Первые подводные аппараты. Подводный аппарат: классификация, описание и назначение

ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ (а. submarine unit; н. Unterwassergerat; ф. appareil sous-marin; и. equipo submarino) — судно или техническое устройство, перемещающееся в толще воды и (или) по дну и используемое для научных исследований, поисковых и аварийно-спасательных операций, а также производственных работ под водой. В частности, подводные аппараты применяются для проведения геологических и геофизических измерений вблизи океанского дна с целью изучения геологического строения дна океана , состава слагающих его пород, поиска и разведки месторождений полезных ископаемых в Мировом океане , а также при эксплуатации месторождений, для осмотра и ремонта буровых платформ и т.п.

Подводные аппараты делятся на 3 основных класса: обитаемые нормобарические, обитаемые гипербарические и необитаемые (телеуправляемые). Подводные аппараты классифицируются также по типу выполняемых работ — на гидрофизические, геологические, поисковые, специализированные рабочие, осмотровые и др.; по характеру перемещений в водной среде — на буксируемые, плавающие, перемещающиеся (в т.ч. шагающие) по грунту; по способу подачи электропитания — на привязные, автономные и комбинированные; по глубине проведения работ — для малых глубин (до 600 м), средних глубин (до 2000 м) и глубоководные (свыше 2000 м).

К нормобарическим обитаемым подводным аппаратам относятся привязные и автономные исследовательские и транспортные средства, в герметическом корпусе которых поддерживаются параметры дыхательной смеси, близкие к нормативным атмосферным. Примером аппаратов этого типа является подводный аппарат "Пайсис", предназначенный для океанологических (в т.ч. геологических) исследований (рис. 1).

Первые геологические исследования с применением подводных аппаратов были проведены в 1962 с борта французского батискафа "Архимед" в жёлобе Пуэрто-Рико (около 9000 м). В последующие годы выполнялись обследования береговых каньонов, коралловых рифов , полей железомарганцевых конкреций и фосфоритов . С 70-х гг. было организовано несколько американских и французских геологических экспедиций по изучению океанических рифтовых зон (в 1973 — Срединно-Атлантического рифта , в 1978-79 — зоны восточно-Тихоокеанского поднятия и Галапагосского рифта).

Первые советские геологические экспедиции с использованием подводного аппарата типа "Пайсис", "Звук", "Манта" были проведены на озере Байкал (1977), в Красноморском рифте (1979-80) и рифте Рейкьянес в

Первые подводные аппараты (ПА) были построены в чисто научных целях. Последующие их конструкции разрабатываются в основном для производства различных инженерно-технических работ. Весьма разнообразны задачи, решаемые с помощью подводных обитаемых аппаратов, начиная с монтажа глубоководных конструкций, прокладки кабелей и трубопроводов и кончая наблюдением за их эксплуатацией и ремонтными работами.
В связи с большим разнообразием подводные аппараты можно классифицировать, например, в зависимости от глубины погружения, на три группы.
К первой группе относятся наиболее многочисленные аппараты для работ на континентальном шельфе с глубиной погружения до 1000 м.
Ко второй - аппараты, рассчитанные на глубину 2000-4000 м и используемые в пределах материкового склона. Третья группа аппаратов, предназначенная для максимальных глубин, представлена лишь несколькими образцами.
Для подводного строительства представляет особый интерес первая группа обитаемых подводных аппаратов, предназначенных для выполнения подводно-технических работ на сравнительно небольших глубинах (-300-900 м).
Основными критериями сравнительной оценки подводных обитаемых аппаратов являются: рабочая глубина погружения, численность экипажа, параметры системы жизнеобеспечения, количество манипуляторов, транспортабельность.
В табл. 6.5 приведены основные характеристики некоторых современных обитаемых подводных аппаратов.
Аппарат PC-1202 с блочной конструкцией корпуса, снабженной водолазным отсеком и опорами регулируемой длины, используется для осмотра дна, размещения зарядов взрывчатых веществ, отбора кернов и образцов грунта, обеспечения работы электроинструментов и видеосвязи.
Конструкция ПА ’’Бивер MK-IV” отличается большой надежностью и предусматривает аварийный сброс манипуляторов, батарей, якорей и др., а также возможность перемещения вдоль всех осей координат. Манипуляторы, гидролокатор бокового обзора, иллюминатор диаметром 1 м обеспечивают фотодокументирование, осмотр дна, замывание в грунт кабелей и стыковку с подводными объектами. Для транспортирования ПА ’’Бивер MK-IV” используют самолет С-141.
Основные характеристики обитаемых подводных

Тип,страна	Рабочая глубина, м	Экипаж, ПА, чел.	Экипаж судна обеспечения, чел.	Система жизнеобес печения, чел.-ч
„Бивер MK-IV”,	800	3	12	144
США
„Джонсон - Си Линк”, США	300	4	4	Данные отсутству ют
РС-1202, США	900	4	4	52
„Бэта” и „Гам	300	2	2	144
ма”, США
„Пайсиз-VU”,	900	со 1 lt;N	6	336
Канада

