Немного деталей про туристическую подлодку ND Marine
Удивительно, но факт: недорогих туристических подводных лодок до сих пор не существует. Ценники на те аппараты, которые доступны на рынке, начинаются от миллиона долларов. Казалось бы, это направление хоть и технологично, но далеко не рокетсайенс и решений должно быть много. Но нет.
В этом посте — небольшой рассказ про прототип подводного аппарата сухого типа ND Marine. Будем надеяться, он станет родоначальником серийных подлодок, которые будут выпускать через пару лет.
На этот проект я наткнулась при очередном перелопачивании заявок на наш акселератор Архипелаг 2022, а руководитель проекта Виктор Растеряев с удовольствием поделился всякими подробностями в личной беседе. Весь этот пост — выжимка из нашего разговора.
Руководитель проекта делает вид, будто может с легкостью таскать трехтонный аппарат по парковке
Самой идее уже много лет. На старте планировали повторить объект из фильмов о Джеймсе Бонде: создать платформу на колесах, которую можно было бы использовать как для перемещения под водой, так и для езды по суше — в буквальном смысле съезжать с пляжа в воду и начинать погружение. Но после детальной проработки от такого решения отказались: в универсальных подходах всегда приходится что-то терять и чем-то жертвовать. Здесь же важно было создать судно, с которым сможет справиться рядовой потребитель — частное лицо или туристическая компания, которая, например, организует подводные экскурсии. И речь не только об управлении, но и в принципе об обслуживании и доставке аппарата к месту погружения.
В России подобных гражданских аппаратов нет, поэтому все компоненты прорабатывали с нуля. В команду собрались люди, которые уже имели определенные собственные наработки в этой области, так что отчасти задействована база, когда-то разработанная для военных и научно-исследовательских подводных аппаратов. Но все эти идеи пришлось адаптировать под гражданские задачи и эксплуатацию неспециалистами.
Концепция
Подводный аппарат сухого типа ND Marine условно предназначен для двух человек. Именно условно, поскольку конечный состав оборудования на борту зависит от того, кто и как планирует использовать судно.
Формфактор аппарата определили из предполагаемой сферы использования, а также из простоты обслуживания.
Как правило, подводные суда имеют нестандартные габариты и огромный вес. Для их транспортировки используют специальный автомобильный транспорт и научно-исследовательские суда сопровождения, с которых аппараты спускают в зоне проведения исследований при помощи крана.
Но в данном случае проектная группа решила максимально упростить и удешевить эксплуатацию. Поэтому по форме аппарат напоминает катер.
Технические характеристики:
длина — 4,5 м;
ширина — 2,48 м;
высота — 1,78 м;
вес — около 2,8 тонны;
подводное водоизмещение судна — 7,47 м3;
скорость в подводном положении — 5 км/ч;
дальность подводного плавания — до 15 км;
эксплуатационная глубина погружения — 50 м;
предельная глубина — 100 м;
расчетная глубина — 125 м.
Форма и сравнительно небольшая ширина ND Marine позволяют транспортировать его по дорогам общего пользования на лодочном прицепе. Конечно, использовать дешевый прицеп для резиновой лодки не получится, тут нужен грузоподъемный вариант, который может увезти до 3,5 тонны. Но специализированная техника не потребуется.
Аппарат можно спускать на воду и поднимать на сушу с помощью оборудования на прицепе. Его также можно буксировать за катером. Форма корпуса позволяет делать это довольно эффективно.
Иллюминатор и его влияние на себестоимость
Во многом стоимость подводного аппарата определяется иллюминатором и технологией его производства.
Поскольку аппарат предназначен для гражданского применения, его иллюминатор решили сделать максимально большим, чтобы увеличить угол обзора. Человек, сидящий внутри, должен ощущать себя в водной среде, а не внутри помещения.
В итоге иллюминатор — это полусфера с обзором 360 градусов по горизонтали и 180 по вертикали. Кстати, группа рассматривает возможность в перспективе увеличить обзор по вертикали до 270 градусов.
Прозрачная полусфера из оргстекла соединяется с силовым каркасом из алюминия. Все это разработали и просчитали специалисты инженерной группы. В целом конструкцию постарались сделать максимально простой и надежной.
Поскольку задачи погружаться на дно Марианской впадины не было, а разработка ограничена в ресурсах, для производства иллюминатора взяли сравнительно простую технологию пневмоформования. Но изменили ее так, чтобы можно было работать с органическим стеклом толщиной больше 50 мм. Созданная технология позволила не только существенно снизить стоимость производства на фоне зарубежных аналогов, получаемых литьем, но и минимизировать ручной труд при постобработке.
