Запредельная глубина: как устроен подводный аппарат "Витязь-Д"

Справедливо говорят, что человечество лучше исследовало ближний космос, чем океанское дно. Если продолжать сравнение, то можно заметить, что наибольшие научно-практические достижения в космосе были получены с помощью беспилотных платформ. То же, по-видимому, нас ожидает глубоко под водой.

Для человека спуск в глубочайшую бездну планеты — Марианскую впадину — по‑прежнему остается удивительным приключением и фантастическим событием. Мы помним имена пионеров — американского морского офицера Джона Уолша и швейцарского океанолога Жака Пикара, первыми спустившихся на дно желоба в 1960-м на борту батискафа Trieste. Помним спуск режиссера Джеймса Кэмерона на аппарате Deepsea Challenge в 2012-м. Совсем недавно, в июне нынешнего года, на батискафе DSV Limiting Factor пропутешествовала в Бездну Челленджера (самую глубокую часть впадины) американская женщина-астронавт Кэтрин Салливан. Однако, возможно, куда более важной новостью стали два погружения беспилотного и полностью автономного подводного аппарата «Витязь-Д», созданного по проекту Фонда перспективных исследований и сконструированного в стенах знаменитого ЦКБ МТ «Рубин» — главной кузницы российского подводного флота. Спуск был осуществлен в мае этого года, в дни празднования 75-летия Великой Победы.

Пресс-служба Фонда перспективных исследований

Открытие течения

«Доставка человека на предельные глубины, — говорит заместитель руководителя направления физико-технических исследований Фонда перспективных исследований, кандидат военных наук Виктор Литвиненко, — серьезно ограничивает наши возможности по изучению океанского дна. Все известные обитаемые батискафы работают в режиме лифта: их опустили на тросе в определенную точку, из которой можно сделать лишь небольшие движения в сторону, затем подняли. Присутствие на борту аппарата системы жизнеобеспечения перетяжеляет аппарат. Если убрать это оборудование, заменив его научно-исследовательским, мы сможем значительно повысить функциональность батискафа, не меняя его массы. И это именно тот путь, которым мы пошли. Наш «Витязь-Д» не просто опускается в заданную точку. Оттуда он может передвигаться как по глубине, так и в горизонтальном направлении, исследуя значительные площади. Кстати, после погружения к низшей отметке — 10 028 м — мы ждали всплытия аппарата в одном месте, а на самом деле он появился над водой в 9 км от заданной точки. Так нам удалось установить, что в Марианской впадине есть достаточно сильное морское течение».

Впадина, дугой протянувшаяся от американского острова Гуам вдоль Марианского архипелага, — это лишь одно из следствий геологических процессов, опоясывающих весь Тихий океан и приведших к возникновению как протяженных зон вулканизма (так называемого Тихоокеанского огненного кольца), так и цепочек глубоких разломов. Всему виной субдукция — подминание под себя твердыми континентальными плитами более мягкой океанической. Фактически продолжением Марианской впадины может считаться Курило-Камчатский желоб, который также является интереснейшим объектом глубоководных исследований. «Важно подчеркнуть, — говорит Виктор Литвиненко, — что Россия первой среди стран мира получила в свое распоряжение полностью автономный аппарат, который может работать во всем эшелоне глубин, от нуля до 13 000 м. Да, пока такой предельной глубины в Мировом океане не обнаружено, но на всякий случай в ходе испытаний в Крыловском центре (Санкт-Петербург) аппарат продавили на стенде именно в таком режиме. Так что «Витязь-Д» теоретически может опускаться еще глубже, чем дно Марианской впадины».

Против сверхдавления

Аппарат, каркас которого создан из титановых конструкций, а внешний корпус сработан из сверхпрочного сферопластика, сконструирован таким образом, чтобы очень экономно расходовать энергию. «Витязь-Д» имеет на борту балласт, при котором аппарат просто тонет под воздействием земной гравитации, обретая нулевую плавучесть лишь на заданной глубине (в случае с погружением в Марианскую впадину речь шла об отметке 8500 м). Затем в дело вступают маршевые электродвигатели, винты которых увлекают аппарат еще глубже на дно. При необходимости те же двигатели могли приподнять аппарат вверх. Вдобавок к этому «Витязь-Д» располагает десятью подруливающими движками, обеспечивающими передвижение в горизонтальной плоскости. При подъеме наверх аппарат сбрасывает балласт, так что к поверхности его толкает в основном сила Архимеда. Всем двигательным хозяйством рулит система управления, основанная на элементах искусственного интеллекта.

Аппарат может самостоятельно выполнять алгоритмы по выходу из сложных ситуаций — например, если движение батискафа ограничено стенами подводного грота или стеной скал, обходить препятствие. Эта система управления по сути и отличает «Витязь-Д» от других беспилотных телеуправляемых зондов, уже побывавших на дне желоба. Это японский Kaiko и американский Nereus. Оба можно назвать достаточно продвинутыми аппаратами: в частности, они были оснащены руками-манипуляторами, — однако и в том и в другом случае они были связаны с исследовательским кораблем командным кабелем и самостоятельных решений не принимали.

Вода как провод

Впрочем, о стопроцентной автономии «Витязя-Д» говорить не приходится: обмену информацией между зондом и исследовательским кораблем конструкторы посвятили ряд специальных решений. Был устроен канал гидроакустической связи, использующий вместо звуковых волн колебания, возбуждаемые в водной среде. Изначально в его надежности для сверхглубин высказывали сомнения, поэтому для обеспечения более устойчивой связи была построена донная станция — своего рода реле, промежуточное звено между постом управления и аппаратом. Однако в ходе испытаний выяснилось, что гидроакустический канал позволяет обеспечивать бесперебойную связь с «Витязем-Д», давая возможность отправлять команды на глубину, получая взамен телеметрию. И все это в цифровом виде.

Разведка недр

Как уже отмечалось, подводный беспилотник при приемлемых массе и габаритах (5600 кг, длина 5,7 м) удалось наполнить большим количеством разнообразного исследовательского оборудования. В состав полезной нагрузки «Витязя» входят носовые и кормовые эхолоты, гидроакустические станции, гидролокаторы бокового обзора, видеокамеры, другие сенсоры. Это оборудование позволяет аппарату производить обзорно-поисковую и прецизионную батиметрическую съемку района, гидролокационную съемку рельефа дна, исследование структуры верхнего слоя донного грунта, осуществлять измерения гидрофизических параметров морской среды.

«На сегодняшний день основные задачи, которые выполнял аппарат, относятся к сфере науки, в связи с чем мы развиваем сотрудничество с Институтом океанологии РАН им. П. П. Ширшова, — говорит Виктор Литвиненко, — однако в будущем «Витязю-Д» по силам выполнение и народно-хозяйственных задач, таких как, например, поиск полезных ископаемых на океанском дне. Особенно если учесть модульный принцип конструкции, который позволяет устанавливать на аппарат различные блоки исследовательского оборудования в зависимости от разных задач. Глубина, на которой предстоит работать нашему аппарату, не имеет значения».

Источник

31.03	37-й IT talk »
17.11	MBLTdev #2 »
16.11	GeekWeek-2015 »