Технические требования к морскому технологическому комплексу и его со-ставным частям



Ключевые слова: необитаемые подводные аппараты (НПА), технические требования, тактико-техническое задание (ТТЗ), технические условия (ТУ), морской технологический комплекс, беспилотные морские системы

На основании анализа существующих необитаемых подводных аппаратов (НПА) и их классификации, а также анализа предъявляемых к ним требований стандартов и проблем, способствующих торможению развития беспилотных морских систем, сформируем ряд требований к НПА и их составным частям.

Требования к оборудованию, устройствам, системам судна-носителя, обеспечивающим хранение, размещение, обслуживание и использование по назначению разрабатываются проектантом морского технологического комплекса и согласовываются с проектантом судна-носителя.

Требования к мореходным свойствам должны выбираться исходя из задач, решаемых аппаратом, и оговариваются в ТТЗ. Рабочая глубина аппарата должна определяться с учетом решаемых задач. Возможность плавания в воде плотностью от 1,000 до 1,032 г/см³ должна обеспечиваться балластировкой легковесным наполнителем или твердым балластом, и оговаривается в ТТЗ. Маневренные характеристики должны обеспечить безопасное выполнение работ.

Состав технических средств (вооружение) морского технологического комплекса определяется назначением НПА и включает в себя:

‒ геофизические средства (магнитометры, гравиметры);

‒ гидрологические датчики;

‒ глубиномер;

‒ датчики крена, дифферента;

‒ лаг;

‒ манипуляторы;

‒ навигационные системы, гидроакустической системы;

‒ системы управления;

‒ фото- и телевизионная аппаратура;

‒ эхолот.

Вооружение и технические средства НПА должны запитываться от бортовой электросети и иметь минимальные массо-габаритные характеристики. Должна быть обеспечена гидроакустическая, электромагнитная, информационная совместимость и одновременная работа технических средств без взаимных помех, а также защита от всех видов помех, создаваемых электрооборудованием комплекса. Установка аппаратуры должна обеспечивать безопасную эксплуатацию согласно существующим стандартам. По согласованию с заказчиком разрешается отступление от требований в конструктивных вопросах.

Гидроакустические средства. Гидролокационная станция, в зависимости от назначения комплекса, должна обеспечивать круговой и боковой обзор. При работе в разных режимах должна быть предусмотрена возможность обнаружения навигационных препятствий по курсу аппарата. Необходимость установки гидроакустических средств определяется назначением аппарата.

Для обнаружения заиленных объектов и проведения грунтовой съемки на устройстве может устанавливаться профилограф.

Антенны гидроакустических средств должны размещаться с учетом обеспечения их нормального функционирования, исключения затенения и максимального сокращения «мертвых зон».

При размещении гидроакустических антенн должен быть обеспечен свободный доступ к гидроакустическим преобразователям, кабелям и механическим устройствам для их осмотра, ремонта и замены отдельных элементов или всех антенн, а также смены масла (при его наличии).

Конструкция корпуса аппарата в местах крепления гидроакустических антенн должна обеспечивать выполнение требований ТУ на их размещение.

Подвижные гидроакустические антенны должны устанавливаться на основаниях, конструкция которых обеспечивала бы плавность вращения без вибрации.

Индикаторные устройства гидроакустических средств целесообразно устанавливать в корпусе пульта управления морского технологического комплекса, как правило, рядом с видеоконтрольным устройством телекамеры.

Фото-телевизионные средства. На НПА, как правило, устанавливаются телевизионные (видео) и фото- камеры. Фотокамеры могут использоваться как съемное оборудование.

Размещение и количество телевизионных (видео) камер должно обеспечивать обзор, позволяющий выполнить работы в соответствии с назначением НПА. При необходимости камеры могут размещаться на поворотном основании.

Разрешающая способность, угол поля зрения, тип объектива, глубина резкости, тип преобразователя «свет-сигнал» и чувствительность телевизионных (видео) камер и уровень освещенности зон обзора должны обеспечить качественное изображение и задаются в ТТЗ на НПА. Дальность видения в воде должна быть не менее 0,8 Z_б (где Z_б — прозрачность воды, определенная с помощью диска — прозрачностномера).

