Необитаемый подводный аппарат США

В июне 2021 г. компания Dive Technologies (Massachusets, США), специализирующаяся в области подводной робототехники, заявила о планах постройки разработанного ею глубоко­водного необитаемого подводного аппарата (НПА) DIVE-LD (Large Displacement), предназначенного для геофизических исследо­ваний, инспекций подводных кабелей и дру­гих объектов инфраструктуры. Разработка велась с 2019 г. совместно со специалистами Политехнического института и Центра морских робототехнических систем Технологического университета (Virginia, США).

НПА должен быть передан компании Kraken Robotics (Канада) для оснащения необходи­мыми датчиками и системами, в частности, интерферометрической гидроакустической системой с синтезированной апертурой «Aqua Pix» MINSAS (Miniature Interferometric Synthetic Aperture Sonar) и ла­зерным 3D-сканером «SeaVision».

Ранее, в августе 2020 г. компании Dive Tech­nologies и Kraken Robotics заключили соглаше­ние о применении технологии аккумуляторных батарей, устойчивых к высокому давлению, при этом компания Kraken Robotics получила права на лицензионное строи­тельство двух НПА DIVE-LD в Канаде.

Однако первый промышленный образец будет построен компанией Dive Technologies в США и передан предприятию компании Kraken Robotics, расположенному в Центре океанских исследова­ний Канады (Dartmouth, Nova Scotia, Канада).

В том же месяце компания объявила, что со­трудничает с Центром подводных исследований ВМС США NUWC INewport, Rod-Island), где проводились испытания НПА с установлен­ной на нем инерциальной навигационной системой SPRINT-Nav X компании Sonardyne International (Великобритания), до­плеровским лагом Doppler Velocity Log и гидроакустической системой MINSAS 120.

НПА компании Dive Technologies

Испытания НПА, оснащенного гидроакустической системой «AquaPix» MINSAS 120, проводились также в марте-апреле 2021 г. в мелководных районах за­ливов Buzzards (12-61 м) и Narragansett (3-12 м). На НПА был установлен совместимый с гидроакустической системой специальный модуль хранения данных Data-Pod.

Гидроакустическая система MINSAS 120 предназначена для работы на глубинах до 1000 м при скорости хода 2-6 уз, хотя опционально может использоваться и на глу­бинах 3000-6000 м.

Приемопередающие элементы объединены в единую монолитную решетку, установленную рядом с электронным модулем. Кроме того, гидроакустическая система оснащена двумя рядами идентичных приемных элементов, способных получать подробные трех­мерные батиметрические данные в реальном вре­мени с разрешением 25*25 см при точности в вер­тикальной плоскости до 10 см на расстоянии 100 м.

В состав гидроакустической системы входит модуль первичной обработки информации в реальном времени с за­писью на жесткий диск RealTime SAS, который также поддерживает автоматическое распознавание цели и дополнительную фильтрацию об­работанных данных.

В отличие от стандартных гидроакустических систем бокового об­зора, способных получать изображения морского дна с высоким разрешением на небольших даль­ностях, гидроакустическая система MINSAS 120 может генерировать изображения с разрешением 2,5 см при движении вперед и 1,5 см при боковом сканировании при постоянной разрешающей способности и высоком соотношении сигнал/шум на дальностях до 220 м с любого борта носителя при движении со скоро­стью до 3 уз. При этом скорость обзора поверх­ности составит 1,71 км2/час. без вспомогательной гидроакустической системы для перекрытия мертвых зон и 2,44 км2/час. при ее использовании.

НПА DIVE-LD оснащен устойчивыми к вы­сокому давлению аккумуляторными батареями SeaPower компании Kraken Robotics. Они рассчитаны на работу на глубинах до 6000 м и состоят из одного или нескольких литий-полимерных аккумуляторов, размещенных в модульных блоках для соответствия конкрет­ным требованиям по емкости и напряжению.

Каждый батарейный блок оборудован системой управления, которая постоянно отслеживает состояние и ра­ботоспособность батареи. Кроме того, в блоках используется запатентованная компанией тех­нология силиконовой герметизации, устойчивой к давлению, которая защищает литий-полимер­ные элементы от морской воды.

Силиконовая изоляция устраняет необходи­мость в кожухах высокого давления или масля­ных компенсаторах, что снижает массу и стои­мость НПА. Первые испытания аккумуляторов SeaPower на борту НПА были завершены в октябре 2020 г. Они будут установлены на тре­тий серийный образец НПА DIVE-LD.

