Морские информационно-управляющие системы. Сентябрь 2014, № 2 (5) by Dimitry Lukash

морские системы

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ

ОАО «КОНЦЕРН «МОРИНСИС-АГАТ»

морские системы

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ

Межотраслевой корпоративный научно-технический журнал

редакционная коллегия:

ИЗДАТЕЛЬ:

АНЦЕВ Георгий Владимирович генеральный директор-генеральный конструктор ОАО «Концерн «Моринсис-Агат», член президиума Морской коллегии при Правительстве РФ, главный редактор

Открытое акционерное общество «Концерн «Моринформсистема-Агат»

КОБЫЛЯНСКИЙ Валерий Владимирович заместитель генерального конструктора по инновационной политике ОАО «Концерн «Моринсис-Агат», заместитель главного редактора НОВИКОВ Евгений Станиславович главный конструктор направления ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» БЕКИШЕВ Анатолий Тимофеевич генеральный директор-генеральный конструктор ОАО «НПП «Салют» БОНДАРЬ Михаил Владимирович главный научный сотрудник ОАО «ЦНИИ «Курс» ГОЛУБЕВ Анатолий Генадьевич доктор технических наук, ОАО «КГФИ» ГЛАДИЛИН Алексей Викторович директор института ФГУП «АКИН» КОПАНЕВ Александр Алексеевич генеральный директор ОАО «НПФ «Меридиан» МАКЛАЕВ Владимир Анатольевич генеральный директор ОАО «НПО «Марс» НЕМЫЧЕНКОВ Владимир Сергеевич генеральный директор, председатель научно-технического Совета ОАО «Тайфун» ПИРОГОВ Всеволод Анатольевич первый заместитель директора института по научной работе ФГУП «АКИН» ПРИХОДЬКО Иван Михайлович технический директор ОАО «НИИ «Атолл»

КОЛОНКА РЕДАКТОРА Для современного человека привычно все дальше отходить от естественного мышления и понимания природных закономерностей. Увлеченный техническим прогрессом он уже давно перестал осознавать себя органической частью окружающего мира Природы, с которым у него происходит непрерывный энергоинформационный обмен. Мировой океан, как все основные стихии, первичен по отношению к человечеству. Это сложная открытая термодинамическая система, сохраняющая равновесие во многих физических полях. Обладая огромной теплоемкостью, океан является самым большим аккумулятором энергии на Земле, обеспечивая постоянство ее климата и комфортные условия жизни для людей. Любое вмешательство в закономерности его существования запускает компенсационные процессы. Чем сильнее первичное воздействие, тем мощнее ответная реакция. Но мир людей относится к взаимодействию со своей «колыбелью» без должного глубокого понимания двухсторонней взаимосвязи. Созданный достаточно совершенной системой человек почти всегда неосознанно ставит себя выше сил, его создавших. Действует уверенно и агрессивно. Как самый опасный хищник проявляет максимум активности в потреблении. Сегодня цивилизация определяет свое взаимодействие с миром Природы чрезвычайно упрощенно как сферу деятельности под названием «экология». Деятельность эта выражается главным образом в устранении последствий своих же разрушительных действий. Такой подход ошибочен. Осваивая Мировой океан, мы должны действовать предельно мудро и с большим уважением к субъекту освоения. Как бы общаясь с необычной большой частью своего собственного «Я». Иначе будем похожи на ребенка, который в утробе матери перегрызает пуповину. Ясно, что при этом с большой вероятностью погибают оба. Если у Природы еще есть шансы, то у человечества никаких.

С 15 ПО 16 МАЯ 2014 ГОДА В ЕКАТЕРИНБУРГЕ СОСТОЯЛИСЬ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «РАЗВИТИЕ АРКТИКИ И ПРИПОЛЯРНЫХ РЕГИОНОВ» И 1-Й ВСЕРОССИЙСКИЙ СЪЕЗД УЧАСТНИКОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ «ОСВОЕНИЕ ОКЕАНА» Организаторами форума выступили ОАО «Концерн «Моринформсистема-Агат», Уральский федеральный университет и Уральское отделение РАН Арктика является регионом геостратегических интересов России в XXI веке с особыми требованиями к обеспечению всех сфер жизни и экономической деятельности. Геополитические и геоэкономические интересы России предполагают создание институциональных, организационных, экономических и технологических инструментов, обеспечивающих развитие Арктики в любых финансово‑экономических условиях.

Главные участники форума:

• Правительство Свердловской области • Уральское отделение Российской академии наук • Координационный совет технологической платформы «Освоение океана» • СО Союз промышленников и предпринимателей, Екатеринбург Развитие Арктики будет осуществляться в соответствии с «Основами государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу» и «Стратегией развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года», которые были утверждены Президентом РФ соответственно 18 сентября 2008 года и 20 февраля 2013 года. Понимая высокую социальную значимость науки и инноваций в современном обществе, осознавая стратегическое значение научнотехнического сотрудничества и руководствуясь стремлением формировать, развивать и реализовывать научно-техническую и инновационную деятельность на территории Арктики и приполярных регионов, участники конференции обсудили научно-технические материалы по основным направлениям совместных работ.

Основные направления работы конференции: 1. Проблемы инновационного развития Арктики и приполярных территорий (геополитические и геоэкономические аспекты); 2. Технологии роботизированных систем в Арктике; 3. Технологии освоения природных ресурсов Арктики; 4. Экологические аспекты освоения природных ресурсов Арктики; 5. Информационные технологии и системы в Арктике; 6. Технологии создания морской арктической техники (перспективное судостроение); 7. Конструкционные материалы, применимые в условиях Арктики. В научно-практической конференции участвовали более 100 специалистов из 56 организаций из всех регионов страны. Было представлено более 70 докладов, в том числе более 30 предложений по следующим направлениям: • Формирование программы практически значимых проектов, обеспечивающих решение задач «Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года»; • Организация кооперации и синергетического объединения компетенций участников технологической платформы «Освоение океана» для реализации Программы проектов и работ в рамках государственной программы «Развитие судостроения на 2013–2030 годы»; • Определение эффективных в современных условиях форм сотрудничества промышленности, университетов, отраслевых и академических институтов.

Итоги форума • На основе докладов участников сформирован перечень предварительных предложений для реализации в рамках сотрудничества и кооперации на базе межотраслевой Технологической платформы «Освоение океана». • Участниками I съезда Технологической платформы «Освоение океана», проведенного в рамках научно-практической конференции, принято решение о создании некоммерческого партнерства и расширении компетенций экспертного совета платформы. • Экспертному совету межотраслевой технологической платформы поручено доработать предложения, отобранные на конференции, до уровня проектов для включения в федеральные целевые программы по направлениям. • Организаторам конференции поручено: 1. Обратиться к Российскому Географическому Обществу с просьбой провести экспертную оценку представленных проектов; 2. Направить итоговый вариант материалов и решение конференции всем участникам научно-практической конференции «Развитие Арктики и приполярных регионов», участникам межотраслевой Технологической платформы «Освоение океана», федеральным органам, отвечающим за решение задач «Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года», и органам власти приполярных регионов.

ОАО «КОНЦЕРН «МОРИНСИС-АГАТ» ПРИНЯЛ УЧАСТИЕ В IV МЕЖДУНАРОДНОМ ФОРУМЕ «МОРСКАЯ ИНДУСТРИЯ РОССИИ» С 20 по 22 мая 2014 года в Москве в выставочном комплексе «Гостиный двор» прошел IV Международный Форум «Морская индустрия России». Организаторы: Министерство промышленности и торговли Российской Федерации, веду‑ щие отраслевые ассоциации, министерства и ведомства совместно с компанией «МегаЭкспо». Форум проводился по Распоряжению Правительства Российской Федерации № 217‑р от 15 февраля 2011 года при поддержке и участии Морской Коллегии при Правительстве Российской Федерации, Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, Министерства транспорта Российской Федерации, ГК «Ростехнологии», ОАО «Объединенная судостроительная корпорация», ЦНИИ «Курс», отраслевых ассоциаций и объединений.

Открытое акционерное общество «Концерн «Моринсис-Агат» организовало на форуме совместную экспозицию как инициатор и координатор Технологической платформы «Освоение океана». Предприятия-участники выставки от платформы «Освоение океана»: • ОАО «Концерн «Моринcис-Агат» • ФГУП ОКБ океанологической техники РАН • ОАО «Конструкторское бюро «Аметист» • ОАО «Концерн «ЦНИИ «ЭЛЕКТРОПРИБОР» • ОАО «Концерн «Океанприбор» • ОАО «ЦНИИ «Курс» • ОАО «Научно-производственная фирма «Меридиан» • ЗАО «Научно-производственное предприятие «Спецкабель» • ОАО «ЦКБ по судам на подводных крыльях им. Р. Е. Алексеева» • ОАО «Радар ММС» • Национальный исследовательский Томский государственный университет

Организации-экспоненты представили научнотехнические достижения и разработки по основным технологическим направлениям платформы «Освоение океана»: • технологии морских роботизированных систем • технологии освоения природных ресурсов мирового океана • информационные технологии и системы для освоения мирового океана • технологии создания морской техники (перспективное судостроение). За актуальность и профессионализм представленной экспозиции «Концерн «Моринформсистема-Агат» был награжден Оргкомитетом Форума дипломом.

В рамках выставки генеральный директоргенеральный конструктор концерна Г. В. Анцев провел ряд деловых встреч с руководителями отечественных и иностранных судостроительных предприятий, а также принял участие в приуроченном к форуму заседании Президиума Морской коллегии при Правительстве Российской Федерации, на котором обсуждались актуальные вопросы модернизации отечественного гражданского судостроения, Стратегия развития морской деятельности Российской Федерации до 2030 г., перспективы развития отрасли.

СОДЕРЖАНИЕ CONTENT

МОРСКИЕ ИНФОРМАЦИОННО–УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ No. 2 (5) / 2014 1-й Всероссийский съезд участников Технологической платформы «Освоение океана»

Научно-практическая конференция «Развите Арктики и приполярных регионов»

4-й Международный форум «Морская индустрия России»

12 2

Центр компетенций ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»

Участие студенческой команды МГУ им. адм. Г.И. Невельского в международных соревнованиях по морской робототехнике

Особенности построения радиолокационных комплексов бокового обзора для авиации северных широт И.Г. Анцев, С.В. Арсенов, В.Г. Елфимов ОАО «НПП «Радар ммс»

ARGO – глобальная сеть океанографических станций М.В. Арфаниди ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»

Проблемы создания общесудовых систем единого времени К.М. Овечкин, Е.Л. Полян, В.А. Романов, А.В. Самсонов, К.В. Сёмин ЗАО НПК «Агат-Аквариус»

Регистрация космических лучей высоких энергий глубоководными установками В.В. Кобылянский ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»

Ракетно-космический комплекс «Морской старт» Д.Л. Лушников ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»

Информационное обеспечение безопасности мореплавания на трассах Северного морского пути В.В. Ханычев, В. М. Свирский, Д.В. Борисовский ОАО «ЦНИИ «Курс»

50 74

Малые робототехнические комплексы в освоении Арктики О.А. Букин, Д.Г. Ляхов МГУ им. адм. Г.И. Невельского ИПМТ ДВО РАН 82

История и современное состояние систем спасения подводников А.Г. Горшков ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»

Взаимозаменяемость рабочих мест операторов в интегрированных системах управления техническими средствами надводных кораблей Б.В. Грек ОАО «Концерн «НПО «Аврора» 50

Первый выход из затопленной подводной лодки из истории военно-морского флота

82 88

102

РЕГИСТРАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

ГЛУБОКОВОДНЫМИ УСТАНОВКАМИ

Успехи по созданию крупномасштабных детекторов для изучения космических лучей сверхвысоких энергий и других редких явлений неускорительной физики, достигнутые в последней четверти 20 века, сформировали новое направление в астрофизике и астрономии – нейтринную астрономию. Особое место среди созданных астрофизических комплексов занимают водные черенковские детекторы, разворачиваемые в виде глубоководных полигонов, предназначенных для обнаружения точечных источников нейтрино высоких и сверхвысоких энергий галактического и внегалактического происхождения. ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»* Москва В.В. Кобылянский * координатор Технологической платформы «Освоение океана»

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Идея использовать естественные водные объемы для проведения исследований с нейтрино высоких энергий была высказана советским академиком М. А. Марковым в 1960 году. Нейтрино очень слабо взаимодействует с веще‑ ством. Это затрудняет регистрацию данной элементарной частицы и в то же время создает новую возможность астро‑ номических исследований. Проходя без изменения сквозь небесные тела и межзвездное вещество, частицы нейтрино

несут информацию о космических процессах, в которых были рождены. Для их надежной регистрации необходимы детекторы больших размеров, хорошо защищенные от по‑ падания других частиц, способных помешать наблюдениям. Создание детекторов, расположенных на поверхности Зем‑ ли требует дополнительной разработки систем, способных значительно подавлять поток фоновых событий. Для умень‑ шения фона атмосферных мюонов и обеспечения надеж‑ ных условий выделения редких событий (распад протона, регистрации нейтрино и т. п.) было предложено размещать детекторы глубоко под водой, которая служит и фильтром, устраняющим другие частицы, и рабочим веществом. Для решения задач космофизики и нейтринной ас‑ трофизики высоких энергий требуются чувствительные объемы установок, измеряемые мегатоннами и гигатоннами. Детектирующие системы разворачиваются в открытых прозрачных естественных водных объемах (океаны, моря, озера) либо в антарктическом льду и представляют собой пространственные решетки, сформированные из отдель‑ ных гирлянд оптических модулей с легко изменяемым рас‑ положением фотоэлектронных умножителей. Расстояния между гирляндами и оптическими модулями в отдельной гирлянде ограничены длиной ослабления черенковского излучения в воде.

Развитие работ по созданию водных черенковских детекторов В начале XXI века силами международных европейских научных коллабораций началось развитие сразу группы

крупномасштабных глубоководных черенковских детек‑ торов разных конфигураций в Средиземном море. Коллаборация ANTARES – Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch (Франция, Нидерланды, Италия, Россия, Испания, Германия) на про‑ тяжении последних пятнадцати лет ведет работы по со‑ зданию глубоководного черенковского нейтринного телескопа в Тулонском заливе Средиземного моря. Теле‑ скоп расположен на расстоянии 25 км от берега на глу‑ бине около 2400 м и содержит 900 фотоэлектронных умножителей, размещенных на 12‑ти гирляндах длиной 350 м, разнесенных на 70 метров друг от друга. Каждая линия несет 75 оптических модулей, расположенных на 25 этажах, с вертикальным шагом между соседними этажами 14,5 метров. Каждый модуль содержит три по‑ лусферических фотоумножителя (ФЭУ) 10” Hamamatsu R7081–20, ориентированных вниз под углом 45° к оси гирлянды и оснащенных локальными управляющими блоками (рис. 1). На каждой гирлянде установлен отдель‑ ный модуль управления. Специальные контейнеры содержат акустические и ка‑ либровочные системы. Все линии установки через цен‑ тральный junction box соединены с береговой станцией посредством электронно-оптического кабеля длиной 40 км. Получаемые данные содержат не только информа‑ цию о детекторах, но и позволяют реконструировать тре‑ ки от космических мюонов, распространяющихся вниз (из верхней небесной полусферы), а также фиксировать потоки мюонов, рожденных при взаимодействии нейтрино с морской средой, из нижней полусферы.

Рис. 1. Схема размещения оптических модулей ANTARES на глубине 2475 м, справа – отдельный модуль с тремя фотоумножителями No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

В 1999 году были проведены натурные испытания пер‑ вого небольшого (с семью ФЭУ) действующего прототипа одиночной гирлянды телескопа, а в 2003 году предприня‑ та попытка постановки штатной гирлянды с расчетом на ее длительную эксплуатацию. Однако из-за проникновения воды в один из системных модулей гирлянда была эваку‑ ирована с целью анализа причин потери герметичности и подготовки ее к новым испытаниям. В конце февраля run 25929, frame 61770, λ = -5.02

Рис. 2. Февраль 2007 года. Регистрация нейтрино на глубоководной установке ANTARES

Рис. 3. Устройство одной из башен установки NESTOR 14

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

2006 года выполнена повторная постановка модернизи‑ рованной гирлянды, и на протяжении 2006–2007 годов были развернуты еще девять гирлянд, а в марте 2008 года нейтринный телескоп ANTARES приступил к набору дан‑ ных в проектной конфигурации. Однако еще в феврале 2007 года, после пуска первых пяти линий, установка (впервые за историю водных черенковских детекторов, расположенных в открытом океане) зарегистрировала нейтрино (рис. 2). Самое глубокое место Средиземноморья, причем не‑ далеко от берега, находится в Ионическом море, возле побережья полуострова Пелопоннес (Греция) – глубины 4000–5000 м на расстоянии 15–25 км от берега. Именно здесь с начала 90‑х годов ведутся работы по созданию ней‑ тринного телескопа коллаборацией NESTOR – Neutrino Extended Submarine Telescope with Oceanographic Research (Греция, Германия, Россия, Швейцария, США). Следует отметить, что географические, гидрооптические и гидрологические свойства среды и уровень фона, об‑ условленный процессами биолюминесценции, в месте расположения данного телескопа наиболее адекватны требованиям, предъявляемым к водной среде при со‑ здании нейтринного телескопа. Планируемая установка должна была состоять из шести «башен» на расстоянии 200 метров друг от друга, окружающих седьмую централь‑

ную (рис. 3). Каждая из башен включала бы двенадцать гексагональных (шестиугольных) этажей с расстоянием 30 метров между ними, а оптические модули на базе полусферических фотоумножителей 15” Hamamatsu R2018 располагаться в вершинах шестиугольника с ради‑ усом 16 метров попарно, с ориентацией: один – вверх, другой – вниз. Один такой этаж содержит двенадцать фо‑ тоумножителей и центральную капсулу с электроникой. В марте 2003 года первый этаж башни был успешно уста‑ новлен на глубине 4000 метров и проработал около года, реализуя калибровочные и тестовые испытания. Проект NEMO – NEutrino Mediterranean Observatory (Италия) также располагается в Ионическом море, но возле сицилийского побережья. Глубина моря в этом месте 3500 метров, расстояние от берега самое большое

из всех трех проектов – около 80 километров. Детектор проектировался из башен высотой 600 метров, располо‑ женных на расстоянии 200 метров друг от друга. Каждая башня, закрепленная на отдельном якоре, представляет собой последовательность 16‑ти ярусов с расстоянием по вертикали 40 метров. Ярус является своеобразной штангой длиной 20 метров, расположенной горизон‑ тально с двумя оптическими модулями на концах, также на базе фотоумножителей Hamamatsu. В этом проекте, как и в остальных, была выполнена первая фаза – в де‑ кабре 2006 года осуществлена постановка одной башни будущего детектора, содержащей 16 оптических модулей (рис. 4 а, б), и начались натурные испытания прототипа. Однако после месяца работы прототип потерял плаву‑ честь и лег на дно.

Рис. 4 а, б. Развертывание установки NEMO в Ионическом море: а – работы у берегов острова Сицилия, б – установка одной из малых башен конструкции No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Современный этап развития нейтринной астрономии – формирование глобальной сети нейтринных телескопов CNN Все три средиземноморских проекта, выступив в боль‑ шей степени полигонами для тестирования оборудования, с 2006 года на имеющихся стадиях развития вошли в еди‑ ный консорциум для строительства в Средиземном море глубоководного телескопа-гиганта KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope). Европейская глубоководная научная инфраструктура становится базой для развития нейтринно‑

го телескопа объемом несколько кубических километров. На данный момент концепция будущей установки в целом сформирована: масштабный нейтринный детектор с сум‑ марным инструментальным объемом более пяти куби‑ ческих километров предполагают распределить по трем частям Средиземноморья: KM3NeT-Fr (Тулон, Франция), KM3NeT-It (Портопало-ди-Капо-Пассеро, Сицилия, Италия) и KM3NeT-Gr (Пилос, Пелопоннес, Греция) (рис. 5). Над развитием KM3NeT работают сегодня 40 институтов из 10 европейских стран. По числу детекторов и общему объему KM3NeT в разы превзойдет нынешнего рекордсме‑

Рис. 5. Расположение локаций проекта KM3NeT в Средиземном море

Рис. 6. Базовая конфигурация KM3NeT и внешний вид одной гирлянды цифровых оптических модулей 16

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

на – антарктическую нейтринную обсерваторию IceCube. Полный детектор будет содержать порядка 12 000 стеклян‑ ных сфер высокой прочности, прикрепленных к 600 верти‑ кальным струнам, высотой около одного километра. Тросы будут закреплены на дне при помощи массивных якорей, в вертикальном положении их будут поддерживать много‑ метровые поплавки (подобная конструкция была отработа‑ на в рамках проекта ANTARES) (рис. 6). На этих почти километровых струнах будут установлены «этажи» – шестиметровые поперечные рамы DOMBAR (как вариант возможны другие схемы размещения: в форме коль‑ ца или треугольных рамок с фотодетекторами по периметру). Предполагается, что всего на каждой вертикальной гирлян‑ де будет 20 этажей, разделенных расстоянием в 40 метров. Нижний этаж должен располагаться в ста метрах от дна моря. Огромная толща воды сверху (от полутора километров и больше) защитит детекторы от солнечного света. Каждый оптический модуль DOM – это прочная сфера диаметром 43 сантиметра, в которой размещен 31 фотоэлек‑ тронный умножитель и сопутствующая электроника (рис. 7). Сферы конструируются из боросиликатного стекла и рас‑ считаны на давление при глубине в несколько километров. Для большей прочности конструкции отверстия для вхо‑ да и выхода кабелей будут минимизированы по диаметру. По общему числу детекторов черенковского излучения (под четыреста тысяч – окончательный параметр будет еще уточнен) новый нейтринный телескоп превзойдет любого существующего собрата. Однако средиземноморский титан будет передовым не только из-за размеров. По угловому разрешению в 0,1 градуса (для нейтрино с энергией больше 10 ТэВ) он в десять раз превзойдет IceCube. Должны быть хорошие параметры и по диапазону энергий нейтрино (начиная от сотен ГэВ и на несколько порядков выше). Предполагается, что телескоп будет ловить нейтрино, возникающие в далеких гамма-вспышках, взрывах сверхновых, столкно‑ вениях звезд, он сможет эффективно фиксировать потоки трудноуловимых частиц от пульсаров и микроквазаров и даже попробует поймать нейтринные пучки, испускаемые галактическим ядром. Береговые компьютерные кластеры установок KM3NeT-Fr, KM3NeT-It и KM3NeT-Gr будут выполнять первичную фильтрацию данных и поиск сигнала от космических ней‑ трино и, в дальнейшем, передавать их в потоковом режиме в общий центр обработки KM3NeT для хранения и после‑ дующего детального анализа сотрудниками коллаборации. Первый оптический модуль, разработанный для KM3Net, уже более года работает внутри телескопа ANTARES. 7 мая 2014 года в 100 км от острова Сицилия (в локации KM3NeT-It) на глубине 3500 метров установлена пер‑ вая конструкция телескопа – трос с тремя оптическими модулями-прототипами (рис. 8). Строительство общей кон‑ струкции будет происходить в несколько этапов. Заверше‑ ние первого этапа запланировано на конец 2016 года.

Рис. 7. Оптический модуль DOM

Рис. 8. Работы по установке оптических модулейпрототипов KM3NeT No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 9. Антарктическая нейтринная обсерватория IceCube; слева – базовая конфигурация нейтринного телескопа Нейтринная обсерватория IceCube развернута на антарктической станции Амундсен-Скотт на основе проекта AMANDA, чье развитие продолжалось в несколько этапов с 1993 года. Лед имеет определенные преимущества по сравнению с водой: он неподвижен, обладает очень низким радиоактивным фоном, вследствие низкой температуры сильно снижает шумы фотоумножителей, и в нем отсутствуют микроорганизмы (которые являются источником дополнительного светового фона в океанской воде). На основе отработанной методики была развернута установка объемом в 1 км3, которая получила название IceCube. Строительство нейтринного телескопа было начато в 2005 году – тогда под лед была погружена первая гирлянда с оптическими детекторами. В следующем году количество гирлянд достигло девяти штук, что сделало IceCube крупнейшим нейтринным телескопом в мире. В течение следующих двух летних сезонов были установлены 13 и затем 18 гирлянд с детекторами. Строительство обсерватории завершено в 2010 году, когда последние из 5 160 предусмотренных проектом оптических модулей заняли свое место в толще антарктического льда на глубине от 1450 до 2450 м. Первое нейтринное событие было зарегистрировано 29 января 2006 года. Каждая гирлянда детектора IceCube имеет по 60 фотоумножителей. Оптическая система регистрирует черенковское излучение мюонов высокой энергии, движущихся в направлении вверх (то есть из-под земли). Тысячи километров земного вещества служат в качестве фильтра, отсекая все частицы, которые испытывают сильное или электромагнитное взаимодействие. Из всех известных частиц только нейтрино могут пройти Землю насквозь. Таким образом, хотя IceCube расположен на Южном полюсе, он детектирует нейтрино, приходящие с северной полусферы неба. Находясь в северном полушарии, KM3NeT составит пару проекту IceCube, расположенному в южном полу‑ шарии. С помощью этих двух телескопов становится воз‑ можным создание глобальной нейтринной обсерватории. В 2018–2019 годах планируется объединить данные двух проектов, получив контроль над нейтринными событиями, происходящими на большей части небесной сферы. Но уже в октябре 2013 года сделан первый организационный шаг к этому – между четырьмя крупнейшими коллаборациями 18

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

по развитию глубоководных нейтринных телескопов был учрежден проект глобальной сети нейтринных телеско‑ пов CNN (The Global Neutrino Network) и подписан ме‑ морандум о взаимопонимании для обеспечения тесного сотрудничества и последовательной совместной стратегии, результатом чего должны стать значительные синергетиче‑ ские эффекты и выгоды для каждого из участников. В CNN вошли коллаборации ANTARES, Baikal (НТ‑200), IceCube и KM3NeT.

Световой фон океана Информация о конкретно зарегистрированной косми‑ ческой частице (энергия и направление прилета) восста‑ навливается из первичных данных, зарегистрированных фотоэлектронными умножителями (амплитуда сигнала, время пролета между ФЭУ и совпадение по времени со‑ бытий для ФЭУ, расположенных рядом). Качественная ре‑ гистрация этих данных зависит от светового фона океана на глубинах размещения нейтринных телескопов и от геометрии установки (схемы расположения ФЭУ). Основные исследовательские работы, положившие начало данному технологическому направлению глу‑ боководного детектирования космических лучей, были выполнены в конце 80‑х годов учеными Тихоокеанского океанологического института ДВО АН СССР и Московско‑ го инженерно-физического института [1]. Для изучения светового фона океана и отработки ме‑ тода регистрации высокоэнергетических мюонов были разработаны оригинальные приборы. Основной объем экспериментальных данных по све‑ товому фону океана был получен с использованием кас‑ сетного измерительного модуля (КАСМ) (рис. 10). Восемь измерительных капсул с иллюминаторами из оргстекла крепились к несущей раме при помощи специальных валов, позволяющих дискретно регулировать угол на‑ клона каждой кассеты. В середине несущей рамы рас‑ положена центральная капсула, куда помещены блок питания и основная электронная часть погружаемого устройства – система сбора и передачи данных с жестким алгоритмом функционирования. На одном из торцов цен‑ тральной капсулы закреплены гидрологические датчики: глубины погружения прибора, температуры и удельной электропроводности морской воды. Конструкция позво‑ ляла легко изменять телесный угол обзора фотоумно‑ жителей – направлять их в определенную сторону или обеспечивать геометрию, близкую к 4π. Второй прибор – погружной мюонный детектор (рис. 11) состоял из шести титановых капсул с фотоумно‑ жителями ФЭУ‑49 Б и блоком электроники, расположен‑ ным в нижней части детектора. Фотоумножители были защищены пластиковыми иллюминаторами толщиной 10 см; детектор позволял проводить измерения до глуби‑ ны 6 км. Как показано в монографии [1], световой фон океана на больших глубинах действительно, в основном, опре‑ деляется черенковским излучением от распада радиоактивных изотопов, содержащихся в морской воде, и био‑ люминесценцией. Фотоумножители погружных устройств на всех глубинах в различных районах Мирового океана регистрируют сильные засветки, изменяющиеся по ин‑ тенсивности на несколько порядков. Спорадически возникающие световые вспышки, обусловленные био‑ люминесценцией, накладываются на достаточно низкий

Рис. 10. Кассетный измерительный модуль КАСМ

Рис. 11. Глубоководный мюонный детектор No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

и постоянный уровень счета, определяемый естествен‑ ной радиоактивностью океана (рис. 12). Эксперимен‑ тально определенная величина этого уровня составила 200–300 фотонов/см2 • сек из телесного угла 2π в диапа‑ зоне длин волн 350–650 нм [1]. Глубоководным установкам для регистрации космиче‑ ских лучей, создаваемым в Средиземном море, необходи‑ мо было экспериментально «определиться» в отношении к световому фону океана: • насколько биолюминесцентные вспышки могут по‑ мешать регистрации космических лучей; • может ли постоянный уровень светового фона быть использован для калибровки и проверки работо‑ способности фотоумножителей при длительной эк‑ сплуатации детекторов; • действительно ли этот уровень фона определяется только черенковским излучением от распада есте‑ ственных радиоактивных изотопов. В ряде работ были выполнены расчеты потоков черен‑ ковских фотонов от распада 40 К, так как этот изотоп яв‑ ляется основным источником радиоактивности морской воды [3]. Полученные теоретические оценки оказались несколько ниже экспериментальных, что не позволило «закрыть» вопрос о том, чем обусловлен постоянный уро‑ вень счета фотоумножителей глубоководных установок. Для получения более точных оценок был применен ме‑ тод компьютерного моделирования, известный как метод Монте-Карло [5], в котором случайное движение частицы (электрона) рассматривается как некоторая траектория, а состояние частицы в каждой узловой точке разыгры‑ вается с помощью случайных чисел из соответствующих распределений. Оценка выхода черенковских фотонов для первичных электронов оценивается по известной формуле (1) где N – число испущенных черенковских фотонов в ин‑ тервале длин волн λ1÷λ2 на пути ∆t; α – постоянная тонкой структуры (α =1/137); n – средний показатель преломления среды; β=v/c – скорость заряженной частицы в единицах ско‑ рости света в вакууме. В отличие от ранее выполнявшихся расчетов в этой ра‑ боте были учтены многократное рассеяние электронов и вторичные электроны, рожденные при взаимодействии гамма-квантов с веществом. Особенность взаимодействия электронов с веществом состоит в том, что они, как правило, теряют свою энер‑ гию малыми порциями. В результате, электроны на от‑ резке пути, равном своему полному пробегу, испытывают 20

