлов. Seagull может нести полезную нагрузку массой до 2,3 тонны.

При разработке системы поиска подводных лодок и мин Elbit Systems использовала данные о 135 атомных подводных лодках, 315 дизель-электрических подлодках и субмаринах с воздухонезависимыми энергетическими установками, а также нескольких сотнях минисубмарин и подводных аппаратов. 50 процентов кораблей и аппаратов, попавших в базу, не принадлежат странам - членам НАТО. Стоимость одного автономного комплекса оценивается в 220 миллионов долларов. По данным Elbit Systems, два автономных комплекса Seagull при выполнении противолодочных операций могут заменить в составе военно-морских сил один фрегат.

Помимо Израиля надводными роботами располагает и Германия. В середине февраля текущего года немецкие ВМС робота ARCIMS, предназначенного для поиска и обезвреживания мин, обнаружения подводных лодок, ведения радиоэлектронной борьбы и охраны морских баз. Этот автономный катер, разработанный немецкой компанией Atlas ElektroniK имеет в длину 11 метров. Он может нести полезную нагрузку массой до четырех тонн. Катер имеет ударостойкий корпус и небольшую осадку. Благодаря двум двигателям роботизированный комплекс может развивать скорость до 40 узлов.

defenseupdate / Youtube

Подводные роботы

Подводные роботы появились на флоте первыми, практически сразу после начала их использования в исследовательских целях. В 1957 году ученые из Лаборатории прикладной физики Вашингтонского университета впервые использовали подводного робота SPURV для исследования распространения звуков под водой и записи шумов подводных лодок. В 1960 годах в СССР подводных роботов стали использовать для исследования дна. В эти же годы автономные необитаемые подводные аппараты начали поступать на флот. Первые такие роботы имели несколько двигателей для перемещения под водой, простые манипуляторы и телевизионные камеры.

Сегодня подводные роботы используются военными в самых разнообразных операциях: для разведки, поиска и обезвреживания мин, поиска подводных лодок, проверки подводных конструкций, картографирования дна, обеспечения связи между кораблями и подводными лодками и доставки грузов. В октябре 2015 года ВМФ России подводных роботов «Марлин-350», разработанных петербургской компанией «Тетис Про». Роботов военные будут использовать в поисково-спасательных операциях, включая осмотр аварийных подводных лодок, а также для установки гидроакустических маркеров и подъема со дна различных объектов.

Новый подводный робот предназначен для поиска различных объектов и осмотра дна на глубине до 350 метров. Робот оснащен шестью движителями. При длине 84 сантиметра, ширине 59 сантиметров и высоте 37 сантиметров масса «Марлина-350» составляет 50 килограммов. На аппарат можно установить гидролокатор кругового обзора, многолучевой гидролокатор, альтиметр, видеокамеры и приборы освещения, а также различное коммуникационное оборудование. В интересах флота также проходит испытания разведывательный подводный робот «Концепт-М», способный погружаться на глубину до тысячи метров.

В середине марте текущего года Крыловский научный центр на новый способ патрулирования акваторий. Для этого планируется использовать подводных роботов, а для определения точных координат подводных объектов - реактивные гидроакустические буи. Предполагается, что подводный робот будет вести патрулирование по заранее заданному маршруту. В случае, если он засечет какое-либо движение в своей зоне ответственности, он выйдет на связь с ближайшими кораблями или береговой базой. Те, в свою очередь, запустят по району патрулирования реактивные гидроакустические буи (запускаются как ракеты, а попав в воду излучают гидроакустический сигнал, по отражению которого и определяется местонахождение подлодки). Такие буи уже определят точное местоположение обнаруженного объекта.

Между тем, шведская компания Saab новый автономный необитаемый подводный аппарат Sea Wasp, предназначенный для поиска, перемещения и обезвреживания самодельных взрывных устройств. Новый робот создан на базе Seaeye, линейки коммерческих подводных дистанционно управляемых аппаратов. Sea Wasp, оснащенный двумя элекромоторами мощностью пять киловатт каждый, может развивать скорость до восьми узлов. Он также имеет шесть маневровых двигателей мощностью 400 ватт каждый. Для перемещения мин Sea Wasp может использовать манипулятор.