Для минимизации гидродинамического сопро­тивления НПА DIVE-LD имеют каплеобраз­ную форму. Согласно спецификации компании, сухая масса НПА составляет 2720 кг, длина - 5,8 м, диаметр - 1,2 м. Корпус также мо­жет изготовляться для работы на глубинах 300, 3000 или 6000 м.

Предусмотрен отсек для полезной нагрузки со свободным затоплением емкостью 1,3 м3. Связь с оператором осуществляется на частоте 900 МГц, имеется Wi-Fi канал и система спутниковой связи Iridium. Питание обеспечивается съемной литий-полимерной бата­реей емкостью 93 кВт/час., размещенной в ниж­нем поддоне. Скорость хода НПА — 2-7 уз, дальность достигает 313 морских миль.

Для ускорения процесса строительства НПА и снижения затрат компания Dive Technologies заключила соглашение о сотрудничестве в об­ласти НИОКР с Национальной лабораторией Oak Ridge и потратила около двух лет на изуче­ние технологии широкоформатного аддитивного производства для создания компонентов корпуса первого образца НПА DIVE-LD. Для созда­ния элементов внешних обтекателей корпуса НПА использовался ЗD-принтер Cincinnati Incorporated Big Area Additive Manufacturing (принадлежал компании AES), а также принтеры меньшего размера для внутренних компонентов НПА. Внешний корпус НПА состоит из девяти трубчатых обтекателей, напечатанных из термо­пластичного полимера акрилонитрил-бутадиен-стирол с наполнителем из рубленого углеродного волокна, поставляемого компанией SABIC (бази­руется в Эр-Рияд, Саудовская Аравия).

Общее количество напечатанных на ЗD-принтере деталей составляет около 77, включая крон­штейны, внутренние крепления для подключения датчиков, двигателей и другого оборудования к корпусу. Наружные обтекатели корпуса НПА DIVE-LD и ряд внутренних компонентов изготавливаются с использованием процессов аддитивного производства и запатентованного процесса сглажи­вания и покрытия неровностей, образовавшихся при печати, для улучшения гидродинамических характе­ристик. В ходе исследований в период 2019-2020 гг. были протестированы различные варианты покры­тий и оценены с точки зрения простоты нанесения и обеспечения живучести на глубине 6000 м.

На НПА DIVE-LD будет установлен полный набор систем навигации, слежения и управления компании Sonardyne International (Великобритания), включая лаг SPRINT-Nav X, гидроакустическую систему SonarDyne AvTrak 6, систему подводного слежения Ranger 2 USBL и др.

На НПА DIVE-LD планируется использо­вать пакет ПО ANCC (Autonomy, Navigation, Command & Control), разрабатываемый ком­панией Metron (Virginia, США), который по­зволит ему действовать полностью автономно, без участия человека.

По данным компании, ПО содержит алго­ритмы планирования и решения таких задач, как выполнение дальних переходов, исследование дна и толщи воды, предотвращение столкновения с препятствиями и др. с учетом динамики аппара­та. Это позволяет НПА самостоятельно корректировать предварительно запрограммированные планы решения задач и маршруты движения или разрабатывать новые на основе информации о состоянии окружающей среды, получаемой от бор­товых датчиков. Это особенно важно, учитывая большую продолжительность нахождения НПА в море - до 10 суток.

Специалисты компании Dive Technologies продолжают работы по совершенствованию гидродинамических характеристик НПА, направленные, в частности, на повышение точности маневрирования, а также по снижению энергопо­требления энергоустановкой.

По данным компании Virginia Tech, Центр морской автономии и робототехники разрабаты­вает новую конфигурацию движителя, которая потенциально может потреблять на 20 % мень­ше энергии, чем обычный гребной винт, при этом создавая меньшее шумоизлучение. Специалисты компании внесли изменения для оптимизации диаметра и шага гребного винта, а также его продольного расположения с учетом взаимодействия гребного винта и потока обтекания корпуса.

Однако, несмотря на то, что конструкция корпуса обеспечила хорошие гидродинамические характеристики, возникли определенные пробле­мы при маневрировании. В связи с этим начаты исследования применимости туннельных под­руливающих устройств для маневрирования на малых скоростях.

#необитаемый подводный аппарат #автономность #3d принтер #вмс сша #наука #технологии #исследование #углеродное волокно #емкость батареи #полимер