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

1 фотон . см-2 . сек-1 2 1

6 8

3 4

9 К40 0

Н, км

Рис. 12. Глубинные зависимости средней интенсивности фоновых световых потоков и собственного светового фона океана: 1 – тропическая часть Тихого океана; 2 – Японское море; 3 и 4 – район Гавайских островов [5]; 5 – Атлантический океан; 6 – экстраполяция данных к х = 0; 7 и 8 – Тихий океан и Японское море соответственно; 9 – донная постановка аппаратуры огромное число соударений. Для решения этой задачи нами использовался неаналоговый метод моделиро‑ вания, известный под названием метод укрупненных столкновений [7]. В этом методе траектория электрона строится из набора элементарных отрезков, выбираемых таким образом, чтобы на каждом из них происходило большое число соударений (как правило, более 20). При этом предполагается, что внутри выбранного отрезка электрон не меняет своего состояния в фазовом про‑ странстве. Изменение фазовых координат (энергии и на‑ правления) происходит в конце элементарного отрезка и моделируется, исходя из соответствующих распреде‑ лений энергетических потерь и углов при многократном рассеянии заряженных частиц. В данной методике длина шага ∆t между соударениями определяется из соотношения:

(2)

где К0 – параметр, характеризующий потерю энергии электрона на отрезке ∆t, %;

– полные потери энергии электрона, обладаю‑ щего энергией Е, МэВ г/см2. Параметр К0 в наших расчетах был равен 5, что соот‑ ветствует так называемой «модели 5%-х потерь». В том случае, если энергия электрона не превышает 10 МэВ, потери на ионизацию окружающего вещества являют‑ ся преобладающими, поэтому тормозным излучением и редкими случаями рождения δ-электронов можно пре‑ небречь. В модели укрупненных столкновений розыгрыш пара‑ метров, характеризующих состояние электрона в кон‑ це элементарного отрезка, осуществляется на основе функций распределения энергетических потерь и углов, полученных из теории многократного рассеяния. Для по‑ строения функции распределения энергетических потерь электрона при прохождении через тонкий слой вещест‑ ва применяется модель Блунка и Лейзиганга [7], а учет многократного рассеяния электронов осуществлялся по формуле Гаудсмита-Саундерсона. Обрыв траектории электрона происходит по достижении им пороговой энергии, равной 0,25 МэВ. Моделирование характеристик вторичных электро‑ нов, образующихся в процессе взаимодействия гаммаквантов с веществом, начинается с задания параметров, которые определяют первоначальное состояние фотона. В качестве таких параметров задаются: • начальная энергия фотона источника; • начальные координаты в источнике; • направление движения; • начальное значение статистического веса гаммакванта (вероятность выхода на распад). Начальные параметры могут задаваться как детерми‑ нировано, так и случайным образом, в соответствии с не‑ которым законом распределения. Розыгрыш пространственных координат точки взаимо‑ действия фотона с веществом производится по стандар‑ тной процедуре. Расстояние до i‑ой точки взаимодействия гамма-кванта выбирается из соотношения:

(4) где µс – коэффициент ослабления для комптоновского рассеяния; µр – коэффициент ослабления для образования пар; υ – полное число взаимодействий в рассматриваемой траектории гамма-кванта. Что касается эффекта образования электронно-пози‑ тронных пар, то этот процесс имеет энергетический по‑ рог, равный 1,022 Мэв. Причем сечения образования пар для начальных энергий фотонов, испускаемых радиону‑ клидами, и рассматриваемых нами материалов (напри‑ мер, воды) малы. Поэтому при моделировании генерации черенковских фотонов ограничивались учетом лишь комптоновских электронов. Моделирование процесса комптоновского рассеяния гамма-квантов проводится по алгоритму Карлсона [9], в соответствии с которым энергия после рассеяния рас‑ считывается следующим образом:

(5) где ξ – случайное число из интервала (0,1). Поскольку изменение энергии и угол рассеяния гаммакванта однозначно связаны друг с другом, то косинус по‑ лярного угла рассеяния Θ определяется соотношением: (6) После вычисления полярного угла рассеяния опреде‑ ляется новое направление движения фотона. При этом начальная энергия электрона отдачи вычисляется как ЕiЕi‑1, a угол рассеяния электрона Ф – по формуле:

(7) (3) где ξ – случайное число из интервала (0,1), а µtot (Ei‑1) – полный коэффициент ослабления. При оценке методом Монте-Карло переноса фотонов учитываются следующие процессы их взаимодействия с веществом: фотоэлектри‑ ческое поглощение, комптоновское рассеяние и эффект образования пар. В используемой нами модели расчета фотоэффект от‑ дельно не разыгрывается. Учет его осуществляется после каждого акта взаимодействия гамма-кванта с веществом с помощью статистического веса:

Проведенные нами расчеты выхода черенковских фото‑ нов в диапазоне длин волн от 300 до 600 нм от моноэнер‑ гетических электронов в воде приведены на рисунке 13. Для энергий более 0,8 МэВ наблюдается линейная зави‑ симость количества черенковских фотонов от энергии электрона. Как и следовало ожидать, детальные расчеты методом Монте-Карло располагаются между аналитиче‑ ской оценкой «сверху» и линейной моделью замедления электрона в среде. При этом отличие линейной модели от точных расчетов составляет около 20%. No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

1000

N, фотонов

На том же рисунке представлены данные по выходу че‑ ренковских фотонов в воду из справочника [10]. Исполь‑ зуемые в нем данные также рассчитывались по линейной модели [11]. И хотя форма кривых почти в точности сов‑ падает, по абсолютным значениям наблюдается система‑ тическое завышение значений. Как мы уже упоминали выше, абсолютные значения выходов черенковских фо‑ тонов не могут лежать выше кривой, представляющей верхнюю оценку. Поэтому возможным объяснением тако‑ го различия является неправильно указанный в данной литературной ссылке рассматриваемый диапазон длин волн (300–600 нм). Для оценки распространения черенковского излуче‑ ния также был использован метод статистического мо‑ делирования Монте-Карло. Для этого рассматриваемый диапазонон длин волн (300–600 нм) разбивался на груп‑ пы шириной 20 нм, для которых и проводилось модели‑ рование. Величины уровней светового поля определяются принятой в расчетах моделью оптических характери‑ стик воды. Наиболее важными характеристиками, вхо‑ дящими в качестве параметров в уравнение переноса, являются показатель ослабления света и показатель рассеяния. К настоящему времени накоплен материал исследований, который позволил сделать ряд общих заключений о наиболее характерных закономерностях, наблюдаемых в оптических свойствах морской воды. В данной работе использованы результаты измерения гидрооптических характеристик, полученные по про‑ грамме NEMO в 2002 году в Ионическом море в районе размещения установок NEMO и NESTOR. Процесс рассеяния света в воде имеет сильную на‑ правленность вперед и слабо зависит от длины волны [12], поэтому для моделирования использовалась усред‑ ненная индикатриса. Испускаемое в воде черенковское излучение, генери‑ руемое бета-частицами и вторичными электронами, ре‑ гистрируется с помощью фотоэлектронного умножителя. Основными элементами ФЭУ являются фотокатод, систе‑ ма динодов и анод, размещенные в вакуумированной стеклянной колбе (рис. 14). Фотоны света в результате фотоэффекта выбивают электроны из фотокатода. Затем в результате вторичной эмиссии в динодной системе происходит размножение электронов, которые после прохождения всего каскада попадают на анод. Если предположить, что распределение фотоэлек‑ тронов испускаемых фотокатодом и вторичной эмиссии с каждого динода динодной системы ФЭУ подчиняется за‑ кону Пуассона, то распределение фотоэлектронов на вы‑ ходе ФЭУ можно записать следующим образом:

100

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

E, МэВ

1,7

2,1

2,3

2,5

1,9

Рис. 13. Выходы черенковских фотонов в воде для моноэнергетических электронов

Рис. 14. Схема фотоумножителя: 1 – фотокатод, 2 – диафрагма, 3 – диноды, 4 – анод где k0 – среднее число фотоэлектронов, выбиваемых с фотокатода за одну вспышку; k – текущее число фотоэлектронов, mi – средний коэф‑ фициент размножения на i‑ом диноде; li – текущее число вторичных электронов после i‑ого динода; n – общее число динодов ФЭУ. Для расчета отклика ФЭУ на черенковское излучение, генерируемое в водной среде при распаде радионукли‑ дов, попадающий на фотокатод спектр сворачивается с функцией спектральной чувствительности ФЭУ с учетом квантовой эффективности фотокатода. Затем статистиче‑ ским методом по формуле (8) моделируется амплитудное распределение на выходе самого ФЭУ

(8)

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Таблица Количество динодов

Квантовая эффективность (с учетом стекла), % максимальная (для 390 нм) средняя (для 300–600 нм)

20 15

Материал колбы ФЭУ Коэффициент сбора (для первого динода), % Коэффициент сбора (для системы динодов), % Коэффициент усиления (для системы динодов) Рабочая площадь фотокатода, см2

Боросиликат‑ ное стекло 80–90 90 5.107 2700

400 350 300 250

ИМП/С

Следуя изложенной выше методике, было проведе‑ но моделирование выхода черенковского излучения от радиоактивного распада 40К. В диапазоне длин волн 300–600 нм на один распад образуется 22,6 черенков‑ ских фотонов от электронов бета-излучения и 8,4 черен‑ ковских фотонов от комптоновских электронов (причем на первое рассеяние в среднем приходится 6,45 че‑ ренковских фотонов, 1,53 – на второе, 0,34 – на третье и 0,07 – на четвертое). Таким образом, на распад прихо‑ дится 31 черенковский фотон. В глубинной морской воде Средиземного моря содер‑ жится 11,6 Бк/л 40К. Соответственно, в литре морской воды образуется 360 черенковских фотонов в секунду. Так как направления вылета электронов при распаде изотроп‑ но, и калий распределен в морской воде равномерно, то для моделирования распространения черенковского свечения в воде использовалась модель «бесконечного» равномерно распределенного изотропного источника. Для имитации помещенного в воду ФЭУ рассматривалось сферическое поглощающее световое излучение тело ра‑ диусом 20 см на поверхности которого и рассчитывался поток падающего излучения от источника. Интегрально плотность потока составила 1220 фотонов/см2 с при мощ‑ ности источника 1 ф/см3 с. Расчеты выполнены для фотоэлектронных умножите‑ лей Hamamatsu R2018 (Таблица), которые используются в установке NESTOR (рис. 15). Из-за особенностей показателей преломления фотока‑ тода и корпуса ФЭУ на фотокатод будут попадать только фотоны, угол падения которых лежит в пределах 45° от нор‑ мали. Следовательно, на фотокатод попадет только чет‑ верть от падающего потока черенковских фотонов. Таким образом, при распаде содержащегося в морской воде 40К, на фотокатод попадет 110 черенковских фотонов. Интегральная скорость счета импульсов на выходе ФЭУ составит 40 кГц. Данное значение несколько ниже 50 кГц, полученных в ходе глубоководных экспериментов с ис‑ пользованием этих ФЭУ. По мнению авторов, это различие обусловлено недоучетом остальных содержащихся в мор‑ ской воде радионуклидов уран-ториевых рядов, имеющих значительные энергии бета- и гамма-излучения, и, соответ‑

200 150 100 50 0

пкКл

Рис. 15. Распределение электронов на выходе ФЭУ R2018, погруженного в морскую воду, от распада 40K ственно, энергии вторичных электронов, определяющих фоновое свечение. Для уточнения концентраций радиону‑ клидов уран-ториевых рядов в толще воды целесообраз‑ но провести дополнительные измерения их содержания непосредственно в местах размещения глубоководных установок. Однако, совпадение экспериментальной и теоретической оценок достаточно хорошее. Это позволяет рас‑ сматривать возможность проверять работоспособность глубоководных установок при длительной эксплуатации в море по уровню светового поля.

Метод подавления фона Рассмотрим способ подавления светового фона, осно‑ ванный на исключении из общей экспозиции прибора времени биолюминесцентной вспышки, в течение которой происходит основное число фоновых совпадений. Прин‑ ципиальная возможность для этого имеется, поскольку характеристики биолюминесцентных вспышек сильно от‑ личаются от полезного сигнала. Суть предлагаемого метода заключается в анализе скорости счета фоновых импуль‑ сов с каждого ФЭУ в моменты времени, предшествующие и следующие за срабатыванием триггерной схемы, которая запускает измерительную электронику модуля. Критерием может служить значительное повышение скорости счета для одного из ФЭУ, участвующего в выработке триггера. При этом триггерный сигнал с большой вероятностью иниции‑ рован биолюминесцентной вспышкой. Если же скорость счета не будет значимо отличаться от среднего уровня для данной глубины, то триггерному запуску будет придан значительно больший вес, и он может быть приписан реги‑ страции полезного события. Предложенный метод был реализован и применен при регистрации потоков космических мюонов с помощью прибора на рисунке 10 [7]. Выходные сигналы ФЭУ программно организовывались в определенную структуру совпадений. В частности, в раз‑ личных экспериментах для выделения сигнала от мюона No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

использовались шести-, пяти- и четырехкратные совпаде‑ ния сигналов от ФЭУ из обеих плоскостей детектора. Порог дискриминации сигнала подбирался для каждого фотоум‑ ножителя отдельно и составлял 40–120 мВ (1 ф. э. ~ 60 мВ). В ПЗУ микро-ЭВМ‑1816 ВЕ 035, размещенной в погружном устройстве, был записан алгоритм, осуществляющий ана‑ лиз природы совпадений. Алгоритм основан на сравнении скоростей счета импульсов с анода каждого ФЭУ Ni (i = 1, 2…6), измеренных за последовательные 10‑миллисекун‑ дные интервалы времени, с пороговыми значениями N0i, которые определялись для каждого конкретного места, то есть для существующих во время измерений фонов. Шестикратное (или любое выбранное) совпадение, про‑ исшедшее за 10‑миллисекундный интервал (Nсовп > 0) приписывалось регистрации полезного сигнала, если вы‑ полнялось условие Ni < N0i (i = 1, 2…6), или же считалось фоновым, если счет хотя бы одного ФЭУ превышал порого‑ вое значение. Процессор подсчитывал также экспозиции, при которых Nсовп = 0 и Ni < N0i, для определения «живого» времени работы установки.

Применение описанного выше алгоритма позволило надежно выделять из фоновых совпадений сигналы, ге‑ нерируемые в воде мюонами космических лучей, о чем свидетельствует соответствие темпа счета установки из‑ вестным интенсивностям потока мюонов на данной глуби‑ не. Проведение предварительной настройки аппаратуры по фону на каждой глубине позволило осуществлять рабо‑ ту прибора при наименьших из возможных в данном месте порогах дискриминации и кратностях временных совпаде‑ ний, обеспечивает максимальную светосилу установки. Раз‑ работанный алгоритм позволил уменьшить скорость счета фоновых совпадений в 102–104 раз, при этом «живое» вре‑ мя работы установки осталось довольно большим: 30% – на глубине 2 км и 50% – на глубине 2,5 км в Тихом океане. Применение методик исключения биолюминесцентных вспышек позволяет выводить с погружного устройства ин‑ формацию только о полезных событиях, что существенно разгружает линию связи, повышает ее помехозащищен‑ ность и во много раз уменьшает необходимый объем памя‑ ти для хранения поступающей информации.

ЛИТЕРАТУРА 1. Ильичев В. И., Кобылянский В. В., Мягких А. И. и др. Световой фон океана. – М.: Наука, 1990. – 115 с. 2. Петрухин А. А., Яшин И. И. Глубоководное детектирование космических лучей // Подводные технологии и мир океана – № 1, 2005. – С. 4–15. 3. Кириленков А. В., Пустоветов В. П., Трубкин Ю. А. Потоки черенковского света от распадов калия‑40 в морской воде. Исследование мюонов и нейтрино в больших водных объемах / Труды 1‑й Всесоюзной конференции. – Алма-Ата, 1983. – С. 166–170. 4. Кобылянский В. В., Мойсейченко В. В. и др. Глубководный черенковский детектор мюонов с пространственной структурой // Мор‑ ской гидрофизический журнал. – МГИ АН УССР, 1991. – С. 54–58. 5. Aoki I., Kitamura T., Matsuno S. et al. Background light measurement at the DUMAND site/Proc. 19th ICRC. – La-jolla. – 1985. – vol. 8. – р. 53. 6. Кольчужкин А. М., Учайкин В. В. Введение в теорию прохождения частиц через вещество. – М.: Атомиздат, 1978. 7. Carson B. The Monte Carlo Method Applied to Problem in Gamma-Ray Diffusion / AECU‑2857. – 1953. 8. Аккерман А. Ф. и др. Вторичное электронное излучение из твердых тел под действием гамма-квантов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. 9. Тормозная способность электронов и позитронов / Доклад 37 МКРЗ. – М.: Энергоатомиздат, 1987. 10. Схемы распада радионуклидов. Энаргия и интенсивность излучения / Рекомендации МКРЗ. – М.: Энергоатомиздат, 1987. 11. Knoll G. F. Radiation Detection and Measurement. – Second Edition. – 1989. – Р. 684. 12. Sowerby B. D. Cerenkov Detectors for Low-Energy Gamma-Rays // Nuclear Instruments and Methods. – 97. – 1971. – Р. 145. 13. Ерлов Н. Г. Оптика моря / Пер. с англ. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 14. http://www.globalneutrinonetwork.org/ – портал глобальной сети нейтринных телескопов CNN 15. http://www.km3net.org/ – официальный сайт проекта KM3Net 16. http://icecube.wisc.edu/ – официальный сайт антарктической нейтринной обсерватории IceCube 17. http://antares.in2p3.fr/ – официальный сайт проекта ANTARES 18. http://www.inp.demokritos.gr/nestor/ – официальный сайт проекта NESTOR 19. http://baikalweb.jinr.ru/ – сайт российского проекта нейтринного телескопа НТ-200 на Байкале

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

ARGO

ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ В начале XXI века технология производства океанографических измерений пережила рево‑ люционные изменения, касающиеся способа, качества и стоимости получения данных. Осно‑ вой для появления новой отрасли науки – оперативной океанографии – стала организация постоянно действующей глобальной сети океанографических станций на основе дрейфую‑ щих буев‑измерителей ARGO. Это международный проект, участие в котором активно прини‑ мают 19 стран, однако доступ к океанографической информации, стекающейся со всех точек Мирового океана в региональные информационные центры ARGO, доступен на сегодня спе‑ циалистам любой страны. За относительно небольшой период времени развиты технологии создания качественных буйковых носителей и датчиков, внедрены информационные стан‑ дарты, скоординированы национальные и международные наблюдения, обеспечен свобод‑ ный доступ к данным. Все это позволяет ведущим метеорологическим и океанографическим центрам владеть архивом и текущей океанографической информацией с целью глобального контроля изменчивости океана и климата. ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»* Москва Технический обзор подготовлен М.В. Арфаниди * участники Технологической платформы «Освоение океана»

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Идея создания долговременной глобальной сети океанографических станций возникла после успешно‑ го использования в 1997–1998 годах в северной части Атлантики комплекса из нескольких десятков буев‑из‑ мерителей в рамках глобального эксперимента по изуче‑ нию циркуляции океана WOCE (World Ocean Circulation Experiment). До этого времени стандартные океаногра‑ фические наблюдения отличались от метеорологиче‑ ских меньшим количеством, несинхронностью, сильным разбросом в качестве. Разные датчики, приборы, методы измерений и обработки создавали проблемы в интерпре‑ тации полученных данных. Предложенный впервые в 1999 году проект ARGO был одобрен Международной океанографической комис‑ сией, Всемирной Метеорологической организацией и на‑ чал воплощаться в жизнь в 2000 году. Сеть ARGO состоит из глубоководных свободно дрей‑ фующих буев‑измерителей и ежедневно осуществляет

Наиболее активный период становления WOCE-технологии относится к началу настоящего столетия, когда были осмыслены и обозначены основные требования GOOS (Глобальной системы наблюдения океана) и GCOS (Глобальной системы контроля климата) о расширении сетей дрейфующих буев для мониторинга открытых акваторий Мирового океана и требуемом пространственно-временном разрешении. Была отмечена необходимость увеличения финансовых вложений для достижения такой плотности наблюдений, когда на каждом отрезке акватории площадью 500x500 км находился бы, как минимум, один измерительный дрейфующий буй. Отмечалась невысокая техническая надежность существующих буев и измерительных датчиков, избыточные затраты на передачу данных через спутниковый канал связи, а также другие проблемы, ограничивающие эффективность наблюдений.

масштабные измерения полей распределения темпе‑ ратур и солености в верхних слоях океана и циркуля‑ ции на промежуточной глубине. Эти данные не только высокого качества, но и однородны, что обусловлено использованием однообразных датчиков, установлен‑ ных на буях-измерителях, а также единой методикой контроля и обработки информации. Система управле‑ ния данными ARGO обеспечивает передачу данных всем пользователям в режиме реального времени при полно‑ стью открытой информационной политике. В частности, данные распространяются по глобальной телекомму‑ никационной системе Всемирной метеорологической организации (WMO), а также через Интернет; таким образом, они непосредственно доступны метеороло‑ гическим и другим оперативным службам. Получаемые данные полезны, прежде всего, для прогноза погоды и климата (ARGO является частью программы CLIVAR), а также прогноза состояния океана (ARGO также часть программы GODAE). Объем расходов по проекту распределяется между странами-участницами. Каждая из них должна за свой счет закупить и разместить в океане посильное количество буев, принимать информацию и обеспечивать доступ к ней. В проекте в настоящее время принимают участие: США, Канада, Австралия, Новая Зеландия, Япония, Южная Корея, Индия, Аргентина, Китай, Норвегия, Россия, Мексика, Перу и страны Европейского союза: Франция, Германия, Дания, Испания, Нидерланды, Великобритания. Общими задачами проекта изначально являлись: • размещение и поддержание в Мировом океане гло‑ бальной сети из 3000 буев‑измерителей; • создание национальных центров ARGO; • обеспечение свободного доступа к данным; • передача в Глобальную сеть данных в течение 24 ча‑ сов, требуемых на первичный контроль качества, с момента поступления. На сегодняшний день эти цели можно считать выпол‑ ненными. На всех континентах созданы центры сбора ин‑ формации, которые вместе с национальными центрами ARGO, расположенными в странах-участницах, объеди‑ нены в единую информационную сеть. Также в последние годы значительно возросло количество буев. Отметка в 3000 дрейфующих океанографических станций, ведущих ежедневные измерения, была преодолена еще в 2007 году и отмечалась как значимая веха в развитии проекта. Запуски буев, каждый из которых мог стать трехтысяч‑ ным, в разных концах Мирового океана нашли отражение на сайте проекта (рис. 1). Сегодня в океане активно прово‑ дят измерения более 3600 буев ARGO, предоставляя опе‑ ративные данные для научной общественности (рис. 2). Вместе с данными измерений температуры и солености (электропроводности) дрейфующие буи обеспечивают также и данные о течениях на двух горизонтах: на задан‑ ной глубине дрейфа и на поверхности. Вместе со спутни‑ No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 1. Постановки буев ARGO-3000 в разных точках Мирового океана; каждый из них может считаться трехтысячным 28

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

60°N

30°N

0°

30°S

60°S

60°E

120°E

180°

120°W

60°W

0°

Рис. 2. Карта примерного местонахождения измерительных буев ARGO на 28 августа 2014 года. Поддерживается в интерактивном виде на сайте проекта, обновляется ежедневно ковыми измерениями возвышения поверхности океана, полученные данные позволяют определить характери‑ стики течения от поверхности до горизонта дрейфа. Данные сети постоянных океанографических станций позволяют получить следующее: • оперативные данные (в реальном времени) для про‑ гноза состояния океана; • данные для наладки и работы моделей состояния океана и парных моделей (океан-атмосфера); • качественные климатические трехмерные схемы со‑ стояния Мирового океана и параметры их времен‑ ной изменчивости; • временные ряды параметров теплового состояния океана и параметров морской воды; • характеристики состояния промежуточной и глу‑ бинной водных масс; • характеристики течений в 2000‑метровом слое океана; • данные для объяснения глобальных феноменов в атмосфере и океане; • данные необходимые для определения абсолютного уровня Мирового океана. Все данные измерений ARGO доступны в своих странах всем желающим: от учеников до ученых. Доступ к данным обычно производится через национальные центры ARGO. Основные задачи, поставленные в проекте, выполне‑ ны. В дальнейшем возможны не такие принципиальные направления для развития: например, увеличение ко‑ личества буев в сложных районах, изменение количест‑ ва измеряемых параметров, усовершенствование вида и конструкции буев.

Буи-измерители В настоящее время в проекте используются следую‑ щие типы буев: американские APEX и SOLO, французские PROVOR и ARVOR, японские NINJA. В меньшем количест‑ ве в проекте участвуют немецкие буи NEMO, китайские COPEX; производство буев также развивает Индия. Общими для буев‑измерителей разных моделей яв‑ ляются датчики (два основных типа), микропроцессоры, панели контроля и связи. Наиболее заметно отличаются устройства погружения-всплытия. Измерительные буи автономны, после запуска могут работать в течение не‑ скольких лет в любой свободной ото льда области океана и вводятся в эксплуатацию с исследовательских судов, гражданских кораблей и самолетов. Перемещение при‑ бора в основном происходит за счет течений на средних глубинах океана. После ввода в эксплуатацию буи рассре‑ доточиваются с минимальной тенденцией к скоплению. Конструкция очень технологична: головная часть, включающая антенну, датчики, передатчик и платы, сое‑ диняется с корпусом, где помещены плата памяти, пере‑ датчик, насос и батареи, единственным болтом (рис. 3). Погружение и всплытие буя обеспечивается перекачкой воздуха и масла между внутренним и внешним резер‑ вуарами. Микропроцессоры обеспечивают программу измерений, а передающий блок – целостность данных. Над водой возвышается лишь небольшая верхняя часть буя: 20 см – датчики и 60 см – антенна. Загрузка програм‑ мы работы буя может быть осуществлена или изменена с любого компьютера. Наибольшее распространение получили американские модели буев, что обусловлено высокой долей участия No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 3. Конструкция одного из измерительных буев. На рисунке изображен буй с поршневым насосом одиночного действия; в других моделях используются также возвратно поступательный насос и внутренний резервуар для жидкости

Рис. 4. Буи APEX, подготовленные к спуску на воду 30

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

США в проекте, а также лучшими эксплуатационными показателями. Организации, использовавшие несколько типов (для сравнения характеристик), неизменно перехо‑ дили к буям APEX. Длина этого буя с антенной составляет около 2 метров (рис. 4). Пластиковый кожух закрывает от повреждений внешний резервуар, а металлический – датчики. Белое пластиковое кольцо обеспечивает устой‑ чивость буя. После запуска рабочей программы и спуска на воду буй несколько часов остается на поверхности, передавая на спутник свои параметры, затем погружается на гори‑ зонт дрейфа. В верхних слоях погружение происходит медленно, с продвижением в глубину скорость увели‑ чивается, достигая стандартной величины – 10 см/с. На горизонте, заданном программой, буй свободно дрей‑ фует в течение 8–10 суток (рис. 5). Затем, в соответствии с программой, может поменять горизонт дрейфа и оттуда начинает медленное всплытие, производя измерения на протяжении всего пути подъема. После всплытия буй находится на поверхности от 6 до 12 часов для переда‑ чи данных на несколько проходящих через район спут‑ ников связи – ARGOS, ORBCOMM или IRIDIUM. Подобный цикл повторяется несколько раз до истощения батарей, а затем, как правило, буй навсегда остается в глубинных водах океана. Общими для буев проекта ARGO были приняты следующие установочные параметры: • нижний горизонт измерений – 2000 метров; • дискретность измерений – 10 дней; • время нахождения на поверхности – от 6 до 12 часов. Параметры остаются неизменными в течение всей про‑ должительности дрейфа – 3–4 года, если буй не будет вы‑ ловлен раньше. Каждый буй стоимостью около 15 000 долларов за весь период работы может произвести около 150 станций без внешнего вмешательства. Без учета стоимости подготов‑ ки и постановки (используются добровольные и попут‑ ные суда) стоимость одной станции составляет около 100 долларов. Буй APEX обычно комплектуется тремя датчиками (дав‑ ления, температуры и электропроводности) компаний Sea Bird или FSI (рис. 6). Горизонт дрейфа и нижний го‑ ризонт измерений на буях нового типа можно задавать. Точность измерений давления, температуры и солености составляет не более 1 дб, 0,01°C и 0,01 мс/см соответст‑ венно (рис. 7). Объем передаваемых данных при каждом всплытии составляет примерно 6 кб. Наибольшую проблему составляет уменьшение точно‑ сти измерений солености с увеличением времени дрей‑ фа. Для оценки этого тестировались датчики нескольких буев, как пойманных случайно рыбаками, так и специально, что непросто, учитывая, что буй находится на поверхности весьма непродолжительное время и трудно пелен‑ гуется.

Рис. 5. Схема цикличного движения буя-измерителя и связи с береговым центром No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

33.8

34.0

SALINITY 34.2 34.4 TEMPERATURE (°C) 8. 12. 16.

34.6

20.

34.8

24.

PRESSURE (db)

400.

800.

1200.

1600.

2000.

Рис. 6. Датчики Sea Bird на лабораторном столе

Рис. 7. Пример профиля ARGO, полученного 15 мая 2004 года в субтропической части Тихого океана северного полушария (20°25’ N, 121°4’ W)

Единственный невосполняемый ресурс буя – батареи. Если удастся упростить способ вылавливания буев после истощения батарей, их повторное использование суще‑ ственно уменьшит стоимость станций. Ведутся разра‑ ботки возвратных буев, а также идет отладка буев нового поколения, чьи параметры могут быть изменяемы по ко‑ манде с берегового компьютера. Уже запущены соответ‑ ствующие спутники.

