Беспилотные подводные аппараты ( UUV ), также известные как беспилотные подводные аппараты и подводные дроны , [1] являются погружаемыми аппаратами, которые могут работать под водой без человека- пассажира. Эти аппараты можно разделить на две категории: дистанционно управляемые подводные аппараты (ROUV) и автономные подводные аппараты (AUV). ROUV дистанционно управляются человеком-оператором. AUV автоматизированы и работают независимо от прямого участия человека.
Дистанционно управляемые подводные аппараты (ROUV) — это подкласс UUV, основная цель которого — заменить людей для выполнения подводных задач из-за сложных подводных условий. ROUV предназначены для выполнения образовательных или промышленных миссий. [2] Они управляются вручную оператором для выполнения задач, которые включают наблюдение и патрулирование. [2] Структура ROUV лишает их возможности работать автономно. [2] В дополнение к камере, приводам и датчикам, ROUV часто включают в себя «захват» или что-то, с помощью чего можно захватывать объекты. Это может нарушить распределение веса аппарата, требуя постоянной ручной помощи. Иногда ROUV требуют дополнительной помощи из-за важности выполняемой задачи. ВМС США разработали систему рекомпрессии для спасания подводных лодок (SDRRS), которая может спасти до 16 человек на глубине до 2000 футов под водой за один раз. [3] Такое большое средство с основной ролью спасения жизней требует присутствия оператора(ов) во время своей миссии. [3]
Автономные подводные аппараты (AUV) определяются как подводные аппараты, которые могут работать без человека-оператора. [4] Размеры могут варьироваться от нескольких килограммов до тысяч килограммов. [5] Первый AUV был создан в 1957 году с целью проведения исследований в арктических водах для Лаборатории прикладной физики в Университете Вашингтона . [6] К началу 2000-х годов было разработано 10 различных AUV, таких как винтовые AUV, подводные планеры и бионические AUV. [6] Самые ранние модели использовали винтовые движители, в то время как более поздние модели использовали автоматическое управление плавучестью. Самая ранняя модель, SPURV, весила 484 кг, опускалась на глубину до 3650 метров и могла путешествовать до 5,5 часов. [6] Одна из самых последних моделей, Deepglider, весит 62 кг, может опускаться на глубину до 6000 метров и может путешествовать на расстояние до 8500 км. [6]
Начиная с 1957 года, первый беспилотный подводный аппарат (UUV) был классифицирован как автономный подводный аппарат (AUV) и был создан в Соединенных Штатах для исследования вод Арктики. [6] Специальный подводный исследовательский аппарат (SPURV) использовался Вашингтонским университетом для сбора океанографических данных до 1979 года, в течение которого началась разработка SPURV II, обеспечивающего лучшую производительность движения и лучшие возможности обнаружения. [6]
Ученые из Института автономных и управляющих процессов проявили интерес к разработкам АНПА «СКАТ», что привело к появлению в 1974 году АНПА «Л1» и «Л2». «Л1» и «Л2» — это модели АНПА, используемые для дальнейшего развития технологий и океанографического картирования соответственно. [6]
Дальнейшее развитие дистанционно управляемого аппарата (ROV) привело к созданию автономной и дистанционно управляемой подводной лодки (ARCS) в 1983 году компанией ISE ltd. в партнерстве с «International Submarine Engineering». [6] ARCS также был классифицирован как дистанционно управляемый подводный аппарат (ROUV) из-за его 32-битного процессора Motorola, который позволял осуществлять дистанционное управление. [6] Этот UUV также служил испытательной платформой, улучшая срок службы батареи, навигационные и коммуникационные системы, совершив свое первое погружение в 1987 году. [6]
Когда Российский институт проблем морских технологий представил солнечный автономный подводный аппарат (САУВ), это стало началом долгосрочных исследовательских миссий без необходимости извлечения САУВ для обслуживания. [6] Внедрение солнечных панелей на САУВ началось с САУВ в 1987 году и было сохранено во время создания САУВ II. [6] Солнечные панели позволили проводить более длительные миссии, с возможностью использования таких функций, как GPS и высокая полезная нагрузка, чаще из-за простоты зарядки. [6]
Увеличение срока службы аккумуляторов позволило в 1995 году создать «планеры», которые позволяли совершать длительные погружения, при которых беспилотные подводные аппараты оставались под водой в течение недель или даже месяцев. [6]