При наличии на НПА двух и более телевизионных (видео) камер по согласованию с заказчиком допускается вывод видеоизображения от них на одно видеоконтрольное устройство. Должно обеспечиваться документирование видеоинформации от любой выбранной камеры.

Рекомендуется использовать режим телетекст для наложения на телевизионное изображение информации о курсе, скорости, глубине погружения, режимах работы НПА, а также другую информацию по требованию заказчика.

Магнитометрические средства. Конструкция корпуса НПА должна обеспечивать выполнение требований ТУ на размещение магнитометрических средств и их нормальное функционирование. Для уменьшения влияния наводок от корпуса НПА чувствительный элемент магнитометра крепят на выносной консоле или выдвижном штыре.

Навигационное вооружение. В ходе выполнения подводных работ должен постоянно осуществляться контроль местоположения НПА относительно судна-носителя, направления движения, скорости, глубины погружения НПА и отстояния от грунта с точностью, обеспечивающей выполнение работ.

Для выработки навигационных параметров, необходимых для использования НПА по назначению и обеспечения безопасности плавания в зависимости от типа НПА, на нем устанавливается необходимый набор аппаратуры. Вырабатываемые параметры и их точность определяется классом НПА.

Навигационное оборудование, в зависимости от типа НПА, может включать:

‒ инерционную навигационную систему (ИНС);

‒ средства курсоуказания (гирокомпас, магнитный компас);

‒ эхолот;

‒ измерители относительной и абсолютной скоростей;

‒ глубиномер;

‒ аппаратура навигационной гидроакустической системы (маяк-ответчик).

Наиболее полный состав используется на автономных НПА.

Навигационная гидроакустическая система аппарата обеспечивает определение места НПА относительно гидроакустических донных маяков-ответчиков, судна и/или обозначенного подводного объекта. На малогабаритных НПА устанавливаются только гидроакустические сигнализаторы (гидроакустические маяки-ответчики).

Антенны гидроакустических лагов и эхолотов должны размещаться на корпусе НПА таким образом, чтобы была обеспечена их совместная работа.

Место установки приемно-передающих антенн вибраторов гидроакустических лагов и эхолотов должно выбираться из условия минимальных гидроакустических помех и в соответствии с требованиями ТУ на их установку.

На НПА должен быть установлен измеритель глубины погружения, обеспечивающий измерения во всем диапазоне глубин, заданном в ТТЗ на НПА.

При необходимости может быть установлен эхолот, который должен обеспечивать измерение отстояния НПА от грунта в диапазоне глубин, заданном в ТТЗ.

Предельная погрешность измерения глубины погружения и глубины под килем задается в ТТЗ на НПА с учетом обеспечения навигационной безопасности НПА и не должна превышать 1 % от верхнего предела измеряемой величины.

Средства обозначения, носимые НПА. Для обозначения местонахождения обнаруженных подводных объектов НПА при необходимости может нести всплывающие буи или гидроакустические маяки-ответчики.

Для обозначения своего местоположения НПА должен быть оснащен гидроакустическим сигнализатором и/или всплывающим буем с радиолокационным маяком и грузонесущим тросом, позволяющим поднять аппарат на поверхность воды. Судно-носитель (обеспечивающее судно) должно иметь средства определения местоположения НПА.

Научно-исследовательская аппаратура. Для проведения специализированных или комплексных научных исследований на НПА может размещаться научно-исследовательская аппаратура (НИА), требования к которой определяются ТТЗ на НПА и ТЗ на НИА. НИА, при необходимости, может состоять из двух частей: устанавливаемой на НПА и устанавливаемой на носителе НПА.

Разработка НИА для НПА должна проводиться с учетом технических мер, обеспечивающих электромагнитную совместимость с вооружением и техническими средствами НПА.

Забортная НИА должна быть рассчитана для работы на рабочих глубинах НПА. Она должна подключаться к энергосети НПА в надводном положении с помощью герметичных разъемов или иметь собственные источники энергии.