несколько месяцев, данные поступают в национальные центры, а от них – в несколько международных: регио‑ нальные (в каждом океане), американский (в Монтеррее) и глобальный (в Тулузе). В большинстве буев ARGO для трансляции данных и ме‑ стоположения используется односторонняя, узкополосная спутниковая система связи SystemARGOS. Есть несколь‑ ко факторов, говорящих в пользу двухполосной системы с большей шириной полосы. 1. Время, проводимое на поверхности моря, где буи на‑ иболее подвержены обрастанию морскими организ‑ мами и прочим опасностям, может быть уменьшено от нескольких часов до нескольких минут. 2. Существенная часть заряда батареи, расходуемой сей‑ час на повторую передачу сообщений, чтобы гаранти‑ ровать их прием, может быть снижена, если появится функция подтверждения приема. 3. Большая ширина полосы позволила бы передавать больше информации, в том числе с повышенным вер‑ тикальным разрешением в профилях. 4. Двухсторонняя связь как раз дает возможность от‑ правлять на буй команды по поиску неисправностей или изменению задания. В рамках системы ARGO уже разработаны приборы

Связь и данные Данные измерений одной станции, произведенной буемизмерителем, передаются на систему спутников, проходя‑ щих через место всплытия буя. Если сеанс связи пропущен по причине отсутствия спутника, способного принять дан‑ ные, или поверхность моря недоступна (из-за ледяного по‑ крова либо наличия слоя воды, обладающей более низкой плотностью, чем предполагалось), данные пропадают. Полученные спутником данные перекодируются с шест‑ надцатиричного в десятиричный код, проверяются их координаты и точность и в течение суток оперативный поток данных поступает в глобальную метеорологическую сеть, где становится доступным пользователям всех стран. После более детального контроля качества, занимающего 32

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Рис. 8. Дрейфующий буй-измеритель NEMO Российское участие в проекте пока что остается минимальным. Существует национальный центр данных, располагающийся в Дальневосточном региональном научно-исследовательском гидрометеорологическом институте, однако активного процесса постановки буев не ведется. В период с 1999 по 2004 годы были запущены 6 буев, работа которых и факторы, влияющие на получение и качество данных, отслеживались сотрудниками ДВНИГМИ. с двухсторонней связью, но пока не получили широкого применения. Со временем зонды смогут активно пере‑ мещаться, переходя при необходимости из одной водной массы в другую. Горизонтальное смещение обеспечат не‑ большие плавники, толкающие аппарат вбок при погру‑ жении и всплытии; такой способ движения уже испытан. Несомненно, что после отработки технологии и удешевле‑ ния, роботы-глайдеры постепенно вытеснят пассивные буи. Несмотря на то, что проект проводится совместными усилиями многих организаций многих стран, управление проектом такого масштаба впервые проводилось без бю‑ рократической надстройки. ARGO управляется ежегодны‑ ми собраниями Научного комитета и Комитета по данным, которые ежегодно собираются на территории основных стран-участниц. Собрания комитетов рассматривают со‑

стояние сети станций, потребности и возможности рас‑ пределения буев, качество буев и данных, проблемы распространения данных. Таким образом, развиваемые в последнее десятилетие технологии обеспечили унификацию буйковых носителей для решения широкого класса научных и прикладных за‑ дач. За относительно короткое время развития океаног‑ рафических сетей в рамках ряда глобальных проектов были скоординированы национальные и международные оперативные наблюдения в Мировом океане, разработа‑ ны и внедрены буйковые и информационные стандарты, определена стратегия дальнейшего развития. Также была разработана система контроля качества буйковой инфор‑ мации, что обеспечило мониторинг работоспособности датчиков после запуска буев. Эти достижения позволяют на сегодняшний день ученым разных стран иметь неогра‑ ниченный доступ к информации о глобальных климатиче‑ ских процессах.

ЛИТЕРАТУРА 1. Данченков М.А., Волков Ю.Н. Проект ARGO – создание гло‑ бальной сети океанографических станций // Подводные технологии и мир океана. – №1, 2005. – с. 32-38. 2. www.argo.net – портал проекта ARGO 3. wo.jcommops.org – портал глобального информационного центра ARGO 4. www.ferhri.ru – сайт ДВНИГМИ

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

РАКЕТНОКОСМИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

МОРСКОЙ СТАРТ (SEA LAUNCH)

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»* Москва Д.Л. Лушников Обзор по материалам прессы * координатор Технологической платформы «Освоение океана»

История международного проекта, получившего название «Морской старт», началась в марте 1993 года, когда делегация специалистов РКК «Энергия» в качестве одного из возможных направлений сотрудничества представила фирме «Боинг» результаты своих предварительных исследований по проекту мобильного всеазимутального ракетно-космического комплекса морского базирования, позволяющего проводить пуски из любой точки Мирового океана. 27 марта 2014 года исполнилось 15 лет со дня первого демонстрационного запуска спутника DemoSat, призванного продемонстрировать возможности системы. За это время, несмотря на экономические и управленческие сложности, а также проведенную в 2009– 2010 годах реорганизацию, международный ракетно-космический комплекс «Морской старт» осуществил 36 успешных запусков и является одним из выдающихся технических решений, осуществленных на стыке космической, ракетостроительной и судостроительной областей. Запуски спутников с экватора являются наиболее предпочтительными и эффективными. Они позволяют примерно в 2 раза повысить массу выводимого на стационарную орбиту полезного груза (космического аппарата) за счет максимального положительного влияния скорости вращения Земли, а также исключить «дорогостоящие» по энергетике переходные маневры, выполняемые при запусках космических аппаратов, например, с космодрома Байконур. Реализация проекта стала возможной в 1995 году после создания совместного международного коммерческого

предприятия Sea Launch («Морской старт»), учредителями и участниками которого стали американская компания «Боинг», Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королева, норвежская компания «Кварнер Инвест Нордж АС» и аэрокосмические предприятия Украины – Производственное объединение «Южмашзавод» и Государственное конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля. После прохождения процедуры реорганизации ведущую роль в проекте осуществляет российская РКК «Энергия», управляя проектом через свои дочерние структуры

Рис. 1. Судно Sea Launch Commander и стартовая платформа Odyssey в порту базирования No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 2. Сборочно-командное судно Sea Launch Commander Водоизмещение 26 400 тонн Скорость хода до 19,6 узлов Длина 203 м Ширина 32,26 м Высота (включая рубку) 43,65 м Осадка 8 м

Energia Overseas Ltd. (Москва, Россия), Energia Logistics Ltd. (Лонг Бич, США) и ООО «Энергия-Лоджистикс» (Королев, Россия). Ракетно-космический комплекс «Морской старт» имеет в своем действующем составе четыре основных сегмента: • ракетный сегмент; • сегмент космического аппарата; • морской сегмент; • береговой сегмент (базовый порт в городе Лонг Бич, США – рис. 1). Остановимся более подробно на составляющих морского сегмента. Это два уникальных судна: сборочно36

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

командное судно Sea Launch Commander и самоходная полупогружная стартовая платформа Odyssey. Совершенно новое и особо сконструированное судно типа Ро-Ро – Sea Launch Commander (рис. 2) построено весной 1997 года на верфи «Кварнер Розенберг» (Глазго, Шотландия). Судно выполняет функции плавучего технического комплекса, оснащено для этого специальным оборудованием, позволяет осуществлять сборку, испытания, управление подготовкой и пуском ракеты-носителя со стартовой платформы. На Sea Launch Commander размещается до 250 человек экипажа и специального персонала.

Рис. 3. Стартовая платформа Odyssey Водоизмещение (на ходу) 27 400 тонн Скорость хода до 12 узлов Длина 133,2 м Ширина 66,8 м Высота (до вертолетной площадки) 71,03 м Осадка (на ходу) 7,5 м

Стартовая платформа типа «катамаран» построена на базе морской платформы для добычи нефти. Переоборудование – удлинение понтонов, установка двух дополнительных колонн и стартового стола, оснащение ходовым двигателем мощностью 12 000 HP, установка системы динамического позиционирования и др. – осуществлено на верфи «Кварнер Розенберг» (Ставангер, Норвегия) в конце 1997 года. Платформа Odyssey (рис. 3) выполняет функции плавучего стартового комплекса, оснащена системой обес-

печения термостатирования ракеты-носителя в ангаре и на стартовом столе, системой заправки ракеты топливом и сжатыми газами во время предстартовой подготовки, а также системами выполнения запуска. В помещениях платформы размещаются 68 человек персонала. Сконструирована она таким образом, чтобы выдерживать условия морских перегрузок, соответствующих нормативным требованиям класса, а также силовых, газодинамических и выброакустических нагрузок от струй No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 4. Перегрузка ракеты со сборочно-командного судна на стартовую платформу у пирса базового порта (Лонг Бич, США)

Рис. 5. Морской переход Sea Launch Commander и платформы Odyssey из базового порта в район старта на экваторе двигателей ракеты. Снабжение электроэнергией обеспечивают 8 дизель-генераторов по 2500 кВ каждый. Мощный дизельный двигатель платформы развивает транзитную скорость 12 узлов. 38

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Внешняя связь морских операций обеспечивается системными средствами «Инмарсат» и радиолинией прямой видимости; для операций ракетного комплекса используются привлекаемые средства связи «Интелсат» и специализированные наземные узлы связи. Внутренняя система содержит телефонную связь, систему оповещения, громкоговорящую связь и систему обратной связи «Квинтрон». После сборки и цикла испытаний ракеты-носителя на сборочно-командном судне осуществляется уникальная морская операция по перегрузке ракеты «сухой» массой 60 тонн с Sea Launch Commander на стартовую платформу (рис. 4). Суда швартуются с одной стороны пирса; ракета из помещения сборки на главной палубе сборочно-командного судна вывозится на откидную аппарель, опускаются траверсы кранов стартовой платформы, оконечные «серьги» тросов закрепляются на соответствующих узлах крепления ракеты. Ракета поднимается на высоту ангара платформы, продольным перемещением кранов заводится в ангар и укладывается в ложементы транспортно-установочного агрегата.

В таком положении ракета на платформе транспортируется в район старта. Морской переход из базового порта Лонг Бич в район старта, располагающегося недалеко от острова Рождества в Тихом океане, осуществляется в течение 12 суток на расстояние около 3000 морских миль. Первой в море выходит стартовая платформа, спустя трое суток в море выходит Sea Launch Commander. Поскольку скорость судна выше, оно догоняет стартовую, и дальнейшее параллельное движение судов проходит на расстоянии трех миль друг от друга со скоростью платформы (рис. 5). По прибытии в район старта платформа размещается в расчетной точке с координатами 0°N и 154°W, проводится ее балластировка до осадки 22 метров, при этом водоизмещение стартовой платформы увеличивается до 46 000 тонн. Балластные емкости располагаются в понтонах и нижней части колонн, обслуживаются с помощью шести балластных насосов и системы специальных клапанов. Ракета вывозится из ангара и устанавливается на стартовый стол платформы (рис. 6). Осуществляется необходимое позиционирование Sea Launch Commander и Odyssey с помощью безъякорных систем дистанционного позиционирования, состоящих из подруливающих устройств, системы управления и системы измерений. Суда в стартовой позиции располагаются на расстоянии 6,5 км друг от друга при строгом выдерживании заданных величин курса и взаимного пеленга (рис. 7). На заключительном этапе предстартовой подготовки, когда осуществляется заправка ракеты большой массой топлива (более 300 тонн), обеспечивается минимизация углов крена и дифферента платформы с помощью специальной автоматической системы коррекции на основе парирующего перемещения забортной воды в емкостях колонн в продольном и поперечном направлениях. Все операции заключительного этапа предстартовой подготовки, включая команду пуск, выполняются на безлюдной платформе в автоматическом режиме с командного судна по радиоканалу. Персонал эвакуируется вертолетом на борт Sea Launch Commander. Сочетание возможностей океана и космоса, а также уникальных возможностей морских судов и надежного автоматизированного ракетного комплекса позволили значительно повысить эффективность пусков космических ракет. К 2005 году международная компания Sea Launch вышла на одно из ведущих мест в мире по представляемым услугам запусков коммерческих телекоммуникационных космических аппаратов, прежде всего, на высокоэнергетические геостационарные орбиты. Основополагающая роль в разработке и становлении проекта принадлежит России: • Осуществление идеи – техническая документация, разработка, изготовление и монтаж около 90% специализированных систем и комплексов (всего более 3000 тонн оборудования на обоих судах);

Рис. 6. Ракета установлена на стартовом столе

Рис. 7. Позиционирование командного судна и платформы на экваторе

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 8. Подготовка спутника EUTELSAT-3B к запуску • Формирование и выдача детальных требований и исходных данных для строительства командного судна и стартовой платформы; • Разработка и изготовление летной матчасти: разгонного космического блока многократного включения; • Предоставление высококвалифицированного испытательного пускового персонала (около 70% участников работ). В то же время «Морской старт» является примером эффективного международного сотрудничества в области высоких технологий. За 15 лет работы были осуществлены запуски космических аппаратов для различных стран и регионов: США, Латинской Америки, Бразилии, стран Ближнего Востока и др. Это, прежде всего, коммуникационные аппараты прямого телевизионного вещания и радиовеща-

ния, высококачественной мобильной связи, цифровой телефонной, факсимильной и компьютерной связи. 36‑м запуском в истории проекта стал коммерческий запуск спутника EUTELSAT‑3 В, осуществленный 27 мая 2014 года (рис. 8–9). Кроме того, на апрель 2014 года был запланирован запуск первого украинского спутника связи «Лыбидь», но по техническим причинам был отложен. За последние четыре года, прошедшие с момента реорганизации, под влиянием финансовых проблем (а на сегодняшний день к ним добавились организационные трудности из-за российско-украинского кризиса, а также текущих санкционных запретов США в области космического сотрудничества) не раз поднимались вопросы о консервации и смене места базирования проекта. Однако на сегодняшний день при поддержке государства принято решение о дальнейшем развитии «Морского старта».

ИСТОЧНИКИ 1. www.sea-launch.com – официальный сайт проекта «Морской старт» 2. www.energia.ru – официальный сайт РКК «Энергия» 3. Алиев В. Г. Международный проект «Морской старт» // Подводные технологии и мир океана. – 2005. – № 2. – С. 54–59.

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Рис. 9. Сборка ракеты Zenit-3SL для запуска спутника EUTELSAT-3B

Рис. 10. Запуск 27 мая 2014 года No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ

ОБЩЕСУДОВЫХ СИСТЕМ ЕДИНОГО ВРЕМЕНИ Современное судно несет комплекс радиоэлектронных систем, автоматизирующих различные аспекты его деятельности. Эти системы поставляются на суда различными предприятиями, и лишь на борту отлаживается их взаимодействие. Многие из них автономно определяют местоположение, курс и другие показатели, в результате полученные данные могут отличаться друг от друга. Eще больше проблем выявляется при сверке текущего времени: рассогласование наблюдается даже в пределах одной системы. Поддержание общей шкалы времени является одной из базовых функций единого информационного пространства судна – как самостоятельной единицы, так и в составе глобальной морской навигационно-информационной системы [1].

Необходимость синхронизации часов ЗАО НПК «Агат-Аквариус»* Москва К.М. Овечкин, Е.Л. Полян, В.А. Романов, А.В. Самсонов, К.В. Сёмин

* партнер ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Любое хронометрическое устройство базируется на том или ином виде периодического процесса, – будь то колебания механического маятника или электромагнитного контура, либо переходы электронов в радиоактивных атомах. Параметрами периодического процесса являются частота колебаний и текущая фаза. Соответственно, синхронными в общем случае называются устройства, частота и фаза которых совпадают в пределах допустимой погрешности.

Можно выделить следующие уровни синхронности – по числу совпадающих параметров (рис. 1): 0) свободный ход – абсолютно независимое друг от друга функционирование; 1) синтонность – согласованность только по частоте; 2) синфазность – по частоте и фазе, например, относительно начала очередной секунды; 3) полная синхронность – с одинаковым временем суток и текущей датой (с поправкой на часовой пояс), либо относительно любой другой точки отсчета. Для некоторых прикладных задач доэталон 3) полная 2) синфазность 1) синтонность 0) свободный синхронность ход статочно согласования лишь по частоте. Но никакие два колебательных контура Рис. 1. Уровни синхронности не имеют абсолютно одинаковую частоту, потому что их физические характеристики обязательно и фиксировано, а это как раз равносильно знанию задержки хоть немного отличаются. Более того, частота колебаний прохождения сигнала по проводам бортовой сети. любого контура непрерывно меняется – как в краткосрочИ даже когда обе предыдущих проблемы решены, пеной перспективе, из-за перемены климатических условий, рейти на следующий уровень – с единым гражданским так и в долгосрочной, что называется «старением». временем – опять не так легко, как кажется. НеоднозначЕсли синтонность уже обеспечена, то поддержание син- ность из-за часовых поясов снимается путем приведения фазности кажется простым делом: надо «всего лишь» еди- к единой шкале: синхронизируемые системы поддерживаножды выставить колебательные контуры в одинаковое ют внутри себя «гринвичское» время, а если пользователю положение. Но для этого требуется учитывать задержку нужна поправка на местный часовой пояс или переход на прохождение синхросигнала до каждого получателя, с зимнего на летнее время и обратно, то показания местных а определение задержки методом прямого измерения чаще часов высчитываются динамически. Но это – более-менее всего невозможно или нецелесообразно. Диалоговый же прогнозируемые поправки, даже если какая-то страна отметод (рис. 2) требует симметрии каналов связи и переда- меняет то зимнее время, то летнее. А еще бывают непрогноющего оборудования, что тоже обычно труднодостижимо, зируемые поправки – секунды координации, вставляемые поэтому применяется совместно со статистическими мето- в шкалу всемирного координированного времени (UTC), дами фильтрации. Впрочем, нельзя сказать, что при сугубо по которому мы живем с 1972 года. Ввиду огромной сложоднонаправленной передаче совершенно невозможно ности моделирования вращения Земли, события координаопределить задержку и отклонение, – ведь именно так и ра- ции носят волевой характер, и потребители узнают о них ботает спутниковая навигация. Однако для этого в общем из информационных бюллетеней за несколько недель случае требуется сигнал от не менее чем 4-х спутников с из- до намеченного события. Поэтому системам единого вревестными координатами. Может быть, достаточно и одного мени обязательно требуются внешние источники данных, – спутника, но только если положение приемника известно создание полностью автономных систем невозможно. а) диалог

время эталона ...,030

...,050

...,080

сс ра к ыл

ве

за пр

время эталона 12:30:00,050

...,080

от

ос

12:30:00,000

б) монолог

а время абонента

время абонента 12:31:10,500 задержка передачи: отклонение часов: истинное время:

...,530

...,550

12:31:10,550

...,580

задержка передачи: отклонение часов: истинное время:

Рис. 2. Методы определения отклонения часов и задержки сигнала No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 3. Единое информационное поле

Требования к точности синхронизации Допустим, мы пришли к осознанию неизбежного рассогласования любых двух хронометров, идущих независимо друг от друга. Но насколько часто необходимо выполнять синхронизацию и какой точности придерживаться? К примеру, возьмем наручные часы. Если они не спешат и не отстают более чем на пару секунд в сутки (на минуту в месяц), этого вполне достаточно для бытовых нужд. Но если захотим пересечь океан на яхте, не имея других средств навигации, кроме секстанта1, то каждая минута погрешности часов превратится в 15 морских миль отклонения по долготе на экваторе, – это много больше, чем расстояние до горизонта, и потому врядли приемлемо для безопасного плавания даже спортсменов‑любителей. Однако будь у нас с собой еще и радиоприемник для ежедневного получения сигналов точного времени, то ошибку определения координат можно было бы снизить на порядок. Подобные примеры можно привести из практически любой сферы деятельности современного человека, начиная от телефонной связи и выхода в Интернет, ежедневных поездок на метро, движения поездов и самолетов, заканчивая специфичными задачами промышленной робототехники, энергетики, научных экспериментов, где счет идет на фемтосекунды и менее. Разумеется, важную роль играет Секстáнт (от лат. sextans – шестой) – навигационный измеритель‑ ный инструмент, используемый для измерения высоты светила над гори‑ зонтом с целью определения географических координат той местности, в которой производится измерение. 1

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

синхронность и в морском деле, которое уже давно немыслимо без радиоэлектронного оборудования. Естественно, при формировании Единого информационного поля (ЕИП) (например, рис. 3), для каждой задачи необходимым и достаточным является свой уровень точности синхронизации. Нельзя разработать универсальную систему единого времени на все случаи жизни, – необходимо учитывать возможности технических средств и потребности пользователей.

Особенности компьютерных хронометров Обывательское представление о точности часовых механизмов базируется на личном опыте с наручными и настенными часами: отклонение на 1 секунду в сутки соответствует погрешности частоты 0,001%, то есть 10–5 или 10 долей на миллион (parts per million, ppm). Особо точные часы, называемые хронометрами в узком смысле, могут иметь погрешность до 0,1 секунды в сутки, то есть 1 ppm; моряки никогда не снимают их с руки, чтобы поддерживать стабильный температурный режим. Можно предположить, что компьютерные часы, изготовленные по самым аккуратным технологическим процессам и функционирующие в стабильных климатических условиях, имеют как минимум не худшую точность, чем у бытовых часов, а то и значительно превосходящую. К сожалению, все ровно наоборот. Типичный компьютер наших дней имеет целый ряд тактовых генераторов, задающих опорные частоты от десятков

килогерц до сотен мегагерц и даже гигагерц, но от большинства из них не требуется точное соответствие номиналу частоты и долговременная стабильность. Поэтому роль часового устройства способны исполнять только специализированные аппаратные средства, сводящиеся к двум классам: • энергонезависимые часы реального времени – обычный колебательный контур на основе кристалла кварца с собственной батарейкой для продолжения работы при выключенном питании; характеризуются сравнительно высокой дискретностью считывания показаний и высокой латентностью, то есть требуют сравнительно много времени для считывания; • программируемые таймеры – генераторы сигналов высокой частоты, обеспечивающие на порядок большую разрешающую способность и меньшую задержку считывания. Из них лишь энергонезависимые часы имеют точность не хуже обычных бытовых часов, потому что по сути ими и являются. Они расположены в отдельной микросхеме, имеют автономное питание и вообще работают независимо от остальных компонентов компьютера. Напротив, все прочие таймеры интегрированы в микросхемы вместе со многими другими устройствами, иногда даже в сам центральный процессор, – отсюда широкий диапазон температур и непостоянство режима работы. Поэтому системные часы современного компьютера имеют дискретность, исчисляющуюся микросекундами и даже наносекундами, но точность хода у них не лучше 5 ppm – будь то дешевый персональный компьютер или дорогой сервер. Большинство же имеют погрешность 10–40 ppm в начале эксплуатации, а по мере старения она ухудшается до 100–200 ppm за несколько лет; без корректировки, такие «проверенные временем» часы каждый месяц будут уходить на 5 минут и более. Заметно лучшие характеристики могут обеспечить термостатированные кварцевые кристаллы: погрешность хода от 1 ppm до 0,02 ppm и гораздо менее выраженное старение. Но эти несомненные достоинства компенсируются на несколько порядков более высоким потреблением энергии (как у процессора в ноутбуке) и большей ценой (как у целого ноутбука или настольного компьютера), а также в разы большими габаритами. Поэтому не удивительно, что эти устройства не применяются в продуктах широкого потребления. Однако и в более специфичной аппаратуре они тоже редко встречаются: нельзя просто взять готовую материнскую плату и заменить обычный осциллятор на термостатированный по желанию – надо изначально проектировать плату с учетом дополнительного пространства, питания и тепловыделения. Все равно, сколь бы стабильно ни работали часы, они нуждаются в начальной установке и последующей регулярной синхронизации с эталоном. Даже атомные часы, имеющие погрешность хода 10–12–10–15, постоянно син-

Рис. 4. Формат информацией

посылки

с хронометрической

хронизируют с государственными стандартами частоты, а государственные – друг с другом. Атомные часы на спутниках навигационных систем GPS и ГЛОНАСС регулярно синхронизируются с земными эталонами. А по сигналам спутников, в свою очередь, могут синхронизироваться рядовые потребители – и добиваться весьма высокой точности даже с обычными кварцевыми часами, если использовать правильный алгоритм.

Неудачный проект системы единого времени Рассмотрим один из проектов общесудовой системы единого времени (СЕВ), суть которого сводится к следующему [2]: • головное устройство системы получает информацию о точном времени со спутников ГЛОНАСС и каждую миллисекунду производит рассылку переработанной хронометрической информации в широковещательном режиме сразу всем абонентам последовательной шины ГОСТ Р 52070; • каждая посылка включает в себя текущую дату, час по Гринвичу, по Москве и по поясному времени, минуты, секунды и тысячные доли секунды, а также вторичную и диагностическую информацию (рис. 4); • значения, указанные в очередной посылке, соответствуют моменту, отмеряемому стартовым синхроимпульсом следующей посылки, то есть передаются заранее. На первый взгляд может показаться, что этого описания вполне достаточно для создания по настоящему высокоточной системы, особенно если закрыть глаза на недопустимую в подобных документах двусмысленность таких No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 5. Блок коммутации общесудовой сети обмена данными

Рис. 6. Модуль преобразования протоколов общесудовой сети обмена данными терминов как «текущая дата» (в каком часовом поясе?), «час по Гринвичу» (это обиходный синоним UTC?) и «поясное время» (местное астрономическое? для географической зоны?). Но стоит лишь задуматься над реализацией описанного проекта, и вопросы – практические и теоретические – возникают сами собой. Главный вопрос: как конкретно должны использовать рассылаемую хронометрическую информацию те или иные абоненты системы? Например, надлежит ли им застопорить свои часы на весь интервал до следующей посылки, или они должны интерполировать значение времени на этом интервале? Если первое, то разрешающая способность часов ограничивается до 1 мс, что неприемлемо для многих прикладных систем. Если второе, то по какому конкретно алгоритму выполнять интерполяцию? Позволяет ли этот алгоритм определить погрешность хода собственных часов, чтобы поддерживать автономную работу даже после потери сигнала – при аварии или поломке? Какова при этом может быть максимальная погрешность хода собственных часов? Каким образом абоненты должны определять и учитывать задержку сигнала, если рассылка всегда однонаправленная? Можно пренебречь временем распространения по кабелю, если отклонение на 1–2 мкс не существенно. Однако затраты на обработку пришедшего пакета могут быть в десятки и сотни раз больше времени распространения, – ведь, повторимся, в описании этой «системы» не указаны требуемые параметры быстродействия контроллера последовательной шины, производительности процессора, равно как и необходимость использования операционной системы реального времени. 46

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Принципиально, что в формате посылки не заложена возможность информирования абонентов о предстоящих событиях координации времени. Абоненты смогут узнавать об этих событиях лишь постфактум – внезапно обнаружив отсутствие последней секунды суток, либо ее дублирование, либо появление 61‑й секунды. Даже если абонент готов безоговорочно доверять любой аномальной информации, поступающей извне, это может идти вразрез с его внутренним представлением о времени. Дело в том, что некоторые прикладные задачи рассчитаны на непрерывность шкалы времени больше, чем на синтонность, поэтому, чтобы избежать скачкообразного перевода часов сразу на целую секунду, они либо дозируют это на мелкие порции, либо ускоряют/замедляют ход часов в рамках допустимого. И даже когда скачки времени приемлемы, бывает нежелательно поворачивать время вспять, чтобы не нарушать очередность событий: согласитесь, было бы странно, если окончание некоторого процесса оказалось зафиксировано в одной системе судна якобы раньше, чем этот процесс был инициирован другой системой того же судна. Таким образом, данный протокол синхронизации не может служить в качестве базового при построении корректных систем единого времени, что привело к поиску альтернатив.

Обзор альтернативных технологий При построении систем единого времени следует учитывать опыт уже существующих решений, самыми известными из которых можно считать Network Time Protocol (NTP, [3–4]) и Precision Time Protocol (PTP, [5–6]). Эти два средства покрывают широчайший спектр конфигураций, поскольку NTP ориентирован на протяженные линии связи – от внутригородских до межконтинентальных и даже межпланетных, – а PTP более адаптирован к локальным сетям, для которых характерна малая задержка и высокая скорость передачи, нет необходимости экономить трафик и проводить сеансы связи по расписанию. За тридцать с лишним лет существования NTP накоплен огромный пласт теоретических изысканий по этой технологии, практического опыта, научных статей, книг и электронных пособий. Технология PTP более молода, продолжает эволюционировать и обрастать документальными материалами. Оба протокола допускают некоторую свободу в реализации ведущих и ведомых систем, но главное – предлагают полную модель каждого участника взаимодействия. Они указывают минимальные требования к используемой аппаратуре, дают общий алгоритм работы, определяют перечень возможных состояний каждой системы и условия перехода между этими состояниями. Эти протоколы не просто предлагают математический аппарат в виде модели часов и формул расчета коррекции, – они аналитически и экспериментально обосновывают применение этого

Рис. 7. Схема предлагаемого решения аппарата и конкретных значений констант. Обе технологии дают инструменты для оценки ожиданий точности при тех или иных параметрах системной конфигурации, а также штатные средства диагностики и контроля. Основным режимом работы NTP и PTP является диалоговый (рис. 2 а), при котором ведомое устройство не только получает показания эталонных часов на момент отправки ответа, но и может определить продолжительность доставки информации. Предусмотрен и широковещательный режим работы, когда ведомые устройства пассивно слушают трансляции ведущего, не посылая ему запросов, однако для перехода в этот режим ведомое устройство должно сначала выполнить определение задержки в диалоговом режиме. Любопытно, что при использовании NTP или PTP вовсе не требуется выполнять рассылки хронометрической информации 1000 раз в секунду. Так, NTP в типовой конфигурации довольствуется 17-минутными интервалами, позволяя достичь точности фазы около 1 мс и частоты порядка 0,1 ppm даже в глобальных сетях. Протокол PTP в локальных сетях обычно обменивается информацией каждую секунду, но и точность позволяет достичь на пару порядков выше, а с поддержкой в аппаратуре – и того более: 1 нс и 0,001 ppm.

