Z-МАШИНЫ

Автономные машины – современные разработки для изучения мирового океана

Автономные парусники — роботизированные суда, использующие энергию ветра для движения, управляющие парусами и рулями без вмешательства человека. Использование автономных парусников в основном направлено для отбора проб океанических (морских) вод.

Парусный спорт и сбор данных мирового океана

Благодаря новым технологиям, этот вид транспорта обещает стать эффективным инструментом для широкого спектра применений в реальных условиях. Парусное управление всегда рассматривалось относительно сложной задачей, во многом зависящей от непредсказуемых условий окружающей среды (ветер, состояние моря).

Используя обычную парусную лодку, потенциальный моряк управляет рулём в соответствии с желаемым курсом и применяет парусное полотно для увеличения скорости хода.

Для определённого курса, скорости лодки, скорости ветра и направления ветра существует оптимальный угол между парусом и направлением ветра. Этот угол позволяет нарастить максимальное ускорение лодки.

Автономные парусники, по сути, роботизированные суда, использующие энергию ветра для движения, наделённые возможностями управлять парусами и рулями без вмешательства человека.

Проделана значительная работа по автоматизации задач парусного управления, особенно в направлении, касающемся навигации одним моряком.

Однако естественная эволюция создания полностью автономных парусников для отбора проб в океане страдает от ряда технических ограничений и значительных рисков эксплуатации. На данный момент времени большинство ограничений удалось преодолеть, благодаря появлению:

Поэтому новая технология становится эффективным инструментом для широкого спектра применений, дополняя другие технологии, доступные для отбора проб в океане.

Технологичные машины – сборщики данных мирового океана

Океанографическое сообщество теперь всецело полагается на океаническую робототехнику, которая позволяет выполнять сбор данных на месте. Наблюдается экспоненциальный рост использования современных технологий:

Благодаря таким машинам, удалось достичь существенного расширения знаний о физических процессах, затрагивающих мировой океан.

Автономные водные машины демонстрируют существенный потенциал развития последние десятилетия. Такая техника разрабатывается параллельно технологиям микроэлектроники

В свою очередь полученные сведения помогают разработать различные математические модели воспроизводства реальных условий, обнаруженных в океанических недрах.

Учитывая, что разрабатываемые модели требуют калибровки с реальными масштабными данными, значимым фактором является доступность данных, которых прежде было относительно мало, особенно касаемо измерений непосредственно на месте.

Доступные технологии и методы изучения океана

Океанические обсерватории представляют собой беспилотные системы, расположенные на фиксированном участке и предоставляющие информацию о состоянии морского дна, толщи воды и водной поверхности. Океанические  обсерватории установлены в границах всего мира.

Океанические водные обсерватории представляют собой высокотехнологичный класс водных машин, также функционирующих автономно

Массивы пришвартованных статических приборов способны обеспечивать симультанные временные последовательности, но пространственное разрешение обычно низкое по причине высокой стоимости.

Текущие разработки пытаются извлечь максимальную пользу из зашитых инструментов, комбинируя механизмы профилирования и системы, основанные на швартовке.

Морские машины – краткий обзор существующей техники

Одним из самых простых способов получения крупномасштабных измерений океана является установка приборов на месте на грузовых судах или паромах. Типичные датчики представляют:

Такого рода системы сохраняют данные внутри, которые извлекаются только тогда, когда судно достигает конечного пункта назначения или завершает кругосветный рейс.

Между тем разработан целый ряд другой водной техники, благодаря которой доступен к выполнению масштабный мониторинг.

Буксируемые морские системы

Буксируемые корпуса (кузова) помогают создавать квазисиноптические двумерные секции развивающихся океанских полей. Буксируемые корпуса управляются непосредственно с корабля через шнур с электрически разрывным соединителем, обеспечивая электропитание и связь.

Буксируемая система (схематично): 1 — буксирный трос; 2 — активный источник; 3 — нейтральный плавучий кабель; 4 — цифровой приёмный массив; 5 — буксируемая конус-мишень

Буксируемые корпуса обладают ограниченной маневренностью и способны следовать по относительно простым траекториям, используя отклоняющие поверхности для изменения глубины и ориентации. Некоторые волнообразные версии буксируемых корпусов допускают сложные ДНА в вертикальной плоскости.

