Идеи для бизнеса. Займы. Дополнительный заработок / Инвестирование / Подводный аппарат: классификация, описание и назначение. Каталог подводных военных роботизированных аппаратов. Необитаемые подводные аппараты в новых областях

Подводный аппарат: классификация, описание и назначение. Каталог подводных военных роботизированных аппаратов. Необитаемые подводные аппараты в новых областях

23.08.2019

Любой подводный обитаемый аппарат, независимо от его назначения и глубины погружения, можно представить в виде следующих основных элементов и систем: прочный корпус, легкий корпус, система погружения-всплытия, уравнительно-дифферентная система, система аварийного балласта, энергетическая установка, движительно-рулевой комплекс, система гидравлики, система жизнеобеспечения экипажа, средства навигации, связи, освещения и приборное оборудование.

Прочный корпус

Управление всеми системами аппарата и пилотирование осуществляется из кабины, размещенной внутри прочного корпуса (ПК). ПК испытывает наружное давление воды, возрастающее с каждым метром погружения. Давление это очень велико, достаточно вспомнить опыт Паскаля с бочкой, которая разорвалась в результате воздействия на ее стенки столба воды. Успех и безопасность подводных спусков в основном зависят от надежности ПК, защищающего экипаж подводного аппарата от воздействия разрушительного давления воды. Форма и толщина стенок корпуса при проектировании подводного аппарата задаются с учетом рабочей глубины погружения и типа материала, из которого изготовляется корпус. В качестве материала в основном применяют высокопрочную сталь, титановые и алюминиевые сплавы. Оптимальной считается та форма корпуса с заданным объемом и прочностью, которая обеспечивает наименьший вес. Соотношение веса ПК и его водоизмещения (произведение объема на удельный вес воды) определяет плавучесть аппарата; чем оно меньше, тем больше плавучесть аппарата. Лучше всего этому требованию отвечает сферическая форма ПК, хотя и существует большое количество подводных аппаратов, имеющих цилиндрические и эллипсоидальные корпуса, в которых достаточно удобно размещается экипаж и оборудование. Сфера более однородна по своей конструкции и устойчива к внешнему давлению. Напряжение, возникающее в материале ПК сферической формы, при условии равенства внешнего давления, диаметра корпуса и толщины стенок, в два раза меньше напряжения в цилиндрическом корпусе. Подводные аппараты со сферическими ПК используются во всем диапазоне глубин. Менее распространены корпуса, состоящие из двух или более сфер, соединенных переходами. Аппараты с цилиндрической формой корпуса работают на глубинах от 100 до 600 м (исключения составляют «Алюминаут» и «Север-2»), Прочные корпуса других форм, например корпус «Дениз» в форме чечевицы, большого применения не нашли. Какую бы форму не имели прочные корпуса, их герметичность зависит от тщательного конструкторского расчета прочности и учета напряжений, возникающих в районах вырезных элементов и отверстий для люка, иллюминаторов и различных вводов в стенках ПК. После изготовления ПК, обвешанный большим количеством тензодатчиков для измерения напряжений, проходит проверку давлением в испытательной камере. Напряжения, возникающие в точках измерения, особенно в местах вырезов, должны не превышать значение предела текучести для материала, из которого изготовлен корпус. Использование для изготовления ПК новых материалов с высоким показателем удельной прочности (отношение предела текучести к плотности), ударной вязкости, коррозионной устойчивости, пластичности, свариваемости и легкостью механической обработки позволяет значительно увеличить глубину погружения аппарата. В качестве примера можно привести подводные аппараты «Алвин», «Си Клифф» и «Тартл», на которых стальные прочные корпуса были заменены на корпуса из титановых сплавов, что позволило им работать на глубинах 4000 и 6000 м. Высокая удельная прочность и низкая плотность (4,5 г/см3) титана, большое сопротивление на разрыв, коррозионная стойкость и немагнитность ставят его в ряд наиболее перспективных материалов для изготовления прочных корпусов и элементов конструкций подводных аппаратов. Вместе с тем разрабатываются и испытываются превосходящие титан по прочности и упругости стали, способные стать лидерами в производстве корпусов для глубоководной техники. Перспективны стали со сверхвысоким пределом текучести, обладающие высокой прочностью. Пока недостатками таких сталей (NS 90, 10 Ni-8Со) являются недостаточная пластичность и вязкость, а это приводит к уменьшению надежности при ударных воздействиях. Алюминиевые сплавы, которые использовались на первых этапах строительства подводных аппаратов, в силу их плохой свариваемости и малого значения модуля упругости, уступают дорогу новым материалам.

Легкий корпус

Легкий корпус (ЛК) придает аппарату законченный вид и обтекаемость, необходимую для снижения гидродинамического сопротивления. Форма ЛК определяется заданными габаритами подводного аппарата, формой и габаритами прочного корпуса и принципом компановки ряда забортных систем, таких, как система погружения-всплытия, уравнительно-дифферентная и гидравлическая системы, аккумуляторные боксы и двигатели. Наибольшее распространение получили каплевидная и торпедообразная формы ЛК. Небольшое количество аппаратов («Дениз», «Дип Квест») имеет сплющенную или эллипсоидальную («Бивер-4») форму ЛК. Подводные аппараты малых глубин, имеющие цилиндрические ПК, чаще всего обходятся без ЛК («Дип Дайвер»). В качестве материалов для изготовления ЛК используются стекловолокнистые пластики, многослойные материалы на основе эпоксидной смолы, армированной высокопрочным волокном из кевлара, и синтактик (синтактик - плавучий материал из синтактической пены, выдерживающий высокие давления, состоящий из фенольных микробаллонов в эпоксидном наполнителе), реже - легкие алюминиевые и титановые сплавы. Процесс изготовления ЛК из стеклопластика состоит из трех этапов: выполнение по чертежу корпуса «болвана», выклеивание по нему матрицы и заполнение матрицы слоями стекловолокна, пропитанного смолами. ЛК может состоять из нескольких элементов. Верхняя его часть является палубой с ограждением люка ЛК. Килевая часть закрывает аккумуляторы. По бортам ЛК имеет съемные смотровые люки для обслуживания забортных систем.

Система погружениявсплытия

Система погружения-всплытия обеспечивает переход подводного аппарата из надводного в подводное положение и обратно за счет изменения плавучести. В первых безтросовых подводных аппаратах - батискафах - необходимая плавучесть достигалась путем изменения объема бензина в поплавке и количества дроби в бункерах. Дробь для регулировки плавучести применялась и в аппаратах следующего поколения («Алюминаут», «Дип Квест», «Довб», «Сиана», «Си Клифф»). С появлением синтактика, рассчитанного на большие глубины, способного значительно компенсировать вес аппарата, стало возможно отказаться от больших и небезопасных бензиновых поплавков и сильно уменьшить габариты подводных аппаратов. Современные подводные аппараты оснащены цистернами главного балласта (ЦГБ), имеющими достаточно большой внутренний объем, заполняемый при погружении забортной водой. Вода поступает через шпигаты цистерны, замещая воздух, который выходит через открытые клапаны вентиляции. При всплытии аппарата пилот имеет возможность продуть цистерны воздухом из баллонов высокого давления. Продувка прекращается при появлении воздушных пузырьков из шпигатов. Следует отметить, возможность полной продувки ЦГБ ограничена давлением воздуха в баллоне и глубиной, на которой находится аппарат. Обычно для аппаратов малых глубин используют воздух, сжатый до 200 атм., для глубоководных аппаратов давление воздуха в баллонах поднимают до 400 атм. Запаса воздуха в баллонах должно хватить на двойную продувку ЦГБ. Уравнительнодифферентная система Уравнительно-дифферентная система (УДС) обеспечивает точную регулировку плавучести подводного аппарата, необходимую при фиксации положения аппарата на грунте, исследуемом объекте, зависании в толще, погружении или всплытии с заданной скоростью. Еще одно назначение УДС - изменение дифферента (выравнивание аппарата или обеспечение наклона для работы в специальных случаях). На большинстве подводных обитаемых аппаратах нужная плавучесть достигается соответствующим изменением веса аппарата при неизменном водоизмещении. Увеличение веса за счет приема водяного балласта происходит при заполнении балластных цистерн самотеком или принудительно. Уменьшение веса за счет удаления балласта происходит, когда включаются насосы, откачивающие воду за борт. Природа решила эту задачу миллионы лет назад, создав маленький живой подводный аппарат - Наутилус. Наутилус - моллюск с великолепной витой раковиной, живущий на глубинах до 600. Наутилус легко меняет свою плавучесть, то зависая в толще воды, то опускаясь вниз. Моллюск забирает или выдавливает воду из внутренней трубки, проходящей через всю спиральную раковину, разделенную на герметичные отсеки. Дифферентный насос перекачивает балласт (воду или ртуть) из носовых цистерн в кормовые и наоборот, тем самым меняя количество балласта и дифферент аппарата. В состав УДС, помимо цистерн и дифферентного насоса, входят: насосы морской воды, клапаны, фильтры, трубопроводы, ограничители расхода и пульт управления и конт роля УДС. Насосы морской воды являются сердцем УДС, они откачивают воду вплоть до максимальной рабочей глубины погружения аппарата. Управляемые клапаны принимают воду в цистерны и позволяют перекачать балласт из носа в корму и обратно, а также откачать воду из цистерн. Ограничители расхода начинают действовать в случае отказа клапанов или разрушения трубопроводов, когда в цистерны врывается забортная вода и служит причиной бесконтрольного погружения аппарата. На пульте управления, кроме тумблеров включения-выключения клапанов и насосов, имеется индикатор уровня воды в цистернах. Еще один принцип регулировки плавучести заключается в изменении водоизмещения подводного аппарата при сохранении постоянного значения его веса. Работа УДС переменного водоизмещения («Аргус») основывается на перекачке масла из прочных цистерн в эластичные мешки-вариаторы, что обеспечивает увеличение плавучести аппарата. Положительная плавучесть в данном случае возрастает на величину веса воды, объем которой эквивалентен объему вариатора. Дифферентовка производится путем перекачки масла в нос или в корму насосом дифферентной системы. На некоторых аппаратах («Мермайд») изменение дифферента осуществляется перемещением груза в горизонтальной плоскости, например - аккумуляторного бокса с помощью гидроцилиндра.