Аппарат ’’Джонсон - Си Линк” служит для водолазных работ, а также для фото- и видеорегистрации. Он оборудован устройством для стыковки водолазного отсека с палубной декомпрессионной камерой судна обеспечения.
Однотипные аппараты ’’Бэта” и ’’Гамма” используются для наблюдения и поиска под водой, замывания в грунт кабелей, размещения зарядов взрывчатых веществ и подъема тяжелого оборудования со дна.
Канадский ПА ’’Пайсиз -VII” применяют для контроля за состоянием трубопроводов, замывания в грунт кабелей и аварийно-спасательных работ. Аппарат транспортируется самолетом С-130 ’’Геркулес”.
Подводные аппараты широко используются для подводного строительства; однако для них требуются обеспечивающие суда. Поэтому применение подводных аппаратов в значительной степени зависит от гидрометеорологических условий.
Установлено, что коэффициент использования автономных подводных систем в Северном море в три раза выше по сравнению с системами, имеющими надводный носитель. Одни и те же работы автономными подводными системами выполняются в 10-15 раз быстрее. Так, в ФРГ разработана обитаемая глубоводная система DSWS для производства различных подводных работ. Система состоит из подводного носителя аппаратуры и устройств UWAG, обеспечивающего буя, передающего устройства и двух сменных капсул - буровой и водолазной (рис. 6.18). Система DSWS предназначена для подводного обследования; прокладки кабелей и трубопроводов; отбора проб грунта; измерения рельефа дна; бурения скважин глубиной до 200 м; монтажа, технического обслуживания и ремонта подводных сооружений; транспортирования и установки тяжелых
аппаратов
Таблица 6.5

подводных конструкций; глубоководных погружений четырех-пяти водолазов на глубину до 500 м.
Энергоснабжение обитаемого носителя осуществляется от двух дизель-генераторов, установленных на обеспечивающем буе, выполненном в виде судна. С помощью силового и трансляционного кабелей дости-

Рис. 6.18. Обитаемая глубоководная система для производства подводных работ.
1 - обеспечивающий буй; 2 - силовой и трансляционный кабели; 3 - подводный носитель.
гается бесперебойная подача тока напряжением 3,3 кВ на носитель при волнении моря. Кабельная лебедка с тяговым усилием 3000 даН и скоростью намотки кабеля 0,5 м/с приводится от электродвигателя постоянного тока мощностью 30 кВт.
Для обеспечения маневренности носителя буй следует за ним на заданной дистанции и одновременно служит носителем знака ограждения для оповещения проходящих судов о проведении подводных работ.

Рабочая глубина погружения, м 600
Водоизмещение, т:
надводное 225
подводное 290
Скорость, уз 5
Подводная автономность, ч 336
Длина, м 22,2
Ширина, м 8,3
Высота, м 10,9
Мощность ходовых электродвигателей, кВт 4x30
Мощность электродвигателей подруливающего устройства, кВт 2x18,5
Полезная грузоподъемность, т 25
Грузоподъемность с дополнительной плавучестью, т 50
Экипаж, чел 6-8
Количество водолазов, чел 2-4
Корпус носителя состоит из трех сфер, соединенных между собой прочными наклонными шахтами. В верхней сфере диаметром 4 м расположен пост управления, а между носовой и кормовой сферами находится рабочая шахта размером 5,5х3,6x5 м. Для подводно-технических работ в шахте имеется грузовая траверса, лебедки, телевизионные камеры, поворотные прожекторы, манипуляторы, контейнеры с инструментами.
Носитель доставляет к рабочему месту водолазную капсулу, обеспечивающую работу водолазов в течение 800 мин на глубине 300 м, и буровую капсулу массой 22 т, выполненную в виде цилиндра диаметром 3 и длиной 5,6 м с коническим днищем и стыковочным устройством в верхней части. С помощью буровой капсулы с набором буровых штанг можно пробурить скважину глубиной 200 м, диаметром 120,6 иЛи 152,4 мм и взять керн за три-восемь дней.
Буровая установка снабжена независимым гидравлическим приводом и обслуживается двумя-тремя операторами.
В конструкции рассмотренных аппаратов наблюдается четкая взаимосвязь наибольшей глубины погружения, скорости, автономности, полезной нагрузки, объема и массы подводного аппарата.
Глубина погружения определяет избыточное давление на ПА, а следовательно, конструкцию всех устройств и массу аппарата в целом. Массовое водоизмещение аппарата на плаву W складывается из массы капсулы WK, полезной нагрузки Wn, а также массы экипажа, механизмов и систем обеспечения работы механизма Wp:
W = WK + Wn +Wp.

В результате анализа имеющихся данных была выведена формула для установления взаимосвязи между основными конструктивными параметрами ПА :

где W - массовое водоизмещение аппарата на плаву, фунты; R - радиус действия аппарата, мили; Wn - полезная нагрузка, фунты; Н-глубина погружения, футы.
Зависимость между глубиной погружения и различными техническими характеристиками современных ПА иллюстрируется графиками и диаграммами на рис. 6.19 и 6.20.
Развитие подводных нефтяных и газовых промыслов, строительство глубоководных портов, прокладка подводных кабелей и трубопроводов требуют создания высокопроизводительных подводных аппаратов, работающих по принципу наземных строительных машин .
Японская фирма ’’Коматцу” , входящая в финансируемую правительством Группу подводных исследований, разработала подводный бульдозер для глубин до 60 м, управление которым осуществляется