Предлагаемое решение Учитывая тенденцию перевода общесудовых сетей обмена данными с технологии последовательных шин на более современную технологию локальных сетей Ethernet

и TCP/IP, перед нами была поставлена задача адаптации вышеописанной системы единого времени к новой среде передачи данных. Тривиальное решение состоит в приеме хронометрической посылки одним из абонентов системы, инкапсуляции этой посылки в протокол IP и отправке по локальной сети в широковещательном режиме; соответственно, другие узлы сети получают оригинальную посылку и используют по назначению, а при необходимости – ретранслируют дальше своим собственным абонентам, если таковые имеются. Этот подход неприемлем не только потому, что наводняет трафиком все сегменты сети без разбора, но и вносит существенную и непредсказуемую дополнительную задержку на каждом коммутаторе и промежуточном узле, – а задержки и без того были большие. Поэтому нами было предложено гибридное решение с использованием NTP и PTP (рис. 5–7). 1. На входных узлах принимаются оригинальные посылки с хронометрической информацией, затем они преобразуются в стандартный формат NMEA 0183 [7] и передаются стандартному программному обеспечению NTP – как будто это сообщения от обычного навигационного приемника. 2. Программное обеспечение NTP при поддержке операционной системы семейства Linux производит синхронизацию часов входного узла с системой единого времени. 3. Входные узлы становятся первичными источниками времени в локальной сети, распространяя хроNo. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

нометрическую информацию средствами PTP; один из первичных источников назначается основным, а остальные находятся в горячем резерве. 4. Рядовые узлы сети синхронизируются с первичными по PTP, выбирая основной источник на основании доступности и заданных приоритетов. При невозможности связи по PTP возможен откат до NTP. 5. Промежуточные узлы сети не только синхронизируются с первичными, но и сами являются вторичными источниками точного времени, занимая место первичных при их недоступности, а также самостоятельно генерируя хронометрические посылки в исходном формате для своих абонентов на последовательной шине. Предлагаемое решение не лишено своих сложностей и недостатков. Оно требует разработки вспомогательного программного обеспечения для прямого и обратного преобразования информационных посылок, причем последняя задача еще и предъявляет очень строгие требования к равномерности интервалов между посылками, а также синфазности их с эталонными часами. Кроме того, необходимо создать управляющее программное обеспечение для переключения NTP и PTP в нужный режим согласно текущему состоянию эталонных часов и локальной сети, чтобы обеспечить надежность функционирования и единство времени даже в самых неблагоприятных ситуациях. Если в исходной хронометрической посылке нет данных о предстоящем событии координации, то появиться им неоткуда – особенно в рамках судовой сети, не имеющей выхода в Интернет. Между тем NTP рассчитывает на эти данные, а PTP так и вовсе живет по непрерывной шкале

атомного времени. Даже если входные узлы сети подчинятся сигналу головной системы о необходимости скачкообразного перевода часов, их абоненты будут в течение 10–15 минут воспринимать это как аномалию. Поэтому одной из задач подсистемы управления является обнаружение подобных событий и временное отключение NTP/PTP на абонентских узлах, чтобы выполнить перевод часов самостоятельно. В синхронизации нуждаются все без исключения хронометрические устройства, применяемые для любых целей – от простейших маятниковых ходиков, висящих дома на стене, до сложнейших атомных комплексов в исследовательских лабораториях. Регулярность и точность такой синхронизации, разумеется, зависит от задачи: домашние часы мы можем корректировать один-два раза в год, – заниматься этим чаще вряд ли целесообразно. Но автоматические системы синхронизации компьютерных часов готовы работать ежедневно и круглосуточно, сверяясь с эталоном хоть каждый день, хоть каждую секунду, и при этом почти не расходуя ресурсов. Общая шкала времени – одна из основ единого информационного пространства одиночного судна или группы. Чрезмерно упрощенный, наивный подход к синхронизации времени не может обеспечить получение предсказуемого и контролируемого результата, а следовательно, является преградой для выполнения судном своих задач. В перспективе необходимо сразу строить общесудовые сети передачи данных таким образом, чтобы интегрировать функцию распространения единого времени стандартными средствами. В переходный период решением могут стать гибридные системы, такие как предложенная в статье.

ЛИТЕРАТУРА 1. Сёмин К. В. и др. Глобальная морская навигационная информационная система. Принципы построения // Морские информационно-управляющие системы. – 2012. – № 1. – С. 40–45. 2. ГОСТ Р 52070-2003. Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Общие требования. – Госстандарт России. – 2003. 3. RFC 5905 Network Time Protocol version 4: protocol and algorithms specification. – Internet Engineering Task Force. – 2010. 4. Mills D. Computer network time synchronization: the Network Time Protocol on Earth and in Space. – CRC Press. – 2011. 5. IEEE 1588 2008 Precision clock synchronization protocol for networked measurement and control systems. – Institute of Electrical and Electronics Engineers. – 2008. 6. Ferrant J. L. et al. Synchronous Ethernet and IEEE 1588 in telecoms: next generation synchronization networks. – Wiley.– 2013. 7. NMEA 0183 Interface standard for serial data bus. – National Marine Electronics Association. – 2008.

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

КОНЦЕРН «АГАТ» ПОЗДРАВЛЯЕТ ВЛАДИМИРА АНАТОЛЬЕВИЧА МАКЛАЕВА С ПРИСУЖДЕНИЕМ ЕМУ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРЕМИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИМЕНИ МАРШАЛА СОВЕТСКОГО СОЮЗА Г. К. ЖУКОВА Указом Президента Российской Федерации от 23 апреля 2014 г. № 277 «О присуждении Государственной премии Российской Федерации имени Маршала Советского Союза Г. К. Жукова в 2014 году» в области создания вооружения и военной техники премия присуждена Маклаеву Владимиру Анатольевичу, генеральному директору федерального научно-производственного центра открытого акционерного общества «Научно-производственное объединение «Марс» за создание аппаратнопрограммных комплексов оперативных штабов в субъектах Российской Федерации по управлению выделенными силами и средствами для проведения контртеррористической операции, способствующих эффективному решению проблем национальной безопасности государства. На торжественной церемонии, которая прошла в мае 2014 года в Генеральном штабе Вооруженных Сил РФ, премии вручил начальник Генерального штаба Вооруженных Сил Российской Федерации – первый заместитель Министра обороны России генерал армии Валерий Герасимов. «Всего в конкурсе участвовало более 60 человек, граждан Российской Федерации, представителей различных министерств и ведомств, учреждений и организаций России. Среди соискателей были военные и гражданские, ученые и производственники, писатели и художники, представители ветеранских организаций. И каждый из них в своем деле – профессионал высокого класса», – подчеркнул глава Генерального штаба. Государственная премия Российской Федерации имени Маршала Советского Союза Жукова учрежде‑ на 19 апреля 1995 года к 50‑летию Победы советского народа в Великой Отечественной войне 1941– 1945 годов. Присуждается по трем категориям: «В области военной науки», «В области создания вооружения и военной техники» и «В области культуры и искусства». Вручается ежегодно с 1998 года. За это время рассмотрено 263 конкурсные работы, лауреатами пре‑ стижной премии стали 166 граждан Российской Федерации. No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ РАБОЧИХ МЕСТ ОПЕРАТОРОВ В ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ

Существующая организация службы на корабле обеспечивает эффективную работу операторов по управлению и контролю состояния технических средств, однако современными требованиями ВМФ являются отработка взаимозаменяемости личного состава на постах управления, сокращение численности экипажей, подготовка «универсальных» специалистов, способных в совершенстве выполнять функции управления и контроля ТС с любого поста систем управления. Одним из направлений в реализации этих требований является создание взаимозаменяемых рабочих мест операторов, базирующееся на применении цифровой элементной базы в системах управления техническими средствами, совершенствовании автоматизации процессов управления, их комплексировании и интеграции.

ОАО «Концерн «Научно-производственное объединение «Аврора» Санкт-Петербург Б.В. Грек

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

• ходовая рубка (ХР); • местные посты управления – трюмные, пожаротушения и другие. Пультовое оборудование подразделяется на пульты управления и пультовые каркасы. К пультам управления (ПУ) относятся: • центральные ПУ, содержащие, как правило, два монитора МПМ‑18 и размещаемые в КПЭЖ, ЗКПЭЖ и ПДУ; • местные пульты управления (МПУ), разрабатываемые, как правило, на основе микропроцессорных панельных станций (МПС) и размещаемые в постах пожаротушения, трюмных и других постах; • пульт рулевого в составе системы управления движением, размещаемый в ходовой рубке. Пультовые каркасы не имеют электромонтажа и предназначены для размещения средств связи, показывающих приборов, телефонии и другого дополнительно встраиваемого оборудования. Подготовка операторов для выполнения функций управления и контроля техническими средствами за пультами управления требует знания специальности, а также «моторных» навыков для выполнения технологических операций по управлению ТС главной энергетической установки, электроэнергетической системы, общекорабельных систем и координированному управлению ими.

Комплексирование систем управления

В настоящее время управление техническими средствами (ТС) на надводных кораблях ВМФ производится операторами, которые размещаются за пультовым оборудованием систем управления (СУ) главной энергетической установки (ГЭУ), электроэнергетической системы (ЭЭС), общекорабельных систем (ОКС), техническими средствами движения (ТСД), а также центральной координирующей системы управления (ЦКСУ).* Постами управления, в которых размещается пультовое оборудование систем управления техническими средствами, являются: • командный пункт энергетики и живучести (КПЭЖ); • запасной командный пункт энергетики и живучести (ЗКПЭЖ); • пост дистанционного управления (ПДУ); * В статье в большом объеме представлены аббревиатуры; этот авторский стиль в значительной степени сохранен во избежание искажения смысла.

Первая цифровая комплексная система управления техническими средствами (КСУ ТС) типа «Фауна» изготовлена ОАО «Концерн «НПО «Аврора» и сдана в эксплуатацию ВМФ России в 2006 году в составе малого артиллерийского корабля (МАК) «Астрахань» [1]. Структура комплексной системы управления техническими средствами типа «Фауна» для МАК «Астрахань» представлена на рисунке 1 и содержит четыре автономные функциональные системы управления, выполненные как локальные сети на основе межприборной магистрали стандарта MIL STD 1553: • главной энергетической установкой – ПУ в пунктах энергетики и живучести (ПЭЖ), две станции локальные технологические (СЛТ) для связи с объектами управления и контроля (ОУК), местные пульты управления и средства управления движением в ходовой рубке; • электроэнергетической системой – ПУ в пунктах энергетики и живучести и две локальные технологические станции; • общекорабельными системами – навесной прибор управления с микропроцессорной панельной станцией, размещаемый в посту энергетики и живучести, коробки соединительные (КС); • техническими средствами движения – пульты управления в ходовой рубке, процессорные станции No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Пост энергетики и живучести

ГРЩ-1

Сетевой принтер

Ethernet

Насосные агрегаты Главная энергетическая установка

Электро-энергетическая система

Гидроприводы рулей, заслонок ВД Общекорабельные системы

Датчики рулей и заслонок

Рис. 1. Структура комплексной системы управления техническими средствами типа «Фауна» для МАК «Астрахань» в местном посту управления рулями и заслонками водометных движителей, выносные приборы индикации, контроля и управления. Центральная координирующая система обеспечивает координированное управление техническими средствами электромеханической боевой части (ЭМБЧ) корабля и включает пульт управления, печатающее устройство и сетевые приборы центральные Ethernet (ПЦЕ).

наглядно просматривается в уникальных пультах управления, которые разработаны под конкретные задачи соответствующих постов управления и содержат специальное функциональное программное обеспечение (ПО). За этими пультами размещается личный состав – операторы, выполняющие функции управления и контроля состояния технических средств, параметров технологических процессов в главной энергетической установке, электроэнергетической системе и общекорабельных си-

Комплексирование функциональных систем выполнено на основе аппаратно-программных средств ЗАО «Компонент-АСУ», операционная система реального времени QNX, сетевые приборы ПЦЕ, межсистемная магистраль Ethernet, к которой через приборы ПЦЕ подключены пульты управления систем. Функциональность систем управления, входящих в состав цифровой комплексной системы управления техническими средствами типа «Фауна», как показано на рисунке 2, 52

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Рис. 2. Внешний вид средств управления комплексной системы управления техническими средствами типа «Фауна»

стемах. Контроль за работой операторов и координированное управление ТС производится с пульта центральной координирующей системы управления, за которым размещается командир электромеханической боевой части (вахтенный инженер-механик или дежурный по ЭМБЧ). На лицевых панелях пульта управления размещаются разнообразные средства индикации, контроля и управления – табло, кнопки, кнопки-табло, переключатели и другая аппаратура. Структура КСУ ТС типа «Фауна» является типовой при реализации принципов комплексирования систем управления техническими средствами. Различными являются интерфейсы и эргономика пультов управления. Применение единых аппаратно-программных средств не устраняет функциональную и конструктивную автономность систем, входящих в состав комплексной системы управления техническими средствами, и не снижает разнообразия в подготовке операторов систем управления.

Этапы интеграции систем управления По ГОСТ 34.003–90 под интегрированной системой управления понимается совокупность двух или более взаимоувязанных автоматизированных систем, в которой функционирование одной из них зависит от результатов функционирования другой (других) так, что эту совокупность можно рассматривать как единую автоматизированную систему [2]. Следует отметить, что переходу к интеграции способствует практическое становление автоматики основных объектов управления СУ ТС – главных и вспомогательных двигателей, движительных комплексов, генераторных агрегатов (ГА), холодильных машин и другого оборудования, которые поставляются со своими станциями локальными технологическими. На эту автоматику возлагаются функции пуска, останова, защиты, сигнализации состояния объектов управления и контроля. В ОАО «Концерн «НПО «Аврора» для газотурбинных двигателей и дизель-редукторных агрегатов созданы локальные системы управления (ЛСУ) типа «Пурга», «Метель» и «Шексна». В последние годы поставляются автоматизированные главные распределительные щиты (ГРЩ). В качестве источников информации широко применяются стандартизованные датчики и сигнализаторы. Выбор исполнительных органов определяется спецификой объектов управления и контроля. Особое внимание обращается на обеспечение унифицированных выходов и входов автоматизированных технических средств и локальных систем управления. Представления [2–4] позволяют выделить два этапа становления интегрированных систем управления. Первому этапу соответствует интегрированная система управления «ИАСУ‑20180», структура которой показана на рисунке 3 и состоит из информационной управляющей системы (ИУС) и комплексной системы управления

техническими средствами, обмен между которыми осуществляется по межсистемной магистрали Ethernet [5]. В состав информационной управляющей системы входят автоматизированные рабочие места (АРМ) командира корабля, вахтенного помощника и руководителя подводно-технических работ (ПТР). В АРМ включены секции навигации и связи, контроля морской и тактической обстановки, в которые встраиваются выносные терминалы радиолокации, связи, сигнальных огней, телевизионного контроля и другое оборудование. В состав комплексной системы управления техническими средствами входят: система управления движением и динамического позиционирования (Д и ДП), СУ ТС единой ЭЭС (ЕЭЭС), СУ общесудовых систем (ОСС) и ЦКСУ. Системы управления техническими средствами единой электроэнергетической системы, общесудовых систем, движения и динамического позиционирования выполнены функционально автономными на основе локальных сетей стандарта MIL STD 1553. Центральная координирующая система обеспечивает управление ТС по межсистемной магистрали Ethernet, к которой подключены пульты управления СУ и приборы информацион- ной управляющей системы. Интегрированная система «ИАСУ‑20180» выполнена на единых аппаратно-программных средствах ЗАО «Компонент-АСУ», операционная система QNX, имеет единый комплект запасных частей, инструмента и принадлежностей (ЗИП) и систему централизованного электропитания (СЦП). Из рисунке 3 следует, что структура интегрированной системы «ИАСУ‑20180» фактически повторяет структуру КСУ ТС типа «Фауна». Ее основу составляют функционально и конструктивно самостоятельные системы, подключенные к межсистемной магистрали Ethernet. По межсистемной магистрали Ethernet производится передача ограниченного объема данных по сравнению с межприборным обменом в СУ ТС, входящих в состав «ИАСУ‑20180». Интеграцию систем управления техническими средствами на первом этапе можно рассматривать как расширение объекта автоматизации или организацию межсистемных связей между функционально автономными СУ, входящими в «ИАСУ‑20180», на основе единых аппаратно-программных средств. Чем больше взаимоувязанных автоматизированных систем в составе интегрированной системы управления, тем выше степень интеграции. Второму этапу интеграции соответствует принципиально новая структура СУ [5], представленная на рисунке 4. Ее основу составляет единая система обмена данныNo. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

ХКП-ГКП

СУ ЕЭЭС

Рис. 3. Структура интегрированной системы «ИАСУ‑20180» ми (СОД), выполненная на основе стандарта Ethernet, а не функционально самостоятельные автономные системы. СОД представляет собой два оптоволоконных кольца, которые проходят через все отсеки корабля и разделены на сегменты приборами центральными сети Ethernet, к которым витыми парами подключены абоненты: пульты управления, станции локальные технологические, локальные системы управления и другие автоматизированные объекты управления и контроля. Принципиальным отличием такой СУ является обеспечение повышенных требований отказоустойчивости. Для этого два равнозначных (дублированных) оптоволоконных кольца системы обмена данными размещаются на разных уровнях корпуса корабля, а приборы центральные сети Ethernet – в разных отсеках. Наиболее важные абоненты подключаются через ПЦЕ к обоим кольцам системы обмена данными основным и резервным каналами, обеспечивая резервирование линий связи. Остальные абоненты подключаются одним каналом обмена данными к ближайшему прибору сети Ethernet. Оба кольца СОД непрерывно 54

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

находятся в работе. Контроль работоспособности системы обмена данными и обеспечение передачи пакетов информации в требуемых объемах осуществляется с помощью двух резервируемых приборов внешних связей (ПВС). Неуправляемые коммутаторы ПЦЕ обеспечивают работоспособность абонентов с основными и резервными каналами связи до трех физических отказов элементов СОД – коммутаторов и линий связи между ними. Работоспособность абонентов с одним подключением к ПЦЕ обеспечивается при единичном отказе элементов системы обмена данными – коммутатора или линии связи. При появлении отказов система деградирует, восстановление ее работоспособности производится путем замены отказавших элементов на исправные из состава ЗИП. Отказоустойчивость СУ может быть повышена за счет автоматической реконфигурации при переходе на управляемые приборы сети Ethernet. Новая структура интегрированной СУ более предрасположена для унификации аппаратуры за счет общих ресурсов и новой организации информационных и управляющих потоков между приборами. Ключевыми вычислительными

ПДУ

ХР

КПЭЖ

Рис. 4. Структура перспективной интегрированной системы приборами в такой структуре СУ являются пульты управления и станции локальные технологические. Алгоритмы управления и контроля ТС размещаются в станциях локальных технологических, к которым в соответствии с зонной концепцией подключены датчики, сигнализаторы, локальные системы управления и автоматизированные объекты управления и контроля. Под зоной понимается отсек, надстройка, отдельное помещение или некоторый объем корпуса корабля, в котором размещаются датчики, сигнализаторы, исполнительные органы, ЛСУ и автоматизированные объекты управления и контроля. В ПУ загружаются алгоритмы обработки поступающей информации, ее передачи и представления на средствах отображения, а также алгоритмы формирования управляющих воздействий. Система обмена данными обеспечивает доступ каждого вычислительного прибора к остальным приборам системы и обмен данными между приборами СУ в соответствии с согласованными протоколами. В результате на общих аппаратных средствах СУ обеспечивается одновременное функционирование систем управления и контроля ТС главной энергетической установки, электроэнергетической системы, общекорабельных систем

и координированное управление ими. Управляющие воздействия передаются от ПУ по СОД и от СЛТ непосредственно в локальные системы управления и автоматизированные ОУК. Питание интегрированной СУ возможно от системы централизованного питания, в состав которой входят агрегаты бесперебойного питания (АБП) с аккумуляторной поддержкой или от корабельной сети постоянного тока. Интегрированные системы по своей структуре и организации связей требуют особого подхода при оценке качества их изготовления, так как все приборы обмениваются информацией через систему обмена данными. Без работающей СОД не может быть выполнена проверка качества изготовления каждой функциональной системы, верифицируемой в интегрированной СУ. Таким образом, первый этап интеграции СУ ТС надводных кораблей в основном повторяет технические решения по комплексированию систем управления. Второй этап интеграции систем управления базируется на принципиально новой структуре, основу которой составляет СОД, к которой подключены все вычислительные приборы с равным доступом к ресурсам сети. Такая структура обеспечивает No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

обмен данными между всеми приборами интегрированной СУ и одновременную реализацию функций управления и контроля техническими средствами ГЭУ, ЭЭС, ОКС и координированного управления ими.

Рабочие места операторов систем управления Под рабочими местами операторов СУ ТС понимаются пульты управления техническими средствами главной энергетической установки, электроэнергетической системы, общекорабельных систем и центральной координирующей системы управления, которые размещаются в командном пункте энергетики и живучести, запасном командном пункте энергетики и живучести и посту дистанционного управления. На оператора ПУ возлагаются функции в соответствии иерархической структурой управления, в которой выделяют четыре уровня: • первый (нижний) – управление элементами: клапанами, выключателями, приводами, агрегатами и т. п.; • второй – управление группами элементов, технологическими операциями (процессами): поддержание заданной скорости движения, обеспечение требуемого уровня мощности главной энергетической установки, синхронизация генераторных агрегатов, распределение нагрузки, включение резерва и т. п.; • третий уровень соответствует управлению отдельными системами: электроэнергетической, общекорабельной, маневрирования и движения корабля, главной энергетической установкой; • четвертый (верхний) соответствует управлению всем комплексом технических средств электромеханической боевой части. Автоматизация управления на каждом уровне складывается в соответствии с потребностями практики и возможностями элементной базы по ее реализации, а также готовностью самих объектов к автоматизации. Пульты управления в структурах СУ, представленных на рисунках 3 и 4, различаются по составу аппаратуры, лицевым панелям и интерфейсам «человек-техника». Взаимозаменяемость рабочих мест операторов в таких системах управления невозможна. В структуре СУ, представленной на рисунке 4, общие ресурсы создают предпосылки для унификации аппаратуры управления и, соответственно, рабочих мест операторов. Создание универсальных ПУ для интегрированной СУ обеспечит единообразие в подготовке операторов и отработке «моторных» навыков операторов по управлению техническими средствами. Следует отметить, что эффективная работа оператора предполагает наличие технических средств, обеспечивающих быстрое восприятие информации от объектов управления и оперативную выдачу управляющих воз56

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

действий. Оперативность обмена информацией между оператором и автоматизированными объектами управления и контроля поддерживается соответствующим интерфейсом. Наглядность и быстрота восприятия информации, выводимой на экран дисплея, создается пространственным отображением протекающих технологических процессов. Средства передачи команд должны быть удобными, обеспечивать быстрый ввод и исключать ошибки операторов. Этим требованиям должны удовлетворять универсальный ПУ и система визуализации интегрированной СУ.

Универсальный пульт управления Интеграция аппаратуры в структуре, представленной на рисунке 4, позволяет выполнить разработку ПУ, эргономические и интерфейсные характеристики которого могут быть использованы для выполнения функций управления разнородными технологическими процессами, контроля параметров и состояния ТС ГЭУ, ЭЭС, ОКС и координированного управления ими. Для перехода от уникальных ПУ, разрабатываемых для каждой функциональной СУ ТС, к универсальному, обеспечивающему реализацию всех тех же функций, предусмотренных для операторов в каждой функциональной СУ ТС, необходимо следующее. 1. Объективно должен существовать уровень автоматизации объектов управления и контроля, который может обеспечить отказ от оборудования, встраиваемого в ПУ. К такому оборудованию относятся встраиваемые панели управления ТС, например, ДГ, главным дизелем, а также встраиваемые устройства замера сопротивления изоляции, механические манипуляторы, стрелочные тахометры вращения гребных валов, индикаторы и другие приборы. Встраиваемое оборудование должно иметь аналоги, доступные для приобретения, удовлетворяющие предъявляемым к ним требованиям и обеспечивающие передачу той же информации в форме дискретных, аналоговых и цифровых сигналов с выходами, которые могут быть приняты локальными технологическими станциями. Альтернативным вариантом является встраивание в ПО пульта управления программных модулей (алгоритмических аналогов) или подключение источников информации с оцифрованными стандартными сигналами непосредственно к системе обмена данными – приборам внешних связей или приборам сети Ethernet. 2. Встраиваемое оборудование, от которого невозможно отказаться, например, аварийный машинный телеграф, должно размещаться в приборной части ПУ навесным монтажем с подключением непосредственного к встраиваемому оборудованию или через внешние разъемы электромонтажного комплекта (ЭМК) ПУ.

3. Интерфейс «человек-машина» универсального ПУ должен поддерживаться рациональным сочетанием селективных средств представления информации (одномониторные или двухмониторные вертикальные панели) и универсальных средств формирования команд управления – функциональная клавиатура, трекбол, джойстик и другие, размещаемые на горизонтальных и «переходных» панелях ПУ. 4. Решение функциональных задач системами управления техническими средствами должно обеспечиваться загрузкой в процессорный модуль универсального ПУ программного обеспечения всех систем управления ТС главной энергетической установки, электроэнергетической системы, общекорабельных систем, а также ПО решения информационных задач центральной координированной системой управления. 5. Унификация разнородных средств управления и контроля, размещаемых в настоящее время в ПУ на кораблях, находящихся в эксплуатации, и характерных для систем управления техническими средствами ГЭУ, ЭЭС и ОКС, может быть достигнута размещением в ПУ сенсорных микропроцессорных панельных станций. Для сенсорных МПС должно быть разработано специальное ПО, которое обеспечит их использование в качестве, например, машинного телеграфа, задатчика назначенных ходов, синхроноскопов, сигнализаторов и других средств управления и контроля состояния технических средств ГЭУ, ЭЭС и ОКС, а также координированного управления ими. Для примера на рисунке 5 представлен двухмониторный универсальный пульт управления, который применен на двух заказах ВМФ. В качестве универсальных средств управления применены две сенсорные панели МПС‑9, расположенные на наклонной плоскости ПУ. На горизонтальной поверх- ности размещаются универсальная клавиатура, трекбол, средства подачи и контроля наличия электропитания. Так, для одного из заказов ВМФ в состав универсального ПУ включены: • системный блок с процессором CPU (процессорный модуль М375–002); • панельная станция МПС‑9 с сенсорным экраном (модуль М805–002); • сетевые коммутаторы (switch). Модуль М375–002 в ПУ является ведущим, а модуль М805–002 (МПС‑9) – ведомым. Выходы М375– 002 и М805–002 зарезервированы через коммутаторы switch, которые через модуль внешних связей выходят на оптоволоконные кольца системы обмена данными. В результате универсальный ПУ становится виртуальным, обеспечивая свойство подключения к свободному

Рис. 5. Пример двухмониторного универсального ПУ разъему любого прибора ПЦЕ и доступ к информационным и управляющим потокам, циркулирующим в СОД интегрированной СУ. Единое ПО обеспечивает виртуальность ПУ и высокую модернизационную способность интегрированной системы – возможность подключения к системе обмена данными и организацию поста управления с универсальным ПУ практически в любом помещении корабля. Для предотвращения несанкционированных действий при введении виртуальных ПУ должны быть предусмотрены пароли, устанавливающие уровни и права пользователей. Универсальные ПУ и новая организация информационно-управляющих потоков позволяет повысить отказоус- тойчивость интегрированной СУ за счет резервирования приборов и функций, выполняемых операторами. В результате один и тот же ПУ в зависимости от выбранного к работе функционального программного обеспечения (ФПО) может использоваться в режиме ЦКСУ или управления ТС ГЭУ, ЭЭС или ОКС. При наличии питания в интегрированной СУ с универсальным ПУ будет обеспечена работоспособность любых исправных участков СУ с приборами системы обмена данными, в которых есть исправно работающая хотя бы одна локальная технологическая станция с датчиками, сигнализаторами и исполнительными органами, которые к ней подключены, и хотя бы один ПУ, за которым размещается оператор. Взаимозаменяемые модули ПУ и СЛТ, в том числе вычислительные, в которых размещается одинаковое ПО, No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

ПЭЖ (ИНП1.2) ГРЩ2 (ЩУК) ЭС1 (ГРЩ1)

ЭС2 (ГРЩ2)

Дата Дата Дата

ИС ПС АС

Помещение ГРЩ2

Время Время Время

КМО

Помещение СДГ ВШ6-3 ВИШЕРА

Нескв Всего КВ Нескв Всего КВ Архив АПС Нескв Всего КВ

Описание события Описание события Описание события

ПЭЖ

ОПТОВОЛОКОННОЕ КОЛЬЦО СОД ИНП1.1 РАДУГА

6-УС-75

-27/24B

ВШ4-2 ВИШЕРА

ИНП1.2 ВИШЕРА

~220B, 400 Гц

6-УС-4

ГРЩ 1

~380B

6-УС-21

RS-485

ВШ3-2 ВИШЕРА

ИСИМ ВИШЕРА

CAN

6-УС-17 5-Д-12 6-УС-26

6-УС-25 1 6-УС-90

ВШ6-2 ВИШЕРА

6-УС-15

-27/24B 6-УС-78

~220B, 400 Гц

6-УС-76 6-УС-84 6-УС-80

ОПТОВОЛОКОННОЕ КОЛЬЦО СОД

СТРУКТУРА ИСУ

ВШ3-1 ВИШЕРА

ЗC5-1 ЗАЙСАН

6-УС-86 5-Д-11

6-УС-89

ПУСК

RS-485 CAN

6-УС-29

6-УС-30

6-УС-96

М808-001 РАДУГА

6-УС-2

~380B

6-УС-33 6-УС-11 6-УС-20

ВШ6-4 ВИШЕРА

ХР

5-Д-13

~380B

ГРЩ 2

6-УС-3

6-УС-94

ВШ4-1 ВИШЕРА

6-УС-23 6-УС-27 6-УС-5

6-УС-92

-27/24B 6-УС-7

~380B

-27/24B

ИНП1 ЗАЙСАН

ЗС5-2 ЗАЙСАН

ВШ2 ВИШЕРА

НМО

ИСПРАВНОСТЬ МОДУЛЕЙ СОД

СТРУКТУРА СУ ЭЭС

СЕТЬ ~380B, 50Гц

Рис. 6. Пример деления на области экрана монитора МПМ‑18 универсального пульта управления обеспечивают единство и сокращение количества ЗИП. За счет унификации приборов единого ПО и ЗИП преду- сматривается сокращение расходов на изготовление и поддержание работоспособности систем управления на этапе эксплуатации. Унификация интерфейсов универсальных ПУ обеспечивает единообразие подготовки личного состава, сокращает расходы на обучение и поддержание практических навыков операторов СУ.

Видеокадры интегрированной системы управления Система визуализации интегрированной СУ должна обеспечивать быстрое восприятие информации от автоматизированных объектов управления и контроля, оперативную выдачу управляющих воздействий, а также предоставлять оператору данные о состоянии и параметрах аппаратуры СУ и передаче информационных потоков. Ключевым элементом в системе визуализации являются видеокадры (ВК), размещаемые на экранах мониторов и сенсорных экранах микропроцессорных панельных станций. При этом экран монитора и МПС разделяется на области (панели, блоки), в которых размещаются гра58

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

фические и текстовые элементы информации и формирования управляющих воздействий. Следует отметить, что все видеокадры, разрабаты- ваемые для каждого оператора по управлению разнородными техническими средствами главной энергетической установки, электроэнергетической системы, общекорабельных систем и координированного управления ими, и размещаемые в универсальных ПУ интегрированной системы, подразделяются на: • общие для всех операторов, предназначенные для управления и контроля за общими ресурсами интегрированной СУ, а также за автоматизированными объектами управления и контроля; • функциональные, отражающие общие закономер- ности и специфику в организации управления и контроля за технологическими процессами в технических средствах ГЭУ, ЭЭС и ОКС. В качестве примера на рис. 6 представлен экран монитора МПМ‑18, который разделен на следующие общие для всех видеокадров области (панели, блоки): • панель режимов работы пультов управления (ПУ); • зона постов управления;

• панель аварийных и предупредительных сообщений (АПС); • основная область (видеокадры); • панель менеджера задач pwm. Панель режимов работы ПУ размещается вверху экрана монитора, оформлена в виде строки и содержит средства контроля состояния и управления режимами работы универсальных ПУ, дату и время. Зона постов управления размещается под строкой панели режимов работы ПУ в левой части экрана монитора и оформлена в виде полей контроля и управления (табло, клавиши). Панель АПС размещается под строкой панели режимов работы ПУ в правой части экрана монитора и содержит три строки по группам сообщений: аварийных (АС), предупредительных (ПС) и информационных (ИС). Основная область экрана представляет содержательную часть, которую называют экранные страницы или видеокадры. В эту область входит панель навигации для реализации процессов контроля и управления ТС. Панель менеджера задач pwm является нижней строкой экрана монитора и содержит средства переключения режимов работы ПУ и навигации по видеокадрам СУ ТС.

