Подводные исполины. Американский флот готовится к эпохе необитаемых подводных аппаратов

Американский флот реализует проекты по малым, средним, крупным и сверхкрупным НПА, которым предстоит решать самые разные задачи: от поиска мин до разведки и наблюдения. Посмотрим, есть ли успехи у флота и промышленности США в разработке НПА крупных и сверхкрупных классов.


Компания Lockheed Martin разрабатывает безэкипажную подлодку Orca для программы ВМС США XLUUV


ВМС США в последнее время начали менять свои подходы к разработке и поставке необитаемых подводных аппаратов (НПА). Вместо поставок в минимально сжатые сроки порой еще «сырых» систем флот в настоящее время стремится предоставлять действующим подразделениям платформы с целью получения от пользователей предложений и замечаний по итогам опытной эксплуатации.

Этот подход позволяет флоту разрабатывать платформы параллельно с технологиями. Модульная конструкция означает, что модернизации могут быть легко проведены в процессе производства. Со всей очевидностью это проявляется в подходе флота к крупным НПА.

Крупным НПА необходимы будут новые технологии с тем, чтобы они могли работать на больших глубинах, дольше оставаться в море (в некоторых случаях до 60 дней), выходить в запретные районы и проводить различные операции без участия человека.

Для этого крупным НПА необходимо иметь современные двигательные установки, модульную целевую нагрузку, автономную навигацию и системы ориентации и распознавания для действий в береговой зоне. ВМС США разрабатывают также продвинутые решения по энергоснабжению, способные повысить удельную энергоемкость литий-полимерных аккумуляторов и обеспечить быструю перезарядку или дозаправку топливом.

Кроме ведения разведки, наблюдения и сбора информации эти подводные аппараты могут выполнять и другие задачи. Большой объем грузового отсека позволяет этим НПА развертывать подводные мины или аппараты меньшего размера или осуществлять снабжение труднодоступных районов в связи оказанием помощи при стихийных бедствиях или проведением гуманитарных операций.

С тем чтобы получить эти возможности, ВМС в настоящее время реализуют программу Snakehead Large Displacement UUV. Управление военно-морских исследований (ONR) также построило два экспериментальных аппарата LDUUV-INP (Large Displacement Unmanned Undersea Vehicle (LDUUV) — Innovative Naval Prototype (INP) — необитаемый подводный аппарат с большим водоизмещением — инновационный морской прототип). Тем временем, компании Boeing и Lockheed Martin в сентябре 2017 года получили контракты на постройку сверхбольших НПА Огса.

В октябре 2017 года опытный образец LDUUV-INP 1 был переведен из ONR в распоряжение Командования военно-морских систем ВМС (NAVSEA). По словам Джона Раккера, руководителя программ по подводным системам, эта статическая модель будет использоваться новым отрядом UUVRON (UUV-squadron) в филиале НИЦ проблем подводной войны ВМС США NUWC Keyport (Naval Undersea Warfare Center — Keyport) для обучения операторов приемам подъема, спуска, перемещения и снаряжения крупного НПА. В декабре 2017 года в филиал NUWC Keyport был поставлен полностью работоспособный аппарат INP 2.

Два аппарата INP помогут UUVRON подготовиться к поставке более крупных НПА, что планируется осуществить в 2020-2021 годы.

Персонал несколько лет будет работать с этими более крупными аппаратами, спускать и поднимать их с помощью крана, изучать различные требования к грузоподъемности, выполнять более сложные операции, с целью понять принципы боевого применения крупных НПА.

В начале февраля персонал в NUWC Keyport практиковался в перемещении одного из аппаратов INP с места хранения до воды. В конце месяца операторы спустили INP его на воду с целью попрактиковаться в работе с аппаратом на небольших глубинах.

Весь год операторы продолжат выполнять операции на мелководье, постепенно переходя на большие глубины и выполняя более сложные задачи.

«После того как пройдем 2019 финансовый год, мы продолжим эту работу и будем готовы к приему более функциональных аппаратов», — сказал Раккер.

