Долгий путь к совершенству: автономный катер Vigilant IUSV расширяет диапазон задач
Безэкипажный катер Longrunner, головной в серии Vigilant IUSV, выполняет маневры на высокой скорости в водах Сингапура
Автономный катер IUSV класса Vigilant не раз участвовал в многодневных походах с момента спуска на воду восемь лет назад. К настоящему моменту основные проектные работы завершены, и разработчик намерен расширить диапазон выполняемых задач. Какие же изменения произошли на его борту в последнее время?
Сингапурская компания Zycraft, специализирующаяся на проектировании и производстве автоматических надводных катеров (АНК) для гражданского и военного применения, продолжает совершенствовать опытный образец автономного АНК Independent Unmanned Surface Vessel (IUSV) класса Vigilant под названием Longrunner за счет добавления новых возможностей.
В марте компания Zycraft установила дистанционно управляемый пожарный ствол и электрический пожарный насос наряду со вспомогательным оборудованием и программным обеспечением с целью проверки концепций дистанционной борьбы с огнем. Автономное оборудование для пожаротушения продемонстрировало свою способность подавать воду на максимальную дистанцию 40 метров, хотя компания планирует провести доработку системы с целью увеличения радиуса действия.
По словам президента Zycraft господина Джеймса Суна, безэкипажная пожарная платформа является одной из нескольких концепций, изучаемых предлагаемых на базе платформы Longrunner. Он добавил, что на разных стадиях проектирования или постройки находятся и другие специализированные варианты, например: противолодочной борьбы, морской разведки и наблюдения, противоминный и поисково-спасательный.
«АНК меньшего размера зависят от корабля-носителя и соответствующих методов спуска и возвращения и пока системы развиваются, будут сохраняться проблемы эксплуатации, особенно при сильном волнении. Кроме того, увеличение радиуса действия снижает полезную грузоподъемность АНК и повышает расходы на корабль-носитель. При задействовании концепции IUSV флотам также нет необходимости строить более крупные корабли только для перевозки небольших АНК, вместо этого они могут рассчитывать на грузоподъемность более крупного IUSV и присущую ему большую продолжительность плавания для перевозки необходимого целевого оборудования... боевые корабли должны быть сосредоточены на том, где находятся корабли противника, и не быть обремененными управлением небольшого АНК».
«Вышедший со своей базы IUSV может идти в район операции и затем оставаться там продолжительное время, нуждаясь только в нечастой дозаправке с целью увеличения продолжительности нахождения в море»,
— добавил он.
Longrunner совершает маневры на высокой скорости у берегов Сингапура
Конструкция и силовая установка
По данным Zycraft, в противовес доработке традиционных катеров или судов аппарат Vigilant IUSV с самого начала разрабатывался как необитаемая платформа с тем, чтобы финальное изделие можно было легко оптимизировать под различные задачи. Впрочем, он может быть опционально обитаемым, рубка тандемной схемы вмещает до двух операторов, сидящих на амортизирующих подвесных сиденьях SHOXS военного стандарта.
Строительство началось в начале 2010 года с головного судна Longrunner, спущенного на воду в октябре 2011 года. Вся линейка базируется на легком корпусе длиной 16,5 метра и шириной 3,6 метра, пустая масса составляет порядка 8500 кг и полное водоизмещение 16000 кг, включая полезную грузоподъемность и 7000 кг топлива.
Корпус аппарата Longrunner отличается высоким относительным удлинением, что уменьшает гидродинамическое сопротивление. Он изготовлен из патентованного композитного материала Arovex на основе углеволокна, армированного углеродными нанотрубками. По данным Zycraft, такой корпус на 40% прочнее и на 75% легче корпуса подобного размера, изготовленного из традиционного алюминия или стекловолокна морского стандарта, что позволяет АНК достигать высоких скоростей без необходимости установки больших и тяжелых двигателей. Комбинация корпуса из легкого материала и двигателей с небольшим водоизмещением позволяет взять на борт больше целевой нагрузки и топлива для увеличения дальности плавания и расширения возможностей.
По данным спецификации, предоставленной компанией, Vigilant IUSV развивает максимальную скорость 40 узлов и имеет продолжительность плавания более 30 дней, дальность плавания в стандартной конфигурации при экономической скорости 12 узлов составляет до 1500 морских миль.