В марте текущего года концерн Boeing крупнотоннажного подводного робота Echo Voyager длиной 15,5 метра. Этот аппарат оснащен системой уклонения от столкновения и может перемещаться под водой полностью автономно: специальные сонары отвечают за обнаружение препятствий, а компьютер просчитывает маршрут уклонения. Echo Voyager получил перезаряжаемую энергетическую систему, подробности о которой не уточняется. Робот может собирать различные данные, включая картографирования дна, и передавать их оператору. Для обслуживания Echo Voyager не требуется специального корабля поддержки, как для других подводных роботов.

Christopher P. Cavas / Defense News

Гибридные роботы

Морские роботы, способные работать в нескольких средах, стали появляться относительно недавно. Считается, что благодаря таким аппаратам военные смогут сэкономить свои бюджеты, поскольку не нужно будет раскошеливаться на разных роботов, способных, скажем летать и плавать, а купить вместо них одного, умеющего делать и то, и другое. Последние четыре года Школа повышения квалификации офицерских кадров ВМС США занимается квадрокоптера Aqua-Quad, способного садиться на воду и взлетать с нее. Аппарат работает на солнечной энергии и использует ее для подзарядки аккумуляторов. Дрона можно оснастить гидроакустической системой, способной обнаруживать подводные лодки.

Разработка Aqua-Quad пока еще не завершена. Первые пробные испытания аппарата состоялись осенью прошлого года. Дрон построен по четырехлучевой схеме с расположением на концах лучей электромоторов с воздушными винтами. Эти винты диаметром 360 миллиметров каждый забраны в обтекатели. Кроме того, весь аппарат также заключен в тонкое кольцо диаметром один метр. Между лучами расположены 20 солнечных панелей. Масса аппарата составляет около трех килограммов. Беспилотник оснащен аккумулятором, используя энергию которого он и совершает полеты. Продолжительность полета Aqua-Quad составляет около 25 минут.

В свою очередь Научно-исследовательская лаборатория ВМС США занимается созданием двух типов беспилотников - Blackwing и Sea Robin. Аппараты проходят испытания с 2013 года. Эти беспилотники примечательны тем, что их можно запускать с подводных лодок. Они помещаются в специальные контейнеры для стандартного торпедного аппарата калибра 533 миллиметра. После запуска и всплытия контейнер раскрывается, а беспилотник взлетает вертикально. После этого он может вести разведку морской поверхности, передавая данные в режиме реального времени, или выступать ретранслятором сигналов. Отработав, такие беспилотники будут садиться на воду или «отлавливаться» воздушными аэрофинишерами кораблей.

В феврале текущего года сингапурская компания ST Engineering беспилотный летательный аппарат самолетного типа, способный летать, садиться на воду и даже плавать под водой. Этот беспилотник, способный эффективно работать в двух средах, получил название UHV (Unmanned Hybrid Vehicle, беспилотный гибридный аппарат). Масса UHV составляет 25 килограммов. Он может находиться в воздухе до 20-25 минут. UHV имеет один воздушный винт и два водяных гребных винта. При посадке на водную поверхность лопасти воздушного винта складываются и для движения беспилотника используются уже водяные движители.

В подводном режиме UHV может перемещаться со скоростью до четырех-пяти узлов. За перевод систем управления из одной среды в другую полностью отвечает бортовой компьютер беспилотника. Разработчики полагают, что аппарат пригодится военным для ведения разведки и поиска подводных мин. Похожий проект в прошлом году Центр беспилотных систем Технологического института Джорджии. Он разработал двухсредный квадрокоптер GTQ-Cormorant. Дрон способен погружаться на заданную глубину и плавать под водой, используя в качестве движителей воздушные винты. Проект финансируется Научно-исследовательским управлением ВМС США.