По словам главы департамента подводных систем в центре NUWC Keyport Брайана Маккеона, NUWC Keyport предоставляет здания и технические средства, а отряд UUVRON эксплуатирует аппараты INP. «Совместная эксплуатация аппаратов INP отрядом UUVRON и персоналом центра NUWC поможет NUWC применять новые технологии (по мере их доступности) в более крупных системах. Я полагаю, что когда мы поймем, что эти технологии достаточно развиты и могут быть внедрены, тогда переход к ним будет намного проще и более гладким».


В центре NUWC Keyport моряки из отряда UUVRON 1 активно эксплуатируют аппараты LDUUV-INP 1 и 2 для того, чтобы лучше ознакомиться с тем, как работают эти платформы

В отличие от НИЦ проблем подводной войны, который в своем филиале NUWC Keyport изучает два аппарата LDUUV INP, сам флот применил другой подход к Snakehead LDUUV. Согласно Этапу 1 этой программы флот является системным интегратором решений, предлагаемых промышленностью. Программа в настоящее время находится на стадии детального проектирования, а на Этапе 1 планируется получить две системы.

«Флот в настоящее время занимается разработкой планов на следующие этапы, — сказал Раккер, — На данный момент с количеством LDUUV флот определяется, но по первым прикидкам будет не менее 10 платформ».

В 2015 году NAVSEA выпустило проект запроса предложений на этап разработки опытного образца Snakehead LDUUV. Впрочем, полгода спустя стратегия по LDUUV изменилась. Флот теперь координирует проект и изготовление первых систем, a NUWC Newport взял на себя общее руководство.

Тогда во флоте заявили, что «в пересмотренном подходе на ранних стадиях обеспечивается проектирование опытных образов бортового оборудования и эксперименты с ним, а также используются предыдущие технологии из других программ флота».

Snakehead LDUUV и Orca XLUUV будут иметь много общих компонентов, например, систему командования и управления и интерфейсы для интеграции бортового оборудования, а также общие ключевые технологии, например, обеспечивающие большую продолжительность плавания и высокий уровень автономности.

В обоих НПА будут установлены литий-ионные аккумуляторы. Флот также следит за разработками аккумуляторов для электронных устройств и безэкипажных автомобилей. В свою очередь Научно-исследовательская лаборатория ВМС США разработала несколько альтернатив литиевым аккумуляторам. Флот намерен встраивать новые технологии в любую программу по НПА и в настоящее время особое внимание уделяет переводу аппаратов LDUUV и XLUUV на стадию производства.

«Впрочем, вам не надо пытаться и интегрировать слишком много продвинутых технологий в первый раз, поскольку производство может с этим не справиться», — заметил Раккер.

«Флот также желает максимально увеличить дальность плавания своих безэкипажных судов, изучая технологии способные повысить удельную энергию источников тока, — добавил Маккеон. — В некоторых случаях это может изменить ваши принципы боевого применения и то, как вы задействуете эти платформы».

Обе программы по НПА безусловно следуют плану по внедрению технологий, который подводный флот ВМС использует для ввода нового оборудования и программного обеспечения. Особое внимание при этом уделяется модульности, в случае готовности технологии она может быть быстро интегрирована в судно с минимальными доработками.

Требования к проектам LDUUV и XLUUV включают интерфейсы, которые при внедрении усовершенствований позволяли бы заменять целые части аппарата. По мере появления в будущем новых технологий эта модульность должна позволять переход от батарей одного типа на батареи другого типа или даже на принципиально иные энергетические системы.

ВМС США пытаются стандартизировать эти интерфейсы и требования ко всему семейству НПА. Общие интерфейсы во всем семействе НПА позволят промышленности применять в крупных аппаратах технологии, которые она разработала для аппаратов среднего размера, и наоборот.

Автономный переход

Автономность является критически важной характеристикой. Она поможет НПА перейти от проведения важных, хотя в некоторых случаях хорошо определенных и повторяющихся рутинных задач, к проведению более сложных и независимых задач.