либо водолазом, либо по кабелю с обеспечивающего судна. В основу конструкции подводного бульдозера положен береговой бульдозер Д155А, широко используемый в ряде стран. Вместо установленного на бульдозере Д155А дизеля на подводном бульдозере смонтирован герметичный электродвигатель, связанный кабелем с обеспечивающим судном. Площадь, обслуживаемая бульдозером, составляет 100 м2. Более подробно конструкции подводных бульдозеров, в том числе и управляемых по радио, рассмотрены в § 6.5. .
В Хьюстоне (США) переоборудован обычный гусеничный экскаватор с ковшом емкостью 0,58 м3 для рытья подводной траншеи по трассе морского выпуска сточных вод. С экскаватора демонтированы дизель, гидравлический насос, электрооборудование и кабина. Ввиду отсутствия в районе работ необходимого обеспечивающего судна двигатель и насос установили на берегу, а на экскаваторе закрепили силовой и другие кабели длиной 135 м. Для повышения устойчивости экскаватора со снятым оборудованием в качестве контргруза использовали свайный молот массой 1 т.
Перед началом работ был проложен направляющий трос, вдоль которого экскаватор прошел до места предполагаемой установки оголовка выпуска. После этого экскаватор начал рыть траншею со стороны моря к берегу. Глубина траншеи изменялась от 1 до 1,5 м, а ширина от 1,8 м на дне до 7,2 м в верхней части.
Переоборудование экскаватора было выполнено в течение трех дней с затратами около 2 тыс. долл, а затраты на устройство кабельной линии составили около 5 тыс. долл. Подводная траншея была отрыта за 2,5 дня. После окончания работ экскаватор был дооборудован и снова использован на сухопутных земляных работах.
Для механизации подводных буровых работ в Великобритании использовали гусеничную буровую установку с пневматическим приводом. Установка типа ”Инджесол-Ронд” оборудована удлиненным в пять раз, по сравнению с обычным воздушным шлангом, специальными уплотнительными устройствами и возвышением для управления установкой. Для подачи воздуха к буру под давлением 84 МПа используется шланг длиной 54,9 м. В зависимости от рабочей глубины давление воздуха снижается до 56-63 МПа.
Буровая установка опускается под воду краном, установленным на барже. Бурильщики, обученные водолазному делу, осуществляют эксплуатацию буровой установки. Во избежание быстрого износа буровую установку после окончания дневных работ поднимают из воды, смазывают бур и проверяют систему привода и управления.
Таким образом, за несколько десятилетий человек перешел от робкого прощупывания глубин Мирового океана к его планомерному исследованию и освоению при помощи подводных аппаратов и их разновидности - подводных строительных машин.

В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н. э.) рассказывается о неком подводном костюме, применяемом его современниками для погружения на дно реки. По словам древнегреческого философа Аристотеля (384-322 гг. до н. э.), при завоевании финикийского города Тира (332 г. до н. э.) войско Александра Македонского использовало водолазный колокол. Древнегреческий писатель Плутарх в одном из своих сочинений, датированном 35 г. до н. э., упоминает о левантийских водолазах, а Дионисий Кассий описал примитивное подводное снаряжение, которое применил при нападении на римскую галерную эскадру императора Септимия Севера (III в. н. э.) отряд византийских подводников.

Позднее, в 1538 г., в испанском городе Толедо также производились опыты с водолазным колоколом. В истории известно много примеров использования для дыхания под водой тростниковых трубок, а также полых стеблей камыша.

Однако эти разнообразные приспособления не смогли помочь человечеству проникнуть в морские глубины. Только с развитием промышленности и науки, с появлением новых технологий добычи и обработки металлов появилась возможность создания подводного судна, способного покорить глубины океана.

Первые иностранные подводные суда появились в XVII в. Голландский врач Корнелий Ван-Дребель, придворный английского короля, в 1620 г. погружался в воду в деревянных бочках, обтянутых промасленной кожей. Наиболее крупная из них была рассчитана на 20 человек и предназначалась для увеселительных прогулок придворных. После смерти изобретателя в 1634 г. никаких записей о его опытах не осталось.

В 1718 г. плотник из подмосковного села Покровское Ефим Никонов подал на имя Петра I челобитную, в которой уверял, что сможет построить «потаенное судно». Царь поверил талантливому самоучке, вызвал его в Петербург и внимательно выслушал. Уже в 1721 г. на галерном дворе в присутствии Петра I конструкция плотника была испытана.

Она погружалась в воду при помощи кожаных мешков, которые заполнялись водой. Передвигалось судно за счет четырех пар весел. Однако, непонятно каким образом оно всплывало, так как на борту отсутствовал насос или какая-либо конструкция с аналогичными функциями.

В годы войны за независимость американского народа против англичан (1775-1783 гг.) проходило испытание подлодки «Черепаха», изобретенной американским механиком Давидом Бушнелем.

Форма подводного аппарата напоминала грецкий орех и состояла из двух медных половинок. Она была рассчитана на одного человека и перемещалась с помощью гребного винта, приводимого в движение вращением ручного привода. Судно погружалось за счет второго гребного винта при заполнении балластной цистерны водой. На его борту находилась пороховая мина с часовым механизмом, предназначенная для присоединения ко дну корабжя противника. С этой целью в верхней части корпуса лодки, возле второго гребного винта, располагалось специальное квадратное гнездо, в которое вставлялся бурав, вращающийся из внутренней части, и к нему подвязывалась прочной тонкой веревкой (штертом) пороховая мина. Во время атаки вражеского судна бур прикреплялся к деревянной обшивке днища корабля и оставался на ней вместе с миной, взрывавшейся после удаления лодки.

Несмотря на то, что «Черепаха» имела неплохое вооружение, при использовании она не оправдала себя. Первый раз субмарина выступила против 64-пушечного британского корабля «Орел», днище которого оказалось обшитым медью, поэтому бурав не удалось ввернуть. Объектом второй атаки стал английский фрегат «Цербер». На этот раз подводная лодка не успела даже добраться до него, так как была обстреляна неприятелем и потоплена.

В 1834 г. в Петербурге на Александровском литейном заводе построили подводную лодку, вооруженную шестью пусковыми ракетными установками.