А вот DARPA занимается разработкой особых гибридных роботов, которые будут использоваться военными в качестве схронов. Предполагается, что такие аппараты, разработка которых ведется с 2013 года, нагруженные топливом, боеприпасами или малыми разведывательными беспилотниками, будут выпускаться с корабля и уходить на дно. Там они будут переключаться в спящий режим, в котором смогут функционировать несколько лет. При необходимости корабль сможет с поверхности послать на дно акустический сигнал, который разбудит робота и тот поднимется на поверхность, подплывет к кораблю и моряки смогут забрать с него свою заначку.

Подводные хранилища должны будут выдерживать давление более 40 мегапаскалей, поскольку устанавливать их военные планируют на больших глубинах, где они будут недоступны ни для дайверов-любителей, ни для подводных лодок потенциального противника. В частности, глубина установки хранилищ будет достигать четырех километров. Для сравнения, стратегические подлодки могут погружаться на глубину 400-500 метров. Технические подробности о гибридных роботах-схронах засекречены. Как ожидается, первые такие аппараты американские военные получат на испытания во второй половине 2017 года.

Рассказать обо всех морских роботах, уже принятых на вооружение и еще только разрабатываемых, в рамках одного материала невозможно - каждый класс таких аппаратов уже насчитывает по меньше мере десяток разных названий. Помимо военных морских роботов активно развиваются и гражданские аппараты, которые разработчики намерены использовать в самых разных целях: от перевозки пассажиров и грузов до мониторинга погоды и изучения ураганов, от подводных исследований и контроля линий связи до ликвидации последствий техногенных катастроф и спасения пассажиров аварийных судов. На море роботам всегда найдется работа.

Василий Сычёв

С.А. Половко, П.К. Шубин, В.И. Юдин Санкт-Петербург, Россия

концептуальные вопросы роботизации морской техники

S.A. Polovko, P.K. Shubin, V.I. Yudin

St.-Petersburg, Russia

a conceptual issues robotization marine engineering

Рассмотрены научно обоснованные концепции настоятельной необходимости роботизации всех работ, связанных с морской техникой, призванной вывести человека из зоны повышенного риска, повысить функциональные возможности, оперативность и производительность морской техники, а также разрешить стратегический конфликт между усложнением и интенсификацией процессов управления и обслуживания техники и ограниченными возможностями человека.

МОРСКАЯ ТЕХНИКА. РОБОТЫ. РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ. РОБОТИЗАЦИЯ. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОГРАММА.

The article describes the concept of evidence-based robotics urgent need of all work related to marine technology, designed to bring people from high-risk areas, to improve the functionality, flexibility and performance marine applications and enable strategic conflict between complexity and intensification of management and maintenance of equipment and disabled person.

MARINE ENGINEERING. ROBOT. ROBOT SYSTEMS. ROBOTIZATION. STATE PROGRAM.

В качестве принципиальных, концептуальных вопросов научно обоснованной роботизации морской техники (МТ) целесообразно рассмотреть прежде всего вопросы, непосредственно вытекающие из причин необходимости роботизации. То есть причин, по которым объекты МТ становятся объектами внедрения роботов, робототех-нических комплексов (РТК) и систем. Здесь и в дальнейшем под РТК понимается совокупность робота и пульта управления им, а под робототех-нической системой - совокупность РТК и объекта его носителя.

Роботы, как свидетельствует опыт их создания и применения, внедряются в первую очередь там, где труд человека и его жизнедеятельность затруднены, невозможны или сопряжены с угрозой для жизни и здоровья. Например, это имеет место в зонах радиоактивного или химического загрязнения, в условиях боевых действий, при проведении подводных или космических исследований, работ и т. п.

Применительно к морской деятельности это прежде всего:

глубоководные исследования;

водолазные работы на больших глубинах; подводно-технические работы; аварийно-спасательные работы; поисково-спасательные работы в неблагоприятных гидрометеоусловиях (ГМУ);

добыча сырья и полезных ископаемых на шельфе.

Применительно к военной области: противоминная и противодиверсионная оборона;

разведка, поиск и слежение; участие в боевых действиях и их обеспечение.

Таким образом, практически весь спектр объектов: от подводной МТ (водолазная техника, обитаемые подводные аппараты - ОПА, подводные лодки - ПЛПЛ, техника освоения шельфо-вой зоны мирового океана), надводной (корабли, суда, катера) до воздушной МТ (летательные аппараты - ЛА) являются объектами роботизации, т. е. представляют собой объекты, подлежащие внедрению на них роботов, РТК и систем.

