dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Известная история гласит, что Интернет создавался для обеспечения связи в ситуации, когда большая часть сетей разрушена, выведена из строя (это только одна часть истории, но сейчас речь о другом). У DARPA есть программа TUNA (Tactical Undersea Network Architecture), цель которой – получение средств, позволяющих быстро наладить связь на больших расстояниях в море, при условии, что имеющиеся сети разрушены. Концепция подразумевает налаживание радиосвязи, но с использованием оптических линий между опорными узлами. То есть, в море выпускаются буи (например, сбрасываются с самолёта), между которыми под водой протягивается плавучая (это важно – кабель не опускается на дно) оптоволоконная линия, которая, как пишут, должна проработать до 30 дней. В новости по ссылке выше упоминают разработку лаборатории Вашингтонского университета – буй, который вырабатывает электричество, используя энергию морских волн.

Можно представить, что буи, формирующие узлы, сбрасывают один за одним с самолёта, при этом они сразу соединены очень тонким оптоволоконным кабелем. Кабель имеет нейтральную плавучесть, а это отчасти решает проблему с его проведением. Для волокна важно, чтобы радиус кривизны в местах изгиба не превышал некоторого предельного значения – иначе будет радикально теряться мощность передаваемого луча, так как исчезает полное отражение. Конкретные параметры зависят от частоты излучения, строения и материалов волокна, но понятно, что от “перекручивания” кабель всё равно как-то нужно защищать. В подвижной среде, при длине, измеряемой десятками километров, это не так просто. Хотя, на достаточно большой глубине хаотичных перемещений должно быть меньше, но при этом буи могут начать равномерно удаляться друг от друга, либо кабель будет увлекать течением, что грозит обрывом.

Сейчас программа прошла первую стадию, что-то вроде эскизного проектирования. На второй стадии обещают показать некоторые рабочие прототипы.

DARPA заказывает новую программу POSYDON, результатом которой должно стать построение в океане опорной навигационной сети для подводных аппаратов. В качестве подрядчика выбрали Draper (это известная Лаборатория Чарльза Старка Дрейпера, вышедшая из Массачусетского технологического института).

Из описания следует, что речь идёт о размещении в океане неких опорных устройств, которые будут передавать под водой навигационный сигнал, наподобие GPS (последняя, как известно, под водой не принимается – нужно подвсплывать). Подводный аппарат, таким образом, получает возможность вычислять собственное местоположение по принятым сигналам, зная координаты опорных устройств и, соответственно, расстояние до них. Решение предназначено для подводных аппаратов, скрытно проникающих в особо охраняемые области. Конечно, пишут, что и для гражданских применений такая навигация сгодится – в принципе, действительно, можно придумать гражданские аппараты, которым нужна скрытность и которые не должны всплывать для коррекции, дабы не обнаружить своё присутствие.

Кстати, для скрытной коррекции инерциальной навигационной системы аппарата по GPS вовсе не обязательно всплывать всему аппарату, можно выпустить небольшой специальный буй. Опыт подводных лодок показывает, что такой буй даже может отстать от аппарата на значительное расстояние, прежде чем всплыть и, теоретически, обнаружить своё присутствие. Однако наличие опорной навигационной сети переводит ситуацию на иной уровень: этой сетью могут пользоваться миниатюрные, относительно дешёвые аппараты, обладающие при этом большой автономностью. В качестве фантастического варианта – переносимые течениями, и, таким образом, совершенно бесшумные. Инерциальная навигационная система, несмотря на весь прогресс, будет накапливать ошибки. Чем дольше аппарат находится в автономном режиме, без коррекции, тем больше будет ошибка. Традиционные методы привязки координат, опирающиеся на картину рельефа дна, требуют активного измерения этой картины при помощи сонара (пассивная оптика под водой не очень помогает). “Подводный GPS” – напротив, пассивный.

Что касается подводной передачи навигационных сигналов, то, естественно, вряд ли будет использована радиосвязь, по понятным причинам. Акустический сигнал под водой может распространяться на достаточно большие расстояния. Так что, учитывая возможности по цифровой обработке и то, что для передачи навигационных данных не требуется большая информационная ёмкость, схема вполне реальна. Другое дело, что для противодействия могут быть использованы помехопостановщики.

