В статье рассмотрены наиболее известные проекты автономных необитаемых подводных аппаратов большого и сверхбольшого водоизмещения, разрабатываемых в иностранных военно-морских флотах. Дается описание их конструкции и известных тактико-технических характеристик. Делается вывод об опасности данного направления развития морской техники за рубежом для военно-морского флота России.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Электротехника
В связи с успехами в области робототехники и развития подводных технологий в последние годы в развитых в научном и промышленном отношении странах возрос интерес к автономным необитаемым подводным аппаратам (АНПА) большого и сверхбольшого водоизмещения, способным нести разнообразные полезные нагрузки, в том числе и образцы морского подводного оружия [1–3]. За рубежом в этой связи приняты две аббревиатуры – XLUUV (eXtra Large Unmanned Underwater Vehicle), то есть подводное необитаемое транспортное средство большого размера и LDUUV (Long Distance Unmanned Underwater Vehicle) ‒ подводное необитаемое транспортное средство с большой дальностью действия. Согласно классификации, принятой в 2004 г. министерством обороны (МО) США, АНПА подразделяются на следующие категории по массе: большие (large), массой 1,4–10 т и сверхбольшие (eXtra-large), массой более 10 т. Их назначение может быть различным в зависимости от полезной нагрузки, но главным образом они создаются как аппараты военного и двойного назначения [1–3]. Далее в статье будут рассмотрены основные, наиболее интересные зарубежные образцы АНПА большого и сверхбольшого водоизмещения.
Список литературы
1. Navy Large Unmanned Surface and Undersea Vehicles: Background and Issues for Congress. URL: https://sgp.fas.org/crs/weapons/R45757.pdf.
2. Report to Congress on Navy Large Unmanned Surface and Undersea Vehicles U.S. Naval Institute Staff August 13, 2024 12:55 PM. URL: https://news.usni.org/2024/08/13/report-to-congress-on-navy-large-unmanned-surface-and-undersea-vehicles-9.
3. A World Guide to the World’s Largest Underwater Drones. URL: https://inf.news/en/military/15bbc19aba10320b8c9b30af96e1a7d6.html.
4. Manta Ray High-Endurance Underwater Drone Unveiled. URL: https://www.twz.com/sea/manta-ray-extreme-endurance-underwater-drone-unveiled.
5. DARPA’s Manta Ray Underwater Drone Could Be a Game Changer. URL: https://thedebrief.org/darpas-manta-ray-underwater-drone-could-be-a-game-changer.
6. Sutton H. I. USN_XLUUV. URL: http://www.hisutton.com/USN_XLUUV.html.
7. Orca XLUUV, USA. URL: https://www.naval-technology.com/projects/orca-xluuv.
8. Parker О. Orca Drone Submarine Delivered To Navy. URL: https://www.twz.com/orca-drone-submarine-delivered-to-navy.
9. Boeing, Lockheed Martin Moving Forward with Navy XLUUV Acquisition Program. URL: https://news.usni.org/2017/10/17/28810.
10. Boeing Starts Sea Trials of its Echo Voyager extra large unmanned undersea vehicle - XLUUV. URL: https://armyrecognition.com/news/navy-news/2017/boeing-starts-sea-trials-of-its-echo-voyager-extra-large-unmanned-undersea-vehicle-xluuv.
11. Boeing’s new submarine drone can traverse 7,500 miles in a single charge. URL: https://www.digitaltrends.com/cool-tech/robotic-sub-explores-underwater-for-six-months.
12. Sutton H.I. Pioneering Extra-Large UUV: The Royal Navy’s Manta. URL: http://www.hisutton.com/Royal-Navy-Manta-XLUUV.html.
13. Royal Navy Seeking Next Gen Sensors for its MANTA XLUUV. URL: https://www.navalnews.com/naval-news/2021/02/royal-navy-seeking-next-gen-sensors-for-its-manta-xluuv.
14. MSubs wins UK Royal Navy Contract for Cetus XLUUV. URL: https://www.navalnews.com/naval-news/2022/12/msubs-wins-uk-royal-navy-contract-for-cetus-xluuv.
15. UK: Royal Navy to get her first crewless submarine XLUUV Cetus. URL: https://armyrecognition.com/news/navy-news/2022/uk-royal-navy-to-get-her-first-crewless-submarine-xluuv-cetus.
16. Euronaval 2022: BAE Systems launches Herne XLAUV concept demon-strator - URL: https://www.navalnews.com/event-news/ euronaval-2022/2022/10/euronaval-2022-bae-systems-launches-hernexlauv-concept-demonstrator/- Текст: электронный.