Система аварийного балласта

Многолетняя практика эксплуатации подводных обитаемых аппаратов показала, что иногда возникают достаточно неприятные ситуации, в которых пилот должен воспользоваться системой аварийного всплытия. Система аварийного всплытия предусматривает сброс аварийного балласта в случаях, когда невозможно использовать энергетическую установку для работы насосов и двигателей, когда произошло неуправляемое поступление забортной воды в системы аппарата или когда аппарат завяз в илистом грунте, и мощности вертикальных двигателей не хватает для того, чтобы размыть вязкий ил. В качестве аварийного балласта используют тяжелые аккумуляторные боксы, ртуть из дифферентных цистерн, якорьгайдроп, другое забортное оборудование, имеющее значительную массу и, наконец, свинцовые или металлические грузы. Сброс производится с помощью резервных аккумуляторных батарей или пиропатронов. Груз, прикрепленный к прочному корпусу, может отдаваться и вручную из кабины. Общий вес аварийного балласта должен рассчитываться с учетом максимально возможной отрицательной плавучести аппарата. Роль аварийного балласта выполняет и маневровая дробь, предназначенная для управления плавучестью («Триест-2»), размещенная в бункерах с электромагнитными затворами. Большинство аппаратов имеют возможность легко расстаться с выступающими за обводы легкого корпуса двигателями, манипуляторами и выносными штангами, в случае запутывания в сетях или тросах. Буй из синтактика, выкрашенный в яркий оранжевый цвет, выпущенный на поверхность и связанный с аппаратом прочным длинным тросом, обозначает место аварии.

Энергетическая установка

Движение аппарата, работа основных элементов и систем, способность выполнять сложные задачи в подводном положении в течение длительного времени зависят от характеристик энергетической установки (ЭУ). В состав ЭУ входят источники энергии, преобразователи напряжения и токоведущие части. Источники энергии, применяемые на подводных аппаратах, подразделяются на аккумуляторные батареи, генераторы тока с тепловыми двигателями, топливные элементы и атомные энергоустановки. Подавляющее большинство подводных аппаратов (95%) имеют аккумуляторные батареи - свинцово-кислотные или щелочные (серебряно-цинковые, никелькадмиевые). Свинцово-кислотные аккумуляторы чаще всего ставятся на обитаемые аппараты и отличаются надежностью (около 1000 циклов заряд-разряд), простотой обслуживания и невысокой стоимостью. К их недостаткам следует отнести значительный вес, небольшую (30 Вгч/кг) удельную энергию (отношение запаса энергии к массе источника), нарушение работы при больших углах наклона аппарата. Серебряно-цинковые аккумуляторы («Си Клифф») в 4 раза эффективнее свинцово-кислотных, правда, они более чувствительны к колебаниям температуры, выдерживают не более 150 циклов заряд-разряд и стоят гораздо дороже. Удельная энергия никель-кадмиевых аккуму ляторов («Наутил», «Бентос-5») близка по величине удельной энергии свинцово-кислотных. При большом ресурсе (до 2500 циклов), прочности и удобстве в эксплуатации никель-кадмиевые аккумуляторы имеют низкое напряжение (1,2 В на элемент) и высокую стоимость. Аккумуляторы, собранные в батарею, размещаются или внутри прочного корпуса («Алюминаут»), или снаружи - в боксах, залитых жидким диэлектриком и оборудованных клапаном для стравливания газов, выделяющихся во время и после зарядки. В системе компенсации внешнего давления используются мембранные или поршневые компенсаторы. На некоторых аппаратах («Шинкай», «Тоурс») применяются дизель-генераторы, подзаряжающие аккумуляторные батареи и обеспечивающие движение в надводном положении. Топливные элементы, прежде чем попасть на подводные аппараты, испытывались в 10 кВт-установке на борту американских ракет «Аполлон». В батарее, состоящей из топливных элементов, активные вещества располагаются во внешних резервуарах и подаются на электроды постепенно, по мере их расхода. Продолжительность работы определяется запасами активных (анодных) веществ и окислителя (катодного вещества). В качестве активных веществ могут использоваться кислородно-водородные, гидразин-перекисные и гидразин-кислородные реагенты («Стар-1», «Дин Квест»). Изза невысокой эффективности гидразиновые электрохимические генераторы пока не нашли широкого применения в подводной технике. К тому же при использовании топливных элементов с жидким электролитом не исключены протечки, коррозия, воздей ствие сильно токсичных веществ на людей. Наиболее безопасным с этой точки зрения является применение в энергетических установках топливных элементов с твердым полимерным электролитом. Батарея из 130 таких элементов с активной площадью около 4 м2, обеспечивает мощность 17 кВт при напряжении 120 В и энергоемкости 96 кВт/ч. Для американской исследовательской подводной лодки «HP-1» была создана паротурбинная атомная энергетическая установка. Имея ряд преимуществ, атомные установки все же более пригодны для подводных лодок большого водоизмещения. Работы по созданию новых энергоустановок для подводных аппаратов ведутся по пути уменьшения габаритов и увеличения их удельной энергии.

