С.А. Половко, П.К. Шубин, В.И. Юдин Санкт-Петербург, Россия
концептуальные вопросы роботизации морской техники
S.A. Polovko, P.K. Shubin, V.I. Yudin
St.-Petersburg, Russia
a conceptual issues robotization marine engineering
Рассмотрены научно обоснованные концепции настоятельной необходимости роботизации всех работ, связанных с морской техникой, призванной вывести человека из зоны повышенного риска, повысить функциональные возможности, оперативность и производительность морской техники, а также разрешить стратегический конфликт между усложнением и интенсификацией процессов управления и обслуживания техники и ограниченными возможностями человека.
МОРСКАЯ ТЕХНИКА. РОБОТЫ. РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ. РОБОТИЗАЦИЯ. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОГРАММА.
The article describes the concept of evidence-based robotics urgent need of all work related to marine technology, designed to bring people from high-risk areas, to improve the functionality, flexibility and performance marine applications and enable strategic conflict between complexity and intensification of management and maintenance of equipment and disabled person.
MARINE ENGINEERING. ROBOT. ROBOT SYSTEMS. ROBOTIZATION. STATE PROGRAM.
В качестве принципиальных, концептуальных вопросов научно обоснованной роботизации морской техники (МТ) целесообразно рассмотреть прежде всего вопросы, непосредственно вытекающие из причин необходимости роботизации. То есть причин, по которым объекты МТ становятся объектами внедрения роботов, робототех-нических комплексов (РТК) и систем. Здесь и в дальнейшем под РТК понимается совокупность робота и пульта управления им, а под робототех-нической системой - совокупность РТК и объекта его носителя.
Роботы, как свидетельствует опыт их создания и применения, внедряются в первую очередь там, где труд человека и его жизнедеятельность затруднены, невозможны или сопряжены с угрозой для жизни и здоровья. Например, это имеет место в зонах радиоактивного или химического загрязнения, в условиях боевых действий, при проведении подводных или космических исследований, работ и т. п.
Применительно к морской деятельности это прежде всего:
глубоководные исследования;
водолазные работы на больших глубинах; подводно-технические работы; аварийно-спасательные работы; поисково-спасательные работы в неблагоприятных гидрометеоусловиях (ГМУ);
добыча сырья и полезных ископаемых на шельфе.
Применительно к военной области: противоминная и противодиверсионная оборона;
разведка, поиск и слежение; участие в боевых действиях и их обеспечение.
Таким образом, практически весь спектр объектов: от подводной МТ (водолазная техника, обитаемые подводные аппараты - ОПА, подводные лодки - ПЛПЛ, техника освоения шельфо-вой зоны мирового океана), надводной (корабли, суда, катера) до воздушной МТ (летательные аппараты - ЛА) являются объектами роботизации, т. е. представляют собой объекты, подлежащие внедрению на них роботов, РТК и систем.
Причем с той или иной степенью риска для жизни человека сопряжена не только работа вне
объекта МТ, за бортом, на глубине (водолазный труд), но и работа непосредственно на морском объекте . Очевидно, что очередность роботизации должна быть напрямую связана с величиной риска для жизни персонала (членов экипажа). Количественно величина риска может быть измерена статистической или прогнозной (расчетной) вероятностью смерти человека в зависимости от вида деятельности в год [год-1], как это показано в на основе статистических данных и данных литературных источников.
Примем к рассмотрению три уровня риска, представленные на рисунке, в зависимости от вида деятельности и источника риска по данным . Чем выше величина риска, тем ближе данный вид деятельности человека (и соответствующий ему вид техники) к началу очереди на роботизацию. Имеется в виду первоочередное создание роботизированных зон как вне, так и внутри объектов МТ, зон функционирования роботов, с целью удалить человека из зоны повышенного риска.
Пусть п. - порядковый номер в очереди на роботизацию данного (/-го) объекта МТ, а т. - соответственно, вероятность гибели членов экипажа /-го объекта МТ в год. Тогда для оценки очередности роботизации можем получить:
п1 =1+|(г); /(1Л (1)
где |(т.) - ступенчатая функция от величины риска:
|(т.) = 0, при г. > ГНУР =10-3 год-1;
|(т) = 1 при тНур > г. > ГПДУ = 10-4 год-1;
|(т) = 2 при тпду > г, > гппу = 10-6 год-1;
|(Т) = 3, Г1 < гппу.
Оценивая требуемую степень роботизации /-го объекта МТ $1"), необходимо ориентироваться прежде всего на степень сокращения численности персонала в зоне деятельности с повышенным риском, которая полагается пропорциональной степени превышения т. над гПдУ в следующем виде:
5." = 1 - тПДУ т(2)
Оценка доли персонала от общей исходной численности его (Ж) на /-м объекте морской техники, остающейся после внедрения РТК, будет иметь следующий вид:
№б = [(1 - яд]. (3)
Степень роботизации, т. е. степень внедрения РТК с целью замены персонала /-го объекта МТ,
можно оценивать в процентном отношении в следующем виде:
5 . =(Ж - №б)Ж-1- 100 %.
Из (2) очевидно следует, что при т. > гНУр ^ 5т > 90,0 %. То есть практически весь персонал должен быть удален с данного объекта (из данной зоны) и заменен РТК.
Принцип замены человеческого труда на роботизированный в зонах повышенной опасности является безусловно главенствующим, что подтверждается активным внедрением подводных роботов - необитаемых подводных аппаратов (НПА). Однако он не исчерпывает всех потребностей во внедрении РТК в морское дело.
Следующими по степени значимости необходимо признать принципы расширения функциональных возможностей морской техники, роста оперативности и производительности работ за счет внедрения морских роботов (МР), РТК и систем. Так, при замене тяжелого водолазного труда, например, в случае осмотра, обследования или ремонта объектов под водой (на грунте) подводным роботом, расширяются функциональные возможности, растет оперативность и производительность работ . Использование автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) в качестве спутников ПЛ существенно расширяет боевые возможности и повышает боевую устойчивость ПЛ . Активная разработка и применение безэкипажных катеров (БК) и судов (БС), а также беспилотных ЛА (БПЛА) за рубежом, также свидетельствует о перспективности роботизированной МТ. Действительно, даже при прочих равных условиях исключается риск потери экипажа объекта МТ при работе в сложных ГМУ. В целом можно говорить о сравнительно высокой эффективности (полезности) морских роботов (НПА, БК, БС, БПЛА) при сравнительно невысокой стоимости .
Следующим концептуальным вопросом в проблеме научно обоснованной роботизации объектов МТ является классификация морской робототехники, которая не только фиксирует существующее состояние дел и опыт разработки и применения роботов, но также позволяет прогнозировать основные тенденции и перспективные направления дальнейшего развития при решении задач внешней роботизации.
Наиболее обоснованный подход к классификации морской подводной робототехники
представлен в . Под морской робототехникой будем понимать собственно роботов, робототех-нические комплексы и системы. Разнообразие созданных в мире НПА затрудняет их строгую классификацию. Чаще всего в качестве классификационных признаков морских РТК (НПА) используют массу, габариты, автономность, способ передвижения, наличие плавучести, рабочую глубину, схему развертывания, назначение, функциональные и конструктивные особенности, стоимость и некоторые др.
Классификация по массогабаритным характеристикам:
микроПА (ПМА), масса (сухая) < 20 кг, дальность плавания менее 1-2 морских миль, оперативная (рабочая) глубина до 150 м;
мини-ПА, масса 20-100 кг, дальность плавания от 0,5 до 4000 морских миль, оперативная глубина до 2000 м;
малые НПА, масса 100-500 кг. В настоящее время ПА этого класса составляют 15-20 % и находят широкое применение при решении различных задач на глубинах до 1500 м;
средние НПА, масса более 500 кг, но менее 2000 кг;
большие НПА, масса > 2000 кг. Классификация по особенностям формы несущей конструкции:
классической формы (цилиндрической, конической и сферической);
бионические (плавающего и ползающего типов);
Подводные (водолазные)
работы _2 -^ 10
Служба на ПЛПЛ ВМФ -
Освоение шельфа
Автотранспорт
Рыболовство
Морской флот
Стихийные бедствия -
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ РИСК СМЕРТИ (г в год)
ОБЛАСТЬ НЕПРИЕМЛЕМОГО РИСКА
ОБЛАСТЬ ЧРЕЗМЕРНОГО РИСКА
ОБЛАСТЬ ПРИЕМЛЕМОГО РИСКА
Уровни риска смерти человека (вероятность - г в год) в зависимости от вида деятельности и источника риска,
а также принятая классификация уровней риска: ППУ - предельно пренебрежимый уровень риска; ПДУ - предельно допустимый уровень риска;
НУР - неприемлемый уровень риска
планерной (самолетной) формы;
с солнечной панелью на верхней части корпуса (плоские формы);
ползающие НПА на гусеничной базе.
