Целевое оборудование морского беспилотного роботизированного комплекса «Нептун»
Данная статья является продолжением статьи «Морской беспилотный роботизированный комплекс «Нептун» для обеспечения безопасности морской деятельности в Арктике. (Предложение по выполнению НИОКР)», опубликованной в журнале «Оборонно-промышленный потенциал».
В статье приведен краткий аналитический обзор части существующих малогабаритных приборов и устройств, которые могут быть применены спасательными службами МЧС РФ, ФГБУ «Морспасслужба» и других ведомств в качестве подвесного целевого оборудования для БПЛА при ПСО, АСР и ликвидации последствий морских происшествий и ЧС. В качестве информационной базы использованы материалы НИОКР, выполненных АО «Гипрорыбфлот» [1], а также — информационные каталоги ведущих российских компаний — разработчиков беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), целевого оборудования (ЦО), специализированного программного обеспечения, мобильных пунктов управления и др. [2]–[10].
Выбор конкретных приборов и устройств ЦО для МБРК из представленного в настоящей статье является одной из задач при создании морского беспилотного роботизированного комплекса (МБРК) «Нептун».
Целевое оборудование в составе МБРК «Нептун» является подвесным оборудованием к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) и предназначается для:
- первичного поиска, обнаружения, локализации и опознавания (идентификации) объектов, терпящих бедствие на морской (водной) поверхности и под водой;
- получения видео-, радиолокационных и гидроакустических изображений терпящих бедствие и затонувших объектов;
- мониторинга воздушного пространства, надводной и подводной обстановки, оценки ситуации и информационного обеспечения спасательных служб;
- информационно-технической поддержки гидрографических служб различных ведомств при выполнении промеров глубин, картирования рельефа дна фарватеров, гаваней, русла рек, прибрежных зон и внутренних водных путей (ВВП) для обеспечения безопасности плавания судов;
- доставки и сброса морских спасательных средств (МСС) и предметов первой необходимости терпящим бедствие на морской (водной) поверхности;
- оказания неотложной помощи до прибытия основных сил и средств поисково-спасательных операций (ПСО).
Комплекс ЦО обеспечит возможность мониторинга обстановки в повседневных условиях морской деятельности, предотвращения ЧС и морских происшествий на море и ВВП, а также — экстренного реагирования по устранению их последствий.
Современное состояние
Как показывает аналитический обзор, в настоящее время в качестве подвесного ЦО при ПСО и аварийно-спасательных работ (АСР) для наблюдения над морской (водной) поверхностью с использованием БПЛА применяются, в основном, -оптико-электронные приборы (ОЭП).
Для подводного поиска и обследования затонувших объектов в МЧС РФи ФГБУ «Морспасслужба» применяются гидроакустические средства (ГАС) и телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА) различныхтипов и производителей, устанавливаемые на пилотируемых вертолетах и опускаемые под водную поверхность с помощью телеуправляемых лебедок.
Вместе с тем, применяемые в МЧС РФ, ФГБУ «Морспасслужба» и на ВМФ роботизированные комплексы на базе телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов (ТНПА) типа «Фалкон», «Tiger», «Seamor-300Т» и других (рис. 1.), обладая широкими функциональными возможностями, имеют большие габариты, вес, электропитание от сети переменного тока и являются дорогостоящими.
Кроме того, для доставки их к месту ЧС требуются крупные носители — морские суда, катера или пилотируемые вертолеты.
ТНПА среднего класса «Фалкон», Tiger» и другие предназначены для поиска (допоиска) и обследования подводных объектов, составления карт (планшетов) районов выполнения подводных работ, поддержки подводно-технических работ, выполняемых водолазами. Важными преимуществами аппаратов этого типа являются высокая маневренность и управляемость, устойчивость на курсе и по глубине, как в ручном, так и в автоматическом режиме движения в суровых условиях и при сильных течениях.
Однако, ТНПА этого типа имеют большой вес, являются достаточно малочисленными, требуют специальной инфраструктуры, подготовки операторов и находят применение при сложных ЧС на море с крупными объектами: судами, летательными аппаратами и др.Применение таких ТНПА с БПЛА легкого класса невозможно из-за их большого веса.
В рамках предлагаемой НИОКР предусматривается применение в качестве подвесного ЦО малогабаритных ОЭП, ГАС, Микро-ТНПА. И приборов специального назначения.
Благоприятной предпосылкой для этого является наличие в серийном производстве и на рынке широкой номенклатуры оптико-электронного, гидроакустического, Микро-ТНПА и специального оборудования, обладающего малыми габаритами и весом в пределах допустимой полезной нагрузки современных БПЛА российского производства.