Руководил проектом военный инженер А. А. Шильдер. В подводном положении конструкция перемещалась за счет специальных гребков, сделанных в виде утиных лапок. Они располагались вне корпуса конструкции попарно на каждом борту. В действие их приводили матросы-гребцы. В надводном положении лодка ходила под парусом на складной мачте. Подводный корабль Шильдера имел продолговатый яйцеобразный корпус, слегка сплющенный с боков. Его длина составляла 6 м, ширина - 1,5 м, высота - 2 м. При водоизмещении равном почти 16 т, лодка перемещалась со скоростью не более 1,5 км/ч. Необходимо отметить, что изобретатель создал свое детище из железа тогда, когда за границей применение данного материала в судостроении еще не практиковалось.

На подводной лодке Шильдера впервые в мире установили оптическая труба для наблюдения за поверхностью моря. Она была устроена по принципу горизонтоскопа М. В. Ломоносова. В то время за рубежом подводные корабли не имели подобного приспособления.

Иностранные изобретатели крепили на своих конструкциях специальные рубки со смотровыми иллюминаторами. Но свет, как известно, плохо проникает через толщу воды. Вследствие этого экипаж лодки, находясь даже на незначительной глубине, был не способен разглядеть что-либо на поверхности моря. Для ориентировки им приходилось всплывать на такую глубину, чтобы рубка с иллюминаторами находилась выше уровня воды. В результате подлодка демаскировала себя и лишалась своего основного преимущества - скрытности. Шильдер был первым, кто практически использовал на подводном корабле оптическую трубу - прародительницу современных перископов, без которых в наши дни не обходится ни одна субмарина.

Конструкцию Шильдера спустили на воду в начале июля 1834 г. Испытания проводились на Неве по обширной программе. Она состояла из маневрирования в надводном и подводном положениях, действий против кораблей условного противника и обстрела их ракетами. Вскоре субмарину отвели в Кронштадт и продолжали проводить эксперименты уже в Финском заливе. Благодаря этому изобретатель накопил опыт, позволивший ему разработать проект более совершенной подводной лодки.

Военное министерство, выделяя Шильдеру средства на построение еще одного подводного корабля, поставило перед ним ряд условий, по которым новая конструкция должна обладать достаточной мореходностью и автономностью, т. е. способностью максимум на трое суток уходить из базы в море, и быть удобной для транспортировки по суше конной тягой, состоящей из шести лошадей. Выполнение последнего требования являлось необходимым для того, чтобы в будущем у командования появилась возможность осуществлять секретные переброски подводных кораблей из одного пункта побережья в другой.

Вторая лодка была построена в 1835 г. Она долгое время испытывалась как на Неве, так и на Кронштадтском рейде. В течение трех лет изобретатель неустанно совершенствовал свою конструкцию. В 1841 г. вследствие плохой погоды подводный корабль Шильдера не выполнил поставленной задачи. В результате ему отказали в финансировании дальнейших опытов, и труды Александра Андреевича были преданы забвению. Однако через семнадцать лет немец Бауэр построил на деньги российского правительства подводное судно «Морской черт», которое представляло собой точную копию субмарины Шильдера.

В 1866 г. по проекту русского изобретателя И. Ф. Александровского сконструировали подводная лодка, на которой установили двигатель, работающий на сжатом воздухе.

Он обеспечивал скорость хода не более полутора узлов и дальность плавания всего на три мили. Это был первый подводный корабль, который вошел в состав русского военно-морского флота. Он представлял собой оригинальное плавучее сооружение длиной около 30 м и шириной около 4 м. Полное водоизмещение лодки составляло 65 т.

Обшивку корпуса изготовили из листовой стали толщиной 12 мм. Она крепилась заклепками к семнадцати шпангоутам, которые являлись металлическим каркасом подводного корабля. Носовая часть конструкции Александровского, где располагался командный пункт и устанавливался магнитный компас, была обшита медью. Это предохраняло навигационный прибор от влияния больших масс железа и обеспечивало точность его показаний.

В кормовой части подводной лодки изобретатель расположил один над другим два гребных винта. Они приводились во вращение двумя трехцилиндровыми семидесятивальными пневматическими двигателями, которые работали на сжатом воздухе. Внутри конструкции Александровский установил три цистерны для приема водяного балласта при погружении. Их общая вместимость составляла около 10 т воды. Кроме того, в кормовой и носовой частях подводного корабля находились по одной небольшой цистерне. С их помощью регулировался дифферент лодки в подводном положении. Цистерны заполнялись водой через приемные клапаны (кингстоны), которые открывались и закрывались внутри конструкции.

Всплытие подводного корабля на поверхность происходило с помощью сжатого воздуха. С этой целью к балластным цистернам был подведен от баллонов со сжатым воздухом специальный воздухопровод. По нему в случае возникновения необходимости всплытия пускали под большим давлением воздух, который поступал в цистерны и выталкивал из них воду. Данное открытие Александровского до сих пор применяется на субмаринах всех флотов мира.

Испытания подводного корабля провели 19 июля 1866 г. в Кронштадте. Они прошли весьма успешно, но сам изобретатель остался недоволен ходом экспериментов. Он решил внести в кон струкцию лодки ряд усовершенствований, прежде чем продемонстрировать свое творение приемной комиссии. Новые испытания подводного корабля прошли лишь через год. Результаты превзошли все ожидания конструктора.

Вскоре на подлодку назначили военную команду из двадцати трех человек. В 1869 г. субмарина была переведена для проведения дальнейших испытаний в Транзунд, где она успешно выполнила задачу по преодолению дистанции равной 0,5 мили на глубине 5 м.