Классификация морских РТК (НПА) по степени автономности. АНПА должен отвечать трем основным условиям автономности: механической, энергетической и информационной.
Механическая автономность предполагает отсутствие какой-либо механической связи в виде кабеля, троса или шланга, связывающих ПА с судном-носителем либо с донной станцией или береговой базой.
Энергетическая автономность предполагает наличие на борту ПА источника питания в виде, например, аккумуляторных батарей, топливных элементов, ядерного реактора, двигателя внутреннего сгорания с замкнутым рабочим циклом и т. п.
Информационная автономность НПА предполагает отсутствие информационного обмена между аппаратом и судном-носителем, либо донной станцией или береговой базой. При этом НПА должен иметь и автономную инерциальную навигационную систему.
Классификация морских РТК (НПА) по информационному принципу для соответствующего поколения НПА.
Морские автономные РТК ВН (АНПА) первого поколения функционируют по заранее заданной жесткой неизменяемой программе.
Дистанционно управляемые (ДУ) НПА первого поколения управляются по разомкнутому контуру. В этих простейших устройствах команды управления подаются непосредственно в движи-тельный комплекс без использования автоматических обратных связей.
АНПА второго поколения имеют разветвленную сенсорную систему.
Второе поколение ДУНПА предполагает наличие автоматических обратных связей по координатам состояния объекта управления: высоте над дном, глубине погружения, скорости, угловым координатам и т. п. Эти очередные координаты сравниваются в автопилоте с заданными, определяемыми оператором.
АНПА третьего поколения будут обладать элементами искусственного интеллекта: возможностью самостоятельного принятия несложных решений в рамках общей поставленной перед ними задачи; элементами искусственного зрения
с возможностью автоматического распознавания простых образов; возможностью к элементарному самообучению с пополнением собственной базы знаний.
ДУНПА третьего поколения управляются оператором в интерактивном режиме. Система супервизорного управления предполагает уже некую иерархию, состоящую из верхнего уровня, реализуемого в ЭВМ судна-носителя, и нижнего уровня, реализуемого на борту подводного модуля.
В зависимости от глубины погружения обычно рассматривают: мелководные ПТПА с рабочей глубиной погружения до 100 м, ПТПА для работ на шельфе (300-600 м), аппараты средних глубин (до 2000 м) и ПТПА больших и предельных глубин (6000 м и более).
В зависимости от типа движительной установки можно различать НПА с традиционной винторулевой группой, МР с движительной установкой на бионических принципах и АНПА -планеры с движительной системой, использующей изменение дифферента и плавучести.
Современные робототехнические системы находят применение практически во всех областях подводно-технических работ. Однако главной областью их применения была и остается военная . Уже произошло включение в состав ВМС ведущих индустриальных государств боевых НПА, БПЛА, которые могут стать высокоэффективным и скрытым компонентом системы средств вооруженной борьбы на океанских и морских театрах военных действий. Вследствие относительно невысокой стоимости производство НПА может быть крупносерийным, а их применение -широкомасштабным.
В плане создания НПА, БПЛА и БС военного назначения особенно показательны усилия США. Например, АНПА придаются каждой многоцелевой и ракетной ПЛ. Каждой тактической группе надводных кораблей придаются два таких АНПА. Развертывание АНПА с ПЛ предполагается проводить через торпедные аппараты, пусковые ракетные шахты или со специально оборудованных для них мест снаружи прочного корпуса ПЛ . Чрезвычайно перспективным оказалось использование НПА и БПЛА в борьбе с минной опасностью. Их применение привело к созданию новой концепции «охоты на мины», включающей обнаружение, классификацию, идентификацию и нейтрализацию (уничтожение) мин. Противомин-
ные НПА, дистанционно управляемые с корабля, позволяют выполнять противоминные операции с большей эффективностью, а также увеличить глубины районов противоминных действий, сократить время на проведение идентификации и уничтожения . В планах Пентагона главный упор в будущих сетецентрических войнах делается на широкомасштабное использование боевых роботов, непилотируемых летательных аппаратов и необитаемых подводных аппаратов. Пентагон рассчитывает к 2020 г. роботизировать треть всех боевых средств, создавая полностью автономные роботизированные соединения и другие формирования .
Развитие отечественных морских робототех-нических систем и комплексов специального назначения необходимо проводить в соответствии с Морской доктриной Российской Федерации на период до 2020 г. , с учетом результата анализа тенденций развития мировой робототехники, а также в связи с переходом экономики России на инновационный путь развития.
При этом учитываются результаты выполнения федеральной целевой программы «Мировой океан», проводимого на постоянной основе анализа состояния и тенденций развития морской деятельности в Российской Федерации и в мире в целом, а также системных исследований по вопросам, касающимся обеспечения национальной безопасности Российской Федерации в сфере изучения, освоения и использования Мирового океана. Эффективность внедрения полученных в ФЦП результатов определяется широким использованием технологий двойного применения и модульными принципами проектирования.
Цель развития морской робототехники - повышение эффективности использования специальных систем и вооружений ВМФ, специальных систем ведомств, эксплуатирующих морские ресурсы, расширение их функциональных возможностей, обеспечение безопасности деятельности экипажей ЛА, НК, ПЛ, подводных аппаратов и выполнения специальных, подводно-технических и аварийно-спасательных работ.
Достижение цели обеспечивается реализацией следующих принципов развития в части конструирования, создания и применения морской робототехники:
унификация и модульное построение;
миниатюризация и интеллектуализация;
сочетание автоматического, автоматизиро-
ванного и группового управления;
информационная поддержка управления ро-бототехническими системами;
гибридизация по комплексированию разнородных мехатронных модулей в составе комплексов и систем;
распределенная инфраструктура сопровождения в сочетании с бортовыми системами информационной поддержки морских операций.
Основные направления развития морской робототехники должны обеспечивать решение ряда стратегических проблем усложнения и интенсификации военной техники, связанных с взаимодействием в системе «человек-техника» .
Внутреннее направление, нацеленное на обеспечение роботизации энергонасыщенных герметичных отсеков НК, ПЛ и ОПА. К нему относятся внутриотсечные робототехнические средства (в т. ч. подвижные малогабаритные средства мониторинга), комплексы и системы предупреждения о наступлении опасных (аварийных) ситуаций и принятия мер по их устранению .
Внешнее направление, в обеспечение роботизации водолазных и специальных морских работ, включая мониторинг состояния потенциально опасных объектов, а также аварийно-спасательные работы. К нему относятся БПЛА, БПС, МРС, АНПА, беспилотные обитаемые подводные аппараты (БОПА), морские робототехни-ческие комплексы и системы .
Основными задачами развития морской робототехники являются функциональные, технологические, сервисные и организационные.
Перспективные функциональные задачи морской робототехники в рамках внутрикорабельной деятельности:
ведение мониторинга состояния механизмов и систем, параметров внутриотсечной среды;
проведение отдельных опасных и особо опасных работ внутри и снаружи отсеков и помещений;
технологические и транспортные операции; обеспечение выполнения функций экипажа в период беспилотного функционирования НК, ПЛ или ЛА;
предупреждение о наступлении аварийных ситуаций и принятие мер по их устранению.
Перспективные функциональные задачи морской робототехники в рамках функционирования на поверхности объекта, над водой, под водой и на дне:
мониторинг и техническое обслуживание НК, ПЛ и ОПА (включая сбор и передачу информации о состоянии ОПА);
выполнение технологических операций и обеспечение научных исследований;
выполнение задач разведки, наблюдения, ведения определенных боевых действий самостоятельно;
разминирование, работы с потенциально опасными объектами;
работы в составе навигационных систем и систем гидрологического и экологического мониторинга.
Основные перспективные технологические задачи в области создания морской робототехники:
создание гибридных модульных автономных МРС с оперативной модификацией собственной структуры для различных функциональных назначений;
разработка способов группового управления роботами и организация их взаимодействия;
создание систем телеуправления с объемной визуализацией, в т. ч. в масштабе реального времени;
управление МРС с использованием информационно-сетевых технологий, включая самодиагностику и самообучение;
интеграция МРС в системы более высокого уровня, включающие средства доставки в район их применения и всестороннее обеспечение функционирования;
организация человеко-машинного интерфейса, обеспечивающего автоматическое, автоматизированное, супервизорное и групповое управление МР.
Основными сервисными задачами при эксплуатации морской робототехники являются:
развитие наземной и бортовой инфраструктуры для отработки поддержки и сопровождения МРС;
разработка ситуационных имитационно-моделирующих комплексов и тренажеров, специального оборудования и оснастки для обучения, обслуживания и поддержки МРС;
обеспечение ремонтопригодности и возможности утилизации конструкций оборудования, приборов и систем.