НИА рекомендуется разрабатывать в виде комплексов, имеющих стандартные интерфейсы для подключения и позволяющих проводить обработку полученной информации с помощью ПЭВМ на борту носителя.

Аппаратура радиационного контроля должна обеспечивать проведение подводного радиационного мониторинга в зонах с повышенным радиационным фоном. Аппаратура радиационного контроля не должна создавать опасности для личного состава.

Аппаратура регистрации НПА должна обеспечивать запись заданных в ТТЗ параметров от систем вооружения и управления на энергонезависимый хранитель информации, который должен быть размещен в отдельном корпусе, рассчитанном на забортное давление, соответствующее максимальной глубине погружения НПА.

Управление НПА, его техническими средствами игрузоподъемным устройством (ГПУ) осуществляется со специально оборудованных постов. Спуск НПА на воду осуществляется с поста спуска. Число операторов и их функциональные обязанности определяются классом и назначением аппарата.

Пост управления НПА должен иметь средства связи с постом спуска и главным командным пунктом судна-носителя.

При наличии ГПУ, входящего в комплект НПА, управление спуском и подъемом может осуществляться с поста управления ГПУ или дистанционно, с поста управления НПА.

Для НПА, размещаемых на подводных носителях, пост управления НПА и пост выпуска (приема) НПА должны быть совмещены.

Система управления НПА должна обеспечивать

‒ управление движением и положением НПА;

‒ управление вооружением и техническими средствами НПА;

‒ подготовку НПА к работе (для автономных НПА, управляемых по программе).

Система управления НПА, как правило, должна быть построена на базе ПЭВМ, при этом должна быть обеспечена возможность подключения к системе дополнительных устройств.

Система управления НПА и его техническими средствами должна обеспечивать отображение информации о состоянии систем НПА и возможность диагностики с помощью встроенной системы технического состояния неисправностей с точностью до блока, модуля (типового элемента замены).

Система управления должна обеспечить на буксируемых и автономных НПА режим стабилизации отстояния от грунта и огибание препятствий. Обследовательские и рабочие НПА должны иметь режим динамической стабилизации в точке (в том числе на течении).

Размещение на посту пультов управления и средств отображения информации должно быть эргономичным и удобным с точки зрения контроля состояния НПА и оперативной обстановки.

На случай аварийной ситуации, угрожающей потерей НПА, на судне предусматриваются действия по постановке вех или буев со специального поста для обозначения места аварии.

Энергоснабжение НПА от бортовой сети судна-носителя. Система электропитания НПА должна бесперебойно обеспечивать электроэнергией необходимого качества и в нужном количестве все потребители во всех режимах работы НПА в соответствии с ГОСТ РВ 20.39.309.

В ТТЗ на проектирование НПА должны быть указаны требования к судовой электросети (род тока, напряжение, частота, количество фаз, потребляемая мощность), питающей радиоэлектронные и технические средства НПА, системы и механизмы, обеспечивающие работу аппарата. Должны быть обеспечены контроль параметров системы электропитания и селективность электрической защиты потребителей НПА.

Радиоэлектронные и технические средства привязных НПА должны проектироваться с учетом обеспечения их электропитанием непосредственно от сетевой сети или других источников электроэнергии, оговариваемых ТТЗ, для автономных НПА — от автономных источников энергии, устанавливаемых на НПА. При необходимости преобразователи электроэнергии должны поставляться с НПА.

Размещение автономных источников питания должно позволять проводить осмотр, техническое обслуживание, ремонт и замену элементов, межэлементных соединений, кабелей и их подключение, а также контроль необходимых параметров.

Автономные источники питания могут размещаться:

‒ внутри прочного корпуса НПА;

‒ в прочных контейнерах;

‒ в разгруженных контейнерах, заполненных жидким диэлектриком.

При выборе типа источников питания и способа их размещения необходимо учитывать требуемую автономность НПА, дальность плавания, параметры нагрузки вооружения и оборудования, рабочую глубину погружения, максимальную скорость хода, требуемые углы наклонения НПА в продольной и поперечной плоскостях.

