Дата публикации 17 ноября 2025 | |
Источник
Морское Информационное Агентство |
В.Ю. Занин, советник генерального директора АО «НПП ПТ «Океанос», руководитель рабочей группы по морской робототехнике МЭС по безопасности морских подводных трубопроводов.
А.М. Маевский, к.т.н., научный сотрудник, руководитель проектов АО «НПП ПТ «Океанос»
Введение
По данным Роснедр текущие запасы газа на шельфе составляют 15,4 трлн м3 [1], что требует дальнейшей детальной проработки и развития технологий разведки, добычи и обслуживания подводной инфраструктуры. При этом текущая геополитическая ситуация, изменение вектора сотрудничества влекут за собой новые проекты подводных систем, их мониторинга и патрулирования [2]. Экономический и технологический суверенитет страны с учётом текущих и прогнозируемых вызовов требует формирования новых инновационных подходов к обслуживанию и комплексной безопасности подводных объектов. В сложившихся условиях особое значение приобретают автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) с высокой автономностью, гибкостью и многофункциональностью, групповым колаборативным применением, минимизацией непосредственного участия человека в морских операциях, включая экстремальную подводную среду.
Развитие высокоавтономных систем привело к рождению ключевых высокотехнологичных направлений, в том числе подводных глайдеров и резидентных морских робототехнических комплексов (МРТК).
Рисунок 1. Карта применения группы подводных глайдеров в районе побережья штата Орегон в рамках программы IOOS (на 27.07.2012 г.) в целях океанологии и пассивного акустического мониторинга.
Подводные глайдеры характеризует высокая энергоэффективность и способность к долговременному перемещению со сбором Big Data в обширных акваториях, сложных ледовых и гидрометеорологических условиях.
Резидентные МРТК, напротив, постоянно базируются в ограниченных акваториях (ограничения по длине экскурсионного кабель-троса или запасу энергии в бортовых системах) и готовы к оперативному выполнению миссий по патрулированию и контролю состояния точечных или линейных подводных объектов — трубопроводов, кабельных линий, добычных комплексов и иных элементов морской инфраструктуры.
Применение таких систем решает задачи как ординарной, так и арктической, глубоководной подводной деятельности, при напряжённом судоходстве, экологических ограничениях по уровню акустического загрязнения водной среды и эмиссии CO2 в атмосферу для судов носителей, включая:
оперативный объективный контроль и управление техногенными и антропогенными воздействиями на подводные объекты и окружающую среду с соответствующими рисками;
плановое и внеплановое проведение оперативных инспекций и корректирующих действий (регулировок, ремонта) вне зависимости от погодных, рыночных или геополитических коллизий при ведении морских операций;
снижение рисков для персонала, задействованного в морских операциях.
Интеграция подводных глайдеров и резидентных подводных необитаемых аппаратов в единое конструктивное исполнение и сетевую архитектуру подводного мониторинга и патрулирования открывает перспективы для создания устойчивых, финансово и энергоэффективных, самоорганизующихся систем подводного наблюдения и решения прикладных задач безопасной и безаварийной эксплуатации. Такие системы способны выполнять оперативный и непрерывный многопараметрический контроль, автоматически перераспределять задачи между аппаратами и адаптивно реагировать на выявленные изменения, включая потенциальные угрозы, подводной инфраструктуры и окружающей среды.
Подводные глайдеры как современные системы автономного долгосрочного мониторинга.
Современные исследования в области автономных подводных систем направлены на решение задач океанологического и экологического мониторинга, а также на развитие технологий группового взаимодействия АНПА, способных выполнять координированные миссии по контролю подводной обстановки.
Перспективным направлением является формирование «рубежей» [3] — распределённых сетей подводных глайдеров, создающих зону акустического или иного обзора и контроля. Подобные решения уже реализованы в ряде национальных и международных проектов по мониторингу морских млекопитающих и оценке уровней акустического загрязнения в районах активного судоходства и добычи углеводородов [4] . При этом при выполнении таких проектов параллельно отработан трансфер технологий в решения противолодочной борьбы и противодействия средствам морской робототехники (надводным и подводным) с применением высокоавтономных подводных систем в части освещения подводной обстановки [5-7]. ]. (Рис. 1)
Рисунок 2. Подводные глайдеры типа Slocum, Seaglider и Petrel с различными модулями полезной нагрузки [8-10].
Формирование рубежей из морских робототехнических комплексов обеспечивает непрерывное и надёжное многопараметрическое освещение подводной обстановки в режиме реального времени.
На основании непосредственно измеряемых гидрохимических и гидрофизических параметров (скорости звука, температуры, солёности, электропроводимости, процентного содержания кислорода, Рн и др.), зная положения аппаратов в толще воды и расчётную модель распространения акустических лучей в исследуемой акватории, глайдеры могут автономно определять и занимать оптимальные позиции. При этом группа аппаратов способна адаптивно перестраивать собственную конфигурацию или типы формаций для максимальной эффективности как при пассивном акустическом мониторинге, так и при би- или мультистатическом лоцировании.
Кроме того, при гидрохимическом или пассивном акустическом мониторинге, би- или мультистатическом лоцировании первичная обработка и анализ данных выполняются непосредственно на борту аппарата. Специализированные модули полезной нагрузки и вычислительные системы глайдеров регистрируют параметры, а также выделяют аномалии в получаемых спектрах данных в трёхмерном пространстве координат. А благодаря использованию сетевых гетерогенных радио- и гидроакустических каналов связи, информация о потенциальных аномалиях может передаваться в режиме, близком к реальному времени, на береговой (судовой) пункт управления для последующего анализа и реагирования.
Так, в ноябре 2024 г. с помощью группы подводных глайдеров (проект Департамента рыболовства и океанов (DFO)) было обнаружено местоположение морских млекопитающих в бассейне Розуэй, Шотландия. Группа из двух подводных глайдеров с системами направленного пассивного акустического мониторинга на борту в режиме реального времени определила направление источника звука. (рис 3 и 4).
Рисунок 3. Подводный глайдер Slocum с установленной системой направленного пассивного акустического мониторинга [11].
Таким образом, развитие кооперативного управления группами АНПА и адаптивной организации подводных наблюдательных рубежей создаёт основу для формирования интеллектуальных распределённых систем мониторинга, способных к автономному анализу обстановки и принятию решений в условиях динамически изменяющейся подводной среды.
Подводные резидентные МРТК. Новый виток мировой натурной апробации
Последние 10 лет резидентные МРТК нашли активное практическое применение [12]. Традиционные автономные системы после выполнения миссии возвращаются на поверхность, тогда как аппараты резидентного типа постоянно присутствуют в зоне эксплуатации в течении длительного периода (от 6 месяцев до 2-3 лет), выполняя непрерывный мониторинг, инспекцию и патрулирование подводных объектов и инфраструктуры, а при необходимости и оперативно вмешиваясь в эксплуатацию оборудования с использованием сменного инструмента.
Рисунок 4. «Тепловая» карта и перекрестные метки, показывающие предполагаемое местоположение источника звука в реальном времени. Фактическое местоположение обозначено черным кружком.
Для работы такой подводной резидентной системы ключевым фактором становится станция базирования МРТК. Мировые лидеры, такие как Saipem, Oceaneering и др., идут по пути унифицированных доковых станций, включающих беспроводную индуктивную зарядку. Уже в 2019 г. построены и протестированы три доковых системы: в Швеции - АНПА Saab Seaeye Sabertooth (Saab), в Италии - подводный аппарат Hydrone-R (Saipem), в Норвегии - аппараты Freedom (Oceaneering), Stinger (Stinger Technology) и змеевидный дрон серии M (Eelum).
Компания Equinor сегодня активно интегрирует современные резидентные технологии в свои многочисленные нефтегазовые и энергетические проекты на континентальном шельфе. К примеру, резедентный МРТК Hydrone-R (Saipem) [13] провел на месторождении Ньюрд свыше 8 месяцев, из которых 240 дней в режиме непрерывной работы, и выполнил более 280 стыковочных операций с помощью системы динамического позиционирования, более 10 автономных и привязных миссий, а также 35 операций по взаимодействию с рабочими панелями ПДК (таких как открытие и закрытие клапанов) [14]. Сейчас у берегов Норвегии работают ещё два Hydrone-R и планируется установка двух дополнительных аппаратов и около десятка находятся на рассмотрении к интеграции и разворачиванию. (рис. 5)
Рисунок 5. Подводный резидентный аппарат Hydrone-R в процессе стыковки с доковой станцией на месторождении Ньорд.
Отметим, что Equinor использует системы удаленного контроля и управления, которые реализуют обмен необходимым потоком данных между резидентным МРТК и береговым пунктом. (рис. 6).
Такая модель демонстрирует переход к новому этапу в развитии морской робототехники, где гибридная архитектура автономного и удалённого управления объединяют преимущества автономности с оперативностью принятия решений человеком-оператором. Это открывает возможности создания устойчивых подводных сервисных сетей, способных круглогодично функционировать в сложных гидрологических и климатических условиях, обеспечивая безопасность и эффективность эксплуатации морской инфраструктуры.
Высокая автономность, развитые навигационные и сенсорные системы, а также взаимодействие с другими элементами подводной сети делают резидентные АНПА центральным компонентом интеллектуальных морских робототехнических комплексов.
С досадой отметим, что российские естественные монополии участвовали на равных с мировыми лидерами морского нефтегазового и энергетического сектора в программе «RU-NO Barents project» в становлении данного направления (5-7,15), однако, ничего практически значимого, вышедшего из зачаточно-бумажной стадии, для развития данных технологий с момента определения их перспективности так и не сделали.
Текущее состояние отечественных проработок
В контексте применения в России выделим арктический характер большинства морских месторождений с логистическими, погодными (подчеркнём – ледовыми) и экологическими (в свете мировой политико-экономической ситуации) особенностями, без учета которых невозможна безопасная круглогодичная экономически выгодная эксплуатация месторождений [16,17]. При этом, резидентные МРТК не являются универсальным инструментом, но фактически становятся уникальной возможностью наиболее комплексного решения.
Рисунок 7. АНПА ММТ-3500 с бортовым многозвенным манипуляторным комплексом(слева), демонстратор технологий ЛИ-АНПА (справа) и МК АНПА «РИФ».
Сегодня развитием отечественных прикладных разработок в данной области занимаются АО "НПП ПТ "Океанос", ФГБОУ ВО СПбГМТУ, АО "Концерн "НПО "Аврора" и ФГУБН ИПМТ им. академика М.Д. АГЕЕВА ДВО РАН. (рис 7).
ФГУБН ИПМТ им. академика М.Д. АГЕЕВА ДВО РАН проработал концепт апробации резидентных технологий МРТК на базе выполненных НИР ПАО «Газпром» и собственного научно-практического задела и образцов МРТК. Хотя основу концепта составляют мониторинговые задачи, тем не менее даже под их реализацию пока присутствуют финансовые вопросы и неопределённости.
По той же причине не апробированы в морском нефтегазовом секторе научно-практические разработки АО "Концерн "НПО "Аврора" от классических АНПА мониторингового типа («РИФ») до АНПА с базовыми интервенционными функциями («РИФ-2» с отсеком бортового манипулятора) или АНПА повышенной автономности с водородной энергетикой («АНПА-ПА»).
Для объективности отметим, что апробацию тормозит не только финансирование, но и откровенный бардак в нормативном поле создания и применения подводных МРТК, а также подготовки и аттестации квалифицированных кадров для их эксплуатации.
Рисунок 8. Образцы МРТК производства АО «НПП ПТ «Океанос» (в период с 2010 по 2025 гг.) в процессе апробации и опытной эксплуатации
С 2010 г. АО «НПП ПТ «Океанос» детально прорабатывает комплекс технологий и конструктивных возможностей создания и применения морских резидентных систем, в которые могут входить российские гетерогенные МРТК. С 2014-2025 гг. выработана последовательная схема разработки автономных и гибридных подводных робототехнических комплексов, которые составляют цепочку экспериментальных образцов и технологий, разработанных и реализованных «в металле» АО «НПП ПТ «Океанос» самостоятельно и в кооперации [18-22]: классический подводный планер – гибридный подводный планер – подводный автоматизированный электро-механический 5-ти степенной манипуляторный комплекс – лёгкий интервенционный АНПА – оптическая система подводной беспроводной связи – радио- гидроакустическое дистанционное управление резидентными подводными объектами – групповое гетерогенное применение МРТК – создание мобильных автономных и дистанционно управляемых плавсредств (малое необитаемое судно) ретрансляции и постановки гидрографических и океанологических датчиков, буев и иного оборудования.
Подводные резидентные технологии – это сложные комплексные робототехнические решения. Известно, что установка на подводные глайдеры дополнительного внешнего движителя, чтобы преодолевать области с повышенными течениями или проходить гало- или термоклины. Дополнительные двигатели для пространственной ориентации глайдеров вместе с установкой подводного манипуляторного комплекса реализуют единую резидентную платформу долгосрочного мониторинга с базированием на доковой станции. За счет принципа перемещения подводный глайдер преодолевает большие расстояния в экономичном режиме, а движительная группа обеспечивает позиционирование, линейное перемещение и стабилизацию вблизи объектов интереса (трубопроводов, рабочих панелей ПДК, точек пробоотбора и тд.). Таким образом достигается многофункциональность и универсальность прорабатываемых технологических решений. Такая технология также применима в составе универсального модуля электромагнитной, оптико-акустической связи и навигации, сопряженного с модулем океанографического оборудования и внешней коммуникации. (рис 9).
Рисунок 9. Концепт-проект донной исследовательской станции в составе гетерогенной группы МРТК.
Концепт гибридного глайдера-АНПА с манипуляторным комплексом представляет собой шаг к созданию гибридных многоцелевых резидентных платформ, объединяющих преимущества глайдерной энергоэффективности и функциональности сервисных роботов (рис 10). Вместе с тем, резидентная робототехника неминуемо влечет за собой и активное развитие сопутствующих технологий, что открывает новые перспективы для устойчивого и автономного обслуживания подводных систем.
Как правило, детальная проработка и апробация подобных технологий — это долгий и итерационный процесс. До начала практического использования резидентного аппарата Hydrone-R компания SAIPEM провела свыше 2000 ч на научно-исследовательском полигоне [23]. При том, что в основе лежат результаты исследований по автоматизации морской подводной робототехники (в т.ч. бортовых манипуляторов и группового применения), которые университет Жироны проводил последние 40 лет. (рис. 11)
При отсутствии доступного единого комплексного центра отработки технологий морской робототехники, авторы в содружестве с конструкторским коллективом АО «НПП ПТ «Океанос» разработали стенд натурной отработки технологий комплексного взаимодействия подводного манипуляторного комплекса (МК) и имитатора подводного аппарата (ИПА)[24]. ИПА перемещается трех плоскостях, что вместе с собственными пяти степенями свободы МК имитирует пространственное перемещение реального необитаемого подводного аппарата (АНПА или ТНПА) при работе с подводными объектами, в т. ч. с учётом внешних воздействий. Разработанный стенд обеспечивает:
- автономную работу МК и ИПА с «рабочими линиями» макета панели ПДК;
- выход и удержание ИПА относительно установленных целевых точек, определенных системой технического зрения;
- интеллектуальный анализ состояния рабочих объектов макета панели ПДК и их учет в системе планирования действий.
Разработанный стенд представляет из себя быстросборную каркасную платформу размером 2346 х 1473 х 1057 мм, выполненную из алюминиевых направляющих. (Рис 12).
Конструкция ИПА имеет 3 системы координат: X0 Y0 Z0 – базовая система координат,
Xипа Yипа Zипа – система координат ИПА, XМК YМК ZМК – система координат МК, включающих в себя следующие элементы: 1 – макет панели подводного добывающего комплекса (имеет 3 «рабочих линии», обозначенных как М1, М2 и М3 и выделенных различными цветами. На рабочих линиях присутствуют органы контроля и управления макетом панели (манометр, для отслеживания изменения давления в системе и два разъема для вращательного инструмента с низким крутящим моментом и приемное устройство для штепселя); 2 – подводный электрический пяти степенной манипулятор; 3 – имитатор подводного аппарата; 4 –макетов рабочих инструментов (рабочий штепсель и вращательный инструмент с низким крутящим моментом визуально соответствующих ПНСТ 605-2022 ); 5 –поддона (размером 1100·650·90 мм с образцами конкреций; 6 – область «окрестности» целевой точки; 7 – поддоны для хранения собранных конкреций; 8 – целевая точка для выхода МК и ИПА.
Рисунок 10. Демонстратор технологий ЛИ АНПА в гибридном исполнении «Интервенционный подводный планер – АНПА» с крыльевым блоком «высокоплан» в процессе испытаний комбинированного режима управления АНПА и манипуляторного комплекса в истпытательном гидродинамическом бассейне СПбГМТУ в 2019 г.
В работе с ИПА рассматривались сценарии взаимодействия с макетом панели ПДК, пробоотбора грунта (рис 13) и определения наличия загрязнения панели (рис 14). В основе технологий обработки изображения лежит интеллектуальная система технического зрения собственной разработки [25].
Рассмотренные в работе направления развития автономных подводных систем подтверждают высокий потенциал применения высокоавтономных АНПА глайдерного и резидентного типа и их гибридов для мониторинга, инспекции и патрулирования подводных объектов и инфраструктуры.
Проведённые исследования и реализованные инженерные решения, при явном недостаточном финансировании, тем не менее демонстрируют высокий уровень научной новизны и технической зрелости в создании российских образцов подводных глайдеров, робототехнических манипуляторов, систем автоматизации процессов пробоотбора и интеллектуального технического зрения. Эти разработки формируют основу для построения самоорганизующихся подводных комплексов, способных функционировать в длительном автономном режиме с минимальным участием человека.
Особое значение приобретает развитие технологий группового и кооперативного управления для согласованного взаимодействия подводных аппаратов в составе распределённых сетей наблюдения и обслуживания. Дальнейшее совершенствование алгоритмов координации, обмена данными и адаптивного перераспределения задач между глайдерами, резидентными аппаратами и вспомогательными робототехническими средствами позволит в разы повысить эффективность функционирования морских мониторинговых систем, особенно в сложных гидрологических и климатических условиях.
Полученные результаты подтверждают высокую научную и практическую значимость представленных решений и демонстрируют перспективность их применения для технологического и экологического суверенитета страны.
Комплексное внедрение интеллектуальных подводных систем в сферы патрулирования, охраны и технического обслуживания морской инфраструктуры создаёт предпосылки для перехода к новому поколению морских робототехнических комплексов, способных обеспечить непрерывное, энергоэффективное и безопасное управление подводным пространством. Однако всё это может быть реализовано только в случае инвестиций в развитие описанных технологий со стороны естественных монополий и при наличии государственных мер поддержки, причём не только разработчиков, но и в первую очередь потенциальных потребителей, так как период внедрения (освоения) данных технологий составляет от 6 до 10 лет и по финансовой ёмкости эквивалентен затратам на разработку технологий.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
https://energybase.ru/pipeline/gas-pipeline
Маевский А.М. Применение гетерогенной группы автономных планеров для формирования морских рубежей безопасности // Мир робототехники. — 2023. — № 2. — С. 121–125.
https://www.caricoos.org/ioos-gliders
Baumgartner MF, Bonnell J, Corkeron PJ, Van Parijs SM, Hotchkin C, Hodges BA, Bort Thornton J, Mensi BL and Bruner SM (2020) Slocum Gliders Provide Accurate Near Real-Time Estimates of Baleen Whale Presence From Human-Reviewed Passive Acoustic Detection Information. Front. Mar. Sci. 7:100. doi: 10.3389/fmars.2020.00100
Nott, Bradley J. Long-endurance maritime surveillance with ocean glider networks. Theses and Dissertations 2015-09 http://hdl.handle.net/10945/47308
Paolo Braca, Ryan Goldhahn, Gabriele Ferri, Kevin D. LePage Distributed information fusion in multistatic sensor networks for underwater surveillance Sensors Journal, 2016, Vol. 16, No. 11, pp. 4003-4014.
Jiang, C.; Li, J.; Xu, W. The Use of Underwater Gliders as Acoustic Sensing Platforms. Appl. Sci. 2019, 9, 4839. https://doi.org/10.3390/app9224839
https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.marinetechnologynews.com%2Fnews%2Ffron...
https://www.dal.ca/news/2021/07/22/right-whales-protection-gliders.html
https://www.jasco.com/news/2024/slocum-gliders-detect-and-localize-marine-mammals-off-ns-coast
Занин В.Ю., Маевский А.М. Резидентные робототехнические системы: современное состояние и перспективы развития // Морская наука и техника. — 2024. — Спец. выпуск № 17. — С. 104–108.
Russian – Norwegian Oil & Gas industry cooperation in the High North Pipelines and Subsea Installations 6th of June 2014
Занин В.Ю., Маевский А.М. и др. Разработка элементов подводных робототехнических резидентных систем на примере отечественного автономного необитаемого подводного аппарата интервенционного класса и сопутствующих технологий // Сб. работ лауреатов Междунар. конкурса науч., науч.-техн. и иннов. разработок, направленных на развитие и освоение Арктики и континентального шельфа 2019 года. — М.: Минэнерго России, ООО «Технодевелоп», 2019. — С. 13–22.
Волошин С.Б., Занин В.Ю., Маевский А.М. и др. Аспекты применения гетерогенных групп робототехнических комплексов повышенной автономности, в том числе из состава обсерваторий, с целью получения океанографических данных и их дальнейшего использования для освоения Арктической зоны // Сб. работ лауреатов Междунар. конкурса науч., науч.-техн. и иннов. разработок, направленных на развитие и освоение Арктики и континентального шельфа 2020 года. — М.: Минэнерго России, ООО «Технодевелоп», 2020. — С. 62–77.
Маевский А.М., Занин В.Ю., Турсенев С.А., Иванова И.Н., Будников А.А., Логачев В.Н. Опыт прикладной верификации технологий оперативной океанологии на базе отечественных МРТС и МРТК глайдерного типа // [Материалы XIX Всероссийской научно-практической конференции], Таганрог 2024; С. 142-153.
Маевский А.М. Разработка морских робототехнических комплексов с перспективой применения в качестве резидентной робототехники, на примере проектной работы по разработке линейки АНПА «Глайдер–Гибридный глайдер–I-AUV» // Комплексные исследования Мирового океана: материалы IV Всерос. науч. конф. молодых ученых, г. Севастополь, 22–26 апр. 2019 г. — Севастополь: ФГБУН МГИ, 2019.
Маевский А.М., Занин В.Ю. Резидентная робототехника как эффективный инструмент обеспечения подводной газо- и нефтедобычи // Нефтегаз. — 2021
А.М. Маевский, Б.А. Гайкович Разработка легкого интервенционного автономного необитаемого подводного аппарата в целях использования в подводных резидентных системах // Перспективные системы и задачи управления: материалы XIV Всерос. науч.-практ. конф. и X молодеж. школы-семинара «Управление и обработка информации в технических системах». — Ростов-на-Дону; Таганрог: Изд-во Юж. федер. ун-та, 2019. — С.91 – 105.
Маевский А.М., Занин В.Ю. Разработка модульно-унифицированных систем управления манипуляторными комплексами и автономными необитаемыми подводными аппаратами интервенционного класса для решения задач автоматического пробоотбора грунта // Вести газовой науки. — 2023. — № 3 (55). — С. 148–158
https://www.ffu.no/nyheter/hydrone-drones-deployment-on-njord-a/
Разработка роботизированного имитатора подводного аппарата для исследования способов автономного взаимодействия резидентных АНПА с объектами подводной инфраструктуры / А. М. Маевский, И. А. Печайко, М. А. Алексеев, Н. М. Буров // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2025. – № 2(244). – С. 83-96. – DOI 10.18522/2311-3103-2025-2-83-96
Маевский А.М., Занин В.Ю. Развитие отечественных подходов к созданию искусственного интеллекта как базовых технологий бортовых систем управления морскими робототехническими комплексами резидентного типа // Морские информационно-управляющие системы. — 2024. — № 1(25). — С. 48–59.
