“Любительские” подводные дроны

23. November 2014, 23:33 Роботы, Флот

SeaExplorer. Credit: Wikimedia.orgНаиболее популярные автономные роботы, которые сейчас строят энтузиасты, это, без сомнения, беспилотники. Летательные аппараты оснащаются автопилотами, построенными на базе готовых решений, и уверенно осуществляют автономный полёт по программе. Естественно, следующий шаг – плавучие роботы: используя аналогичные средства навигации, такой робот, если его добротно сконструировать, мог бы пересечь даже океан (проекты уже есть). Роботу важно не пойти ко дну – остальное, при правильно выбранной точке старта, сделают ветер и течения. Но если робот всё же начал тонуть? Это ещё интереснее: подводный автономный робот – вот действительно занимательная задача.

Подводный “любительский” дрон мог бы пройти хотя бы тот или иной морской пролив, океанский размах на первых порах не обязателен. Главное – непрерывное движение в подводном положении, через море, на большое расстояние. (Для бассейнов и небольших естественных водоёмов задача уже многократно решена – даже соревнования проходят.) Тут немало проблем, весьма сложных. Первая и важнейшая из них – управление плавучестью: робот не должен уйти на слишком большую глубину, но и на поверхности показываться ему тоже нельзя (иначе что это за подводный дрон?). Поддерживать нужную плавучесть и контролировать глубину непросто: даже для изящных инженерных решений тут требуется постоянный контроль и активное управление, потому что меняются условия вокруг аппарата. Идти по поверхности гораздо проще, что неоднократно доказано не столько прогулочными яхтами, сколько бутылками и брёвнами.

Следующая масштабная проблема – навигационная система. Из-под воды нет доступа к GPS, поэтому придётся либо городить некий перископ с GPS-антеннами, либо использовать только автономную инерциальную навигационную систему. Конечно, возможен и комбинированный вариант. Предположить, что построенный энтузиастами подводный автономный аппарат сможет ориентироваться по рельефу дна или каким-нибудь гидроакустическим маякам, будет слишком смело. Впрочем, инерциальная навигационная система нужной точности выглядит ещё более сомнительно: сконструировать и построить её силами энтузиастов едва ли возможно (да и силами специалистов – тоже). То есть, потребуется комбинированная система, с коррекцией по GPS. Всё равно неподъёмная, пока что, задача.

И остаётся целый пласт других проблем: как управлять движением аппарата, как обеспечивать его энергией в течение длительного времени подводного хода, как поддерживать связь. И, кстати, как уберечься от морских животных, будь то рыбы или какие-нибудь любопытные китообразные?

Адрес записки: https://dxdt.ru/2014/11/23/7049/

Похожие записки:



Далее - мнения и дискуссии

(Сообщения ниже добавляются читателями сайта, через форму, расположенную в конце страницы.)

Комментарии читателей блога: 7

  • 1. 24th November 2014, 12:46 // Читатель sarin написал:

    а в чём проблема с навигацией по рельефу дна? нет необходимости картографировать весь океан, достаточно иметь рельеф маршрута по которому предстоит пройти роботу. для этого потребуется, например, пройти предварительно этим же маршрутом на яхте с эхолотом. задача не выглядит ультрасложной. или нужны какие-то особенные эхолоты?

    ещё можно попробовать “примерно” определять необходимое направление по течениям, например. но это очень уж приблизительно

  • 2. 25th November 2014, 18:55 // Читатель Dead-Pilot написал:

    Как-то раз, решив сформулировать для себя набросок подобного проэкта, озадачился упомянутыми вами проблемами.
    Задачу сохранения глубины решил для себя (теоретически) “рыбим” способом. Конкретно двухкамерным механическим “пузырем” с необходимыми прочностными свойствами. Например, грубо говоря, камера с поршнем или гарантированно герметичные “меха”, используя уменьшение обьема сжатием против наполнения, что позволит избежать необходимости в запасе сжатого воздуха на борту + датчики давления и соответственный алгоритм поведения в “мозге” судна. Первая камера погружает лодку после старта до приблизительной рабочей глубины и не меняет обьема на протяжении пути, посчитал что это требуется для компенсации изменения общего веса, т.к. степень заполнения грузом и его плотность условно непредсказуема. Вторая, меньшего обьема, проводит более точную корректировку глубины во время движения, исправляя изменения плотности забортной воды. Думаю что такая конструкция позволит достаточно точно держать подлодку на заданной глубине при простоте самого устройства(“пузыря”).
    Это по поводу нашей “первой и важнейшей” задачи. Опасность столкновений с подводными препятствиями возможно исключить заблаговременным изучением рельефа дна и прокладкой курса. Что и приводит к задаче автономной навигации.
    Посчитав что для грузового дрона нет нужды нырять очень глубоко, решил, что можно сам узел GPS поместить в поплавок на разматываемом леере-кабеле, снабдив механическим устройством сброса катушки при превышении нагрузки натяжения (на случай если его акула заглотит или еще что..)))) и продублировав этот несложный и недорогой узел несколько раз, присвоив ему статус допустимого “расходника”.