«Мы полагаем, что продолжительность плавания является ключевой характеристикой для АНК, поскольку во время развертывания аппарат должен вести наблюдение на малых скоростях продолжительные периоды времени, — отметил Сун. — Максимальная скорость 40 узлов вполне адекватна для АНК, поскольку судно такого размера с более высокими скоростями не может использоваться эффективно при высоте волн более метра»
.На АНК установлены два турбированных дизельных двигателя Yanmar 6LY3-ЕТР объемом по 5,8 литра и сухой массой 640 кг каждый, которые генерируют общую мощность 960 л.с. Двигатели соединены через коробку ZF Marine ZF 280-1 с поворотно-откидными колонками Konrad Marine 680 с соосными гребными винтами противоположного вращения, которые были специально выбраны за их способность обеспечивать оптимальный кпд в диапазоне скоростей до 40 узлов.
«У нас также имеется опыт использования системы с прямым приводом Arneson ASD10, оснащенной пятилопастными винтами Rolla в катере с корпусом подобной формы, — пояснил Сун. — Обе конфигурации обеспечивают хорошую топливную экономичность, особенно во время низкоскоростных патрульных операций, являющихся одной их основной задач АНК.
С такой движительной установкой мы имеем потребление топлива порядка 10-15 литров в час при скорости 6 узлов в благоприятных условиях, то есть продолжительность плавания значительно увеличивается при существующем объеме топливных баков».
С такой движительной установкой мы имеем потребление топлива порядка 10-15 литров в час при скорости 6 узлов в благоприятных условиях, то есть продолжительность плавания значительно увеличивается при существующем объеме топливных баков».
В герметичном отсеке для целевой нагрузки можно разместить до трех тонн оборудования
Комплект оборудования
Аппарат Vigilant 1USV оборудован сенсорным комплектом, включающим систему автоматического распознавания, установленную на крыше оптико-электронную станцию видовой разведки Current Corporation Night Navigator 3 и мачтовую РЛС Simrad Broadband 4G с заявленной дальностью обнаружения 36 морских миль, а также стабилизированные камеры кругового обзора.
Обзорная оптико-электронная станция имеет в своем составе неохлаждаемый тепловизор высокого разрешения с размером матрицы 640x480 и двойным полем зрения 20° и 6,8°, а также оптическим увеличением 3х и цифровым непрерывным увеличением 12х; ночной электронно-оптический преобразователь высокого разрешения с полем зрения 20° и непрерывным цифровым увеличением 12х; дневную камеру высокого разрешения с разрешением 1080i/720p и полями зрения от 50° до 5,4°, оптическим увеличением 10х и цифровым увеличением 12х.
Между тем система кругового обзора на 360° состоит из шести 4-мегапиксельных камер для низкого освещения AXIS Communications Q16 с частотой кадров до 120 кадров /с, объединенных в единую сеть. По словам Суна, камеры помещены в самоочищающийся модуль, в котором для чистки объективов используются воздушные струи, что гарантирует прекрасный обзор при всех погодных условиях.
«Видео стабилизируется за счет программных алгоритмов так, что выходное изображение остается стабильным даже при бортовой качке аппарата IUSV. Это упрощает обнаружение объектов. Мы используем программное обеспечение для мгновенного увеличения изображения объекта автоматически с целью снижения нагрузки на оператора».
Энергоснабжение на борту обеспечивает генератор на 12 кВт от компании Fischer Panda, тогда как генератор на 5 кВт дает дополнительную энергию для функциональных систем и обеспечивает непрерывную работу в случае поломки основного генератора.
Аппарат IUSV оборудован гироскопическим успокоителем качки Seakeeper Model 7000A, предназначенным для стабилизации судов общей массой от 15 до 25 тонн. Согласно спецификации, модель 7000 А размерами 910x990x710 мм и весом 455 кг может обеспечить момент успокоения до 15000 Нм и компенсировать кинетический момент до 7000 Нм/с. Для его полной раскрутки необходимо 45 минут (хотя на рабочие режимы он может выйти приблизительно через 20 минут после включения) и мощность 3000 Вт, в устойчивом режиме необходима мощность 1500-2000 Вт и 8 л/мин морской воды для охлаждения.