17. Sutton H. I. Britain’s New Large Submarine Drone: Herne XLAUV Design. URL: http://www.hisutton.com/BAE-Systems-Herne-XLAUV.html.
18. Herne XLAUV demonstrator set for 2024 trials. URL: https://www.navalnews.com/event-news/dsei-2023/2023/09/herne-xlauv-demonstrator-set-for-2024-trials/#prettyPhoto.
19. Cellula Robotics Initiates Trials of Solus-XR System Extra Large Unmanned Underwater Vehicle. URL: https://militaryleak.com/2023/09/25/cellula-robotics-initiates-trials-of-solus-xr-system-extra-large-unmanned-underwater-vehicle.
20. Sutton H.I. Cellula’s Solus-XR XLUUV Hits The Water. URL: http://www.hisutton.com/Canada-Cellula-Solus-XR-News.html.
21. Micro-AUV tech designed to keep secret underwater missions under wraps. URL: https://newatlas.com/robotics/micro-auv-solus-lr.
22. Australia and Anduril jointly invest to promote Ghost Shark production. URL: https://www.navalnews.com/naval-news/2024/08/australia-and-anduril-jointly-invest-to-promote-ghost-shark-production.
23. Australia’s Ghost Shark Uncrewed Submarine Breaks Cover. URL: https://www.twz.com/sea/australias-ghost-shark-large-uncrewed-submarine-breaks-cover.
24. DIVE-LD. URL: https://sldinfo.com/wp-content/uploads/2022/10/2022-slick-DIVE-LD-AUS.pdf.
25. Royal Australian Navy Future Extra Large Unmanned Underwater Vehicles Named Ghost Shark. URL: https://militaryleak.com/2022/12/14/royal-australian-navy-future-extra-large-unmanned-underwater-vehicles-named-ghost-shark.
26. The Hugin Endurance UUV sets a record for the longest voyage. URL: https://en.topwar.ru/249829-anpa-hugin-endurance-ustanovil-rekord-prodolzhitelnosti-plavanija.html?ysclid=m31g1udvhm809415521.
27. Norway’s record-smashing giant underwater drone swims 3400m deep autonomously. URL: https://interestingengineering.com/innovation/norway-underwater-drone-hugin-endurance-auv.
28. Naval Group to develop Extra large UUV XLUUV for French Navy. URL: https://armyrecognition.com/news/navy-news/2024/naval-group-to-develop-extra-large-uuv-xluuv-for-french-navy.
29. France’s Naval Group to Study New Combat XLUUV Design. URL: https://www.navalnews.com/naval-news/2023/06/frances-naval-group-to-study-new-combat-xluuv-design.
30. IAI’s New BlueWhale XLUUV Breaks Cover. URL: https://www.na-valnews.com/naval-news/2023/05/iais-new-bluewhale-xluuv-breaks-cover.
31. Israel Unveils ‘BlueWhale’ Unmanned Spy Submarine That Can Watch, Detect & Sniff Out ‘Iranian’ Mines. URL: https://www.eurasiantimes.com/edited-israels-new-unmanned-spy-submarine-bluewhale.
32. Italy Halts Plans to Buy Israeli Underwater Drones. URL: https://thedefensepost.com/2024/04/17/italy-halts-israeli-underwater-drones.
33. Sutton H.I. New Rare Image of Israel’s Caesaron Large Underwater Drone. URL: http://www.hisutton.com/Israeli-Underwater-Drone-Submarine-Caesaron.html.
34. Буриличев А.В., Илларионов Г.Ю., Прошкин С.Г. О научно-технологическом обеспечении проблемы создания сбалансированного флота боевых подводных роботов // Арсенал (военно-промышленное обозрение). 2009. № 3. С. 70-73.
35. Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Сидоренков В. В. Подводные роботы в минной войне. Калининград: Янтарный сказ, 2008. 117 с.
36. Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Бочаров Л.Ю. Угроза из глубины: 21 век. Хабаровская типограф, 2011. 303 с.
37. Федутинов Д. США привлекают к сдерживанию России и Китая подводные дроны. URL: https://news.ru/usa/ssha-privlekayut-k- sderzhivaniyu-rossii-i-kitaya-podvodnye-bespilotniki.