UUV начинают приниматься во внимание не только как инструменты для тестирования других подводных миссий из-за увеличения числа пользователей на международном уровне. [7] Также увеличилось финансирование разработки технологии UUV. Рост числа пользователей на международном уровне привел к увеличению спроса на технологию UUV за пределами государственных учреждений, и началась коммерческая продажа UUV, что расширило научно-исследовательское использование UUV до более промышленного/коммерческого использования. [7]
16 декабря 2016 года китайский военный корабль в Южно-Китайском море захватил подводный беспилотник, который находился в процессе извлечения из воды исследовательским судном ВМС США USNS Bowditch . Днем позже Министерство обороны Китая заявило, что вернет беспилотник Соединенным Штатам. Пентагон подтвердил это и заявил, что беспилотник, используемый для сбора данных о погоде и температуре, не вооружен. [8] Дрон был возвращен несколько дней спустя. [9]
В начале 2023 года, после успешного военного использования Украиной беспилотных надводных аппаратов (БПА) в Черном море в октябре и ноябре 2022 года [10] , ВМС Украины начали использовать беспилотный подводный аппарат (БПА), морской беспилотник, называемый « Толока ТЛК-150» . Небольшая роботизированная подводная лодка ТЛК-150 имеет длину 2,5 м (8 футов 2 дюйма) и оснащена двумя двигателями, установленными на стабилизаторах в форме крыла. Хотя «она меньше предыдущих украинских морских беспилотников [и имеет] гораздо меньшую дальность и меньшую скорость, [она] должна компенсировать это, будучи более скрытной и более живучей. [11]
TLK-150 разработан компанией Brave1 , которая имеет проекты для двух более крупных UUV. TLK-400 длиннее на 4–6 м (13–20 футов) и «имеет корпус гораздо большего диаметра, что подразумевает большую дальность и полезную нагрузку. TLK-1000 будет снова намного больше, до 12 метров (40 футов) в длину и с четырьмя двигателями». [11]
В апреле 2024 года Украина объявила, что проводит испытания «беспилотной подводной лодки», которая может быть оснащена боеголовкой, функциями малозаметности и датчиками, перевозить до 10 водолазов, нести шесть торпед или ракет и иметь продолжительность плавания 54 часа/1000 км, а также скорость под водой до 50 км/ч. [12]
В мае 2024 года Northrop Grumman представила подводный беспилотник под названием Manta Ray, разработанный для Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США ( DARPA ). Созданный по образцу манты, этот беспилотник прошел четырехлетнюю разработку, чтобы имитировать движения этого океанического существа. Продукт разработан для длительных и дальних военных операций с минимальным вмешательством человека. Кроме того, он обладает способностью использовать энергию из океана. [13] Manta Ray успешно завершил полномасштабные морские испытания у побережья Южной Калифорнии в феврале и марте 2024 года. [14] [15] По данным DARPA, Manta Ray демонстрирует первую в своем роде возможность для сверхбольшого UUV благодаря его «модульной транспортировке по всей стране, сборке в полевых условиях и последующему развертыванию». [16] [17]
Внешние плавники, перпендикулярные раме UUV, обеспечивали линейное движение UUV и более глубокие контролируемые погружения. [5] Эти планеры используют тягу, полученную от плавучести, что увеличивает продолжительность погружений и их дальность за счет движения вверх и вниз в океане. [5] [18]
В сентябре 2021 года исследователи из китайского университета разработали UUV в форме манты с целью сбора информации вокруг Парасельских островов . [19] Некоторые UUV спроектированы так, чтобы имитировать силуэты животных, чтобы облегчить перемещение и предотвратить обнаружение. [19] Конструкция в виде манты позволяет UUV маскироваться среди морской жизни и способствует легкости, с которой судно плавает в воде. [19]
В мае 2024 года Northrop Grumman представила подводный беспилотник под названием Manta Ray. [13] Дрон, созданный для DARPA, находится в разработке с 2020 года. [14] Manta Ray представляет собой новый класс беспилотных подводных аппаратов (UUV), которые были разработаны для выполнения длительных военных миссий большой дальности с минимальным контролем со стороны человека. Аппарат также способен собирать энергию из океана.
