В России строят уникальную мини-субмарину «Ясон» ❘ фото + видео
2024-03-14 10:05:13
В России ведется строительство уникального обитаемого подводного аппарата «Ясон». Для создания мини-субмарины объединились несколько ведущих российских научных, производственных и исследовательских организаций и компаний. Техническая экспертиза проекта доверена Центру подводных исследований РГО.
Его руководитель Сергей Фокин расcказал, на что способен новейший отечественный глубоководный аппарат, насколько он безопаснее своих предшественников и почему похож на… головастика.
Разработка «Ясона» фактически открывает новое направление отечественной гражданской глубоководной техники. Подобных аппаратов в отечественном судостроении до сих пор не существовало.
Заказчиком проекта выступил «Газпром». С развитием подводных магистральных газопроводов появилась необходимость в их обслуживании. Производить какие-либо манипуляции с оборудованием на большой глубине — очень непростое и затратное дело. Сейчас существует два варианта: отправлять туда либо водолазов, либо телеуправляемый аппарат.
Возможности работы водолазов ограничивает глубина погружения.
Ни тот ни другой способ нельзя назвать идеальным, и вот почему. На сегодня национальный рекорд максимального водолазного погружения составляет 416 м, он принадлежит военным профессионалам. Между тем магистральные морские газопроводы прокладываются и намного глубже.
Подводные роботы могут «нырять» значительно глубже — на километры, но имеют одно существенное ограничение: они привязаны сложным и тяжелым кабелем-тросом к судну-носителю. «Пуповина» сокращает коридор возможностей аппарата.
И главное: одно дело достичь определенной глубины и совсем другое — выполнять работы, в частности по обслуживанию газовых магистралей. Анализ рынка, который предпринял «Газпром», показал, что не только в России, но и в мире нет аппаратов с нужными ТТХ. По крайней мере, их нельзя просто взять и купить. Получается, что Россия первая делает обитаемый аппарат для прикладных хозяйственных целей.
Отсюда базовые характеристики, которые обозначил перед создателями заказчик: аппарат должен быть обитаемым, иметь достаточную глубину погружения и способность выполнять технологические задачи. А кроме того, нужно, чтобы он был максимально безопасным и надежным, маневренным, довольно быстроходным (насколько это позволяет среда), имел бы достаточный запас времени автономной работы, обеспечивая обзорность экипажу.
Научно-исследовательские работы по созданию глубоководного аппарата для нужд газовиков начались еще в 2017 году. А летом 2022-го было объявлено о закладке первого подобного образца. Проект назвали «Ясон» по имени персонажа древнегреческой мифологии, предводителя аргонавтов.
И еще важное обстоятельство. С самого начала заказчик ставил задачу создать аппарат, максимально независимый от иностранных технологий и материалов. К слову, несмотря на то что российские кораблестроители имеют большой опыт создания подводных кораблей, самые известные наши глубоководные аппараты серии «Мир» были построены в советское время в Финляндии.
Кстати, оба «Мира» уже «на пенсии». Один из них, на котором экспедиция Артура Чилингарова достигла океанского дна в районе Северного полюса, можно увидеть сегодня в Музее Мирового океана в Калининграде.
Глазастый «головастик»
Итак, что же собой представляет рассматриваемый нами аппарат? Это мини-субмарина водоизмещением 15 т, оснащенная пятью электродвижителями (два маршевых, два вертикальных и один горизонтальный). Расчетная глубина погружения — 2250 м, а это значит, что «Ясон» входит в категорию глубоководных подводных аппаратов. Причем он способен работать на этой глубине: обследовать объекты газотранспортной инфраструктуры, изучать морское дно, проводить геологоразведку и даже осуществлять монтаж конструкций с помощью механических «рук».
Максимальная скорость нового аппарата должна составить 3 узла (примерно 5,5 км/ч — довольно бодрый шаг пешехода), крейсерская — 1,5–2 узла. Заряд аккумуляторных батарей позволит экипажу автономно работать под водой не менее восьми часов. В основании корпуса — несущий титановый «скелет». Характерной особенностью аппарата станет кабина экипажа. Она имеет шарообразную форму, сделана из акрила толщиной 30 см и обеспечивает пилотам обзор в 270°.