Движительно-рулевой комплекс

Движительно-рулевой комплекс (ДРК) обеспечивает движение и маневрирование подводного аппарата в подводном и надводном положении. ДРК состоит из ходовых движителей, позволяющих осуществить поступательное движение, и маневровых движителей, служащих для вертикального перемещения, в том числе для безопасной посадки на грунт и маневрирования; поворотов, движения лагом, изменения направления движения реверсом, движения в узкостях. Пассивные рули и стабилизаторы, создающие управляющие усилия в результате взаимодействия с водой, из-за небольшой скорости большинства подводных аппаратов малоэффективны. Для выполнения сложных маневров в современных подводных аппа ратах используются движители на поворотных колонках и гребные винты, установленные внутри горизонтальных и вертикальных шахт в легком корпусе. В качестве электропривода для ДРК используются электродвигатели постоянного и реже - переменного тока. Иногда применяют работающие от электрогидравлического насоса водометные движители - простые и надежные, но обладающие низким КПД и быстродействием («Дениз», «Танкай»). На многих аппаратах стоят гидравлические движители («МИР-1», «МИР-2»). Электродвигатели постоянного тока размещаются в отдельном прочном корпусе. Выходной вал такого двигателя приходится уплотнять сальниками, при больших плотностях тока существует опасность перегрева обмоток. Этот вариант используется для аппаратов малых глубин. Преимущества электропривода постоянного тока - простота регулирования скорости, малая масса, высокий КПД и надежность. Погружные двигатели постоянного тока размещаются в корпусах, заполненных жидким диэлектриком. Для компенсации внешнего давления корпуса снабжены компенсаторами. Жидкий диэлектрик (керосин или масло) обладает хорошей теплопроводностью, следовательно, возможно повышение электромагнитных нагрузок на двигатель. Недостатки подобных двигателей - вероятность снижения изоляции обмоток из-за проникновения вместе с жидкостью щеточной пыли и трение вращающихся частей о диэлектрик. Еще один вариант подводного электродвигателя - двигатель переменного тока, работающий непосредственно в воде. Масса такого двигателя, по сравнению с массой двигателя постоянного тока той же мощности, меньше, но использование пере менного тока требует наличие преобразователя, размещенного внутри ПК или в отдельном прочном корпусе, что значительно увеличивает массу подводного аппарата. Количество движителей и места их установки определяются конструктивными особенностями и назначением подводного аппарата. Принципу разумной достаточности удовлетворяет схема с тремя движителями: кормовым маршевым в поворотной насадке и двумя бортовыми, меняющими положение в вертикальной плоскости в пределах 180° («МИР-1», «МИР-2»), Подводный обитаемый аппарат «Пайсис» оснащен всего двумя бортовыми движителями, установленными на поворотной штанге. Водолазный аппарат «Осмотр» имеет три пары жестко фиксированных движителей. Два маршевых движителя (6 кВт) размещены по бортам в кормовой части, два вертикальных (3 кВт) - стоят в носовой и кормовой шахтах легкого корпуса, два лаговых погружных электродвигателя постоянного тока (1 кВт) закреплены над уравнительно-дифферентными цистернами. Гребные винты движителей, выходящие за пределы ЛК, защищают насадками, оберегающими лопасти винтов от соприкосновения с твердыми телами. Кроме того, насадка обеспечивает сужение потока и увеличение скорости протекающей сквозь лопасти винта воды, то есть увеличивает КПД движителя.

Система гидравлики

В состав системы гидравлики входят: силовой насосный агрегат, обеспечивающий необходимое давление в системе, клапаны управления, компенсаторы, уравнивающие внутреннее и наружное давление, аккумуляторы рабочей жидкости, трубопроводы и исполнительные механизмы - гидроцилиндры и гидромоторы, приводящие в движение гребные винты, выдвижные и поворотные устройства, манипуляторы и подводные инструменты. В качестве рабочей жидкости применяется масло, которое помимо основной функции - переноса гидравлической энергии - обеспечивает смазку исполнительных механизмов. Насосный агрегат подает рабочую жидкость для привода гидродвигателей и цилиндров и состоит из погружного электродвигателя с одним или несколькими насосами. Насосы заключены в кожухи, залиты маслом и могут управляться по производительности и изменению направления потока. Чаще всего подводные аппараты оснащаются гидронасосами и гидромоторами, прошедшими хорошую проверку в авиации и космической технике. Регулировка направления подачи рабочей жидкости, ее расхода и давления осуществляется при помощи приборов, информирующих о давлении масла в системе, температуре, уровне масла в компенсаторах, токе электродвигателя насосной станции. Проблемы, возникающие при работе гидродвигателей, связаны с увеличением вязкости и сжимаемости масла, а также с падением давления в системе при увеличении глубины погружения. В результате снижается и без того невысокий КПД гидродвигателей. Тем не менее широкое применение на подводных аппаратах гидравлических двигателей обусловлено возможностью быстрого пуска и остановки, широким диапазоном скоростей и мощностей. Подавляющее большинство подводных аппаратов оснащены манипуляторами или механическими «руками». Часто один из манипуляторов удерживает аппарат в нужном для работы у объекта положении, а второй используется в качестве рабочего инструмента. Самые первые манипуляторы оснащались ручным приводом с механическими тягами, проходящими через вводы в прочный корпус. Современные манипуляторы имеют гидравлический привод и приводятся в движение при помощи выключателей, вмонтированных в рукоятку управления - джойстик. Простые движения управляются клапанами выключателя потока, более сложные - пропорциональными клапанами, причем скорость движения зависит от амплитуды отклонения ручки джойстика. Движение кисти или схвата механической «руки», сжатие и его усилие управляются электрогидравлическими устройствами - сервоклапанами, обеспечивающими расход жидкости, пропорциональный поступающему к ним электрическому сигналу. Для выполнения сложных подводных операций манипулятор должен выполнять как минимум шесть независимых движений. Функциональные возможности манипуляторов расширяются за счет применения различного типа подводных инструментов. Гидравлические инструменты имеют гидравлические разъемы и стыкуются с манипулятором. Этот инструмент может быть линейным (тросорезы) и вращающимся (различные диски и сверла). Главные требования при отборе и проектировании гидравлических систем, манипуляторов и инструментов - надежность, высокая производительность, компактность и небольшой вес. Система жизнеобеспечения экипажа Система жизнеобеспечения экипажа (СЖО) служит для обеспечения жизнедеятельности экипажа подводного аппарата во время погружения. Нормальная продолжительность рабочего спуска составляет 10-12 часов, аварийный же запас СЖО насчитывается как минимум на трое суток. Стандартный набор системы состоит из средств: - обеспечения кислородом; - поглощения углекислого газа и вредных примесей; - поддержания нормального температурного и влажностного режимов; - газоанализа и индикации параметров атмосферы обитаемого отсека. С того момента когда закрывается люк подводного аппарата, экипаж, отрезанный от внешнего мира, остается в обитаемом отсеке. Воздух в отсеке по своему составу не должен отличаться от обычного атмосферного воздуха, которым дышит человек. Содержание кислорода в атмосфере на уровне моря обычно составляет 21%. Считается безвредным снижение содержания кислорода до 16%. Если уровень кислорода снижается до 10%, то человек начинает испытывать гипоксию, признаками которой являются - слабость, посинение губ, нарушение координации движений и, в конце концов, потеря сознания. Повышенное парциальное давление кислорода вызывает кислородное отравление, на ранних стадиях которого у человека кружится голова, возникает тошнота, мышцы лица начинают непроизвольно подергиваться. Еще одной неприятностью грозит превышение концентрации кислорода. При превышении объемной концентрации кислорода порога в 25% материалы, огнестойкие в нормальных условиях, становятся горючими. Даже сталь в атмосфере 100% кислорода будет сильно гореть. Поэтому все материалы, которые используются в обитаемом корпусе, должны быть максимально пожаростойкими. Конечно, содержание кислорода в отсеке определяется не по физиологическим симптомам членов экипажа, для этого служат специальные приборы-газоанализаторы, позволяющие с большой точностью определить концентрацию кислорода в пределах 0-25%. Газоанализаторы снабжены звуковыми и световыми сигнализаторами, которые предупреждают о низкой или высокой объемной концентрации. Кислород, необходимый для дыхания, хранится в баллонах. Баллон в рабочем положении снабжается редуктором с регулятором расхода. В среднем один человек потребляет около 25 л кислорода за час. Таким образом, экипажу из трех человек на трое суток понадобится около 5400 л кислорода. В результате жизнедеятельности человеческий организм выделяет углекислый газ и вредные примеси, такие, как СО, H2S и др. В обитаемом отсеке желательно поддерживать концентрацию углекислого газа на уровне 0,03%. Допустимым пределом концентрации СО2 считается 1,5%. В подводном аппарате очистка воздуха осуществляется путем прокачки воздуха вентиляторами через емкости, заполненные специальными химическими веществами-поглотителями. О необходимости регенерации «воздушной квинтэссенции» еще в 1620 году говорил голландец Корнелиус ван Дреббель. В качестве поглотителя используются гидрооксид натрия или лития. Помимо рабочих кассет на борту обязательно должен находиться резервный запас герметично упакованного поглотителя. Его количество рассчитывается исходя из таких параметров, как среднее выделение человеком CO2, (20 л/ч) и поглотительная способность 1 кг вещества (более 100 л). Для поглощения других вредных примесей, попадающих в атмосферу отсека, используется активированный уголь. Кроме газоанализаторов, концентрацию газов в атмосфере отсека можно определить с помощью комплекта измерительных индикаторных трубок, начинка которых меняет цвет при наличии в воздухе определенного газа. Резервирование средств газоанализа является важным моментом при комплектации системы жизнеобеспечения. Во время погружения аппарата обитаемый корпус постепенно охлаждается, на стенках появляются капли конденсата. Снизить избыточную влажность можно, если поместить в одну из кассет гранулы силикагеля и менять его по мере насыщения влагой. Контроль таких параметров атмосферы, как температура, влажность, давление, осуществляется приборами - термометром, гигрометром и барометром. Обычно во время глубоководных спусков аппарат охлаждается и в кабине устанавливается температура 10-12°С. Чтобы сохранить комфортные условия работы, гидронавтам приходится надевать шерстяную одежду и теплые комбинезоны. Что должны иметь гидронавты на случай непредвиденных и аварийных ситуаций? Во-первых, запасы кислорода и поглотителя, во-вторых, резерв питьевой воды и пищи, в-третьих, хорошо скомплектованную аптечку и, в-четвертых, наборы инструментов. Внешняя коммутация электрооборудования подводного аппарата обеспечивается кабельными вводами, герморазъемами и маслозаполненными узлами. Часто причиной возникновения на борту пожара является короткое замыкание под воздействием морской воды, проникшей через поврежденные уплотнения гермовводов. Для предотвращения пожара устанавливается аварийный выключатель, дистанционно отключающий питание всех потребителей. В случае активизации горения и задымления в отсеке экипаж может использовать углекислотные огнетушители и аварийные дыхательные аппараты, рассчитанные на 4-5 часов работы. И наконец интересующий многих вопрос о так называемой фановой системе. На самом деле этот вопрос решается достаточно просто при помощи герметично закрывающихся пластиковых и полиэтиленовых емкостей, причем, как показывает практика, они используются довольно редко.

