Растущие ожидания: подробный анализ подводных аппаратов.

Автономный подводный аппарат Boxfish. Фото: Boxfish Robotics.

Подводные аппараты укрепили свои позиции, а автономные и дистанционно управляемые платформы стали ключевыми оперативными инструментами в таких областях, как морская добыча, оборона, инспекция и техническое обслуживание, разведка и морские научные исследования. По мере того, как подводная индустрия быстро развивается, чтобы идти в ногу с глобальными тенденциями, среди ведущих компаний-производителей аппаратов выявляются несколько определяющих тем: многоцелевое использование, удобство использования, обзорность, выносливость и, что неудивительно, автономность.

Многоцелевой

По мере того, как подводные аппараты берут на себя все большую ответственность, наблюдается заметный сдвиг от автономных аппаратов, специализирующихся на одном направлении, в пользу целых флотов автономных платформ, которые могут быть развернуты на поверхности, в воздухе и под водой.

«Наиболее распространенная тенденция, которую мы наблюдаем, — это возможность работать в составе автономных групп, состоящих из нескольких аппаратов, совместно с другими платформами», — сказал Терри Слоун, основатель, владелец и управляющий директор Planet Ocean и ecoSUB Robotics, операционного подразделения Planet Ocean. Компания ecoSUB продемонстрировала многоцелевой флот в рамках своего проекта SoAR (Squads of Adaptive Robots) 2021-2023 годов, в ходе которого координировалась крупномасштабная исследовательская миссия, разработанная, контролируемая и адаптируемая в режиме реального времени интеллектуальным «автономным движком». Флот SoAR состоял из автономных подводных аппаратов (АППА) ecoSUB, платформы Auto-Hover 1 Национального океанографического центра, способной к зависанию, и беспилотного надводного аппарата REAV-60 «Decibel» компании Sonardyne.

ecoSUB AUV. Источник: ecoSUB

Дуэйн Фотерингем, президент группы беспилотных систем в подразделении Mission Technologies компании HII, отметил, что масштабы использования подводных аппаратов растут. «Заказчики все чаще приобретают не один-два аппарата для экспериментов, а целые флоты. Этот сдвиг свидетельствует о том, что беспилотные подводные системы переходят от испытаний к устойчивому, операционному использованию с реальной подготовкой, логистикой и требованиями к сроку службы».

Удобство использования

Для покупателей подводных аппаратов пользовательский опыт имеет огромное значение. Системы должны быть эффективными, настраиваемыми и, в конечном итоге, полезными для выполнения поставленной задачи.

«Заказчики хотят системы, способные справляться с неопределенностью, работать в условиях ограниченного обмена данными и беспрепятственно интегрироваться в более широкие морские силы, включая экипажные суда, самолеты и другие беспилотные платформы», — сказал Фотерингем. «Они также стремятся к снижению нагрузки на оператора».

«Мы также наблюдаем высокий спрос на более компактные и портативные платформы, для развертывания которых не требуются большие суда или сложная логистика», — сказала Вера Бронза, директор по продажам и маркетингу компании Boxfish Robotics. Точная синхронизация данных также очень важна, добавила она, поскольку автономные подводные аппараты компании могут синхронизировать данные со всех датчиков, систем навигации и визуализации.

«Кроме того, клиентам очень важны эффективность и удобство использования: скорость настройки системы, количество персонала, необходимого для ее эксплуатации, и объем полезных данных, которые можно собрать за один цикл развертывания. Гибкость также важна, чтобы системы могли развиваться по мере изменения требований проекта».

Гибкость — хорошо известный элемент для VideoRay, которая уделяет приоритетное внимание модульным транспортным средствам. «Клиенты хотят всего и сразу. Им нужны транспортные средства, которые были бы одновременно компактными и портативными, но при этом сверхмощными и способными перевозить огромные грузы. Именно здесь модульные технологии оказываются незаменимыми, поскольку мы можем обеспечить это в большей степени», — сказал Маркус Колб, технический директор VideoRay, компании, занимающейся разработкой беспилотных летательных аппаратов. Их новейшее судно, Mission Specialist Wraith, создано на основе своего предшественника, Mission Specialist Ally, и обещает улучшенную маневренность и увеличенную мощность двигателей.

Специалист миссии Рейф. Фото: AeroVironment Inc/VideoRay

Видимость

Подводные аппараты должны быть эффективными и удобными в использовании, но они также должны эффективно выполнять свою основную задачу — видеть то, что недоступно человеку. Высококачественная визуализация всегда находится в числе главных приоритетов заказчика, подчеркнул Бронза. «Надежная навигация и позиционирование также имеют решающее значение, особенно для исследований, которые необходимо повторять в течение длительного времени».

Более высокое качество изображения также указывает на сдвиг в сторону расширения набора инструментов и датчиков для обеспечения видимости и визуализации данных. «Мы также наблюдаем интерес к фотограмметрии, когда клиенты хотят создавать трехмерные облака точек высокого разрешения и/или «цифровые двойники» подводной инфраструктуры для долгосрочного мониторинга», — сказал Джозеф Сегато, менеджер по работе с клиентами в Deep Trekker. «Наконец, в условиях плохой видимости многолучевой гидролокатор стал обязательным требованием из-за ограничений видимости».

