В статье рассмотрена роль автономных необитаемых подводных аппаратов в освоении шельфовой зоны Арктики, показаны возможности и перспективы их использования для решения задач прикладного и научного значения.
В настоящее время в мировой практике накоплен значительный опыт создания и использования подводных робототехнических систем для решения научно-исследовательских и прикладных задач в интересах различных отраслей и прежде всего в освоении углеводородных месторождений в высоких широтах. Интерес Российской Федерации в этой области определяется наиболее богатыми сырьевыми (энергетическими) ресурсами территорий арктических морей.
За последнее десятилетие автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) успешно демонстрируют свою эффективность при выполнении подводно-технических работ в различных экстремальных условиях. Независимость АНПА от природно-климатических условий, возможность автономной работы в течение длительного времени позволяют использовать их на всех этапах разведки, обустройства, эксплуатации, ликвидации и консервации месторождений, а также для круглогодичного мониторинга всей Арктической зоны, картографирования дна Мирового океана и др.
В процессе работы АНПА осуществляют сбор информации, проводят инспекцию подводных сооружений и коммуникаций, которая включает распознавание отклонений от эталонных и (или) заданных изображений, экологический мониторинг в районе месторождения, топографическую, фото- и видеосъемку морского дна, акустическое профилирование, картографирование рельефа, обслуживание систем освещения, прокладку и обследование трубопроводов и кабелей, замену деталей подводного оборудования и др.
Кроме того, разработка гибких, селективных технологий, позволяет более эффективно находить нефтегазоперспективные зоны и зоны нефтегазонакопления для их последующего изучения и разработки. Традиционно для этих целей используется сейсморазведка, требующая наличия специализированных судов. Несмотря на неуклонный рост мирового флота геофизических судов, данных сейсморазведки по приполярным областям меньше, чем по другим районам. Флот работающих в Арктике судов также невелик, т. к. лед ограничивает сроки навигации и маршруты их движения. В связи с этим применение АНПА может значительно повысить эффективность поиска новых месторождений путём сокращения расходов на глубоководную разведку и снижения рисков в области охраны труда. Так, Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН в течение длительного периода проводит успешную научную работу по мониторингу газогеохимических полей в Тихоокеанском регионе (включая и арктические широты).
Идентифицировать на водной поверхности нефтяные пятна естественного происхождения помогают данные космической радиолокации, но при этом они не дают возможности «увидеть» нефтяное пятно в толще воды. Применение АНПА (в первую очередь глайдерного типа), разработанных, например, для Total французской компанией Alseamar, позволяет исследовать подводное пространство на глубинах до 1000 м, обнаруживать, оценивать и наблюдать естественные выходы углеводородов с морского дна в реальном времени. Подобная технология сбора данных является высоко инновационной, имеет малые затраты, более быстрая и безопасная по сравнению со стандартными методами.
Кроме этого, имеется опыт применения АНПА для изысканий по трассам «Северного потока» и «Турецкого потока» и проведения различных исследований в Охотском море. В частности, большие перспективы АНПА могут иметь на Киринском ГКМ – единственном в мире месторождении, расположенном на акватории замерзающего моря, которое обустроено с использованием подводного добычного комплекса (ПДК), включающего системы добычи, сбора и внутрипромыслового транспорта продукции скважин до берегового технологического комплекса (БТК). Для обслуживания объектов ПДК этого месторождения широко применяются телеуправляемые подводные аппараты (ТНПА). При этом выделены два направления: мониторинг оборудования и трубопроводов, в том числе для накопления статистических данных по наработке, и обслуживание оборудования ПДК в части очистки, замены съемных модулей и др. С учетом того, что применение ТНПА возможно только в навигационный период, их частичная замена на АНПА, позволит обеспечить круглогодичный мониторинг подводного оборудования и трубопроводов и таким образом повысить экологическую безопасность ПДК Киринского ГКМ.
АНПА могут содействовать в прогнозировании, локализации и ликвидации экологических угроз, являющихся основной целью мониторинга в управлении экологической безопасностью. В пределах Арктической зоны РФ имеются нефте- и газопроводы, предприятия по добыче, переработке и хранению углеводородов, атомные электростанции, химически опасные объекты, взрывопожароопасные объекты, важные элементы коммуникаций, которые могут стать источниками ЧС техногенного характера.
Активный интерес к полярным исследованиям с использованием АНПА проявляют Германия, Дания, Норвегия, Япония, США – страны, обладающие аппаратами ледового класса DeepC, MARIDAN, SeaOTTER, HUGIN 3000 и 4500, «Urashima» и др. с применением самых передовых технологий в области энергетики. Это диктует необходимость иметь отечественные аппараты ледового класса. Российские проектные организации уже осваивают это направление, результатом чего стал определенный круг АНПА различного назначения. Но большинство известных подводных аппаратов, применяемых в высоких широтах, пока являются экспериментальными образцами или стендами (testbed) для научных исследований.