«Мы поняли, чего реально хотим, когда речь идет автономности аппаратов, Получить более стандартную номенклатуру, стандартную технологию и стандартные интерфейсы, и, если вы, будь то малый или крупный бизнес или государство, собираетесь разработать часть аппарата (корпус, механика, электрика) или часть бортовой аппаратуры, то вы должны понимать, что это означает и где это заложено в общей автономной архитектуре аппарата», — сказал Раккер.

В конце 2017 года правительство США организовало группу разработки стандартов автономности Autonomy Standards Small Group. Одной из первых задач группы стала разработка документа Autonomy Standard Architecture Design Document по определению стандартов для автономной архитектуры внутри аппарата. В настоящее время этот документ проходит оценку в правительственных структурах.

«Мы пытаемся определить, насколько необходимо перенести сроки вправо. Это гарантирует нам то, что будущие контракты, желательно также и существующие контракты, смогут перейти к этому стандарту архитектуры в приемлемые сроки». Раккер сказал, что эти стандарты значительно упростят процесс, так как флоту проще будет модернизировать автономные решения, поскольку разработчик будет иметь в своем распоряжении утвержденные стандарты интерфейсов.

Этот подход позволит флоту начать испытания, используя НПА меньшего размера, которые имеют такие же автономные потребности, как и аппараты размера XL. Затем, когда флот получит некоторое количество более крупных аппаратов, он сможет перейти к ним.

ВМС США также изучают возможности Центра NUWC Key port на предмет того, сможет ли он обеспечить необходимые площади и оборудование для комфортной работы группы UUVRON с начальной партией аппаратов Snakehead и Огса.


Подводные исполины. Американский флот готовится к эпохе необитаемых подводных аппаратов

Компания HII использует своп НПА Proteus в качестве заменителя платформы LDUUV с целью проверки различных систем, например, сенсорных, командования и управления, автономности и аккумулирования энергии

Превратится ли Proteus в LDUUV?

ВМС США в апреле должны были выбрать компании для работы со своими аппаратами в центре NUWC Newport. Как сообщил Росс Линдман из компании Huntington Ingalls Industries (НII), контракт по семейству систем НПА флота разделен на 12 функциональных областей или минипредложений, например, корпус, механика и электрика; навигация и управление.

Предложения были поданы в конце 2017 года, Но претенденты не должны были заявляться на все 12 функциональных направлений. Этот контракт является результатом решения флота от 2016 года отменить запрос предложений и взамен выбрать проектирование и строительство прототипов LDUUV и бортовой аппаратуры для них.

Компания НII и ее партнер Battelle разработали аппарат близкий по размерам и возможностям с LDUUV. «Аппарат Proteus является собственностью компании HII, которая передала ее флоту во временное пользование для тестирования различного оборудования и аппаратуры, проверки общих принципов работы, а также проверки различных уровней автономности», — сказал Линдман.

Proteus является востребованной платформой. В феврале НПА завершил испытания ходовые испытания в Мексиканском заливе, которые проводились Центром разработки надводного вооружения ВМС, после чего начал подготовку к практической отработке принципов работы, проводимой совместно Научно-исследовательской лабораторией ВМС и министерством внутренней безопасности. По словам Линдмана, в среднем Proteus выходит в море 3-4 раза в месяц, порой аппарат выходит в море каждый день на протяжении нескольких недель.

Proteus немного крупнее LDUUV, отметил он. LDUUV имеет максимальную длину 7 метров, тогда как Proteus 7,9 метра, хотя у него есть альтернативная носовая часть, позволяющая ему входить в стандартный сухой док DDS (dry deck shelter). LDUUV должен входить в увеличенный док и также в универсальный модуль спуска и подъема ULRM (Universal Launch and Recovery Module) подводной лодки.

«Конечно, по длине есть ограничения. Proteus немного длиннее, но он входит в увеличенный док с альтернативной носовой частью, которая позволяет уменьшить общую длину до 6,7 метра». Линдман также заметил, что накопление энергии является одной из самых сложных задач. «Если вы хотите оставаться в море продолжительные периоды времени, то для этого вы должны нести энергию с собой или у вас должен быть дистанционный способ пополнения энергии».