Комплекс целевого оборудования
Для обеспечения ПСО на море, в прибрежных районах и ВВП Комплекс ЦО МБРК «Нептун» должен включать подвесные приборы и устройства, предназначенные для работы:
- в воздушной среде и над водной поверхностью;
- под водной поверхностью на море и ВВП.
Для работы в воздушной среде и над водной поверхностью комплекс ЦО включает оптико-электронные приборы (ОЭП) и морские спасательные средства (МСС), определенные Правилами по оборудованию морских судов Российского Морского Регистра судоходства (РМРС).
Оптико-электронные приборы
В состав ОЭП в качестве ЦО современных БПЛА, как правило, входят:
- цифровой фотоаппарат, видеокамера с трансфокатором, тепловизор, прибор ночного видения (ПНВ) и др. Образцы некоторых ОЭП изображены на рис. 2.
ОЭП этого вида обеспечивают полетную навигацию БПЛА, мониторинг и регистрацию воздушной и надводной обстановки, поиск, обнаружение и опознавание объектов на морской и береговой поверхности. В составе БПЛА используются для решения задач судовождения, ледовой проводки судов, картографирования морских (водных) акваторий, прибрежных зон, визуального контроля функционирования морских и береговых средств навигационного и гидрометеорологического обеспечения и др.
Комплекс оптико-электронных приборов ЦО для БПЛА вертолетного типа широко представлен в Каталоге НПО «Радар МСС», [2].
Оптико-электронные приборы ЦО для БПЛА мультироторного и вертолетного типа ООО «ТАИП» представлены в [3].
Оптико-электронные приборы ЦО для БПЛА мультироторного типа компании «РусАэроЛаб» представлены в [4].
ЦО для БПЛА компании «Сьемка своздуха» представлено в [5].
Морские спасательные средства (МСС)
Образцы некоторых морских спасательных средств НПО «МСС» [6], доставка которых к месту ЧС может быть осуществлена с помощью БПЛА, изображены на рис.3.
Следует отметить, что все МСС должны быть доработаны в части возможности их крепления к подвесному устройству и лебедке БПЛА и экстренного сброса или спуска на морскую поверхность к терпящим бедствие.
Для ПСО и АСР под водой составе МБРК могут применяться:
- гидроакустические средств (ГАС);
- телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (Микро-ТНПА);
- приборы специального назначения (ПСН).
Гидроакустические средства (ГАС) включают:
- многолучевые поисковые и однолучевые промерные эхолоты (рис.4);
- гидролокаторы бокового и кругового обзора (ГБО, ГКО) (рис. 5, 6);
- гидролокаторы-звуковизоры (рис. 7);
- станции звукоподводной связи (рис. 9);
- гидрофоны (рис.7).
Многолучевые поисковые и однолучевые промерные эхолоты
Гидрографические эхолоты серии СКАТ предназначены для выполнения промерных работ на внутренних водоемах и на мелководных участках шельфа с глубинами до 50–200 метров с разрешением по глубине 1 см и обеспечивают:
- высокую точность определения глубины в различных условиях.
- индикацию глубины на цифровом дисплее эхолота. Запись эхограммы.
- передачу данных о глубине в цифровом виде на внешние устройства [7].
Гидролокаторы бокового и кругового обзора (ГБО, ГКО)
Гидролокаторы бокового обзора предназначены для поиска, обнаружения и идентификации подводных объектов при проведении ПСО и АСРв стационарном или в буксируемом режиме с высоким качеством гидролокационного изображения. В комплекте с ГБО поставляется GPS-приемник, для отображения географических координат обнаруженного объекта, в том числе под водной поверхностью.
Образцы гидроакустических изображений приведены на рис. 7.
Гидролокаторы-звуковизоры и гидрофоны
Звуковизоры «Тритон», BlueView серии M900, BlueView P450 являются самыми полнофункциональными и компактными среди многолучевых гидролокаторов, транслирующих 2D изображение обследуемых объектов на глубинах до 300 м в режиме реального времени [8].
Звуковизоры обеспечивают:
- поиск, обнаружение и обследование объектов под водой;
- идентификация объектов в воде с нулевой видимостью;
- предупреждение столкновений с препятствиями в толще воды.
- мониторинг проведения водолазных работ;
- обнаружение мин и слежение за боевыми пловцами и др.
Гидрофон ZET 351 — малогабаритный гидрофон для обнаружения и локализации распространяющихся в водной среде звуков.
Станции звукоподводной связи
Станции звукоподводной связи предназначаются для обеспечения двухсторонней телефонной связи оператора с водолазом, находящемся под водой или в декомпрессионной камере.
Телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА)
В качестве подвесных ТНПА в составе МБРК могут быть применены малогабаритные ТНПА:
- российской компании АО «ТЕТИС-ПРО» [8];
- компании ООО «Подводная робототехника и ООО «Индеэл-Партнер»[9];
- зарубежной компании КНР— CHASINGinnovation [10].
Малогабаритные ТНПА компании АО «ТЕТИС-ПРО»
ТНПА АС-PRO 100 ТНПА «Марлин-350» АРМ оператора ТНПА
ТНПА компании «Тетис-ПРО» предназначены для выполнения обзорно-поисковых, осмотровых и подводно-технических работ в прибрежных морс-ких или внутренних водах на глубинах до 100–350 м, измерения характерис-тик водной среды, обеспечения связи и работы ГАС.
Малогабаритные ТНПА серии «ГНОМ»
Образцы ТНПА и подводных видеокамер компании «Подводная робототехника» приведены на рис. 12 и
рис. 13
ТНПА серии «Гном» обеспечивают возможность поиска, обнаружения и обследования затонувших объектов, с передачей видеоизображения на пульт управления, а также для выполнения мелких работ манипулятором.
Микро-ТНПА компании Chasing (КНР)
ТНПА компании «Hasing» предназначаются для поиска, обнаружения, идентификации и обследования подводных объектов с передачей видеоизображения на пульт управления и внешним потребителям, а также для выполнения мелких работ с помощью руки-манипулятора.
Управление подводным дроном и другими устройствами компании Chasing осуществляется с помощью:
- пульта дистанционного управления RemoteControllerforGladiusMini/ Dory, оснащенного WiFic отображением информации на мобильном устройстве.
- консоли управления.
Примерная схема управления Микро-ТYПА изображена на рис.15.
Пульт дистанционного управления RemoteControllerдля дронов GladiusMini/ Dory, оснащен модулем WiFi иобеспечивает отображение видеоинформации на мобильном устройстве — смартфоне, планшете и др.
Консоль управления — это эргономичная платформа управления позволяет одновременно управлять подводным дронами и надводными автоматическими транспортными средствами, манипулятором, визуальным сонаром, внешними источниками света и другими профессиональными аксессуарами.
Приборы специального назначения (ПСН))
Приборы специального назначения являются дополнительными средствами ЦО и предназначаются для информационно-технического обеспечения отдельных специфических задач и могут включать:
- приборы поискового назначения (рис.16);
- водолазные телевизионные комплексы;
- приборы контроля воздушной и морской среды;
- гидрографические и гидрологические приборы и зонды;
- приборы освещения места проведения ПСО;
- емкости для грузовых и почтовых отправлений;
- приборы обеспечения радиосвязи.
Приборы поискового назначения
Интегрированная система: георадар RadarteamCobraPlug-in и БПЛАDJIM600 Proобеспечивают возможность:
- зондировать грунт до глубины более 80 м, включая лед;
- измерять глубину и профилировать дно рек, озер, прудов до 15 м;
- производить работы при покрытой льдом поверхности воды;
- большой точности съемки благодаря встроенному приемнику GPS;
- упростить доставку необходимого оборудования к месту ПСО.
Американский компактный оптический лидар Edge для подводных исследований, установленный на БПЛА, видит на глубину до пяти метров и полностью автономен благодаря спутниковой навигационной системе, аккумулятору и бортовому компьютеру.Лидар обнаруживает объекты под водой, измеряет глубину водоема и исследует водную среду с борта БПЛА. Лидар весит 5 кг и может быть установлен на БПЛА среднего размера. Данные батиметрии применяются для навигации морских судов.
Лидар для морской съемки Carlson Merlin включает 250-метровый лазерный сканер и GPS-приемник и обеспечиваетсканирование и точное позиционирование всех надводных объектов, связанных с реками, каналами, береговыми линиями и морскими районами. в режиме реального времени.
При интегрированным в существующее гидрографическое оборудование судна, он осуществляет также сбор данных ниже ватерлинии благодаря эхолотам и инерциальным датчикам IMU/INS.
Ледомер ЛД-400 предназначен для оперативного, бесконтактного и контактного измерения толщины льда, выявления опасных мест (трещин, промоин, пустот), мониторинга состояния ледовых переправ, локализации неоднородностей, трещин и других дефектов внутри ледяного массива. В реальном времени отображает границы раздела сред (воздух, снег, лед), показывает толщину льда а также допустимую нормативную нагрузку на лед. Размещается на БПЛА на внешней подвеске. Эффективен при работе с мощными морскими льдами.