UUV — это кислородозависимые транспортные средства, которым необходимо всплывать. С разработкой движителя, которому не требуется кислород или водород, способность UUV постоянно оставаться под водой резко возрастает. [20]
Новейшим источником энергии для UUV может стать реакция свободной энергии лития/воды, поскольку она производит 8530 Вт·ч/кг. 5% этой энергии превзойдет уже существующие источники плотности энергии, обнаруженные в современных UUV. [5] [21] Источник энергии будет по сути потреблять воду вокруг UUV и манипулировать ею для производства энергии посредством химических реакций, которые будут питать UUV. [5]
ВМС США начали использовать UUV в 1990-х годах для обнаружения и обезвреживания подводных мин. [22] UUV использовались ВМС США во время войны в Ираке в 2010-х годах для обезвреживания мин вокруг Умм-Касра , порта на юге Ирака. [22]
Китайские военные используют БПА в основном для сбора данных и разведывательных целей. [23]
20 декабря 2020 года рыбак в Индонезии заметил планерный UUV около острова Селаяр в Южном Сулавеси. [23] Представители индонезийских военных классифицировали аппарат как китайский Sea Wing (Haiyi), созданный для сбора данных, включая температуру воды, соленость, мутность и уровень кислорода, которые могут помочь составить оптимальные маршруты подводных лодок. [23]
Военно-морские силы многих стран, включая США, Великобританию, Францию, Индию, Россию и Китай [24], в настоящее время создают беспилотные аппараты для использования в океанической войне для обнаружения и уничтожения подводных мин. Например, REMUS — это трехфутовый робот, используемый для обезвреживания мин на площади в одну квадратную милю в течение 16 часов. [25] Это гораздо эффективнее, поскольку команде водолазов-людей потребуется более 21 дня для выполнения той же задачи.
В исследовании, проведенном корпорацией RAND для вооруженных сил США, были проанализированы миссии, которые могли бы выполнять беспилотные подводные аппараты, в том числе разведка, рекогносцировка , противоминная борьба и подводная война . В обзоре они перечислены от наиболее важных к наименее важным. [26]
В ноябре 2022 года издание Eurasian Times сообщило, что Харбинский инженерный университет Китая разработал транссредовые « летающие подводные » беспилотники, способные перемещаться как под водой, так и по воздуху, отметив потенциальное военное применение этих транспортных средств. [27]
Эти примеры применения имели место во время учений Advanced Naval Technology 2018 в августе в Центре подводных боевых действий ВМС в Ньюпорте. Первый пример беспилотных подводных аппаратов был продемонстрирован Northrop Grumman с их гидроакустическими буями, сбрасываемыми с самолета-разведчика. На протяжении всей демонстрации компания использовала: e Iver3-580 ( Northrop Grumman AUV) для демонстрации способности своих аппаратов искать мины, а также для демонстрации своей автоматизированной системы распознавания целей в реальном времени. Другая компания, Huntington Ingalls Industries , представила свою версию беспилотного подводного аппарата под названием Proteus. Proteus — это двухрежимный подводный аппарат, разработанный Huntington and Battelle, во время презентации компания продемонстрировала свои возможности беспилотного подводного аппарата, проведя полную демонстрацию уничтожения на морском дне. Во время демонстрации аппарат использовал гидролокатор с синтетической апертурой , который был прикреплен