Безэкипажный надводный аппарат
Содержание
Общие сведения
В настоящее время мировой тренд на развитие надводных безэкипажных плавсредств неуклонно растет. Большинство крупных международных судостроительных компаний ведут разработки технических средств для использования БНА в разных областях, в том числе для военных операций, гражданских грузовых перевозок и научно–исследовательских изысканий.
История
Идея управляемого на расстоянии боевого корабля родилась у инженеров-кораблестроителей еще в начале XX века.
В 1924 году в киевском цирке командир 6-го отдельного радиотелеграфного батальона Л.В.Баратов продемонстрировал радиоуправляемый «чудо-пароход», который двигался вперед и назад, а также вращал артиллерийскими башнями в соответствии с передаваемыми по радио командами.
В 1944 году канадской фирмой была разработана торпеда COMOX, предназначенная для постановки дымовой завесы при высадке войск в Нормандии. Несмотря на успешно проведенные испытания, торпеду не применяли в боевой обстановке. В конце Второй мировой войны ВМС США использовали беспилотники с дистанционным управлением для целеуказания и траления.
В XXI веке достижения в области систем дистанционного управления и навигационных технологий привели к появлению БНА, выполняющих широкий круг задач.
Особенности конструкции
Для обеспечения работы систем управления БНА требуются надежные источники энергии. Вместе с аккумуляторными батареями и генераторами, в качестве источников электроэнергии активно используются солнечные батареи и ветрогенераторы. Для экономии энергии на борту применяется парусное вооружение, а также технология волнового глайдера, которая использует энергию морской волны.
Особенностью конструкции некоторых БНА является размещение солнечных батарей не только на палубе, но и на парусе. Большим преимуществом данной конструкции является снижение потребления электрической энергии при достаточной силе ветра и усиление мощности электрической системы аппарата.
БНА, имеющие катамаранную конструкцию, позволяют увеличить полезную площадь для размещения дополнительных солнечных батарей.
Автономность аппаратов с возобновляемыми источниками питания обычно измеряется месяцами.
Исходя из конструктивных особенностей, на проектирование электроэнергетической системы БНА часто влияют следующие факторы:
- Схема построения корпуса. Это может быть однокорпусный аппарат, но для повышения полезной площади палубы возможно и применение катамаранной и тримаранной схемы.
- Применение парусного вооружения, волнового глайдера. Данные устройства сокращают затраты электроэнергии на гребные электродвигатели, что, в свою очередь, приводит к увеличению времени работы БНА.
- Район применения БНА. Необходимо учитывать уровень освещенности, волнение, направление и скорость ветра, а также температуру воды и воздуха.
Классификация
Понятие БНА объединяет плавсредства, выполняющие определенные задачи, и обладающие определенными техническими характеристиками и функциональными свойствами. При всем разнообразии видов безэкипажных надводных аппаратов (по целевому назначению, массогабаритным характеристикам, конструкции, типу энергетической установки и т.д.) общепризнанной классификации для этого сравнительно нового вида плавсредств еще не сложилось.
В настоящее время, согласно принятой за рубежом классификации БНА по размерам (длине) и, соответственно, водоизмещению, они подразделяются на пять основных категорий:
- большие безэкипажные надводные корабли (ББНК) длиной более 50 м и водоизмещением свыше 500 т (англ. Large Unmanned Surface Vehicle или LUSV);
- средние безэкипажные надводные корабли (СБНК) длиной от 12 до 50 м и водоизмещением 10–500 т (англ. Medium Unmanned Surface Vehicle или MUSV);
- малые безэкипажные корабли и катера (МБНКК) длиной от 7 до 12 м и водоизмещением 1–10 т (англ. Small Unmanned Surface Vehicle или SUSV);
- сверхмалые безэкипажные катера (СМБК) длиной до 7 м и водоизмещением до 1 т (англ. Very Small Unmanned Surface Vehicle или VSUSV);
- глайдеры (ГЛ) – безэкипажные надводные аппараты с незначительным водоизмещением и возобновляемыми источниками энергии (англ. Glider).
