Автономные роботизированные системы пытаются освоить литоральную зону, но пока безрезультатно
Применение необитаемых надводных и подводных аппаратов различных типов, а также иных роботизированных комплексов при решении самого широкого спектра задач в интересах военно-морских сил и береговой охраны ведущих стран мира в последние годы получило широкое распространение и имеет тенденцию к дальнейшему стремительному развитию.
Одна из причин того внимания, которое военно-морскими специалистами уделяется вопросам создания подводных роботов, заключается в высокой эффективности их боевого применения по сравнению с традиционными средствами, имевшимися в распоряжении командования военно-морских сил стран мира до настоящего времени. К примеру, в ходе вторжения в Ирак командованию группировки ВМС США в зоне Персидского залива при помощи автономных необитаемых подводных аппаратов удалось в течение всего 16 часов очистить от мин и иных опасных объектов акваторию бухты площадью четверть квадратной мили (около 0,65 кв. км), притом что, как отметил один из представителей ВМС США корреспонденту агентства Associated Press, типовому отряду водолазов-минеров на это потребовался бы 21 день.
При этом список задач, решаемых необитаемыми подводными аппаратами, постоянно расширяется и кроме традиционных и наиболее распространенных – поиск мин и взрывоопасных объектов, обеспечение различных подводных операций, а также разведка и наблюдение – уже включает решение ударных задач и работу на более сложных и ранее недоступных для «роботов в погонах» участков литоральной зоны, где они должны уничтожать мины и иные элементы противодесантной обороны противника. Специфические условия их боевого применения – мелководье, сильные приливно-отливные течения, волнение, сложный рельеф дна и т.п. – приводят в итоге к созданию механизмов, отличающихся высокой технической сложностью и оригинальностью применяемых решений. Впрочем, эта оригинальность зачастую выходит им боком: заказчик пока не готов к массовому внедрению таких рукотворных монстров в войска.
Металло-композитный «Рак»
Одним из первых роботов военного назначения, созданных для работы в «пляжной» зоне в процессе подготовки к проведению морской десантной операции, можно считать небольшого ракообразного автономного подводного робота, известного под обозначением Ambulatory Benthic Autonomous Underwater Vehicle, что можно перевести с английского как «шагающий бентический (донный) автономный подводный аппарат».
Данный аппарат массой всего 3,2 кг был разработан в инициативном порядке специалистами Морского научного центра Северо-Восточного университета, расположенного в Бостоне, штат Массачусетс (США), под руководством доктора Джозефа Айерса. Заказчиком работ выступили Научно-исследовательское управление ВМС США (ONR) и Агентство перспективных оборонных разработок МО США (DARPA).
Аппарат представляет собой донного автономного робота так называемого биомиметического класса (роботы, подобные каким-либо образцам животного мира. – В.Щ.), внешне напоминающего рака и предназначенного для осуществления разведывательных и противоминных операций в литоральной зоне и на первой береговой линии, а также на дне рек, каналов и иных мелководных естественных и искусственных водоемов.
Робот имеет изготовленный из прочного композиционного материала корпус длиной 200 мм и шириной 126 мм, восемь механических ног с тремя степенями свободы каждая, а также пару передних, похожих на клешни рака или краба, и одну заднюю, напоминающую чем-то хвост рака, поверхности для гидродинамической стабилизации робота под водой длиной примерно по 200 мм каждая (то есть каждая поверхность сопоставима по длине с корпусом робота). Механические ноги приводятся в движение посредством искусственных мускулов, изготовленных из никелид-титанового сплава, обладающего эффектом памяти формы (NiTi shape memory alloy), а в приводах разработчиками решено было использовать широтно-импульсную модуляцию.
Управление действиями робота осуществляется при помощи нейросетевого контроллера, реализующего поведенческую модель, позаимствованную разработчиками из жизни омаров и адаптированную к условиям боевого применения данных роботов. Причем в качестве источника для разработки поведенческой модели рассматриваемого робота специалисты Северо-Восточного университета выбрали американского омара.
«Способы и поведение, которые омары многие тысячелетия используют для поиска пищи, с равным успехом могут быть использованы роботом для поиска мин», – подчеркивает руководитель проекта доктор Джозеф Айерс из Морского научного центра Северо-Восточного университета.