Причем с той или иной степенью риска для жизни человека сопряжена не только работа вне

объекта МТ, за бортом, на глубине (водолазный труд), но и работа непосредственно на морском объекте . Очевидно, что очередность роботизации должна быть напрямую связана с величиной риска для жизни персонала (членов экипажа). Количественно величина риска может быть измерена статистической или прогнозной (расчетной) вероятностью смерти человека в зависимости от вида деятельности в год [год-1], как это показано в на основе статистических данных и данных литературных источников.

Примем к рассмотрению три уровня риска, представленные на рисунке, в зависимости от вида деятельности и источника риска по данным . Чем выше величина риска, тем ближе данный вид деятельности человека (и соответствующий ему вид техники) к началу очереди на роботизацию. Имеется в виду первоочередное создание роботизированных зон как вне, так и внутри объектов МТ, зон функционирования роботов, с целью удалить человека из зоны повышенного риска.

Пусть п. - порядковый номер в очереди на роботизацию данного (/-го) объекта МТ, а т. - соответственно, вероятность гибели членов экипажа /-го объекта МТ в год. Тогда для оценки очередности роботизации можем получить:

п1 =1+|(г); /(1Л (1)

где |(т.) - ступенчатая функция от величины риска:

|(т.) = 0, при г. > ГНУР =10-3 год-1;

|(т) = 1 при тНур > г. > ГПДУ = 10-4 год-1;

|(т) = 2 при тпду > г, > гппу = 10-6 год-1;

|(Т) = 3, Г1 < гппу.

Оценивая требуемую степень роботизации /-го объекта МТ $1"), необходимо ориентироваться прежде всего на степень сокращения численности персонала в зоне деятельности с повышенным риском, которая полагается пропорциональной степени превышения т. над гПдУ в следующем виде:

5." = 1 - тПДУ т(2)

Оценка доли персонала от общей исходной численности его (Ж) на /-м объекте морской техники, остающейся после внедрения РТК, будет иметь следующий вид:

№б = [(1 - яд]. (3)

Степень роботизации, т. е. степень внедрения РТК с целью замены персонала /-го объекта МТ,

можно оценивать в процентном отношении в следующем виде:

5 . =(Ж - №б)Ж-1- 100 %.

Из (2) очевидно следует, что при т. > гНУр ^ 5т > 90,0 %. То есть практически весь персонал должен быть удален с данного объекта (из данной зоны) и заменен РТК.

Принцип замены человеческого труда на роботизированный в зонах повышенной опасности является безусловно главенствующим, что подтверждается активным внедрением подводных роботов - необитаемых подводных аппаратов (НПА). Однако он не исчерпывает всех потребностей во внедрении РТК в морское дело.

Следующими по степени значимости необходимо признать принципы расширения функциональных возможностей морской техники, роста оперативности и производительности работ за счет внедрения морских роботов (МР), РТК и систем. Так, при замене тяжелого водолазного труда, например, в случае осмотра, обследования или ремонта объектов под водой (на грунте) подводным роботом, расширяются функциональные возможности, растет оперативность и производительность работ . Использование автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) в качестве спутников ПЛ существенно расширяет боевые возможности и повышает боевую устойчивость ПЛ . Активная разработка и применение безэкипажных катеров (БК) и судов (БС), а также беспилотных ЛА (БПЛА) за рубежом, также свидетельствует о перспективности роботизированной МТ. Действительно, даже при прочих равных условиях исключается риск потери экипажа объекта МТ при работе в сложных ГМУ. В целом можно говорить о сравнительно высокой эффективности (полезности) морских роботов (НПА, БК, БС, БПЛА) при сравнительно невысокой стоимости .

Следующим концептуальным вопросом в проблеме научно обоснованной роботизации объектов МТ является классификация морской робототехники, которая не только фиксирует существующее состояние дел и опыт разработки и применения роботов, но также позволяет прогнозировать основные тенденции и перспективные направления дальнейшего развития при решении задач внешней роботизации.

