Роботизированные подводные аппараты

Эта статья — часть материалов: кафедры Факультет робототехники

Введение

Развитие автоматических подводных аппаратов может избавить людей от риска, которому они могут подвергнуться при работе под водой, а также помочь в изучении и освоении подводного мира.

Исследования Мирового океана имеют стратегическое значение для любой державы, которая предполагает сохранить свой суверенитет в ближайшие сто – двести лет. При этом имеется несколько направлений:

Фундаментальный – получение новых знаний.
Экономический – разработка природных ресурсов (биологических, геологических и пр.).
Социальный – подготовка высококвалифицированных научных и технических кадров.
Есть также геополитический и военные аспекты .
В определенной степени изучение океана сравнимо с изучением планет
Поверхность дна океана изучена хуже, чем поверхности всех планет Солнечной системы.

С помощью таких аппаратов можно будет, к примеру, изучить систему рек и водоемов находящуюся под ледяным панцирем Антарктиды. Так же они могут облегчить обслуживание подводных объектов (газопроводов).

АНПА

Автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА)- это подводный робот чем-то напоминающий торпеду или подводную лодку, перемещающийся под водой с целью сбора информации о рельефе дна, о строении верхнего слоя осадков, о наличии на дне предметов и препятствий. Питание аппарата осуществляется от аккумуляторов или другого типа батарей. Некоторые разновидности АНПА способны погружаться до глубины 6000 м. АНПА используются для площадных съёмок, для мониторинга подводных объектов, например трубопроводов, поиска и обезвреживания подводных мин.

ТНПА

Телеуправляемый подводный аппарат (ТНПА) — это подводный аппарат, часто называемый роботом, который управляется оператором или группой операторов (пилот, навигатор и др.) с борта судна. Аппарат связан с судном сложным кабелем, через который на аппарат поступают сигналы управления и электропитание, а обратно передаются показания датчиков и видео сигналы. ТНПА используются для осмотровых работ, для спасательных операций, для остропки и извлечения крупных предметов со дна, для работ по обеспечиванию объектов нефтегазового комплекса (поддержка бурения, осмотр трасс газопроводов, осмотр структур на наличие поломок, выполнение операций с вентилями и задвижками), для операций по разминированию, для научных приложений, для поддержки водолазных работ, для работ по поддержанию рыбных ферм, для археологических изысканий, для осмотра городских коммуникаций, для осмотра судов на наличие контрабандных товаров, прикреплённых снаружи к борту и др. Круг решаемых задач постоянно расширяется и парк аппаратов стремительно растёт. Работа аппаратом намного дешевле дорогостоящих водолазных работ несмотря на то, что первоначальные вложения достаточно велики, хотя работа аппаратом не может заменить весь спектр водолазных работ.

Оборудование

Стандартно аппарат имеет следующее оборудование:

Двигатели (от трёх до десяти и более)
Датчик давления
Компас или гирокомпас для ориентирования в пространстве
Видеокамеру
Осветительное оборудование
Манипулятор
Гидролокатор кругового обзора

В аппаратах весом менее 50 кг и используемых для осмотровых целей часто отсутствует манипулятор и гидролокатор, бывают и другие упрощения. В аппаратах рабочего класса и аппаратах для осмотра с возможностью добавочного оборудования (так называемый класс II) может использоваться следующее оборудование:

Гидравлический модуль
Гидравлические манипуляторы способные поднимать более 100 кг
Тросорез типа гидравлических ножниц
Дисковый тросорез
Магнитометр
Осмотровой модуль для трубопровода
Многолучевой эхолот
Щётка для чистки конструкций
Модуль остропки

Примеры

ROVBUILDER

Компания «ROVBUILDER» - один из основных производителей малогабаритных подводных осмотровых роботов в России, имеющая филиал и в Европейском союзе. Компания производит малогабаритные подводные осмотровые роботы, по западной терминологии они относятся к классу ROV (Remote Operated Vehicle - дистанционно управляемый аппарат). Сотрудниками команды «ROVBUILDER» являются инженеры, стоящие у истоков создания ROV-аппаратов в России.