Еще одной проблемой является сертификация энергосистем на основе лития. «Во флоте очень длительный и строгий процесс сертификации, который вы должны пройти, прежде чем энергетическая система может быть признана безопасной для использования на борту военных кораблей; еще строже правила для подводных лодок», — заметил Майкл Мелло из компании Battelle.

Battelle недавно начала анализ альтернативных вариантов для перспективных энергосистем платформы Proteus. «Мы изучаем разработки некоторых безопасных литий-ионных систем. Несколько разных организаций проводят исследования в этой области; мы изучаем эти системы, а также то, что разрабатывают национальные лаборатории».



Компания Boeing разработала самый крупный в своем семействе НПА Echo Voyager, который представила в качестве вероятного претендента на участие в программе XLUUV

Разработка XLUUV

В сентябре 2017 года ВМС США выдали на разработку аппарата Orca XLUUV 42,3 миллиона долларов команде под руководством Boeing и 43,2 миллиона группе под руководством Lockheed Martin. Обе команды прошли предварительный анализ проектов, а в октябре должен состояться критический анализ проектов. Флот рассчитывает выбрать победителя в 2019 году. Планируется выдать один контракт на пять аппаратов одному поставщику, но, впрочем, у флота есть право на два контракта.

Первый аппарат Orca XLUUV, как ожидается, будет поставлен в конце 2020 года, еще два в 2021 году и последние два в 2022 году.

Проект Orca XLUUV начинался как срочная потребность, определенная боевым командованием флота. XLUUV наряду с Snakehead LDUUV также является приоритетной программой ВМС США, которые хотят в кратчайшие сроки получить эту новую модель обтекаемой формы, которая предназначена для борьбы с технологическими сюрпризами потенциального противника.

В своем выступлении на ежегодном симпозиуме Ассоциации надводного флота Раккер сказал, что «ассортимент» бортовой аппаратуры может быть расширен для выполнения дополнительных задач, например, ведение специальных боевых действий или установка необслуживаемых устройств. «В конечном счете, целью является подводная сеть энергоагрегатов или устройств связи, которую вы можете организовать с целью расширения своей радиуса действия».

В своем бюджете на 2019 год ВМС США запросили 30 миллионов долларов на проведение исследований и разработку технологий в области НПА, в том числе на финансирование работ по подводным энергосистемам для НПА, ограниченных имеющимся на борту количеством энергии. Эти работы включают исследования, разработку, испытания и оценку продвинутых энергетических решений для аппаратов XLUUV, позволяющих увеличить энергетический ресурс и энергоэффективность и соответственно увеличить радиус действия этих необитаемых подводных систем.

В запросе также рассматривается выделение средств на создание прототипов различных систем вооружения для этих аппаратов. С целью повышения боевой эффективности платформ в борьбе как с подводными, так и с надводными угрозами в рамках программы будут созданы новые системы вооружения, а также разработаны новые интерфейсы. Новые алгоритмы управления позволят также усовершенствовать систему целеуказания. После оценки на аппаратах XLUUV будет проведена оценка возможности интеграции в другие системы. Конечная цель всех этих работ — в течение 2022 года применить вооружение с борта подводного аппарата Orca XLUUV.

XLUUV будет использован также для демонстрации нелетальной целевой нагрузки в разведывательных и ударных задачах. Будут задействованы такие нелетальные целевые нагрузки, как например, системы постановки помех и оптико-электронного/инфракрасного ослепления. После проверки на аппаратах XLUUV будут проведены работы по интеграции подобных систем на другие НПА.

В декабре 2017 года Управление перспективных оборонных исследований DARPA выдало контракты корпорации Applied Physical Sciences Corporation и компании Northrop Grumman на разработку отсека для аппаратуры для оснащения Orca XLUUV.

Программа CLAWS

В конце 2017 года Управление военно-морских исследований выпустило объявление для Агентства научных и прикладных исследований флота и корпуса морской пехоты на разработку автономных и обеспечивающих технологий, необходимых для завершения оценки крупных и сверхкрупных НПА.