Спустя некоторое время Морское ведомство предложило специальной комиссии вновь проверить боевые и технические возможности изобретения Александровского. С этой целью был отведен полуторамильный маршрут близ Кронштадта. Пройдя положенную дистанцию, подводный корабль не смог удержаться на заданной глубине. Конструктор считал, что лодка не выполнила поставленной задачи в связи с тем, что район испытаний не являлся глубоководным.В 1871 г. в районе Бьеркэ-зунда поставили новые опыты над субмариной. Геометрически закрытый подводный корабль был спущен без личного состава на двадцатипятиметровую глубину. Через тридцать минут его подняли и тщательный осмотр показал, что корпус отлично выдержал давление и не дал течи.

В этом же году Московское ведомство заявило, что необходимо проверить прочность подводной лодки на глубине 30 м. Опасения Александровского оправдались. Во время испытаний корпус не выдержал давления воды, и корабль затонул. Только через два года конструктору удалось добиться организации работ по поднятию его изобретения на поверхность. Но дальнейшие опыты с подлодкой прекратили.

В 1877 г. по проекту Степана Карловича Джевецкого в России построили первый карликовый подводный корабль.

Талантливый инженер-изобретатель создал проект миниатюрного подводного челна, длина которого составляла 4 м. В конструкции помещался всего один человек, который с помощью ножных педалей приводил во вращение гребной винт, за счет которого лодка передвигалась.

Металлический корпус подводного челна состоял из двух частей. В нижней размещалась камера со сжатым воздухом, необходимым для вытеснения воды из балластной цистерны при всплытии лодки на поверхность. В верхней части находились разнообразные механизмы и специальное сиденье командира подводного корабля. Человек располагался в лодке таким образом, что его голова оказывалась под прозрачным колпаком из толстого стекла, выступающим над судном. Если челн плыл в надводном или полупогруженном положении, командир мог наблюдать за морем и береговыми ориентирами.

Подводный корабль Джевецкого был вооружен миной с особыми резиновыми присосками и запалом, который воспламенялся за счет тока от гальванической батареи. Для того чтобы командир субмарины мог прикрепить взрывное устройство к днищу вражеского судна, изобретатель предусмотрел в корпусе подлодки два круглых отверстия, из которых наружу выступали длинные гибкие резиновые рукавицы. После установки мины подводный челн отходил на безопасное расстояние, постепенно сматывая с катушки провод, соединяющий взрывное устройства с гальванической батареей. Командир субмарины мог произвести подрыв корабля противника в любой удобный для себя момент.

В 1879 г. Джевецкий создал подводный аппарат, который отличался от предыдущего не только размерами, но и рядом усовершенствований. Корабль вмещал уже четырех человек, сидящих попарно спиной к спине. Два гребных винта, кормовой и носовой, приводил во вращение с помощью ножных педалей весь экипаж. От ножного привода работали воздушный и водный насосы. Первый служил очистителем воздуха внутри лодки, второй откачивал воду из цистерн. Вместо прозрачного купола на подводном аппарате была установлена оптическая труба.

В качестве вооружения использовалась мина, которая устанавливалась с помощью оригинального приспособления. Оно состояло из двух пустых резиновых пузырей, связанных друг с другом тонким прочным канатиком. К ним мина и подвешивалась. Когда подводная лодка настигала вражеский корабль, в резиновые шары впускался воздух, и они всплывали вместе миной к днищу судна неприятеля. В 1879 г. произвели испытания подводного аппарата Джевецкого. Они прошли настолько успешно, что Военное министерство заказало пятьдесят подводных судов данного типа.

В 1884 г. Джевецкий создал лодку с электродвигателем мощностью 1 л. с.

Источником энергии служила аккумуляторная батарея. Во время испытаний в Петербурге субмарина проплыла против течения Невы со скоростью 4 узла.

В 1906 г. субмарина была заложена на стапелях Металлического завода в Петербурге. Ее длина составляла 36,0 м, ширина - 3,2 м, водоизмещение - 146 т. Лодка перемещалась за счет двух бензиновых моторов мощностью по 130 л. с. Во время испытаний подводный корабль продемонстрировал неплохие результаты. Но использовать его в военных операциях не представлялось возможным. При движении под водой подлодка демаскировала себя, так как оставляла пузырчатый след. Кроме того, внутренние помещения «Почтового» были загромождены различными механизмами и устройствами, что ухудшало бытовые условия личного состава.

Появление аккумуляторных батарей и сравнительно надежных двигателей внутреннего сгорания позволило создать энергетическую установку для подводных лодок. Изобретателям удалось воплотить в жизнь хорошо известную в наши дни схему: аккумуляторная батарея, электродвигатель-генератор, двигатель внутреннего сгорания.

Одновременно с энергетическими установками произошло усовершенствование и вооружения подводных кораблей. В 1865 г. конструктор Александровский создал первую в мире самодвижущуюся мину-торпеду. Позднее Джевецкий изобрел торпедные аппараты, которые устанавливались на корпусе подлодки. Многие годы они являлись основным оружием отечественных кораблей. Однако построить в XIX в. боевую субмарину было нереально, так как уровень развития электротехники и тепловых двигателей находился на низкой ступени развития.

Вооруженные силы (ВС) государств мира все больше интегрируют беспилотные системы различного назначения в свои арсеналы. Для военно-морских сил рассматриваются три категории такого оборудования: необитаемые подводные аппараты, далее НПА (Unmanned Underwater Vehicles, UUV ); необитаемые надводные аппараты, или суда (Unmanned Surface Vessels — USV ) и беспилотные летательные аппараты (Unmanned Aerial Vehicles, UAV ).