АНПА СКАТ-ГЕО

На первом этапе был разработан и испытан в морских условиях макетный образец аппарата с программным управлением. На его основе в 1973-1974 годах был изготовлен аппарат "Скат", оборудованный радиогидроакустической навигационной системой. Аппарат предполагалось использовать для исследовательских работ на шельфе. После опытной эксплуатации аппарата на озере Байкал и последующих испытаний в Японском море была начата разработка АНПА "Скат-гео", предназначавшегося для геодезической и гравиметрической съемки на шельфе. Разработка была завершена в 1977 году, и в 1978 году состоялась опытная эксплуатация аппарата на Белом море. В 1995-96 годах аппарат был модернизирован и использовался в дальнейшем совместно с привязным телеуправляемым аппаратом "МАКС-2" для биологических исследований в Дальневосточных водах.

АНПА Л-2

В дальнейшем осуществлялась разработка глубоководных аппаратов для решения обзорно-поисковых задач. АНПА Л-2был первым глубоководным аппаратом, получившим практическое применение при поиске и обследовании затонувших объектов. Создание АНПА осуществлялось в 1976-1980 годах. Было создано два экспериментальных образца АНПА: Л-1 с глубиной погружения 2000 м и Л-2 с глубиной 6000 м. Кроме того, в состав глубоководного комплекса входили буксируемый аппарат (глубина 6000 м), навигационное оборудование и системы судового обеспечения. В основу разработки была положена модульная технология, предусматривающая унификацию всех основных конструктивных элементов и получившая затем развитие во всех последующих разработках. Заключительные морские испытания аппаратов состоялись в 1980 году в Японском и Филиппинском морях. В дальнейшем аппарат Л-2 и весь комплекс использовались многократно в подводных работах, и в период 1982-1989 годовЛ-2 совершил 157 глубоководных погружений. В 1982-1983 годах в Северной Атлантике проводилось обследование района затонувшей атомной подводной лодки (АПЛ) “К-8”, в 1987 году - поиск и обследование затонувшей АПЛ в Саргассовом море, в 1989 году - обследование района гибели АПЛ "Комсомолец" в Норвежском море.

АНПА МТ-88

В период 1986-1988 годов был создан АНПА MT-88 (“Морской технолог-88”), ставший прототипом для всех последующих разработок АНПА с микропроцессорной системой управления. Опытная эксплуатация аппарата была совмещена с исследовательскими геологоразведочными работами, проводимыми по контракту с НПО “Дальморгеология” в рамках программы “Интерокеанметалл”. При обследовании с помощью аппарата железомарганцевых конкреций (ЖМК) в 1989 году в Тихом океане осуществлялись эхолокационная, фотографическая и батиметрическая съемки дна на глубине 4500 м.

АНПА "Тифлонус"

В 1986-1989 г.г. в Институте был разработан макетный образец АНПА для подледных исследований, и на его основе был создан АНПА "Тифлонус". Характерной особенностью данного АНПА является его обтекаемый корпус и кормовой поворотный двигатель, что уменьшает энергозатраты на движение и увеличивает время работы. В течение 1988-1992 годов проводились испытания и опытная эксплуатация аппарата в Японском море. С борта аппарата осуществлялись гравиметрические и гидроакустические измерения.

АНПА МТ-ГЕО

В дальнейшем АНПА MT-88 служил прототипом для создания серии аппаратов, предназначенных для выполнения исследовательских и геологоразведочных работ. На его основе по заказу НПО “Дальморгеология” был разработан аппарат МТ-ГЕО. В 1989-90 гг. МТ-ГЕО проходил прибрежные испытания. В подобной же модификации были разработаны ещё несколько АНПА, предназначенных для выполнения поисковых и аварийно-спасательных работ.

НПА TSL

В 1992-94 годах в ИПМТ ДВО РАН был создан малогабаритный автономно-привязной аппарат TSL (Tunnel Sea Lion), разработанный по совместному инициативному проекту с фирмой Hibbard Marine (США). Аппарат предназначен для инспекции водозаполненных тоннелей, водоводов,но также может быть использован и для обычных целей при обследовании бухт и прибрежных акваторий. Аппарат оснащен системами, позволяющими осуществлять автоматическое осевое движение вдоль тоннеля с осмотром и визуальным отображением стенок водовода. Изображение передается по волоконно-оптическому кабелю на дисплей оператора. В дальнейшем аппарат был модифицирован для проведения испытаний новых систем и отработки методов управления.

