Канада смогла первой создать и успешно протестировать подводный беспилотник, работающий на водородном топливе. Аппарат очень сильно похож на торпеду, имеет длину 8,5 м и ширину 1 м. В процессе тестирования беспилотник прошёл под водой расстояние 2000 км, совершив суммарно 4000 поворотов и разворотов. Устройство примечательно тем, что продуктом отработки его двигателя является только вода.
Канадская компания Cellula Robotics Ltd испытала первый в мире подводный аппарат Envoy, ранее известный как Solus-LR, работающий на водородном топливе. На первом же испытании задачей аппарата было не просто двигаться по прямой, а совершать всевозможные маневры. Именно так инженеры смогли вычислить среднестатистический запас хода своего изобретения.
По завершению испытаний, генеральный директор Cellula Robotics Нил Мэннинг поспешил отметить, что: "Значение достигнутого результата заключается не только в пройденном расстоянии, но и в том, что аппарат двигался полностью под водой в рамках поставленных задач, которые в совокупности отражают реальные подводные операции".
Водородный подводный робот Envoy.
Первый в мире водородный подводный беспилотник Envoy похож на торпеду или небольшую подводную лодку, только без экпипажа. Размеры Envoy: длина — около 8,5 метров, на мой взгляд сопоставимо с большим автобусом, а ширина, или, точнее, диаметр — 1 метр. Для всех подводных/надводных судов есть ещё один важный параметр — водоизмещение. У Envoy оно составляет примерно 3,7 тонны.
Что ещё интересно, при необходимости можно изменять длину беспилотника, убирая или добавляя секции. По сути, канадцы сделали универсального подводного робота-конструктора. Например, если для решения одной задачи нужен более компактный аппарат, то у Envoy просто убираются лишние секции. Единственное, при такой трансформации следует учесть, что убираемые секции - это топливные баки.
В ходе испытаний Envoy совершил 4000 различных манёвров, в том числе поворотов, разворотов, разгона и торможения. Так разработчики пытались приблизится к реальному сценарию использования. Дело в том, что во время подобных манёвров изменяется расход топлива. Сам аппарат планируется использовать для исследования мирового океана. Подобное применение будет затрагивать обследование неровного морского дна, обход скал, поиск труб или кабелей, а потому беспилотнику довольно часто придётся менять свой курс.
Принцип работы.
Внутри Envoy установлен так называемый водородный топливный элемент — устройство, вырабатывающее электроэнергию во время движения аппарата. Водородный топливный элемент был разработан американской компанией Infinity Fuel Cell and Hydrogen.
Если говорить простыми словами о принципе работы беспилотника, то в его топливный отсек закачивают водород. Затем вышеупомянутый топливный элемент смешивает водород с кислородом. Причём кислород можно брать откуда угодно: из специального баллона, воздуха или из воды за бортом. Конструкция предусматривает все варианты. В результате химической реакции водорода с кислородом вырабатывается электричество и образуется "выхлоп" — чистая вода. Никаких вредных газов, дыма или сажи. Электричество подаётся на двигатели, компьютерную систему управления, навигационные приборы и научное оборудование, если оно того требует.
Короче говоря, принцип работы точно такой же, как у нашего отечественного "водоробуса" - вездехода "Русак-К10" (обзор).
Почему не на литиевом аккумуляторе?
Аккумулятор нужно заряжать, причём долго. Сейчас появилось довольно много проектов быстрых зарядок не только мобильных гаджетов, но даже грузовых электрокаров. Тем не менее, в открытом море зарядных станций пока ещё нет. Поэтому конструкторы решили использовать топливный элемент, который работает, пока есть водород. Если водород заканчивается, его запасы можно быстро пополнить заменой баллона в Envoy. К тому же водород даёт гораздо больше энергии на килограмм веса, чем самые лучшие литиевые батареи.
Всасывающий якорь.