Выносливость

Производительность и функциональность подводного аппарата зависят от его выносливости, при этом заказчики повсеместно стремятся к более длительным срокам эксплуатации. Хотя это зависит не только от емкости батарей — управление энергией и конфигурация миссии также являются важными факторами — подводные батареи представляют собой самостоятельную область, быстро развивающуюся в отрасли, требующую баланса между плотностью энергии, безопасностью, модульностью и соответствием нормативным требованиям.

Многие подводные батареи являются литий-ионными (Li-ION), которые обеспечивают идеальный баланс между плотностью энергии, весом, объемом и сроком службы, пояснил Сёрен Йохансен, главный операционный директор и руководитель отдела маркетинга SubCtech. «Для подводных аппаратов высокая плотность энергии напрямую приводит к увеличению продолжительности миссии или увеличению грузоподъемности. Литий-ионные батареи также обеспечивают высокую эффективность, стабильные характеристики разряда и хорошую масштабируемость для систем различных размеров». Дистанционно управляемый подводный аппарат REVOLUTION (ROV) компании Deep Trekker, а также автономные подводные аппараты (AUV) и ROV компании Boxfish работают на литий-ионных батареях.

Собственные интеллектуальные блоки питания SmartPowerBlocks от SubCtech также являются литий-ионными, сочетая модульную механическую конструкцию с интегрированными функциями управления батареями, мониторинга и безопасности для подводных применений. «Их модульность позволяет клиентам масштабировать емкость и напряжение без перепроектирования всей системы электропитания», — сказал Йохансен. SmartPowerBlocks также можно настраивать, адаптируя геометрию батарей, емкость, уровни напряжения и интерфейсы в соответствии с конкретными ограничениями аппарата и требованиями миссии. «Это может включать оптимизацию форм-фактора для ограниченного пространства корпуса, концепции резервирования для критически важных приложений, индивидуальные профили разряда или интеграцию со специфическими для аппарата системами связи и мониторинга. Мы также адаптируем решения для различных нормативных условий, будь то оборонные платформы, научные аппараты или полностью электрические системы для нефтегазовой отрасли, сохраняя при этом общую, сертифицированную технологическую базу».

Развертывание аккумуляторной установки для нефтегазового заказчика. Фото: SubCtech

ROV REVOLUTION компании Deep Trekker. Кредит: Глубокий Треккер

Аккумуляторная платформа SeaPower от Kraken Robotics также построена на литий-ионной технологии, в которой пакетные элементы и электроника встроены в матрицу из силиконового полимера и могут работать на глубине до 6000 метров. Она отличается устойчивой к давлению герметичной конструкцией, которая устраняет необходимость в жестких герметичных корпусах или компенсации масла, и построена на модульной основе, позволяющей адаптировать напряжение, размер и энергию к потребностям проекта. «Мы наблюдаем значительный рост спроса на аккумуляторы SeaPower, особенно для оборонных применений и сверхкрупных беспилотных подводных аппаратов (XLUUV), где выносливость, надежность и безопасность имеют решающее значение», — сказал Патрик Параньос, вице-президент по аккумуляторным системам. «Этот рост отражает более широкую тенденцию к созданию подводных платформ с большей дальностью действия и большей мощностью, работающих во все более сложных условиях».

Аккумулятор SeaPower компании Kraken Robotics. Фото: Kraken Robotics.

Подводный беспилотник REMUS. Фото: HII. Компания HII разработала для беспилотного подводного аппарата REMUS модульную энергетическую архитектуру, позволяющую аппарату нести один, два или три аккумуляторных блока, а также масштабировать продолжительность работы в зависимости от скорости, полезной нагрузки и профиля эксплуатации. Хотя литий-ионные батареи являются наиболее распространенными, щелочные батареи также доступны в качестве опции для некоторых специализированных задач. Подводные аппараты ecoSUB также стандартно оснащаются перезаряжаемыми литий-ионными батареями, но можно использовать и щелочные элементы.

Компания VideoRay взяла решение проблемы с батареями в свои руки. «Мы долго выбирали между никель-металлгидридными батареями, потому что их легко транспортировать, и литий-ионными, которые доставляют немало хлопот. Мы разработали собственные батареи просто потому, что не смогли найти никого, кто бы их производил», — сказал Колб. «Наши батареи, как и все наши модули, имеют встроенный «мозг». В них есть узел, который может обмениваться данными и запрашивать информацию. Но более того, они фактически выдают регулируемое напряжение 48 вольт в номинальном режиме, а затем оно снижается до порогового напряжения литиевых батарей».

Автономия

Автономность становится все более востребованной, если не обязательной, в подводной индустрии и за ее пределами, позволяя выполнять работу быстрее и в течение более длительного времени, чем при управлении человеком. Проще говоря, можно собрать, обработать и визуализировать больше данных. В морской разведке, разведочных работах и оборонной промышленности автономные системы снижают уровень риска, уменьшая количество опасных или экстремальных ситуаций. Фотерингем подчеркнул, что крайне важно, чтобы подводные аппараты были способны к автономной работе не только во время морских испытаний. «Ожидается, что автономия будет функционировать в реальных условиях, а не только в контролируемых сценариях».

Подводные аппараты эволюционируют из специализированных инструментов в рутинные, сетевые средства, определяемые потребностями проектов и запросами заказчиков. Многоцелевое использование, удобство в применении, обзорность, выносливость и автономность являются общими тенденциями для аппаратов следующего поколения, а также указывают на, казалось бы, безграничные возможности, которые еще предстоят.