Сун заметил, что подобные системы стабилизации как правило используются в экипажных морских судах для снижения амплитуды качки и повышения комфорта экипажа и пассажиров, хотя предлагают значительные преимущества для необитаемых платформ. Например, стабильный АНК может помочь оптимизировать выходные данные и характеристики слежения оптроники и РЛС при большей балльности моря.
«Он фактически убирает бортовую качку, тем самым значительно повышая возможности радара и оптико-электронных устройств за счет дополнительной стабильности, — пояснил он. — Поскольку судно при загоризонтной связи скорее всего задействует спутниковую систему, успокоитель Seakeeper также содействует повышению надежности соединения за счет снижения нагрузки еще и на подсистему стабилизации системы спутниковой связи.
Кроме того, любой АНК, выполняющий задачи борьбы с подлодками или разминирования, должен непременно двигаться медленно и нуждается в хорошей стабилизации во время спуска и возвращения целевой нагрузки. IUSV может теперь работать при существенно большем волнении моря. Мы выяснили, что даже неподвижный IUSV ведет себя относительно спокойно при ударе в борт волны высотой 1,5 метра, поскольку просто плавно поднимается и опускается, что было бы невозможно без системы стабилизации».
Кроме того, любой АНК, выполняющий задачи борьбы с подлодками или разминирования, должен непременно двигаться медленно и нуждается в хорошей стабилизации во время спуска и возвращения целевой нагрузки. IUSV может теперь работать при существенно большем волнении моря. Мы выяснили, что даже неподвижный IUSV ведет себя относительно спокойно при ударе в борт волны высотой 1,5 метра, поскольку просто плавно поднимается и опускается, что было бы невозможно без системы стабилизации».
Катер Vigilant IUSV оборудован спутниковой системой для загоризонтных операций Cobham SAILOR500 FleetBroadBand500, при этом мачтовый радар и камера кругового обзора повышают уровень владения обстановкой
Командование и управление
Катер Longrunner, как правило, управляется из специального командного центра, расположенного на объекте компании Zycraft на западе Сингапура. Аппаратом IUSV можно управлять с помощью стандартных широкополосных радиостанций или сотовых модемов, Тогда как система спутниковой связи Cobham SAILOR500 FleetBroadBand500 (FBB500) L-диапазона поддерживает всепогодные загоризонтные операции.
«С одной антенной все управление и наборы данных шифруются и проходят между АНК и береговой станцией, — пояснил Сун. — Пропускная способность канала передачи данных позволяет без задержек передавать радиолокационное изображение, изображения с оптико-электронной станции и всех камер, информацию системы автоматического распознавания и параметры самого катера».
«Адаптивная регулировка ширины полосы пропускания используется для управления связью с тем, чтобы соединение оставалось надежным, — добавил он. — Нынешнее решение по загоризонтному управлению аппаратом было проверено в расширенных испытаниях в 2013 и в 2017 годах, когда катер IUSV был развернут на 22 дня для проведения непрерывных безэкипажных операций».
Компания разработала патентованное программное обеспечение командования и управления, которое загружается на бортовой компьютер IUSV. В нем используются встроенные алгоритмы определения столкновений и их предотвращения, позволяющие судну автономно ходить в портах и по водным путям с интенсивным движением.
Для оснащения командного центра использованы компьютеры гражданского образца и большие дисплеи. На три дисплейных экрана выводится информация с РЛС, с оптико-электронной станции и камер кругового обзора и операции управления АНК.
«У нас есть высококачественное изображение с РЛС на нашем дисплее, который также показывает информацию о сопровождении целей, — продолжил Сун. — Мы горды картинкой с радара, поскольку она дает оператору очень хорошее ощущение окружающей обстановки IUSV — у оператора почти полное ощущение, что он на борту реального катера».
Между тем подсистемы IUSV взаимодействуют посредством локальной сети и управляются главным компьютером, который обменивается информацией и отправляет пакеты данных на береговую станцию посредством радио- или спутникового канала. По словам Суна, принцип открытой архитектуры позволяет компании Zycraft легко интегрировать и конфигурировать в судно новые возможности.
