Современное состояние и прогноз развития спасательных глубоководных аппаратов

2. Большинство СГА в мире являются автономными, поэтому в первую очередь целесообразно рассмотреть СГА «Бестер-1» и SR «Nemo». Тем более что разработка того и другого аппаратов целенаправленно велась в направлении повышения эффективности, для чего использовались методики оценки эффективности: для SR «Nemo» - методика SPAM, используемая Министерством обороны Великобритании; для СГА «Бестер-1» - методика, разработанная ОАО «ЦКБ «Лазурит» (в 1991 году, в инициативном порядке [1]).
 

Показателем эффективности систем спасания подводников с помощью СГА является вероятность спасения людей, оставшихся живыми в ПЛ сразу после аварии:

Рс = Рв • Ра • Рк, (1)

где Рв – вероятность выживания подводников;

Ра – вероятность стыковки СГА с комингс-площадкой ПЛ при действии подводного течения;

Рк – вероятность открытия крышки спасательного люка ПЛ на угол, обеспечивающий перевод подводников (включая больных и ослабленных) в СГА.
 

Вероятность выживания подводников (Рв) определяется условиями пребывания в отсеке ПЛ, в первую очередь – величиной избыточного давления воздуха, а также продолжительностью пребывания в этих условиях. Чем выше избыточное давление, тем скорее с течением времени снижается вероятность выживания спасаемых. В этих условиях необходимо обеспечивать уменьшение периода времени от момента наступления аварии до момента начала декомпрессии подводников, эвакуированных из ПЛ. У российских ПЛ (в связи с рядом конструктивных особенностей) количество сжатого воздуха, приходящегося на единицу объема прочного корпуса, в 1,5-2,0 раза больше, чем, например, у ПЛ стран НАТО. Соответственно большей получается и величина избыточного давления при аналогичных аварийных ситуациях. Поэтому для России необходима спасательная система, обеспечивающая более высокий темп вывода подводников из аварийной ПЛ и более оптимальную схему декомпрессии по сравнению со спасательной системой, ориентированной на работу с ПЛ стран НАТО. Этим же обусловлена низкая эффективность в российских условиях мобильных спасательных систем (типа NSRS и SRDRS), имеющих большое время развертывания (72 часа и более).
 

В части СГА обеспечение приемлемого уровня показателя Рв проявляется в необходимости повышать вместимость спасательного отсека. При разработке проекта 18271 одним из ограничений являлось сохранить размеры прочного корпуса, разработанного для СГА проекта 18270, а также авто и авиа транспортабельность аппарата. В результате удалось повысить гарантированную вместимость на 25% по сравнению с проектом 18270, выполнив указанное ограничение. Соотношение между вместимостями СГА «Бестер-1» и SR «Nemo» соответствует разнице в условиях аварий, характерных для российских ПЛ и ПЛ стран НАТО.
 

Высокая вероятность стыковки СГА с комингс-площадкой ПЛ при действии подводного течения (Ра) обеспечивается в первую очередь энерговооруженностью аппарата и применяемыми способами посадки. На всех современных СГА наряду с традиционным способом изменения положения стыковочного фланца камеры присоса относительно горизонта путем наклона всего аппарата (создание крена и дифферента) применяется конструктивный поворот плоскости стыковочного фланца относительно основной плоскости СГА. На СГА «Бестер-1» и PRM используется поворотная камера присоса, а на SR «Nemo» - заменяемая камера присоса с постоянным углом наклона фланца к основной плоскости (20 град).
 

Зависимость скорости маршевого движения современных автономных СГА от энерговооруженности представлена на рис. 1, где кроме SR «Nemo» представлены и другие (ранее созданные) аппараты фирмы «PerrySlingsbySystems» (LR-5K, LR-6), а также СГА SRV-300 фирмы «Drass» (Италия). Из рис. 1 видно, что зарубежные СГА разных фирм имеют примерно одинаковое гидродинамическое качество. Все эти аппараты выполнены по полуторакорпусной схеме, обеспечивающей снижение подъемного веса на волнении и улучшающей маневренные характеристики, важные при посадке СГА на ПЛ. Скорость хода SR «Nemo» - наибольшая за счет существенного повышения энерговооруженности. При этом традиционные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АБ) были заменены на более перспективные высокотемпературные (натрий-никель-хлоридные) АБ «Zebra». При разработке СГА «Бестер-1» на замену типа АБ были наложены ограничения, что не позволило существенно увеличить энерговооруженность. Поэтому величина скорости хода обеспечивалась за счет повышенного (по сравнению с зарубежными аналогами) гидродинамического качества при сохранении полуторакорпусной архитектуры, принятой в проекте 18270.