Занятно, кстати, представить, как такой аппарат незаметно забирается в район базирования подводных лодок, залегает там на некоторое время, а после выхода лодки – автоматически прикрепляется к её корпусу (при должном подходе, это вполне можно проделать незаметно). В нужный момент аппарат перестаёт быть пассивным и, по команде, переданной через ту же самую опорную сеть, начинает громко транслировать текущее местоположение лодки в окружающий океан.

На фотографии из коллекции Библиотеки Конгресса – кормовой отсек подводной лодки, которая обозначена как германская. Как пишут, фотография сделана около 1915 года. Видны двигатели, гребные валы (два) и прочее оборудование.

(Та же картинка – в более высоком разрешении.)

В Штатах провели ходовые испытания нового эсминца Zumwalt. На фото ниже – установка надстройки на Zumwalt, 2013 год:

(Фото: U.S. Navy.)

Наиболее 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?

Методы гидроакустической маскировки подводных лодок развиваются много лет. Наверняка ведь появились сложные активные системы, который работают, например, с пары надводных судов и, скажем, с автоматических аппаратов, заранее выведенных в район прикрытия. Собственно, буи и буксируемые имитаторы шумов известны очень давно. Современная активная версия должна включать сеть из нескольких передатчиков, действующих согласованно. Передатчики генерируют некоторое звуковое поле, динамические характеристики которого специально подобраны для прикрытия конкретной лодки (ведь для неё заранее известны параметры сигнала). Соответственно, подвижная лодка оказывается хорошо спрятана от пассивных гидроакустических систем, благодаря работе активной системы, организованной отдельно от лодки. Давно применяемое “архитектурное” решение.

С чисто теоретической точки зрения задача сводится к тому, чтобы, при условии наличия в зоне действия нескольких управляемых источников сигналов (шума), построить на заданном участке границы зоны акустическую картину, эквивалентную случаю, когда одного из источников (якобы) нет. Этот источник и есть подводная лодка. Задача сложная. Естественно, на практике эквивалентной картины получить не удастся, но можно к ней приблизиться. Если, конечно, есть хорошие технические средства и организация работы по их использованию.

Кстати, отдельная подзадача: как организовать синхронную работу передатчиков системы, если они должны адаптироваться к меняющимся условиям? Понятно, что надводная часть может обмениваться данными по радиоканалу. С подводной – несколько сложнее, но, в принципе, синхронизирующие метки и данные могут быть внедрены в сам маскирующий акустический сигнал, тогда отдельные элементы выстраиваются в систему, слушая друг друга.

Авианосец для Индии “Викрамадитья” окончательно поставили на ход и он, наконец-то, отправляется к берегам заказчика:

Авианосец “Викрамадитья” покинет российские территориальные воды в конце ноября 2013 года. Корабль совершит дальний переход и прибудет в Индию в конце января – начале февраля 2014 года.

В Штатах вчера прошла церемония крещения головного корабля нового типа авианосцев “Джеральд Р. Форд” (USS Gerald R. Ford, CVN-78). Впрочем, новый атомный авианосец ещё будут достраивать. Одной из особенностей нового авианосца является то, что при проектировании изначально учитывали возможность использования ударных беспилотников в составе авиационной группы. Соответствующую технологию, как мы все видели, уже отлаживают. Поделюсь ссылкой на краткую записку о “Форде”, опубликованную примерно пять лет назад.

Планировали, что “Форд” заменит “Энтерпрайз”, но последний отправили на покой в прошлом году, так что штатовский флот ещё долгое время будет без флагманского “Энтерпрайза” (этим именем обещают назвать лишь третий корабль фордовской серии).

Пишут, что в Штатах спустили на воду эсминец класса Zumwalt, для достройки. (Церемонии не было. По ссылке есть фотографии.)

Как-то я пропустил: вот есть фото X-47B на палубе авианосца, где этот прототип ударного беспилотника проходит испытания.

(Фото: U.S. Navy)

Авианосец “Энтерпрайз” – USS Enterprise (CVN 65) – отправили на покой. Это был первый атомный авианосец, в строю с 1961 года, без малого – полвека. Говорят, тем же именем назовут третий современный авианосец класса Gerald R Ford.