В составе основных организационных задач и мероприятий создания и внедрения морской робототехники целесообразно предусмотреть:
разработку комплексной целевой программы (КЦП) развития морской робототехники (роботизации МТ);
создание рабочего органа для обоснования и формирования КЦП роботизации МТ, включая планирование мероприятий, формирование перечня конкурсных заданий, экспертизу, отбор предлагаемых проектов и возможных решений;
проведение мероприятий по организационно-штатному, кадровому и материальному обеспечению испытаний и эксплуатации морской робототехники на флоте.
В качестве показателей и критериев эффективности разработки и внедрения морской робототехники целесообразно рассмотреть следующие основные:
1) степень замены персонала объекта;
2) военно-экономическую эффективность (критерий эффективности - стоимость);
3) степень универсальности (возможность двойного использования);
4) степень стандартизации и унификации (конструктивно-технологический критерий);
5) степень соответствия функциональному назначению (критерий технического совершенства, возможности дальнейшей модернизации, модификации, усовершенствования и интегрирования в другие системы).
Основным условием для разработки и внедрения РТК, систем и их элементов является успешное решение экономических и организационных задач, прежде всего задач разработки и реализации КЦП роботизации МТ и федеральных программ закупок РТК.
Одним из самых сложных и трудоемких процессов при разработке КЦП предполагается составление перечня работ и технологических карт их выполнения (каталогизация работ) для решения задач, в которых необходимо использование робототехнических средств. Каждая типовая операция, проводимая силами ВМФ и других заинтересованных ведомств, должна быть представлена в виде алгоритма, либо набора типовых действий или сценариев. Из полученного набора сценариев должны быть вычленены те, где необходимо использование робототехнических средств. Выбранные сценарии (отдельные операции) должны быть сведены в единый пополняемый реестр работ, предусматривающих использование робо-тотехнических средств. Данный перечень должен иметь строгую иерархическую структуру, отра-
жающую степень важности (первоочередности) данных работ, информацию о частоте или повторяемости их проведения, оценки затрат на разработку и изготовление робототехнических средств для их проведения. Разработанный перечень должен стать исходной информацией для последующего принятия решения о разработке необходимых средств в рамках КЦП.
Концептуальное значение имеет уже известный тезис: многие важные задачи флота могут быть успешно решены, если ориентироваться на групповое использование взаимодействующих относительно недорогих, портативных, малогабаритных роботов, не требующих развитой инфра-
структуры и высококвалифицированного обслуживающего персонала, вместо меньшего числа больших, дорогостоящих, требующих специальных носителей, и тем более обитаемых, подводных, надводных и летательных аппаратов.
Таким образом, роботизация морской техники призвана вывести человека из зоны повышенного риска, повысить функциональные возможности, оперативность и производительность морской техники а также разрешить стратегический конфликт между усложнением и интенсификацией процессов управления и обслуживания техники, и ограниченными возможностями человека.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Александров, М.Н. Безопасность человека на море [Текст] / М.Н. Александров. -Л.: Судостроение, 1983.
2. Шубин, П.К. Проблема внедрения безлюдных технологий на морские объекты [Текст] / П.К. Шубин // Экстремальная робототехника. Матер. XIII науч.-технич. конф. -СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2003. -С. 139-149.
3. Шубин, П.К. Повышение безопасности энергонасыщенных объектов ВМФ средствами робототехники. Актуальные проблемы защиты и безопасности [Текст] / П.К. Шубин // Экстремальная робототехника. Тр. XIV Всерос. науч.-практич. конф. -СПб.: НПО Специальных материалов, 2011. -Т. 5. -С. 127-138.
4. Агеев, М.Д. Автономные подводные роботы. Системы и технологии [Текст] / М.Д. Агеев, Л.В. Киселев, Ю.В. Матвиенко [и др.]; Под. ред. М.Д. Агеева. -М.: Наука, 2005. -398 с.
5. Агеев, М.Д. Необитаемые подводные аппараты военного назначения: Монография [Текст] / М.Д. Агеев, Л.А. Наумов, Г.Ю. Илларионов [и др.]; Под. ред.
М.Д. Агеева. -Владивосток: Дальнаука, 2005. -168 с.
6. Алексеев, Ю.К. Состояние и перспективы развития подводной робототехники. Ч. 1 [Текст] / Ю.К. Алексеев, Е.В. Макаров, В.Ф. Филаретов // Меха-троника. -2002. -№ 2. -С. 16-26.
7. Илларионов, Г.Ю. Угроза из глубины: XXI век [Текст] / Г.Ю. Илларионов, К.С. Сиденко, Л.Ю. Бочаров. -Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. -304 с.
8. Баулин, В. Реализация концепции «Сетецен-трическая война» в ВМС США [Текст] / В. Баулин,
A. Кондратьев // Зарубежное военное обозрение. -2009. -№ 6. -С. 61-67.
9. Морская доктрина Российской Федерации на период до 2020 года (утв. Президентом РФ В.В. Путиным 27 июля 2001 г № Пр-1387).
10. Лопота, В.А. О путях решения некоторых стратегических проблем военной техники [Текст] /
B.А. Лопота, Е.И. Юревич // Вопросы оборонной техники. Сер. 16. Технические средства противодействия терроризму. -М., 2003. -Вып. 9-10. -С. 7-9.
В современной робототехники роботы определяются как класс технических систем, которые в своих действиях воспроизводят двигательные и интеллектуальные функции человека.
От обычной автоматической системы робот отличается многоцелевым назначением, большой универсальностью, возможностью перестройки на выполнение разнообразных функций.
Роботы классифицируются:
По областям применения – промышленные, военные, исследовательские;
По среде применения(эксплуатаций) – наземные, подземные, надводные, подводные, воздушные, космические;
По степени подвижности – стационарные, мобильные, смешанные; - по типу системы управления – программные, адаптивные, интеллектуальные.
Многообразие устройств, относящихся к классу промышленных роботов и предназначенных для автоматизации ручного, тяжелого, вредного, опасного или монотонного труда, можно классифицировать по:
назначению;
степени универсальности;
кинематическим, геометрическим, энергетическим параметрам;
методам управления (степени участия человека в программировании работы робота).
По назначению известные в настоящее время роботы могут быть укрупненно распределены на следующие три группы: для научных целей, для военных целей, для использования в производстве, в сфере обслуживания.
К человеку все чаще и чаще предъявляются требования, выполнение которых ограничено его биологическими возможностями (в условиях космоса, повышенной радиации, больших глубин, химически активных сред и т. п.).
При обследовании планет и других космических тел транспортные средства должны быть оснащены манипуляторами для связи экипажа с внешним миром. Если же аппарат не обитаем, то манипуляторы должны иметь телеуправление с Земли. В таких автоматических аппаратах «руки» телеоператора - важнейшее средство активного взаимодействия с окружающей средой.
Не менее обширное применение телеоператоры и роботы нашли при различных работах на больших глубинах морей и океанов. Раньше человек опускался на глубину в специальном аппарате и был несколько пассивным наблюдателем, теперь построенные в последнее время подводные аппараты оснащены «руками», которыми управляет человек, находящийся внутри глубоководного аппарата.
Телеоператоры и роботы применяются для прокладки кабеля на глубине, поиска и подъема затонувших кораблей и грузов, для различных исследований недоступных морских глубин.
Автономный необитаемый подводный аппарат - АНПА (англ. autonomous underwater vehicle - AUV) подводный робот чем-то напоминающий торпеду или подводную лодку, перемещающийся под водой с целью сбора информации о рельефе дна, о строении верхнего слоя осадков, о наличии на дне предметов и препятствий. Питание аппарата осуществляется от аккумуляторов или другого типа батарей. Некоторые разновидности АНПА способны погружаться до глубины 6000 м. АНПА используются для площадных съёмок, для мониторинга подводных объектов, например трубопроводов, поиска и обезвреживания подводных мин.
Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА) (англ. Remotely operated underwater vehicle (ROV)) - это подводный аппарат, часто называемый роботом, который управляется оператором или группой операторов (пилот, навигатор и др.) с борта судна. Аппарат связан с судном сложным кабелем, через который на аппарат поступают сигналы управления и электропитание, а обратно передаются показания датчиков и видео сигналы. ТНПА используются для осмотровых работ, для спасательных операций, для остропки и извлечения крупных предметов со дна, для работ по обеспечиванию объектов нефтегазового комплекса (поддержка бурения, осмотр трасс газопроводов, осмотр структур на наличие поломок, выполнение операций с вентилями и задвижками), для операций по разминированию, для научных приложений, для поддержки водолазных работ, для работ по поддержанию рыбных ферм, для археологических изысканий, для осмотра городских коммуникаций, для осмотра судов на наличие контрабандных товаров, прикреплённых снаружи к борту и др. Круг решаемых задач постоянно расширяется и парк аппаратов стремительно растёт. Работа аппаратом намного дешевле дорогостоящих водолазных работ несмотря на то, что первоначальные вложения достаточно велики, хотя работа аппаратом не может заменить весь спектр водолазных работ.