  • 3. 25th November 2014, 19:12 // Читатель Dead-Pilot написал:

    Добавлю, проблему нападения морских животных можно решить снабдив дрон ароматизатором “несъедобности”.

  • 4. 26th November 2014, 00:07 // Читатель jno написал:

    Подводный автономный дрон с приличной дальностью хода известен давно – торпеда называется.

  • 5. 5th October 2015, 09:30 // Читатель ФСергей написал:

    ))) Тема интересная, ждём развития.

  • 6. 17th October 2015, 09:56 // Читатель Митрофанов Сергей … написал:

    Для навигации гражданских подводных сухогрузов-роботов возможно использование акустической трассы на дне моря, представляющей собой кабель с активными акустическими станциями. Подводный транспорт теоретически более эффективен с точки зрения отсутствия надводной части, являющей собой “паразитный” вес. Подводный транспорт не подвержен воздействию шторма, не боится сложной ледовой обстановки, для него всё един: Северный морской Путь или ДИПСИ через Индийский океан. На начальной фазе отчаливания, следования в надводном положения и включения программы погружения с автоматизированной навигацией на “дроне” может находиться пилот, покидающий подводное судно на катере после включения программы. На заключительной фазе причаливания пилот может встретить “дрон” в назначенной точке :)

  • 7. 17th October 2015, 17:43 // Читатель зашел в гости написал:

    > Подводный транспорт теоретически более эффективен с точки зрения отсутствия надводной части, являющей собой “паразитный” вес.

    утверждение неверное по многим причинам.
    Надводная часть – не “паразитный” вес, а вместилище для груза. Т.е., оно выполняет совершенно конкретную полезную функцию. Подводному кораблю нужен будет все тот же обьем, только он уже должен быть а) прочным б)водонепроницаемым. Это не просто дорого, а ОЧЕНЬ дорого. Посмотрите размеры среднего торгового судна, и сравните его с самой большой в мире подлодкой. Потом погуглите стоимость постройки, того и другого, и прикиньте, сколько грузов должен перевезти подводный корабль, чтобы окупить разницу.
    Затем, каждый кубометр корпуса – это дополнительное сопротивление. Надводная часть корпуса – сопротивление воздуха, подводная – сопротивление ВОДЫ. Разница не просто большая, а колоссальная. Т.е. подводный корабль будет тратить на порядок больше топлива.
    Следующий пункт – погрузка/разгрузка. Время в порту – это очень, очень дорого. Судоводные компании резервируют места у причалов, и регулируют скорость своих судов, чтобы прийти в порт в определенное время. Т.е., контейнеровозу может быть дано указание замедлить скорость, толко для того, чтобы он смог разгрузиться на наиболее выгодных условиях. Специальные транспорты для перевозки автомобилей иногда уходят в рейс НЕДОГРУЖЕННЫМИ, чтобы не платить лишние деньги за простой у причала. Таковы экономические реалии судоходства. Это я к чему написал: корабль должен грузиться и разгружаться очень быстро, иначе он становится экономически невыгодным. Теперь прикиньте, как будет разгружаться подводный корабль, через крошечные лючки в прочном корпусе.
    Шторма – явление, конечно, для судоходства неприятное, но 99% времени погода вполне себе судоходная на 99% поверхности мирового океана. Прогнозы погоды сейчас до дакой степени точные, что суда могут спокойно идти впереди урагана, за ним, или обходить его на безопасном расстоянии. Так что, по большему счету шторма роли вообще не играют.
    Ледовая опасность – сложно что-то сказать. Если вдруг лед исчезнет, и откроется СевМорПуть, то какая часть мирового судоходства устремится по нему? У вас есть конкретные цифры? Как мне кажется, выгоды от подледного плавания не покроют и десятой доли стоимости строительства и эксплуатации подводных кораблей. См. мои доводы выше.
    Так что подводные сухогрузы-роботы мы не увидим ни завтра, ни послезавтра, ни через 100 лет, ибо законы физики и экономики их запрещают.