В каждом режиме ПУ выделяют два состояния, которые связаны с состояниями ФПО: • КОНТРОЛЬ/ПРОСМОТР (назначение в режим), в дальнейшем обозначается КОНТРОЛЬ, ему соответствует «пассивное» состояние ФПО, в котором осуществляет- ся только контроль состояния и параметров ТС; • ИСПОЛНЕНИЕ (работа), этому состоянию соответствует «активное» состояние ФПО, в котором производится управление, а также контроль состояния и параметров ТС.

В качестве примера в состав интегрированной системы управления входят три функциональные системы: СУ главным двигателем и реверсивным редуктором (ГД и РР) типа «Радуга», СУ ЭЭС типа «Вишера» и СУ ОКС типа «Зайсан». Каждая из них представлена одним универсальным интегрированным пультом управления (ИНП), исполнения которых указаны цифрами: ИНП1 – ПУ СУ ОКС; ИНП1.1 – ПУ СУ ГД и РР; ИНП1.2 – ПУ СУ ЭЭС. На панели режимов работы универсальных ПУ, которая представлена видеокадром в виде строки, как показано на рисунке 6, отображаются (слева направо): • виртуальная клавиша УПР (без памяти), предназначенная для перевода ПУ из состояния КОНТРОЛЬ/ ПРОСМОТР в состояние ИСПОЛНЕНИЕ; • «Вст» – обозначение «горячей» клавиши (на универсальной клавиатуре), нажатие которой дублирует клавишу УПР и осуществляет перевод ПУ из состояния КОНТРОЛЬ/ПРОСМОТР в состояние ИСПОЛНЕНИЕ; • три информационных поля, поименованные ИНП1, ИНП1.1 и ИНП1.2, в которых отображается информация о режимах работы ПУ; • табло с текущим временем и датой (справа на панели режимов).

Виртуальная кнопка УПР отображается бесцветной и является основным средством активизации ФПО. Горячая клавиша «Вст» (Ins) на видеокадре отображается желтым цветом и на стандартной клавиатуре является резервным средством активизации ФПО СУ. В каждом информационном поле: а) отсутствует текст, цвет «серый» (фона), если пульт управления выключен или нет связи по системе обмена данными; б) выводится обозначение режима работы («СУ ЭЭС», «СУ ГД, РР» или «СУ ОКС»), если пульт управления включен, и информационное поле отображается цветом: • «серый» (цвет фона), если ПУ в состоянии КОНТРОЛЬ (ФПО неактивное); • «зеленый», если ПУ в состоянии ИСПОЛНЕНИЕ (ФПО активное).

В информационные поля, поименованные ИНП1, ИНП1.1 и ИНП1.2, записываются обозначения режимов, в которых может находиться ПУ: 1. режим СУ ОКС (ФПО СУ ОКС типа «Зайсан»); 2. режим СУ ЭЭС (ФПО СУ ЭЭС типа «Вишера»); 3. режим СУ ГД, РР (ФПО СУ ГД и РР типа «Радуга»).

Для перехода пульта управления из состояния КОНТРОЛЬ (назначение) в состояние ИСПОЛНЕНИЕ (работа) должна быть произведена активизация ФПО. Обязательным условием активизации ФПО является передача управления на ПУ из зоны постов управления. При подаче питания по умолчанию пульты управления переводятся в режимы, названия которых соответствуют наименованиям систем, состояние КОНТРОЛЬ: 1. прибор ИНП1 – состояние КОНТРОЛЬ, режим СУ ОКС; 2. прибор ИНП1.1 – состояние КОНТРОЛЬ, режим СУ ГД и РР; 3. прибор ИНП1.2 – состояние КОНТРОЛЬ, режим СУ ЭЭС.

Наименование информационного поля (ИНП1, ИНП1.1 или ИНП1.2), если оно совпадает с обозначением прибора, выделяется «светло-голубым» цветом. Переключение режимов работы пульта управления производится только с процессорного модуля системного блока ПУ, который является ведущим, в два действия. Действие № 1 – переход в состояние КОНТРОЛЬ: из сис- темного меню – выбором соответствующего пункта (СУ ОКС, СУ ГД и РР, СУ ЭЭС) или нажатием комбинации «горячих» клавиш на стандартной клавиатуре ПУ: «Alt+1» – «СУ ОКС»; «Alt+2» – «СУ ГД, РР»; «Alt+3» – «СУ ЭЭС». Действие № 2 – переход из состояния КОНТРОЛЬ в состояние ИСПОЛНЕНИЕ: нажатием виртуальной клавиши No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

УПР на видеокадре панели режимов работы или горячей клавиши «Вст» (Ins) на стандартной клавиатуре пульта управления. При этом должно быть разрешение о передаче управления на ПУ, которое формируется из зоны постов управления, так как зона постов управления устанавли- вает приоритет в части передачи управления на верхний уровень или взятия управления на себя постом нижнего уровня. Только после передачи управления в пост, в котором размещается ПУ, может быть выполнена операция по переводу ПУ из состояния КОНТРОЛЬ в состояние ИСПОЛНЕНИЕ. При возвращении в какой-либо режим на МПМ‑18 и микропроцессорных панельных станциях сохраняется предыдущее расположение окон графического интер- фейса. В протоколе обмена между приборами интегрированной СУ для каждого пульта управления (ИНП1, ИНП1.1 или ИНП1.2) записываются: • режим работы (1 – СУ ОКС, 2 – СУ ГД, РР, 3 – СУ ЭЭС); • признак активности (0 – неактивное ФПО, 1 – активное ФПО). Синхронизация времени между ПУ (вычислительными приборами) в интегрированной СУ производится назначением приоритета систем: 1. СУ ЭЭС типа «Вишера» (пульт ИНП1.2). 2. СУ ОКС типа «Зайсан» (пульт ИНП1). 3. СУ ГД и РР типа «Радуга» (пульт ИНП1.1). Ведущей является СУ ЭЭС, обеспечивающая задание времени для остальных систем. При отсутствии данных о времени с пульта ИНП1.2 (СУ ЭЭС) синхронизация времени производится по данным о времени с пульта ИНП1 (СУ ОКС). Система СУ ГД и РР (пульт ИНП1.1) устанавливает свое собственное время при отсутствии данных о времени с приборов ИНП1.2 и ИНП1. При первоначальной загрузке пульта управления и отсутствии связи с другими ПУ запуск графического компонента для установки времени производится автоматически, без участия оператора. Запуск графического компонента производит ФПО той системы, режим которой загружается. Панель менеджера задач pwm, как показано на рисунке 6, отображается всегда во всех режимах на экранах МПМ‑18 внизу, высота – 24 пикселя. Размер видеокадра по вертикали не должен на экране монитора закрывать панель менеджера задач pwm. На панели менеджера задач отображаются: • кнопка ПУСК (слева в строке), которая обеспечивает переход пульта управления в один из режимов работы: СУ ОКС, СУ ЭЭС или СУ ГД, РР; • средства навигации (остальная часть строки), которые содержат наименования видеокадров системы для обеспечения их вызова. 60

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Изменение режима работы пульта управления производится нажатием на кнопку ПУСК. Нажатие на кнопку ПУСК ведет к появлению всплываю- щего меню, которое содержит три строки (информационные поля), в которых записаны наименования режимов работы ПУ. Для перехода пульта управления в один из режимов, представленных в меню, необходимо выполнить следующие действия: • разместить курсор в поле с назначенным режимом работы ПУ; • активизировать назначенный режим – нажать клавишу ENTER на универсальной клавиатуре ПУ. После ввода режима работы пульта управления: • всплывающее меню сворачивается, панель pwm приобретает прежний вид; • ПУ переходит в состояние КОНТРОЛЬ заданного режима работы, на экран монитора вызываются видео- кадры той СУ, которая соответствует назначенному режиму; • в первой строке экрана монитора (панели режимов работы ПУ) в поле, которое соответствует обозначению пульта управления, вызывается наименование назначенного режима. Средства навигации, размещаемые справа от системного меню ПУСК служат для вызова видеокадров СУ ТС. Зона постов управления содержит поля (строки), в которых размещаются виртуальные кнопки-табло управления (с индикацией) и табло отображения состояния постов управления техническими средствами. С помощью кнопок-табло производится передача управления на верх- ний уровень и отображение, а с помощью табло – только отображение постов управления ТС. Количество строк в зоне постов управления зависит от количества уровней (постов) управления, предусмот- ренных для конкретной СУ ТС. Размещение постов управления в зоне и, соответственно, передача управления в посты производится в соответствии с их приоритетом. Высшим приоритетом обладает пост, который отображается в самой нижней строке зоны постов управления. Для СУ ЭЭС, как правило, постами управления и, соответственно, поименованными строками в зоне постов управления являются: • ПЭЖ (пульт ИНП1.2), • ГРЩ2 (прибор ЩУК – щит управления и контроля), • НЭС (ГРЩ1) и КЭС (ГРЩ2), которые являются местными пультами управления. На экране монитора пульта ИНП1.2 в зоне постов управления во всех трех строках размещаются только табло. Переключение и отображение управления производится:

с ЛСУ ГА – на местные пульты управления (ГРЩ); с ГРЩ1 (НЭС) и ГРЩ2 (КЭС) – на ЩУК (ГРЩ2); с ГРЩ2 (ЩУК) – в ПЭЖ. Для СУ ГД и РР, как правило, постами управления и, соответственно, поименованными строками в зоне постов управления являются: • ходовая рубка (ХР), • ПЭЖ (пульт ИНП1.1), • местный пост управления (МПУ) ГД и РР. На экране монитора пульта ИНП1.1 в зоне постов управления в трех строках размещаются: два табло (посты ХР и МПУ) и одна кнопка-табло (пост ПЭЖ). Для СУ общекорабельными системами в рассматри- ваемом примере единственным постом дистанционного управления является пункт энергетики и живучести, поэтому в зоне постов управления отображается только одна строка, в которой размещается информационное табло. Строка, соответствующая посту, принявшему на себя управление, отображается «зеленым» цветом. Остальные сроки отображаются «серым» цветом (цвет фона). В качестве примера, на рисунке 6 представлена зона постов управления СУ ЭЭС, в которой показаны три строки – табло контроля состояния постов управления техническими средствами электроэнергетической системы. Управ-

ление ТС ЭЭС производится с ГРЩ2 (ЩУК), так как вторая строка отображается «зеленым» цветом. Нижняя строка зоны постов управления представлена двумя табло, в которых записаны наименования двух постов, обладающих высшим приоритетом: НЭС (ГРЩ1) и КЭС (ГРЩ2). В этих постах предусмотрены органы передачи управления в следующий по приоритету пост управления – ГРЩ2 (ЩУК). На мониторе щита управления и контроля (ЩУК) зона постов управления содержит аналогичные три строки, за исключением первой, которая является кнопкой-табло, нажатие которой обеспечивает передачу управления ТС ЭЭС в ПЭЖ (ИНП1.2) при условии, что «зеленым» цветом отображена вторая строка зоны постов управления. Передача управления в ПЭЖ (ИНП1.2) производится после нажатия верхней кнопки-табло в зоне постов управления на мониторе прибора ВШ2; в результате вторая строка приобретает цвет фона («серый»), а первая строка – цвет «зеленый». Панель аварийных и предупредительных сообщений (АПС) является средством общего контроля за появлением АПС. Эти сообщения формируются аппаратурой СУ по аварийно-предупредительным сигналам, поступают от автоматизированных объектов управления и контроля и подразделяются на аварийные сообщения (АС), предуNo. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

• дату и время поступления сообщения; • описание (содержание) события; • количество «несквитированных» сообщений одного типа; • количество общее сообщений одного типа; • виртуальные кнопки квитирования «КВ» для каждого типа сообщений; • одну виртуальную кнопку «Архив АПС». Шаблоны форм «Список АПС» и «Архив АПС» повторяют строки панели аварийных и предупредительных сообщений, в которых отсутствуют: • виртуальная кнопка «Архив АПС»; • количество «несквитированных» сообщений одного типа; • количество общее сообщений одного типа; вводятся значения дата/время «квитирования» сообщений и «нормализации» сигналов. предительные сообщения (ПС) и информационные сообщения (ИС). Все сообщения, фиксируемые аппаратурой СУ ТС, автоматически записываются в архив АПС, создаваемый во ФЛЭШ-памяти процессорного модуля пульта управления. Каждая запись содержит следующие реквизиты: • тип сообщения (ИС, ПС, АС); • дата и время поступления сообщения; • описание (содержание) события; • дата и время «квитирования» сообщения – подтверждение поступления; • дата и время «нормализации» сигнала АПС вследствие устранения причин, вызвавших его появление; • количество общее сообщений одного типа; • количество «несквитированных» сообщений одного типа. Для предотвращения переполнения архива аварийных и предупредительных сообщений вводятся ограничения по количеству записей и текущему времени контроля. Вывод сообщений на мониторы и микропроцессорные панельные станции производится активным функциональным программным обеспечением процессорных модулей ПУ (ФПО СУ ОКС, ФПО СУ ЭЭС и ФПО СУ ГД и РР) в три формы: «панель АПС»; «список АПС» и «архив АПС». Панель АПС, как показано на рисунке 6, содержит три строки, упорядоченные по типам сообщений, в которые автоматически записываются только последние сообщения, обновляемые по мере их поступления. Строки в панели аварийных и предупредительных сообщений являются одинаковыми по типам сообщений и содержат: • обозначение и индикатор типа сообщений (ИС, ПС, АС); 62

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Вызов списка АПС производится оператором по типу сообщений путем двойного нажатия (кликами) в поле «Описание события» панели аварийных и предупредительных сообщений. Список АПС является «выпадающим» и разворачивается на экране монитора под строкой соответствующего типа сообщений. При значительном количестве сообщений основная часть экрана монитора может быть закрыта списком АПС. Сворачивание списка АПС производится повторным двойным нажатием (кликами) в поле «Описание события» соответствующего типа сообщений панели АПС. Вызов видеокадра «Архив АПС» производится с панели АПС или из строки навигации основной части экрана монитора, из которой вызываются все видеокадры системы. Видеокадр «Архив АПС» содержит записи аварийнопредупредительных сообщений, загружаемые в шаблон из архива. Оператору предоставляются возможности: • «квитировать» (подтверждать поступление) сообщения на панели АПС, в списке АПС и на видеокадре «Архив АПС»; • вызывать сообщения из архива в «Список АПС» или видеокадр «Архив АПС»; • производить сортировку сообщений в шаблонах «Список АПС» и «Архив АПС» – по времени, по типу событий, «несквитированных» или «нормализованных». Сообщения автоматически удаляются из панели аварийных и предупредительных сообщений и не вызываются в список АПС, если соответствующие им сигналы «нормализованы» – ликвидированы причины их появления. Значения дата/время «нормализации» сохраняются в архиве АПС.

«Квитирование» поступающих АПС производится нажатием виртуальной кнопки «КВ» на панели АПС, в списке АПС и на видеокадре «Архив АПС». При нажатии на кнопку «КВ» мигание индикатора АПС прекращается, цвет индикатора – не меняется, дата/время «квитирования» записываются в архив АПС. Индикатор АПС начинает снова мигать при поступлении другого (нового) предупреждения или аварийного сообщения.

Выводы 1. Взаимозаменяемость рабочих мест операторов СУ ТС, основу которых составляют универсальные ПУ, обеспечивает эффективную отработку личного состава на постах управления, сокращение численности экипажей и подготовку «универсальных» специалистов, способных в совершенстве выполнять функции управления и контроля техническими средствами с любого поста СУ. 2. Создание универсального ПУ возможно только в цифровой интегрированной системе, принципиальными отличиями которой является единая СОД, содержащая два равнозначных оптоволоконных кольца, размещае- мых на разных уровнях корпуса корабля, разделенных на сегменты коммутаторами, проходящими через все отсеки корабля, к которым основным и резервным каналами подключены абоненты сети: ПУ, СЛТ, ЛСУ и другие автоматизированные ОУК. 3. В составе интегрированной системы должны быть резервированные ПВС, обеспечивающие контроль

работоспособности СОД и передачу пакетов информации в требуемых объемах, а также общие ресурсы и новая организация информационных и управляю- щих потоков между приборами, при которой СОД обеспечивает доступ каждого вычислительного прибора к остальным приборам системы и обмен данными между приборами СУ в соответствии с согласованными протоколами. На общих аппаратных и единых программных средствах интегрированной СУ должно обеспечиваться одновременное функцио- нирование систем управления и контроля ТС ГЭУ, ЭЭС, ОКС и координированное управление ими. 4. Универсальный ПУ должен содержать рациональное сочетание селективных средств представления информации и универсальных средств формирования команд управления, обеспечивающих реализацию всех тех функций, которые предусмотрены для выполнения операторами в каждой функциональной СУ ТС. В составе универсального ПУ должно быть единое ПО и единые видеокадры, обеспечивающие решение всех функциональных задач систем управления ТС ГЭУ, ЭЭС, ОКС и координированное управление ими. 5. Наличие взаимозаменяемых рабочих мест обеспечивает унификацию подготовки операторов и повышает отказоустойчивость интегрированной СУ в повседневных условиях эксплуатации и боевых режимах за счет функционального и структурного резервирования, обеспечения работоспособности любых исправных участков СУ с приборами СОД, в которых есть исправно работающие СЛТ и ПУ.

ЛИТЕРАТУРА 1. Грек Б.В., Сурин С.Н. Комплексная система управления техническими средствами «Фауна» малого артиллерийского корабля «Астрахань» // Морская радиоэлектроника. – 2007. – № 2 (20). – С. 36–41. 2. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. ГОСТ 34.00390; Термины и определения. ГОСТ 34.003-90М. – Комитет стандартизации и метрологии СССР, 1990. – 16 с. 3. Большая советская энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1972. – 3 изд. Т.10. – С. 909. 4. Першиков В.И., Савинков В.М. Толковый словарь по информатике. – М.: Финансы и статистика, 1991. – 543 с. 5. Шилов К.Ю., Сурин С.Н., Грек Б.В. Опыт создания современных интегрированных систем управления надводных кораблей // Морской вестник. – 2009. – № 3 (31). – С. 52–60.

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ НА ТРАССАХ СЕВЕРНОГО МОРСКОГО ПУТИ Эффективное функционирование всех служб, обеспечивающих безопасность мореплавания в арктических морях Российской Федерации, невозможно без создания единой информационно-коммуникационной системы, единого информационного пространства. Несомненно, что развитие информационной составляющей должно проходить в тесной взаимосвязи с развитием всей транспортной инфраструктуры Арктической зоны, а успех и эффективность будет во многом зависеть от последовательного внедрения новейших информационных технологий. Разработка нового оборудования Глобальной морской системы связи при бедствии для обеспечения безопасности (ГМССБ) на основе внедрения цифровых технологий обмена данными, основных принципов стратегии е‑навигации, а также организация многозоновой сети радиосвязи в Арктике позволит существенно повысить уровень информационного обеспечения безопасности плавания на трассах Северного морского пути. ОАО «Центральный научно-исследовательский институт «Курс»* Москва В.В. Ханычев, В.М. Свирский, Д.В. Борисовский

* ОАО Концерн «Моринсис-Агат»

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Реализация современной высокоэффективной и конкурентоспособной системы морского транспорта в Арктике невозможна без надлежащей организации системы обеспечения безопасности мореплавания на трассах Северного морского пути, важнейшей составляющей которой является информационное обеспечение. В последние десятилетия существующая транспортная инфраструктура арктической зоны практически не развивалась и использовала наследие предыдущей эпохи. Грандиозные планы по освоению арктического шельфа, месторождений полуострова Ямал, развитию Сибири и Дальнего Востока потребовали создания новых объектов арктической инфраструктуры, функционирование которых невозможно без создания единой информационнокоммуникационной системы. Основу существующей системы информационного обеспечения арктической зоны составляет сеть береговых арктических радиостанций и элементы Глобальной морской системы связи при бедствии для обеспечения безопасности, в значительной степени исчерпавшие свои возможности и не отвечающие возросшим потребностям транспортных коммуникаций. Поэтому сегодня одной из центральных задач является строительство новых объектов транспортной инфраструктуры, включая объекты телекоммуникаций и связи для обеспечения Северного морского пути.

Развитие ГМССБ как основы информационного обеспечения безопасности мореплавания Глобальная морская система связи при бедствии для обеспечения безопасности, созданная на основе международной конвенции по охране человеческой жизни на море (СОЛАС), являет собой комплекс обязательных технических мер, инфраструктуры и правил для оказа-

ния помощи в аварийных ситуациях в мировом океане и обеспечению безопасности судоходства. Существующее оборудование ГМССБ обеспечивает связь лишь в режиме аналоговой телефонии и телеграфную связь со скоростью 100 бод в режимах УБПЧ (узкополосное буквопечатание) и ЦИВ (цифровой избирательный вызов). В тоже время современные модемы позволяют реализовать скорость передачи данных в полосе телефонного канала (3,1 кГц) до 9600 бит/с, обеспечивая такие современные сервисы как доступ к Интернету, обмен сообщениями по электронной почте. Развитие Глобальной морской системы связи при бедствии для обеспечения безопасности осуществляется в направлении ее модернизации и разработки новых стандартов для судового и берегового оборудования. В соответствии с Рабочим планом по пересмотру и модернизации ГМССБ [1], подготовленным Подкомитетом Международной морской организации по радиосвязи, поиску и спасанию (COMSAR), предусматривается внедрение в данную глобальную систему целого ряда новых систем и электронных технологий, в числе которых • цифровые систем передачи данных; • стратегии электронной навигации (е‑навигации); • расширенный перечень предоставляемых инфотелекоммуникационных услуг. Разработка морской техники, в частности для обеспечения безопасности мореплавания в арктических районах, осуществляется также в рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники». В ходе проведения опытно-конструкторских работ уже сегодня созданы технологии модернизации оборудования для ГМССБ, на основные технические решения получен ряд патентов [2–4]. В дальнейшем на базе этого оборудования планируется реализовать перспективные цифровые технологии

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

передачи данных для системы управления движением судов, а также в интересах обеспечения морской деятельности. В основе оборудования ГМССБ, разрабатываемого в ОАО «ЦНИИ «Курс», лежит технология программируемого радио – SDR (Software-defined Radio), которая позволяет программно реализовать в одном устройстве различные функции, ранее выполнявшиеся отдельными аппаратными модулями, и осуществлять реконфигурацию этого оборудования в зависимости от районов плавания судна, внешней обстановки и решаемых им задач. Одной из составляющих технологии программируемого радио является технология программируемой связной архитектуры – SCA (Software Communications Architecture). Она предполагает создание аппаратных модулей на принципах открытой модульной архитектуры со стандартными интерфейсами и единой операционной средой и обеспечивает автоматическое распознавание подключаемых модулей и конфигурирование оборудования. Второй составляющей технологии программируемого радио SDR является технология распределенного информационного взаимодействия на базе объектноориентированного программного обеспечения (рис. 1). Она обеспечивает взаимодействие аппаратных модулей

оборудования ГМССБ между собой и другим судовым оборудованием, а также реализует «дружественный» интерфейс взаимодействия оборудования с оператором. Успешному внедрению новых принципов организации ПВ/КВ‑радиосвязи в арктических районах могут способствовать работы по развертыванию на территории России многозоновой информационной сети (рис. 3). Принцип организации такой сети основан на создании локальных зон радиусом 100–200 км, внутри которых информационный обмен осуществляется в средневолновом диапазоне. Каждая зона имеет базовую станцию, обеспечивающую радиосвязь между зонами и удаленными абонентами по коротковолновым или спутниковым каналам связи. При этом для организации коротковолновых каналов связи могут использоваться удаленные ретрансляторы. Для организации многозоновой радиосети в интересах создания единого информационного пространства в акватории арктических морей и районах Крайнего Севера может быть использован научно-технический задел по созданию основных типов судового оборудования ГМССБ, разработанных в рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники». Также возможно использование технических решений, изложенных в работе [10].

Рис. 1. Технология распределенного информационного взаимодействия 66

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Рис. 2. Схема зон покрытия спутников системы ИНМАРСАТ

Новые технологии в системе передачи инфор‑ мации по безопасности мореплавания

Идеология построения системы NAVDAT базируется на средствах существующей службы NAVTEX (навигационный телекс), входящей в состав Глобальной морской сиДругим направлением развития информационно-ком- стемы связи при бедствии для обеспечения безопасности муникационный структуры Северного морского пути и отличается от нее использованием цифровых режимов является обеспечение передачи информации по безо- передачи данных. Условные места размещения передатпасности мореплавания и морской безопасности (охра- чиков систем NAVTEX/NAVDAT показаны на рисунке 3. ны) в СВ/ПВ/КВ‑диапазонах в направлении «берег‑суд- Судовой приемник службы NAVTEX, разработанный ОАО но» с помощью перспективной цифровой системы «ЦНИИ «Курс», также построен на основе технологии NAVDAT. Основные характеристики данной системы обо- программируемого радио SDR и поэтому может быть исзначены в последних рекомендациях Международного пользован для создания перспективного оборудования, союза электросвязи [5]. работающего в системе NAVDAT. Российская Федерация является ответственной за подNAVDAT предусматривает передачу более широкоготовку и распространение информации по безопасности го спектра навигационной информации (по сравнению мореплавания (ИБМ) на районы НАВАРЕА/МЕТАРЕА XX с NAVTEX), в частности: и XXI в Арктике, и в частности на трассах Севморпути.  • метеорологической информации и карт погоды, Начиная с 2000 года. Российская Федерация осуществляморских карт и извещений мореплавателям в заданет передачу информации по безопасности мореплавания ных районах в цифровом формате с возможностью через подспутниковые зоны спутниковой системы связи оперативной корректуры карт и их передачей в отИНМАРСАТ в Индийском и Тихом океанах. Вместе с тем изкорректированном виде; за ограничения зоны действия этой системы на значитель• ледовой информации и ледовых карт, а также инфорных по протяженности участках трасс Северного морского мации по айсбергам, что позволяет компетентным пути информация по безопасности мореплавания не доадминистрациям информировать мореплавателей ступна. Границей зоны обслуживания спутниковой системы о движении айсбергов, давать более точных рекосвязи ИНМАРСАТ считается кривая, для каждой точки котомендации выбора пути, проведению ледокольных рой угол возвышения спутника больше 5° (рис. 2). операций и т. д.; Зона охвата спутников системы ИНМАРСАТ Индийско• портовой и лоцманской информации; го и Тихого океанов имеет разрыв рабочей зоны в вос• информации службы управления движением судов точной Арктике на участке примерно от 100 до 140° в. д. (СУДС): рекомендованные маршруты, скорость хода Поэтому развитие СВ/ПВ/КВ‑систем, обеспечивающих на подходных путях и в особых зонах, судовой традоведение до судов информации по безопасности морефик в зоне СУДС и т. д.; плавания за пределами зоны обслуживания спутниковой • информации относительно поиска и спасания. системы ИНМАРСАТ, является особенно актуальным. No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Применение принципов электронной навигации (е‑навигации) Внедрение перспективных цифровых систем обмена данными в СВ/ПВ/КВ‑диапазонах в дополнение к спутниковым системам связи позволит создать единое информационное пространство и реализовать на трассах Северного морского пути основные принципы стратегии электронной навигации (е‑навигации) [6]. Создание единой информационной среды для судов и береговых служб будет способствовать не только расширению предоставляемых судоводителям информационных сервисов, но и благодаря обеспечению глобального контроля снижению негативного влияния человеческого фактора на безопасность мореплавания и повышению эффективности спасательных операций. Судоводители получат возможность планировать рейс с учетом всех необходимых для этого данных (актуальные морские навигационные карты, метеорологическую информацию, рекомендации по выбору пути и т. п.). Развитие технологий e‑навигации сделает возможным обнаружение, идентификацию и точное сопровождение судов за преде-

Рис. 3. Схема организации связи Северного морского пути 68

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

лами зон действия существующих систем управления движением судов. Работа в указанном направлении также проводится в ОАО «ЦНИИ «Курс» [7–9], в том числе разработан ряд образцов судового навигационного оборудования и оборудования для служб управления движением судов. Кроме того, разработана система информационного обеспечения судоводителей, которая позволяет собирать важную для навигации информацию от различных служб и передавать ее на суда, при этом осуществляя контроль дислокации.

Заключение Разработка и внедрение нового оборудования Глобальной морской системы связи при бедствии для обеспечения безопасности на основе цифровых технологий обмена данными, основных принципов стратегии е‑навигации, а также организация многозоновой сети радиосвязи в Арктике позволит существенно повысить уровень информационного обеспечения безопасности плавания на трассах Северного морского пути.