Кроме перечисленных областей применения в опасных условиях телеоператоры и роботы используются при ремонте и замене ядерных двигателей, во время работ в зараженных зонах, в шахтах.
Ведутся работы по созданию специального робота для добычи угля. По задумке Korea Coal Corp, робот будет не только добывать уголь, но и собирать его, а затем помещать его на конвейерную ленту, которая и доставит породу наверх. Контролировать работу будут механики, находящиеся на поверхности.
Современные роботы-пожарники имею возможности:
Разведка и мониторинг местности в зоне возникновения ЧС;
Пожаротушение в условиях современных техногенных аварий, сопровождаемых повышенным уровнем радиации, наличием отравляющих и сильнодействующих веществ в зоне работ, осколочно-взрывным поражением; с использованием водопенных средств пожаротушения;
Проведение аварийно-спасательных работ на месте пожара и чрезвычайной ситуации;
Разборка завалов для доступа в зону горения и ликвидации чрезвычайных ситуаций;
При соответствующем переоснащении возможно проведение пожаротушения с использованием порошков и сжиженных газов.
Например роботы "Ель-4", "Ель-10" и "Луф-60", предназначенные для тушения техногенных пожаров без участия человека, приняли участие в тушение лесного пожара 2010г вокруг ядерного центра в Сарове.
Многие виды производства требуют применения роботов. Использование их освобождает рабочего от труда в изнурительных и тяжелых условиях. В кузнечном цехе для перемещения и установки на молот тяжелых раскаленных заготовок можно поставить робот. Роботы могут окрашивать изделия, освобождая человека от пребывания в помещении с распыленной краской. Наиболее опасными и вредными являются операции с радиоактивными веществами и атомным оборудованием. Такие работы давно выполняют «руками» телеоператоров.
Для работы с ядерными реакторами и радиоактивными установками разработаны подвижные телеоператоры, у которых герметичная кабина снабжена защитными стенками для работы в радиоактивной среде.
Примеров использования роботов и телеоператоров на вредных и тяжелых работах можно привести множество. Роботы рационально применять на однообразных повторяющихся операциях, например, установка заготовок и деталей на станок. Робот может брать и перемещать хрупкие стеклянные и мелкие детали.
Следует также отметить еще одно направление в технике - это создание специальных усилителей физических возможностей человека - так называемый экзоскелет (от греч. внешний скелет) - устройство, предназначенное для увеличения мускульной силы человека за счёт внешнего каркаса. Экзоскелет повторяет биомеханику человека для пропорционального увеличения усилий при движениях. По сообщениям открытой печати, реально действующие образцы в настоящее время созданы в Японии и США. Экзоскелет может быть интегрирован в скафандр.
Первый экзоскелет был совместно разработан General Electric и United States military в 60-х, и назывался Hardiman. Он мог поднимать 110кг при усилии, применяемом при подъеме 4,5кг. Однако он был непрактичным из-за его значительной массы в 680кг. Проект не был успешным. Любая попытка использования полного экзоскелета заканчивалась интенсивным неконтролируемым движением, в результате чего никогда не проверялся с человеком внутри. Дальнейшие исследования были сосредоточены на одной руке. Хотя она должна была поднимать 340кг, её вес составлял три четверти тонны, что в два раза превышало подъемную мощность. Без получения вместе всех компонентов для работы практическое применение проекта Hardiman было ограничено.
По степени универсальности все роботы можно разделить на три группы:
Специальные, например, манипулятор для переворачивания и установки в вакууме кинескопов или манипулятор для установки заготовок в специальный штамп. Как правило, эти устройства обладают одной-тремя степенями свободы и работают по строго зафиксированной программе, выполняя простую операцию;
Специализированные, область применения которых ограничена определенными условиями и пространством. Например, роботы, имеющие регулируемую длину рук и несколько степеней свободы в пространстве для выполнения только «горячих» работ - литья или термообработки;
Универсальные устройства, перемещающиеся в пространстве, например, роботы с большим количеством степеней свободы и регулируемой длиной функционирующих конечностей, способные выполнять самые разнообразные операции с широкой номенклатурой деталей. Универсальный промышленный робот общего назначения можно переключить на другую работу и быстро перепрограммировать для выполнения любого в пределах технических возможностей цикла.
По кинематическим, геометрическим и энергетическим параметрам устройства подразделяются следующим образом.
По кинематическим параметрам роботы можно классифицировать в зависимости от количества степеней свободы, возможных вариантов действия и перемещения функциональных органов, а также по скорости их движения.
По геометрическим параметрам как классификационному признаку роботы подразделяют в зависимости от размеров функционирующих органов и диапазонов их линейных и угловых перемещений.
По энергетическим параметрам роботы делят на группы по грузоподъемности и развиваемой мощности.
По методам управления промышленные роботы первых поколений можно разделить на роботы:
Управляемые от систем числового программного управления;
с цикловыми системами управления;
Автономные, управляемые от ЭВМ (управляющих машин, способных собирать и анализировать информацию в процессе действия, реагировать на эту информацию, соответственно изменяя программу).
Разработаны телевизионные системы дистанционного управления, обеспечивающую стереоскопическое изображение зоны действия. Применяются в медицине (робот da Vinci) и системах телеприсутствия.
В системах ЧПУ роботов записанная программа многократно повторяется.
Изменение характера движений робота может быть достигнуто только вследствие ввода новой программы. Программирование работы таких роботов несложно и является простейшим видом их «обучения». В этом случае человек осуществляет только периодический контроль за работой робота и смену программы.
Роботы, управляемые от ЭВМ, обладают системой управления, способной собирать необходимую информацию в процессе выполнения работы, перерабатывать ее с помощью электронного «мозга» и вносить необходимые изменения в заранее введенную программу.
Тенденции развития XXI века: от новых технологий – к инновационным вооруженным силам.
В Великобритании отдают предпочтение морским беспилотным системам. Фото из журнала Jane"s NAVY international
В 2005 году Министерство обороны США под давлением Конгресса в разы повысило компенсационные выплаты семьям погибших военнослужащих. И как раз в этом же году был отмечен первый пик расходов на разработку беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). В начале апреля 2009 года Барак Обама снял существовавший 18 лет запрет на участие представителей средств массовой информации в похоронах погибших в Ираке и Афганистане военнослужащих. А уже в начале 2010 года центр WinterGreen Research опубликовал научно-исследовательский отчет о состоянии и перспективах развития беспилотных и роботизированных средств военного назначения, содержащий прогноз существенного роста (до 9,8 млрд. долларов) рынка подобных вооружений.
В настоящее время разработкой беспилотных и роботизированных средств занимаются практически все развитые страны мира, но планы США поистине грандиозны. Пентагон рассчитывает сделать к 2010 году треть всех боевых авиационных средств, предназначенных в том числе и для нанесения ударов в глубине территории противника, беспилотными, а к 2015 году треть всех боевых наземных машин также сделать роботизированными. Голубая мечта американских военных – создать полностью автономные роботизированные формирования.
Военно-воздушные силы
Одно из первых упоминаний применения беспилотных аппаратов в военно-воздушных силах США относится к 40-м годам прошлого столетия. Тогда, в период с 1946 по 1948 год, ВВС и ВМС США применяли дистанционно управляемые самолеты B-17 и F-6F для выполнения так называемых "грязных" задач – полетов над местами взрывов ядерных боеприпасов для сбора данных о радиоактивной обстановке на местности. К концу XX века мотивация к увеличению применения беспилотных систем и комплексов, позволяющих снизить возможные потери и повысить конфиденциальность выполнения задач, существенно возросла.Так, в период с 1990 по 1999 год Пентагон израсходовал на разработку и закупку беспилотных систем свыше 3 млрд. долл. А после террористического акта 11 сентября 2001 года расходы на беспилотные системы возросли в несколько раз. 2003 финансовый год стал первым в истории США годом с расходами на БПЛА, превысившими сумму в 1 млрд. долл., а в 2005 году расходы выросли еще на 1 млрд.
От США стараются не отставать и другие страны. В настоящее время уже более 80 типов БПЛА состоят на вооружении 41 страны, 32 государства сами производят и предлагают к продаже более 250 моделей БПЛА различных типов. По мнению американских специалистов, производство БПЛА на экспорт не только позволяет поддерживать собственный военно-промышленный комплекс, снижать стоимость БЛА, закупаемых для своих вооруженных сил, но и обеспечивать совместимость аппаратуры и оборудования в интересах проведения многонациональных операций.