Главный компьютер также предлагает отдельную функцию определения столкновений и их предотвращения, получая информацию от автоматической системы распознавания, лидара, радара и устройств визуализации и затем анализируя ее. С целью повышения точности и надежности в 2013-2016 годах были обновлено программное обеспечение предотвращения столкновений.
«При создании программы по предотвращению столкновений больше всего усилий было потрачено на повышенную адаптивность платформы к внешним условиям, что позволяет двигаться в зонах с интенсивным движением, а также на открытой воде без вмешательства оператора. Международные правила предупреждения столкновений судов в море используются в качестве основы для принятия решений, но самое главное правило — это самосохранение, — добавил он. — Минимальная безопасная дистанция определяет реакцию АНК даже тогда, когда он имеет преимущественное право прохода».
Компания Zycraft разработала также поисково-спасательный вариант безэкипажного катера Vigilant IUSV
Разработка судна
Компания Zycraft завершила начальную разработку Vigilant IUSV в сентябре 2013 года, после чего Longrunner прошел 2000 морских миль за 24 месяца морских испытаний в водах Сингапура. По данным Zycraft, аппарат принимал участие в демонстрации для неназванного флота, а также принял участие в нескольких операциях продолжительностью более 48 часов, включая ходовые испытания в мае 2013 года на расстояние 150 морских миль.
Компания также провела ряд оценок свойств корпуса в реальных морских условиях, сделав акцент на продолжительности плавания, дальности и мореходных качествах конструкции корпуса, взяв для этого суда большого радиуса действия класса Shomari — экипажные варианты IUSV, которые Zycraft предлагает судоходным компаниям региона для борьбы с пиратами и материально-технического снабжения.
Суда Shomari имеют корпус такой же формы, как у Vigilant IUSV, одинаковое полное водоизмещение 16 тонн и схожую балансировку, что позволяет компании использовать экипажные суда в качестве тестовых платформ.
С 2014 года Shomari LRV прошли серию ресурсных испытаний, включая семидневное плавание на дальность 1100 морских миль. Катера LRV также прошли испытания на остойчивость при высоте волн до 4 метров, во время которого они с полной нагрузкой достигли максимальной скорости 34 узла.
Весной 2017 года компания провела испытания аппарата IUSV в Южно-Китайском море, во время которых он шел без остановки 22 дня со средней скоростью 6 узлов с периодическими ускорениями, в итоге пройдя общее расстояние 1900 морских миль. Судно вышло на испытания с немногим более 6000 литрами дизельного топлива и возвратилось в порт с 2800 литрами.
Аппаратом IUSV управляли два оператора на берегу, контролируя судно 24 часа в сутки, хотя компания также выделила катер сопровождения для решения всех возникающих проблем.
Понятно, что последние ресурсные испытания подкрепили ожидания Zycraft по топливной экономичности катера IUSV, надежности его электроники и механических систем. Сун сказал, что эти ресурсные испытания позволили получить данные по работе сенсорных и навигационных систем в реальных условиях эксплуатации.
«Поскольку IUSV во время испытаний имел возможность продолжительное время наблюдать за морским движением и другими событиями, мы смогли распознать четкие схемы судоходства и даже стали свидетелями нескольких опасных сближений коммерческих судов»,
— поделился Сун, но при этом отказался озвучить детали.
«Было некоторые сложности, но мы смогли найти пути их преодоления и оптимизировать возможности IUSV в реальном времени за счет обновления программного обеспечения».
Аппарат Vigilant IUSV может быть опционально обитаемым, два оператора размещаются в тандемной кабине на амортизирующих креслах
Будущие возможности
Компания большое внимание уделяет расширению набора задач для судна за счет использования его герметичного модульного отсека для целевой нагрузки размером 3x3x2 метра с максимальной вместимостью 3 тонны.
«Этот отсек предназначен специально для размещения целевой нагрузки, которая требует специализированного погрузочно-разгрузочного оборудования, — отметил Сун. — Для обеспечения этой целевой нагрузки в отведенном объеме грузового отсека может быть установлено вспомогательное оборудование, например, шкафы с электроникой».