как к левому, так и к правому борту аппарата, что позволило беспилотному подводному аппарату идентифицировать цели, размещенные под водой, и в конечном итоге уничтожать их. Росс Линдман (директор по операциям в группе поддержки флота технических решений компании) заявил, что «большое значение этого заключается в том, что мы запустили полную цепочку уничтожения». [28] «Мы запустили сокращенную версию реальной миссии. Мы не говорили: «Ну, мы делаем эту часть, и вы должны представить это или это». Мы запустили все это, чтобы проиллюстрировать возможность, которая может быть использована в ближайшем будущем». [28] Заключительную демонстрацию беспилотных подводных аппаратов провела компания General Dynamics , компания продемонстрировала свой кросс-доменный многоплатформенный UUV с помощью инструмента планирования боевых действий, имитирующего театр военных действий. Используя эту симуляцию, они показали прибрежный боевой корабль вместе с двумя беспилотными подводными аппаратами. Целью этого упражнения была демонстрация скорости связи между оператором и UUV. Джеймс Ланжевен, доктор И., высокопоставленный член подкомитета Комитета по вооруженным силам Палаты представителей по возникающим угрозам, заявил в отношении этих учений: «Все это направлено на то, чтобы командующий войной мог принимать решения, основанные на том, что он считает высоконадежными данными, быстрее, чем его противник», — сказал он. «Это цель — мы хотим иметь возможность… позволить им принимать решения, связанные с войной, быстрее, чем кто-либо другой». [28] Эти учения проводились для демонстрации применения беспилотных подводных аппаратов в военном сообществе, а также инноваций, которые каждая компания создала для лучшего соответствия этим конкретным типам миссий. [28]
UUV также использовались для съемок недавнего документального фильма National Geographic под названием «Темные секреты» о « Лузитании » , британском океанском лайнере, потопленном немцами во время Первой мировой войны . [29] Чтобы запечатлеть кадры крушения, съемочная группа использовала комбинацию подводных лодок, дистанционно управляемых подводных аппаратов (ROUV) и подводных костюмов, называемых Newtsuits. [29]
Argo , UUV, разработанный Океанографическим институтом Вудс-Хоул (WHOI) , помог найти обломки Титаника и был оснащен набором телевизионных камер для съемки видов корабля. [30] Аппарат имел возможность снимать широкоугольную пленку и увеличивать масштаб для более детального просмотра обломков. [30] Кадры, снятые Argo, были включены в документальный фильм National Geographic 1986 года «Секреты Титаника» , в котором подробно рассказывается об экспедиции под руководством доктора Роббера Балларда и который позволяет зрителям более подробно рассмотреть обломки корабля. [30]
Беспилотные подводные аппараты могут использоваться для глубоководных исследований и разведки. Например, дистанционно управляемые аппараты использовались для сбора образцов с морского дна для измерения содержания микропластика , [31] для исследования глубоководной фауны и структур и открытия новых подводных видов. [32] [33]
UUV обычно используются в океанических исследованиях для таких целей, как измерение течений и температуры, картирование дна океана и обнаружение гидротермальных источников . Беспилотные подводные аппараты используют картографирование морского дна , батиметрию , цифровые камеры, магнитные датчики и ультразвуковую визуализацию.