В отношении перечисленных беспилотных систем наблюдаются различные тенденции:

Развитие в сторону большей автономии: первые беспилотные системы обычно были дистанционно управляемыми (Remotely Operated Vehicle, ROV ). За ними последовали системы, способные самостоятельно выполнять детально запрограммированную задачу, такую как проход по конкретному маршруту мониторинга. В будущем армии мира стремятся получить полностью автономные системы, способные самостоятельно выполнять целевые задания и в ходе их выполнения ориентироваться на непредвиденные события.
Тренд в направлении координирования миссий между несколькими беспилотными системами равного или иного вида, а также скоординированное использование пилотируемых и беспилотных систем (Manned-Unmann Teaming ).
Тенденция увеличения продолжительности выполнения операций: более эффективные двигатели и аккумуляторные системы увеличивают дальность и длительность работы.
Конструирование более крупных систем с большей и универсальной полезной нагрузкой, дальностью и продолжительностью работы.
Разработка модульной полезной нагрузки для выполнения различных задач необитаемыми подводными аппаратами (НПА) одного типа.

Увеличение производительности беспилотных систем зависит от достижений в различных технологических областях. Наиболее важными, прежде всего, являются: приводные и энергетические системы, навигационное оборудование, датчики различного назначения, системы связи и искусственного интеллекта. На этих направлениях сосредоточены основные усилия исследователей.

Необитаемые подводные аппараты от ATLAS Elektronik

«Типичную» картину последних достижений в секторе необитаемых подводных аппаратов передают прикладные системы производства компании «ATLAS Elektronik GmbH» (г. Бремен, Германия): «Морская лиса» (SeaFox ), «Морской кот» (SeaCat ) и «Морская выдра» (SeaOtter ).

Эмблема компании ATLAS Elektronik

Модель «SeaFox»

Дистанционно-управляемый НПА «SeaFox» состоит на вооружении ВМС Германии и десяти других стран. Дрон поставляется в трех конфигурациях.

НПА «SeaFox»

Вариант «С», оснащенный взрывным комплектом, используется для уничтожения мин (при этом сам аппарат также уничтожается). Вариант «I» используется для поиска и идентификации мин, а также подводного мониторинга кораблей и портовых сооружений. После установки комплекта «Кобра» (Cobra ), вариант «I» может применяться для уничтожения мин и других взрывных устройств. При этом, комплект подрыва «Кобра» устанавливается на мину и дистанционно подрывается после отхода НПА. Вариант «Т» разработан для учебных целей, но может использоваться и для подводного мониторинга.

Оборудование для борьбы со взрывными устройствами «Кобра»

Необитаемые подводные аппараты «SeaFox» состоят на вооружении кораблей, катеров и вертолетов. Дистанционное управление НПА осуществляется по оптоволоконному кабелю. Аппарат имеет длину 1,31 м, вес 43 кг. Эксплуатационная глубина погружения дрона достигает 300 м. Максимальная дальность до судна управления – 22 км. Продолжительность применения – около 100 минут.

НПА «SeaCat»

Модель «SeaCat» имеет большую производительность. Она в два раза длиннее и в три раза тяжелее «SeaFox». Продолжительность ее работы до 20 часов. Аппарат способен погружаться на глубину до 600 м. «SeaCat» является гибридной системой. НПА может управляться дистанционно или действовать автономно.

Носовая часть аппарата сконструирована для использования различных модулей полезной нагрузки. В том числе: видео камеры, гидролокатора, магнитометра, а также модуля химического анализа воды или акустического датчика, проникающего через морское дно. НПА оснащен гидролокатором для сканирования по сторонам (Side Scan Sonar ) и может дополнительно тянуть сонар на буксире. Благодаря такой модульности, «SeaCat» применяется для обследования морского дна, тактической гидрографии, а также разведки и мониторинг более крупных районов.

НПА «SeaCat»

Аппаратура GPS и инерциальная навигационная система обеспечивают автономное применение НПА. Однако, при таком варианте использования собранные аппаратом данные могут быть получены только после его возвращения на корабль.

Возможности коммуникации между кораблем-носителем и НПА пока остаются ограниченными. Обмен данными через WiFi осуществляется в обоих направлениях. При этом, удаление от корабля управления не должно превышать 400м. Акустическая связь под водой, в зависимости от условий окружающей среды, имеет максимальную дальность до двух километров. При эксплуатации на такой дистанции необитаемые подводные аппараты этого типа пригодны для полностью независимой работы.

«Морская выдра» — универсальное решение

Самый новый и самый большой НПА от компании «ATLAS Elektronik» – универсальный аппарат «SeaOtter Mk II». Это автономный НПА, выполняющий задачи разведки и наблюдения (включая разведку подводных лодок), обнаружения подводных угроз, сбора гидрографических данных и уничтожения мин. Кроме того, возможна скрытная поддержка сил специального назначения и проведение спасательных операций.

«Морская выдра» имеет длину 3,65 м и водоизмещение 1200 кг. Продолжительность работы аппарата достигает 24 часов, а общий вес полезной нагрузки – 160 кг.

НПА «SeaOtter Mk II»

В сравнении с » SeaCat» оборудование НПА включает гидролокатор высокого разрешения с синтетической апертурой (SAS — Synthetic Aperture Sonar ). Сонар обеспечивает обнаружение и идентификацию движущихся и неподвижных объектов. Антенна НПА позволяет осуществлять навигацию по GPS и устанавливать радио- и WiFi-связь с кораблем-носителем вблизи от поверхности воды. В дополнение к GPS, дрон использует автономную инерционную навигацию и электромагнитную систему доплеровского контроля скорости. В автономном режиме работы питание электропривода производится литиевыми полимерными батареями. Для их зарядки требуется четыре часа, но возможна замена для экономии времени.

Необитаемые подводные аппараты производства «ATLAS Elektronik» по своим возможностям являются типичными для НПА, используемых в настоящее время. Эти беспилотные подводные системы предназначены для выполнения основных задач: разведка и уничтожение мин; сбор данных о морском дне, состоянии воды и течениях; скрытая разведка и наблюдение (например, до высадки морского десанта или поддержки специальных сил); обеспечение безопасности своих портов и судов.