В предлагаемой недорогой концепции противолодочной обороны аппарат IUSV будет оснащаться комплектным активным/пассивным гидролокатором, поставляемым одним из технологических партнеров Zycraft. Катер будет работать в качестве замены противолодочной платформы, позволяя экипажным боевым судам не отвлекаться и выполнять другие задачи.
Компания Zycraft разработала гидролокатор обнаружения водолазов YZDDS-920 DDS (diver detection sonar). Компактная гидроакустическая система высотой 300 мм и диаметром 425 мм может устанавливаться на борт Vigilant IUSV, других АНК и морских судов или использоваться в качестве стационарного устройства для защиты портов или береговой инфраструктуры.
По данным компании, DDS предназначен для обнаружения аквалангистов с аппаратами открытого цикла на дистанциях до 600 метров и водолазов, оснащенных регенеративными дыхательными аппаратами, на дистанции до 400 метров во всех направлениях до максимальной глубины 50 метров. В состав системы входит антенный блок весом 45 кг, блок обработки и графический интерфейс пользователя на ноутбуке. Он может отслеживать одновременно до 100 объектов и самостоятельно выдавать предупредительный сигнал при обнаружении угрозы.
Компания в настоящее время ищет партнера по интеграции гидроакустической системы в аппарат IUSV, планируя провести в ближайшем будущем еще одни испытания в виде продолжительного плавания, сосредоточившись в нем на подводных исследованиях и наблюдениях. Сун отметил, что работы по интеграции гидролокатора могут открыть путь к внедрению в будущем технологий противолодочной борьбы. Компания Zycraft также ожидает увеличение спроса на поисково-спасательные операции.
В компании отметили, что аппарат IUSV, оснащенный соответствующими сенсорными системами и детекторами передачи координат в аварийных ситуациях, может стать отличным выбором для стран с протяженной береговой полосой и обширными морскими районами.
Аппарат IUSV, сконфигурированный для поиска и спасения, во время таких операций может оставаться продолжительное время в море, в то время как специально созданный модуль позволяет оператору удаленно спасать выживших посредством роботизированного манипулятора и перевозить до семи носилок с ранеными.
Устройства мониторинга пациентов могут быть включены в состав оборудования для отслеживания психологического состояния пострадавших и направления информации береговой службе еще до прибытия на берег.
Для ведения разведки и сбора информации компания Zycraft рассматривает возможность развертывания внебортовых сенсоров, например, привязных дронов, для длительного визуального наблюдения. Впрочем, могут быть развернуты заказные модули с полезной нагрузкой для удовлетворения специфических требований заказчика как для гражданских, так и для военных целей.
В компании также хотят выйти на рынок подготовки и моделирования, в связи с чем начали разработку нового проекта М75 Unmanned Target Boat. AHK-мишень массой 0,9 тонны имеет общую длину 5,9 метра, ширину 1,6 метра и осадку 0,33 метра. На катере установлен подвесной мотор Yamaha F115, который позволяет развить скорость 35 узлов, топливный бак вместимостью 220 литров позволяет находиться в море до 23 часов на скорости 12 узлов или 5 часов на устойчивых максимальных скоростях.
АНК Vigilant IUSV является частью небольшой, но расширяющейся линейки универсальных необитаемых платформ большого водоизмещения, разрабатываемых в Азиатско-Тихоокеанском регионе.
Среди стран, занимающихся платформами АНК длиной более 11 метров, особо заметны Китай и Сингапур, разрабатывающие соответственно многозадачный катер JARI массой 20 тонн (China Shipbuilding Industry Corporation) и 22-тонный катер Venus 16 (ST Engineering), оптимизированный под противоминные задачи.
Крупные автоматические надводные суда предлагают для флотов несколько преимуществ. Например, более крупные корпуса, как правило, имеют больший объем для целевой нагрузки, а также запас топлива, что дает операторам большую гибкость и радиус управления. Более крупные платформы могут быть опционально управляемыми в задачах, в которых необходимо лучшее владение обстановкой и принятие сложных решений.
Впрочем, в связи с большими размерами и водоизмещением крупные автоматические суда, как правило, действуют с береговых баз, поскольку для большинства судов, за исключением разве что универсальных десантных кораблей, у которых имеются большие десантные доки, они слишком громоздки и тяжелы для спуска и подъема на борт.
Информация