Внешне «Ясон» выглядит несколько забавно для столь серьезного аппарата. Сходство с головастиком ему придает прозрачный сферический корпус кабины. Он выполнен из полимерных материалов. Сергей Фокин отмечает, что ранее подобная конструкция была характерна для аппаратов, чья глубина погружения, как правило, не превышала 1 км. А «Ясон» сможет спускаться на глубину, где внешнее давление составляет примерно 200 атмосфер. Выдержит ли акриловое «стекло»?
Прежде чем предложить такое решение, конструкторы выполнили все необходимые расчеты и убедились, что и при подобном уровне давления сфера имеет достаточный запас прочности.
Между тем здесь есть и еще один аспект. О нем лучше всего знают как раз практики.
— Безопасность — она не только в механической прочности материала, но и в снижении вероятности возникновения рисковых ситуаций, — говорит исполнительный директор ЦПИ РГО Сергей Фокин. — Прозрачный корпус позволяет оператору наблюдать за ситуацией вокруг аппарата и маневрировать в гораздо более безопасном, контролируемом режиме.
Кроме того, у «Ясона» развито так называемое техническое зрение. Это различного вида гидроакустические устройства, которые позволяют аппарату «слышать» пространство и тем самым ориентироваться в окружающей подводной среде, примерно как некоторые морские животные, например дельфины.
Таким образом, у «Ясона» не будет слепых зон. Он увидит все пространство вокруг себя, причем, по заявлению производителя, в радиусе около полукилометра.
— Конкретное расстояние мы утвердим в ходе испытаний, — продолжает Сергей Фокин. — Но уже сейчас очевидно, что аппарат является эффективным средством не только визуального контроля, но и поиска.
Механические «руки» и «собачка»
Функциональность — главное преимущество новой мини-субмарины. В мире существуют аппараты, способные погружаться глубже, но лишь, так сказать, из спортивного интереса. «Ясону» не нужно ставить рекорды — он должен быть полезным.
— Все шельфовые работы у нас происходят на глубине до 300 м. А максимальная глубина на маршруте газопровода «Турецкий поток» достигает 2200 м, — отмечает Сергей Фокин. — Так что заявленной глубины погружения хватит с запасом.
Технически «Ясон» оснащен таким образом, чтобы решать весьма широкий спектр задач. Для этого аппарат имеет механические «руки» — так называемый манипуляторный комплекс.
— Здесь он довольно продвинутый и состоит из силового и высокоточного манипуляторов, работающих на гидроприводе, — объясняет исполнительный директор ЦПИ РГО. — Первый обеспечивает фиксацию, второй выполняет конкретную работу: может крутить вентили, чистить поверхность от морских обрастаний, менять анодную защиту и т. д.
В зависимости от задач, в механических «руках» может появиться отвертка, гайковерт, шуруповерт, щетка или, допустим, болгарка. Кроме того, «Ясон» оснащен «собачкой» —маленьким телеуправляемым аппаратом на небольшом кабеле, роботом на «поводке». Он может, например, проникнуть внутрь затонувшего судна и передавать оттуда видеосигнал на мониторы в кабине экипажа. Кстати, оба члена команды «Ясона» могут управлять как аппаратом, так и манипулятором, а следовательно, заменять друг друга и работать вместе в любой момент времени.
Изначально заложенная многофункциональность «Ясона» дает ему возможность быть полезным не только газовикам. В какой-то момент он может превратиться в научно-исследовательское судно, помогать подводным археологам или, скажем, экологам.
— Условно говоря, поднять со дна пушку с потопленного старинного корабля, обойти его вокруг, чтобы сделать 3D-снимок, взять пробы грунта, даже выполнять аварийно-спасательные работы — все это под силу «Ясону», — подчеркивает Сергей Фокин. —А за счет способности довольно быстро перемещаться и хорошо маневрировать он может организовать работу многих сил и средств. Координируя их взаимодействие, быть своего рода оперативным штабом под водой.