Компании из США и Европы, которые собирают аналогичные подводные аппараты, производят свои иллюминаторы литьем в форму. В теории литье позволяет создавать суда, которые могут погружаться на глубины до 10 тыс. м, но при этом технология производства подразумевает, что нужно дорабатывать деталь вручную. В местах контакта с формой иллюминатор непрозрачен, его приходится полировать, а это здорово увеличивает стоимость производства.
В целом на этом рынке увеличение доступной глубины погружения влечет за собой кратный рост стоимости производства отдельных компонентов и сборки всего аппарата.
При этом в нише аппаратов для глубоководных погружений довольно тесно. Ряд мировых компаний уже выпускают такие «частные подлодки». Их цена начинается от 25 млн долларов (в России есть несколько подобных устройств, приобретенных на Западе).
В российских реалиях клиента на дорогостоящий аппарат придется ждать очень долго, поэтому разработчики ND Marine ориентировались на нижний ценовой сегмент. Упрощение технологии производства иллюминатора — одно из следствий этого позиционирования.
Аппараты с куполом, произведенным по технологии ND Marine, могут погружаться на глубину до 300 м, но в ТТХ подводного аппарата «Марина» заявлено 100 м. На соответствующее давление иллюминатор уже успели протестировать в барокамере, где в ходе экспериментов давление доходило до 7,5 кгс/см2.
Помимо прочего, технология производства обеспечила увеличенную ударную вязкость материала иллюминатора, а также его стойкость к растрескиванию под напряжением и фронтальному разрушению по сравнению с литыми иллюминаторами.
Оценочная стоимость первой версии подводного аппарата чуть меньше 300 тыс. долларов. В серийном производстве ее можно сократить, поскольку для сборки первого прототипа многие технологические процессы пришлось создавать с нуля.
Вот для примера несколько конкурентов, способных погружаться на аналогичные глубины:
NEMO 2 (производства U-BOAT WORX B.V., Нидерланды);
Ocean Pearl 2 (SEAmagine Hydrospace Corp., США);
TRITON 660/2 SP II (Triton Submarines LLC, США).
Рендер с прогулочным батискафом Nemo-2
Стоимость каждого из них начинается от 1 млн долларов.
Аккумуляторы и движители
Аппарат ND Marine работает полностью на электричестве: для движения и поддержания всех внутренних систем расходуется запас энергии из аккумуляторов.
Свинцово-кислотную аккумуляторную установку под эту задачу пришлось разрабатывать с нуля, потому что подходящих решений не нашлось: подводные лодки для военных целей и спасательные аппараты построены на принципиально другой архитектуре. На данный момент используется восемь 12-вольтовых аккумуляторных батарей емкостью 190 А·ч (габариты каждой 520 × 230 × 230). Бортовая сеть аппарата — 24-вольтовая, поэтому общая емкость установки получается 760 А·ч (27,36 кВт·ч).
В будущем разработчики планируют перейти на устойчивую к высокому давлению энергетическую установку на литийионных аккумуляторах, но это для второго и третьего поколения ND Marine.
Погружаются и всплывают, заполняя и опорожняя балластные емкости забортной водой. Цистерной компенсации плавучести управляют вручную.
В корпусе установлено три двигателя мощностью 0,95 кВт. Один для движения по вертикали с небольшой скоростью — до 0,4 узла (чуть меньше 1 км/ч), а еще два для перемещения в толще воды на заданной глубине со скоростью до 2,8 узла (чуть больше 5 км/ч).
Для доставки аппарата к месту работы можно буксировать его за катером на скорости примерно до 40 км/ч.
Положение аппарата в толще воды регулируют системами компенсации крена. Навигация при движении осуществляют визуально, а в качестве дополнительной информации на приборной панели отображается расстояние до дна. На опытном аппарате для этого используют обычный эхолот, но в серийном будет другое решение с расширенным набором функций.
На борт можно поставить и более сложные навигационные инструменты. Но, напомню, нельзя использовать обычные GPS/ГЛОНАСС-навигаторы. Вода сильно ослабляет любые радиосигналы, поэтому потребуются специализированные инструменты, которые производят в основном на Западе.
Автономность и безопасность
В ND Marine реализована система подачи кислорода из баллонов для дайвинга. По сути, это спарки объемом до 100 литров. К ней в пару группа разработала комплексное устройство, абсорбирующее СО2 из воздуха при помощи химического известкового поглотителя ХП-И — натронной извести.
Заряда аккумулятора и запасов воздуха хватает на то, чтобы находиться под водой в штатном режиме 8–12 часов.