Навигация и связь

Экипаж подводного аппарата во время погружения в любой момент времени должен иметь возможность определить свои координаты и связаться как с судном обеспечения или катером на поверхности, так и с другими подводными аппаратами, работающими под водой. В состав навигационного оборудования, которым оснащается аппарат, входят: гирокомпас, магнитный компас, гидролокатор кругового обзора и гидроакустическая навигационная система. Компас дает возможность пилоту двигаться по выбранному маршруту. Гидролокатор нужен при поиске объектов и для обеспече ния безопасного прохода по сложному рельефу. Гидроакустическая система работает совместно с транспондерами и судовой навигационной системой. Транспондеры, снабженные излучателями, вместе с блоками плавучести, световыми маяками и радиомаяками опускаются на дно в районе выбранного полигона, где уже достаточно хорошо известен рельеф в результате промеров с судна. Далее проводится калибровка полигона, в процессе которой каждый маяк опрашивается с судна с разных сторон. Данные об абсолютных координатах судна, проходящего над маяками, поступают с нескольких спутников. В результате калибровки получают точные координаты маяков и текущие наклонные дальности до них. Блок навигации, установленный на аппарате, измеряет время между запросами маяков и ответами от них и вычисляет расстояние от маяков до подводного аппарата. На экране дисплея оператор видит точки постановки маяков и точку положения аппарата в данный момент. На поверхность транспондеры вызываются с судна или с аппарата. Транспондеры с блоками плавучести отсоединяются от груза и всплывают на поверхность. Связь подводного аппарата с судном обеспечения или береговой базой осуществляется при помощи УКВ-радиостанции, имеющей дальность действия более 10 миль. Система подводной акустической связи устанавливается на аппарате, судне и катере. Для передачи информации в системе используется распространение акустических волн в воде. Аппаратура подводной связи позволяет передавать речь и данные по телеметрическому каналу.Средства подводного освещения Поток солнечного света, попадая в морскую воду, быстро ослабляется с увеличением глубины. Только сотая часть его доходит до глубины 100 м. Даже в яркий солнечный день сумерки сменяются кромешной тьмой на глубине 200 м. Естественно, что подводному аппарату, выполняющему задачу по обнаружению, наблюдению, теле- и киносъемке, нечего делать на больших глубинах без искусственного освещения. Еще в XIX веке в качестве подводных светильников использовались масляные горелки. Их сменили электрические лампы, сначала - с угольной, а потом - с вольфрамовой нитью накаливания. В тридцатые годы XX столетия А. А. Гершун разрабатывал и испытывал лампы с зеркальными колбами. С появлением новых материалов и технологий, подводные светильники становились более надежными и безопасными. С какими же проблемами приходится сталкиваться проектировщикам подводных световых приборов? Во-первых, это специфические оптические свойства морской воды, оказывающей влияние на распространение света. Световой поток, пройдя слой воды, выйдет из него ослабленным. Не вдаваясь в подробности, отметим, что ослабление света происходит из-за поглощения и рассеяния. Поглощение - процесс превращения части потока световой энергии в тепловую и химическую энергию, вызванный избирательным поглощением молекулами воды и растворенным в воде веществом. Рассеяние вызывается неодинаковой плотностью морской воды и присутствием в ней взвешенных частиц и заключается в откло нении светового потока от первоначального направления в результате многократного столкновения с частицами. Интенсивность поглощения и рассеяния зависит от спектрального состава излучения. Так, поглощение велико для длинноволнового (красного) участка спектра, а рассеяние сильнее в коротковолновом (фиолетовом) диапазоне. Суммарное воздействие поглощения и рассеяния определяет пропускание света морской водой. Кривая пропускания имеет пик в области от 450 до 550 нм., то есть через обычную морскую воду с меньшими проблемами пройдет часть света со спектром от фиолетового до желто-зеленого. Максимум спектрального излучения источника света, который необходимо иметь на подводном аппарате, должен попасть в область наибольшего пропускания света морской водой и приближаться к 500 нм. Кроме этого условия, желательно, чтобы светоотдача (отношение светового потока лампы к потребляемой мощности) была как можно большей. В 1959 году к инертному газу, заполняющему обычную лампу накаливания, добавили йод. Это обеспечило сохранение постоянной яркости почти на весь срок службы лампы. Так появились галогенные лампы. Сейчас эти лампы, достаточно надежные и компактные, широко используются в световых приборах подводных аппаратов. Отрицательной стороной галогенных ламп является низкая светоотдача (20 лм/Вт) и, хотя и широкий, но все-таки смещенный в красно-желтую область спектр излучения. Другой тип ламп - газоразрядные. Они светят благодаря электрическому разряду в газовом наполнителе. Наполнителем служат находящиеся под давлением пары ртути. В результате добавления к рту ти йодидов таллия и диспрозия получаются йодно-таллиевые лампы с высокой светоотдачей (75 лм/Вт). Максимум излучения таких ламп попадает как раз в зеленую часть спектра. К недостаткам газоразрядных ламп следует отнести наличие пуско-регулирующей аппаратуры, длительный период разгорания, необходимость применения помехоподавляющей аппаратуры, обязательное охлаждение перед повторным включением. Третий вариант - натриевые лампы высокого давления с широким спектром и светоотдачей, превышающей 100 лм/Вт. После выбора источника света определяются конструктивные особенности светового прибора. Стандартный состав такого прибора: источник света, корпус с патроном, отражатель, защитный иллюминатор или стеклооболочка, герморазъем для подключения кабеля питания. В приборах, рассчитанных на небольшие глубины, источник света может работать непосредственно в воде. Источник света приборов с рабочей глубиной свыше 200 м защищается от внешнего давления прочным стеклом. Основными конструкционными материалами для изготовления корпусов светильников являются: алюминий и его сплавы, титан и нержавеющие стали. При достаточной прочности корпуса прибора он должен соответствовать минимальным массогабаритным характеристикам. Размеры светового прибора сильно зависят от формы и габаритов отражателей, которые подбираются в каждом случае по кривой силы света, распределенной в пространстве. Для подводных работ нужны светильники как с узким направленным светом, так и с большим углом рассеяния. На практике, в зависимости от задач каждого погружения и оптических характеристик воды в районе погружения, просто меняют отражатели, не снимая сам прибор с подводного аппарата. Еще одной важной особенностью является размещение световых приборов на аппарате. Влияние дымки обратного рассеяния заставляет увеличивать базу размещения приборов, то есть разносить их подальше от приемника. Увеличение же количества светильников и мощности их источников положительного эффекта не приносит. Общий срок службы средств подводного освещения определяется грамотной эксплуатацией и периодическим ТО, при котором особое внимание необходимо уделять чистоте деталей и тщательной проверке герметизирующих колец и прокладок.