Бортовая система управления робота-рака построена на базе вычислительной системы типа «Персистор» на базе микропроцессора Motorola МС68CK338, а в состав полезной нагрузки аппарата были включены гидроакустическая система связи, компас, а также креномер/акселерометр, построенный на МЭМС-основе (МЭМС – микроэлектромеханическая система).
Типовой сценарий боевого применения данного робота выглядел следующим образом. Группа роботов-раков доставляется в район применения при помощи специального транспортного торпедообразного носителя (предполагалось создать нечто вроде подводного варианта применяемого в Военно-воздушных силах контейнера малых грузов). После разброса роботы по заранее заложенной программе должны были вести разведку или доразведку назначенного участка, выявлять элементы системы противодесантной обороны противника, особенно что касается мин и иных взрывоопасных объектов и т.п. В случае крупносерийного производства закупочная цена одного робота-рака могла составить примерно 300 долл.
Впрочем, дальше постройки нескольких прототипов и непродолжительных их испытаний дело, судя по всему, не пошло. Основной потенциальный заказчик – Военно-морские силы, выделившие первоначально на данные исследования около 3 млн долл., – не выразил дальнейшей заинтересованности в проекте: последний раз разработка Северо-Восточного университета демонстрировалась специалистам командования ВМС США, судя по всему, в 2003 году. Не нашлось, вероятно, заказчиков и среди участников тех выставок, где демонстрировалось данное изобретение.
Крабовидный «Ариэль II»
Попытку создания робота на основе особенностей строения «даров моря», а конкретно – краба, предприняли и специалисты американской компании «АйРобот». Компания является на сегодня одним из ведущих мировых разработчиков и производителей роботов различного типа военного и гражданского назначения, а объемы их поставок уже давно исчисляются миллионами. Основанная в 1990 году компания начиная с 1998 года регулярно участвует в работах в интересах DARPA или других подразделений военного ведомства и агентств безопасности США, а также других стран мира.
Разработанный специалистами компании робот получил название «Ариэль II» (Ariel II) и классифицирован как автономный шагающий подводный аппарат (Autonomous Legged Underwater Vehicle – ALUV). Он предназначен для поиска и удаления мин и различных препятствий в системе противодесантной обороны противника, расположенных в прибрежной мелководной зоне и на «пляже». Особенностью робота, по заявлению разработчиков, является его способность оставаться работоспособным и в перевернутом состоянии.
«Ариэль II» весит около 11 кг и может брать полезную нагрузку до 6 кг. Длина корпуса аппарата – 550 мм, длина наибольшая по манипуляторам с компасом и креномером – 1150 мм, ширина – 9 см в низком положении и 15 см – на приподнятых «ногах». Робот способен работать на глубинах до 8 м. Источник питания – 22 никель-кадмиевые батареи.
Конструктивно «Ариэль II» представляет собой крабообразный аппарат, имеющий основной корпус и шесть прикрепленных к нему ног, обладающих двумя степенями свободы. Вся размещенная на борту «краба в погонах» целевая электронная аппаратура должна была, по замыслу разработчиков, располагаться в герметичном модуле. Система управления целевой нагрузкой – распределенная. Работы по данному противоминному роботу осуществлялись по контрактам, выданным агентством DARPA и Научно-исследовательским управлением ВМС США.
Сценарий боевого применения данных роботов во многом аналогичен тому, что был описан выше, с одним лишь отличием: робот имел режим уничтожения мин. Обнаружив мину, робот останавливался и занимал позицию в непосредственной близости от мины, ожидая команды. По получении с КП соответствующего сигнала робот подрывал мину. Таким образом, «стая» этих роботов могла одновременно почти полностью или даже в полном объеме уничтожить противодесантное минное заграждение в районе планируемой высадки морского десанта. Разработчик также предлагал и вариант, не предусматривающий роли камикадзе: робот просто размещал на мине заряд взрывчатки и до взрыва отходил на безопасное расстояние.
 |
| Один из прототипов робота – искателя мин «Ариэль» |
| Источник: www.irobot.com |
Свои возможности по поиску мин «Ариэль II» продемонстрировал во время по меньшей мере трех испытаний. Первое проводилось в прибрежной мелководной зоне в районе Ривьера-Бич, недалеко от города Ривьера в штате Массачусетс; второе – в районе Панама-Сити, штат Флорида, на средства корпорации Boeing, а третье – в районе Монтерей-Бей по заказу группы National Geographic. Дальнейшего развития, судя по всему, данный проект не получил (в том числе и ввиду далеко не однозначных результатов указанных испытаний), а военный заказчик, финансировавший работы на первом этапе, как утверждается, более перспективной посчитал другую разработку этой же компании, известную как «Трансфибиан» и рассмотренную ниже. Хотя здесь тоже не все так однозначно.