Сухопутные войска
Что касается массированных авиационных и ракетных ударов для уничтожения инфраструктуры и сил противника, то в принципе они уже не один раз отработаны, а вот когда в дело вступают наземные формирования, потери среди личного состава уже могут достигать нескольких тысяч человек. В Первой мировой войне американцы потеряли 53 513 человек, во Второй мировой войне – 405 399 человек, в Корее – 36 916, во Вьетнаме – 58 184, в Ливане – 263, в Гренаде – 19, первая война в Персидском заливе унесла жизни 383 американских военнослужащих, в Сомали – 43 человек. Потери же среди личного состава ВС США в операциях, проводимых в Ираке, давно превысили 4000 человек, а в Афганистане – 1000 человек.Надежда опять на роботов, количество которых в зонах конфликтов неуклонно растет: от 163 единиц в 2004 году до 4000 – в 2006 году. В настоящее время в Ираке и Афганистане задействовано уже более 5000 наземных роботизированных средств различного назначения. При этом если в самом начале операций "Свобода Ираку" и "Незыблемая свобода" в сухопутных войсках отмечался существенный рост количества беспилотных летательных аппаратов, то в настоящее время аналогичная тенденция в применении наземных робототехнических средств.
Несмотря на то что большинство наземных роботов, находящихся в настоящее время на вооружении, предназначены для поиска и обнаружения фугасов, мин, самодельных взрывных устройств, а также их разминирования, командование сухопутных войск рассчитывает в ближайшее время получить на вооружение и первых роботов, способных самостоятельно обходить стационарные и подвижные препятствия, а также обнаруживать нарушителей на удалении до 300 метров.
На вооружение 3-й пехотной дивизии уже поступают и первые боевые роботы – Special Weapons Observation Remote reconnaissance Direct action System (SWORDS). Также создан прототип робота, способного обнаружить снайпера. Система, получившая название REDOWL (Robotic Enhanced Detection Outpost With Lasers), состоит из лазерного дальномера, звукоулавливающего оборудования, тепловизоров, GPS-приемника и четырех автономных видеокамер. По звуку выстрела робот способен с вероятностью до 94% определить местоположение стрелка. Вся система весит всего лишь около 3 кг.
Вместе с тем до недавнего времени основные роботизированные средства разрабатывались в рамках программы "Боевые системы будущего" (Future Combat System – FCS), которая являлась составной частью полномасштабной программы модернизации техники и вооружения сухопутных войск США. В рамках программы осуществлялась разработка:
- разведывательных сигнализационных приборов;
- автономной ракетной и разведывательно-ударной систем;
- беспилотных летательных аппаратов;
- разведывательно-дозорных, ударно-штурмовых, портативных дистанционно управляемых, а также легких дистанционно управляемых машин инженерного и тылового обеспечения.
Полным ходом идет разработка наземных роботизированных систем и комплексов и в других странах. Для этого, например, в Канаде, Германии, Австралии основное внимание уделяется созданию сложных интегрированных систем разведки, систем управления и контроля, новых платформ, элементов искусственного интеллекта, повышению эргономичности человеко-машинных интерфейсов. Франция активизирует усилия в области разработки систем организации взаимодействия, средств поражения, повышению автономности, Великобритания разрабатывает специальные навигационные системы, повышает мобильность наземных комплексов и т.д.
Военно-морские силы
Не остались без внимания и военно-морские силы, применение необитаемых морских аппаратов в которых началось сразу после Второй мировой войны. В 1946 году, во время операции на атолле Бикини, дистанционно управляемые лодки осуществляли сбор проб воды сразу после проведения ядерных испытаний. В конце 1960-х годов на семиметровые лодки, оснащенные восьмицилиндровым двигателем, устанавливалась аппаратура дистанционного управления для траления мин. Часть таких лодок была приписана к 113-й дивизии минных тральщиков, базирующейся в порту Нха Бе Южного Сайгона.Позднее, в январе и феврале 1997 года, дистанционно управляемый аппарат RMOP (Remote Minehunting Operational Prototype) участвовал в двенадцатидневных учениях по противоминной обороне в Персидском заливе. В 2003 году во время операции "Свобода Ираку" для решения различных задач применялись уже необитаемые подводные аппараты, а позднее в рамках программы МО США по демонстрации технических возможностей перспективных образцов вооружения и техники в том же Персидском заливе проводились эксперименты по совместному применению аппарата SPARTAN и крейсера УРО "Геттисберг" по ведению разведки.
В настоящее время к основным задачам необитаемых морских аппаратов относят:
- противоминную борьбу в районах действия авианосных ударных групп (АУГ), портов, военно-морских баз и др. Площадь такого района может варьироваться от 180 до 1800 кв. км;
- противолодочную оборону, включающую задачи по контролю за выходами из портов и баз, обеспечение защиты
авианосных и ударных групп в районах развертывания, а также при переходах в другие районы.
При решении задач противолодочной обороны шесть автономных морских аппаратов способны обеспечить безопасное развертывание АУГ, действующей в районе 36х54 км. При этом вооружением гидроакустических станций с дальностью действия 9 км обеспечивается 18-километровая буферная зона вокруг развернутой АУГ; - обеспечение безопасности на море, предусматривающее защиту военно-морских баз и соответствующей инфраструктуры от всех возможных угроз, включая угрозу террористической атаки;
- участие в морских операциях;
- обеспечение действий сил специальных операций (ССО);
- радиоэлектронную войну и др.
X-Class представляет собой небольшой (до 3 метров) необитаемый морской аппарат для обеспечения действий ССО и изоляции района. Такой аппарат способен вести разведку для обеспечения действий корабельной группировки и запускаться даже с 11-метровых надувных лодок с жестким каркасом;
Harbor Class – аппараты такого класса разрабатываются на базе стандартной 7-метровой лодки с жестким каркасом и предназначены для выполнения задач обеспечения морской безопасности и ведения разведки, кроме того, аппарат может оснащаться различными средствами летального и нелетального воздействия. Скорость превышает 35 узлов, а автономность – 12 часов;
Snorkeler Class представляет собой 7-метровый полупогружной аппарат, предназначенный для противоминной борьбы, противолодочных операций, а также обеспечения действий сил специальных операций ВМС. Скорость аппарата достигает 15 узлов, автономность – 24 часа;
Fleet Class – это 11-метровый аппарат с жестким корпусом, разработанный для противоминной борьбы, противолодочной обороны, а также участия в морских операциях. Скорость аппарата варьируется от 32 до 35 узлов, автономность – 48 часов.
Также по четырем классам систематизированы и необитаемые подводные аппараты (см. таблицу).
Сама необходимость разработки и принятия на вооружение морских необитаемых аппаратов для Военно-морских сил США определена рядом официальных документов как собственно ВМС, так и вооруженных сил в целом. Это "Морская мощь 21" (Sea Power 21, 2002), "Всесторонний обзор состояния и перспектив развития ВС США" (Quadrennial Defense Review, 2006), "Национальная стратегия морской безопасности" (National Strategy for Maritime Security, 2005), "Национальная военная стратегия" (National Defense Strategy of the United States, 2005) и др.
Технологические решения
Беспилотная авиация как, собственно, и другая робототехника стала возможна благодаря ряду технических решений, связанных с появлением автопилота, инерциальной системы навигации и многого другого. В то же время ключевыми технологиями, позволяющими компенсировать отсутствие пилота в кабине и, по сути, дающими возможность БПЛА летать, являются технологии создания микропроцессорной техники и коммуникационные средства. Оба типа технологий пришли из гражданской сферы – компьютерной индустрии, позволившей использовать для БПЛА современные микропроцессоры, беспроводные системы связи и передачи данных, а также специальные способы сжатия и защиты информации. Обладание такими технологиями – залог успеха в обеспечении необходимой степени автономности не только БПЛА, но и наземных робототехнических средств и автономных морских аппаратов.Используя предложенную сотрудниками Оксфордского университета довольно наглядную классификацию, можно систематизировать "способности" перспективных роботов по четырем классам (поколениям):
- быстродействие процессоров универсальных роботов первого поколения составляет три тысячи миллионов команд в секунду (MIPS) и соответствует уровню ящерицы. Главные особенности таких роботов – возможность получения и выполнения только одной задачи, которая программируется заранее;
- особенность роботов второго поколения (уровень мыши) – адаптивное поведение, то есть обучение непосредственно в процессе выполнения заданий;
- быстродействие процессоров роботов третьего поколения будет достигать уже 10 млн. MIPS, что соответствует уровню обезьяны. Особенность таких роботов в том, что для получения задания и обучения требуется только показ или объяснение;
- четвертое поколение роботов должно будет соответствовать уровню человека, то есть способно мыслить и принимать самостоятельные решения.
