Разработчики рассказали о «прыжке» «Витязя» в Мариианскую впадину
В освоении гидрокосмоса случился прорыв. 8 мая в Марианскую впадину — «Бездну Челленджера» — совершил прыжок российский автономный необитаемый подводный аппарат «Витязь-Д».
Беспилотник с искусственным интеллектом длиной 5, 5 метров способен действовать автономно без внешнего управления, обходить препятствия, находить выход из пещер. Не связанный никаким кабелем с судном-носителем, этот «малыш» может нырять на глубину 12 километров, выдерживать давление до 1000 атмосфер. Обследуя донную поверхность, может совершать броски до 100 километров. Что «Витязь» и доказал, погрузившись недавно в самую глубокую точку на планете.
О том, какие испытания были предварительно проведены на гидравлическом стенде; об уникальном сферопластике, выполняющим роль своеобразного спасательного жилета; о способности «Витязя» искать в Мировом океане «черные ящики» пропавших самолетов; а также, как проходило погружение, рассказали «МК» руководитель проекта Фонда перспективных исследований Сергей Лапсарь, заместитель руководителя направления физико-технических исследований ФПИ Виктор Литвиненко и главный конструктор ЦКБ МТ «Рубин» Дмитрий Семенов.
«Это колоссальное давление – представьте, что вы держите легковой автомобиль на кончике указательного пальца!»
– Можно сказать, что это было Победное погружение? Марианская впадина наша!
– Безусловно, это событие стало победным. Поставлен мировой рекорд по глубине погружения для автономных необитаемых подводных аппаратов, продемонстрирован высокий научно-технический потенциал российской судостроительной отрасли, – говорит заместитель руководителя направления физико-технических исследований Фонда перспективных исследований Виктор Литвиненко. – Наши специалисты в кратчайшие сроки смогли создать уникальный комплекс, способный работать на экстремальных глубинах Мирового океана. Погружение мы приурочили к 75-летию Победы в Великой отечественной войне, поэтому права возвращаться без победы у нас не было.
– В чем уникальность этого погружения? Ранее в этом районе уже работали аппараты Kaiko (Япония) и Nereus (США).
– В отличие от аппаратов Kaiko и Nereus, «Витязь-Д» работал на дне в автономном режиме, аппарат не был связан кабелем с судном-носителем, – говорит главный конструктор ЦКБ МТ «Рубин» Дмитрий Семенов. – Это уже другой уровень технологий, которые позволяют аппарату выполнять более масштабные задачи. В Марианской впадине не просто впервые побывал полностью автономный аппарат, в Марианскую впадину впервые погрузились технологии искусственного интеллекта.
– При разработке «Витязя-Д» были использованы титановые сплавы и высокопрочный сферопластик?
– На титане мы остановили выбор, как на самом прочном конструкционном материале и, в то же время, достаточно легком, что позволило свести габариты аппарата к минимально возможным, – говорит Дмитрий Семенов. – Но если выточить какую-либо деталь из титана не составляло для нас большой проблемы, то над узлами стыковки и расстыковки прочных контейнеров, в которые устанавливалось все радиоэлектронное оборудование, нам пришлось очень серьезно поработать. Все эти узлы проходили испытания на уникальном гидравлическом стенде в Крыловском государственном научном центре, где более суток находились под давлением, соответствующем давлению на 12-13-километровой глубине. И только после того, как элемент конструкции успешно проходил испытания, мы ставили его на стапель.
На гидравлическом стенде также «продавливалось» все внешнее навесное оборудование – это гидролокаторы бокового обзора, фото-видеосистемы, датчики гидролокации, акустические системы и так далее. Далеко не все элементы выдерживали испытания с первого раза, что-то приходилось возвращать на доработку, мы меняли узлы уплотнения. К примеру, стекло гермобокса видеокамеры в итоге состоит из пяти слоев акрила общей толщиной в 25 сантиметров.
Руководитель проектной группы Виктор Литвиненко, в свою очередь, отмечает, что среди инновационных технологий, которые были получены в рамках реализации проекта, была разработка нового вида особо прочного сферопластика.