Насколько безопасен «Ясон»?
Главный вопрос, который волнует всех, — безопасность. И по сей день глубоководные погружения по сложности сравнимы с космическими полетами.
— Основной аргумент противников обитаемой техники — риски для человека, — говорит Сергей Фокин. —В начале прошлого века ровно такое же отношение было к самолетам. Теперь, по статистике, путешествие на самолете гораздо безопаснее, чем на автомобиле. То же самое, уверен, произойдет со временем с обитаемой подводной техникой — при условии, если мы будем продолжать ее развивать.
Следующим после запаса прочности материалов фактором, обеспечивающем безопасность, является способность быстро подниматься на поверхность.
— Всплывать мы можем так быстро, как нам позволит движительный комплекс и конструкция аппарата, — отмечает наш эксперт. — Включаем все движители, продуваем систему плавучести, вытесняя из нее воду, и всплываем на положительной плавучести.
Но что, если вдруг закончится электричество или, например, возникнут проблемы с проводкой или контактами?
— Есть еще одна опция: «Ясон» может сбросить «балласт», — объясняет Сергей Фокин. — Это, во-первых, металлические полозья наподобие вертолетных, на которых он стоит на грунте. Секрет в том, что они крепятся к собственно аппарату пиротехническими болтами. В случае необходимости такой болт взрывается и перестает удерживать конструкцию. То же самое и с манипулятором. Если он, например, запутается, то «Ясон» может его «отстегнуть» — как ящерица, которая оставляет свой хвост в случае нападения хищника.
Руководитель ЦПИ РГО подчеркивает, что экипаж «Ясона» может задействовать несколько систем одновременно. Это обстоятельство снижает практически до нуля риск того, что все откажет вместе и сразу.
Кроме того, люди на борту имеют индивидуальные системы дыхания на случай задымления. Выглядит это как маска с небольшой канистрой, внутри которой находится регенеративное вещество. Оно поглощает углекислый газ и выделяет кислород. Так можно обеспечить нормальное дыхание в течение нескольких часов.
Площадка для новых идей
Чтобы сконструировать и построить новый аппарат, обеспечив его функциональность и безопасность, российские ученые и конструкторы провели колоссальный объем научно-исследовательской работы. Достаточно сказать, что уровень инновационности «Ясона» составляет примерно 40%. Это очень высокий показатель, учитывая, что человечество создает глубоководные аппараты уже более 70 лет. Изучались даже предельные свойства тех материалов, которые давно используются.
— Для того чтобы обеспечить заявленные габаритные характеристики, производителям пришлось проделать работу заново и произвести поставляемые узлы и системы в значительно меньших размерах, чем это делается для подводного флота или спасательных аппаратов, — говорит Сергей Фокин. — Кроме того, уменьшенные узлы должны безотказно работать в комплексе. Для контроля за этим аппарат имеет развитую бортовую систему управления, не имеющую аналогов в мире.
«Ясон» — всего лишь опытный образец, за которым последует серийное производство. По крайней мере, на это рассчитывают его создатели. Поэтому первый аппарат станет своего рода тестовой площадкой для многих конструктивных и технологических решений.
— «Ясон» проектировался с огромным запасом возможностей, порой в фантазийной режиме — а вдруг в перспективе потребуется такая-то функция или характеристика, — отмечает Сергей Фокин.
Очень скоро у специалистов ЦПИ РГО будет возможность на практике убедиться в качествах «Ясона». Первые испытания в реальных условиях могут быть проведены в 2025 году. Однако отдельные элементы оборудования нового глубоководного аппарата Сергей Фокин и его коллеги уже успели протестировать: например, систему наружного освещения, составные части гидроакустического комплекса. Их опробовали в рамках натурного моделирования при погружениях в Нижнем Голубом озере в Кабардино-Балкарии. Оборудование закрепляли на «штатный» аппарат ЦПИ РГО, и оно показало себя прекрасно.
— Помимо задач заказчика, у «Ясона», уверен, появится много научных задач, — резюмирует Сергей Фокин. — Дефицит подобной техники — сдерживающий фактор в изучении наших водных пространств. Но каждый новый шаг в развитии технологий открывает перед исследователями очередной горизонт возможностей.
