Моби Дик или «Красный октябрь»?

Глайдер Seaglider, разработанный Лабораторией прикладной физики и ее Океанографической школой, имеет обтекаемую форму и хвостовые крылья, увеличивающие дальность плавания, в хвостовой части установлены спутниковая антенна и сенсор CTD

Накопление энергии

«Как и в случае с другими автономными подводными аппаратами, прогресс в области накопления и потребления энергии обещает увеличить продолжительность и дальность плавания и обеспечить больше энергии для бортовых сенсоров, хотя еще предстоит много работы прежде, чем они будут готовы к реальной эксплуатации», - заявил Дэн Радник, профессор из Калифорнийского Университет в Сан-Диего, разработавший глайдер Spray. - Конечно же, разрабатываются системы, использующие альтернативные источники энергии, например, температурные перепады океана и водоактивируемые батареи. Я бы не стал засекречивать уже развитые технологи». Диспейн в свою очередь привел пример твердых парафинов с изменяемым фазовым состоянием, которые успешно использовались для демонстрации способности платформ с изменяемой плавучестью в определенных условиях использовать для движения меняющуюся в зависимости от глубины температуру.

Он напомнил о совместной работе Scripps и Лаборатории реактивного движения по демонстрации работы погружного буя-измерителя, который плавал в море более года. В нем была реализована система с изменяемой плавучестью, приводимая в движение тепловым двигателем, технологию для которого была разработана основателем Webb Research (теперь часть Teledyne Marine) Дагом Веббом, когда он еще работал в Woods Hole. «Зрелость этой технологии может продемонстрировать доступность на рынке подобного глайдера с тепловым двигателем». Необходимо отметить один важный момент касательно материалов с фазовым переходом, которые извлекают энергию из перепадов температур, например, твердых парафинов, который состоит в том, что они уменьшаются в объеме при затвердевании и расширяются при расплавлении, а это неправильное направление для их прямого использования в качестве поплавкового движителя. «Двигатель должен увеличивать объем глайдера, когда он в своем цикле погружения идет вниз, и уменьшать его наверху. Поэтому тепловой глайдер должен иметь систему накопления энергии, которая могла бы обеспечить доступность энергии, извлеченной из фазового перехода, для следующего полуцикла. Например, эта энергия фазового перехода могла бы использоваться в качестве дополнительной при подзарядке бортовых аккумуляторов».

Радник пояснил, что в зависимости от набора датчиков на борту на движение, как правило, уходит от 60 до 70 процентов энергетического баланса глайдеров разработки Калифорнийского университета. «То есть наши датчики потребляют меньшее количество электричества (как правило, от 20 до 30 процентов), но зачастую они определяют продолжительность плавания, поскольку мы их меняем чаще, тогда как энергия для движения остается постоянной». Оставшиеся примерно 10 процентов идут на другие системы, в том числе компьютер, средства связи и навигации. В Университете ведется изучение путей аккумулирования в глайдерах большего количества энергии, включая самое простой способ. «Самой простой способ увеличения энергетической емкости - сделать глайдеры больше, что мы и изучаем. Другой путь - совершенствование аккумуляторов», - добавил профессор Радник.

Компоновочная схема глайдера Spray показывает размещение основных внутренних модулей. Два батарейных блока изменяют центр тяжести, а баллоны и насос в хвостовой части изменяют плавучесть

Противолодочная оборона

Интерес к глайдерам всегда был шире научной океанографии и, как отметил Диспейн, с началом их перехода в боевые флоты ожидается рост этого сегмента рынка. В ноябре 2016 года американский флот объявил о том, что готов развернуть глайдеры со своих эсминцев с целью дать флоту новые возможности. После проведения успешных испытаний в Тихом океане Командование военно-морских систем ВМС США одобрило комплектование эсминцев класса «Арли Бёрк» одним-двумя глайдерами. АПА обеспечат операторов ГАС на эсминцах данными в реальном времени. Данные, скорее всего, будут поступать с датчиков типа CTD и использоваться для обновления диаграмм «скорость звука-глубина» для калибровки ГАС на поверхности и на воздушных платформах.

В то время как их прямое использование для обнаружения подводных лодок, например, с помощью пассивных гидролокаторов, является очевидным, это не то, о чем флот говорит в открытую. Впрочем, там охотно обсуждают деятельность по обнаружению, отслеживанию и изучению других подводных сущностей. Как пояснил Диспейн, «Американский флот заинтересован в лучшем понимании распространения и поведения морских млекопитающих, исчезающих видов и другой морской жизни с целью минимизации последствий своей деятельности на океаническую среду». Это задача для новых, более крупных глайдеров с акустическими датчиками. Автономные глайдеры типа «летающее крыло» оборудуются многоэлементными гидроакустическими приёмными антеннами, устанавливаемыми вдоль передней кромки крыла, а также дополнительными подводными акустическими датчиками для того, чтобы тихо слушать и определять направление на источники звуков в океане. То есть эти глайдеры хорошо подходят для обнаружения, локализации и слежения за отдельными, издающими звуки животными».