Рис. 4. Антенное оборудование систем спутниковой связи Инмарсат и навигационных систем

ЛИТЕРАТУРА 1. Материалы 17‑й сессии Подкомитета по связи, поиску и спасанию, ИМО: документы COMSAR 17 / 4. – COMSAR. ‑ 16/17. ‑ Annex 2) 2. Патент на изобретение № 2473812 / Клячко Л. М., Дулькейт И. В., Свирский В. М., Патронов К. С. Автоматизированная система связи. Опубл. 27.01.2013. 3. Патент на полезную модель № 133992 / Мартынов А. В., Клячко Л. М., Дулькейт И. В., Патронов К. С., Свирский В. М., Черненко А. В. Радиостанция. Опубл. 27.10.2013. – Бюл. № 30. 4. Патент на полезную модель № 141383 / Мартынов А. В., Клячко Л. М., Дулькейт И. В., Патронов К. С., Свирский В. М. и др. Автоматизированный комплекс связи. Опубл. 10.06.2014. 5. Рекомендация Международного союза электросвязи (Сектор радиосвязи), ITU-R. ‑ М., 2010. 6. Материалы 85 сессии Комитета по безопасности мореплавания ИМО. ‑ MSC 85/26/Add.1. ‑ Annex 20. 7. Программная часть компонентов обеспечения e‑навигации в области формирования, передачи, анализа и хранения данных, передаваемых по электронной почте в форматах, предусмотренных Резолюцией ИМО № 60/Борисовский Д. В., Николаев Ю. Л. ‑ Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2014613765 от 07.04.2014. 8. Пакет программ обслуживания базы данных для действующего макета программной части специализированной системы обмена информацией между судами и береговыми службами / Борисовский Д. В., Николаев Ю. Л. ‑ Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2009610934 от 11.02.2009. 9. Борисовский Д. В., Николаев Ю. Л., Козлов Д. Н. Компоненты обеспечения e‑навигации для дополнения интегрированных систем для морских судов и судов «река-море» // Проблемы развития корабельного вооружения и судового радиоэлектронного оборудования. ‑ 2013. ‑ № 2. 10. Хазан В. Л., Дулькейт И. В. Сеть мобильной автоматической радиосвязи с открытым доступом для арктического региона России // Морские информационно-управляющие системы. – 2014. ‑ № 1 (4).

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

ЦЕНТР КОМПЕТЕНЦИЙ ОАО «КОНЦЕРН «МОРИНСИС-АГАТ» Новая операционная модель функционирования интегрированной структуры на основе продуктово-клиентских дивизионов предусмотрена разработанной «Стратегией развития ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»» до 2022 года». Центры компетенции, которые создаются в концерне, согласуются с основными достижениями в его деятельности и направлениями его развития.

Создание центров компетенции – не самоцель, а отражение того факта, что современное предприятие, тем более занимающееся производством продукции военного назначения, должно обеспечивать полный цикл существования изделия, включая НИОКР, производство, маркетинг, а также поддержку, сервис и в конечном счете, утилизацию изделия.

Новый продуктовый ряд, создаваемые за счет возможностей ФЦП Основные направления научно-технического развития Концерна

Центры компетенции

Территориально-производственные сектора деятельности Концерна Отрасли экономики страны (развитие, модернизация)

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Решаемые задачи: • Привлечение заказов в концерн от предприятий других отраслей промышленности, расположенных на этой территории; • Подготовка и использование кадрового потенциала данной территории, прежде всего, молодых специалистов (т. к. в создании территориально-производственных кластеров участвуют федеральные университеты и другие ВУЗы, расположенные на этой территории). • Расширенние старых и формирование новых рынков на данных территориях.

Стратегия инновационного развития

Основным (объединенным) центром компетенции ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» является центр, созданный на площадке завода «Салют», которая фактически стала постоянно действующей экспозицией последних инновационных достижений концерна. Площадка Центра компетенций позволяет демонстрировать как натурные экспонаты и масштабные макеты изделий, так и проводить интерактивные показы с применением современных средств мультимедиа. В настоящее время в Центре компетенций представлена продукция предприятий концерна и его стратегических партнеров по следующим направлениям деятельности: • интегрированная многофункциональная радиоэлектронная система; • интегрированная система боевого управления; • гидроакустика; • ракетные комплексы; • радиоэлектронные системы и комплексы; • скоростной флот и экранопланы. Учитывая, что при создании Центра компетенций была заложена возможность модульного изменения экспозиции, данная площадка позволяет в короткий срок обеспечить возможность демонстрации продукции любого направления. No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

А.А. Боровская, Д.Н. Михайлов, С.А. Мун, И.И. Пушкарев, Н.С. Сергеенко

УЧАСТИЕ СТУДЕНЧЕСКОЙ КОМАНДЫ МГУ ИМ. АДМ. Г. И. НЕВЕЛЬСКОГО

В МЕЖДУНАРОДНЫХ СОРЕВНОВАНИЯХ ПО ПОДВОДНОЙ РОБОТОТЕХНИКЕ Сегодня в мире проводится множество командных соревнований, направленных на развитие технического творчества молодежи. Подобные мероприятия, с одной стороны, способствуют повышению качества профессиональной подготовки, приобретению различных навыков, а с другой, повышают мотивацию школьников и студентов к изобретательской и рационализаторской деятельности. Для участия в International MATE ROV Competition командам необходимо разрабатывать телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА), способные выполнять задачи по исследованию подводных вулканов, спасению подводных лодок, ликвидации последствий аварии на нефтяной платформе и др. Кроме того, они должны продемонстрировать свою инженерную квалификацию, представив на суд жюри технический доклад объемом 25 страниц. Участие в этих соревнованиях способствует повышению уровня профессиональной подготовки специалистов, способных решать сложные научные и технические задачи, связанные с подводной робототехникой. Подготовка студенческой команды к соревнованиям – это проект, результатом которого становится уникальный продукт (новый ТНПА и новая команда). Цели проекта обозначены, сроки и ресурсы ограничены. Такой подход позволяет использовать в деятельности многие инструменты проект72

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

ного менеджмента, а также транслировать проектный метод при организации работы студентов. Разработанный студентами и курсантами МГУ им. адм. Г. И. Невельского ТНПА «Alien Ghost» весит 20 кг, имеет габариты 700х500х415 мм и может выполнять следующие функции: сонарную съемку, видеосъемку, измерение габаритов донных объектов, проникновение в корпус затонувших судов, подъем различных предметов со дна, замену строчных датчиков, измерение проводимости воды, сбор образов бактериального слоя и др. Все системы аппарата, кроме движителей и манипулятора, были разработаны силами команды. Но даже для движителей и манипулятора платы управления были спроектированы и изготовлены студентами. В 2014 году международные соревнования были посвящены исследованию затонувших кораблей в озере Гурон. Соревнования проводились в Национальном морском заповеднике г. Алпена (штат Мичиган, США) 26–28 июня

Команда МГУ им. адм. Г. И. Невельского с ТНПА «Alien Ghost»

и собрали более 30 команд из 11 стран мира. С учетом региональных отборочных туров для всех четырех категорий участников (младшие, средние, старшие школьники и студенты) в соревнованиях приняло участие более 600 команд. Команда МГУ впервые участвовала в международных соревнованиях и сразу же попала в пятерку лидеров. Кроме команды Морского университета из России на соревнования прибыли студенты из Дальневосточного федерального университета и Московского государственного технического университета им. Баумана. Команды из этих вузов приехали на International MATE ROV Competition в седьмой и пятый раз соответственно. У них уже есть созданные в прошлые годы модели роботов и опытные команды. (Для справки: Команда ДВФУ, ранее команда ИПМТ ДВО РАН, впервые приняла участие в соревнованиях в 2008 году и заняла 8-е место, а команда МГТУ им. Баумана – в 2010‑м и заняла только 22-е место). В нынешних соревнованиях МГТУ им. Баумана занял 2‑е, ДВФУ – 3‑е, а МГУ им. адм. Г. И. Невельского – 4-е место. Победителем, как и в 2013 году, стала команда Jesuit High School (Калифорния, США). При этом команда МГУ превзошла прошлогодние результаты участников из МГТУ (8-е место) и ДВФУ (7-е место), обойдя представителей ведущих университетов Гонконга, США, Канады, Великобритании, Норвегии и других стран. Генеральным спонсором команды МГУ им. адм. Г. И. Невельского является открытое акционерное общество «Концерн «Моринформсистема-Агат».

Место проведения соревнований – Национальный морской заповедник г. Алпена (штат Мичиган, США)

Проект аппарата «Alien Ghost» No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ БОКОВОГО ОБЗОРА ДЛЯ АВИАЦИИ СЕВЕРНЫХ ШИРОТ С утверждением Президентом РФ «Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года» начался новый этап в освоении северных территорий. В ходе решения задач по разработке уникальных природных ресурсов, социально-экономического развития и обеспечения национальной безопасности в этом регионе особое значение приобретает многолетний опыт эксплуатации радиолокационных станций в суровых условиях Заполярья. Современные бортовые радиолокационные средства, предназначенные для наблюдения земной и водной поверхностей, представляют в настоящее время одну из активно развивающихся областей радиолокационной техники. Достигнутый в этом направлении прогресс позволил обеспечить мониторинг земной поверхности с высокой разрешающей способностью, сравнимой с возможностями оптических средств. Начало этой технологии в ра-

диолокации было положено открытием в середине прошлого столетия принципов бокового обзора в самолетных радиолокационных станциях (РЛС), что существенно продвинуло возможности мониторинга поверхности Земли с летательных аппаратов. Использование бокового обзора сняло ограничения углового разрешения, обусловленные малыми размерами антенных систем панорамных РЛС, и конструктивно позволило размещать их на само-

ОАО «Научно-производственное предприятие «Радар ммс»* Санкт-Петербург И.Г. Анцев, С.В. Арсенов, В.Г. Елфимов * участник технологической платформы «Освоение океана»

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

летах. Разрешающая способность по азимуту возросла почти на порядок. В сочетании с накоплением большого числа отраженных сигналов в пределах малого элемента разрешения это позволило получить радиолокационное изображение, по качеству близкое к аэрофотоснимку. В дальнейшем разработка методов синтезирования искусственного антенного раскрыва сделала возможным резко увеличить разрешающую способность, которая при оптимальной обработке траекторного сигнала могла достичь предельного значения, не зависящего от дальности. В ряде случаев изображения, полученные радиолокационными станциями бокового обзора, по информативности превосходят аэрофотоснимки [1]. Очень важным преимуществом следует считать независимость от погодных условий и времени суток, что особенно важно для северных широт ввиду значительного по продолжительности периода отсутствия солнечного освещения. Создание радиолокационной станции с синтезированной апертурой (РСА) открыло огромные возможности радиовидения Земли с летательных аппаратов, включая спутники. Радиолокационные изображения, полученные с помощью радиолокаторов с синтезированной апертурой, эффективно используются в различного рода технологиях наблюдения за земной, водной и ледовой поверхностью [2]. Следует особо отметить, что благодаря возможности синтезировать весьма протяженные антенные раскрывы, появилась возможность освоения динноволновых областей радиочастотного спектра. Это дополнительно расширяет возможности работы через оптически непрозрачные среды и позволяет наблюдать различного рода объекты, заглубленные в пресную воду, снег и лед [3]. Казалось бы, что все достаточно просто. Однако потребовалось почти полвека, чтобы практически реализовать все аспекты бокового обзора и получить детальное высококачественное радиолокационное изображение в реальном временном масштабе и без потерь предоставить его потребителям. По сути, это было начало нового направления в самолетной радиолокации. Радиолокационная станция бокового обзора существенно отличается от обычных панорамных РЛС кругового и секторного обзора как по принципу работы, так и по методам построения. Приходилось решать целый ряд принципиально новых теоретических, схемно-технических, конструкторских и технологических задач. Полярники были одними из первых, кто оценили по достоинству преимущества радиолокационных станций бокового обзора. По мнению сотрудников Полярного управления гражданской авиации, РЛ-станции бокового обзора могли бы решить вопросы инструментальной ледовой разведки с целью обеспечения проводки караванов судов в полярном бассейне Арктики [4]. Сотрудниками ОАО «НПП «Радар ммс» были разработаны и изготовлены первые в стране образцы радиолокационной станции бокового обзора «Торос», которыми были оборудованы три самолета

Рис. 1. Радиолокационное изображение ледового покрова Станции «Торос» эффективно использовались для инструментальной ледовой разведки в арктических морях с целью обеспечения проводки караванов судов, составления долгосрочных прогнозов и проведения научных исследований. полярной авиации АН‑24 в варианте ледового разведчика. Возможность проведения обзорных и навигационных разведок независимо от метеоусловий, в любое время суток, особенно в период полярной ночи, открывала перспективу организации круглогодичного мореплавания в центральном полярном бассейне Арктики, Беринговом и Охотском морях. Исключительный интерес к этому изделию был проявлен ВМФ МО в интересах обеспечения боевого дежурства атомного подводного флота в Арктике. В целях продолжения работ по созданию последующего поколения радиолокационных станций бокового обзора на предприятии «Радар ммс» было принято решение о создании изделия «Нить» – системы авиационной разведки со средствами передачи радиолокационной информации на наземные и ледокольные пункты для решения различного рода задач. Радиолокационная станция бокового обзора «Нить» в отличие от систем предыдущего поколения обеспечивала съемку земной поверхности при различных поляризациях зондирующего сигнала, трансляцию радиолокационного изображения на наземные (а также судовые, в частности ледокольные) приемные пункты по широкополосному каналу связи на дальность до 300 км и оперативную географическую привязку радиолокационных изображений с целеуказанием по объектам. Аппаратурой «Нить-С» были оборудованы самолеты ИЛ‑24 Н, аппаратурой «Нить-Л» – ледоколы «Сибирь», «Арктика», «Россия». Изделие «Нить» отмечено в Международном справочнике Крамера по аэрокосмическим средствам мониторинга No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 2. Антенна радиолокационной станции бокового обзора «Нить» Земли. «Нить» продолжила работы, начатые «Торос» в интересах народного хозяйства. Неоднократно использовалась в экстремальных ситуациях: обеспечивала поход дизель-электрохода «Капитан Мышевский» под проводкой атомного ледокола «Сибирь» высокоширотным маршрутом из Мурманска до Берингова пролива, участвовала в аварийно-спасательных работах по выводу рыболовецких судов из ледового плена, обеспечивала ледовой информацией высокоширотную экспедицию на атомном ледоколе «Сибирь» по спасению полярников станции СП‑22. На предприятии продолжалась отработка технологий использования радиолокационной съемки в различных областях применения, в частности для целей: • выполнения ледовой разведки и обеспечения проводки судов в полярном бассейне Арктики; • проведения геологического картирования в целях поиска полезных ископаемых; • поиска мест катастроф на больших площадях с выдачей точных географических координат; • проведения аварийно-спасательных работ. В соответствии с этим был разработан комплекс аппаратуры, который обеспечивал использование цифровых методов обработки, отображения, регистрации и тран76

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Рис. 3. Комплекс приемопередающей аппаратуры радиолокационной станции бокового обзора «Нить» сляции радиолокационной информации. Выполненные работы дали возможность существенно модернизировать РЛ-станцию бокового обзора «Нить», внедрив цифровые методы первичной и вторичной обработки радиолокационной информации. Эти работы нашли свое отражение в создании самолетной РЛ-станции бокового обзора нового поколения «Айсберг», которой предполагалось оснастить самолет ИЛ‑76 МДПС (магистральный дальний поисково‑спасательный), с целью его использования в ин-

тересах ряда ведомств, в частности в арктических регионах. Параллельно с работами над «Айсбергом» возникло предложение по созданию длинноволновой РЛС БО. Таким образом, появился комплекс мониторинга земной поверхности «Айсберг-Разрез» с цифровой обработкой радиолокационных сигналов по различным признакам, отображением комплексно-обработанной радиолокационной информации на цифровых мониторах телевизионного типа и цифровой регистрацией на магнитных носителях. Данная РЛС обеспечивала работу как в режиме с использованием физического раскрыва, так и в режиме радиолокационной станции с синтезированной апертурой. При этом обеспечивались обработка радиолокационных сигналов обоих локаторов в цифровой форме в реальном масштабе времени с получением изображений на бортовых индикаторах, а также совместная регистрация траекторного сигнала на магнитных носителях в цифровой форме для последующей более полной комплексной наземной обработки. Комплекс сопрягался со спутниковой системой навигации и обеспечивал высокоточную географическую привязку. Полностью цифровое представление РЛ-информации при ее обработке и регистрации обеспечивало гибкое совмещение с каналами трансляции по узкополосным цифровым каналам. Созданным комплексом радиоэлектронного оборудования был оснащен самолет АН‑24. Цифровая обработка радиолокационного сигнала по динамическому диапазону, поляризационным, спектральным и фазовым признакам позволяла обеспечить получение высокоинформативного радиолокационного изображения. Вторичная цифровая обработка информации совместно с навигационной, включая информацию от спутниковой системы, и другими дополнительными данными – точную географическую привязку РЛ-изображения, использование технологии электронных карт и точное обеспечение прокладки маршрутов самолетовождения при выполнении различных видов радиолокационной съемки на больших площадях. Отображение

комплексно обработанной информации на цифровых индикаторах и регистрация в цифровом виде на различного рода носителях позволяют предоставить ее в формах, наиболее удобных для пользователя. Реализация режима поляризационной селекции при круговой поляризации излучаемого сигнала существенно повышает вероятность обнаружения различных объектов по их поляризационному «портрету». Анизотропная составляющая сигнала в этом режиме подавляется на порядок.

Рис. 4. Самолет-лаборатория Ил-114 с антеннами радиолокационной станции бокового обзора «Айсберг»

Рис. 5. Самолет-лаборатория ИЛ-114 с антеннами радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны бокового обзора «Разрез» No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Двухчастотная радиолокационная станция бокового обзора поколения «Айсберг-Разрез» [5] обеспечивает обнаружение и оценку классов зондируемых объектов, целеуказание с точным измерением координат, точное измерение скорости подвижных целей, получение опорных радиолокационных изображений для корреляционных методов наведения средств высокоточного оружия. В данной РЛ-станции БО обеспечена трансляция на наземный центр комплексно обработанной радиолокационной, навигационной и другой дополнительной информации. Наземный центр обеспечивает прием, полный цикл вторичной обработки информации, задачи по обеспечению формирования полетных заданий. Разработанный комплекс позволяет успешно решать следующие задачи: • обнаружение различного рода техники и инженерных сооружений на суше и всех классов кораблей на море, включая малоразмерные; • точное измерение координат обнаруженных объектов с использованием спутниковых систем навигации; • оценку скорости подвижных целей и водных течений по измерениям фазовых соотношений с точностью до сотой доли радиана; • наблюдение различного рода аномальных явлений на водной и ледяной поверхностях; • точную географическую привязку РЛ-изображения при вторичной цифровой обработке с использованием технологии электронных карт и обеспечение прокладки маршрутов самолетовождения при выполнении различных видов радиолокационной разведки на больших площадях; • трансляцию РЛ-изображения и сопутствующей информации после вторичной обработки на наземные и корабельные пункты приема практически в реаль-

Рис. 6. Бортовая система повышения ситуационной осведомленности «Видимость-2000» 78

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

ном временном масштабе через стандартные каналы связи; • обнаружение терпящих бедствие людей в Арктике, укрывшихся под толщей снега или блоков изо льда. Расширение возможности оперативного зондирования заданного конкретного региона Земли из космоса требует значительного увеличения группировки специальных спутников разведки. До настоящего времени остается актуальным проведение разведки в реальном масштабе времени с применением пилотируемой авиации, а также беспилотных летательных аппаратов , оборудованных радиолокационными станциями с синтезированной апертурой бокового обзора. На фоне высокой стоимости полетов крупногабаритных самолетов актуальна идея создания РЛ-станций БО для малогабаритных воздушных систем, цена на которые, а также стоимость их эксплуатации в несколько раз ниже. «Радар ММС» удалось создать малогабаритную радиолокационную станцию с синтезированной апертурой бокового обзора на базе серийно производимых предприятием малогабаритных когерентных РЛС. Это успешно сочеталось с созданием новых унифицированных изделий по основной тематике. Оборудование радиолокационной станции с синтезированной апертурой системой радиолокационного видения позволяет значительно расширить возможности разведки динамики ледяных покровов. На базе научно-технического задела предприятия был сформирован технический облик комплекса аппаратуры малогабаритной и легкой двухчастотной РСА БО с использованием

Рис. 7. Экспозиция ОАО «НПП «Радар ммс» на Международном военно-морском салоне-2013

Рис. 8. Беспилотный вертолет «Бриз» серийных и разработанных элементов, выполнены исследования по улучшению технических характеристик, прежде всего повышения разрешающей способности [6]. Проработка построения, формирование технического облика и анализ возможностей комплекса малогабаритной двухчастотной радиолокационной станции с синтезированной апертурой бокового обзора, предназначенной для размещения на легких летательных аппаратах и в контейнерах различных модификаций, показали высокую степень готовности предприятия к изготовлению опытного образца комплекса с современными тактико-техническими характеристиками и введению его в эксплуатацию в короткие сроки с минимальными затратами. Выполненная работа получила одобрение со стороны заказчика и вызвала активный интерес у специалистов. Беспилотники с длительными полетом, вместительными отсеками для полезной нагрузки и мощными бортовыми источниками электропитания позволяют использовать радиолокационную аппаратуру, обеспечивающую широкий обзор при высокой разрешающей способности. Благодаря уменьшению размеров и массы бортовой аппаратуры стала возможной установка на беспилотные летательные аппараты достаточно сложной малогабаритной радиолокационной станции с синтезированной апертурой бокового обзора, обеспечивающей расширение спектра применения такого типа беспилотных летательных аппаратов [7].

Предложенные технические решения создания аппаратуры на существующей элементной базе в малогабаритном исполнении позволяют [8, 9]: 1. Повысить потенциал и, соответственно, дальность действия радиолокационной станции с синтезированной апертурой за счет длительных зондирующих посылок с использованием составных комплиментарных кодов. 2. Увеличить разрешающую способность по дальности за счет расширения спектра сигнала до предельной полосы пропускания антенны путем многочастотного когерентного излучения с использованием небольших полос и низких частот видеосигнала, упрощающих последующую цифровую обработку РЛ-сигналов. 3. Получить приемлемую точность путем комплексирования данных бесплатформенной инерциальной системы, обеспечивающей формирование практически оптимальной синтезированной диаграммы и, следовательно, высокой разрешающей способности. 4. Сократить требуемую для получения высокого разрешения производительность за счет преднакопления и сужения полосы частот видеосигнала, а также возможности достаточно просто и в больших пределах изменять требуемое разрешение при изменении полосы обзора. No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 9. Мини-РЛС обеспечения посадки

Следующим этапом стала разработка автономной бортовой радиолокационной станции «Видимость» ближнего радиуса действия с высокой разрешающей способностью. Она предназначалась для использования при заходе на посадку самолетов в отсутствие визуальной видимости взлетно-посадочной полосы в условиях 2-й и 3‑й категорий метеоминимума ИКАО1 (в тумане, смоге, дыму и т. п.). Бортовая радиолокационная станция обеспечивает индикацию радиолокационного изображения контура взлетно-посадочной полосы, стабилизированного относительно вектора путевой скорости, центральной линии радиолокационного изображения взлетно-посадочной полосы и точки посадки. Благодаря этому в распоряжении пилота оказывается вспомогательное средство для контроля глиссады и бокового положения воздушного судна относительно посадочной траектории на ее конечном этапе. При этом устраняется или снижается эмоциональное перенапряжение, возникающее у пилотов при посадке в сложных метеоусловиях при отсутствии визуальной видимости взлетно-посадочной полосы. Кроме того, Международная организация гражданской авиации (от англ. ICAO – International Civil Aviation Organization) – специализированное учреждение ООН, устанавливающее международные нормы гражданской авиации и координирующее ее развитие с целью повышения безопасности и эффективности. 1

Рис. 10. Контейнерная бортовая радиолокационная станция

Рис. 11. Экспозиция ОАО «НПП «Радар ммс» на Международном авиационно-космическом салоне-2013 80

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

При отказе наземных инструментальных посадочных систем РЛ-станция «Видимость» позволяет осуществить контроль посадочной траектории и оценить возможность выполнения посадки. «Видимость» выполняет функции контроля наличия препятствий на взлетно-посадочной полосе, руления и разбега воздушного судна вдоль оси полосы в условиях отсутствия или недостаточной дальности визуальной видимости полосы [10,11]. Возможно обнаружение взлетно-посадочной полосы при отсутствии визуального контакта с окружающей местностью, например, когда полоса и окружающая местность покрыты снегом, РЛС «Видимость» обеспечивает режим работы с маяками-ретрансляторами. В данной радиолокационной станции используется электронное сканирование луча антенны, обеспечивающее быструю смену информации; предусмотрено сопряжение с системами цветной телевизионной индикации, которые входят в состав современных бортовых комплексов, а также с системой индикации на лобовом стекле. Конструкция антенны

бортовой РЛС «Видимость» позволяет размещать ее в носовом отсеке совместно с антеннами других радиолокационных станций. Научно-технический задел по разработке активного миллиметрового радиолокационного канала используется в ОАО «НПП «Радар ММС» для проведения разработок по основному, генеральному тематическому направлению. Возможно использование основных элементов РЛС «Видимость» для создания малогабаритных радиолокационных станция бокового обзора, размещаемых на беспилотных летательных аппаратах легкого класса, самолетного и, в особенности, вертолетного типов [12,13]. В настоящее время ОАО «НПП «Радар ММС» располагает научно-техническим заделом и аппаратурной реализацией всех составляющих элементов, удовлетворяющих современным требованиям и способным эффективно выполнять свои функции. Изделия, изготовляемые на ОАО «НПП «Радар ММС», могут быть более эффективно применены в составе авиационно-технических комплексов, используемых для освоения территорий, непосредственно выходящих к арктическим морям.

ЛИТЕРАТУРА 1. Елфимов В.Г. Применение самолетной двухчастотной РЛС БО в системе комплексного контроля за состоянием трубопроводного транспорта // Симпозиум и международная специализированная выставка «Энергетика‑95». – СПб., 1995. 2. Анцев Г.В., Елфимов В.Г., Сарычев В.А. Об опыте использования авиационных радиолокационных средств при мониторинге земной и водной поверхностей // Мониторинг. – 1996. – № 1. 3. Елфимов В. Г. Техническое оснащение единой государственной системы оперативного сбора и обработки радиолокационной информации о состоянии обширных регионов земной и водной поверхностей // Труды всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». – СПб, 1998. – Вып. 1. 4. Анцев Г.В., Елфимов В.Г., Сарычев В.А. Обеспечение радиолокационной разведки современными средствами радиовидения // Материалы научно-технической конференции в/ч 48254 МО РФ. – 1999. 5. Елфимов В.Г. Области применения двухчастотной самолетной РЛС бокового обзора нового поколения «Айсберг-Разрез» // Радиопромышленность. – 1999. – Вып. 4. 6. Анцев Г.В. Мониторинговые радиоэлектронные системы для ВМФ и двойные технологии / Г. В. Анцев, В. Г. Елфимов, В. А. Сарычев, А.А. Тупиков, Л.С. Турнецкий // Морская радиоэлектроника. – 2002. – № 2. 7. Анцев Г.В., Балашов В.М. Состояние и перспективы использования новых материалов и технологий для антенных систем бортового радиоэлектронного оборудования // Вопросы радиоэлектроники. – 2013. -Вып. 2. – С. 5–15. 8. Анцев И.Г. Фазовая корреляция в задачах регистрации радиолокационных изображений // Вопросы радиоэлектроники. – 2013. – Вып. 2. – С. 15–28 9. Чередеев К.Ю., Пустовалов А.В., Еникеев Е.Р., Зограбян М.К., Семенова Е.А., Черников А.А. Метод идентификации объектов при использовании режимов высокого разрешения // Вопросы радиоэлектроники. – 2013. – Вып. 2. – С. 28–41. 10. Ганов С.В. Алгоритмы обработки информации в РЛС контроля территории 3 мм диапазона / С.В. Ганов, Т.М. Ганова, В.А. Климентьев, И.Р. Карпова // Вопросы радиоэлектроники. – 2013. – Вып. 2. – С. 46–51. 11. Анцев И.Г. Пути построения РЛС для малогабаритной системы обеспечения взлетно-посадочных операций / И. Г. Анцев, С. В. Ганов, В.А. Климентьев, В.В. Селькин // Радиопромышленность. – 2012. – Вып. 4. – С. 55–65. 12. Анцев Г.В., Петров В.А. Методика оценки возможности оснащения поверхности земли из космоса и ее применение для арктических широт // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. – СПб. – 2011. – № 3. – С. 37–43 13. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Борисов Е.Г. Управление режимами обнаружения РЛС в процессе вторичной обработки радиолокационной информации // Сб. докладов научно-технической конференции «Состояние, проблемы и перспективы создания корабельных информационно-управляющих комплексов». – М.: ОАО «Концерн «Моринсис-Агат». – 2012.

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

МАЛЫЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ В ОСВОЕНИИ АРКТИКИ

Транспортные перевозки по Северному морскому пути требуют разработки дополнительных мер обеспечения безопасности судоходства, поскольку акватория, по которой он пролегает, покрыта льдом большую часть года. Министерством транспорта РФ в 2013 года были разрабо‑ таны и утверждены Правила плавания в акватории Севморпути, согласно которым допускается плавание судов не только арктических ледовых категорий, но и с категориями ледовых усиле‑ ний iсе1‑iсе3, а также судов без ледовых усилений в период с 1 июля по 15 ноября. Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского* Институт проблем морских технологий ДВО РАН О.А. Букин, Д.Г. Ляхов *участник Технологической платформы «Освоение океана»

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Морские перевозки в Арктике связаны с дополнитель‑ ными рисками, которые вызваны, с одной стороны, осо‑ быми условиями движения судна при наличии ледового покрова, и с другой стороны, особой чувствительностью арктических экосистем к техногенному загрязнению мор‑ ской среды. Ледовая обстановка даже в благоприятный период остается сложной, а вопрос проходимости льда является основным для мореплавателей. Средняя тол‑ щина льда по трассе Северного морского пути (СМП) составляет около 2 метров; преобладающая его сплочен‑ ность в зимний период в арктических морях достигает максимальных значений (9–10 баллов). Основным факто‑ ром при оценке проходимости становится информация о распределении толщины льда на пути движения судна. В общем случае администрация СМП предоставляет капитану навигационные рекомендации по результатам периодической ледовой разведки и множество других данных, однако комплексные обобщенные ледовые карты не могут отразить реальные показатели ледовых харак‑ теристик на пути плавания судна. Поэтому судоводитель должен в процессе плавания уточнять их, пользуясь для этого всеми доступными ему средствами. В последнее время таким доступным средством уточне‑ ния ледовой обстановки стали малогабаритные беспилот‑ ные летательные аппараты, функциональные возможности которых заметно выросли. Хотя по набору инструментов ведения ледовой разведки пилотируемые авиационные комплексы на базе Ил‑18 и радиолокационные системы бо‑ кового обзора с синтезированной апертурой типа «Нить-К» существенно превосходят любые известные на сегодня беспилотные аппараты, следует признать, что с конца 80‑х такая аппаратура не эксплуатируется в Арктике. Пилоти‑ руемые вертолеты судового базирования для целей ледо‑ вой разведки в сравнении с беспилотными уже не имеют принципиального превосходства по техническим харак‑ теристикам. Например, радиус действия беспилотного аппарата «Горизонт Эйр S‑100» (испытан в мае 2013 года с ледокола «Капитан Сорокин») сравним с радиусом судово‑ го вертолета КА‑32 С (применялся в ходе экспедиции «Каразима‑2014» с ледокола «Ямал») и составляет 100–150 км. Полезная нагрузка КА‑32 С (5000 кг) значительно больше S‑100 (50 кг). Однако для принятия оперативных решений по оценке ледовой обстановки, вероятно, подойдет и фо‑ тотелевизионный комплекс весом не более 50 кг. Инстру‑ ментальная авиационная ледовая разведка и средства измерения для ее выполнения в данное время на аквато‑ рии СМП не имеют систематического применения, поэтому технико-экономические показатели таких систем обобщить затруднительно. Можно считать, что основной целью разработки мало‑ габаритных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) судового базирования для ледовой разведки являет‑ ся фото/видеосъемка ледового покрова на дистанци‑ ях, превышающих видимость с мостика или дальность

эффективной оценки сплоченности льдов при помо‑ щи штатной радиолокационной станции (РЛС), то есть от 1–2 до 5–10 миль вперед по курсу судна. В плане экономической эффективности транзита по СПМ наиболее привлекательным является режим сквозного безледокольного плавания, так как стоимость ледокольной проводки может составить более 40 % сто‑ имости доставки груза. В таком режиме возможны удары о лед, что требует оценки состояния корпуса и движи‑ тельно-рулевого комплекса. Осмотр подводной части необходим и при плавании в устьях полярных рек, где непременно присутствует на‑ вигационная неопределенность по рельефу дна и, соот‑ ветственно, опасность касаний. Применение малогабаритного телеуправляемого под‑ водного аппарата (МТПА) для осмотра подводной части судна в арктических условиях позволит существенно повысить безопасность мореплавания и при интеграции на МТПА компактных приборов экологического мони‑ торинга получать информацию о загрязнении морской среды, о чем прямо говорится в правилах (Глава 8 «Требо‑ вания к судам, касающиеся безопасности мореплавания и защиты морской среды от загрязнения с судов»).

