Преимущества полностью модульного автономного подводного аппарата типа Gavia в подводном боевом пространстве (2019)

В. Cпиридонов,
кандидат технических наук

Модульный автономный подводный аппарат (АПА) с малыми затратами на техническое обслуживание и эксплуатацию позволяет добиться оперативной гибкости (то есть многофункциональности), которая не доступна предыдущему поколению АПА, изготавливаемых как цельное и моноблочное изделие. Полностью модульные аппараты впервые были применены в нефтегазовой отрасли в начале 2000-х годов. К концу 2012-го их насчитывалось значительное количество. Они работали на глубинах до 1000 м.

Спроектированные полностью модульные коммерческие системы обеспечили значительное снижение затрат на техобслуживание, способность к выполнению новых, неожиданно возникающих, задач. Применяемые технологии доказали возможность быстрой адаптации АПА к военным нуждам. Это облегчит хранение, транспортировку, уменьшит численность специалистов по обслуживанию и использованию разнообразных модульных сенсорных блоков, а также обеспечит адаптацию АПА к действиям в различных акваториях. Потребитель может применять разные источники электроэнергии (аккумуляторные батареи, топливные элементы) в виде модулей, не представляющих сложность при обслуживании и замене, а также не ухудшающих оперативные возможности.

Кроме того, новые сенсорные системы могут быть вмонтированы в типовой модуль, который затем устанавливается на АПА, обеспечивая расширение их боевых возможностей. Такой подход позволяет обслуживать аппараты в процессе эксплуатации с меньшими затратами путем замены отдельных модулей из-за устаревания и появления более совершенных технологий либо изменения требований к ним, без вывода из эксплуатации при одновременном повышении их возможностей на протяжении жизненного цикла.

Модульный аппарат "Гавиа" (Gavia) разработан акционерным обществом Hafmynd Ltd. - г. Рейкьявик, Исландия (в настоящее время это фирма Teledyne Gavia ehf.) в конце 1990-х годов. Это был первый коммерческий полностью модульный и компактный АПА, способный работать на большой глубине.

Базовый вариант аппарата сконструирован в виде цилиндра диаметром 20 см, длиной от 1,85 м (масса 60 кг) и до 3,2 м (100 кг) в зависимости от используемых модулей. В настоящее время АПА состоит на вооружении многих стран, в том числе входящих в НАТО, и выполняет в основном задачи поиска мин и различных объектов на дне. Кроме того, он используется как имитатор в ходе проведения тренировок. Адаптация к выполняемой задаче осуществляется путем замены сенсорного и навигационного модулей.

Базовый вариант представляет собой набор модулей, которые могут быть смонтированы на палубе корабля для решения любой специальной задачи с учетом возникающей обстановки. Компоновка осуществляется путем добавления или изъятия одного либо нескольких сенсоров, навигационных средств, модулей аккумуляторных батарей (АБ) с помощью уникальных разъемов и интерфейсов.

Герметичность соединений модулей обеспечивается двумя кольцевыми уплотнителями. В центре них располагается электрический разъем. АПА в стандартной базовой комплектации имеет небольшую положительную плавучесть. Он может работать на глубинах до 1000 м.

Полностью модульная концепция АПА предполагает различные варианты компоновки и определенную последовательность действий с системой для получения желаемого результата. В ее основу положены следующие принципы:
- возможности АПА определяются характеристиками используемых модулей;
- модули должны переставляться с одного аппарата на другой в полевых условиях без применения специального оборудования;
- хранение неиспользуемых модулей и составных частей на базе;
- формирование любого аппарата путем сочленения функциональных модулей из имеющегося на базе комплекта;
- сборка и разборка АПА производятся с помощью штатного, размещенного на функциональных модулях, стандартизованного универсального интерфейса.

Требования к АПА и модулю соответствуют выполняемой задаче, длина и масса аппарата - числу и типу модулей (с АБ), которые, в свою очередь, определяют автономность. Сенсорные возможности "Гавиа" зависят о т выбранного типа модуля.

Базовый минимальный вариант компоновки аппарата включает носовую оконечность и ряд модулей: с АБ, системой управления и движительной системой.

В этой компоновке он имеет длину 1,8 м и массу 50 кг. В расширенном варианте (с наличием в АПА инерциальной навигационной системы, многолучевой ГАС бокового обзора, профилометра и двух модулей с АБ) длина аппарата может составить 3,5 м, а масса - 120 кг.

Основное условие полной модульной архитектуры - наличие стандартного набора интерфейсов, предназначенных для их соединения. Это предполагает быструю разработку прототипа (как модуля, так и аппарата в целом) и адаптацию различных усовершенствований в рамках модулей и АПА, которые объединены через стандартный согласующий интерфейс. Это означает, что проектирование и производство серии модулей является менее сложной задачей без конфликта между предыдущими модификациями и что процесс производства модернизированного варианта АПА может быть быстро налажен без изготовления и обкатки нескольких прототипов аппарата, часто необходимых при мелкосерийном современном производстве.

