Технологии широкого спектра наблюдений в гидросфере на базе подводных робототехнических комплексов, обитаемых аппаратов и систем: разработка подводных аппаратов и роботизированных телеуправляемых платформ с сетевой архитектурой для мониторинга гидросферы, в том числе на предельных глубинах в Мировом океане

В отчете рассмотрен ход разработок отдела по теме Госзадания № 0128-2021-11 за 2021г., целью которых является создание новых методов и техники подводных исследований, в том числе c использованием нового поколения телеуправляемых и автономных аппаратов и роботов, обитаемых аппаратов, донных станций с роботизированными системами для мониторинга гидросферы, а также на перспективы водолазных методов океанологических исследований, повышение эффективности и безопасности научной работы под водой. На данном этапе были проведены работы по созданию и внедрению в практику морских работ подводных аппаратов-роботов и контрольно-измерительных систем на их основе. Разработан проект по проведению научных исследований океана с помощью ГОА «Мир-1» и «Мир-2». Разработана концепция по созданию технологий широкого спектра наблюдений в гидросфере на базе подводных робототехнических комплексов, обитаемых аппаратов, включая максимальные глубины океана. Сотрудниками Отдела, был проработан и спроектирован гибридный автономный радиоуправляемый комплекс для обследования внутренних акваторий. Комплекс представляет собой надводную мобильную платформу (например, катамаран или маломерное судно), оснащенное электродвижителями, батарейным источником питания, измерительной и навигационной аппаратурой и спускаемым телеуправляемым аппаратом на борту. Управление осуществляется дистанционно с судна обеспечения, либо с берега по радиоканалу, либо удаленно через Интернет. Были проведены испытания основных узлов. Как и в прошлые года, модернизированные ТНПА ГНОМ, оснащенные Гамма-спектрометром, использовались в экспедициях ИО РАН в Карском море в районе Новой земли по измерению радиационного фона затопленных ядерных отходов. Важнейшим вопросом является навигация подводных аппаратов. В отчете рассматривается разработка базовой версии программно-аппаратной платформы системы автоматического управления телеуправляемыми и автономными подводными аппаратами (ТНПА, АНПА), которая обеспечивает автономное перемещение аппаратов с использованием особенностей окружающего рельефа и объектов, автоматическое перемещение в заданную точку, обнаружение и обход препятствий. В последнее время появление и развитие средств технического зрения дало толчок путям решения этой задачи. Прогресс стал возможным благодаря появлению чувствительных сенсоров и высокопроизводительных вычислительных средств, позволяющих эффективно решать задачу выявления признаков объектов, достаточных для того, чтобы производить движение с заданным поведением относительно объектов и стабилизацией положения относительно окружающего пространства. При этом применяются алгоритмы, которые касаются проблем искусственного интеллекта и интеллектуального управления, в частности. Сенсоры являются основой для функции навигации и имеют различные физические принципы. Кроме цифровой видеокамеры используются инерциальные и ультразвуковые технологии. В первом случае реализуются контуры управления с обратной связью по проекциям вектора ускорения, получаемому акселерометром, и с величинами угловых скоростей по соответствующим осям, формируемыми гироскопом, курса следования от магнетометра. Во втором — сонар, маяк-ответчик гидроакустической навигационной системы, измеритель отстояния от дна, от объектов на пути следования, датчик давления для определения отстояния от поверхности воды или дна. Совокупность сигналов с этих датчиков обрабатывается базовыми контурами управления, призванными обеспечить стабилизацию подводного аппарата в пространстве, безопасное следование без визуального контакта, автономность до заданной точки пути. В этом случае производится анализ траектории исходя из имеющихся загруженных карт, построение оптимального пути с учётом рельефа, запись пройденного пути, возможный алгоритм следования в исходную точку. Важно также определять каждый раз положение подводного кабеля с целью недопущения его запутывания как с привлечением визуальных средств, так и показаний с датчиков. Исследованы принципы построения и функционирования системы обеспечения жизнедеятельности водолазов-исследователей в обитаемых барокамерах и под водой. Проведен анализ эффектов действия на организм водолазов основных гипербарических факторов, обеспечивающих жизнедеятельность и регулируемых технической системой жизнеобеспечения. Рассмотрены способы формирования дыхательной среды имикроклимата в барокамерах, системы и способы регенерации, кондиционирования и очистки дыхательной газовой среды от загрязнений. Разработан проект исходных физиолого-технических требований к системе жизнеобеспечения исследовательского водолазного комплекса, направленного на развитие экспериментальной базы и научно-методического уровня океанологических исследований, обеспечение безопасности погружений научных водолазов. Дана оценка пригодности систем и методов контроля состояния водолазов при научной работе под водой. Создан базовый набор комплекса технических средств, который обеспечивает создание малоапертурной группы ледовых сейсмостанций, работающих в онлайн режиме, для регистрации локальных и удаленных землетрясений, а также сейсмических шумов. Набор состоит из ледовой автономной сейсмостанции в контейнере, аккумуляторной батареи, системы беспроводной связи. Впервые в мире развернута система мониторинга землетрясений в г. Геленджик (Голубая бухта), которая состоит из разложенного на дне оптического кабеля длиной 10 км и регистратора распределенных динамические деформаций вдоль всей его длины. Установлены северо-западные границы Синайской плиты в Восточном Средиземноморье с помощью переобработки винтажных сейсмических данных. Установлена континентальная природа поднятий в южной части Индийского океана, примыкающих к поднятию архипелага Кергелен по комплексному анализу данных геоморфологии, глубинного строения и геохимическим данным.