Помимо научного оборудования и баллонов с водородом, на борту Envoy есть ещё весьма специфический присасывающийся якорь. Этот гаджет чем-то напоминает присоску: Envoy прижимает якорь к грунту и запускает процесс всасывания. Такой якорь-присоску очень удобно использовать, если надо надолго "зависнуть" над одним местом, например, понаблюдать за трубопроводом или остановиться и отслеживать звуки кораблей. Благодаря такому якорю, беспилотнику не нужно бороться с течением и тратить на это водород.
От себя добавлю, что такой режим работы может быть очень полезным для решения военных задач, например, для ведения наблюдения за движением морского транспорта.
Эра нового топлива.
Почему водород? Почему не СПГ или бензин/дизель? - именно такой вопрос я чаще всего встречаю в комментариях к публикациям о созданных двигателях на новом топливе.
- Во-первых, водород перестаёт быть дорогим, но об этом чуть ниже. Во-вторых, это экологически чистое топливо с рядом преимуществ. Хотя чистота водорода зависит от типа производства. Например, если гнать водород из сельхозотходов, как это делают китайцы, побочно вырабатывая формат и улавливая углекислый газ, то цена такого топлива составляет 1,54 доллара за 1 кг.
- Большой плюс водорода в том, что при его использовании подводные беспилотники в автономном режиме могут работать не часы, а недели. Для операторов (военных, нефтяников, учёных) это означает, что не нужно часто отправлять корабль, чтобы выловить робота и заменить батареи. Меньше подъёмов на поверхность — меньше простоев из-за погоды, дешевле логистика.
- Другой плюс - это чистота и скрытность. Побочный продукт от сжигания такого топлива — вода — не оставляет следов: пузырей, тепла, шума, выхлопных газов. Водородный элемент работает очень тихо, что критически важно для оборонных задач: такой аппарат сложнее обнаружить гидрофонами.
- Также в комментариях часто встречаю высказывания из разряда "а если жахнет?". Современные водородные системы, особенно типа PEM — с протонообменной мембраной, не только компактные, но и весьма надёжные. Они не взрываются, если их правильно спроектировать и также правильно собрать. Envoy, кстати, неплохо доказал надёжность такой системы.
- Водород энергоэффективнее бензина. Один килограмм водорода даёт примерно в 3-4 раза больше энергии, чем килограмм бензина, и в 50-100 раз больше, чем килограмм лучшего аккумулятора.
Сколько стоит водород.
На эту тему я уже публиковал статью на канале, рассмотрев разные методы производства. Здесь лишь вкратце напомню.
Если мы производим так называемый "серый" водород - из природного газа без улавливания CO₂ — это один из самых дешёвых способов, то его цена составляет около 1–2 долларов за килограмм. Минус такого производства - вред для окружающей среды.
Если CO₂ начать улавливать, то есть получать уже "голубой" водород, то цена возрастёт примерно на 1 доллар - до 2–3 долларов за кг.
Если начать его производить из воды, но с помощью возобновляемых источников энергии (ветряки, гидроэлектростанции, солнечные панели), то цена "зелёного" водорода составит от 4 до 8 долларов за кг (в некоторых местах до 12 долларов).
По словам разработчиков, Envoy заправляли чистым водородом. По моим расчётам, заправка 100 кг водорода одного такого беспилотника может стоить от 200 до 800 долларов в зависимости от типа водорода.
Дорого ли это? - смотря с чем сравнивать. Например, литиевых батарей для выработки сопоставимой энергии потребовалось бы несколько тонн и они стоили бы десятки тысяч долларов. Плюс их зарядка потребовала бы времени и специальной инфраструктуры.
Итог.
Подводный робот Envoy — это не просто игрушка, а рабочий инструмент нового поколения. Сочетание водородного топливного элемента, якоря-присоски и модульной конструкции, позволяющей менять его длину, говорит об универсальной функциональности аппарата, которая недоступна обычным батарейным беспилотникам.
Может быть интересно:
Благодарю Вас за прочтение и потраченное время.
Помочь умственному развитию автора можно здесь.
На что собираются деньги написано здесь.
Чтобы не пропустить новые интересные публикации рекомендую Вам подписаться на телеграм-канал, указанный в профиле Дзен-канала.