Нынешнее состояние микроэлектроники развитых стран уже позволяет применять БПЛА для выполнения полноценных задач с минимальным участием человека. Но конечная цель – полная замена пилота на его виртуальную копию с такими же возможностями по скорости принятия решения, объемом памяти и правильным алгоритмом действия.
Американские специалисты считают, что если попытаться сопоставить способности человека с возможностями компьютера, то такой компьютер должен производить 100 трлн. операций в секунду и обладать достаточной оперативной памятью. В настоящее время возможности микропроцессорной техники в 10 раз меньше. И только к 2015 году развитые страны смогут достичь необходимого уровня. При этом важное значение имеет миниатюризация разрабатываемых процессоров.
Сегодня минимальные размеры процессоров на основе кремниевых полупроводников ограничены технологиями их производства, базирующимися на ультрафиолетовой литографии. И, по данным доклада аппарата министра обороны США, эти предельные размеры в 0,1 микрона будут достигнуты уже к 2015–2020 годам.
Вместе с тем альтернативой ультрафиолетовой литографии может стать применение оптических, биохимических, квантовых технологий создания переключателей и молекулярных процессоров. По их мнению, процессоры, разрабатываемые с использованием методов квантовой интерференции, могут увеличить скорость вычислений в тысячи раз, а нанотехнологии – в миллионы раз.
Серьезное внимание уделяется и перспективным средствам связи и передачи данных, которые, по сути, являются критическими элементами успешного применения беспилотных и роботизированных средств. А это, в свою очередь, неотъемлемое условие эффективного реформирования ВС любой страны и осуществления технологической революции в военном деле.
Планы командования вооруженных сил США по развертыванию робототехнических средств грандиозны. Более того, самые смелые представители Пентагона спят и видят, как целые стада роботов будут вести войны, экспортируя американскую "демократию" в любую точку мира, в то время как сами американцы будут спокойно сидеть дома. Конечно, роботы уже решают наиболее опасные задачи, да и технический прогресс не стоит на месте. Но еще очень рано говорить о возможности создания полностью роботизированных боевых формирований, способных самостоятельно вести боевые действия.
Тем не менее для решения возникающих проблем задействуются самые современные технологии создания:
- трансгенных биополимеров, применяющихся при разработке ультралегких, сверхпрочных, эластичных материалов с повышенными характеристиками малозаметности для корпусов БПЛА и других робототехнических средств;
- углеродных нанотрубок, используемых в электронных системах БПЛА. Кроме того, покрытия из наночастиц электропроводных полимеров позволяют на их основе разрабатывать систему динамического камуфляжа для робототехнических и других средств вооруженной борьбы;
- микроэлектромеханических систем, объединяющих в себе микроэлектронные и микромеханические элементы;
- водородных двигателей, позволяющих снизить шумность роботехнических средств;
- "умных материалов", изменяющих свою форму (или выполняющих определенную функцию) под влиянием внешних воздействий. Например, для беспилотных летательных аппаратов Управление исследовательских и научных программ DARPA проводит эксперименты по разработке концепции изменяющегося в зависимости от режима полета крыла, что позволит существенно облегчить вес БПЛА за счет отказа от использования гидравлических домкратов и насосов, устанавливаемых в настоящее время на пилотируемых летательных аппаратах;
- магнитных наночастиц, способных обеспечить скачок в разработке устройств хранения информации, существенно расширив "мозги" роботизированных и беспилотных систем. Потенциал технологии, достигаемый за счет использования специальных наночастиц размером 10–20 нанометров, – 400 гигабит на квадратный сантиметр.
Морская робототехника военного назначения
Важнейшим направлением развития мировой цивилизации в третьем тысячелетии стало освоение ресурсов Мирового океана. России этот регион интересен не только с точки зрения освоения природных ресурсов Мирового океана, но и в плане обеспечения национальной безопасности страны.
Иллюстрация «сетецентрического пространства»
В Российской Федерации актуальность вопросов, связанных с освоением подводного пространства и ресурсов Мирового океана, определена в утвержденной Президентом РФ «Концепции развития глубоководных сил и средств Российской Федерации на период до 2021 года». Основные направления развития боевых действий на море связаны с реализацией концепции «сетецентрического пространства» на основе применения сетевых технологий передачи информации, в том числе и с использованием развитой подводной инфраструктуры. В ключевых районах Мирового океана должны быть развернуты системы надводного и подводного наблюдения, интегрированные с системами связи и носителями морского оружия в единую информационную сеть. В качестве основных элементов информационной сети, наряду с традиционными силами (корабли, самолеты, подводные лодки), рассматриваются робототехнические комплексы на основе беспилотных летательных аппаратов (БЛА), необитаемых подводных аппаратов (НПА) и безэкипажных катеров (БЭК), а также оперативно-развертываемое. преимущественно с подводных носителей, донное оборудование различной номенклатуры и назначения.
На вооружении ведущих иностранных государств уже состоят подводные робототехнические комплексы (РТК), которые выполняют задачи освещения подводной обстановки, обнаружения и уничтожения мин, активно ведутся работы по созданию подводных аппаратов, способных нести оружие. Поэтому в процессе планирования развития ВМФ должны учитываться общемировые тенденции создания и использования робототехнических комплексов для ведения вооружённой борьбы на море.
В настоящее время существует ряд проблем нормативно-организационного характера, которые сдерживают развитие подводной робототехники:
1) отсутствие нормативной базы как в области разработки и применения робототехнических комплексов;
2) отсутствие специализированного сектора в отрасли оборонно-промышленного комплекса;
3) отсутствие института Генерального конструктора. ответственного за практическую реализацию государственной технической политики в области развития подводной робототехники;
4) отсутствие постоянно действующей полигонной базы на территории РФ для испытания образцов РТК и практической отработки тактических приемов их применения;
5) несовершенство системы межведомственного обмена информацией о результатах научных исследований и технологических разработках в области подводной робототехники.
Рассмотрим некоторые пути решения указанных проблем.
Автоматизация планирования развития морских РТК
Программно-целевое планирование развития морских РТК
Программно-целевое планирование построено по логической схеме «цели – пути – средства». Применительно к развитию РТК:
Цели – потребности флота;
Пути – модели применения морских РТК;
Средства – номенклатура и ТТХ РТК.
Автоматизация планирования развития морских РТК подразумевает реализацию информационно-аналитической системы, позволяющей решать задачи:
Определения места разрабатываемой МРС в составе ВМФ;
Разработки оперативно-тактических моделей использования МРС;
Разработки моделей применения НПА, БЭК, БЛА и проведения исследовательского моделирования;
Определение направления развития и оптимального состава разрабатываемых МРС;
Определение состава вооружения для разрабатываемых перспективных МРС;
Формирование планов развития морских РТК;
Сравнительная оценка военно-экономической эффективности программ и планов создания РТК;
Контроль выполнения планов развития РТК.
Комплекс моделирования морских роботизированных систем
Одним из ключевых вопросов планирования развития РТК является моделирование функционирования и способов применения перспективных РТК. Создание комплекса моделирования позволит выполнять:
Расчет, оценку и анализ эффективности вариантов построения МРС для решения поставленных задач;
Разработку типовых формализованных описательных моделей применения;
Оценку и анализ различных тактических приемов совместного использования различных видов РТК при решении частных задач флота;
Отработку режимов работы и логики (тактики) функционирования системы управления морскими РТК;
Обоснование тактико-технических требований;
Оценку достижимых тактико-технических характеристик перспективных РТК.
Учебно-тренировочные комплексы
Важный вопрос эффективного применения РТК – разработка соответствующих средств обучения и подготовки операторов для управления им. Существующие тренажеры имеют ряд существенных недостатков, которые не позволяют использовать их при обучении оп ераторов РТК военного назначения.
В ОАО «ЦНИИ «Курс» создан опытный образец учебно-тренировочного комплекса опереторов телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТИПА), на базе которого возможно создание тренажеров операторов подводных РТК.
Основные преимущества комплекса:
1 использование штатных пультов управления ТИПА;
2. возможность добавлять новые типы ТИПА, операторы которых проходят обучение на тренажере;
3. возможность изменять конструкцию ТИПА с сохранением адекватности работы модели (навесное оборудование);
4. самостоятельное формирование инструктором сцен для тренировок;
5 возможность менять параметры внешней среды в процессе прохождения миссии операторами;
6 автоматизированная оценка действий операторов и формирование отчета;
7. запись и последующее воспроизведение прохождения операторами миссии;
8. моделирование процессов воздействия течения на динамику ТИПА, планктон, растительность на дне;
10. наличие справочной информации об устройстве и правилах эксплуатации ТИПА.