Автономные машины с дистанционным управлением

Этот вид транспорта представлен подводными роботизированными машинами, которые работают по принципу физической связи с поверхностью. Тем не менее, все технологические достижения, а также мобильность этих транспортных машин ограничена контактно-разрывным звеном.

Сопротивление, связанное с рамой и кабелем (контактно-разрывное звено), исключает использование высоких скоростей. Поэтому, основное применение для такого типа транспортных машин заключается в проведении тщательных проверок в средах с низким током, на мелководье.

Дрифтеры профайлеры и планеры

Речь идёт в частности о дрифтерах – судах рыболовного назначения, на которых используются инструментальные опускаемые поплавки. Опущенные на воду поплавки дрейфуют в горизонтальном направлении локальных течений длительный период времени.

Одна из разработок профилографа течений — автономно действующей водной (океанической) машины, которая может находиться в открытом океане длительное время

Также применяются профайлеры (профилографы течений), несколько похожие на поплавки, устанавливаемые с дрифтеров, но использующие переменную плавучесть и вертикальное перемещение через толщу океана.

Планеры — машины, которые не только используют переменную плавучесть вертикального перемещения, но также имеют бортовые (контрольные) оперения, предназначенные для обеспечения плавного скольжения. Таким способом обеспечивается некоторый контроль ограничения горизонтальной тяги.

Некоторые из отмеченных машин время от времени всплывают на поверхность, получают GPS-координаты и «общаются» через соответствующие спутниковые каналы.

Тем не менее, объём информации, которая может быть передана таким способом, очень ограничен. Учёным приходится ждать восстановления энергии, чтобы получить полные данные.

Долгое время разрабатывались предложения по сбору энергии движителя из окружающей среды для обеспечения работы на очень больших расстояниях.

Недавно появилась информация об испытаниях теплового двигателя, который получает энергию из термоклина океана (слой воды, где значительный вертикальный отрицательный градиент температуры).

Автономные надводные транспортные средства

Имеются в виду роботизированные лодки, которые работают без какой-либо физической связи с оператором. Автоматизированные лодки обычно имеют большую ёмкость с точки зрения полезной нагрузки.

Однако ограниченное количество энергии, хранящейся на борту, препятствует использованию автоматизированных лодок в условиях дальних миссий.

Вот такая, казалось бы простая внешне водная автономная машина (своего рода аква-дрон) приносит массу пользы учёным, собирая уникальную информацию

Ранее предпринимались меры, направленные для развертывания автономных лодок на работу в прибрежных водах. Но главный момент работы таких машин заключается в том, что большинство разрабатываемых прототипов в основном предназначены для спокойных внутренних вод.

Автономные подводные аппараты

Последнее несколько десятков лет некоторые важные технологические достижения, наряду с новыми идеями для эффективного отбора проб в океане, способствовали развитию автономных подводных машин.

Эти машины представляют собой мощные и эффективные инструменты для сбора данных под водой. Существует большое количество операционных систем различных размеров и конфигураций, охватывающих:

Эти транспортные средства работают без физической связи с поверхностью, имеют на борту набор соответствующих датчиков для характеристики подводной среды.

Использование автономных подводных машин все ещё несколько ограничено в том, что касается регулярного отбора проб в океане.

Пример глубинной автономной машины, которая может функционировать в режиме подводного хода достаточно длительное время

Тем не менее, некоторые достаточно интересные результаты были получены в результате использования такого типа машин в сложных условиях:

Благодаря глобальному охвату и сложному оборудованию, машины мониторинга окружающей среды играет всё более важную роль в плане изучения состояния океана — температуры поверхности и концентрации хлорофилла и других данных.

Вклад морских машин имеет основополагающее значение для измерения вариаций на временных промежутках, от сезонно-межгодовых отрезков, до десятилетних шкал.


 

Exit mobile version