Необитаемые подводные аппараты в новых областях

В настоящее время внедряются или изучаются новые сферы применения для НПА. Во-первых, уничтожение подводных лодок (ПЛ), или противолодочная война (ASW — Anti-Submarine Warfare ).

Центр морских исследований и экспериментов НАТО (Centre for Maritime Research and Experimentation, CMRE ) с 2011 г. целенаправленно разрабатывает соответствующую концепцию и технологии. Уже в настоящее время, используемый центром действующий автономный НПА «OEX Explorer » способен захватывать и отслеживать движущиеся объекты. Положение НПА и цели через акустические подводные сигналы передаются в центр управления. CMRE тестировал свой НПА (и другие беспилотные системы) в рамках ежегодных противолодочных учений «Dynamic Mongoose «.

Одним из направлений исследований остается разработка надежных каналов связи. Она должна гарантировать скоординированное использование на больших расстояниях нескольких автономных беспилотных систем, а также группу обитаемых и необитаемых аппаратов. Важным промежуточным шагом считается согласование стандарта НАТО для цифровой подводной связи (JANUS — STANAG 4748 ). Стандарт призван гарантировать совместимость различных национальных подходов. Кроме того, в настоящее время остается проблема разработки алгоритмов, обеспечивающих надежную классификацию обнаруженных целей.

Рассматривается возможность для обитаемых ПЛ в будущем нести на своем борту необитаемые подводные аппараты и с их помощью выслеживать подводные лодки противника.

Sp-force-hide { display: none;}.sp-form { display: block; background: rgba(235, 233, 217, 1); padding: 5px; width: 630px; max-width: 100%; border-radius: 0px; -moz-border-radius: 0px; -webkit-border-radius: 0px; border-color: #dddddd; border-style: solid; border-width: 1px; font-family: Arial, "Helvetica Neue", sans-serif; background-repeat: no-repeat; background-position: center; background-size: auto;}.sp-form input { display: inline-block; opacity: 1; visibility: visible;}.sp-form .sp-form-fields-wrapper { margin: 0 auto; width: 620px;}.sp-form .sp-form-control { background: #ffffff; border-color: #cccccc; border-style: solid; border-width: 1px; font-size: 15px; padding-left: 8.75px; padding-right: 8.75px; border-radius: 4px; -moz-border-radius: 4px; -webkit-border-radius: 4px; height: 35px; width: 100%;}.sp-form .sp-field label { color: #444444; font-size: 13px; font-style: normal; font-weight: bold;}.sp-form .sp-button { border-radius: 4px; -moz-border-radius: 4px; -webkit-border-radius: 4px; background-color: #0089bf; color: #ffffff; width: auto; font-weight: 700; font-style: normal; font-family: Arial, sans-serif; box-shadow: none; -moz-box-shadow: none; -webkit-box-shadow: none; background: linear-gradient(to top, #005d82 , #00b5fc);}.sp-form .sp-button-container { text-align: left;}

Как правило, обитаемые ПЛ используют пассивную гидроакустическую станцию (ГАС). Активные же ГАС имеют гораздо большую дальность действия, но позволяют определять местоположение передатчик, чем обнаруживают ПЛ. Оснащенные активным гидролокатором НПА смогут перемещаться на достаточном расстоянии от своего пилотируемого корабля-носителя. Такая тактика значительно увеличит возможности по обнаружению ПЛ противника. Помимо этого, НПА могли бы отвлекать на себя подводные лодки противника и способствовать их поражению кораблем-носителем «из засады».

Агентство перспективных оборонных исследований США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA ) в июле 2017 г. подписало контракт с компанией «BAE Systems» на разработку для НПА соответствующей компактной активной ГАС большой дальности.

Больше и тяжелее

Ведение противолодочной войны средствами НПА в прибрежных водах или в открытом море требует значительного увеличения дальности и продолжительности их работы. По этой причине США с 2015 г. ведут разработку беспилотных систем с большим водоизмещением (Large Displacement UUV, LDUUV ). Необитаемые подводные аппараты этого типа должны иметь возможность нести дополнительные аккумуляторы и быть более устойчивыми. Подобные модели получили обозначение НПА класса III. Сообщается, что они имеют модульную конструкцию и диаметр около 48 дюймов (122 сантиметра).

Проект «Змеиная голова»

В апреле 2017 г. ВМС США объявили о планах уже в 2019 г. начать тестирование прототипа тяжелого НПА «Snakehead» («Змеиная голова»). Разработка программного обеспечения, систем управления и связи намечалось проводить параллельно с развитием транспортного средства. Руководство обеими направлениями работ осуществляют ВМС.

НПА такого масштаба уже используются для гражданских целей. В частности, в 2003 г. управляемый дрон «Echo Ranger» от компании «Боинг» достиг глубины погружения 3000 м и находился там 28 часов.

НПА Echo Ranger производства компании «Боинг»

Согласно замыслу, «Змеиная голова» сможет управляться с боевого корабля прибрежной морской зоны (тип LCS), ПЛ типов «Вирджиния» (SSN ) и «Огайо» (SSGN ). Другой вариант применения – самостоятельных выход НПА из порта.

Предполагаемый спектр возможностей должен постепенно расширяться. Наряду с общей разведкой и наблюдением он будет включать борьбу с ПЛ и другими подводными целями, наступательные и оборонительные действия по разминированию, а также ведение РЭБ. Выводы из тестирования «Snakehead» послужат разработке будущих классов НПА.