Также БНА различают по уровню автономности:
- аппараты с дистанционным управлением, в том числе с сопровождающих судов;
- аппараты, которые могут работать как с экипажем, так и без него;
- полностью автономные надводные аппараты.
Применение
БНА применяются в разных сферах:
- коммерческое судоходство;
- мониторинг окружающей среды и климата;
- картирование морского дна;
- пассажирские перевозки;
- осмотр состояния мостов и другой инфраструктуры;
- военно-морские операции.
Океанография, гидрография и мониторинг окружающей среды
БНА широко используются в океанографии, поскольку они более маневренны, чем стационарные или дрейфующие метеорологические буи, но намного дешевле, чем специализированные исследовательские суда. По прогнозам, в будущем использование БНА в данной сфере будет расти.
Океанографические БНА, как правило, используют возобновляемые источники энергии.
Использование вспомогательных БНА параллельно с традиционными исследовательскими судами может удвоить эффективность и сократить время, необходимое для исследований. В 2016 году, при проведении геодезических исследований в Беринговом море у берегов Аляски, автономный надводный аппарат ASV Global "C-Worker 5" провел съемку поверхности морского дна на протяжении 2275 морских миль, что составило 44% от общего объема проекта. Это позволило сэкономить 25 рабочих дней. В 2020 году британский БНА USV Maxlimer совершил автономное обследование морского дна площадью 390 квадратных миль в Атлантическом океане к западу от Ла-Манша.
В январе 2019 года небольшая флотилия парусных дронов была запущена для попытки первого автономного кругосветного плавания вокруг Антарктиды, с целью изучения морской экосистемы, перспектив рыболовства и проведения метеорологических исследований. Один из парусных дронов выполнил миссию, преодолев 12 500 миль за за 7 месяцев, собирая подробный набор данных с помощью бортовых приборов мониторинга окружающей среды.
Военное применение
Боевые БНА призваны решать следующие задачи:
- разведка и радиоэлектронная борьба;
- мониторинг и наблюдение в ходе патрулирования для обеспечения ситуационной осведомленности в океанских, морских и прибрежных районах, гаванях; мониторинг гидрографической и экологической обстановки; передача данных о возникающих препятствиях мореходству и их картографирование;
- проведение противоминных операций, включающих обнаружение морских мин, их траление и уничтожение;
- размещение на борту БНА беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и применение их в качестве ретрансляторов связи;
- противолодочные операции, в ходе которых формируются противолодочные рубежи, в том числе борьба со сверхмалыми подводными лодками и необитаемыми подводными аппаратами противника;
- борьба с надводными целями путем перехвата кораблей и судов противника, сопровождения и маскирования собственных надводных средств, имитация надводных целей, массированные удары в составе группы, доставка грузов, а также обеспечение операций сил специального назначения;
- охрана и защита границ, акваторий портов и гаваней, кораблей и судов, проведение поисково-спасательных операций.
Предполагается, что использование небольших дешевых надводных дронов-камикадзе может кардинально изменить облик военно-морского флота. Учитывая относительно низкую стоимость таких БНА по сравнению с ракетами или бомбами, их можно использовать для массовой атаки. Низкий профиль также затрудняет их обнаружение и снижает уязвимость.
Автономное грузовое судно
Безэкипажные грузовые суда, также известные как морские автономные надводные корабли (англ. Maritime autonomous surface ships или MASS), перевозят контейнеры или сыпучие грузы практически без участия человека. Суда могут быть автономны в разной степени, начиная с мониторинга и дистанционного управления с ближайшего корабля с экипажем, или обладать автоматизированной системой, которая сама определяет курс.
В 2019 году в Норвегии началась опытная эксплуатация безэкипажного контейнеровоза MV Yara Birkeland. В этом же году китайское автономное грузовое судно Jin Dou Yun 0 Hao совершило свой первый рейс в Чжухай, провинция Гуандун.
В 2020 году Япония сообщила об испытаниях автономного ролкера, а Франция продемонстрировала грузовое судно с дистанционным управлением.