АНПА CR-01

АНПА CR-01 создан совместно с Шэньянским институтом автоматики (КНР) в 1992-95 годах. Аппарат предназначен для проведения геологоразведочных работ. Характерным отличием этого аппарата от своих предшественников является максимальное использование готовых компонентов для вычислительных систем индустриального оборудования. АНПАCR-01 оснащен поперечными подруливающими двигателями в носовой части, что позволяет реализовывать такие режимы как зависание, движение боком, вращение на месте,позиционирование и т.п. В 1995-97 годах проводились испытания АНПА и его опытная эксплуатация в Тихом океане.

АНПА OKPO-6000

АНПА OKPO-6000 разработан совместно с машиностроительной корпорацией DAEWOO (Республика Корея) в 1993-95 годах. Этот АНПА также предназначался для проведения геологоразведочных работ. Отладочные глубоководные испытания аппарат проходил в 1996 года в Японском море, а в 1998 году - в районе Микронезии.

САНПА (Солнечный АНПА)

В 1996 году были начаты работы по созданию АНПА на основе энергии солнечных батарей, и в последующие годы по контракту с Институтом автономных подводных систем (США) была разработана усовершенствованная модификация САНПА и проведены испытания аппарата в заливе Петра Великого.

ROSUB-6000

Комплекс многоцелевого глубоководного телеуправляемого подводного аппарата (ТПА) рабочего класса ROSUB-6000. Предназначен для проведения научных исследований и выполнения инженерно-технических работ на глубинах до 6000 м с управлением с борта судна. Основные характеристики:

Глубина погружения ТПА - 6000 м.
Размеры ТПА - 2,0х1,5х1,5м; Вес -2500 кг. Полезная нагрузка -150 кг.
Движительный комплекс: 7 движителей (2 маршевых, 2 лаговых, 3 вертикальных).
Скорость движения: Вперед - до 2.5 узлов; Назад - до 2.0 узлов; Лагом - до 2.0 узлов. Вертикальная, вверх-вниз - до 1.5 узлов.
Электропитание: 3-х фазное 380 В, 50 Гц.
Система управления, видеонаблюдения и телеметрии: Управление по курсу, дифференту, крену, глубине, высоте над уровнем дна в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. Режим самодиагностики / калибровки. Передача данных и видеоизображений на ЦПУ по двум одномодовым оптическим волокнам (всего – 12). • Две цветные и черно/белая CCD-камеры, 2 миникамеры с светодиодными светильниками на манипуляторах. 6 светодиодных и галогеновых светильников.
Высокоточная система навигации: Инерциальная навигационная система, допплеровский измеритель скорости, датчик высоты, глубиномер, УКБ-ДБ гидроакустическая система навигации, многолучевой эхолот, локатор секторного обзора.
Манипуляторы: 5-степенной с максимальной нагрузкой - 450 кг, 7-степенной с максимальной нагрузкой - 150 кг.
Гараж верхнего базирования с 400 метровым кабелем.
Универсальное спуско-подъёмное устройство.
Три поста управления, дублирование возможностей операторов на центральном пульте управления.
Комплекс компонуется в четыре морских контейнера.

Обзор-600

Спасательные силы Черноморского флота России приняли на вооружение новый телеуправляемый автономный необитаемый подводный аппарат "Обзор-600", созданный российской компанией "Тетис-ПРО". Об этом заявил представитель спасательных сил флота Игорь Фролов. Подводный робот будет использоваться военными для разведки морского дна. Решение о принятии "Обзор-600" на вооружение было принято по итогам испытаний, проводившихся в 2010 году.

Ранее российский флот использовал АНПА британского производства. Речь идет об аппаратах Tiger и Pantera+ производства компании Seaeye Marine. По словам Фролова, они хорошо себя зарекомендовали на учениях спасательных сил и средств флота. "Обзор-600" относится к классу малых АНПА и способен работать на глубине до 600 метров. Масса аппарата составляет 15 килограммов. "Обзор-600" оснащен манипуляторами, которые позволяют осуществлять захват груза массой до 20 килограммов. Благодаря небольшим размерам, АНПА может проникать в сложные или узкие конструкции под водой.

Согласно описанию, размещенному на сайте "Тетис-ПРО", "Обзор-600" способен развивать скорость до 3,5 узлов. Аппарат оснащен гидролокатором, позволяющим обнаруживать подводные объекты на расстоянии до ста метров. АНПА также способен передавать оператору цветное или черно-белое видеоизображение.