Сопротивление изоляции аккумулятора, приведённого в рабочее состояние, при нормальных атмосферных условиях должно быть не менее 100 МОм. Сопротивление изоляции аккумулятора в морской воде должно быть не менее: 15 кОм без диэлектрической жидкости в компенсационной камере; 3 МОм с диэлектрической жидкостью в компенсационной камере.

Аккумуляторы в сухом виде (без электролита) не должны иметь электрической проводимости.

Назначенный срок сохраняемости аккумулятора, не залитого электролитом, должен быть не менее 4 лет.

Наружное освещение. При проектировании наружного освещения должны выполняться светотехнические расчеты для определения оптимального числа, типа, размещения световых приборов и средств наблюдения, уровней подводной освещенности в зонах наблюдения фототелевизионных средств. Уровни освещенности (чувствительности телевизионных камер) задаются в ТТЗ на НПА. Световые приборы должны иметь параллельное подключение к источнику электрической энергии. Яркость свечения и другие параметры световых приборов задаются в ТТЗ на НПА. Яркость свечения световых приборов должна быть регулируемой.

Система гидравликидолжна обеспечивать гидравлической энергией все гидроприводные потребители НПА:

‒ порционным расходом рабочей жидкости с постоянным давлением;

‒ непрерывным, изменяющимся расходом рабочей жидкости с переменным давлением.

Конструкция системы должна предусматривать:

‒ заправку рабочей жидкости и удаление воздуха из системы;

‒ очистку и замену рабочей жидкости;

‒ защиту напорной магистрали от повышения давления сверх допустимой нормы;

‒ возможность отключения потребителей от напорной и сливной магистралей для их осмотра и ремонта.

При работающей системе гидравлики должна обеспечиваться нормальная работа гидроакустических станций в соответствии с ТУ на их поставку.

Движительно-рулевой комплекс (ДРК) должен иметь в своем составе движители, привод движителей, систему управления и поставляется на НПА как отдельно, так и в едином блоке.

В ДРК могут использоваться следующие типы приводов движителей:

‒ электрический (электродвигатели постоянного и переменного тока);

‒ электрогидравлический (гидронасосы с электродвигателями постоянного или переменного тока, гидромоторы).

Оба типа гребного привода могут быть как погружного, так и непогружного исполнения.

Погружные электродвигатели, должны быть работоспособны при изменении гидростатического давления от 0 до давления, соответствующего предельной глубине погружения НПА, и должны допускать кратковременную работу на воздухе для проворачивания механизмов при подготовке НПА к работе.

Выбор ДРК и его размещение на НПА должны обеспечивать получение заданных в ТТЗ ходовых и маневренных качеств, удобство и безопасность эксплуатации.

Все движители должны быть защищены от повреждений при ударе о подводные объекты и от попадания в них различных предметов, тросов и т. п.

Кабели, кабельные вводы иразъемы. Взависимости от решаемых задач привязные НПА могут иметь кабель для соединения НПА и судна-носителя с положительной или отрицательной плавучестью. При необходимости грузонесущий кабель НПА может иметь броневую или кевларовую наружную силовую оплетку. На малогабаритных НПА для обеспечения плавучести кабеля применяется полиэтилен и полипропилен.

Кабели забортного оборудования НПА, проходящие через кабельный ввод (разъем) в корпус НПА должны обладать продольной и радиальной герметичностью и выдерживать гидростатическое давление, соответствующее предельной глубине погружения НПА.

Кабельные разъемы должны выдерживать без электрической нагрузки не менее 500 сочленений/расчленений без замены отдельных элементов. Забортная прокладка должна выполняться с использованием герметизированных глубоководных кабелей, применяемых в судостроении. Протяженность кабельных трасс забортного оборудования НПА и количество соединений (гермовводов) должны быть минимальными.

При необходимости обеспечения питанием токоприемников повышенной подвижности допускается применение гибких кабелей высокого давления, обладающих радиальной герметичностью.

Допускается возможность сращивания кабеля при гарантии радиальной герметичности. Переходное сопротивление контакта «кабель — токопроводящий штырь» и электрическое сопротивление самого штыря кабельного ввода не должны искажать общие параметры кабельной линии.