Приборное оборудование

Приборное оборудование подводных аппаратов состоит из фото- и телеаппаратуры, комплекса гидрофизических датчиков и пробоотборников. Первая подводная фотография была получена в 1856 году обычной камерой, помещенной в деревянный бокс со стеклом вместо иллюминатора. Англичане Томпсон и Кенион опустили камеру в реку Уэй на глубину 5 м. Несмотря на то что бокс затек, на фотопластинке осталось размытое изображение. Увеличить глубину погружения камеры, используя водолазный колокол, и улучшить качество изображения удалось французу Базину. Большой вклад в развитие подводной фотографии внес его соотечественник Луи Бутан. В своих фотобоксах Бутан использовал кассеты со сменными фотопластинами и дистанционно-управля емый электрический затвор. В 1892 году Бутан сделал первую свою подводную фотографию; это был снимок средиземноморского краба. Последняя его камера была помещена в короб из меди и стали. В качестве поплавка, плавающего на поверхности, Бутан использовал пустую винную бочку. В январе 1927 года в журнале «Национальная География» появилась первая цветная подводная фотография, полученная Мартином и Ленгли в районе отмели Драй-Тортугас. В 1931 году американец Гарольд Эджертон из Массачусетского технологического института в качестве источника света предложил использовать синхронизированную с камерой вспышку. С середины сороковых годов подводная фотография становится неотъемлемой частью всех подводных работ, в том числе аварийно-спасательных и исследовательских. В 1959 году «Папе Флэшу», так прозвали Эджертона на «Калипсо», удалось получить фотографии морского дна на глубине 8500 м. В наше время появились удобные, небольшие фотокомплексы для подводных аппаратов, выпускаемые уже серийно. Такой фотокомплекс состоит из фотокамеры с объективом, специально рассчитанным для съемок в морской воде, и вспышки. Камера с большим запасом пленки и вспышка с энергией от 100 до 1000 Дж заключены в термобоксы и чаще всего устанавливаются на поворотных кронштейнах. Качество получаемых снимков зависит от ряда факторов, таких, как свойства морской воды, оптические параметры объектива и иллюминатора, мощность и цветовая температура осветителя, чувствительность фотоматериала, взаимное расположение на аппарате фотокамеры и вспышки. Морская вода ока зывает отрицательное влияние на качество фотографии, которое характеризуется искажением цветопередачи, ухудшением качества изображения с увеличением расстояния, уменьшением угла поля зрения и дефицитом освещения. Несмотря на эти неблагоприятные особенности, подводная фотография широко применяется и развивается. Для обследования участка дна Средиземного моря, где произошло кораблекрушение, на подводный обитаемый аппарат «Ашера» были установлены две 70-миллиметровые камеры с фокусным расстоянием в воде 60 мм. Участок дна, покрытый решеткой, снимался с высоты 5 м. Подводные фотокамеры также используются на подводных аппаратах для маршрутной съемки и съемки наиболее интересных объектов с близкого расстояния. Подводные телевизионные системы появились в 1940-х годах. Тогда это были обычные студийные черно-белые установки, помещенные в громоздкие боксы. Прежде чем стать миниатюрными камерами с высокими четкостью и чувствительностью, телевизионные установки прошли большой путь развития. «Бабушка» современных подводных камер - автоматическая камера фирмы «Хайдропродактс», совершила историческое погружение на батискафе «Триест» в Марианскую впадину. Перед подводными телевизионными системами подводных аппаратов ставятся следующие задачи: выбор объектов для фотосъемки с использованием видеомонитора в качестве видоискателя, телевизионный обзор донной поверхности при геологических и биологических исследованиях. Телевизионная камера оснащается трансфокатором, позволяющим увеличить картинку на мониторе, в этом случае можно не вклю чать движители аппарата для приближения к исследуемому объекту. Поворотные головки, поворачивающие камеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях, позволяют увеличить поле зрения. Для улучшения качества изображения и увеличения дальности видимости, кроме усиления чувствительности телевизионных камер, грамотного подбора объектива и иллюминатора, большую роль играет правильное размещение камеры относительно световых приборов. Это позволяет значительно снизить интенсивность световой дымки, которая сильно ухудшает качество видеозаписи. Комплекс гидрофизических датчиков позволяет измерить, преобразовать и записать в цифровом виде ряд параметров морской воды. В состав комплекса обычно вхо дят датчики температуры, электропроводности, давления, растворенного кислорода, концентрации ионов водорода, скорости течения, скорости звука, прозрачности, проводимости, высокой температуры. Большая часть геологических и биологических образцов попадает в бункеры подводного аппарата при помощи манипуляторов. Сачки, сетки и пробоотборники для взятия образцов снабжаются ручками для удобного захвата кистью манипулятора. На аппарате могут устанавливаться батометры малой и большой емкости для отбора проб воды. Мягкие осадки и биологические образцы вместе с водой закачиваются в контейнер помпой через широкий рукав. Это позволяет получить большое количество морских организмов, целых и невредимых.

Вооруженные силы (ВС) государств мира все больше интегрируют беспилотные системы различного назначения в свои арсеналы. Для военно-морских сил рассматриваются три категории такого оборудования: необитаемые подводные аппараты, далее НПА (Unmanned Underwater Vehicles, UUV ); необитаемые надводные аппараты, или суда (Unmanned Surface Vessels — USV ) и беспилотные летательные аппараты (Unmanned Aerial Vehicles, UAV ).

В отношении перечисленных беспилотных систем наблюдаются различные тенденции:

Развитие в сторону большей автономии: первые беспилотные системы обычно были дистанционно управляемыми (Remotely Operated Vehicle, ROV ). За ними последовали системы, способные самостоятельно выполнять детально запрограммированную задачу, такую как проход по конкретному маршруту мониторинга. В будущем армии мира стремятся получить полностью автономные системы, способные самостоятельно выполнять целевые задания и в ходе их выполнения ориентироваться на непредвиденные события.
Тренд в направлении координирования миссий между несколькими беспилотными системами равного или иного вида, а также скоординированное использование пилотируемых и беспилотных систем (Manned-Unmann Teaming ).
Тенденция увеличения продолжительности выполнения операций: более эффективные двигатели и аккумуляторные системы увеличивают дальность и длительность работы.
Конструирование более крупных систем с большей и универсальной полезной нагрузкой, дальностью и продолжительностью работы.
Разработка модульной полезной нагрузки для выполнения различных задач необитаемыми подводными аппаратами (НПА) одного типа.

Увеличение производительности беспилотных систем зависит от достижений в различных технологических областях. Наиболее важными, прежде всего, являются: приводные и энергетические системы, навигационное оборудование, датчики различного назначения, системы связи и искусственного интеллекта. На этих направлениях сосредоточены основные усилия исследователей.

Необитаемые подводные аппараты от ATLAS Elektronik

«Типичную» картину последних достижений в секторе необитаемых подводных аппаратов передают прикладные системы производства компании «ATLAS Elektronik GmbH» (г. Бремен, Германия): «Морская лиса» (SeaFox ), «Морской кот» (SeaCat ) и «Морская выдра» (SeaOtter ).

Эмблема компании ATLAS Elektronik

Модель «SeaFox»

Дистанционно-управляемый НПА «SeaFox» состоит на вооружении ВМС Германии и десяти других стран. Дрон поставляется в трех конфигурациях.

НПА «SeaFox»

Вариант «С», оснащенный взрывным комплектом, используется для уничтожения мин (при этом сам аппарат также уничтожается). Вариант «I» используется для поиска и идентификации мин, а также подводного мониторинга кораблей и портовых сооружений. После установки комплекта «Кобра» (Cobra ), вариант «I» может применяться для уничтожения мин и других взрывных устройств. При этом, комплект подрыва «Кобра» устанавливается на мину и дистанционно подрывается после отхода НПА. Вариант «Т» разработан для учебных целей, но может использоваться и для подводного мониторинга.

Оборудование для борьбы со взрывными устройствами «Кобра»

Необитаемые подводные аппараты «SeaFox» состоят на вооружении кораблей, катеров и вертолетов. Дистанционное управление НПА осуществляется по оптоволоконному кабелю. Аппарат имеет длину 1,31 м, вес 43 кг. Эксплуатационная глубина погружения дрона достигает 300 м. Максимальная дальность до судна управления – 22 км. Продолжительность применения – около 100 минут.

НПА «SeaCat»

Модель «SeaCat» имеет большую производительность. Она в два раза длиннее и в три раза тяжелее «SeaFox». Продолжительность ее работы до 20 часов. Аппарат способен погружаться на глубину до 600 м. «SeaCat» является гибридной системой. НПА может управляться дистанционно или действовать автономно.

