19.02.2014

Морские роботы переходят от гребли к парусу

После успехов Liquid Robotics, автора автономного плавающего дрона, оказавшегося на редкость устойчивым к морским условиям, сравнительно недорогим и при этом способным месяцами непрерывно работать в море, в эту область потянулись и другие стартапы, пишет Wired.

Ричард Дженкинс (Richard Jenkins) и Дилан Оуэнс (Dylan Owens) посчитали, что серийный Wave Glider, созданный Liquid Robotics, слишком нетороплив: используя волновые колебания открытого моря, он движется без затрат энергии, но лишь на 3,7 км/ч. «Как неспешный пешеход!» То есть слишком медленно, чтобы убежать от плохой погоды, слишком медленно, чтобы поспорить с Куросио или Гольфстримом. Наконец, заявляют стартаперы, обрастания подводных частей, коих у Wave Glide немало, тоже не избежать. (Хотя мы бы с этим поспорили: части не только пластиковые, но и движущиеся, а заросших от обрастания винтов ещё поискать. Но про скорость они сказали правильно.)

И тогда Дженкинс и Оуэнс задумали создать Saildrone (так же назван и их стартап) — настоящий парусный автономный дрон, способный передвигаться из точки А в точку Б без вмешательства человека. Задача кажется — а по сути, и является — безумно сложной. Задумайтесь: удерживать парус под нужным углом к ветру, учитывая, что судно всё время слегка разворачивает, складывать и разворачивать паруса вовремя, не подставлять борт волне и ветру... Как справиться со всем этим без достойного интеллекта?

Избавиться от большинства этих проблем разработчики попытались, закладывая в конструкцию решения, которые минимизировали бы сложности управления без снижения эффективности дрона. Во-первых, вместо паруса у него, по сути, крыло из углепластика, к средине которого прикреплен руль, напоминающий более всего элементы вертикального хвостового оперения самолёта, а не что-то, относящееся к парусам. Чтобы минимизировать возможность опрокидывания из-за неверного решения управляющего компьютера, аппарат сделали тримараном с двумя боковыми «поплавками» (аутригерами), которые при спокойном море находятся над водой (как минимум один из них). Последнее позволяет иметь минимальное трение о воду, а в бурную погоду или при высокой скорости боковые аутригеры стабилизируют корпус и увеличивают площадь ватерлинии, и это гарантия резкого повышения максимальной скорости — до 9 морских узлов (безопасная).

Наконец, на случай переворачивания предусмотрен киль, выглядящий как миниатюрная версия паруса судна. В нём заложены утяжелители, которые заставят Saildrone после любого переворота вновь принять правильное положение (киль внизу) опять-таки без участия человека. Всё действует за счёт того, что в перевернутом положении киль оказывается одновременно самой тяжёлой частью дрона и наиболее высоко расположенной; это делает аппарат неустойчивым и переворачивающимся обратно в исходное положение даже от небольшой волны. Угол установки киля таков, что за него не могут зацепиться обрывки рыболовецких сетей.

Итак, у судна лишь три движущиеся части: хвостовой руль обычного типа, свободно вращающийся регулируемый вертикальный хвост, резко снижающий сложность управления парусами, и само свободно вращающееся крыло (парус). Минимум элементов, которые могут сломаться, и даже при выходе из строя руля парус всё ещё может — хотя и не так эффективно — задавать направление движения.

Чтобы испытать Saildrone, его вывели в море 1 октября 2013 года и направили из Сан-Франциско к Гавайям — всего 4 160 километров. Несмотря на то что аппарат попал в шторм (и датчики показывали углы крена до 75°, то есть вплоть до переворачивания), а затем угодил в 16-дневный полный штиль, через 34 дня путешествие благополучно завершилось: средняя скорость движения составила 5 км/ч. Да, это в полдюжины раз медленнее рекорда, поставленного на этом же маршруте парусником с человеческим экипажем, но тут стоит помнить, что сложность управления этими судами была совершенно разной, да и страхующего киля, обеспечивающего стопроцентную устойчивость к переворотам, у пилотируемых скоростных яхт нет.

На первый взгляд, скажете вы, непонятно, ради чего всё затевалось, ведь это лишь в полтора раза быстрее, чем у конкурента без паруса. И всё-таки это (не совсем) так. Шторм снёс дрон в зону, где доминируют затяжные штили, и, по сути, средняя скорость движения была вдвое выше — чуть более 5 узлов (9,25 км/ч). Кроме того, упомянутый Wave Glaider на длинных морских переходах также показывал скорость вдвое ниже максимальной, около 1,8 км/ч, то есть парусный дрон в 2,5–3 раза быстрее гребного конкурента. Самое же главное — это первое столь дальнее путешествие парусного дрона в истории. Теперь разработчики подумывают оправить Honey Badger («Медоноса») в кругосветку — через Тихий океан вокруг Антарктиды с общей длиной маршрута в 40 000 км.

Если учесть, что на разработку аппарата было потрачено много меньше полумиллиона долларов, а Liquid Robotics обошёлся в $36,5 млн, нельзя не признать, что налицо определённый успех. Первый опыт с судном длиной в 6 м, шириной в 2,1 м (с аутригерами) и парусом высотой в 6 м, несмотря на скромные достижения (мы вновь о максимальной скорости), следует признать выдающимся по любым меркам — ведь впервые был использован парус, управление которым стало таким же простым для дрона, как применение вертикального оперения для БПЛА.

Пока основной нишей для робопарусника разработчики видят океанологические исследования. Большие специализированные суда обходятся в $30–100 тыс. в сутки; из-за этого, по слухам, российские океанологические мощности иной раз работают лишь несколько месяцев в году, после чего сдаются в аренду, чтобы наскрести на топливо. Цена же Saildrone при серийном производстве окажется близкой к однодневной стоимости эксплуатации таких судов, а его бортовые солнечные батареи и аккумуляторы прокормят достаточное количество датчиков (коих может быть до 100 кг), чтобы сделать данные о том или ином участке океана весьма и весьма полными.

Одновременно стартап Saildrone LLC занят доводкой большой версии своих парусов в виде крыла с таким же хвостовым вертикальным оперением. Первая версия уже изготавливается в мастерских: её собираются использовать для оснащения обычного парома, работающего в районе Сан-Франциско. Парус-крыло будет много больше, около 12 м высотой, 3 м шириной, но и потенциал его кажется значительным: предварительные подсчёты показывают, что это обеспечит стандартный небольшой паром экономией на дизтопливе в $500 тыс. — $1 млн в год, что много больше цены самого паруса. Испытания парома с автоматически управляемым парусом с вертикальным хвостовым оперением должны начаться в ближайшие недели.

Александр Березин

Источники:

1. compulenta.computerra.ru