Айвар Валеев
Марина Давыдова
Его руководитель Сергей Фокин расcказал, на что способен новейший отечественный глубоководный аппарат, насколько он безопаснее своих предшественников и почему похож на… головастика.
Разработка «Ясона» фактически открывает новое направление отечественной гражданской глубоководной техники. Подобных аппаратов в отечественном судостроении до сих пор не существовало.
Заказчиком проекта выступил «Газпром». С развитием подводных магистральных газопроводов появилась необходимость в их обслуживании. Производить какие-либо манипуляции с оборудованием на большой глубине — очень непростое и затратное дело. Сейчас существует два варианта: отправлять туда либо водолазов, либо телеуправляемый аппарат.
Возможности работы водолазов ограничивает глубина погружения.
Ни тот ни другой способ нельзя назвать идеальным, и вот почему. На сегодня национальный рекорд максимального водолазного погружения составляет 416 м, он принадлежит военным профессионалам. Между тем магистральные морские газопроводы прокладываются и намного глубже.
Подводные роботы могут «нырять» значительно глубже — на километры, но имеют одно существенное ограничение: они привязаны сложным и тяжелым кабелем-тросом к судну-носителю. «Пуповина» сокращает коридор возможностей аппарата.
И главное: одно дело достичь определенной глубины и совсем другое — выполнять работы, в частности по обслуживанию газовых магистралей. Анализ рынка, который предпринял «Газпром», показал, что не только в России, но и в мире нет аппаратов с нужными ТТХ. По крайней мере, их нельзя просто взять и купить. Получается, что Россия первая делает обитаемый аппарат для прикладных хозяйственных целей.
Отсюда базовые характеристики, которые обозначил перед создателями заказчик: аппарат должен быть обитаемым, иметь достаточную глубину погружения и способность выполнять технологические задачи. А кроме того, нужно, чтобы он был максимально безопасным и надежным, маневренным, довольно быстроходным (насколько это позволяет среда), имел бы достаточный запас времени автономной работы, обеспечивая обзорность экипажу.
Научно-исследовательские работы по созданию глубоководного аппарата для нужд газовиков начались еще в 2017 году. А летом 2022-го было объявлено о закладке первого подобного образца. Проект назвали «Ясон» по имени персонажа древнегреческой мифологии, предводителя аргонавтов.
И еще важное обстоятельство. С самого начала заказчик ставил задачу создать аппарат, максимально независимый от иностранных технологий и материалов. К слову, несмотря на то что российские кораблестроители имеют большой опыт создания подводных кораблей, самые известные наши глубоководные аппараты серии «Мир» были построены в советское время в Финляндии.
Кстати, оба «Мира» уже «на пенсии». Один из них, на котором экспедиция Артура Чилингарова достигла океанского дна в районе Северного полюса, можно увидеть сегодня в Музее Мирового океана в Калининграде.
Глазастый «головастик»
Итак, что же собой представляет рассматриваемый нами аппарат? Это мини-субмарина водоизмещением 15 т, оснащенная пятью электродвижителями (два маршевых, два вертикальных и один горизонтальный). Расчетная глубина погружения — 2250 м, а это значит, что «Ясон» входит в категорию глубоководных подводных аппаратов. Причем он способен работать на этой глубине: обследовать объекты газотранспортной инфраструктуры, изучать морское дно, проводить геологоразведку и даже осуществлять монтаж конструкций с помощью механических «рук».
Максимальная скорость нового аппарата должна составить 3 узла (примерно 5,5 км/ч — довольно бодрый шаг пешехода), крейсерская — 1,5–2 узла. Заряд аккумуляторных батарей позволит экипажу автономно работать под водой не менее восьми часов. В основании корпуса — несущий титановый «скелет». Характерной особенностью аппарата станет кабина экипажа. Она имеет шарообразную форму, сделана из акрила толщиной 30 см и обеспечивает пилотам обзор в 270°.