Это заметно дольше, чем может оставаться под водой аквалангист на запасах воздуха в баллонах.
В случае аварии аппарат сможет обеспечить выживание экипажа до 12–24 часов. Для этого запасы сжатого воздуха, кислорода и ХП-И дублированы, но пользоваться резервом можно только в аварийной ситуации.
Систем аварийного покидания аппарата экипажем не предусмотрено, поскольку всплыть даже с глубины 50 м человеку без специальной подготовки очень сложно. Зато в аппарате реализовали системы, позволяющие всплыть даже при неработающих двигателях и других нештатных ситуациях. Запас плавучести аппарата — 51%. Предусмотрена возможность ручной отдачи аварийного балласта — чугунной болванки весом 120 кг. После чего аппарат выходит на поверхность без вреда для пассажиров.
Внутри ND Marine поддерживает комфортную для человека температура. Аппарат может работать даже при низких температурах забортной воды — в условиях, когда аквалангисту пришлось бы нести на себе слишком много снаряжения.
Обновленный салон подводного аппарата
На какой стадии проект
«Подводный автомобиль» ND Marine существует в виде проектной документации и первого рабочего образца. Аппарат может погружаться на заданную глубину и всплывать. Дополнительно он оснащен манипулятором собственного производства.
Во время первого выхода в море отрабатывали схемы погружения и всплытия, определяли оптимальную глубину, на которой надо начинать продувать основные балластные цистерны.
На этот год были запланированы дополнительные испытания, но, вероятно, их придется перенести на следующий год, поскольку сейчас команда занимается оформлением интеллектуальной собственности и доработкой систем аппарата.
Каждый этап испытаний дает информацию о том, как стоит доработать аппарат. Уже запланировали обновление энергетической установки и усовершенствования, которые должны улучшить маневренность ND Marine при буксировке в надводном положении.
Кстати, последние события на перспективы проекта почти никак не повлияли. У подводного аппарата и так была высокая степень локализации. Даже те немногие узлы, которые для быстрого создания первого прототипа закупали за рубежом — блоки управления двигателями и джойстик, можно изготовить здесь.
Серийное производство подводных аппаратов планируют запустить в 2023–2024 годах, причем в серию должен пойти уже аппарат второго поколения с другой энергетической установкой.
А с 2026 года в серию пойдет третий вариант. В перспективе на базе разработанной модели планируют создать целую линейку подводных аппаратов для разных применений.
Самая большая сложность — пройти регистрацию в российском морском реестре. Это необходимое условие для серийного производства. По аналогии с регистрацией самосборного автомобиля в НАМИ это довольно сложный бюрократический процесс. Из-за этого пока непонятно, будет ли подводное судно представлено на российском рынке или, наоборот, отправится за границу в поиске международных клиентов.
Технически перспектив больше в России. Рынок здесь практически свободен: в стране есть лишь несколько аппаратов зарубежного производства, а также разработки при участии крупных добывающих компаний для больших глубин и более жестких условий эксплуатации. Сегмент легких прогулочных подводных судов гражданского применения пуст.
Немного про эксплуатацию
Обслуживание агрегата сводится к возобновлению расходуемых запасов — электроэнергии в аккумуляторах, сжатого воздуха для дыхания и средств улавливания углекислого газа. На 8 часов работы аппарата ND Marine это примерно 13–15 тыс. рублей.
Экономические расчеты показывают, что стоимость подводного судна вполне окупается, если организовывать экскурсии в среднем за 4,5–5 тыс. рублей в час.
В целом созданный подводный аппарат — это платформа, которую можно оснащать дополнительным оборудованием в зависимости от области применения. Это могут быть манипуляторы, научно-исследовательское оборудование, камеры высокого разрешения и многое другое. Грузоподъемность тоже можно регулировать, сокращая пассивный балласт, который предусмотрен в корпусе.
В зависимости от установленного оборудования аппарат смогут использовать исследователи-любители, «охотники за сокровищами», ученые, обслуживающий персонал для контроля газопровода на малых глубинах и т. п. Судно подойдет для исследования на морском и океаническом шельфе, морской геологоразведки, гидрологических и климатических исследований океана, обследования подводных конструкций и объектов, обслуживания газонефтепроводов, обследования подводных частей корпусов судов и объектов энергетики.
Возможно, проект будет частично профинансирован НТИ после прохождения Архипелага 2022. Если он благополучно преодолеет все бюрократические барьеры и выйдет в серию, изучать мировой океан смогут даже те, кто не проходил водолазную подготовку.