«Трансфибия» из Массачусетса
Еще один необитаемый подводный аппарат для работы в литоральной зоне, который числится за компанией «АйРобот», изначально не был разработан ее специалистами, а достался ей, так сказать, в наследство от компании «Нектон Корпорейшн», которую она приобрела в сентябре 2008 года за 10 млн долл.
Данный аппарат получил название «Трансфибиан» (Transphibian) и создавался в интересах военных для поиска и уничтожения мин различных типов методом самоподрыва при помощи размещенного на борту заряда взрывчатки массой 6,35 кг и сигнала, подаваемого дистанционно оператором.
«Трансфибиан» – это малогабаритный (переносной) автономный необитаемый подводный аппарат длиной около 90 см. Его основное отличие от других противоминных подводных аппаратов литоральной зоны заключается в использовании комбинированного способа передвижения: в толще воды аппарат передвигается при помощи двух пар «плавников», как рыба или ластоногое млекопитающее, а по дну он при помощи тех же «плавников» передвигается уже ползком. При этом в материалах, посвященных данной разработке, утверждается, что «плавники» имеют шесть степеней свободы. По замыслу разработчиков, это обеспечивает возможность равно эффективного применения рассматриваемого аппарата как на мелководье, так и на большой глубине, а также существенно повышает его мобильность и способность преодоления препятствий различного характера.
В качестве полезной нагрузки планировалось использовать различную поисковую аппаратуру вплоть до крупногабаритной оптико-электронной камеры, которая должна была подвешиваться на специальных креплениях под центральной частью корпуса аппарата.
Статус разработки в настоящее время не совсем понятен, поскольку раздел, посвященный необитаемому подводному аппарату «Трансфибиан», отсутствует даже на сайте компании-разработчика. Хотя в ряде источников утверждается, что именно в пользу данного аппарата отдало предпочтение американское военное ведомство, отказавшись от рассмотренной ранее разработки этой же компании – необитаемого подводного аппарата «Ариэль II». Впрочем, вполне вероятно, что проект был закрыт или заморожен, поскольку американские военно-морские специалисты были, мягко говоря, не удовлетворены рядом важных параметров рассматриваемого подводного необитаемого аппарата.
Гусеничная амфибия
Последний образец необитаемых аппаратов, предназначенных для поиска и уничтожения мин, а также ведения разведки противодесантной обороны противника в так называемой зоне прибоя, который мы рассмотрим здесь, создан специалистами известной американской компании Foster-Miller, специализировавшейся на разработке роботов военного и полицейского назначения. Работы по данному аппарату, получившему название «Тактически адаптивный робот» (Tactically Adaptable Robot), осуществлялись в рамках программы «Противоминные силы и средства для очень мелководных районов и зоны прибоя» (Very Shallow Water / Surf Zone MCM Program), финансируемой Научно-исследовательским управлением ВМС США.
Данный образец представлял собой необитаемый аппарат-амфибию на гусеничном ходу, разработанный с применением наработок, полученных компанией Foster-Miller при создании по заказу агентства DARPA малогабаритного наземного робота «Лемминг» (Lemming). Таким образом, данный аппарат способен работать как на морском дне на мелководье у берега (в реке, озере и т.п.), так и на берегу. При этом разработчик предусмотрел возможность оснащения аппарата различными вариантами элементов питания (аккумуляторных батарей), сенсоров и иной полезной нагрузки, которая размещалась в отсеке полезным объемом около 4500 куб. дюймов (около 0,07 куб. м).
Построенный прототип аппарата имеет следующие тактико-технические характеристики: длина – 711 мм, ширина – 610 мм, высота – 279 мм, масса (на воздухе) – 40,91 кг, максимальная скорость – 5,4 км/ч, максимальная дальность хода – 10 миль. В качестве полезной нагрузки планировалось разработать тактильные датчики (сенсоры осязания), магнитный градиометр, магнето-индуктивный датчик для бесконтактного обнаружения объектов и пр.