Средства ледовой разведки На судах, осуществляющих регулярное плавание в ар‑ ктических водах, для ледовой разведки применяются пилотируемые вертолеты Ми‑8, КА‑32, BO‑105. В ходе эк‑ сплуатации этих летательных аппаратов найдены техни‑ ческие решения их применения для ледовой разведки и проработаны типовые судовые вертолетные устройства. С целью минимизации эксплуатационных расходов уже достаточно продолжительное время ведутся разработки беспилотных вертолетов судового базирования. Northrop Grumman MQ‑8 выпускается с начала 2000 года, первые автономные посадки на корабль он со‑ вершил в 2006 году. Другой широко известный аппарат Schiebel S‑100 выпускается около 10 лет, палубные поле‑ ты производятся с 2008 года. Российский беспилотный вертолет корабельного базирования ZALA 421–06 про‑ шел некоторые виды испытаний также в 2008 году. В последнее время наметились две различные тенден‑ ции построения беспилотных авиационных систем верто‑ летного типа. В основе одной – серийный планер пилотируемого вертолета. Исключение экипажа позволяет сохранить и даже увеличить его грузоподъемность и дальность по‑ лета. Другая тенденция опирается на выбор целевой ап‑ паратуры минимально возможной массы при сохранении до некоторого оптимального уровня ее функциональных свойств и разработку специального малогабаритного ап‑ парата вертикального взлета и посадки, часто с электри‑ ческим приводом. No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 1. Малогабаритный беспилотный летательный аппарат МГУ им. адм. Г.И. Невельского на УПС «Про‑ фессор Хлюстин» (2013) Характерная стоимость изделий первого типа со‑ ставляет 1–10 млн долларов, в то время как аппараты второго типа существенно дешевле – от нескольких ты‑ сяч до нескольких десятков тысяч долларов. Стоимость эксплуатации электровертолетов значительно ниже, чем вертолетов на двигателях внутреннего сгорания, к тому же последние достаточно сложны в эксплуатации. Для испытаний метода проведения оперативной ближ‑ ней ледовой разведки штатным экипажем судов в МГУ им. адм. Г. И. Невельского разработан малогабаритный беспилотный летательный аппарат (рис. 1). Этот аппа‑ рат применялся в научно-образовательной экспедиции учебно-производственного судна «Профессор Хлюстин» в восточном секторе Арктики (23.07–09.09.2013). Основ‑ ная цель его создания – обеспечить проведение силами штатного экипажа судна оперативной ближней ледовой разведки. Управление малогабаритными БПЛА не должно быть рассчитано на специально обученного оператора; информация, поступающая с него, должна быть нагляд‑ ной и позволять штурманам легко принимать решения при движении во льдах (Рис. 2).

Подводные аппараты в высоких широтах Изучение состояния ледового покрова в высоких ши‑ ротах с помощью необитаемых подводных аппаратов начались с 1970‑х годов [1]. Три зенитных эхолота, уста‑ новленных на аппарате UARS, позволяли определять на‑ личие разводий и оценивать размеры полыньи. К современным инструментальным исследованиям толщины льда с подводного аппарата приступили в 2001 году в рамках серии экспериментов ALTEX (Atlantic Layer Tracking Experiment) с помощью акустического при‑ бора Ice Profiler [2, 3], установленного на автономном необитаемом подводном аппарате (АНПА) типа Dorado (в настоящее время Bluefin‑21). Исследование ледового покрова проводилось на участке площадью 2,5х2,5 км или линейной трансекте ~50 км. Другая значимая программа по изучению свойств среды и ледовых покровов AUI (Autosub Under Ice) была 84

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

осуществлена также в начале 2000‑х с помощью английского автономного необитаемого подводного аппарата Autosub. Исследования проводились преимущественно в Антарктике и Гренландии. С помощью установленного на АНПА вверх смотрящего многолучевого эхолота (МЛЭ) EM2000 в 2004 году удалось получить 3D-изображение нижней кромки льда. Характерная ширина полосы обсле‑ дования составляла около 100 метров с горизонтальным разрешением ~1 м. Автономные аппараты типа Bluefin‑21 и Autosub при своих многочисленных преимуществах имеют значительную массу 0,5–3 тонны и требуют при‑ влечения специальных спускоподъемных устройств. Начиная с 2007 года ведутся попытки применения ма‑ логабаритных аппаратов – автономных универсальных типа GAVIA, REMUS, IVER, а также специально разработан‑ ных телеуправляемых типа SCINI диаметром 150 мм, ве‑ сом ~20 кг. [4]. Новейший специализированный аппарат ROV Nereid для работы в высоких широтах подо льдом был испытан в рейсе PS86 научно-исследовательского судна Polarstern в июле текущего года. Основным сен‑ сором изучения нижней кромки пока является много‑ лучевой эхолот Imagenex DT100. Nereid принадлежит к гибридному классу подводных аппаратов, использует бортовую систему электроснабжения (выбег 40–60 км на скорости 1 м/с) и оптоволоконный кабель большой длины (до 20 км). При весе около 2 тонн полезная нагруз‑ ка составляет около 100 кг. Практически все известные подводные аппараты, при‑ меняемые в высоких широтах, являются эксперименталь‑ ными образцами или стендами (testbed) для научных исследований. Прикладное применение имеют лишь малогабаритные ТНПА для подстраховки работы АНПА в полынье. Малогабаритный телеуправляемый необитаемый под‑ водный аппарат (МТНПА) обследовательского класса «МАКС‑300» разработан МГУ им. адм. Г. И. Невельского и ИПМТ ДВО РАН для отработки методов обследования и аппаратурных решений задач, связанных с обеспече‑ нием безопасности судоходства и экологической безопасности в арктическом регионе (рис. 3). Для этого он оснащен цветными и черно-белыми видеокамерами, которые используются для съемки подводных объектов на глубине до 300 метров, и комплексом аппаратуры для измерения гидрологических параметров. МТНПА по‑ зволяет нести на себе модуль аппаратно-программного комплекса лазерного спектрометра. Последний предназ‑ начен для проведения лазерного спектрального анализа подводных акваторий, включая биологические объекты и грунт морского дна (рис. 4). К настоящему времени аппарат прошел испытания на неспециализированных судах. На парусном учебном судне «Надежда» во время экспедиции в 2012 году ис‑ следования проводились в Японском море при погруже‑ нии до глубин 50 метров и скорости придонных течений

порядка 1 узла. В 2013 году испытания прошли с борта учебно-производственного судна «Профессор Хлюстин» в восточном секторе Арктики. После прохода ледовых полей в проливе Лонга (Чукотское море) при помощи малогабаритного телеуправляемого необитаемого под‑ водного аппарата «МАКС‑300» было проведено обследо‑ вание подводной части корпуса судна и винто-рулевой группы. Во время прохождения ледового поля в проливе Лонга МТНПА использовался для обследования нижней границы кромки льда. Наличие быстроразвертываемого аппарата на борту судна позволяет в некоторых случаях отказаться от использования водолазов. Так, например, было сделано в 2013 году с парусным учебным судном «Надежда» МГУ им. адм. Г. И. Невельского, которое после предварительного обследования подводной части судна при помощи ТНПА было поставлено в доковый ремонт. Оснащение «МАКС‑300» погружным модулем с лазер‑ ным спектрометром значительно расширяет круг задач, решаемых с использованием телеуправляемого необитаемого подводного аппарата обзорного типа. Лазер‑ ный спектрометр рассчитан на регистрацию спектров комбинационного рассеяния (КР) и спектров лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) морской воды,

органического вещества, содержащегося в морской воде во взвешенном и растворенном состоянии, включая клетки фитопланктона и углеводороды нефти, а также грунта морского дна. В настоящее время разработан ла‑ бораторный вариант лазерного спектрометра, который предназначен для размещения в погружаемом модуле на «МАКС‑300». Лабораторные эксперименты позволяют сделать вывод о том, что минимально обнаруживаемые концентрации, которые способен измерять данный спек‑ трометр, для растворенного органического вещества в морской воде составляют порядка 15 мкг/л и для хлоро‑ филла А – от 5 мкг/л. При этом возможно проводить ре‑ гистрацию растворенных в морской воде углеводородов нефти на фоне сигнала лазерной индуцированной флу‑ оресценции от растворенного органического вещества при концентрации углеводородов нефти свыше 15 мкг/л [5]. Это позволяет использовать подобные телеуправляемые необитаемые подводные аппараты обследователь‑ ского класса для проведения мониторинга состояния нефте- и газопроводов и обнаруживать возможные по‑ вреждения на ранних стадиях. Размещение лазерного спектрометра на ТНПА наряду с решением задач по обеспечению безопасности судо‑

Рис. 2. Полеты БПЛА, обследующего отдельные льдины No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 3. ТНПА «МАКС‑300» МГУ им. адм. Г. И. Невельского на учебно-производственном судне «Профессор Хлюс‑ тин» (2013) ходства и экологической безопасности позволит прово‑ дить исследования по широкому спектру направлений, связанных с морскими экосистемами и климатическими изменениями в Арктике. Особенно это актуально при проведении подспутниковых измерений, которые обес‑ печивают надежную интерпретацию спутниковых данных [6]. Последний вопрос особенно актуален для арктиче‑ ских акваторий, где кроме обычных проблем интерпре‑ тации спутниковых данных об океане существует целый ряд проблем, вызванных спецификой арктических широт. В этом смысле использование лазерных технологий при исследовании морских акваторий в Арктике позволяет значительно расширить круг задач, решаемых с приме‑ нением робототехнических комплексов [7]. Малогабаритный беспилотный летательный аппарат был так же испытан нами в арктических условиях при от‑ работке методов проведения ближней ледовой развед‑ ки. Технические параметры «квадрокоптера» позволили проводить запуск и посадку с движущегося со скоростью порядка 9 узлов судна.

Заключение Использование экипажем судов, следующих по трассе СМП, малогабаритных робототехнических средств для опе‑ ративного мониторинга ледовой обстановки и состояния судна позволяет получить значительно больший объем 86

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Рис. 4. ТНПА «МАКС‑300» с модулем лазерного спектро‑ метра (в нижней части) информации, который необходим для принятия экипажем решений о движении судна. Расширение возможностей малогабаритных беспилотных летательных аппаратов для ведения ледовой разведки связывается с разработкой ап‑ паратно-программного комплекса для измерения толщи‑ ны льда, которое можно проводить в автоматизированном режиме и передавать на судно во время облета ледовых полей. Одновременно с этим будет вестись частичный эко‑ логический мониторинг, путем установки на БПЛА малога‑ баритной оптической поляризационной системы, которая позволит регистрировать нефтяную пленку на морской поверхности и измерять ее толщины с целью определения объема нефтяных загрязнений.

В перспективе и лазерный спектрометр лазерной ин‑ дуцированной флуоресценции, установленный на мало‑ габаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат, будет дополнен спектрометром лазерной искро‑ вой спектроскопии (ЛИС), который позволяет определять оперативный элементный состав жидких и твердых сред под водой. К настоящему времени нами разработан ма‑ логабаритный судовой спектрометр ЛИС, который пла‑ нируется к установке на телеуправляемый необитаемый подводный аппарат «МАКС‑300». С его помощью можно

будет обеспечить измерение МОК-элементов в морской воде на уровне 10–3–10–4 г/л. Последние эксперимен‑ ты, проведенные с использованием лазерных импульсов фемтосекундной длительности, показали возможность определения элементного состава на уровне концентра‑ ций 10–6-10–8 г/л [8, 9]. Работы выполняются при поддержки грантов РНФ № 14–19–00589 в части разработки новых лазерных тех‑ нологий для робототехнических комплексов и гранта ФЦП № 14.604.21.0093 в части разработки МБПЛА и МТНПА.

ЛИТЕРАТУРА 1. Francois R. E. et al. Unmanned Arctic research submersible (UARS) system development and test report // Technical Report. – Applied Physics Laboratory, University of Washington, 1972. – № APL-UW 7219. 2. Bellingham J. G., Streitlien K., Overland J., Rajan S., Stein P., Stannard J., Kirkwood W., Yoerger D. An Arctic Basin observational capability using AUVs // Oceanography. – 2000. – Vol. 13. – No 2. – P. 4–70. 3. Tervalon N., Kirkwood W. Ice profiling sonar for an auv: An approach to obtaining scicex quality ice draft data: Workshop on Sensors and Sensing Technology. – Miami, Florida. – In Autonomous Undersea Systems Institute (AUSI). – 2001. – Oct. 4. Cazenave F., Zook R., Carroll D., Flagg M. and Kim S. Development of the ROV SCINI (Submersible Capable of under Ice Navigation and Imaging) and deployment in McMurdo Sound, Antarctica // Journal of Ocean Technology. – 2011. – 6 (3). – P. 39–57. 5. Бауло Е. Н. Телеуправляемый подводный комплекс для исследования биооптических параметров морской воды / Е. Н. Бауло, О. А. Букин, И. М. Дорошенко, А. Ю. Майор, П. А. Салюк // Оптика атмосферы и океана. – 2014. – Т. 27, № 3. – С. 3–8. 6. Salyuk P. A., Bukin O. A., Alexanin A. A., Pavlov A. N., Mayor A. Yu. Optical properties of the Peter the Great Bay waters and their comparative analysis with satellite ocean color date / P. A. Salyuk, O. A. Bukin, A. A. Alexanin, A. N. Pavlov, A. Yu. Mayor // International Journal of Remote Sensing. – 2010. – V.31. – #17. – P.4651–4664. 7. Бункин А. Ф., Першин С. М. Использование технологий дистанционного лазерного зондирования при исследованиях в Арктике // Морские информационно-управляющие системы. – 2014. – № 1 (4). С. 54–62. 8. Голик С. С. Определение пределов обнаружения элементов в воде методом фемтосекундной лазерно-искровой спектроскопии / С. С. Голик, О. А. Букин, А. А. Ильин, Е. Б. Соколова, А. В. Колесников, М. Ю. Бабий, Ю. Н. Кульчин, А. А. Гальченко // Журнал прикладной спектроскопии. – 2012. – Т. 79. – № 3. – С. 485–491. 9. Geints Y. E. Angular diagram of broadband emission of water droplets exposed to gigawatt femtosecond laser pulses / Y. E. Geints, A. A. Zemlyanov, A. M. Kabanov, E. E. Bykova, D. V. Apeksimov, O. A. Bukin, K. B. Sokolova, S. S. Golik // Applied Optics. – 2011. – V.50. – #27. – P.5291–5298.

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМ

СПАСЕНИЯ ПОДВОДНИКОВ За 69 мирных лет XX века и начала XXI отмечено 12 случаев гибели отечественных подвод‑ ных лодок. В катастрофах пострадали 865 подводников, из которых погибли 643 человека. В шести катастрофах экипажи подводных лодок погибли в полном составе, вместе с кора‑ блем. Утрачено четыре атомных ПЛ: две ПЛ с баллистическими ракетами на борту и две с кры‑ латыми ракетами, одна из которых – атомный подводный крейсер К‑141 «Курск». Создание системы спасения подводников началось практически одновременно с появле‑ ние подводного флота и совершенствовалась вместе с развитием подводных лодок. Отдель‑ ные страницы истории развития спасательных средств не раз освещались в печати (напри‑ мер, в [9], [11], [12], [13], [15], [16]). Однако в этих публикациях не показана логика развития, подчиняющаяся, в свою очередь, общим законам развития технических систем [3], [8]. Именно они обеспечивают эффективность действий, повышая вероятность спасения людей. Процесс изменения технических средств и технологий спасения подводников можно представить как конкуренцию различных принципов действия, в той или иной степени разрешающих проти‑ воречия, возникающие при использовании любого из методов спасения. ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»* Москва А.Г. Горшков по материалам, переданным в редакцию специалистами ОАО ЦКБ «Лазурит» (Нижний Новгород) и 40‑го Государственного научно-исследовательского института аварийно-спасательного дела, водолазных и глубоководных работ МО РФ (Санкт-Петербург, Ломоносов), а также по материалам прессы * координатор Технологической платформы «Освоение океана»

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Первоначальный выход людей с затонувшей подводной лодки осуществлялся так называемым «мокрым» способом – путем свободного всплытия группой вместе с воздушным пузырем. Шансы на спасение при таком способе различны для тех, кто оказывался в группе спасающихся первым и последним. В группе свыше 5–7 человек шансы последних на спасение становятся весьма невелики. После появления в начале XX века индивидуальных дыхательных аппаратов (Чарльза Б. Момсена) спасение «мокрым» способом стало осуществляться путем шлюзования небольшими группами по 2–4 человека через специально оборудованный торпедный аппарат или прочную рубку либо по одному человеку через специальный спасательный люк (с затоплением отсека). Выход «мокрым» способом методом шлюзования сопровождается сравнительно длительным нахождением человека под повышенным давлением, в результате чего его кровь успевает насытиться большим количеством азота. Во избежание кессонной болезни, подъем на поверхность должен осуществляться по специальному буйрепу с остановками для декомпрессии. Такой режим выхода предъявляет особые требования к психологической подготовке проводника: не всякий человек способен подавить в себе инстинктивное стремление всплыть на поверхность без остановки. На практике часть спасающихся подводников так и поступала, что приводило к появлениям кессонной болезни разной степени тяжести (вплоть до летального исхода). Противоречие между необходимостью выполнения режима безопасного всплытия и инстинктом человека могло быть разрешено путем усиленных тренировок либо снято путем изменения режима выхода человека из подводной лодки. Так появился новый режим индивидуального спасения «мокрым» способом – режим свободного всплытия. Осуществился возврат к всплытию вместе с пузырем воздуха, но на качественно новой основе. При свободном всплытии повышение давления до забортного производится так быстро, что кровь человека успевает насытиться азотом, после чего спасаемый начинает быстро всплывать, выдыхая воздух из легких. Для осуществления такого режима были разработаны специальные спасательный люк и снаряжение, обеспечивающее спасение с достаточно больших глубин, теоретически – с 250 метров (рис. 1). Для отработки режима свободного всплытия в СССР в 1960 году по проектам ЦКБ «Лазурит» была переоборудована подводная лодка проекта 613 С, а также создан специальный погружающийся стенд «СВ». Режим свободного всплытия в настоящее время является основным режимом спасения «мокрым» способом в зарубежных ВМС. Реальная глубина, с которой он осуществляется, например в США, составляет около 450 футов (около 137 метров). Избыточное давление в отсеке подводной лодки, где расположен спасательный люк, должно быть не более 0,07 МПа (0,7 ати).

Рис. 1. Спасательное снаряжение подводника Современная техника рекомпрессии и последующей декомпрессии позволяет снизить негативные последствия кессонной болезни, если человек, находившийся под воздействием избыточного давления до 0,4 МПа (0,4 ати) не более 20 минут, после начала всплытия (быстрого снижения давления) будет помещен в декомпрессионную камеру для проведения лечебного цикла. При наличии над затонувшей подводной лодкой спасательных сил, оснащенных декомпрессионным комплексом, при благоприятной погоде, позволяющей в допустимое время найти всплывающего подводника и переместить его в барокамеру, возможно спасение «мокрым» способом с глубин до 40 метров в режиме всплытия по буйрепу с нарушением времени выдержки. В качестве примера можно привести две успешные операции по спасению российских подводников на Тихоокеанском флоте в 1981 и в 1983 годах, завершившиеся выходом спасаемых через торпедный аппарат по буйрепу. Главные недостатки спасения «мокрым» способом – неизбежный контакт человека с относительно враждебной водной средой и наличие плохо контролируемого режима понижения давления окружающей среды – практически одновременно с появлением подводного флота поставили задачу спасения подводников «сухим» способом. Решение задачи потребовало создания специальной спасательной системы, внешней по отношению к подводному кораблю. Первый этап создания и развития системы пришелся на первые десятилетия XX века. No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 2. Спасательный колокол (США). Схема: 1 – спасательный отсек; 2 – камера присоса; 3 – акустический сигнализатор; 4 – кабель-шланговая связка; 5 – верхний входной люк; 6 – пневмопривод лебедки; 7 – ручной привод лебедки; 8 – лебедка подтягивания; 9 – люк камеры присоса; 10 – иллюминатор; 11 – резак троса; 12 – направляющие троса; 13 – цистерны уравнительного балласта; 14 – трос подтягивания (с карабином); 15 – уплотняющий элемент; 16 – защитное кольцо (устанавливается на судне-носителе); 17 – посадочная поверхность Водоизмещение большинства создаваемых в начале прошлого века подводных лодок редко превышало 500–600 тонн, то есть они соответствовали современному классу малых подводных лодок. Район плавания подводных лодок ограничивался прибрежной зоной, поэтому аварии происходили, как правило, на малой глубине. В этих условиях самым простым способом спасения подводников представлялся подъем аварийной подводной лодки на поверхность вместе с экипажем с помощью специального спасательного судна. Эта идея впервые была реализована в Германии в 1907 году. Затем подобные спасательные суда были созданы и в других странах. В российском Военноморском флоте первое спасательное судно, предназначенное для подъема аварийных подводных лодок, было построено в 1915 году. Оно получило название «Волхов», в 1922 году переименовано в «Коммуну» и сохранилось до наших дней [12]. По мере совершенствования подводных лодок, роста их водоизмещения и расширения района плавания оперативный подъем затонувшей лодки вместе с экипажем осуществлять уже не удавалось. Требовались новые подходы к проблеме спасения подводников. Первые практические шаги в разрешении возникшего противоречия были сделаны с созданием спасательного колокола в 30‑е годы 90

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

ХХ века. Принцип действия этого спасательного средства, называвшегося в момент создания «спасательная камера Мак-Кена», заключается в присоединении к аварийному люку подводной лодки герметичной емкости, в которую переходили подводники. На корпусе подводной лодки емкость удерживалась за счет силы гидростатического присоса. Успешное применение этой спасательной камеры в 1933 году для спасения с глубины 80 метров 33‑х членов экипажа подводной лодки США «Сквалус» ознаменовало наступление второго этапа в развитии систем спасания подводников. Спасательные суда стали вооружать спасательными колоколами, которые содержали все необходимые элементы, обусловленные применяемым принципом гидростатического присоса (рис. 2): • отсек для размещения спасаемых и операторов; • камеру присоса со стыковочным фланцем, имеющим уплотняющий элемент, герметизирующий стык; • балластные цистерны для осуществления присоса и замещения массы спасаемых. В камере присоса спасательного купола устанавливалась также лебедка для подтягивания к комингс-площадке подводной лодки. Трос лебедки подтягивания соединялся с тросом-проводником, который прицеплялся за соответ-

ствующую деталь крышки спасательного люка лодки (рым или штырь) с помощью водолазов. Таким образом, стыковка спасательного колокола с комингс-площадкой аварийной лодки производилась путем перемещения в «направляющей упряжке», состоящей из подъемного и подтягивающего тросов. В Советском Союзе первый отечественный колокол СК‑57 появился в 1956 году, после изучения зарубежного спасательного колокола, полученного по лэнд-лизу. В последующие годы создано еще несколько образцов спасательных колоколов: СК‑59, СК‑527 и СК‑64. Причем последний колокол был в максимальной степени автономным. На нем были установлены аккумуляторная батарея, баллоны со сжатым воздухом и звукоподводная водолазная связь, а со спасательным судном его связывал только капроновый канат. Глубина погружения СК‑64 составляла 500 метров. Водолазы на этой глубине работать не могли, поэтому для присоединения троса-проводника к спасательному люку аварийной подводной лодки и для выноса его на поверхность была создана привязная рабочая камера РК‑680, разработанная ЦКБ «Лазурит». Камера имела манипуляторы, движители и была своеобразным предшественником жестких самоходных скафандров и коммерческих рабочих камер, появившихся за рубежом через 15–20 лет. Например, таких как ADS Mantis, используемой в настоящее время со шведского спасательного судна Belos. Однако на смену спасательным колоколам уже создавалась принципиально новая спасательная техника, ознаменовавшая переход к третьему этапу развития систем спасания подводников. Известно, что применение спасательного колокола требует точной установки спасательного судна над затонувшей подводной лодкой. Для этого предварительно устанавливалось рейдовое оборудование в виде бочек, к которым и крепились швартовные тросы спасательного судна. Удержание на бочках и осуществление спуска и подъема спасательного колокола при натянутом тросе-проводнике было возможно лишь при невысокой степени волнения моря. Подготовительные операции и непогода приводили к большим потерям времени. Проблема была решена путем перехода к автономным спасательным аппаратам. Тенденция к повышению автономПри ограничении волнения моря 3 баллами средние потери по погоде в морях, омывающих территорию России, составляют около 70% от общего времени работы в районе проведения спасательной операции. А всякое удлинение спасательной операции уменьшает вероятность выживания людей в отсеке аварийной подводной лодки и, соответственно, вероятность их успешного спасения.

Рис. 3. Управляемый подводный снаряд на палубе спасательной подводной лодки-носителя

Рис. 4. Спасательная подводная лодка «Ленок» проекта 940 ности спасательных колоколов, проявившаяся в переходе от СК‑57 к СК‑64, получила свое логическое завершение: постоянная физическая связь спасательного средства с судном-носителем была разорвана. Это не только позволило уменьшить потери времени, характерные при использовании спасательного колокола, но и значительно расширило возможные области проведения спасательной операции, включив подледные Арктические районы. Следует отметить, что в этом Россия имеет несомненный приоритет. Если первый отечественный спасательный колокол был создан гораздо позже зарубежных и по времени совпал с появлением первого в мире подводного аппарата «Дениза» Ж. И. Кусто, то первый в мире автономный спасательный подводный аппарат – управляемый подводный снаряд – появился в России. При разработке технических заданий на эту принципиально новую технику российские спасатели подошли к решению проблемы потери времени наиболее кардинально. Кроме создания автономного спасательного аппарата был предусмотрен проект специальной подводной лодки, на которой должен базироваться этот аппарат. Разработанные ЦКБ «Лазурит» по заданиям ВМФ управляемый подводный снаряд и спасательная подводная лодка проекта 666 (переоборудованная из подводной лодки проекта 613) вышли в море в 1961 году (рис. 3). В следующем году во время испытаний впервые в мире была осуществлена подводная стыковка автономного самоходного No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Рис. 5. Схема спасательного подводного аппарата 1 – маршевый движитель; 2 – спасательный отсек; 3 – шахта входного люка; 4 – отсек управления; 5 – лаговый движитель; 6 – камера присоса; 7 – контейнер с аккумуляторной батареей; 8 – иллюминатор; 9 – рабочий манипулятор; 10 – антенны гидроакустических станций аппарата с подводной лодкой и транспортировка человека «сухим» способом под водой с одной подводной лодки на другую. Таким образом, Россия не только первой послала человека в космос, но практически одновременно с этим первой реализовала в гидрокосмосе технологию транспортировки человека с одного подводного объекта на другой, которая, несомненно, будет необходима при освоении океана, в том числе подледных месторождений арктических морей.

Рис. 6. DSRV Mystic (США) 92

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Опыт эксплуатации созданного спасательного комплекса в 1962–65 годах проложил путь к созданию первого отечественного полноценного спасательного аппарата СПС проекта 1837 и спасательной подводной лодки специальной постройки проекта 940 «Ленок». Головные образцы, построенные по этим проектам, разработанным в ЦКБ «Лазурит», были сданы флоту соответственно в 1970 и 1976 годах (рис. 4). При переходе от спасательного колокола к спасательному подводному аппарату – к спасательному отсеку, камере присоса и уравнительным цистернам прибавился отсек управления, цистерны главного балласта, аккумуляторные батареи, движительный комплекс и необходимое радио-электронное оборудование. Достаточно подробное описание различных спасательных подводных аппаратов приведено в целом ряде публикаций (например, в [1]). Схема аппарата показана на рисунке 5. За рубежом, в США, к созданию новых спасательных средств приступили после гибели в 1963 году атомной подводной лодки Thresher. В 1971–72 годах аэрокосмическая фирма «Локхид» сдала флоту два глубоководных спасательных аппарата DSRV Mystic и Avalon (рис. 6). Проект был очень дорогостоящим, но характеристики американских DSRV долгое время считались образцовыми. После 1972 года спасательные подводные аппараты строились в Великобритании, Германии, Швеции, Италии, Китае и Японии. Особенно большое количество таких аппаратов в период после 1970 года было построено в России – 14 единиц по четырем проектам (таблица 1).

Таблица 1 Поколение

Проект и год постройки головного аппарата

Количество построенных аппаратов, ед.

Глубина погружения рабочая, м

Вместительность спасательного отсека, чел.

Водоизмещение, м3

Материал корпуса

200

Алюминиевый сплав

500

18–20

Сталь

500

18–20

Сталь

1000

18–20

Титановый сплав

720

16–18

Титановый сплав

Управляемый подводный снаряд, 1961 г.

1837, 1970 г.

1837К, 1980 г.

1855 «Приз», 1986 г. 3

18270 «Бестер», 1994 г.