Носовая часть аппарата сконструирована для использования различных модулей полезной нагрузки. В том числе: видео камеры, гидролокатора, магнитометра, а также модуля химического анализа воды или акустического датчика, проникающего через морское дно. НПА оснащен гидролокатором для сканирования по сторонам (Side Scan Sonar ) и может дополнительно тянуть сонар на буксире. Благодаря такой модульности, «SeaCat» применяется для обследования морского дна, тактической гидрографии, а также разведки и мониторинг более крупных районов.

НПА «SeaCat»

Аппаратура GPS и инерциальная навигационная система обеспечивают автономное применение НПА. Однако, при таком варианте использования собранные аппаратом данные могут быть получены только после его возвращения на корабль.

Возможности коммуникации между кораблем-носителем и НПА пока остаются ограниченными. Обмен данными через WiFi осуществляется в обоих направлениях. При этом, удаление от корабля управления не должно превышать 400м. Акустическая связь под водой, в зависимости от условий окружающей среды, имеет максимальную дальность до двух километров. При эксплуатации на такой дистанции необитаемые подводные аппараты этого типа пригодны для полностью независимой работы.

«Морская выдра» — универсальное решение

Самый новый и самый большой НПА от компании «ATLAS Elektronik» – универсальный аппарат «SeaOtter Mk II». Это автономный НПА, выполняющий задачи разведки и наблюдения (включая разведку подводных лодок), обнаружения подводных угроз, сбора гидрографических данных и уничтожения мин. Кроме того, возможна скрытная поддержка сил специального назначения и проведение спасательных операций.

«Морская выдра» имеет длину 3,65 м и водоизмещение 1200 кг. Продолжительность работы аппарата достигает 24 часов, а общий вес полезной нагрузки – 160 кг.

НПА «SeaOtter Mk II»

В сравнении с » SeaCat» оборудование НПА включает гидролокатор высокого разрешения с синтетической апертурой (SAS — Synthetic Aperture Sonar ). Сонар обеспечивает обнаружение и идентификацию движущихся и неподвижных объектов. Антенна НПА позволяет осуществлять навигацию по GPS и устанавливать радио- и WiFi-связь с кораблем-носителем вблизи от поверхности воды. В дополнение к GPS, дрон использует автономную инерционную навигацию и электромагнитную систему доплеровского контроля скорости. В автономном режиме работы питание электропривода производится литиевыми полимерными батареями. Для их зарядки требуется четыре часа, но возможна замена для экономии времени.

Необитаемые подводные аппараты производства «ATLAS Elektronik» по своим возможностям являются типичными для НПА, используемых в настоящее время. Эти беспилотные подводные системы предназначены для выполнения основных задач: разведка и уничтожение мин; сбор данных о морском дне, состоянии воды и течениях; скрытая разведка и наблюдение (например, до высадки морского десанта или поддержки специальных сил); обеспечение безопасности своих портов и судов.

Необитаемые подводные аппараты в новых областях

В настоящее время внедряются или изучаются новые сферы применения для НПА. Во-первых, уничтожение подводных лодок (ПЛ), или противолодочная война (ASW — Anti-Submarine Warfare ).

Центр морских исследований и экспериментов НАТО (Centre for Maritime Research and Experimentation, CMRE ) с 2011 г. целенаправленно разрабатывает соответствующую концепцию и технологии. Уже в настоящее время, используемый центром действующий автономный НПА «OEX Explorer » способен захватывать и отслеживать движущиеся объекты. Положение НПА и цели через акустические подводные сигналы передаются в центр управления. CMRE тестировал свой НПА (и другие беспилотные системы) в рамках ежегодных противолодочных учений «Dynamic Mongoose «.

Одним из направлений исследований остается разработка надежных каналов связи. Она должна гарантировать скоординированное использование на больших расстояниях нескольких автономных беспилотных систем, а также группу обитаемых и необитаемых аппаратов. Важным промежуточным шагом считается согласование стандарта НАТО для цифровой подводной связи (JANUS — STANAG 4748 ). Стандарт призван гарантировать совместимость различных национальных подходов. Кроме того, в настоящее время остается проблема разработки алгоритмов, обеспечивающих надежную классификацию обнаруженных целей.

Рассматривается возможность для обитаемых ПЛ в будущем нести на своем борту необитаемые подводные аппараты и с их помощью выслеживать подводные лодки противника.

Sp-force-hide { display: none;}.sp-form { display: block; background: rgba(235, 233, 217, 1); padding: 5px; width: 630px; max-width: 100%; border-radius: 0px; -moz-border-radius: 0px; -webkit-border-radius: 0px; border-color: #dddddd; border-style: solid; border-width: 1px; font-family: Arial, "Helvetica Neue", sans-serif; background-repeat: no-repeat; background-position: center; background-size: auto;}.sp-form input { display: inline-block; opacity: 1; visibility: visible;}.sp-form .sp-form-fields-wrapper { margin: 0 auto; width: 620px;}.sp-form .sp-form-control { background: #ffffff; border-color: #cccccc; border-style: solid; border-width: 1px; font-size: 15px; padding-left: 8.75px; padding-right: 8.75px; border-radius: 4px; -moz-border-radius: 4px; -webkit-border-radius: 4px; height: 35px; width: 100%;}.sp-form .sp-field label { color: #444444; font-size: 13px; font-style: normal; font-weight: bold;}.sp-form .sp-button { border-radius: 4px; -moz-border-radius: 4px; -webkit-border-radius: 4px; background-color: #0089bf; color: #ffffff; width: auto; font-weight: 700; font-style: normal; font-family: Arial, sans-serif; box-shadow: none; -moz-box-shadow: none; -webkit-box-shadow: none; background: linear-gradient(to top, #005d82 , #00b5fc);}.sp-form .sp-button-container { text-align: left;}

Как правило, обитаемые ПЛ используют пассивную гидроакустическую станцию (ГАС). Активные же ГАС имеют гораздо большую дальность действия, но позволяют определять местоположение передатчик, чем обнаруживают ПЛ. Оснащенные активным гидролокатором НПА смогут перемещаться на достаточном расстоянии от своего пилотируемого корабля-носителя. Такая тактика значительно увеличит возможности по обнаружению ПЛ противника. Помимо этого, НПА могли бы отвлекать на себя подводные лодки противника и способствовать их поражению кораблем-носителем «из засады».

Агентство перспективных оборонных исследований США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA ) в июле 2017 г. подписало контракт с компанией «BAE Systems» на разработку для НПА соответствующей компактной активной ГАС большой дальности.

Больше и тяжелее

Ведение противолодочной войны средствами НПА в прибрежных водах или в открытом море требует значительного увеличения дальности и продолжительности их работы. По этой причине США с 2015 г. ведут разработку беспилотных систем с большим водоизмещением (Large Displacement UUV, LDUUV ). Необитаемые подводные аппараты этого типа должны иметь возможность нести дополнительные аккумуляторы и быть более устойчивыми. Подобные модели получили обозначение НПА класса III. Сообщается, что они имеют модульную конструкцию и диаметр около 48 дюймов (122 сантиметра).

Проект «Змеиная голова»

В апреле 2017 г. ВМС США объявили о планах уже в 2019 г. начать тестирование прототипа тяжелого НПА «Snakehead» («Змеиная голова»). Разработка программного обеспечения, систем управления и связи намечалось проводить параллельно с развитием транспортного средства. Руководство обеими направлениями работ осуществляют ВМС.

НПА такого масштаба уже используются для гражданских целей. В частности, в 2003 г. управляемый дрон «Echo Ranger» от компании «Боинг» достиг глубины погружения 3000 м и находился там 28 часов.

НПА Echo Ranger производства компании «Боинг»

Согласно замыслу, «Змеиная голова» сможет управляться с боевого корабля прибрежной морской зоны (тип LCS), ПЛ типов «Вирджиния» (SSN ) и «Огайо» (SSGN ). Другой вариант применения – самостоятельных выход НПА из порта.

Предполагаемый спектр возможностей должен постепенно расширяться. Наряду с общей разведкой и наблюдением он будет включать борьбу с ПЛ и другими подводными целями, наступательные и оборонительные действия по разминированию, а также ведение РЭБ. Выводы из тестирования «Snakehead» послужат разработке будущих классов НПА.

Необитаемые подводные аппараты класса «Касатка»

В категории «сверх большой НПА» (Extra Large UUV, XLUUV ) ВМС США хотят запустить производство беспилотников еще больших размеров. Аппарат получил обозначение «Касатка» (Orca ). Согласно замыслу, НПА сможет стартовать от пирса и выполнять месячное автономное патрулирование. Предполагаемая дальность действия – около 2000 морских миль.