Другие приборы специального назначения (рис.17)
Малогабаритная МРЛС-02секторного обзора Х-диапазона предназначается для обнаружения, определения координат надводных и наземных объектов, формирования радиолоационного изображения подстилающей поверхности с высоким разрешением.
Квантовый четырехкамерный магнитометр предназначается для поиска затонувших объектов, навигационных задач, магнитной геофизической съемки и др. Имеет малые массогабаритные характеристики и энергопотребление.
MariMag — прецизионный морской буксируемый магнитометр предназначается для выполнения поисковых, геофизических, геотехнических и работ на акватории прибезопасном погружении до 1000 м. Регистрация данных выполняется на компьютер или автономный палубный регистратор, позиционирование обеспечивается встроенным датчиком давления, альтиметром, цифровым компасом и подключаемым к регистратору GNSS приёмником.
Дальномер лазерный CarlZeiss 8×26 T* PRFVictory (Япония) обеспечивает увеличение: 8х. Измеряемое расстояние: до 1200 м.
Подводный металлоискатель «Pulse» предназначен для поиска металлических предметов, находящихся в толще воды или на донном грунте.
Водолазные телевизионные комплексы
Водолазные телевизионные комплексы предназначены для подводной видеосъемки на глубине 60 м в условиях нормальной и пониженной прозрачночти морской /пресной воды с передачей видеоизображения по кабелю на поверхность, а также для видеорегистрации передаваемого изображения. Обеспечения водолазной связи, аудиовидеозаписи переговоров оператора с водолазом и передаваемого изображения [8].
Приборы контроля воздушной и морской среды
Приборы контроля воздушной и морской среды предназначены для оценки радиационной обстановки и газового анализа воздушной среды, а также выявления загрязнений морской среды из-за разливов нефтепродуктов, сбросов с судов вредных жидкостей и предметов, стоков промышленных предприятий и др.
Гидрографические и гидрологические приборы и зонды
Многолучевой эхолот MB2 создан для быстрой мобилизации и оптимизирован для портовых служб и компаний, занимающихся мелководной гидро-графической съемкой и других пользователей, которым требуется простая в работе, быстро устанавливаемая система с высоким разрешением. Как опция MB2 может быть оснащён встроенным датчиком динамических перемещений и GPS компасом, а также встроенным датчиком скорости звука.Эхолот MB2 является идеальным для использования на небольших судах, катерах, телеуправляемых аппаратах и других носителях.
Приборы освещения места проведения ПСО
Приборы освещения предназначаются для обеспечения освещенности места ЧС, достаточного для обеспечения ПСО и АСР, производства видео-съемки и выполнения подводно-технических работ водолазами, в том числе, с применением ТНПА и водолазных телевизионных комплексов.
Емкости для грузовых и почтовых отправлений
Герметичные, водозащищеные и обладающие положительной плавучестью емкости предназначаются для размещения небольших грузов (инструментов, средств связи, аптечек, документов, почтовых отправлений, продуктов питания и других предметов первой необходимости) и доставки их на объекты, терпящие бедствие на воде и суше, на спасательные средства.
Приборы обеспечения координационной радиосвязи
Приборы обеспечения координационной радиосвязи являются дополнительными средствами поддержания надежной и оперативной радиосвязи между участниками ПСО и АСР, а также — достоверную передачу данных и видеоинформации береговым спасательным службам. Кроме того, они могут обеспечить дальнюю радиосвязь спасателей при работе в АЗРФ в случаях неустойчивого прохождения радиоволн или при ЧС для расширения зон радиопокрытия береговых Базовых станций GSM–сотовой связи и обеспечения доступа к Интернет и другим береговым сетям.
В качестве таких средств для БПЛА и береговых инфраструктурных объектах спасательных служб могут быть применены:
- малогабаритные базовые станции (БС) малой емкости типа фемтосота или пикосота, роутеры, репитеры и шлюзы GSM-сотовой связи;
- УКВ— ретрансляторы и мобильные рации диапазона Морской подвижной службы (МПС);
- радиомодемы для организации временных локальных радиосетей подвижной связи и передачи данных;
- абонентские терминалы МСМСС «Гонец-Д1М» (Россия);
- мобильные рации «Иридиум» (США) и др.
Примечание. Возможность применения указанных средств является предметом отдельной разработки и испытаний.
Следует отметить, что, практически все, упомянутые ранее приборы и устройства ЦО имеются в серийном производстве и в процессе выполнения НИОКР могут быть приобретены и использованы для экспериментальных работ или в качестве аналогов для разработки новых приборов ЦО.