Комплекс моделирования морских роботизированных систем
Внешний вид и экранные формы учебно-тренировочного комплекса операторов ТН ПА
Нормативно-методические материалы
В ОАО «ЦНИИ «Курс» (в рамках СЧ ОКР «Робот-Норма-К») разработан Проект единой системы нормативной базы документов (ЕСНБД), регламентирующих процессы разработки, испытаний и применения НПА в части, касающейся радиоэлектронных систем подводной робототехники, состоящий из проектов следующих стандартов:
«Необитаемые подводные аппараты. Автономность и управление»;
«Телеуправляемые подводные аппараты (ТН ПА)»;
«Необитаемые подводные аппараты. Физический интерфейс полезной нагрузки».
В проекте стандарта «Необитаемые подводные аппараты. Автономность и управление» предлагается классификация автономных НПА и вводится единая терминология в области разработки подводной робототехники. Основное внимание уделено особенностям функционирования подводного аппарата в автономном режиме, устанавливаются критерии оценки уровня автономности подводных аппаратов, предлагается функциональное разделение подсистем системы управления НПА, перечислены и описаны функциональные возможности НПА, которые в той или иной степени должны быть реализованы в автономных аппаратах гражданского или двойного назначения. Кроме того, в стандарте установлен перечень элементарных команд, доступных для различных НПА.
Проект стандарта «Телеуправляемые подводные аппараты (ТНПА)» содержит терминологические статьи, вводит подробную классификацию телеуправляемых подводных аппаратов, устанавливает перечень проектной документации, которая должна быть создана на этапах разработки ТНПА,Технические требования стандарта касаются конструкции, электрооборудования, основных подсистем аппаратов (движитепьно-рулевого комплекса, устройств управления, манипуляторов, «поверхностного» оборудования – пульта управления и системы энергообеспечения ТНПА, оборудования спуска и подъема).
Проект стандарта «Необитаемые подводные аппараты. Физический интерфейс полезной нагрузки» регламентирует характеристики модулей полезной нагрузки автономного НПА. Нормативный документ предназначен для предоставления разработчику параметров, необходимых для интеграции различных комбинаций системных компонентов и модулей полезной нагрузки, определяемых миссией аппарата. В то же время он не конкретизирует модели и виды специального оборудования и не ограничивает возможность использования новых образцов оборудования для подводной робототехники Стандарт определяет физические характеристики модулей полезной нагрузки, включая максимальные массогабариты модулей и содержит требования к механическим и электрическим разъемным соединениям модулей полезной нагрузки, конструктивные требования, требования к наличию и построению собственной системы управления модуля, а также ее взаимодействия с системой управления самого аппарата, При этом решения по выборутаких параметров системы управления модуля полезной нагрузки, как аппаратная реализация, операционная система и язык программирования, стандартом не ограничены.
Л.М. КЛЯЧКО, д. т. н., председатель НЭС Морской коллегии, генеральный директор ОАО «ЦНИИ «Курс», ОАО «Концерн «Моринформсистема – Агат» В.В.ХАНЫЧЕВ. к. т. н., зам. ген. директора ОАО «ЦНИИ «Курс», ОАО «Концерн «Моринформсистема – Агат»
УЧЕТ ФОНДОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Фонды специального назначения образуются из чистой прибыли предприятия и за счет взносов учредителей. Фонды специального назначения – это фонд накопления, фонд потребления и фонд социальной сферы.Первый из них – фонд накопления –
автора Минаева Любовь Николаевна2.3. Условия назначения трудовой пенсии Для разных категорий граждан трудовая пенсия начисляется по разным основаниям.Трудовая пенсия по старости назначается при достижении пенсионного возраста (мужчины – 60 лет и женщины – 55 лет). Население старше пенсионного возраста
Из книги Пенсия: расчет и порядок оформления автора Минаева Любовь Николаевна8.1. Сроки назначения трудовой пенсии Подавать заявление о назначении пенсии лучше заблаговременно и желательно со всеми необходимыми документами, которые заранее должны быть подготовлены. Для того чтобы трудовая пенсия по возрасту или выбранная пенсионером часть этой
Из книги Пенсия: расчет и порядок оформления автора Минаева Любовь Николаевна11.4. Порядок назначения государственных пенсий В соответствии с Федеральным законом «О государственном пенсионном обеспечении в Российской Федерации» различаются следующие виды пенсий: пенсия по старости; пенсия по инвалидности; пенсия по случаю потери
Из книги Пенсия: расчет и порядок оформления автора Минаева Любовь Николаевна12.4. Порядок назначения пенсии за выслугу лет Существующая практика показывает, что вопросами представления работников к назначению пенсий по старости, по инвалидности, за выслугу лет и по случаю потери кормильца занимаются кадровые службы государственных органов,
Из книги Дар Мидаса автора Кийосаки Роберт Тору«Rolex» и морская пехота Какое отношение к понятию бренда имеют поддельный «Rolex» и Корпус морской пехоты?Самое прямое. Когда-то мой богатый папа растоптал фальшивый «Rolex» и я впервые понял, что такое настоящий бренд. Я осознал, какое значение он имеет в жизни. Теперь я
Из книги Долгое время. Россия в мире. Очерки экономической истории автора Гайдар Егор Тимурович§ 7. От “военного коммунизма” к нэпу Ключевым для судьбы революции был вопрос снабжения армии и городов продовольствием; от его решения зависело, какие политические силы выйдут из революции победителями. Чтобы обеспечить поставки зерна хотя бы на минимальном
Из книги О неотложных мерах по отражению угроз существованию России автора Глазьев Сергей Юрьевич«ОРГАНИЗАЦИЯ ВОЕННОГО КОНФЛИКТА МЕЖДУ РОССИЕЙ И ЕВРОПОЙ ДЛЯ США НАИБОЛЕЕ ЖЕЛАТЕЛЬНА» Организовав государственный переворот и установив полный контроль над структурами украинской государственной власти, Вашингтон делает ставку на превращение этой части Русского мира
Из книги ТРЕТЬЯ ПОЛИТИЧЕСКАЯ СИЛА автора Городников СергейАрмия накануне зарождения военного сословного самосознания Генеральские золото погонные мундиры постепенно вытесняют из окружения Президента костюмы штатских. Меняется и стиль поведения руководства силовых ведомств. Начальник дворцовой охраны Кремля, за ним
Из книги Морская политика России, 2014 №10 автораМорская доктрина Российской Федерации на период до 2030 года Проект, предлагаемый на утверждение Президенту Российской Федерации В. В. Путину (Публикуется в сокращении) I. Общие положенияМорская доктрина Российской Федерации (далее – Морская доктрина) является
Из книги Сочи и Олимпиада автора Немцов Борис автора Геддс Брэд Из книги Google AdWords. Исчерпывающее руководство автора Геддс БрэдВарианты назначения ставок в AdWords В AdWords есть несколько методов назначения ставок. Установка максимальных цен за клик (назначение цены за клик вручную) используется по умолчанию. Однако для ваших целей могут лучше подойти другие методы.Эти параметры доступны в разделе
Из книги Google AdWords. Исчерпывающее руководство автора Геддс БрэдПрибыльные стратегии назначения ставок При использовании метода назначения ставок на основе максимальной CPC приходится определять величины самостоятельно. Ниже описано несколько стратегий. Вы можете назначить ставки в нескольких разделах вашего аккаунта: группы
автора Хоровиц БенСЕО мирного и военного времени СЕО мирного времени знает, что следование правильной процедуре обеспечивает победу. СЕО военного времени нарушает любую процедуру, чтобы победить.СЕО мирного времени сосредоточивается на глобальной картине и передает полномочия принятия
Из книги Легко не будет [Как построить бизнес, когда вопросов больше, чем ответов] автора Хоровиц БенМожно ли сочетать свойства СЕО военного и мирного времени Может ли СЕО выработать в себе навыки, необходимые для управления компанией как во время войны, так и во время мира?Вы можете с легкостью доказать, что я потерпел неудачу как СЕО мирного времени, но зато преуспел
Подводные боевые роботы и средства доставки ядерного боеприпаса
С появлением беспилотных воздушных разведчиков стали развиваться беспилотные ударные комплексы. По этому же пути идет развитие автономных подводных систем роботов, станций и торпед.
Военный эксперт Дмитрий Литовкин заявил, что Минобороны активно внедряет : «Морские роботы внедряются в войска наряду с сухопутными и воздушными. Сейчас главная задача подводных аппаратов заключается в разведке, передаче сигнала для нанесения ударов по выявленным целям».