Ряд задач в значительной степени соответствует оперативному спектру более легкой категории LDUUV. Дополнительно рассматриваются: поддержка сил специальных операций и наступательные действия против наземных целей. Потенциальная полезная нагрузка включает в себя мины, торпеды, а также ракеты для поражения морских и наземных целей.

Задачи по разработке XLUUV намечалось распределить в 2017 г. в этом отношении хорошие перспективы для контракта имел «Боинг», который по собственной инициативе представил соответствующий прототип уже в 2016г. Необитаемая подводная лодка под названием «Echo Voyager» имеет длину 16 м и водоизмещение 50 т. Аппарат достигает глубины 3400 м и может оставаться в море в течение шести месяцев, покрывая 7 500 морских миль. Однако, НПА «Echo Voyager» требует всплытия каждые три дня для загрузки батарей.

Параллельно с программой XLUUV, под руководством DARPA, реализуется проект «Гидра» (Hydra). В рамках проекта ведется разработка большого НПА, который действовал бы, как корабль-матка для НПА и беспилотных летательных аппаратов меньшего размера. «Гидра» должна скрытно проникать в водоем, который запрещен для прохода обитаемых кораблей и запускать там разведывательные беспилотники. Сообщается, что компании «Боинг» и «Huntington Ingalls» должны представить совместные прототипы к 2019 г.

Проекты НПА за пределами НАТО

Разработка высокопроизводительной технологии НПА не является привилегией стран НАТО. Япония с 2014 г. развивает новую технологию привода для больших НПА. Ее топливные элементы должны увеличить дальность действия и продолжительность работы перспективных систем ВМС США.

ВМС Индии в настоящее время также используют разработанный в стране автономный подводный аппарат AUV-150. Он имеет длину 4,8 м и достигает глубины 150 м. В прибрежных водах НПА используется для разведки и наблюдения, а также для поиска мин.

Студенты индийского технологического института в г. Мумбаи в свободное время с 2011 г. разрабатывают названный в честь морского бога Матсья (Matsya) НПА с передовыми характеристиками по производительности. Если AUV-150 строго придерживается запрограммированных задач, то «Матсья» получит более высокую степень автономии.

Круг задач в интересах ВМС Индии планируется расширить. Как ожидается, НПА «Матсья», наряду с ведением визуальной и акустической разведки, сможет устанавливать и извлекать объекты с помощью манипулятора, а также поражать торпедами ПЛ противника. Однако, на конец 2017 г. студенты проверяли свои концепции и системы на опытном НПА длиной всего один метр. Тестирование реалистичного прототипа ожидается на рубеже 2021 г.

Сотрудники университета Тяньцзиня (Китай) в 2014 г. испытывали подводный планер «Хайян» (Haiyan). Автономный НПА мог работать в течение 30 дней, покрывая около 2600 морских миль. Официально «Хайян» разрабатывается для гражданских исследовательских целей. Вместе с тем, он пригоден для сбора гидрографических данных до глубины 1090 м в интересах ВМС. Государственные китайские СМИ также сообщили о возможной модернизации НПА «Хайян» для поиска мин и подводных лодок.

Необитаемый подводный аппарат «Хайян»

Российское ЦКБ «Рубин» в 2015 г. представило новый НПА «Клавесин-2Р». Объявленная глубина погружения составляет 6000 м. НПА может уходить от корабля-носителя на расстояние до 50 км. Отмечается, что ЦКБ «Рубин», который проектирует в основном обитаемые военные ПЛ, работает над дроном «Витязь» с глубиной погружения 11 тыс. м.

НПА Клавесин-2Р производства ЦКБ «Рубин»

Уже в 2015г. поступали сообщения о русском НПА с ядерной двигательной установкой и ядерным вооружением. Обозначенный спецслужбами США, как «Каньон» (Kanyon), дрон должен доставляться в открытое море пилотируемыми подводными лодками. Далее он способен развивать скорость 56 узлов и имеет дальность действия около 6 200 морских миль. Вероятной целью этого НПА, по оценкам западных экспертов, могло быть уничтожение военно-морских портов США в преддверии войны. Однако, по тем же оценкам, сообщение несет в себе признаки российской кампании дезинформации.

По материалам журнала «MarineForum»

ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ (а. submarine unit; н. Unterwassergerat; ф. appareil sous-marin; и. equipo submarino) — судно или техническое устройство, перемещающееся в толще воды и (или) по дну и используемое для научных исследований, поисковых и аварийно-спасательных операций, а также производственных работ под водой. В частности, подводные аппараты применяются для проведения геологических и геофизических измерений вблизи океанского дна с целью изучения геологического строения дна океана , состава слагающих его пород, поиска и разведки месторождений полезных ископаемых в Мировом океане , а также при эксплуатации месторождений, для осмотра и ремонта буровых платформ и т.п.

Подводные аппараты делятся на 3 основных класса: обитаемые нормобарические, обитаемые гипербарические и необитаемые (телеуправляемые). Подводные аппараты классифицируются также по типу выполняемых работ — на гидрофизические, геологические, поисковые, специализированные рабочие, осмотровые и др.; по характеру перемещений в водной среде — на буксируемые, плавающие, перемещающиеся (в т.ч. шагающие) по грунту; по способу подачи электропитания — на привязные, автономные и комбинированные; по глубине проведения работ — для малых глубин (до 600 м), средних глубин (до 2000 м) и глубоководные (свыше 2000 м).

К нормобарическим обитаемым подводным аппаратам относятся привязные и автономные исследовательские и транспортные средства, в герметическом корпусе которых поддерживаются параметры дыхательной смеси, близкие к нормативным атмосферным. Примером аппаратов этого типа является подводный аппарат "Пайсис", предназначенный для океанологических (в т.ч. геологических) исследований (рис. 1).

Первые геологические исследования с применением подводных аппаратов были проведены в 1962 с борта французского батискафа "Архимед" в жёлобе Пуэрто-Рико (около 9000 м). В последующие годы выполнялись обследования береговых каньонов, коралловых рифов , полей железомарганцевых конкреций и фосфоритов . С 70-х гг. было организовано несколько американских и французских геологических экспедиций по изучению океанических рифтовых зон (в 1973 — Срединно-Атлантического рифта , в 1978-79 — зоны восточно-Тихоокеанского поднятия и Галапагосского рифта).

Первые советские геологические экспедиции с использованием подводного аппарата типа "Пайсис", "Звук", "Манта" были проведены на озере Байкал (1977), в Красноморском рифте (1979-80) и рифте Рейкьянес в

В отношении перечисленных беспилотных систем наблюдаются различные тенденции:

Развитие в сторону большей автономии: первые беспилотные системы обычно были дистанционно управляемыми (Remotely Operated Vehicle, ROV ). За ними последовали системы, способные самостоятельно выполнять детально запрограммированную задачу, такую как проход по конкретному маршруту мониторинга. В будущем армии мира стремятся получить полностью автономные системы, способные самостоятельно выполнять целевые задания и в ходе их выполнения ориентироваться на непредвиденные события.
Тренд в направлении координирования миссий между несколькими беспилотными системами равного или иного вида, а также скоординированное использование пилотируемых и беспилотных систем (Manned-Unmann Teaming ).
Тенденция увеличения продолжительности выполнения операций: более эффективные двигатели и аккумуляторные системы увеличивают дальность и длительность работы.
Конструирование более крупных систем с большей и универсальной полезной нагрузкой, дальностью и продолжительностью работы.
Разработка модульной полезной нагрузки для выполнения различных задач необитаемыми подводными аппаратами (НПА) одного типа.

Необитаемые подводные аппараты от ATLAS Elektronik

Эмблема компании ATLAS Elektronik

Модель «SeaFox»

НПА «SeaFox»

Оборудование для борьбы со взрывными устройствами «Кобра»

НПА «SeaCat»

«Морская выдра» — универсальное решение

НПА «SeaOtter Mk II»

Необитаемые подводные аппараты в новых областях

Больше и тяжелее

Проект «Змеиная голова»

НПА Echo Ranger производства компании «Боинг»

Необитаемые подводные аппараты класса «Касатка»

Проекты НПА за пределами НАТО

Необитаемый подводный аппарат «Хайян»

НПА Клавесин-2Р производства ЦКБ «Рубин»

По материалам журнала «MarineForum»

Акриловые изделия

На сегодняшний день человек успел исследовать только 5% океанических глубин на Земле. Ученые, конструкторы, разработчики прикладывают максимум усилий для того, чтобы эта цифра постоянно росла. Именно поэтому в мире активно развивается направление создания различных подводных аппаратов, с помощью которых исследование океанических просторов становится простым и доступным процессом.