В состав бортовой аппаратуры робота-амфибии предполагается включать средства навигации (многосенсорная система определения пространственного положения аппарата с использованием фильтра Калмана; навигационная система для работы на мелководье SINS (Swimmer Inshore Navigation System); приемник дифференциальной подсистемы глобальной навигационной спутниковой системы (DGPS); трехосевой компас; одометры; гиродатчик рыскания аппарата по курсу и пр.) и связи (радиоприемник ISM-диапазона и подводный акустический модем), а бортовая система управления выполнена на базе ЭВМ стандарта РС/104.
Результаты обследования назначенного участка акватории (морского дна) каждым из выделенных для этого роботов-амфибий – а проведение операции планируется с применением группы подобных аппаратов – передаются на пульт оператора, где на их основе формируется цифровая карта данного участка.
Специалисты компании Foster-Miller и подразделения береговых систем Центра надводной войны ВМС США совместно провели цикл испытаний опытного образца рассматриваемой системы, в ходе которых им предстояло продемонстрировать способность робота-амфибии решать следующие задачи:
– поиск различных объектов в назначенном районе акватории;
– поиск и опознавание объектов, находящихся на морском дне;
– полное и тщательное обследование участка литоральной зоны (зоны прибоя) в месте проведения предстоящей морской десантной операции;
– поддержание двусторонней связи с оператором на корабле-носителе или береговом КП;
– решение требуемых задач в автономном режиме.
В июле 2003 года данный робот-амфибия демонстрировался всем желающим в Бостоне в составе экспозиции, организованной Научно-исследовательским управлением ВМС США во время фестиваля Boston Harborfest, а ранее, в 2002 году, американские военные использовали данные аппараты в варианте, оптимизированном для применения на суше, в ходе операции по обследованию пещер в горах Афганистана.
Статус системы указывается как «находится в разработке», контрактов на какое-либо серийное производство роботов-амфибий пока не заключалось (по крайней мере информация об этом не обнародовалась), потому вполне вероятно, что заказчик в лице командования ВМС США пока не проявил активного интереса к продолжению работ по проекту. К тому же на сайте ВМС США в разделе, посвященном программе «Противоминные силы и средства для очень мелководных районов и зоны прибоя», упоминание о данном робототехническом комплексе отсутствует.
Потенциальная опасность
В целом можно констатировать, что задача поиска, обнаружения, классификации и уничтожения мин в литоральной зоне и на первой береговой линии («пляже»), а также обнаружения различных элементов противодесантной обороны противника остается для ВМС ведущих стран мира одной из наиболее важных составляющих комплексного процесса обеспечения морских десантных операций. Особенно тех, которые осуществляются на незнакомых участках побережья.
В связи с этим можно ожидать дальнейшего развития работ по тематике создания робототехнических средств, предназначенных для решения вышеуказанных задач. Хотя, как видно из вышеприведенной информации, задача создания необитаемых и тем более автономных аппаратов, способных работать в чрезвычайно сложных условиях литоральной зоны (зоны прибоя, на первой береговой линии), характеризующихся сложным рельефом дна, малыми глубинами и сильными течениями, является отнюдь не простой и не всегда приводит к желаемым и удовлетворяющим заказчика результатам.
С другой стороны, еще в 2008 году на страницах онлайн-ресурса NewScientist.com был опубликован материал, основанный на базе прогноза, выполненного британскими и американскими специалистами в части, касающейся наиболее серьезных угроз научно-технического характера, с которыми может столкнуться человечество в обозримом будущем. И что примечательно, по мысли авторов прогноза, одной из угроз с высокой долей вероятности может стать излишне стремительное развитие биомиметических роботов – систем, созданных на основе заимствования тех или иных образцов природы планеты. Таких, как, например, автономные необитаемые подводные аппараты, созданные похожими на определенные образцы морской фауны как в конструктивном отношении, так и в отношении реализованных в их системах управления поведенческих моделей.
По мнению британских ученых, стремительно «размножающиеся» подобного рода биомиметические роботы могут стать новым видом-оккупантом на нашей планете и вступить в противоборство за обладание жизненным пространством со своими бывшими создателями. Фантастика? Да, наверное. Но пару веков назад фантастикой казались и подводная лодка «Наутилус», и космические ракеты, и боевые лазеры. А специалист по биомиметическим роботам Роберт Фулл, работающий в Калифорнийском университете в Беркли, подчеркивает: «По-моему, на нынешнем этапе мы слишком мало знаем о возможных угрозах, чтобы соответственно планировать наши разработки».
Владимир Щербаков
