МИНИАТЮРНЫЕ РОБОТЫ В ВОДНОЙ СРЕДЕ

Подводные микроаппараты и микророботы являются новым классом изделий микросистемной техники, сформировавшимся в результате глобальной миниатюризации всех систем необитаемых подводных аппаратов (НПА). Надо отметить, что в ходе проведения анализа отечественных и зарубежных публикаций, посвященных вопросам разработки НПА, четкой обоснованной классификации подводной техники по массогабаритным характеристикам выявлено не было. В связи с этим возникла необходимость уточнения самого понятия класса - “подводный микроаппарат” .

Для выявления тенденций развития миниатюрных подводных аппаратов решались следующие задачи:

систематизация и обобщение научно-технической информации по вопросам создания НПА в целях формирования базы данных технических характеристик современных и разрабатываемых моделей автономного НПА и дистанционно-управляемого;

проведение типизации и классификации моделей и проектов в рамках сформированной базы данных;

выявление технического уровня и тенденций развития подводных микроаппаратов на основе анализа источников научно-технической информации.

По массогабаритным характеристикам подводные аппараты можно классифицировать следующим образом.

Микро-ПА, масса (сухая) < 20 кг, дальность плавания менее 1-2 мор. миль, оперативная (рабочая) глубина до 150 м. Данная категория составляет 20-25% общего числа современных и разрабатываемых НПА. Однако среди них большинство (> 70%) проектов имеет экспериментальное назначение. Надо также отметить, что ~50-60% микро-ПА создается с использованием бионических принципов.

Мини-ПА, масса 20-100 кг, дальность плавания от 0,5 до 4000 мор. миль, оперативная глубина до 2000 м. В настоящее время ПА этого класса составляют 15-20% и находят широкое применение при решении различных задач на глубинах до 1500 м. Существенную часть мини-ПА плавающего типа составляют аппараты планерной (самолетной) формы, например Sea Glider, Slocum Glider I/II и Spray Glider.

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.

Представленная классификация является искусственной и предназначена для формирования единой формально определенной терминологии в научной и технологической сферах, связанных с вопросами разработки НПА. Как правило, для достижения этой цели зарубежными специалистами используются наименования множителей, условно отражающие базовые технологические уклады в создании различных видов техники и характеризующие эволюционные процессы ее миниатюризации.

По особенностям формы несущей конструкции все ПА можно классифицировать следующим образом:

цилиндрической формы - торпедообразные, поплавковые и плоские формы; бионические - плавающего и ползающего типов;

планерной-самолетной формы;

с солнечной панелью на верхней части корпуса; самоходные - ползающие НПА на гусеничной базе.

Распределение современных и разрабатываемых АНПА по оперативным глубинам представлено на рисунке снизу.

Наибольшая активность исследований и разработок по числу патентов и публикаций в научно-технической литературе, посвященных проблемам создания ПМА, наблюдается в США, Японии, Сингапуре, Канаде и Исландии.

В настоящее время в эксплуатации находится незначительное число типов ПМА. Преимущественно это разработки “Nekton Research LLC” (США), “iRobot Corp.” (США) и “Inuktun” (Канада). Фактов боевого применения микро-ПА до настоящего времени выявлено не было. Однако известно, что в ходе военных действий США в Ираке в 2003-2004 гг. для решения задач противоминной обороны в Персидском заливе неоднократно использовались малогабаритные автономные ПА типа REMUS (масса 30-35 кг, класс мини). По оценкам американских специалистов, ПА данной модели хорошо зарекомендовали себя при решении задач обнаружения минных заграждений в мелком море и проведении обзорно-осмотровых работ. Надо отметить, что автономный НПА REMUS имеет свыше 100 возможных конфигураций.

Как показал анализ обширного числа научно-технических публикаций, основными объектами исследований и разработок в области создания ПМА являются:

системы энергообеспечения - поиск путей создания емких и возобновляемых энергоисточников в миниатюрном исполнении, в том числе на основе топливных элементов;

движительно-рулевые комплексы - разработка нетрадиционных систем движения аппарата, как правило, на базе одного двигателя;

конструкции ПМА на бионических принципах (поиск бионических решений) - потенциально эффективных биологических аналогов (с точки зрения целевых задач и тактико-технических требований к подводному микроаппарату) и конструкторских решений для их технической имитации; в рамках этих исследований осуществляются попытки технической имитации органов перемещения и гидродинамических форм биологических объектов;

миниатюрные системы управления движением - создание эффективной реконфигурируемой распределенной архитектуры системы управления и интеллектуального программного планировщика, сочетающие в себе автономный и супервизорный режимы;

бортовые автономные системы навигации в миниатюрном исполнении -создание БАНС в микромодульном исполнении, включающей ИНС, приемник сигналов спутниковой радионавигационной системы и устройство обработки информации;

комплексированные системы технического зрения - комплексирование миниатюрных видеокамер, магнитных и акустических датчиков для их интеграции в систему управления движением;

миниатюрные датчики и различные преобразователи сигналов - миниатюризация измерительных средств на основе использования технологий микросистемной техники.