Наиболее обоснованный подход к классификации морской подводной робототехники

представлен в . Под морской робототехникой будем понимать собственно роботов, робототех-нические комплексы и системы. Разнообразие созданных в мире НПА затрудняет их строгую классификацию. Чаще всего в качестве классификационных признаков морских РТК (НПА) используют массу, габариты, автономность, способ передвижения, наличие плавучести, рабочую глубину, схему развертывания, назначение, функциональные и конструктивные особенности, стоимость и некоторые др.

Классификация по массогабаритным характеристикам:

микроПА (ПМА), масса (сухая) < 20 кг, дальность плавания менее 1-2 морских миль, оперативная (рабочая) глубина до 150 м;

мини-ПА, масса 20-100 кг, дальность плавания от 0,5 до 4000 морских миль, оперативная глубина до 2000 м;

малые НПА, масса 100-500 кг. В настоящее время ПА этого класса составляют 15-20 % и находят широкое применение при решении различных задач на глубинах до 1500 м;

средние НПА, масса более 500 кг, но менее 2000 кг;

большие НПА, масса > 2000 кг. Классификация по особенностям формы несущей конструкции:

классической формы (цилиндрической, конической и сферической);

бионические (плавающего и ползающего типов);

Подводные (водолазные)

работы _2 -^ 10

Служба на ПЛПЛ ВМФ -

Освоение шельфа

Автотранспорт

Рыболовство

Морской флот

Стихийные бедствия -

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ РИСК СМЕРТИ (г в год)

ОБЛАСТЬ НЕПРИЕМЛЕМОГО РИСКА

ОБЛАСТЬ ЧРЕЗМЕРНОГО РИСКА

ОБЛАСТЬ ПРИЕМЛЕМОГО РИСКА

Уровни риска смерти человека (вероятность - г в год) в зависимости от вида деятельности и источника риска,

а также принятая классификация уровней риска: ППУ - предельно пренебрежимый уровень риска; ПДУ - предельно допустимый уровень риска;

НУР - неприемлемый уровень риска

планерной (самолетной) формы;

с солнечной панелью на верхней части корпуса (плоские формы);

ползающие НПА на гусеничной базе.

Классификация морских РТК (НПА) по степени автономности. АНПА должен отвечать трем основным условиям автономности: механической, энергетической и информационной.

Механическая автономность предполагает отсутствие какой-либо механической связи в виде кабеля, троса или шланга, связывающих ПА с судном-носителем либо с донной станцией или береговой базой.

Энергетическая автономность предполагает наличие на борту ПА источника питания в виде, например, аккумуляторных батарей, топливных элементов, ядерного реактора, двигателя внутреннего сгорания с замкнутым рабочим циклом и т. п.

Информационная автономность НПА предполагает отсутствие информационного обмена между аппаратом и судном-носителем, либо донной станцией или береговой базой. При этом НПА должен иметь и автономную инерциальную навигационную систему.

Классификация морских РТК (НПА) по информационному принципу для соответствующего поколения НПА.

Морские автономные РТК ВН (АНПА) первого поколения функционируют по заранее заданной жесткой неизменяемой программе.

Дистанционно управляемые (ДУ) НПА первого поколения управляются по разомкнутому контуру. В этих простейших устройствах команды управления подаются непосредственно в движи-тельный комплекс без использования автоматических обратных связей.

АНПА второго поколения имеют разветвленную сенсорную систему.

Второе поколение ДУНПА предполагает наличие автоматических обратных связей по координатам состояния объекта управления: высоте над дном, глубине погружения, скорости, угловым координатам и т. п. Эти очередные координаты сравниваются в автопилоте с заданными, определяемыми оператором.

АНПА третьего поколения будут обладать элементами искусственного интеллекта: возможностью самостоятельного принятия несложных решений в рамках общей поставленной перед ними задачи; элементами искусственного зрения

с возможностью автоматического распознавания простых образов; возможностью к элементарному самообучению с пополнением собственной базы знаний.