К тому же принцип модульности обеспечивает адаптивность и использование новейших разработок других фирм. Хорошо отлаженный и стандартизованный (в том числе по входным сигналам) интерфейс, предназначенный для стыковки, подачи питания и передачи данных, позволяет проектировать и тестировать сенсорные модули в территориально удаленных лабораториях.

Комплексные моделирующие системы и испытательные стенды ускоряют процесс проектирования и внедрения перспективного сенсора в модуль в автономном режиме и стыковки его с аппаратами в полевых условиях.

Учитывая, что модули взаимозаменяемы, каждый новый образец можно быстро смонтировать с любым аппаратом "Гавиа", эксплуатируемым в полевых условиях. Это позволяет поддерживать высокий технологический уровень применительно к сенсорам, энергетике и возможности выполнения сложных задач.
Осмотр и подготовка аппаратов к работе требуют, как правило, значительных материальных затрат. Модульность - это путь к снижению стоимости работ для покупателя в рамках жизненного цикла аппарата, так как новое поколение модулей позволяет продлить срок его эксплуатации и расширить функциональные возможности. Используя этот принцип, можно выбирать модули, наиболее полно отвечающие техническим и оперативным требованиям.

Модульность позволяет в кратчайшие сроки изменить предназначение АПА непосредственно в полевых условиях с помощью замены и добавления модулей. Так, при покупке базового варианта АПА, предназначенного для обнаружения мин на мелководье, ГАС бокового обзора может быть переориентирована на решение вопросов батиметрии при наличии батиметрического акустического модуля.

Модульность позволяет специалистам по техническому обслуживанию селектировать технологии, выбирая сенсоры, которые лучше подходят для выполнения конкретной задачи и соответствуют возможностям системы передачи данных.

Возникающие угрозы требуют, чтобы оперативные возможности АПА соответствовали им, то есть они должны обладать архитектурной и технологической гибкостью при адаптации к новым угрозам и задачам.

Использование данного принципа позволяет специалистам по обслуживанию транспортировать только те сенсорные узлы (модули), которые требуются для выполнения задачи, но при необходимости иметь дополнительные модули на случай изменения задач. АПА может быть собран для выполнения любой задачи в пункте его применения.

Размерения модулей аппарата "Гавиа" способствуют их легкой транспортировке и складированию. Они помещаются в кейсы (контейнеры) массой от 15 до 30 кг. В типовом варианте насчитывается до 10 контейнеров, включая береговое оборудование. Упрощенная логистическая концепция, обеспечивающая оперативное развертывание и применение аппаратов, предполагает использование обычных транспортных средств с небольшой командой, выполняющей работы вручную, то есть без использования сложных инструментов и механизмов. 

При типовом варианте команда состоит из трех специалистов: оператора, техника и специалиста по сенсорным модулям.

Ярко выраженный модульный характер программного обеспечения позволяет управляющим протоколам иметь хорошее структурирование и базовую схему для интерфейса при планировании задачи. Модели наблюдения могут быть прорисованы с одновременно проработанными параметрами для определения ее выполнения и установлены с одного интерфейса пользователя. Центр управления также имеет инструментарий для проведения проверки системы, инициирующий режим самоконтроля и быструю проверку накопленных данных.

Стандартный набор модулей, обеспечивающих наблюдение и сбор данных, может устанавливаться на любом АПА "Гавиа" и позволяет специалисту определиться с выбором исходя из поставленной задачи. В этом наборе присутствуют модули с ГАС бокового обзора, регистрирующие рельеф дна, а также модули, включающие видеокамеры. В процессе работы задачи и требования могут меняться, как и ее продолжительность.

Если требуется другой набор модулей, то он может быть быстро доставлен в пункт назначения и присоединен к любому аппарату в полевых условиях на месте его применения.

При необходимости увеличения длительности поисковых работ у АПА имеется возможность быстрой подстыковки дополнительного модуля с АБ. В типовом варианте аппарат может транспортироваться с четырьмя модулями АБ: два установлены на АПА и два - для замены в период подзарядки снятых модулей (пара модулей литий-ионных АБ - 1,2 кВт, 40 А - обеспечивает работу аппарата в течение 5-8 ч в зависимости от скорости хода и полезной нагрузки).

Для работы в течение 24 ч необходимо иметь шесть модулей АБ: два на АПА, два - для замены в период подзарядки снятых и два - в готовности для быстрой замены.