Необитаемые подводные аппараты класса «Касатка»

В категории «сверх большой НПА» (Extra Large UUV, XLUUV ) ВМС США хотят запустить производство беспилотников еще больших размеров. Аппарат получил обозначение «Касатка» (Orca ). Согласно замыслу, НПА сможет стартовать от пирса и выполнять месячное автономное патрулирование. Предполагаемая дальность действия – около 2000 морских миль.

Ряд задач в значительной степени соответствует оперативному спектру более легкой категории LDUUV. Дополнительно рассматриваются: поддержка сил специальных операций и наступательные действия против наземных целей. Потенциальная полезная нагрузка включает в себя мины, торпеды, а также ракеты для поражения морских и наземных целей.

Задачи по разработке XLUUV намечалось распределить в 2017 г. в этом отношении хорошие перспективы для контракта имел «Боинг», который по собственной инициативе представил соответствующий прототип уже в 2016г. Необитаемая подводная лодка под названием «Echo Voyager» имеет длину 16 м и водоизмещение 50 т. Аппарат достигает глубины 3400 м и может оставаться в море в течение шести месяцев, покрывая 7 500 морских миль. Однако, НПА «Echo Voyager» требует всплытия каждые три дня для загрузки батарей.

Параллельно с программой XLUUV, под руководством DARPA, реализуется проект «Гидра» (Hydra). В рамках проекта ведется разработка большого НПА, который действовал бы, как корабль-матка для НПА и беспилотных летательных аппаратов меньшего размера. «Гидра» должна скрытно проникать в водоем, который запрещен для прохода обитаемых кораблей и запускать там разведывательные беспилотники. Сообщается, что компании «Боинг» и «Huntington Ingalls» должны представить совместные прототипы к 2019 г.

Проекты НПА за пределами НАТО

Разработка высокопроизводительной технологии НПА не является привилегией стран НАТО. Япония с 2014 г. развивает новую технологию привода для больших НПА. Ее топливные элементы должны увеличить дальность действия и продолжительность работы перспективных систем ВМС США.

ВМС Индии в настоящее время также используют разработанный в стране автономный подводный аппарат AUV-150. Он имеет длину 4,8 м и достигает глубины 150 м. В прибрежных водах НПА используется для разведки и наблюдения, а также для поиска мин.

Студенты индийского технологического института в г. Мумбаи в свободное время с 2011 г. разрабатывают названный в честь морского бога Матсья (Matsya) НПА с передовыми характеристиками по производительности. Если AUV-150 строго придерживается запрограммированных задач, то «Матсья» получит более высокую степень автономии.

Круг задач в интересах ВМС Индии планируется расширить. Как ожидается, НПА «Матсья», наряду с ведением визуальной и акустической разведки, сможет устанавливать и извлекать объекты с помощью манипулятора, а также поражать торпедами ПЛ противника. Однако, на конец 2017 г. студенты проверяли свои концепции и системы на опытном НПА длиной всего один метр. Тестирование реалистичного прототипа ожидается на рубеже 2021 г.

Сотрудники университета Тяньцзиня (Китай) в 2014 г. испытывали подводный планер «Хайян» (Haiyan). Автономный НПА мог работать в течение 30 дней, покрывая около 2600 морских миль. Официально «Хайян» разрабатывается для гражданских исследовательских целей. Вместе с тем, он пригоден для сбора гидрографических данных до глубины 1090 м в интересах ВМС. Государственные китайские СМИ также сообщили о возможной модернизации НПА «Хайян» для поиска мин и подводных лодок.

Необитаемый подводный аппарат «Хайян»

Российское ЦКБ «Рубин» в 2015 г. представило новый НПА «Клавесин-2Р». Объявленная глубина погружения составляет 6000 м. НПА может уходить от корабля-носителя на расстояние до 50 км. Отмечается, что ЦКБ «Рубин», который проектирует в основном обитаемые военные ПЛ, работает над дроном «Витязь» с глубиной погружения 11 тыс. м.

НПА Клавесин-2Р производства ЦКБ «Рубин»

Уже в 2015г. поступали сообщения о русском НПА с ядерной двигательной установкой и ядерным вооружением. Обозначенный спецслужбами США, как «Каньон» (Kanyon), дрон должен доставляться в открытое море пилотируемыми подводными лодками. Далее он способен развивать скорость 56 узлов и имеет дальность действия около 6 200 морских миль. Вероятной целью этого НПА, по оценкам западных экспертов, могло быть уничтожение военно-морских портов США в преддверии войны. Однако, по тем же оценкам, сообщение несет в себе признаки российской кампании дезинформации.

По материалам журнала «MarineForum»

В отношении перечисленных беспилотных систем наблюдаются различные тенденции:

Развитие в сторону большей автономии: первые беспилотные системы обычно были дистанционно управляемыми (Remotely Operated Vehicle, ROV ). За ними последовали системы, способные самостоятельно выполнять детально запрограммированную задачу, такую как проход по конкретному маршруту мониторинга. В будущем армии мира стремятся получить полностью автономные системы, способные самостоятельно выполнять целевые задания и в ходе их выполнения ориентироваться на непредвиденные события.
Тренд в направлении координирования миссий между несколькими беспилотными системами равного или иного вида, а также скоординированное использование пилотируемых и беспилотных систем (Manned-Unmann Teaming ).
Тенденция увеличения продолжительности выполнения операций: более эффективные двигатели и аккумуляторные системы увеличивают дальность и длительность работы.
Конструирование более крупных систем с большей и универсальной полезной нагрузкой, дальностью и продолжительностью работы.
Разработка модульной полезной нагрузки для выполнения различных задач необитаемыми подводными аппаратами (НПА) одного типа.