ДУНПА третьего поколения управляются оператором в интерактивном режиме. Система супервизорного управления предполагает уже некую иерархию, состоящую из верхнего уровня, реализуемого в ЭВМ судна-носителя, и нижнего уровня, реализуемого на борту подводного модуля.

В зависимости от глубины погружения обычно рассматривают: мелководные ПТПА с рабочей глубиной погружения до 100 м, ПТПА для работ на шельфе (300-600 м), аппараты средних глубин (до 2000 м) и ПТПА больших и предельных глубин (6000 м и более).

В зависимости от типа движительной установки можно различать НПА с традиционной винторулевой группой, МР с движительной установкой на бионических принципах и АНПА -планеры с движительной системой, использующей изменение дифферента и плавучести.

Современные робототехнические системы находят применение практически во всех областях подводно-технических работ. Однако главной областью их применения была и остается военная . Уже произошло включение в состав ВМС ведущих индустриальных государств боевых НПА, БПЛА, которые могут стать высокоэффективным и скрытым компонентом системы средств вооруженной борьбы на океанских и морских театрах военных действий. Вследствие относительно невысокой стоимости производство НПА может быть крупносерийным, а их применение -широкомасштабным.

В плане создания НПА, БПЛА и БС военного назначения особенно показательны усилия США. Например, АНПА придаются каждой многоцелевой и ракетной ПЛ. Каждой тактической группе надводных кораблей придаются два таких АНПА. Развертывание АНПА с ПЛ предполагается проводить через торпедные аппараты, пусковые ракетные шахты или со специально оборудованных для них мест снаружи прочного корпуса ПЛ . Чрезвычайно перспективным оказалось использование НПА и БПЛА в борьбе с минной опасностью. Их применение привело к созданию новой концепции «охоты на мины», включающей обнаружение, классификацию, идентификацию и нейтрализацию (уничтожение) мин. Противомин-

ные НПА, дистанционно управляемые с корабля, позволяют выполнять противоминные операции с большей эффективностью, а также увеличить глубины районов противоминных действий, сократить время на проведение идентификации и уничтожения . В планах Пентагона главный упор в будущих сетецентрических войнах делается на широкомасштабное использование боевых роботов, непилотируемых летательных аппаратов и необитаемых подводных аппаратов. Пентагон рассчитывает к 2020 г. роботизировать треть всех боевых средств, создавая полностью автономные роботизированные соединения и другие формирования .

Развитие отечественных морских робототех-нических систем и комплексов специального назначения необходимо проводить в соответствии с Морской доктриной Российской Федерации на период до 2020 г. , с учетом результата анализа тенденций развития мировой робототехники, а также в связи с переходом экономики России на инновационный путь развития.

При этом учитываются результаты выполнения федеральной целевой программы «Мировой океан», проводимого на постоянной основе анализа состояния и тенденций развития морской деятельности в Российской Федерации и в мире в целом, а также системных исследований по вопросам, касающимся обеспечения национальной безопасности Российской Федерации в сфере изучения, освоения и использования Мирового океана. Эффективность внедрения полученных в ФЦП результатов определяется широким использованием технологий двойного применения и модульными принципами проектирования.

Цель развития морской робототехники - повышение эффективности использования специальных систем и вооружений ВМФ, специальных систем ведомств, эксплуатирующих морские ресурсы, расширение их функциональных возможностей, обеспечение безопасности деятельности экипажей ЛА, НК, ПЛ, подводных аппаратов и выполнения специальных, подводно-технических и аварийно-спасательных работ.

Достижение цели обеспечивается реализацией следующих принципов развития в части конструирования, создания и применения морской робототехники:

унификация и модульное построение;

миниатюризация и интеллектуализация;

сочетание автоматического, автоматизиро-

ванного и группового управления;

информационная поддержка управления ро-бототехническими системами;

гибридизация по комплексированию разнородных мехатронных модулей в составе комплексов и систем;

распределенная инфраструктура сопровождения в сочетании с бортовыми системами информационной поддержки морских операций.

Основные направления развития морской робототехники должны обеспечивать решение ряда стратегических проблем усложнения и интенсификации военной техники, связанных с взаимодействием в системе «человек-техника» .