Все современные подводные аппараты имеют схожий принцип работы. Их назначение - проведение научных исследований и подводных экскурсий, сбор качественного фото- и видеоматериала, измерение различных параметров, составление карт подводного мира. Субмарины оснащены системами навигации, регулировки уровня кислорода и освещения, связи с сушей, эхолокации, видео- и фотосъемки. Компас, спидометр, термостат, датчики давления, глубины, курса, высоты, вращения, наклона, местоположения, влажности, скорости погружения - все это оборудование работает в автоматическом режиме. Чтобы батискаф не сбился с курса, включается планировщик маршрутов.

Одна из самых интересных функций - автофотографирование. Специальные инфракрасные датчики точно определяют местоположение проплывающих подводных обитателей и делают снимки в наилучшем качестве и с правильного ракурса. Также система оснащена оборудованием для создания трехмерных панорамных визуализаций окружения. Созданные панорамы могут использоваться для организации последующих виртуальных путешествий. Батискафы разрабатываются таким образом, чтобы внутри кабины поддерживалось стандартное атмосферное давление. Поэтому никаких особых требований к состоянию здоровья экипажа и пассажиров не предъявляется.

Акриловое остекление кабин подводных аппаратов

Техническая реализация данных проектов стала возможной во многом благодаря акриловому остеклению. Акрил эффективно и безопасно работает там, где другие материалы попросту бессильны. Большинство подводных аппаратов сегодня оснащаются прозрачными сферическими кабинами из акрила. Выбор в пользу сферической формы вполне обоснован по следующим причинам:

Обтекаемые сферические конструкции выдерживают большое давление, легко маневрируют на глубине и гарантируют полную безопасность для экипажа и пассажиров.

Акриловые сферы способны работать под огромным давлением на глубине в несколько километров. Для обеспечения максимальной надежности проводятся специальные расчеты толщины остекления. Этот параметр подбирается с большим запасом прочности.

Прозрачные полусферы придают подводным аппаратам просто невероятный внешний вид. Батискафы и субмарины становятся похожими на корабли пришельцев или аппараты из далекого будущего.

Акриловое стекло обладает высочайшей прозрачностью, которая не снижается при постоянной эксплуатации в воде. Кабина обеспечивает отличный панорамный обзор без искажения форм, размеров и цветов.

Перед наблюдателем открывается реальная картина подводного мира.Точность передаваемого изображения позволяет вести фото- и видеосъемку непосредственно из кабины и получать яркие, красочные снимки.

На поверхности акриловых сфер не появляется зелень и грибок, поскольку акрил устойчив к воздействию любых биологических факторов.

Находясь в прозрачной акриловой «капсуле», человек ощущает эффект полного погружения в подводные красоты. Создается впечатление, будто между наблюдателем и морскими глубинами нет никакого барьера.

Персональный батискаф Manatee

Конструктор Эдуардо Гальвани разработал модель персонального бакискафа Manatee, с помощью которого каждый желающий при минимальной подготовке сможет исследовать океанические глубины. Аппарат оснащен надежными аккумуляторами и мощными двигателями, за счет чего упрощается его маневренность. Управлять этим чудом техники несложно - для этого достаточно освоить функционал главного джойстика и панели со встроенной операционной системой и сенсорным дисплеем. В кабину батискафа подается кислород из расчета 12-часовой работы плюс 100 резервных часов на случай аварии. Максимальная глубина погружения аппарата - более 9 километров. Кабина рассчитана на 4 человека. Максимальная скорость перемещения - 25 километров в час. Внешнее и внутреннее освещение организовано с помощью высокоинтенсивных светодиодов. Для остекления кабины пилота использовано устойчивое к высокому давлению акриловое стекло сферической формы, сквозь которое наблюдатель может рассмотреть подводный мир в деталях.

Подводная лодка Тритон 3300/3

Подводный аппарат Тритон 3300/3 стоимостью в три миллиона долларов рассчитан на погружение на глубину до одного километра. Кабина выполнена в виде огромного пузыря, для изготовления которого использовано акриловое стекло. Сквозь стекло открывается роскошный панорамный вид на подводные красоты. Для освещения глубоководного ландшафта используются светодиодные прожекторы.

Аппарат для подводных исследований C-Researcher 3

Голландская компания U-Boat Worx представила миру новинку - подводный аппарат C-Researcher 3, раотающий на глубине 1,7 км. Батискаф предназначен для проведения научных подводных исследований и рассчитан на 16 часов непрерывной работы. Восьмитонный аппарат оснащен специальными инструментами для видеосъемки, фотосъемки и создания трехмерных и двухмерных карт. С помощью роботизированных манипуляторов можно брать образцы растений, фауны или грунта со дна океана. Кабина аппарата - огромная прозрачная сфера из высокопрочного акрилового стекла, придающая субмарине восхитительный футуристичный вид. Кабина вмещает до 3 человек (пилот и два пассажира). Аппарат оснащен по последнему слову техники. Управление осуществляется при минимальном участии человека. Направление, маршрут, скорость, режим проведения исследований - все эти параметры можно регулировать с помощью сенсорного дисплея и эргономичной приборной панели.

Подводный аппарат C-Explorer 2

Еще один продукт компании U-Boat Worx предназначен для проведения исследований на глубине до 100 метров и проведения сеансов безопасного дайвинга. Подводный аппарат C-Explorer 2 весит 3 тонны, вмещает двух человек - пилота и пассажира. Время автономной работы на глубине - 8 часов. Несмотря на меньшую мощность и небольшие доступные глубины, аппарат выполняет такие же функции, как и вышеописанный C-Researcher 3. Несмотря на то, что основное назначение аппарата заключается в проведении серьезных научных исследований, это не мешает ему служить отличным инструментом для развлекательных экскурсий. Кабина аппарата изготовлена из прозрачной акриловой полусферы, благодаря которой панорамный обзор открывается на все 360 градусов.

Частная субмарина SeaBird

Компания AquaVenture изобрела самую быструю в мире частную субмарину SeaBird. Для этого разработчикам не пришлось устанавливать мегамощный двигатель и оснащать подводную лодку сверхсовременным оборудованием. Более того, в субмарине SeaBird вообще нет двигателя! Как удается подводной лодке разгоняться для высоких скоростей без двигателя? Очень просто. Аппарат прикрепляется толстым тросом к катеру, который плывет по поверхности воды. Скорость перемещения субмарины может достигать 40 километров в час, когда самые новые модификации полноценных аналогов перемещаются со скоростью 20-25 км/ч. Наличие тросового соединения ограничивает маневренность лодки, но при необходимости аппарат может работать под водой на глубине 90 метров в течение трех суток. Две кабины для пилота и пассажиров выполнены из прозрачных акриловых полусфер. Безусловно, такая конструкция вряд ли подойдет для проведения серьезных научных исследований, но как развлекательный экстрим-аттракцион она не имеет равных.

Подводная лодка на солнечных батареях Reef Explorer

Дизайнер Герт-Ян ван Брегель создал концепцию подводной лодки, работающей на солнечных батареях. Данная модель предназначена не для научных исследований, а для развлечения. Лодка будет погружаться в воду не полностью, а лишь частично. Но даже такого погружения вполне достаточно, чтобы приблизиться к прекрасному подводному миру. Для беспрепятственного наблюдения за океаническими красотами корпус аппарата также планируется оснастить прочным акриловым остеклением.

Новейшие подводные аппараты проектируются таким образом, чтобы подводные исследования, экскурсии и путешествия были максимально безопасными и эффективными. Жесткие требования предъявляются к надежности и внешнему виду таких конструкций. Субмарины и батискафы с акриловым остеклением соответствуют всем этим требованиям.

Компания «АкрилШик» занимается изготовлением полусфер и сфер из качественного акрилового стекла. Мы производим конструкции различных размеров, в том числе экстремально большие. Мы гарантируем качество поверхности, надежность и прочность изготовленной продукции. Для получения более детальной информации о продукции и услугах компании свяжитесь с нашим менеджером.

Дата создания: 18 ЯНВ 2017 Автор "Акрилшик"