38. Маржецкий С. Подводные дроны ВМС США угрожают безопасности российских РПКСН. URL: https://topcor.ru/24042-podvodnye- drony-vms-ssha-ugro-zhajut-bezopasnosti-rossijskih-rpksn.html.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В статье рассматривается вариант системы звукоподводной связи с использованием фазоманипулированных сигналов в виде 13-позиционной последовательности Баркера. Система разработана в отделе технических средств исследования океана ТОИ ДВО РАН. Обсуждаются результаты модельного эксперимента по совместному применению сигналов на основе последовательностей Баркера с разными несущими частотами. Предложен метод разделения этих сигналов для обеспечения надежной передачи команд управления на подводные аппараты (подводные объекты).
При решении граничных задач для открытых систем типа слоистых волноводов, нагруженных на полупространство, физически и математически корректной оказывается несамосопряжённая модельная постановка, учитывающая энергообмен между волноводом и полупространством. В этой модельной постановке решение граничной задачи, обладающее свойством полноты, описывается собственными функциями двух сопряжённых операторов, какими являются расходящиеся волны и сходящиеся волны отдачи, с возможной их взаимной трансформацией на горизонтах полного внутреннего отражения. Новые свойства обобщённого решения, построенного в несамосопряжённой модельной постановке, проявляются в наибольшей степени в инфразвуковом диапазоне частот при использовании скалярно-векторного описания звукового поля. В этом диапазоне частот мелкомасштабная вихревая составляющая вектора интенсивности становится доминирующей в суммарном звуковом поле, модулируя потенциальную составляющую вектора интенсивности, выделяемую методами первичного спектрального анализа. В настоящей работе анализируется возможность выделения модуляционной составляющей методами вторичного спектрального анализа для повышения помехоустойчивости приёмных систем на основе комбинированных приёмников.
В статье предложен новый метод формирования программных сигналов управления многозвенными манипуляторами необитаемых подводных аппаратов, обеспечивающий сохранение требуемой точности технологических манипуляционных операций, выполняемых этими аппаратами в режиме стабилизируемого зависания вблизи объектов работ. Это достигается за счет дополнительных перемещений рабочего инструмента манипулятора и изменения его ориентации на основе информации о реальных угловых и линейных смещениях аппарата относительно его исходного положения стабилизации. В то же время желаемая скорость движения инструмента по заданной траектории корректируется таким образом, чтобы манипулятор успевал скомпенсировать нежелательные смещения аппарата. Выполнено численное моделирование работы реализованного метода. При этом использовалась созданная в Matlab/Simulink модель манипулятора типа PUMA, установленного на необитаемый подводный аппарат, стабилизируемый в режиме зависания. Визуализация работы системы выполнена в среде виртуального моделирования CoppeliaSim. Результаты проведенного моделирования подтвердили работоспособность метода и показали эффективность его использования для повышения точности выполнения подводных манипуляционных операций.
Для интенсивности низкочастотного звукового сигнала, распространяющегося в волноводе мелкого моря с шероховатой донной границей, на основе локально модового подхода выполнено сравнение результатов описания в рамках адиабатической теории и метода однонаправленного распространения (ОР). Исследование проведено для условий распространения звука, соответствующих шельфовым зонам российских арктических морей, а также Японского моря в зимний период. Сравнение выполнено для шероховатой донной границы с разными масштабами случайных нерегулярностей и разными отражательными способностями. Представлена количественная оценка того, какие ошибки влияния батиметрии, нерегулярной вдоль трассы распространения, на интенсивность звука следует ожидать в рамках адиабатического приближения. В частности показано, что ошибки адиабатического описания растут с уменьшением характерного масштаба флуктуаций шероховатостей. Как следствие при относительно небольших масштабах нерегулярностей адиабатическое приближение приводит к той или иной степени искажения картины интенсивности распространяющегося в волноводе сигнала. Кроме того, в случае многомодовых волноводов с выраженной интерференцией мод наблюдаются значительные расхождения между результатами адиабатического описания и метода ОР на локальных участках дистанции, где формируются минимумы осцилляций интенсивности.