Внутреннее направление, нацеленное на обеспечение роботизации энергонасыщенных герметичных отсеков НК, ПЛ и ОПА. К нему относятся внутриотсечные робототехнические средства (в т. ч. подвижные малогабаритные средства мониторинга), комплексы и системы предупреждения о наступлении опасных (аварийных) ситуаций и принятия мер по их устранению .

Внешнее направление, в обеспечение роботизации водолазных и специальных морских работ, включая мониторинг состояния потенциально опасных объектов, а также аварийно-спасательные работы. К нему относятся БПЛА, БПС, МРС, АНПА, беспилотные обитаемые подводные аппараты (БОПА), морские робототехни-ческие комплексы и системы .

Основными задачами развития морской робототехники являются функциональные, технологические, сервисные и организационные.

Перспективные функциональные задачи морской робототехники в рамках внутрикорабельной деятельности:

ведение мониторинга состояния механизмов и систем, параметров внутриотсечной среды;

проведение отдельных опасных и особо опасных работ внутри и снаружи отсеков и помещений;

технологические и транспортные операции; обеспечение выполнения функций экипажа в период беспилотного функционирования НК, ПЛ или ЛА;

предупреждение о наступлении аварийных ситуаций и принятие мер по их устранению.

Перспективные функциональные задачи морской робототехники в рамках функционирования на поверхности объекта, над водой, под водой и на дне:

мониторинг и техническое обслуживание НК, ПЛ и ОПА (включая сбор и передачу информации о состоянии ОПА);

выполнение технологических операций и обеспечение научных исследований;

выполнение задач разведки, наблюдения, ведения определенных боевых действий самостоятельно;

разминирование, работы с потенциально опасными объектами;

работы в составе навигационных систем и систем гидрологического и экологического мониторинга.

Основные перспективные технологические задачи в области создания морской робототехники:

создание гибридных модульных автономных МРС с оперативной модификацией собственной структуры для различных функциональных назначений;

разработка способов группового управления роботами и организация их взаимодействия;

создание систем телеуправления с объемной визуализацией, в т. ч. в масштабе реального времени;

управление МРС с использованием информационно-сетевых технологий, включая самодиагностику и самообучение;

интеграция МРС в системы более высокого уровня, включающие средства доставки в район их применения и всестороннее обеспечение функционирования;

организация человеко-машинного интерфейса, обеспечивающего автоматическое, автоматизированное, супервизорное и групповое управление МР.

Основными сервисными задачами при эксплуатации морской робототехники являются:

развитие наземной и бортовой инфраструктуры для отработки поддержки и сопровождения МРС;

разработка ситуационных имитационно-моделирующих комплексов и тренажеров, специального оборудования и оснастки для обучения, обслуживания и поддержки МРС;

обеспечение ремонтопригодности и возможности утилизации конструкций оборудования, приборов и систем.

В составе основных организационных задач и мероприятий создания и внедрения морской робототехники целесообразно предусмотреть:

разработку комплексной целевой программы (КЦП) развития морской робототехники (роботизации МТ);

создание рабочего органа для обоснования и формирования КЦП роботизации МТ, включая планирование мероприятий, формирование перечня конкурсных заданий, экспертизу, отбор предлагаемых проектов и возможных решений;

проведение мероприятий по организационно-штатному, кадровому и материальному обеспечению испытаний и эксплуатации морской робототехники на флоте.

В качестве показателей и критериев эффективности разработки и внедрения морской робототехники целесообразно рассмотреть следующие основные:

1) степень замены персонала объекта;

2) военно-экономическую эффективность (критерий эффективности - стоимость);

3) степень универсальности (возможность двойного использования);

4) степень стандартизации и унификации (конструктивно-технологический критерий);

5) степень соответствия функциональному назначению (критерий технического совершенства, возможности дальнейшей модернизации, модификации, усовершенствования и интегрирования в другие системы).

Основным условием для разработки и внедрения РТК, систем и их элементов является успешное решение экономических и организационных задач, прежде всего задач разработки и реализации КЦП роботизации МТ и федеральных программ закупок РТК.