Вместе с тем, применение указанных приборов и устройств в составе МБРК потребует их адаптации или доработки для обеспечения оперативного подключения к универсальному подвесному устройству или к РЭЛ БПЛА с возможностью доставки и сброса терпящим бедствие по команде оператора.
Выбор модификации МБРК и состава ЦО
В зависимости от вида основного подключаемого к БПЛА целевого оборудования и среды, в которой будет применяться МБРК, могут быть предусмотрены несколько модификаций этого комплекса:
- МБРК-ОЭП (Основное ЦО — оптико-электронные приборы);
- МБРК-ГАС (Основное ЦО — гидроакустические средства);
- МБРК-ТНПА (Основное ЦО — телеуправляемые необитаемые подводные аппараты);
- МБРК-ПСН (Основное ЦО — приборы специального назначения).
Естественно, что при этом каждая модификация МБРК должна иметь собственное АРМ оператора (Пульт оператора) со специализированным программным управлением установленным видом ЦО.
Выбор модификации МБРК, состава и сценария их применения при ЧС на море, ВВП или на земной поверхности, должен осуществляется с учетом следующих объективных факторов, включая:
- место возникновения ЧС: открытое море, прибрежная зона, ВВП, суша;
- удаленность и транспортная доступность места ЧС от МСКЦ (МСПЦ), центров МЧС РФ и других объектов спасательной инфраструктуры;
- время года (зима, лето) и время суток (день, ночь);
- вид объекта в бедствии: буровая платформа, судно, катер, другое плавсредство, летательный аппарат, объект береговой инфраструктуры и др.;
- вид ЧС по Классификации аварийных морских происшествий (АМС);
- вид требуемых сил и средств для спасения и ликвидации последствий ЧС;
- метеоусловия в момент ЧС и прогноз их развития на период ПСО и АСР;
- условия связи с МСКЦ (МСПЦ), службами МЧС РФ с места ЧС;
- организацию взаимодействия с владельцем объекта в бедствии.
Наличие в спасательных службах заранее укомплектованных модификаций МБРК и подготовленных операторов обеспечит немедленную готовность их к выезду на место ЧС без затрат времени на подбор ЦО, подготовку АРМ оператора, вспомогательного оборудования и принадлежностей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Целевое оборудование в составе ОЭП, ГАС, ТНПА и приборов специального назначения является неотъемлемой частью Морского беспилотного роботизированного комплекса (МБРК) «Нептун», предназначенного для информационно-технического обеспечения безопасности морской деятельности, ПСО и АСР при ЧС на морских акваториях и ВВП.
В качестве целевого оборудования МБРК могут быть использованы существующие оптико-электронные приборы, гидроакустические средства, телеуправляемые необитаемые подводные аппараты и другие приборы специального назначения производства российских и зарубежных компаний, адаптированные к к использованию в комплексе с БПЛА.
В связи с тем, что в составе МБРК предусматривается большое количество не применяемых ранее приборов и устройств ЦО в процессе выполнения НИОКР потребуется выполнение инжиниринговых мероприятий по их комплексированию с БПЛА, а также ряда экспериментов для выявления новых функциональных и эксплуатационно-технических возможностей МБРК и отработки сценариев их применения при разных ЧС в соответствии с Программой и Методикой экспериментальных исследований.
А.А. Борисовский, В.Н. Илюхин, НТО судостроителей им. академика А.Н. Крылова, Санкт-Петербург
Литература
1.«Разработка и испытания морской системы освещения обстановки на базе БПЛА типа квадролёт», СЧ ОКР «Квадролет, АО «Гипрорыбфлот», 2018 г.
2. Каталог продукции. АО НПП «РАДАР-ММС», Санкт-Петербург, 2021 г.
3. Комплекс ледового мониторинга, ООО «ТАиП», Санкт-Петербург, 2021 г.
4. Беспилотный авиационный комплекс воздушной разведки местности и объектов на базе БЛА R.A.L. X6, ООО «РусАэроЛаб», Москва,2021 г.
5.Отечественный беспилотный комплекс «SeaDrone» покоряет Арктику,\
ООО «Съемка с воздуха», Москва, 2020 г.
6 Каталог продукции НПП «Морские спасательные средства», 2021 г
7. Автоматизированные гидрографические комплексы для работы на водных объектах, С.В. Дунчевская, НПП «Форт-21», г. Королев.
8. Каталог продукции. Снаряжение и оборудование для подводных работ.
АО «ТЕТИС ПРО», Москва, 2021 г.
9. Телеуправляемые подводные аппараты «ГНОМ». ООО «Подводная обототехника» и ООО Индел-Партнер», Москва, 2021 г.
10. Подводные дроны. Информационные буклеты, Компании «CHASING innovation», КНР, 2021 г.