– Этот материал выполняет в конструкции аппарата роль своеобразного спасательного жилета. Являясь достаточно легким материалом, он компенсирует избыточный вес металлических конструкций и обеспечивает нулевую плавучесть аппарата на поверхности, – рассказывает Виктор Литвиненко. – Когда мы стали изучать существовавшие на момент запуска проекта технологии создания сферопластиков, оказалось, что ни одна из них не обеспечивает необходимую прочность конструкции на глубинах свыше 6 километров. Образцы буквально трещали и крошились в гидравлической камере. Мы стали искать разработчика, который мог бы справиться с этой задачей, далеко не все отечественные производители, в том числе и именитые, были готовы взяться за эту работу. Но в итоге мы нашли фирму, специалисты которой, несколько отойдя от классических формул и, используя новые компоненты, смогли создать сферопластик, выдерживающий давление 12-километровой глубины. Эта разработка теперь будет востребована не только в «Витязе», но и во многих других проектах.
– «Витязь» преодолел более десяти километров глубины и сильнейшее давление. Были уверены в технике?
– Давление на 10-километровой глубине составляет около тонны на квадратный сантиметр. Мы закладывали в конструкцию предел прочности, обеспечивающий работу при давлении 1200-1300 килограмм на квадратный сантиметр, что соответствует глубинам в 12-13 километров, – объясняет руководитель проекта Фонда перспективных исследований Сергей Лапсарь. – А это колоссальное давление – представьте, что вы держите легковой автомобиль на кончике указательного пальца! В технике мы были уверены. Как уже говорили, все элементы конструкции, как по отдельности, так и в собранном виде прошли испытания на гидравлическом стенде.
Но, в определенной мере, для нас это был шаг в неизвестность, поэтому некоторые технические моменты нас все-таки тревожили. Связь с аппаратом осуществлялась по гидроакустическому каналу, и еще в самом начале реализации проекта, у нас были некоторые сомнения в том, что гидроакустика сможет нормально работать на такой глубине. Но связь в Марианской впадине отработала штатно. Здесь, конечно, стоит отдать должное нашим коллегам из Института проблем морских технологий ДВО РАН и НИИ гидросвязи «Штиль», которые совместными усилиями создали исключительно надежный буксируемый антенный комплекс, прекрасно показавший себя на всех глубинах погружения аппарата.
«В радиусе 5-10 километров находились одновременно три флага трех ведущих сверхдержав»
-Как проходило погружение? Был ли перед этим совершен на удачу некий обряд? С какими словами отправили «Витязя» в гидрокосмос?
-Времени на проведение обряда у нас не было – погружение началось спустя два часа после прибытия «Фотия Крылова» в точку, — говорит Виктор Литвиненко. — Спуск «Витязя» проходил в сложных условиях – в темное время суток при трехбалльном волнении и сильном ветре. Хотя напутственные слова всей команде были сказаны – от каждого требовалась максимальная собранность и отдача.
Но все, к счастью, прошло успешно. За месяц мы успели произвести несколько погружений в других районах, поэтому действия экипажа судна и представителей организаций разработчиков были отточены до автоматизма.
– Датчики показали, что глубина погружения составила 10 028 метров. Это — максимальная точка? Ведь то же одноименное советское научно-исследовательское судно «Витязь» в 1957 году определило максимальную глубину Марианского желоба — 11 022 метра.
– Мы погружались в районе Марианского желоба, для которого на навигационной карте была указана глубина 11 022 метра. И полученные данные с аппарата нас несколько озадачили, – рассказывает Дмитрий Семенов. – Сначала возникли сомнения в корректности работы датчиков глубины или возможных аномалиях рельефа дна, но на следующий день в этой же точке мы погрузили вспомогательное оборудование и, с помощью акустических методов измерения, получили очень похожую глубину. Мы ни в коем случае не ставим под сомнение результаты замеров глубины судном «Витязь» в 1957 году, ведь для их проверки необходимо тщательно протралить весь район с использованием более точной аппаратуры. Но, не исключено, что за минувшие 60 лет произошло изменение морского дна. В пользу этой версии говорит и тот факт, что во время погружения мы столкнулись с мощным придонным течением.
– Что из живности обитает на глубине?
– Достаточно активную жизнь комплекс увидел в Филлипинском море на глубине 5200 метров. Это были креветки и другие организмы, – говорит Виктор Литвиненко. – Что касается Марианской впадины, то фото и видеокамеры зафиксировали небольшие движущиеся объекты. Сейчас материалы фото и видеосъемки обрабатываются совместно с учеными. Результаты будут полезны для дальнейших исследований.
– Было что-то мистическое в районе «Бездны Челленджера»?