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Развитие отечественных спасательных аппаратов было эволюционным: повышались универсальность, оснащенность радиоэлектронным оборудованием, увеличивалась глубина погружения. Разумеется, в каждом проекте были свои особенности. В 1980 году был сдан флоту спасательный аппарат проекта 1837 К, в котором удалось объединить функции спасательного и рабочего аппаратов. Аппарат был оснащен более совершенной гидроакустикой и имел высокие ходовые и маневренные качества. Следует отметить, что мощность маршевого движителя по сравнению с предшествующим проектом 1837 была уменьшена в 2 раза, а скорость выросла за счет более совершенной гидродинамики. Глубоководный спасательный аппарат проекта 1855 «Приз», который был сдан в 1986 году, отличался от предшественников вдвое большей глубиной погружения и большим объемом радиоэлектронного вооружения. Корпус был выполнен из титанового сплава. Имея водоизмещение, большее, чем у проекта 1837 К, аппарат проекта 1855 при том же запасе электроэнергии на борту за счет более совершенной энергетической установки получил увеличенную дальность плавания. И наконец, сданный в эксплуатацию в 1994 году аппарат проекта 18270 «Бестер» (с титановым корпусом) при такой же вместимости, что и у СПС проекта 1837, имеет меньшее водоизмещение и меньший подъемный вес, большую глубину погружения, более совершенное радиоэлектронное оборудование и принципиально новые рабочие манипуляторы. На этом аппарате впервые было применено размещение аккумуляторных батарей в забортных контейнерах, приспособленных для быстрой замены на борту судна-носителя. Это позволило снизить потери времени на восстановление запасов электроэнергии на борту аппарата. «Бестер» также первый отечественный авто- и авиатранспортируемый спасательный аппарат. Первая опытная транспортировка этого аппарата на самолете АН‑124 была успешно проведена в 1996 году. После 2000 года российские спасательные глубоководные аппараты проходят модернизацию в соответствии с общим процессом обновления систем спасания подводников по всему миру. Первый аппарат, прошедший модернизацию по проекту 18551, был сдан флоту в 2008 году. Анализ технических решений, предлагаемых в ходе этого процесса зарубежными кораблестроителями, показывает, что системы спасания подводников вступают в новый, четвертый этап своего развития. Причем на этом этапе решается задача повышения не только функциональной, но и экономической эффективности. Автономные спасательные аппараты, являвшиеся главным инструментом систем спасания подводников пос94

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

ледние 40 лет, как и любые другие технические системы, обладают своими недостатками. При той же вместимости, что и у спасательного колокола, автономный аппарат имеет большее водоизмещение. Соответственно, для него нужен больший носитель, эксплуатация которого обходится дороже. Например, при увеличении подъемного веса аппарата в 2,0–2,5 раза стоимость строительства требующегося судна-носителя с соответствующим спуско-подъемным устройством и его эксплуатации увеличивается в 1,2–1,5 раза. Потеря постоянной связи с надводным носителем делает проблемой установление контакта с ним для возвращения на борт при сильном волнении моря. Кроме того, автономный аппарат существенно ограничен по запасам энергии и мощности движителей, что в ряде случаев не позволяет ему осуществить посадку на комингс-площадку аварийной подводной лодки. Когда случилась трагедия с атомной подводной лодкой «Курск», в первые дни в средствах массовой информации передавали, что ее крен достигает 45 градусов, а скорость течения – 2,5 узла. При таком сочетании параметров ни один из существующих в мире автономных спасательных аппаратов не может состыковаться с комингс-площадкой, удерживаясь с помощью своих движителей. Между тем, за годы, прошедшие с момента создания первых автономных спасательных подводных аппаратов, появились новые технические средства, позволяющие разрешить противоречия как второго, так и третьего этапов развития систем спасения подводников. Во‑первых, надводные суда стали оснащаться системами динамического позиционирования, обеспечивающими удержание судна в точке при волнении до 5–6 баллов и силе ветра до 6–7 баллов. То есть стало возможным работать с помощью спасательного колокола без предварительной установки рейдового оборудования и без соответствующих потерь времени. Однако для работы системы динамического позиционирования требуется значительная мощность энергетической установки судна, что значительно увеличивает его стоимость. Энергетически выгоднее обеспечить позиционирование небольшого объекта – самого спасательного средства. Еще в конце 80‑х годов ХХ века фирма «Брукер» (ФРГ) создала самоходный водолазный колокол, который мог отходить от судна-носителя на расстояние до 300 метров. К этому моменту существенно возросли функциональные возможности дистанционно управляемых необитаемых подводных аппаратов (ROV): мощность энергоустановок обеспечивала работу аппаратов массой 3–4 тонны при скорости течения до 2–3 узлов, по трос-кабелю передавалась мощность до 180 кВт. Автоматическое управление таким

аппаратом и быстродействующей лебедкой с трос-кабелем позволяло удерживать аппарат в нужной точке даже при заметном смещении судна-носителя. Реальностью стало создание дистанционно управляемого привязного самоходного спасательного колокола, снабженного поворотной, автоматически управляемой камерой присоса. Фактически был создан «гибрид» из спасательного колокола и ROV. При этом из структуры спасательного аппарата были исключены отсек управления и аккумуляторная батарея, а на судно-носитель, то есть в надсистему, в соответствии с «законом сохранения сложности» [8] были переданы функции управления и обеспечения энергией. Первым из таких спасательных средств стал аппарат Remora, поступивший на вооружение ВМС Австралии в 1995 году (рис. 7) [20]. Спасательные комплексы, в состав которых входят привязные спасательные аппараты массой 10–20 тонн, включают в себя, кроме того, декомпрессионные барокамеры и вспомогательные модули, выполненные в габаритах морских стандартных контейнеров. Размещать эти комплексы предполагается на временно арендуемых надводных носителях, в качестве которых могут использоваться суда обеспечения морских буровых и нефтедобывающих платформ. Небольшой подъемный вес привязного колокола-аппарата позволяет применять суда-носители умеренного водоизмещения – до 3000 тонн. Современная развитая зарубежная индустрия морской добычи позволяет включить в перечень потенциальных судов‑носителей подобных спасательных комплексов несколько сотен единиц, что обеспечивает высокую вероятность иметь подходящее судно в требуемый момент времени в порту, ближайшем к месту аварии. Элементы спасательного комплекса в этот порт будут доставляться самолетом. Главные достоинства описанного подхода к формированию спасательных систем нового поколения – это мобильность и сравнительная дешевизна. Ведь львиную долю в стоимости эксплуатации спасательной системы составляют затраты на содержание судов‑носителей. Фактически из структуры спасательной системы было исключено специальное спасательное судно как постоянный элемент. Его функции должен исполнять временный элемент из метасистемы, выходящей за рамки ВМС. Первая мобильная спасательная система была создана в США после ввода двух DSRV и предусматривала доставку аппарата самолетом в ближайшую к месту аварии базу ВМС США (в том числе и за рубежом), откуда он транспортировался на специально дооборудованной подводной лодке. В данном случае все элементы системы входили в сферу Минобороны США. Мобильная спасательная система с привлечением любых подходящих надводных носителей была создана позже в Великобритании. В состав этой системы входил спасательный аппарат LR‑5. Общая схема развития технических средств для спасения подводников «сухим» способом, отражающая изложенные этапы и тенденции, представлена на рисунке 8.

Рис. 7. Самоходный привязной спасательный аппарат Remora Идущий после 2000 года во всем мире процесс обновления систем спасения подводников проявился в первую очередь в том, что в 2008 году вступили в строй две новые спасательные системы NSRS (страны НАТО Великобритания, Норвегия, Франция) [22], [24] и SRDRS (США) [18], [19], [21], в состав которых входят аппараты принципиально разных типов. В России также завершается создание спасательного аппарата нового (4‑го) поколения проекта 18271 [2], [6], [7]. Основные характеристики спасательных аппаратов последнего поколения приведены в таблице 2, а внешний вид – на рис. 9, 10 и 11. Каждый из новых аппаратов использовал опыт создания и эксплуатации спасательных аппаратов предыдущих поколений, разработанных теми же фирмами. Базой для SR Nemo послужил аппарат ВМС Великобритании LR‑5, для PRM Falcon – аппарат Remora, а для «Бестер‑1» – спасательный аппарат проекта 18270. При этом в характеристиках и конструкции аппаратов нашли свое отражение новые требования к процессу спасания подводников и к типам спасательных систем, составляющей частью которых стали новые аппараты. Подводные аппараты SR Nemo и PRM Falcon являются специализированными спасательными аппаратами, используемыми только с надводных носителей в составе мобильных систем спасания подводников NSRS и SRDRS соответственно. Одной из основных характеристик этих систем является продолжительность развертывания, типовой сценарий которого включает следующие составляющие: • продолжительность работ от момента приказа на развертывание до погрузки в самолет (включая перевозку от базы до аэродрома продолжительностью 1 час) – 24 часа; • перелет – 6 часов; • перегрузка с самолета на автотранспорт – 8 часов; • перевозка автотранспортом в точке прибытия – 4 часа; • продолжительность работ от прибытия в порт до готовности выхода в море – 18 часов; • переход морем в район выполнения спасательных работ – 12 часов. No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

Перевод спасаемых в спасательное средство, являющееся частью ПЛ

Камера всплывающая спасательная (КСВ) Привязные самоходные спасательные аппараты

Перевод спасаемых в спасательное средство, внешнее по отношению к ПЛ

Автономные спасательные подводные аппараты (СПА) Подъем спасаемых вместе с ПЛ

Привязные спасательные подводные средства Спасательный колокол (СК), без движителей Рабочая камера (РК-680), с движителями

Применимо для СМПЛ и МПЛ

Суда для подъема ПЛ 1900 г.

1950 г.

2000 г.

Рис. 8. Схема развития технических средств для спасания подводников «сухим» способом Таблица 2

Характеристики спасательных подводных аппаратов последнего поколения Спасательная система

NSRS

SRDRS

Разработчик СПА

ОАО «ЦКБ «Лазурит»

Perry Slingsby Systems

Ocean Works International

Наименование СПА

Проект 18271 СГА «Бестер-1»

SR Nemo

PRM Falcon

Тип СПА

автономный

привязной, дистанционноуправляемый

Глубина погружения рабочая, м

720

610

наибольшая

гарантированная

Наибольшее допустимое избыточное давление в отсеке СГА, МПа (ати)

0,6 (6)

0,5 (5)

0,4 (4)

Наибольший допустимый угол наклона комингс-площадки ПЛ к горизонту, град

Водоизмещение нормальное, т

40,6

29,7

около 19

Вместимость по спасаемым, чел.

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

Итого общая типовая продолжительность развертывания – 72 часа. В реальных условиях продолжительность развертывания может быть иной. К примеру, принятая продолжительность перелета соответствует номинальной грузоподъемности большинства транспортных самолетов. В то же время продолжительность перелета между Кольским полуостровом и полуостровом Камчатка составляет 10 часов (при соответствующем снижении грузоподъемности самолета). Продолжительность перехода морем 12 часов соответствует радиусу действия спасательной системы 150–200 миль от порта. Данный радиус примерно перекрывает диапазон глубин до 200 м, на который, в соответствии с принятым сценарием, приходится до 60% аварий с затоплением подводной лодки (при общем диапазоне глубин до 600 м) [26]. Компьютерное моделирование для акваторий России дает несколько иной результат: на аварии в диапазоне глубин до 200 м из общего диапазона 600 м приходится 80% случаев, что лучше соответствует известным данным по глубинам затонувших ПЛ [14]. В целом операции по спасению подводников из-под воды, вероятнее всего, могут производиться в ближней спасательной зоне, находящейся в радиусе до 400 миль от мест базирования подводных лодок, хотя в ряде районов дистанция от баз флота до границ глубины 600 м может достигать 700–800 миль. Типовой сценарий использования мобильной спасательной системы предполагает, что через 24 часа после начала развертывания в нужном порту уже будет находиться требуемое судно, на котором как на временном носителе будет устанавливаться система. Подходящие суда (типа OSV) широко применяются для обслуживания морских месторождений. Их много в Северном и Норвежском морях, а также в Мексиканском заливе. А вот в Средиземном море судов, на которые можно установить NSRS только в урезанной комплектации, немного. Проблематично также обеспечение такими судами у западного и восточного побережья США и Канады. Попытка использовать в этих районах для размещения мобильной спасательной системы барж требует оснащать эти плавсредства жилыми модулями для размещения людей, модулями энерго- и жизнеобеспечения. Кроме того, для выхода таких барж в море требуется привлекать несколько дополнительных судов, а допустимая степень волнения моря, при которой можно проводить спасательную операцию, существенно снижается, уменьшая эффективность спасения. Выяснилось также, что стоимость срочного фрахта судов слишком нерентабельна, и выгоднее брать суда в долгосрочную аренду [25], что становится мало отличимым от постоянного базирования. Учитывая проблемы с обеспечением временными носителями, страны, в акваториях которых нет судов с требуемыми техническими характеристиками, ориентируются на традиционные спасательные суда, имеющие постоянное базирование. В частности, Италия, которая до 2000 года намеревалась участвовать в создании NSRS, отказалась

Рис. 9. Автономный спасательный подводный аппарат SR Nemo

Рис. 10. Привязной спасательный подводный аппарат PRM Falcon

Рис. 11. Модернизированный автономный глубоководный спасательный аппарат «Бестер‑1» (проекта 18271) No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

от этого, решив продолжить использование имеющегося СС Anteo. Отказалась и Турция, поскольку в восточной части Средиземного и Черного морей вообще нет подходящих судов. Есть информация о намерении Турции строить для своих ВМС два специализированных спасательных судна [17]. В акваториях России инфраструктура морской добычи только начинает развиваться. Подходящие для мобильной спасательной системы суда есть только у северо-восточной оконечности острова Сахалин, да и то в недостаточном для обеспечения надежного фрахта количестве. Кроме того, их использование не обеспечит выполнения требования по прибытию в течение 24 часов во Владивосток или Петропавловск-Камчатский. Очевидно, что наилучший результат может дать разумное сочетание спасательных систем постоянного базирования с мобильными. В соответствии с этим спасательный подводный аппарат «Бестер‑1» является более универсальным: он может базироваться как на специальных спасательных судах, так и на временных носителях (в составе соответствующих мобильных комплексов), а также на подводных лодках. И кроме спасения подводников может привлекаться к выполнению других подводно-технических работ. Технология спасения подводников с использованием спасательных аппаратов в настоящее время не является единственно возможной. При невозможности всплыть на поверхность всей подводной лодки, людей можно спасти «сухим» способом вместе с всплывающей отдельной частью, установленной на подводной лодке. В СССР в 1958–1959 годах было разработано комбинированное спасательное устройство, представляющее собой многоразовую спасательную камеру, всплывающую и подтягивающуюся к подводной лодке на тросе. В камеру помещалось два человека. Испытания и отработка такой камеры производились на подводной лодке проекта 613 С, разработанной ЦКБ «Лазурит». Затем это устройство было установлено на ряде проектов атомных подводных лодок второго поколения. В 1955–1960 годах СПМБМ «Малахит» была разработана одноразовая всплывающая спасательная камера, вмещающая весь экипаж (рис. 12). Впервые такая камера была установлена на атомной подводной лодке проекта 705. Затем – на подводных лодках еще шести проектов. За рубежом всплывающая камера установлена только на подводных лодках проекта 209 (тип 1500), построенных в ФРГ для Индии. Широкому применению этого спасательного средства мешает тот факт, что его установка приводит к усложнению конструкции корпуса и росту водоизмещения. Всплывающие камеры невозможно устанавливать на подводных лодках небольшого водоизмещения. Совер98

Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

шенствование всплывающих камер продолжается только в России, хотя установка таких средств предусматривается также в ряде перспективных проектов зарубежных атомных подводных лодок. Более распространенным конкурентом для спасательных аппаратов является спасание «мокрым» способом, в первую очередь – методом свободного всплытия, предусмотренным на всех подводных лодках. В качестве примера в Таблице 3 приведены рекомендации по принятию решения по выходу из аварийной подводной лодки, находящейся на грунте, принятые в ВМС США [23]. Разумеется, условия перечисленных 11‑ти факторов на практике далеко не всегда так наглядно разделяются. Реальные сочетания этих условий могут быть весьма различными. В целом же можно сделать следующий вывод: при наличии весомых шансов на успех надо всегда сначала попытаться самостоятельно выйти из подводной лодки «мокрым» способом, а в случае их отсутствия оставаться в отсеке и ждать прихода спасательных сил, которые смогут осуществить спасение «сухим» способом. Неслучайно в англоязычных документах спасание «мокрым» способом обозначают термином «покидание» (Escape), а термином «спасание» (Rescue) определяют «сухой» способ, подчеркивая их альтернативный характер. Главным ограничением применения «покидания» являются небольшая величина повышенного давления в лодке, при котором возможен выход, и неблагоприятные погодные условия на поверхности воды (низкая температура, сильное волнение), которые могут привести к гибели подводников, самостоятельно вышедших из затонувшей подводной лодки. Аварийные ситуации, при которых подводную лодку не удается вывести в надводное положение и/или удержать в нем, считаются «запроектными» авариями [4], доля которых не должна быть велика. Однако наложение «человеческого фактора» делает картину обратной.

Рис. 12. Одноразовая всплывающая спасательная камера, разработанная СПМБМ «Малахит»

В соответствии со сценариями экспертов НАТО [26] доля аварий, при которых удается ограничиться оказанием помощи подводной лодке в надводном положении, составляет около 30%. В остальных случаях только при 15% аварий удастся осуществить успешное «покидание» (с учетом данных [23]). Поэтому пространство ситуаций, требующих использования спасательных аппаратов, остается достаточно большим. Кроме того, у всплывающих камер и у «покидания» подводниками лодки есть одно ограничение, которое существенно для российских северных акваторий: они вообще не могут применяться подо льдом. При освоении шельфа Арктических морей присутствие человека в таких районах неизбежно увели-

чится, поскольку необитаемые роботизированные средства до сих пор не могут полностью заменить человека при выполнении подводных работ даже в районах со свободной водой [10]. Задача спасения человека с обитаемых подводных плавсредств со временем будет становиться все более актуальной. Для решения этой задачи спасательные подводные аппараты являются наиболее предпочтительными, поскольку более универсальны и лишены ограничений альтернативных технологий. Кроме того, применение спасательных подводных аппаратов создает минимальное психологическое напряжение для спасаемых и не требует их особой подготовки.

Рекомендации ВМС США по действиям экипажа аварийной ПЛ Перечень факторов, которые должны учитываться экипажем аварийной ПЛ

Таблица 3

Действия экипажа аварийной ПЛ Ожидание прибытия спасательных сил

Самостоятельный выход из ПЛ

1. Глубина, на которой находится аварийная ПЛ, м

более 137

менее 137

2. Избыточное давление воздуха в отсеке-убежище, МПа

более 0,07

менее 0,07

3. Тенденция изменения давления в отсеке

не повышается

повышается

4. Поступление забортной воды в отсек

отсутствует или прекращено

продолжается и его не остановить

5. Содержание О2 / СО2 в отсеке, %

выше 13 / менее 3

менее 13 / более 6

6. Тенденция изменения содержания СО2

не увеличивается

увеличивается

обеспечивается регенерация воздуха

система регенерации не исправна

нормальное

невозможно дышать без средств защиты органов дыхания

9. Погодные условия на поверхности моря

неблагоприятные

благоприятные

10. Наличие спасательных сил в районе аварии

отсутствуют

присутствуют

7. Состояние системы регенерации 8. Состояние остальных (кроме О2 / СО2) составляющих атмосферы

11. Состояние личного состава в отсекеубежище

не в состоянии осуществить самостоятель- в состоянии осуществить самостоятельный ный выход из ПЛ и не может держаться выход из ПЛ и может удержаться на поверхности на поверхности

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

ЛИТЕРАТУРА 1. Аварийно-спасательные и судоподъемные средства / Фигичев А.И., Васильев Ю.В., Крылов Г.К. и др. – Л.: Судостроение, 1979. 2. Агишев Е.Р., Ерпулев М.А., Подкопаев Д.М. и др. Модернизация спасательного глубоководного аппарата «Бестер» // Подводные технологии и мир океана. – 2005. – № 2. – С. 42-45. 3. Альтшуллер Г.С. Найти идею – Новосибирск: Наука, 1986. 4. Антонов А.М. Концептуальные проблемы конструктивного обеспечения спасания подводников // Судостроение. – 2010. – № 3. – С. 32-38. – № 4. – С. 26-29. 5. Голдовский Б.И. Стыковка в глубине. Особенности проектирования спасательных подводных аппаратов. – Нижний Новгород: Издво ЦКБ «Лазурит», 2012. – 106 с. 6. Голдовский Б.И. История и основные тенденции развития систем спасения подводников // Подводные технологии и мир океана. – 2006. – № 1. – С. 48-55. 7. Голдовский Б.И. Современное состояние и прогноз развития спасательных глубоководных аппаратов // Морские интеллектуальные технологии. – 2011. – № 4. –С. 3-6. 8. Голдовский Б.И., Вайнерман М.И. Рациональное творчество – М.: Речной транспорт, 1990 9. Данмор С. Погибшие подлодки. Величайшие катастрофы – от «Ханли» до «Курска». – М.: Мир книги, 2005. 10. Караваев Р.Н. Подводно-технические работы на Каспийском шельфе // Морские интеллектуальные технологии. – 2010. – № 2. – С. 45-54. 11. Козюков Л.В. Создание и развитие спасательных судов ВМФ // Судостроение. – 1997. – №5. 12. Лубянов А.Н. Прорыв в глубину – Севастополь, 2003. 13. Молотов С.В., Дикарев Н.Ф. Создание первых подводных аппаратов для спасения экипажей аварийных ПЛ // Тайфун. – 1999. – № 3. 14. Нарусбаев А.А. Катастрофы в морских глубинах – Л.: Судостроение, 1989. 15. Спасатели Военно-морского флота – М.: Военное издательство, 1996. 16. Толл Д. Подводные лодки и глубоководные аппараты. – М.: ЭКСМО, 2004. 17. Турецкий подводный флот – властелин глубин Черного моря // Армейский вестник. 17.02.2011 – (http://army-news.ru/2011/02/ tureckij-podvodnyj-flot). 18. Dunlap G.H., Halwachs J.E. New Submarine Rescue System is First Deployed During International Exercise // Sea Technology. – 2008. – (www. sea-technology.com). 19. Hoffer D. Submarine Rescue, Diving and Recompression System (SRDRS). Status Update / SMERWG – Garmish, Germany. – 2007 (PMS394B). 20. Jane’s Fighting Ships. – 2001-2002. – P. 22, 32. 21. Jane’s International Defense Review/ – 2004. – v. 37. – P. 18. 22. NATO Submarine Rescue System. NSRS / SMERWG – Garmish, Bavaria. – 2007. 23. Naval Sips’ Technical Manual. Charter 594. Salvage / Submarine Safety Escape and Rescue Devices. – 1995. – (http://www.fas.org/man/ dod-101/sys/ship/nstm/index.htm). 24. NSRS General Description. MOSHIP Requirements / Rolls-Royce. – 2008. 25. SRDRS/NSRS. MOSHIP/VOO Update. Steve Thoresen (PMS394R), Paul Bray (NSRS-PM). – 2007 26. User Requirements Document. Baseline definition of the Escape & Rescue Requirement // de&s. Ministry of Defence. – UK-200.

100 Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

101

ИЗ ИСТОРИИ ВОЕННО-МОРСКОГО ФЛОТА

В соответствии с указом импе‑ ратора Николая II от 6 (19) марта 1906 года, в классификацию судов военного флота внесен новый раз‑ ряд кораблей – подводные лодки. Дата подписания царского указа ежегодно отмечается в России как «День моряка-подводника».

ПЕРВЫЙ ВЫХОД ИЗ ЗАТОПЛЕННОЙ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ РОССИЯ 1917 ГОД

НА ОСНОВЕ СЕМЕЙНЫХ РАССКАЗОВ ПРОФЕССОРА СТАНИСЛАВА РАКУСА-СУЩЕВСКИ, ПОСТОЯННОГО ПРЕДСТАВИТЕЛЯ ПОЛЬСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ПРИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК Попытки создать корабль, который мог бы погружаться под воду и оттуда поражать противника, предпринимались с XVII века. Первая российская подводная лодка «Дельфин» была спроектирована и построена И. Г. Бубновым, И. С. Горюновым и М. Н. Беклемишевым в 1904 году на Балтийском заводе. К началу 1917 года Балтийский флот России имел уже 23 подводных лодки, которые базировались на четырех главных базах: Кронштадт, Свеаборг, Ревель и Гельсингфорс. Внедрение новой военной техники неизбежно связано с аварийными ситуациями и поиском способов спасения людей. На сегодняшний день мы имеем технически продуманную и постоянно развивающуюся систему спасения подводников. Однако путь к ее созданию связан с печальным опытом аварий и гибели моряков. Малоизвестными сведениями о первом в мире случае спасения моряков с затонувшей подводной лодки АГ‑15 с редакцией журнала поделился племянник одного из спасшихся тогда подводников, профессор Польской академии наук Станислав Ракуса-Сущевски. Подводные корабли АГ‑15 и АГ‑16 (среди моряков слывущие «агнихами») производства американской фирмы Холланда, смонтированные на Санкт-Петербургской верфи, характеризовались нестандартной конструкцией входных люков, предусматривающей возможность ава102 Морские информационно-управляющие системы, 2014/ No. 2 (5)

рии или затопления. К входному люку вел цилиндрический колодец, благодаря чему в случае потопления между нижним краем цилиндра и потолочной частью корабля образовывалась воздушная подушка. Эта техническая особенность в конце концов оказалась судьбоносной для спасшихся моряков. Авария подводной лодки АГ‑15 произошла 8 июня на рейде Ревеля. «Агниха» стояла в учебном положении,

Конструкция входного люка подводных лодок АГ-11 и АГ-15

Подводная лодка АГ-15 в порту Ревель

ИЗ ИСТОРИИ ВОЕННО-МОРСКОГО ФЛОТА

балластные баки заполнены наполовину, главный люк открыт. Команда проводила тренировки – отработку действий по тревоге. В 14:25, после того как матросы доложили о готовности, лодка отшвартовалась от транспортного корабля «Оланд» и пошла на учебное погружение. Через 10 минут после погружения АГ‑15 начала неожиданно крениться на корму. Команда командира «Всплытие!» оказалась безрезультатной. Сильная струя воды ворвалась внутрь лодки через неплотно закрытый люк. Рванув рычаг, люк закрыли, однако вода успела попасть в машинное отделение, которое вместе с 18‑ю матросами тут же отрезали захлопывающиеся герметические двери. Из донесения команды «Оланда» известно, что в первые минуты аварии четверых человек выбросило на поверхность воды через главный люк. Они были подняты на борт – командир подводной лодки и три матроса. Внутри остались 24 человека. Среди них – Константин Мациевич, поляк по происхождению, окончивший Морской кадетский корпус в 1911 году и в 1913 году служивший на крейсере «Рюрик», участник боя с немецким кораблем «Роон». Его мечтой, как и большинства молодых кадетов в те времена, была служба на подводных лодках. В составе команды АГ‑15 в 1916 году фамилия Мациевича стояла на втором месте после капитана. И теперь он оказался в затопленной лодке самым старшим по званию. На поверхности начались спасательные работы. В лодке оставалось еще около 3‑х кубометров воздуха в баллонах под давлением 160 атмосфер. С палубы «Оланда» спустили водолаза, он постучал ключом в районе носа и получил ответ изнутри. Константин Мациевич решил уменьшить вес затонувшей лодки, отстрелив торпеды. Одну из торпед втянули внутрь, вынули детонатор, вместо него Мациевич поместил сообщение, написанное на клеенке. Торпеду отстрелили, и сообщение удалось получить на поверхности. Однако из-за недостатка воздуха и огромного давления условия внутри лодки были слишком тяжелые, поэтому операцию с торпедами повторять не стали. У 18‑ти людей, запертых в машинной части лодки, надежды на спасение не оставалось. Один из моряков взял на себя миссию закончить мучения, воспользовавшись 6‑ти зарядным маузером. К нему подходили поочередно, последним патроном он убил себя. В это время над водой пробовали зацепить лодку тросом и стянуть на мелководье. Мациевич же предложил оставшимся подводникам свой план спасения. Он приказал разорвать пробковые матрацы и набить ими одежду, эти примитивные спасательные жилеты должны были удержать тела на поверхности воды. Затем он максимально увеличил давление воздуха, открыв баллоны с остатками чистого кислорода. Люди собрались возле главного люка. Мациевич установил очередность выхода, сам шел последним. Возле цилиндрического люка образовалась воздушная подушка. Под влиянием нарастающего давления клапан на люке был сорван, и люди начали всплывать.

Старший офицер АГ-15 Константин Мациевич В 23:04 на поверхности воды в районе затопления появились буруны активно выходящего воздуха, а за ними – моряки. Из 24‑х человек спаслось шестеро: Мациевич, Артамонов, Пигунов, Соколов, Бахвалов и Константин Ракуса-Сущевски. Погибших моряков похоронили в Ревеле, тело одного матроса так и не было найдено. Впоследствии Константин Мациевич заслужено стал капитаном подводной лодки. No. 2 (5) / 2014, Морские информационно-управляющие системы

103

РЕДАКЦИОННАЯ ГРУППА: Руководство: Кобылянский В.В. Выпускающий редактор: Манохина И.И. Технические консультанты: Арфаниди М.В. Бункин А.Ф. Горшков А.Г. Губанов Ю.П. Лушников Д.Л. Першин С.М. Попов А.М. Организационная помощь: Осипова С.В. Дизайн и верстка: Маркин О.Д. Полная или частичная перепечатка, либо иное использование материалов, опубликованных в журнале «Морские информационно-управляющие системы», без письменного разрешения издателя не допускается. Рукописи рецензируются. Реклама в настоящем номере размещена на полосах: 25, 103, 3-я полоса обложки. Издатель: Открытое акционерное общество «Концерн «Моринформсистема-Агат» Адрес редакции: Москва, ул. Шоссе Энтузиастов, д. 29 Тел.: +7 495 603-9034 E-mail: innovation@concern-agat.ru, issue@ocean-platform.ru Website: www.concern-agat.ru, www.ocean-platform.ru Источники фотоматериалов: указаны в списках источников и литературы к статьям Печать: ООО «Август Борг» Москва, Амурская ул., д. 5, стр. 2 Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Регистрационное свидетельство: ПИ № ФС 77-53922 от 26 апреля 2013 года.

ISSN 2308-2119

104 Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Подписано в печать: 15.09.2014 г. Тираж: 1000 экз.