Океанографический институт Вудс -Хоул использует аппарат под названием Sentry, который предназначен для картирования дна океана на глубине шесть тысяч метров. Аппарат имеет форму, минимизирующую сопротивление воды во время погружений, и использует акустические системы связи для сообщения о состоянии аппарата во время работы. Беспилотные подводные аппараты способны регистрировать условия и рельеф подо льдом, так как риск отправки беспилотного аппарата в нестабильные ледяные образования намного ниже, чем у пилотируемого судна. Беспилотные аппараты планерного типа часто используются для измерения температуры океана и силы течений на различных глубинах. Их простота и сниженные эксплуатационные расходы позволяют задействовать больше UUV с большей частотой, повышая точность и детализацию отчетов о погоде в океане. Многие UUV, разработанные с целью сбора образцов или изображений морского дна, являются буксируемыми и тянутся судовым кабелем либо по морскому дну, либо над ним. Буксируемые аппараты могут быть выбраны для задач, требующих большого количества энергии и передачи данных, таких как тестирование образцов и получение изображений высокой четкости, так как их буксирный кабель служит способом связи между контроллером и судном. В 2021 году ученые продемонстрировали биоинспирированного автономного мягкого робота для глубоководных операций, который может выдерживать давление в самой глубокой части океана в Марианской впадине . Робот оснащен искусственными мышцами и крыльями из гибких материалов и электроникой, распределенной внутри его силиконового тела, и может использоваться для исследований и мониторинга окружающей среды . [34] [35] [36]
Science Direct утверждает, что использование беспилотных подводных аппаратов постоянно растет с тех пор, как они были введены в 1960-х годах, и они чаще всего используются в научных исследованиях и сборе данных. Oceanservice описывает дистанционно управляемые аппараты (ROV) и автономные подводные аппараты (AUV) как две разновидности UUV, каждая из которых способна выполнять одни и те же задачи при условии, что аппарат правильно спроектирован. [ необходима цитата ]
Такие компании, как Duro AUS, предлагают UUV, которые могут удаленно собирать и передавать данные о воде для местных органов власти. [37] Duro помогает правительству Нью-Йорка собирать данные вокруг Randall's Island Park Alliance для мониторинга качества воды и состояния водно-болотных угодий в реках Ист и Гарлем . [37] Другой проект, который Duro реализует совместно с Bronx River Alliance, направлен на восстановление дикой природы реки. [37] Используя эти данные, государственные и местные органы власти приняли ключевые решения относительно политики в рамках Нью-Йоркского плана действий по океану для прилегающих океанов, рек и эстуариев. [38]
Основная проблема с беспилотными подводными аппаратами — это связь. Связь между пилотом и беспилотным аппаратом имеет решающее значение, однако существует множество факторов, которые затрудняют связь между ними. Одна из основных проблем связана с искажением передач под водой, поскольку вода может искажать подводные передачи и задерживать их, что может быть очень серьезной проблемой в миссии, чувствительной ко времени. Связь обычно нарушается из-за того, что беспилотные подводные аппараты используют акустические волны, а не более обычные электромагнитные волны . Передача акустических волн обычно задерживается на 1–2 секунды, поскольку они движутся медленнее, чем другие типы волн. Другие условия окружающей среды также могут затруднять связь, такие как отражение, преломление и поглощение сигнала. Эти подводные явления в целом рассеивают и ухудшают сигнал, делая системы связи UUV довольно запаздывающими по сравнению с другими источниками связи. [39]
Популярной навигационной системой на борту этих беспилотных подводных аппаратов является акустическое позиционирование , которое также сталкивается с теми же проблемами, что и акустическая связь, поскольку они используют ту же систему. Королевский флот Нидерландов опубликовал статью [40], в которой подробно излагаются их опасения относительно беспилотных морских аппаратов. Королевский флот Нидерландов серьезно обеспокоен способностью UUV избегать обнаружения и выполнять задачи, которые невозможны на пилотируемых судах. Адаптивность и полезность беспилотных подводных аппаратов означает, что будет трудно предсказать и противостоять их будущим действиям. [ необходима цитата ] За последние несколько лет такие проекты, как TWINBOT, разрабатывают новые способы связи между несколькими AUV GIRONA500. [41]
{{cite web}}: |last=имеет общее название ( помощь )