 

Рис. 1 – Скорость маршевого движения

современных СГА

 

Однако величина вероятности стыковки СГА с комингс-площадкой ПЛ (Ра) определяется величиной скорости маршевого движения в малой степени. Большая маршевая скорость хода позволяет преодолеть соответствующую скорость подводного течения, но только при небольших значениях угла наклона комингс-площадки к горизонту (до 5…7 град). Более объективную картину показывают диаграммы, приведенные на рис. 2 и учитывающие весь диапазон углов наклона комингс-площадки. Из этих диаграмм видно, что возможности стыковки с комингс-площадкой ПЛ, наклоненной к горизонту, при действии подводного течения у СГА «Бестер-1» больше, чем у отечественных СГА предыдущего поколения (проектов 1855, 18551), и близки к возможностям SR «Nemo». Расчеты вероятности стыковки для ряда типовых случаев показали, что величина Ра для СГА «Бестер-1» превышает аналогичную величину для СГА проектов 1855 (18551) в 1,25 раза (хотя наибольшие скорости маршевого движения у них практически одинаковы) и несколько превышает величину для SR «Nemo», несмотря на существенно большую энерговооруженность этого аппарата.

 

Рис. 2 – Диаграммы, характеризующие возможности стыковки СГА разных проектов с наклонной комингс-площадкой аварийной ПЛ при действии течения

 

Величина вероятности открытия крышки спасательного люка ПЛ на угол, обеспечивающий перевод подводников в СГА, (Рк) определяется соотношением свободной зоны камеры присоса СГА с зоной, занимаемой открытой верхней крышкой спасательного люка ПЛ. Поэтому размер свободной зоны камеры присоса СГА должен соответствовать требованиям, учитывающим конструктивные особенности люков ПЛ, с которыми должен работать СГА. Для российских СГА эти требования оговорены в ГОСТ РВ 52360-2005, а для СГА стран НАТО – в STANAG 1297 (которые были учтены при разработке российских требований). Поскольку для работы с российскими ПЛ размер свободной зоны должен быть больше требований STANAG 1297, получается следующее:

- для российских СГА проектов 18271 и 18551 при работе с российскими и зарубежными ПЛ Рк = 1,0;

- для SR «Nemo» при работе с ПЛ стран НАТО Рк = 1,0, а при работе с российскими ПЛ разных проектов величина Рк изменяется от 0 до 1 (в среднем Рк = 0,16…0,30).

В целом получается, что возможности спасания российских и зарубежных подводников новым российским СГА проекта 18271 выше, чем российских подводников самым совершенным зарубежным аппаратом SR «Nemo».
 

Успешность стыковки СГА с комингс-площадкой аварийной ПЛ определяется не только техническими характеристиками СГА, но и действиями оператора, управляющего аппаратом. Поэтому на современных СГА предусмотрены средства компьютерной поддержки работы оператора, которая включает в себя как средства информационной поддержки, так и автоматизацию ряда режимов управления. На аппаратах фирмы «PerrySlingsbySystems» объем автоматизации управления традиционно минимизирован. На SR «Nemo», в частности, автоматизированы только режимы управления по глубине и курсу, что соответствует уровню автоматизации всех отечественных СГА (начиная с проекта 1837, сданного флоту в 1970г.). Информационная поддержка действий оператора в некотором объеме в системе управления также присутствует.
 

Поскольку высокое значение Ра для СГА «Бестер-1» обеспечивается за счет использования различных новых способов стыковки, для облегчения действий оператора СГА по инициативе проектанта в состав единой автоматизированной системы (ЕАС) аппарата включена принципиально новая подсистема информационной поддержки оператора при стыковке с комингс-площадкой ПЛ в сложных условиях, которая на основе данных о параметрах подводного течения, параметрах положения аварийной ПЛ на грунте и данных о типе (номере проекта) ПЛ позволяет следующее:

- определить принципиальную возможность стыковки, исходя из параметров внешней обстановки и технических параметров СГА;

- выбрать наиболее рациональный способ стыковки с учетом ограничений на подходы к комингс-площадке, обусловленные архитектурой ПЛ;

- определить необходимые параметры положения СГА и его технических средств, обеспечивающие стыковку.

Данная подсистема может использоваться как при планировании спасательных рейсов СГА, так и в процессе выполнения спасательного рейса при уточнении параметров внешней обстановки. Она создана на базе математической модели стыковки СГА с ПЛ, разработанной проектантом аппарата.
 

Исследования специалистов 40 ГНИИ МО РФ показали, что при работе в сложных условиях, то есть при наклоне аппарата к горизонту на угол до 40…45 град и скорости подводного течения, близкой к предельно допустимой, стыковка может не состояться из-за психологической перегрузки оператора. Поэтому необходимо автоматизировать как минимум процесс посадки СГА на комингс-площадку ПЛ [2]. В соответствии с этим в состав ЕАС СГА «Бестер-1» включена система автоматической посадки (САП), созданная ИКИ РАН. Опытный образец этой системы прошел успешные испытания в 2008 году. В САП используется видеонавигация по реперным знакам, нанесенным на обтекатель крышки спасательного люка ПЛ. При этом обеспечивается не только центровка аппарата и определение его кинематических параметров с повышенной точностью, но и определение параметров наклона комингс-площадки и подводного течения. Аналогов САП в нашей стране и за рубежом нет.