Средства выполнения подводно-технических работ. Для выполнения подводно-технических работ на НПА могут быть установлены манипуляторное и/или захватное устройства, количество и грузоподъемность которых определяется назначением аппарата.

Назначение, перечень выполняемых работ манипуляторным устройством (МУ) и внешние условия работы определяются заказчиком в ТТЗ на НПА. В общем случае МУ должно выполнять следующие типовые рабочие операции:

‒ захват и укладку в грузовой лоток (ящик) малоразмерных обломков, фрагментов;

‒ перерезание резаком, встроенным в исполнительный орган, стального троса диаметром до 6 мм;

‒ перерезание резаком, входящим в состав сменного инструмента, кабеля диаметром до 80 мм, стального троса диаметром до 56 мм;

‒ проворачивание маховиков диаметром до 200 мм;

‒ отворачивание гаек;

‒ наворачивание гаек, оснащенных устройством центрирования;

‒ отдачу задраек и открывание крышек;

‒ присоединение к подводному объекту шлангов воздуха высокого давления, оборудованных, как резьбовым (оснащенных устройством центрирования), так и безрезьбовым соединением;

‒ продергивание троса-проводника через головку штокового устройства;

‒ прибивание пороховых и установку закладных рымов на объекте;

‒ присоединение (отсоединение) к рыму объекта троса, оснащенного карабином;

‒ очистку поверхности объекта (комингс-площадки);

‒ взятие проб грунта с помощью ковшевого захвата и грунтоотборной трубки.

Перечень выполняемых операций уточняется в ТЗ на МУ. Указанные операции выполняются после закрепления НПА на объекте. МУ должно иметь автономную систему управления, обеспечивающую реализацию алгоритмов его функционирования. Система управления МУ должна обеспечивать один из следующих видов дистанционного управления: автоматизированное или автоматическое.

Комплект сменного инструмента, как правило, должен включать:

‒ гайковёрт;

‒ дрель с набором сверл-метчиков;

‒ маховиковёрт;

‒ пороховые прибивные и закладные рымы;

‒ резак для перерезания тросов и кабелей;

‒ щетку металлическую;

‒ ящик (лоток) для укладки малогабаритных предметов.

Состав инструмента и его технические характеристики уточняются в ТЗ на проектирование МУ.

На аппарате могут быть использованы съемные устройства:

– вьюшки для доставки тросов и шлангов,

– захватные устройства,

– приспособления для отбора проб воды и грунта.

Масса съемных приборов и навесного оборудования должна быть минимальна, а комплексы при их транспортировке отбалластированы для исключения крена и дифферента.

Грузоподъемное устройство предназначено для подъема и спуска аппаратов при его эксплуатации по прямому назначению, а также для выполнения погрузочно-разгрузочных работ, связанных с транспортировкой, техническим обслуживанием и ремонтом.

Тип ГПУ выбирается в зависимости от массо-габаритных характеристик и конструктивных особенностей аппаратов. Для подъема или спуска допускается использования ГПУ судна-носителя.

Грузоподъемное устройство должно обеспечивать:

‒ спуск на воду, при допустимом волнении моря;

‒ подъем на судно-носитель при волнении моря на 1…2 балла выше того, при котором допускается эксплуатация коплекса.

Устройство глубоководного погружения (УГП), устройство выпуска иприема аппарата, установленное на подводном носителе, должны обеспечивать:

‒ контроль за выходом и входом аппарата, его положением в УГП;

‒ погружение на рабочую глубину;

‒ при необходимости — зацепившегося кабеля;

‒ принудительное подтягивание;

‒ свободный выход из УГП и его возвращение.

При размещении комплекса на подводном носителе устройство выпуска и приема должно обеспечивать прием аппарата на носитель и последующую транспортировку аварийного аппарата без всплытия носителя на поверхность.

Литература:

1. Костенко В. В., Михайлов Д. Н. Разработка телеуправляемого аппарата «Макс-300» /Подводные исследования и робототехника. — 2012. — № 1 (13) — С. 36–46.
2. Белоусов И. Современные и перспективные необитаемые подводные аппараты ВМС США / Зарубежное военное обозрение: электронный журнал. — 2013. — № 5 — С. 79–88.