Программа под названием CLAWS сосредоточится на автономности платформы касательно ситуационной осведомленности, принятия решений и оценки автономных возможностей.

В так называемой технологической зоне 1 исследуются автономные и сенсорные технологии. Работы будут включать определение и разработку автономных характеристик, функциональное оборудование, демонстрацию и оценку в море. Будут определены требования к работе крупных и сверхкрупных НПА в прибрежных водах, открытом море и сложных условиях береговой зоны. Запрашиваемые военными автономные функции крупных и сверхкрупных НПА будут включать сбор данных, внедрение в заданный район, сенсоры и системы для сбора океанографических данных.

Фокус технологической зоны 2 — создать доверие оператора к работе аппарата во всех возможных эксплуатационных условиях. Для этого будут созданы необходимые элементы, чтобы оператор мог спокойно выполнять необходимые операции, начиная от планирования задачи и кончая подъемом аппарата из воды.

Технологические зоны 1 и 2 с продолжительностью от 6 до 12 месяцев получат финансирование от 500 тысяч до одного миллиона долларов.

В то время как министерство обороны ведет свои исследования систем, подсистем и технологий для LDUUV и XLUUV, компании Boeing и Lockheed Martin продолжают разработку своих платформ.

Boeing построила Echo Voyager длиной 15,5 метров, самый крупный в семейства НПА Echo. Аппарат развивает максимальную скорость 14,8 км/ч и может погружаться на глубину до 3000 метров.

По словам Ланса Тауэрса, директора программ по современным технологиям в компании Boeing, в середине 2017 года платформа Echo Voyager прошла первые испытания у берегов Калифорнии, после чего готова к следующим испытаниям.

В этих испытаниях компания проверит продвинутые подсистемы и общие характеристики аппарата. Boeing продолжит использовать Echo Voyager для оценки и уточнения состава необходимых целевых нагрузок. Платформа станет продвинутой испытательной моделью для проверки новых возможностей и основой для серийных аппаратов.

По словам Тауэрса, Echo Voyager уникален своей складной мачтой с системой автоматического распознавания AIS для идентификации кораблей в море, средствами спутниковой или военной спутниковой связи и шноркелем.

Большинство НПА не имеют мачты, некоторые же имеют либо фиксированную, либо выдвигающуюся мачты. Мачта аппарата Echo Voyager очень сильно напоминает нож с выбрасываемым лезвием. Когда аппарат находится под водой, мачта уложена в обводы его корпуса. Впрочем, при всплытии Echo Voyager мачта высотой 4,8 метра поднимается над водой примерно на 2,4 метра.

Помимо системы AIS и средств связи мачта Echo Voyager обеспечивает воздухом дизельные генераторы, которые подзаряжают аккумуляторы аппарата. После зарядки аккумуляторов и обмена данными мачта складывается и НПА погружается под воду и продолжает свою работу.



НПА Echo Voyager компании Boeing имеет складывающуюся мачту, которая разворачиваясь из подводного положения, поднимается над водой. На ней установлены система AIS, системы обычной или военной спутниковой связи и шноркель для снабжения воздухом генераторов, подзаряжающих аккумуляторы платформы

Движительная система аппарата Echo Voyager работает от коммерческих литиевых аккумуляторов. НПА может работать под водой 2-3 дня при полноценной работе движительной системы и сенсоров, после он должен всплыть за наружным воздухом, который необходим для заряда аккумуляторов.

После 2-3 дней работы под водой аппарат Echo Voyager может всплыть, имея при этом запас энергии, которого достаточно для безопасного погружения в случае чрезвычайной ситуации. Заряда аккумуляторов при обычной скорости хватает примерно на 280 км.

Тауэрс заметил, что доступны и другие типы аккумуляторов с большей удельной энергоемкостью, чтобы НПА мог работать под водой более продолжительные периоды времени. При этом в компании Boeing утверждают, что имеющихся на платформе Echo Voyager аккумуляторов достаточно для работы под водой в течение нескольких дней.