Внешне «Ясон» выглядит несколько забавно для столь серьезного аппарата. Сходство с головастиком ему придает прозрачный сферический корпус кабины. Он выполнен из полимерных материалов. Сергей Фокин отмечает, что ранее подобная конструкция была характерна для аппаратов, чья глубина погружения, как правило, не превышала 1 км. А «Ясон» сможет спускаться на глубину, где внешнее давление составляет примерно 200 атмосфер. Выдержит ли акриловое «стекло»?
Прежде чем предложить такое решение, конструкторы выполнили все необходимые расчеты и убедились, что и при подобном уровне давления сфера имеет достаточный запас прочности.
Между тем здесь есть и еще один аспект. О нем лучше всего знают как раз практики.
— Безопасность — она не только в механической прочности материала, но и в снижении вероятности возникновения рисковых ситуаций, — говорит исполнительный директор ЦПИ РГО Сергей Фокин. — Прозрачный корпус позволяет оператору наблюдать за ситуацией вокруг аппарата и маневрировать в гораздо более безопасном, контролируемом режиме.
Кроме того, у «Ясона» развито так называемое техническое зрение. Это различного вида гидроакустические устройства, которые позволяют аппарату «слышать» пространство и тем самым ориентироваться в окружающей подводной среде, примерно как некоторые морские животные, например дельфины.
Таким образом, у «Ясона» не будет слепых зон. Он увидит все пространство вокруг себя, причем, по заявлению производителя, в радиусе около полукилометра.
— Конкретное расстояние мы утвердим в ходе испытаний, — продолжает Сергей Фокин. — Но уже сейчас очевидно, что аппарат является эффективным средством не только визуального контроля, но и поиска.
Механические «руки» и «собачка»
Функциональность — главное преимущество новой мини-субмарины. В мире существуют аппараты, способные погружаться глубже, но лишь, так сказать, из спортивного интереса. «Ясону» не нужно ставить рекорды — он должен быть полезным.
— Все шельфовые работы у нас происходят на глубине до 300 м. А максимальная глубина на маршруте газопровода «Турецкий поток» достигает 2200 м, — отмечает Сергей Фокин. — Так что заявленной глубины погружения хватит с запасом.
Технически «Ясон» оснащен таким образом, чтобы решать весьма широкий спектр задач. Для этого аппарат имеет механические «руки» — так называемый манипуляторный комплекс.
— Здесь он довольно продвинутый и состоит из силового и высокоточного манипуляторов, работающих на гидроприводе, — объясняет исполнительный директор ЦПИ РГО. — Первый обеспечивает фиксацию, второй выполняет конкретную работу: может крутить вентили, чистить поверхность от морских обрастаний, менять анодную защиту и т. д.
В зависимости от задач, в механических «руках» может появиться отвертка, гайковерт, шуруповерт, щетка или, допустим, болгарка. Кроме того, «Ясон» оснащен «собачкой» —маленьким телеуправляемым аппаратом на небольшом кабеле, роботом на «поводке». Он может, например, проникнуть внутрь затонувшего судна и передавать оттуда видеосигнал на мониторы в кабине экипажа. Кстати, оба члена команды «Ясона» могут управлять как аппаратом, так и манипулятором, а следовательно, заменять друг друга и работать вместе в любой момент времени.
Изначально заложенная многофункциональность «Ясона» дает ему возможность быть полезным не только газовикам. В какой-то момент он может превратиться в научно-исследовательское судно, помогать подводным археологам или, скажем, экологам.
— Условно говоря, поднять со дна пушку с потопленного старинного корабля, обойти его вокруг, чтобы сделать 3D-снимок, взять пробы грунта, даже выполнять аварийно-спасательные работы — все это под силу «Ясону», — подчеркивает Сергей Фокин. —А за счет способности довольно быстро перемещаться и хорошо маневрировать он может организовать работу многих сил и средств. Координируя их взаимодействие, быть своего рода оперативным штабом под водой.
Насколько безопасен «Ясон»?
Главный вопрос, который волнует всех, — безопасность. И по сей день глубоководные погружения по сложности сравнимы с космическими полетами.