В статье описывается разработанный авторами алгоритм сегментации цветных фотоизображений, полученных системой технического зрения автономного необитаемого подводного аппарата. Целью сегментации является последующее выделение (детектирование) на изображении интересующего объекта, обладающего специфичной цветовой палитрой в сравнении с другими (ложными) объектами поверхности дна. Суть разработанного алгоритма заключается в построении гистограмм распределения частоты повторения значений пикселей в цветовой модели тон‒насыщенность‒яркость (hue‒saturation‒value). Соотношение таких гистограмм детектируемого (искомого) объекта и преимущественного фона (ложных объектов) позволяет сегментировать фотоизображение и распознать на нем интересующий объект. После применения процедуры сегментации производится определение координат и направления детектируемого объекта. Для этих целей в работе используется метод линейной аппроксимации, примененный к совокупности пикселей, прошедших через разработанную процедуру фильтрации. Суть данной процедуры заключается в удалении определённого количества весов пикселей по строкам и по столбцам до тех пор, пока с изображения не будет удалена необходимая сумма весов пикселей. Естественным следствием такой процедуры является полная очистка изображения, что говорит об отсутствии искомого объекта на нем. Преимуществами разработанного алгоритма являются высокая скорость обработки фотокадров (требуется всего один проход по пикселям изображения), скорость обучения (достаточно одного цикла по всем пикселям всех изображений из обучающей выборки) и простота реализации. Приведены примеры работы алгоритма на реальных фотоизображениях, полученных фотосистемой малогабаритного подводного аппарата, предназначенного для обучения студентов и участия в спортивных мероприятиях по подводной робототехнике.
В настоящее время находят применение технологии освоения минеральных ресурсов Мирового океана с помощью роботизированных добычных систем, передвигающихся по дну. Подводные манипуляторы могут использоваться для сбора рассредоточенных по морскому дну твердых полезных ископаемых. Для эффективной работы необходимы высокоскоростные манипуляторы. В манипуляторах скорость звеньев ограничена высокими энергозатратами на преодоление сил инерции в каждом цикле движения. Цель работы – исследование динамики высокоскоростного манипулятора на базе электродвигателей колебательного движения резонансного типа. Резонансная настройка обеспечивает рекуперацию энергии, затраченной на преодоление сил инерции. В глубоководных условиях электрическая часть такого вибропривода может быть легко изолирована от внешней среды. Проведено моделирование динамики привода манипулятора, построенного на базе электродвигателей колебательного движения с поворотным якорем. При разработке математической модели привода использовались уравнения Лагранжа–Максвелла. Моделирование показало, что из-за позиционной зависимости электромагнитного вынуждающего момента рассматриваемые электродвигатели не могут обеспечить достаточно больших амплитуд колебаний. Рассмотрена возможность усиления колебаний методами динамического управления. Показано, что усиления колебаний можно достичь путем введения дополнительной степени свободы в электромеханическую систему «электродвигатель – исполнительный механизм». Предлагается связать схват манипулятора с якорем электродвигателя посредством упругого элемента, образующего вместе с массой схвата инерционный динамический гаситель колебаний якоря. За счет динамического гашения происходит перераспределение колебательной энергии от якоря к исполнительному механизму. В результате амплитуда колебаний схвата возрастает, а амплитуда колебаний якоря, наоборот, стремится к нулю. Причем можно добиться динамической стабилизации колебаний якоря в зоне с максимальными значениями позиционной зависимости вынуждающего электромагнитного момента. Численное моделирование показало, что таким способом можно в десятки раз увеличить амплитуду колебаний исполнительного механизма.
В статье предложен и обоснован конструктивный облик командного автономного необитаемого подводного аппарата (КАНПА) робототехнического комплекса гибридных автономных необитаемых подводных аппаратов (ГАНПА), оборудованных векторно-скалярными приемниками (ВСП) звука для решения задач оперативного мониторинга подводной шумовой обстановки в заданной акватории. КАНПА должен обеспечивать координированное управление движением группы ГАНПА в заданный район и обратно, расстановку аппаратов в заданные географические координаты донной поверхности для образования распределенной антенной системы ВСП, а также сбор результатов обработки сигналов шумового звукового поля по гидроакустическому каналу связи и передачу их на удаленный пост управления в реальном времени по радиоканалу. Предложена модель применения КАНПА, определен состав оборудования, обеспечивающий его целевое использование, обоснован и сформирован конструктивный облик аппарата. При этом особое внимание было уделено унификации бортовых систем комплекса КАНПА и ГАНПА. Отмечены перспективы применения такого комплекса, определяющие возможность решения задач назначения в реальном времени и повышение эффективности его использования.
Издательство
- Издательство
- ИПМТ ДВО РАН
- Регион
- Россия, Владивосток
- Почтовый адрес
- 690091, г.Владивосток, ул.Суханова, д.5а
- Юр. адрес
- 690091, г.Владивосток, ул.Суханова, д.5а
- ФИО
- Коноплин Александр Юрьевич (Руководитель)
- E-mail адрес
- imtp@marine.febras.ru
- Контактный телефон
- +7 (423) 2432416