Кроме того, с одним баком на 3785 литров дизельного топлива аппарат Echo Voyager может пройти 12038 км (6500 морских миль). Дальность плавания может быть увеличена вдвое при установке дополнительных топливных баков в отсек для целевого груза.

«Вы можете на одном топливном баке при постоянно работающей движительной установке легко отработать 90 дней, — сказал Тауэрс. — Вы можете выключить двигатель, опустить аппарат на дно, выбросив якорь, и пусть он мониторит ситуацию своими сенсорами. В таком положении Echo Voyager может оставаться длительное время».

Компания Boeing имеет в своем арсенале отработанное программное обеспечение, управляющее автономными возможностями, которое позволяет Echo Voyager безопасно действовать в подводном положении. В этом ПО использованы решения, реализованные не только в других НПА семейства Echo, но и автономные технологии, которые компания разработала для летательных аппаратов и надводных судов. «Boeing отработала эту технологию так, что на данный момент аппарат Echo Voyager способен определять объекты перед собой и знает какой совершить маневр и избежать столкновения», — добавил Тауэрс.

На поверхности воды НАП полагается на систему AIS и дополнительные автономные возможности, например, на ПО, загружаемое в БПЛА для предотвращения столкновения с другими летательными аппаратами.

В отличие от беспилотников НПА перемещаются не так быстро, всего несколько узлов в час. Эта огромная разница в скоростях позволила компании Boeing эффективно использовать режимы избежания столкновений для подводных условий.

Объем целевой нагрузки аппарата Echo Voyager целиком зависит от желаний заказчиков. Аппарат имеет отсек длиной 10,3 метра и шириной 2,6 метра, куда можно разместить аппаратуру объемом 56,63 м3.

Исходя из того, что компания Boeing располагает семейством крупных НПА, вполне возможно она рассматривает свой Echo Ranger в качестве варианта на проект LDUUV.

«Эксплуатационные характеристики LDUUV отличаются от характеристик аппарата Echo Ranger, но если флот начнет конкурс по LDUUV, мы сможем использовать весь свой опыт, накопленный с семейством Echo, — сказал Тауэрс. — Чем больше мы сможем повторно что-то использовать, тем лучше, поскольку каждый раз, когда мы начинаем что-то с чистого листа, мы повторно изобретаем колесо, опираясь на вещи, которые могут быть не совсем правильными. Поэтому физические размеры предлагаемого аппарата будут близки к размерам Echo Ranger, конечно, если требования останутся прежними».

Например, повторно могут быть использованы ПО автономного режима и многие конструктивные вещи. Но при этом компания Boeing может выбрать более дешевые материалы, поскольку LDUUV нет необходимости работать на глубине более 3000 метров.

Со своей стороны компания Lockheed Martin при разработке Orca XLUUV использует опыт разработки безэкипажных систем, автономных режимов и подводных средств связи. Lockheed Martin имеет возможность проводить аппаратно-программное тестирование программных решений для своей платформы XLUUV. В прошлом компания отрабатывала задания на «земле», прежде чем послать необитаемый аппарат в море на испытания.

В компании заявили, что «это значительно ускоряет процесс, поскольку имеется возможность решать проблемы во время моделирования, в том числе компьютерного, что гораздо проще выхода макета в море, возвращения, последующего определения и решения проблем, а затем повторных выходов в море».

В настоящее время вследствие появления у потенциальных противников новейших технологий и расширения спектра угроз потребность в крупных НПА растет. Более крупные системы позволят флоту за приемлемую стоимость повысить возможности своих подводных сил. Многие специалисты считают, что по мере развития технологий будет расти потребность в более крупных необитаемых подводных аппаратах, которые смогут заполнить некоторые пробелы в боевых возможностях, которые не в состоянии заполнить обитаемые платформы.

Использованы материалы:
www.shephardmedia.com
www.lockheedmartin.com
www.boeing.com
www.huntingtoningalls.com
www.battelle.org
www.dailytechinfo.org
altasea.org
www.navyrecognition.com
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org
Перевод:
Alex Alexeev
Ctrl Enter

Заметив ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter

9 комментариев
Информация

Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти