Запредельная глубина: как устроен подводный аппарат "Витязь-Д"
Для человека спуск в глубочайшую бездну планеты — Марианскую впадину — по‑прежнему остается удивительным приключением и фантастическим событием. Мы помним имена пионеров — американского морского офицера Джона Уолша и швейцарского океанолога Жака Пикара, первыми спустившихся на дно желоба в 1960-м на борту батискафа Trieste. Помним спуск режиссера Джеймса Кэмерона на аппарате Deepsea Challenge в 2012-м. Совсем недавно, в июне нынешнего года, на батискафе DSV Limiting Factor пропутешествовала в Бездну Челленджера (самую глубокую часть впадины) американская женщина-астронавт Кэтрин Салливан. Однако, возможно, куда более важной новостью стали два погружения беспилотного и полностью автономного подводного аппарата «Витязь-Д», созданного по проекту Фонда перспективных исследований и сконструированного в стенах знаменитого ЦКБ МТ «Рубин» — главной кузницы российского подводного флота. Спуск был осуществлен в мае этого года, в дни празднования 75-летия Великой Победы.
Пресс-служба Фонда перспективных исследований
Открытие течения
«Доставка человека на предельные глубины, — говорит заместитель руководителя направления физико-технических исследований Фонда перспективных исследований, кандидат военных наук Виктор Литвиненко, — серьезно ограничивает наши возможности по изучению океанского дна. Все известные обитаемые батискафы работают в режиме лифта: их опустили на тросе в определенную точку, из которой можно сделать лишь небольшие движения в сторону, затем подняли. Присутствие на борту аппарата системы жизнеобеспечения перетяжеляет аппарат. Если убрать это оборудование, заменив его научно-исследовательским, мы сможем значительно повысить функциональность батискафа, не меняя его массы. И это именно тот путь, которым мы пошли. Наш «Витязь-Д» не просто опускается в заданную точку. Оттуда он может передвигаться как по глубине, так и в горизонтальном направлении, исследуя значительные площади. Кстати, после погружения к низшей отметке — 10 028 м — мы ждали всплытия аппарата в одном месте, а на самом деле он появился над водой в 9 км от заданной точки. Так нам удалось установить, что в Марианской впадине есть достаточно сильное морское течение».
8 мая 2020 года в 22 часа 34 минуты по московскому времени российский автономный необитаемый подводный аппарат «Витязь» совершил погружение на дно Марианской впадины. Датчики «Витязя» зафиксировали глубину 10028 метров.
Впадина, дугой протянувшаяся от американского острова Гуам вдоль Марианского архипелага, — это лишь одно из следствий геологических процессов, опоясывающих весь Тихий океан и приведших к возникновению как протяженных зон вулканизма (так называемого Тихоокеанского огненного кольца), так и цепочек глубоких разломов. Всему виной субдукция — подминание под себя твердыми континентальными плитами более мягкой океанической. Фактически продолжением Марианской впадины может считаться Курило-Камчатский желоб, который также является интереснейшим объектом глубоководных исследований. «Важно подчеркнуть, — говорит Виктор Литвиненко, — что Россия первой среди стран мира получила в свое распоряжение полностью автономный аппарат, который может работать во всем эшелоне глубин, от нуля до 13 000 м. Да, пока такой предельной глубины в Мировом океане не обнаружено, но на всякий случай в ходе испытаний в Крыловском центре (Санкт-Петербург) аппарат продавили на стенде именно в таком режиме. Так что «Витязь-Д» теоретически может опускаться еще глубже, чем дно Марианской впадины».
Глубоководная донная станция, являвшаяся своеобразным маяком для связи и передвижения российского беспилотного автономного подводного аппарата.
Против сверхдавления
Аппарат, каркас которого создан из титановых конструкций, а внешний корпус сработан из сверхпрочного сферопластика, сконструирован таким образом, чтобы очень экономно расходовать энергию. «Витязь-Д» имеет на борту балласт, при котором аппарат просто тонет под воздействием земной гравитации, обретая нулевую плавучесть лишь на заданной глубине (в случае с погружением в Марианскую впадину речь шла об отметке 8500 м). Затем в дело вступают маршевые электродвигатели, винты которых увлекают аппарат еще глубже на дно. При необходимости те же двигатели могли приподнять аппарат вверх. Вдобавок к этому «Витязь-Д» располагает десятью подруливающими движками, обеспечивающими передвижение в горизонтальной плоскости. При подъеме наверх аппарат сбрасывает балласт, так что к поверхности его толкает в основном сила Архимеда. Всем двигательным хозяйством рулит система управления, основанная на элементах искусственного интеллекта.
Аппарат может самостоятельно выполнять алгоритмы по выходу из сложных ситуаций — например, если движение батискафа ограничено стенами подводного грота или стеной скал, обходить препятствие. Эта система управления по сути и отличает «Витязь-Д» от других беспилотных телеуправляемых зондов, уже побывавших на дне желоба. Это японский Kaiko и американский Nereus. Оба можно назвать достаточно продвинутыми аппаратами: в частности, они были оснащены руками-манипуляторами, — однако и в том и в другом случае они были связаны с исследовательским кораблем командным кабелем и самостоятельных решений не принимали.
Вода как провод
Впрочем, о стопроцентной автономии «Витязя-Д» говорить не приходится: обмену информацией между зондом и исследовательским кораблем конструкторы посвятили ряд специальных решений. Был устроен канал гидроакустической связи, использующий вместо звуковых волн колебания, возбуждаемые в водной среде. Изначально в его надежности для сверхглубин высказывали сомнения, поэтому для обеспечения более устойчивой связи была построена донная станция — своего рода реле, промежуточное звено между постом управления и аппаратом. Однако в ходе испытаний выяснилось, что гидроакустический канал позволяет обеспечивать бесперебойную связь с «Витязем-Д», давая возможность отправлять команды на глубину, получая взамен телеметрию. И все это в цифровом виде.
На палубе судна «Фотий Крылов» размещены подводный аппарат «Витязь-Д» и донная станция.
Разведка недр
Как уже отмечалось, подводный беспилотник при приемлемых массе и габаритах (5600 кг, длина 5,7 м) удалось наполнить большим количеством разнообразного исследовательского оборудования. В состав полезной нагрузки «Витязя» входят носовые и кормовые эхолоты, гидроакустические станции, гидролокаторы бокового обзора, видеокамеры, другие сенсоры. Это оборудование позволяет аппарату производить обзорно-поисковую и прецизионную батиметрическую съемку района, гидролокационную съемку рельефа дна, исследование структуры верхнего слоя донного грунта, осуществлять измерения гидрофизических параметров морской среды.
«На сегодняшний день основные задачи, которые выполнял аппарат, относятся к сфере науки, в связи с чем мы развиваем сотрудничество с Институтом океанологии РАН им. П.П. Ширшова, — говорит Виктор Литвиненко, — однако в будущем «Витязю-Д» по силам выполнение и народно-хозяйственных задач, таких как, например, поиск полезных ископаемых на океанском дне. Особенно если учесть модульный принцип конструкции, который позволяет устанавливать на аппарат различные блоки исследовательского оборудования в зависимости от разных задач. Глубина, на которой предстоит работать нашему аппарату, не имеет значения».