24-25 января 2022 года японский консорциум Mitsui O.S.K. Lines, Ltd. продемонстрировал безэкипажный контейнеровоз Imoto Lines Mikage, который прошел по 270-километровому маршруту от Цуруги, префектура Фукуи, до Сакаи Минато, префектура Тоттори, на побережье Японского моря. Во время этого рейса БПЛА впервые были использованы для швартовки судна: дроны использовались для буксировки швартовных концов.
Муниципальный транспорт
В 2021 году первые в мире городские автономные суда были развернуты в каналах Амстердама. БНА могли перевозить до пяти человек, собирать отходы, доставлять товары и проводить мониторинг состояния окружающей среды.
Посадочные платформы
Для снижения себестоимости запусков ракет Falcon компания SpaceX использует управляемую посадку первой ступени ракеты-носителя на плавучую платформу — Autonomous spaceport drone ship.
На платформе нет экипажа, она функционирует полностью в автономном режиме, также может управляться дистанционно, с корабля поддержки.
Первая успешная посадка первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 на плавучую платформу состоялась в апреле 2016 года в рамках миссии SpaceX CRS-8.
Выращивание морских водорослей
Беспилотные наземные транспортные средства также могут помочь в выращивании морских водорослей и снизить эксплуатационные расходы.
Современные тенденции
Некоторые представители судоходной отрасли рассматривают автономные грузовые суда как следующий логический шаг в морском судоходстве, отмечая общую тенденцию автоматизации задач и сокращения экипажей на судах.
Другие настроены более скептически, так как проблемы регулирования и безопасности автономного судоходства рассматриваются как существенные препятствия на пути к широкому использованию грузовых БНА.
Что касается военного применения, то в ближайшем будущем в ВМС зарубежных стран не планируется замена кораблей с экипажами на БНА. Однако, их применение позволит снизить риск для экипажа и перераспределить ресурсы для решения приоритетных задач. Зарубежные специалисты считают, что участие БНА наиболее целесообразно в операциях, где требуется высокая физическая выносливость личного состава, а также в случае высокого риска ранений, смерти или захвата противником.
Атака надводных кораблей противника скоординированной группой из десятков малых БНА, осуществляющаяся одновременно с нескольких направлений, позволит отвлечь противника, и даже нанести ощутимый урон относительно слабым оружием типа многофункциональных противотанковых управляемых ракет или автоматических пушек калибра 30 мм, за счёт поражения уязвимых точек – РЛС, рубки управления, палубных вертолётов.
С другой стороны, уничтожение автономных малоразмерных катеров может быть затруднено из-за их небольших физических габаритов, высокой скорости и низкой заметности. При этом стоимость вооружений, потраченных на уничтожение малых безэкипажных надводных кораблей, может быть выше, чем самих поражаемых БНА.
В настоящее время существует ряд проблем, связанных с использованием боевых БНА, таких как недостаточная дальность действия бортовых средств обмена данными, ограниченная мореходность или сложность организационной и технической интеграции в существующий боевой состав ВМС.
Например, если БПЛА после патрулирования длительностью в несколько суток возвращаются на аэродром для проведения техосмотра, то на БНА необходимо обеспечить бесперебойную работу оборудования и механизмов в течении нескольких месяцев без проведения технического обслуживания.
Однако, сфера применения БНА будет непрерывно расширяться. Их развитие косвенно приведёт к уменьшению количества членов экипажа «обитаемых» надводных кораблей. Как и БПЛА в небе, надводные и подводные необитаемые корабли значительно изменят облик поля боя на воде и под водой.
См. также
Источники информации
- Беспилотный надводный аппарат
- Autonomous cargo ship(англ.)
- Unmanned surface vehicle(англ.)
- Waste Streams: a concept for autonomous waste collection on the Amsterdam canals(англ.)
- Arctic Wave Glider Summer 2011(англ.)
- C-Worker 5 USV in hydrographic survey(англ.)
Галерея изображений
Беспилотные корабли USVS Ranger и USVS Nomad в Тихом океане недалеко от Нормандских островов 3 июля 2021 года.
Беспилотные корабли Sea Hunter во время испытаний.