– Ничего мистического в районе мы не наблюдали, зато был очень символичный момент, – заинтриговывает Виктор Литвиненко. – В точке погружения мы встретили китайское исследовательское судно, а на следующий день в район прибыл американский крейсер «Банкер Хилл». Три флага трех ведущих сверхдержав одновременно находились в этом крошечном районе Мирового океана с радиусом в 5-10 километров. Это говорит о том, что гидрокосмос постепенно превращается в зону переплетения глобальных интересов. Поэтому упускать технологическое первенство в вопросах освоения морских глубин нам ни в коем случае нельзя.
«Получали телеметрию каждые 3 минуты»
– Какую функцию выполняла глубоководная донная станция и аппаратура пункта управления?
– Глубоководная донная станция – это вспомогательное оборудование, по сути гидроакустический маяк, который дополнительно позволяет «Витязю» с высокой точностью определять свои координаты и, в случае необходимости, корректировать маршрут движения, – объясняет Виктор Литвиненко. – Кроме этого станция оснащена набором собственных датчиков и аппаратурой для фото- и видеосъемки.
Аппаратура пункта управления состоит из двух портативных компьютеров. Система работает по принципу эха в горах. «Витязь» принимает соответствующий сигнал от буксируемой антенны, обрабатывает его по определенному алгоритму и излучает в обратную сторону. По времени прохождения этих сигналов в одну и другую сторону рассчитывается наклонная дальность, таким образом мы понимаем насколько далеко аппарат находится от нас. При этом, в самом сигнале зашифрована телеметрическая информация о состоянии аппарата, заряде аккумуляторных батарей, о шаге выполнения программы миссии, о текущем состоянии всех его компонентов, состоянии среды, глубине, давлении, плотности воды и скорости звука. Вся эта информация передается практически в режиме онлайн, периоды передачи можно выставить любые. В Марианской впадине мы получали телеметрию каждые 3 минуты.
При необходимости в процессе выполнения миссии оператор может активировать или деактивировать те или иные функции аппарата или отдать команду на экстренное всплытие.
– Что может делать «Витязь», благодаря технологиям искусственного интеллекта?
– Благодаря технологиям искусственного интеллекта, аппарат обладает достаточно высокой степенью самостоятельности, – говорит главный конструктор ЦКБ МТ «Рубин» Дмитрий Семенов. – В частности, аппарат способен в автономном режиме преодолевать препятствия. «Витязь» оснащен системой освещения подводной обстановки. И если она видит препятствия, то в работу вступает искусственный интеллект, и система управления аппарата корректирует траекторию движения. Также элементы искусственного интеллекта применены в навигационной системе аппарата, которые позволяют ему самостоятельно поддерживать заданную глубину погружения и маршрут движения.
Высокая автономность в первую очередь позволяет аппарату обследовать значительные площади донной поверхности, ведь он не связан кабелем с судном-носителем. В зависимости от глубины и скорости дальность хода «Витязя» может составлять около 100 километров. Основным средством технического зрения аппарата являются гидролокаторы бокового обзора, которые, в зависимости от режима использования, сканируют полосу дна шириной от 100 до нескольких сотен метров.
Результат съемки напоминает черно-белую фотографию, на которой вполне различимы очертания объектов, находящихся на дне, или рельеф донной поверхности.
И, конечно, высокая автономность аппарата, когда оператор практически не вмешивается в процесс выполнения миссии, исключает возможность возникновения нештатных ситуаций по вине человеческого фактора, что в конечном итоге делает комплекс более надежным.
– Как отметили День Победы?
– Погружение проходило с 8 на 9 мая, все, кто участвовал в проведении эксперимента, фактически не спали более суток, поэтому в День Победы провели небольшой импровизированный митинг, – говорит Виктор Литвиненко.
– «Витязь» создан в основном для оборонки? Где он еще может найти еще применение?
– Мы рассматриваем комплекс, как универсальную платформу, которая, в зависимости от используемой полезной нагрузки, может решать, как оборонные задачи, так и выполнять сугубо гражданские миссии – научные исследования, поиск полезных ископаемых, картографирование дна и так далее, – говорит Дмитрий Семенов. – «Витязь» также может быть полезен для первоочередных этапов поисковых операций. Здесь я бы хотел напомнить историю с поиском «черных ящиков» пропавшего в 2009 году Атлантическом океане самолета А330. Такие аппараты с помощью гидролокаторов бокового обзора способны различать на дне в ходе многокилометрового поиска интересующие нас крупные объекты, а дальше, когда мы находим принципиальную точку на дне, в дело должны вступать другие технологии, вроде телеуправляемых аппаратов с манипуляторами и так далее.
На данный момент наибольший интерес к результатам проекта проявляет Минобороны РФ и Российская академия наук.