Одним из самых сложных и трудоемких процессов при разработке КЦП предполагается составление перечня работ и технологических карт их выполнения (каталогизация работ) для решения задач, в которых необходимо использование робототехнических средств. Каждая типовая операция, проводимая силами ВМФ и других заинтересованных ведомств, должна быть представлена в виде алгоритма, либо набора типовых действий или сценариев. Из полученного набора сценариев должны быть вычленены те, где необходимо использование робототехнических средств. Выбранные сценарии (отдельные операции) должны быть сведены в единый пополняемый реестр работ, предусматривающих использование робо-тотехнических средств. Данный перечень должен иметь строгую иерархическую структуру, отра-

жающую степень важности (первоочередности) данных работ, информацию о частоте или повторяемости их проведения, оценки затрат на разработку и изготовление робототехнических средств для их проведения. Разработанный перечень должен стать исходной информацией для последующего принятия решения о разработке необходимых средств в рамках КЦП.

Концептуальное значение имеет уже известный тезис: многие важные задачи флота могут быть успешно решены, если ориентироваться на групповое использование взаимодействующих относительно недорогих, портативных, малогабаритных роботов, не требующих развитой инфра-

структуры и высококвалифицированного обслуживающего персонала, вместо меньшего числа больших, дорогостоящих, требующих специальных носителей, и тем более обитаемых, подводных, надводных и летательных аппаратов.

Таким образом, роботизация морской техники призвана вывести человека из зоны повышенного риска, повысить функциональные возможности, оперативность и производительность морской техники а также разрешить стратегический конфликт между усложнением и интенсификацией процессов управления и обслуживания техники, и ограниченными возможностями человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров, М.Н. Безопасность человека на море [Текст] / М.Н. Александров. -Л.: Судостроение, 1983.

2. Шубин, П.К. Проблема внедрения безлюдных технологий на морские объекты [Текст] / П.К. Шубин // Экстремальная робототехника. Матер. XIII науч.-технич. конф. -СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2003. -С. 139-149.

3. Шубин, П.К. Повышение безопасности энергонасыщенных объектов ВМФ средствами робототехники. Актуальные проблемы защиты и безопасности [Текст] / П.К. Шубин // Экстремальная робототехника. Тр. XIV Всерос. науч.-практич. конф. -СПб.: НПО Специальных материалов, 2011. -Т. 5. -С. 127-138.

4. Агеев, М.Д. Автономные подводные роботы. Системы и технологии [Текст] / М.Д. Агеев, Л.В. Киселев, Ю.В. Матвиенко [и др.]; Под. ред. М.Д. Агеева. -М.: Наука, 2005. -398 с.

5. Агеев, М.Д. Необитаемые подводные аппараты военного назначения: Монография [Текст] / М.Д. Агеев, Л.А. Наумов, Г.Ю. Илларионов [и др.]; Под. ред.

М.Д. Агеева. -Владивосток: Дальнаука, 2005. -168 с.

6. Алексеев, Ю.К. Состояние и перспективы развития подводной робототехники. Ч. 1 [Текст] / Ю.К. Алексеев, Е.В. Макаров, В.Ф. Филаретов // Меха-троника. -2002. -№ 2. -С. 16-26.

7. Илларионов, Г.Ю. Угроза из глубины: XXI век [Текст] / Г.Ю. Илларионов, К.С. Сиденко, Л.Ю. Бочаров. -Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. -304 с.

8. Баулин, В. Реализация концепции «Сетецен-трическая война» в ВМС США [Текст] / В. Баулин,

A. Кондратьев // Зарубежное военное обозрение. -2009. -№ 6. -С. 61-67.

9. Морская доктрина Российской Федерации на период до 2020 года (утв. Президентом РФ В.В. Путиным 27 июля 2001 г № Пр-1387).

10. Лопота, В.А. О путях решения некоторых стратегических проблем военной техники [Текст] /

B.А. Лопота, Е.И. Юревич // Вопросы оборонной техники. Сер. 16. Технические средства противодействия терроризму. -М., 2003. -Вып. 9-10. -С. 7-9.