ЦКБ «Рубин» разработал концепт-проект роботизированного комплекса «Суррогат» для ВМС России, передает ТАСС. Как рассказал генеральный директор ЦКБ «Рубин» Игорь Вильнит, длина «безэкипажной» лодки составляет 17 метров, а водоизмещение - около 40 тонн. Сравнительно большие размеры и возможность нести буксируемые антенны различного назначения позволят реалистично воспроизвести физические поля подлодки, имитируя тем самым присутствие реальной БПЛ. В новом устройстве предусмотрены также функции картографирования местности и разведки.
Новый аппарат снизит стоимость учений, которые проводит ВМФ с боевыми субмаринами, а также позволит эффективнее проводить мероприятия дезинформации потенциального противника. Предполагается, что аппарат сможет преодолевать 600 миль (1,1 тыс. километров) при скорости в 5 узлов (9 км/ч). Модульная конструкция беспилотника позволит менять его функциональность: “Суррогат” сможет имитировать как неатомную, так и атомную подводную лодку. Максимальная скорость робота должна превышать 24 узла (44 км/ч), а предельная глубина погружения составит 600 метров. ВМФ планирует закупить подобную технику в большом количестве.
«Суррогат» продолжает линейку роботов, среди которых хорошо зарекомендовало себя изделие «Клавесин»
Аппарат «Клавесин» различных модификаций уже более пяти лет стоит на вооружении ВМФ и используется в исследовательских и разведывательных целях, включая съемку и картографирование морского дна, поиск затонувших объектов.
Этот комплекс внешне напоминает торпеду. Длина «Клавесина-1Р» составляет 5,8 метра, масса в воздухе - 2,5 тонны, глубина погружения - 6 тыс. метров. Аккумуляторные батареи робота позволяют без использования дополнительных ресурсов пройти расстояние до 300 километров, а с использованием опциальных источников питания увеличить это расстояние в несколько раз.
В ближайшие месяцы завершаются испытания робота «Клавесин-2Р-ПМ», который значительно мощнее предыдущей модели (длина - 6,5 метра, масса - 3,7 тонны). Одна из конкретных целей изделия – обеспечить контроль вод Северного Ледовитого океана, где средняя глубина составляет 1,2 тыс. метров.
Робот-беспилотник «Юнона». Фото ЦКБ «Рубин»
Легкая модель линейки ЦКБ «Рубин» – робот-беспилотник «Юнона» с глубиной погружения до 1 тыс. метров и дальностью действия – 50-60 километров. «Юнона» предназначена для оперативной разведки в ближайшей от корабля морской зоне, поэтому гораздо компактнее и легче (длина - 2,9 метра, масса - 82 кг).
«Крайне важно мониторить состояние морского дна»
– считает член-корреспондент Российской академии ракетных и артиллерийских наук Константин Сивков. По его словам, гидроакустическая аппаратура подвержена помехам и не всегда верно отражает изменение рельефа морского дна. Это может привести к возникновению проблем для движения судов или к их повреждению. Сивков уверен, что автономные морские комплексы позволят решать широкий круг задач. «Особенно в зонах, которые представляют угрозу для наших сил, в зонах противолодочной обороны противника», - добавил аналитик.
Если в области беспилотных летательных аппаратов лидирует США, то по производству подводных беспилотников лидирует Россия
Наиболее уязвимой стороной современной военной доктриной США является оборона побережья. В отличии от России, США очень уязвимы именно со стороны океана. Использование подводных дает возможность создать эффективные средства сдерживания непомерных амбиций.
Общая концепция такова. Мозг выносить натовцам будут группы роботов-беспилотников «Суррогат», «Шило», «Клавесин» и «Юнона», запускаемые как с кораблей ВМФ, так и с торговых судов, танкеров, яхт, катеров и т.п. Такие роботы могут работать как автономно в режиме молчания, так и группами, решая задачи во взаимодействии, как единый комплекс с централизированной системой анализа и обмена информации. Стая из 5-15 таких роботов, действуя вблизи военно-морских баз потенциального противника, способна дезориентировать систему защиты, парализовать оборону побережья и создать условия для гарантированного применения изделий .
Мы все помним недавнюю “утечку” через телесюжет на НТВ и Первом канале информации об «Океанской многоцелевой системе «Статус-6». Снятый телекамерой со спины участник совещания в военной форме держал документ содержит рисунки предмета, который выглядит как торпеда или автономный необитаемый подводный аппарат.
Хорошо был виден текст документа:
«Поражение важных объектов экономики противника в районе побережья и нанесение гарантированного неприемлемого ущерба территории страны путем создания зон обширного радиоактивного заражения, непригодных для осуществления в этих зонах военной, хозяйственно-экономической и иной деятельности в течение длительного времени».
Вопрос, который волнует аналитиков НАТО: “а вдруг у русских уже есть необитаемый робот-доставщик ядерной бомбы?!”
Нужно заметить, что некоторые схемы работы подводных роботов давно апробированы у побережья Европы. Имеются ввиду разработки трех конструкторских бюро - “Рубин”, “Малахит” и ЦКБ-16. Именно на них ляжет весь груз ответственности за создание стратегического подводного оружия пятого поколения после 2020 года.
Ранее «Рубин» анонсировал планы по созданию линейки модульных подводных аппаратов. Конструкторы намерены разработать роботы боевого и гражданского назначения разных классов (малые, средние и тяжелые), которые будут выполнять задачи под водой и на поверхности моря. Эти разработки ориентированы как на потребности Минобороны, так и российских добывающих компаний, которые ведут работы в Арктическом регионе.
Подводный ядерный взрыв в бухте Черная, Новая Земля
Пентагон уже выражал озабоченность российскими разработками подводных беспилотников, которые могут нести боеголовки мощностью десятки мегатонн
О ведении подобных исследований сообщил генеральный директор Центрального научно-исследовательского института “Курс” Лев Клячко. По данным издания, американские эксперты дали российской разработке кодовое имя “Каньон”.
Этот проект, как утверждает The Washington Free Beacon, является частью модернизации стратегических ядерных сил России. “Этот подводный беспилотник будет иметь высокую скорость и будет способен преодолевать дальние расстояния”. “Каньон”, как утверждает издание, по своим характеристикам сможет атаковать ключевые базы американских подводных лодок.
Военно-морской аналитик Норман Полмар полагает, что “Каньон” может основываться на советской ядерной торпеде Т-15, о которой он ранее написал одну из своих книг. “Российский флот и его предшественник, флот СССР, были новаторами в сфере подводных систем и оружия”, - отметил Полмар.
Размещение стационарных подводных ракетных комплексов на больших глубинах делает авианосцы и целые эскадры кораблей удобной, фактически незащищенной целью
Какие требования предъявляют к строительству лодок нового поколения военно-морские силы НАТО? Это повышение скрытности, увеличение скорости хода при максимальной малошумности, совершенствование средств связи и управления, а также увеличение глубины погружения. Все как всегда.
Развитие подводного флота России предусматривает отказ от традиционной доктрины и оснащение ВМФ роботами, исключающими прямое столкновение с кораблями противника. Заявление главкома ВМФ России не оставляет в этом сомнений.
«Мы четко осознаем и понимаем, что повышение боевых возможностей многоцелевых атомных и неатомных подводных лодок будет обеспечиваться за счет интеграции в состав их вооружения перспективных роботизированных комплексов», – заявлял адмирал Виктор Чирков.
Речь идет о строительство подводных кораблей нового поколения на базе унифицированных подводных платформ модульного типа. Центральное конструкторское бюро морской техники (ЦКБ МТ) “Рубин”, которое сейчас возглавляет Игорь Вильнит, сопровождает проекты 955 “Борей” (генеральный конструктор Сергей Суханов) и 677 “Лада” (генеральный конструктор Юрий Кормилицин). В то же время, как считают конструкторы БПЛ, термин “подводные лодки” может вообще уйти в историю.
Предусмотрено создание многоцелевых боевых платформ, способных превращаться в стратегические и наоборот, для чего будет необходимо лишь поставить соответствующий модуль («Статус» или «Статус-T», ракетные комплексы, модули квантовых технологий, автономные разведкомплексы и др.). Задача ближайшего времени – создание линейки подводных боевых роботов по проектам КБ “Рубин” и “Малахит” и налаживание серийного производства модулей на базе разработок ЦКБ-16.
2018-03-02T19:29:21+05:00 Alex Zarubin Защита Отечества оборона,Россия,США,ядерное оружие Подводные боевые роботы и средства доставки ядерного боеприпаса С появлением беспилотных воздушных разведчиков стали развиваться беспилотные ударные комплексы. По этому же пути идет развитие автономных подводных систем роботов, станций и торпед. Военный эксперт Дмитрий Литовкин заявил, что Минобороны активно внедряет роботизированные беспилотные системы управления и комплексы боевого применения: «Морские роботы внедряются в войска наряду с сухопутными и воздушными. Сейчас... Alex Zarubin Alex Zarubin [email protected] Author Посреди России
Загрузка...