3. Созданные в рамках работ но новому отечественному СГА проекта 18271 математическая модель стыковки СГА с ПЛ и САП позволяют спрогнозировать возможный облик перспективного СГА, который может быть создан в ходе следующего цикла обновления техники для спасания подводников. В этом СГА должны объединиться достоинства автономных и привязных спасательных аппаратов, созданных к настоящему времени.
 

Из данных таблицы 1 видно, что привязной СГА PRM обладает одним несомненным преимуществом перед автономным СГА SR «Nemo»: при близкой вместимости PRM имеет значительно меньшее водоизмещение, поскольку из состава аппарата исключен отсек управления. PRM имеет только спасательный отсек, представляя собой по сути самоходный спасательный колокол (СК). Меньшая масса аппарата позволяет уменьшить грузоподъемность спуско-подъемного устройства (СПУ) и снизить допустимое водоизмещение судна-носителя. В целом всё это удешевляет изготовление и эксплуатацию спасательной системы. Кроме того, наличие поворотной камеры присоса с автоматическим управлением и возможность оптимального размещения этой камеры на аппарате обеспечивают несколько большее значение вероятности стыковки Ра по сравнению с автономными СГА.
 

Главным недостатком привязных СГА типа PRM является наличие физической связи с судном-носителем в виде кабель-троса диаметром 35…40мм, через который на аппарат подается электроэнергия (под напряжением 3000В) и осуществляется управление. Гидродинамическое сопротивление такой привязи может составлять до 370…420% от гидродинамического сопротивления самого СГА. Это приводит к необходимости увеличения мощности движителей СГА и пиковой мощности, потребляемой спасательной системой в целом. Большой диаметр кабель-троса делает также практически невозможным использование привязного СГА на небольших глубинах (менее 50…70м). Указанные недостатки могут быть несколько смягчены при уменьшении диаметра кабель-троса за счет повышения питающего напряжения или, более кардинально, за счет гибридной схемы электропитания. Поисковые проработки, выполненные ОАО «ЦКБ «Лазурит», показали, что диаметр кабель-троса может быть уменьшен почти в 2 раза при установке на СГА АБ (например, литий-ионную), позволяющую осуществлять частичную подзарядку в периоды времени, когда аппарат находится без движения (на аварийной ПЛ или на судне-носителе в перерывах между спасательными рейсами). При этом масса СГА и продолжительность спасательной операции увеличиваются не существенно, обеспечивается использование СГА на глубинах, начиная с 30м, а пиковая мощность, потребляемая спасательной системой, снижается на 15% и более.
 

Наличие физической связи с СГА налагает на судно-носитель дополнительные ограничения: оно должно удерживаться в определенной точке, определяемой геометрией системы «СГА + кабель-трос». Это требует применения системы динамического позиционирования или специального рейдового оборудования. Автономный СГА таких ограничений на судно-носитель не налагает. В то же время прослеживается тенденция установления постоянной информационной связи автономного СГА с судном-носителем. На SR «Nemo» предусмотрена возможность установки тонкого кабеля для передачи данных от электронного оборудования аппарата. На СГА проектов 18551 и 18271 обеспечивается автоматическая передача данных от навигационного комплекса аппарата по гидроакустическому каналу.
 

Учитывая перспективные возможности передачи данных по гидроакустическому каналу, по которому уже сейчас возможна передача изображений, перспективы развития АБ или других аналогичных источников энергии, а также возможности роботизации, можно заключить, что перспективным типом СГА будет автономный аппарат с одним (спасательным) отсеком, управление которым будет осуществляться методами искусственного интеллекта с использованием математических моделей стыковки СГА с ПЛ и САП, а также постоянной информационно-управляющей гидроакустической связи. Полностью исключить наличие операторов в таком СГА нельзя, поскольку необходимо будет оказывать помощь спасаемым в процессе их перехода из ПЛ в СГА. Поэтому возможно частичное участие этого оператора в управлении СГА при выполнении первого рейса до момента повышения давления воздуха в отсеке аппарата. Именно в это время производится уточненная оценка реальной обстановки и участие человека позволит оптимизировать последующее автоматическое управление, опирающееся на типовые стратегии.

Прогнозируемый тип СГА может использоваться как с надводного, так и с подводного носителей, что важно для перспективных работ по освоению Арктического шельфа России.

Литература

1. Голдовский Б.И. Эффективность систем спасания подводников // Судостроение. 2005. № 3. С. 64-67

2. Агишев Е.Р., Цыпин О.Д. Проблемы и тенденции развития спасательных подводных аппаратов // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы спасения людей на море и оказания помощи аварийным кораблям и судам» - Л.: Судостроение, 1991. С. 70-71