— Основной аргумент противников обитаемой техники — риски для человека, — говорит Сергей Фокин. —В начале прошлого века ровно такое же отношение было к самолетам. Теперь, по статистике, путешествие на самолете гораздо безопаснее, чем на автомобиле. То же самое, уверен, произойдет со временем с обитаемой подводной техникой — при условии, если мы будем продолжать ее развивать.
Следующим после запаса прочности материалов фактором, обеспечивающем безопасность, является способность быстро подниматься на поверхность.
— Всплывать мы можем так быстро, как нам позволит движительный комплекс и конструкция аппарата, — отмечает наш эксперт. — Включаем все движители, продуваем систему плавучести, вытесняя из нее воду, и всплываем на положительной плавучести.
Но что, если вдруг закончится электричество или, например, возникнут проблемы с проводкой или контактами?
— Есть еще одна опция: «Ясон» может сбросить «балласт», — объясняет Сергей Фокин. — Это, во-первых, металлические полозья наподобие вертолетных, на которых он стоит на грунте. Секрет в том, что они крепятся к собственно аппарату пиротехническими болтами. В случае необходимости такой болт взрывается и перестает удерживать конструкцию. То же самое и с манипулятором. Если он, например, запутается, то «Ясон» может его «отстегнуть» — как ящерица, которая оставляет свой хвост в случае нападения хищника.
Руководитель ЦПИ РГО подчеркивает, что экипаж «Ясона» может задействовать несколько систем одновременно. Это обстоятельство снижает практически до нуля риск того, что все откажет вместе и сразу.
Кроме того, люди на борту имеют индивидуальные системы дыхания на случай задымления. Выглядит это как маска с небольшой канистрой, внутри которой находится регенеративное вещество. Оно поглощает углекислый газ и выделяет кислород. Так можно обеспечить нормальное дыхание в течение нескольких часов.
Площадка для новых идей
Чтобы сконструировать и построить новый аппарат, обеспечив его функциональность и безопасность, российские ученые и конструкторы провели колоссальный объем научно-исследовательской работы. Достаточно сказать, что уровень инновационности «Ясона» составляет примерно 40%. Это очень высокий показатель, учитывая, что человечество создает глубоководные аппараты уже более 70 лет. Изучались даже предельные свойства тех материалов, которые давно используются.
— Для того чтобы обеспечить заявленные габаритные характеристики, производителям пришлось проделать работу заново и произвести поставляемые узлы и системы в значительно меньших размерах, чем это делается для подводного флота или спасательных аппаратов, — говорит Сергей Фокин. — Кроме того, уменьшенные узлы должны безотказно работать в комплексе. Для контроля за этим аппарат имеет развитую бортовую систему управления, не имеющую аналогов в мире.
«Ясон» — всего лишь опытный образец, за которым последует серийное производство. По крайней мере, на это рассчитывают его создатели. Поэтому первый аппарат станет своего рода тестовой площадкой для многих конструктивных и технологических решений.
— «Ясон» проектировался с огромным запасом возможностей, порой в фантазийной режиме — а вдруг в перспективе потребуется такая-то функция или характеристика, — отмечает Сергей Фокин.
Очень скоро у специалистов ЦПИ РГО будет возможность на практике убедиться в качествах «Ясона». Первые испытания в реальных условиях могут быть проведены в 2025 году. Однако отдельные элементы оборудования нового глубоководного аппарата Сергей Фокин и его коллеги уже успели протестировать: например, систему наружного освещения, составные части гидроакустического комплекса. Их опробовали в рамках натурного моделирования при погружениях в Нижнем Голубом озере в Кабардино-Балкарии. Оборудование закрепляли на «штатный» аппарат ЦПИ РГО, и оно показало себя прекрасно.
— Помимо задач заказчика, у «Ясона», уверен, появится много научных задач, — резюмирует Сергей Фокин. — Дефицит подобной техники — сдерживающий фактор в изучении наших водных пространств. Но каждый новый шаг в развитии технологий открывает перед исследователями очередной горизонт возможностей.
Айвар Валеев
Марина Давыдова
технологии