При отслеживании одним глайдером отдельных морских млекопитающих необходимо, чтобы животное издавало звуки достаточно часто, то есть определенную последовательность звуков, которую можно было бы ассоциировать с ним. Только тогда глайдер сможет определить направление, с которого идет каждый крик, и составить маршрут движения искомого животного. «Если, например, двигательные установки с гребными винтами генерируют звук непрерывно, то некоторые виды морских млекопитающих зачастую не издают звуки настолько часто, чтобы можно было составить маршрут. Другие виды собираются в тесные группы и издают звуки так часто (например, группы дельфинов), что отслеживание отдельных особей в группе практически невозможно». Диспейн отметил, что глайдеры типа «летающее крыло» могут оказаться единственной платформой с достаточной грузоподъемностью, способной нести большие антенные решетки на борту. В качестве альтернативного варианта можно буксировать такую антенну, но здесь возникают дополнительные сложности. «Отслеживание популяций морских млекопитающих, издающих крики, может быть реализовано за счет распределенной в пространстве группы глайдеров, в которой каждый глайдер «слушает» и определяет наличие или отсутствие конкретных интересующих особей».

Задачи

Автоматические надводные аппараты, использующие энергию волн, например, Wave Glider, обеспечивают большую продолжительность работы, поскольку могут перезаряжать свои аккумуляторы от солнечных батарей и, так как он плавают на поверхности, то могут оставаться постоянно на связи и непрерывно получать обновляемые координаты со спутников глобальной навигационной системы Global Positioning System. Компания Liquid Robotics называет свой аппарат Wave Glider «трансформационный технологией, которая может помочь построить цифровой океан», подразумевая то, что он идеально подходит для работы в качестве коммуникационного шлюза от морского дна в космос, что позволит подводным аппаратам, включая поплавковые глайдеры, оборудованные акустическими модемами, поддерживать связь в любой точке Мирового океана без необходимости всплытия. Как отметили в компании, «Мы являемся частью более крупной системы систем, соединяющей обитаемые и необитаемые платформы. Эта важная инфраструктура необходима, чтобы помочь открыть 95 процентов океана, которые на данный момент не изучены, и помочь решить некоторые самые сложные мировые проблемы».

Глайдеры Wave Glider, как сообщили в компании, прошли в море более 1,1 миллиона морских миль (2,1 миллиона километров). Несмотря на то, что эти аппараты уже хорошо зарекомендовали себя, в компании активно занимаются их совершенствованием. Это касается мощности и энергоемкости, сенсорных комплектов и средств связи, долговечности и программного обеспечения, особый акцент делается на автономности. В компании Liquid Robotics утверждают, что Wave Glider может оставаться в море от нескольких месяцев до года в зависимости от выполняемой задачи. Ограничивающими факторами являются обрастание морскими организмами или ракушками самого аппарата и его датчиков, волнение моря и количество доступной солнечной энергии. Эти факторы во многом зависят от времени года, в котором развернут глайдер, его местоположения и типов сенсоров. Бурный рост ракушек летом в Мексиканском заливе, например, влияет на работу сенсоров до такой степени, что глайдеры необходимо регулярно очищать. Эту проблему операторы решают с помощью специальной жидкости, в которой заступающие на смену глайдеры моются; обросшие же глайдеры отправляются домой на чистку.

Противолодочная война, будь то ситуационная осведомленность или длительное наблюдение, состоит в основном из морских задач, что определяет установку основных метеорологических и акустических сенсоров. Как и другие разработчики АПА, компании Liquid Robotics и Boeing регулярно участвуют в учениях и боевых экспериментах, например, в эксперименте UNMANNED WARRIOR, который состоялся у берегов Великобритании осенью 2016 года, во время которого глайдеры Wave Glider продемонстрировали свои возможности в противолодочной борьбе - сбор и распределение данных геопространственной разведки.


По договору с CoMotion, инновационным центром Университета Вашингтона, компания Kongsberg разрабатывает Seaglider, глайдер для мелководья Oculus и вариант Seaglider М-6

Эти аппараты также приняли участие в нескольких упражнениях по развитию геопространственной разведки MASSMO (Marine Autonomous Systems in Support of Marine Observations), возглавляемых британским Национальным океанографическим центром. При выполнении упражнений MASSMO они собирали то, что компания описывает как ценная и последовательная информация о температуре воды, течениях и других явлениях в сложных морских условиях. «Мы также продемонстрировали то, как данные с нескольких Wave Glider могут интегрироваться в системы сторонних производителей, например, те, что предлагаются компанией Boeing для упрощения принятия оперативных решений».

Глядя в обозримое будущее, в Управлении военно-морской метеорологии и океанографии ВМС США ожидают, что основным направлением разработки должно стать дальнейшее увеличение продолжительности работы глайдеров и расширение номенклатуры сенсоров. «Собранная информация очень полезна для флота, эти данные помогают в построении моделей океана. Перспективы глайдеров на флоте очевидны, - сказал его представитель. - Я полагаю, что самым важным направлением станет упрощение работы с глайдерами, их доступность для неспециалистов, что важно для увеличения количества глайдеров на океанских просторах». Поплавковые и волновые автономные аппараты представляют собой молодую технологию с большим потенциалом для исследований. Технология, к которой подводники в будущем станут относиться весьма серьезно.

Использованы материалы:
www.shephardmedia.com
www.liquid-robotics.com
stories.kongsberg.com
robotrends.ru
www.whoi.edu
simrad.com
www.marinebuzz.com
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org