В случае повреждения или неисправности модуль можно быстро демонтировать и заменить на работоспособный, что позволит избежать срыва выполнения задачи.

Для проведения тренировок и имитаций используется специализированный набор модулей полезной нагрузки, выполненных по утвержденным для АПА стандартам.

Технологии, применяемые в АПА, быстро развиваются. Это касается сенсоров, АБ, движителей и систем управления.

Внедрение новых технологий через модульность продвигается значительно быстрее и с меньшими затратами, чем в моноблочных АПА. В "Гавиа" общий модульный интерфейс позволяет разрабатывать новые модули и за счет этого получать очередное поколение аппаратов. Это снижает финансовые затраты и технологические риски, ускоряет процесс внедрения новшеств.

Примером тому служит разработка гидроакустической цели для проведения тренировок гидроакустиков в ВМС Норвегии (Sonar Training Target - STT).

В рамках реализации этой идеи для "Гавиа" была разработана новая головная часть (модуль).

Гидроакустическая система АПА записывает принимаемые сигналы, усиливая их, воспроизводит зарегистрированные импульсы, моделирует соответствующую цель с учетом ее размеров и дальности. Система также может воспроизводить ранее записанные файлы с шумами ПЛ, открывающихся крышек ТА и пуска торпед. Это используется в ходе тренировок и оценки подготовки экипажей НК, а также дает возможность тренироваться в экстремальной обстановке при наличии множества АПА и БЛА.

Модульная конструкция обеспечивает резерв для модернизации, повышает надежность и системную пригодность всех имеющихся АПА. При наличии какого-то аппаратного сбоя в одном модуле его не трудно быстро заменить. Даже если поломка случилась на нескольких аппаратах, модули можно "позаимствовать" с не задействованных в работе аппаратов. Их ремонт в полевых условиях или возвращение на ремонтную базу выполнить несложно за счет простой логистики и малой площади, занимаемой одним модулем. Его масса в переносном контейнере 30 кг, что дает возможность транспортировать модуль одним человеком в ходе перегрузок и при перевозках.

Эти трудозатраты несопоставимы с затраченными усилиями при транспортировке моноблочных АПА, где при поломке, например, сенсора необходимо перевозить весь аппарат. Модульная конструкция влияет на их техническое обслуживание. Оно может быть спланировано с учетом характерных особенностей эксплуатации отдельных модулей в рамках их жизненных циклов без вывода аппаратов из состава действующих.

Такой подход позволяет осуществлять своевременную замену АПА и способствует их совершенствованию путем установки модулей нового поколения без простоя аппаратов. Это одновременно обеспечивает снижение финансовых затрат на эксплуатацию в рамках всего жизненного цикла АПА, влияет на расширение их функциональных возможностей и быстрое внедрение в практику новых технологий, а также на адаптацию аппаратов к внезапно возникающим потребностям.

Новое поколение сенсорных модулей может быть включено в имеющийся арсенал и тем самым будет способствовать расширению функциональных возможностей аппаратов, не создавая новые.

Современные коммерческие сенсорные модули в настоящее время достаточно доступны, отвечают требованиям, которые предъявляются к военным системам, и потому могут использоваться на военных АПА. В целом модульная архитектура позволяет эксплуатировать аппараты в течение десятилетий благодаря поэтапной замене устаревающих модулей.

Концепция полной модульности реализована в серийно выпускаемой коммерческой продукции и материально-техническом обеспечении АПА "Гавиа", который хорошо зарекомендовал себя в освещении подводной обстановки в течение последних нескольких лет, обеспечивая в том числе в короткие сроки осмотр различных инженерных сооружений в открытом море. Базовая конфигурация АПА служит основой для выполнения различных операций за счет постоянно дополняемого набора модулей с учетом поставленных задач.

Модульное проектирование позволяет с минимальными усилиями реализовать наиболее простой, универсальный вариант интеграции новых технологий и программного обеспечения, а также принцип "подключи и работай" за счет стандартизированного физического (стыковка корпусов модулей), электрического (питание) и шинного (передача данных) интерфейса, позволяющего быстро и эффективно проводить модульную модернизацию.

Полностью модульная конструкция наиболее выгодна при выполнении военных задач. В настоящее время несколько команд обслуживают значительное количество АПА, выполняющих задачи по поиску мин, разведке, проведению спасательных операций, тестированию ГАС и проведению тренировок. В дальнейшем планируется на протяжении всего жизненного цикла реализовывать стратегию постоянного совершенствования аппаратов путем замены модулей на более совершенные. Увеличение гибкости ресурсной базы АПА позволит по мере необходимости модернизировать аппараты, а также повышать их боевые и функциональные возможности.

Зарубежное военное обозрение. - 2019. - №4. - С. 72-77

Всего комментариев: 0
avatar