Важное внимание при разработке отечественных проектов уделяется надежности техники, которой предстоит работать в автономном режиме в суровых условиях Арктики. Для этого предполагаются длительные испытания в ходе создания новых технологических средств.
Первые отечественные проработки уже нашли отражение в программе «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2025 года». Появление аппаратов, функционирующих без участия человека, означает увеличение эффективности, повышение безопасности и в перспективе снижение затрат на основную деятельность. Пилотные образцы подводных автоматизированных комплексов, которые смогут использоваться для подводных работ по изучению и освоению шельфа Арктики, возможно, появятся в России в ближайшее десятилетие.
В настоящее время сразу несколько лидирующих компаний, в том числе в области беспилотной робототехники, работают над созданием полностью автоматизированных подводных аппаратов для использования в Арктике (ИПМТ ДВО РАН, АО «ЦКБ МТ «Рубин», АО «НПП ПТ «Океанос» и др.). Так, например, основными разработками АО «НПП ТП «Океанос» являются семейство автономных подводных аппаратов с преимущественно гидродинамическими принципами движения (глайдеры) для Арктического региона.
Фонд перспективных исследований (ФПИ) совместно с АО «ЦКБ МТ «Рубин» реализует ряд проектов («Айсберг» и др.), ориентированных на дальнюю перспективу и направленных на создание подводных и подледных комплексов для освоения месторождений арктических морей, в том числе ранее неразведанных участков шельфа. Например, в настоящее время исследования могут проводиться в Арктике с судов всего на протяжении одного-двух месяцев навигации. С помощью новых комплексов можно будет круглогодично осуществлять мониторинговые исследования, картографировать дно Мирового океана и др. Возможно, для энергоснабжения создаваемых подводных роботов будут использоваться энергокомплексы с ядерным реактором, что позволит обеспечить их автономность до года.
Намечена разработка технологий, материалов и создание на их основе новых роботизированных комплексов для исследования самых глубоких мест в труднодоступных районах Мирового океана («Юнона», «Амулет» и др.), которые демонстрировались на специализированных выставках. Развернуты работы по созданию АНПА дальнего радиуса действия, систем группового управления глубоководными аппаратами, группы (роя) АНПА, демонстратора сверхавтономного необитаемого подводного аппарата, который без всплытия и использования ядерной энергетики пройдет Северным морским путем, в том числе подо льдами, и др.
Выводы:
1. Морские подводные операции с использованием роботизированных систем – один из технологических приоритетов при организации работ на арктическом шельфе.
2. Имеющийся мировой опыт использования АНПА для работы в ледовом окружении показал их уникальные возможности.
3. Для Российской Федерации возрастающий интерес к освоению арктического шельфа, научная и экономическая целесообразность диктуют необходимость иметь собственные технологии и оборудование ледового класса.
4. Применение робототехнических комплексов на основе автономных подводных аппаратов позволит вывести человека из зоны повышенного риска, связанного с его нахождением в подводных аппаратах, и обеспечить более полное и всестороннее представление о текущей ситуации для эффективного выполнения задач по освоению арктических шельфовых месторождений.
Факты
АНПА
автономные необитаемые подводные аппараты эффективны при выполнении подводно-технических работ в экстремальных условиях, независимы от природно-климатических условий, применимы на всех этапах технологического цикла
До 1000 м
глубины позволяет исследовать подводное пространство применение АНПА
ТНПА
телеуправляемые подводные аппараты могут применяться только в навигационный период, их частичная замена на АНПА позволит осуществлять мониторинг круглый год
Литература
1. Бахарев С.А., Карасев В.В., Карасев А.В. Использование автономных необитаемых подводных аппаратов в процессе изучения Мирового океана // Научные труды Дальрыбвтуза, т. 6, 2012.
2. Боженов Ю.А. Использование автономных необитаемых подводных аппаратов для исследования Арктики и Антарктики // Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 2011, том 4, № 1.
3. Инзарцев А.В., Каморный А.В., Львов О.Ю., Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для научных исследований в Арктике // Подводные исследования и робототехника, № 2 (4), 2007.
4. Крылов П.В., Шарохин В.Ю., Выдра А.А., Лихович Д.А., Авилов А.С. Задачи обследования и мониторинга оборудования систем подводной добычи с учетом особенностей шельфовых месторождений Российской Федерации // Газовая промышленность, № 12/778, 2018.
5. Подводные роботы придут на помощь человеку в освоении Арктики https://rg.ru/2018/03/25/podvodnye-roboty-pridut-na-pomoshch-cheloveku-v-osvoenii-arktiki.html
6. Перспективы использования морских робототехнических систем АО «НПП ПТ «Океанос» в экологическом мониторинге в условиях Арктики https://www.korabel.ru/news/comments/arktika_-_mesto_dlya_robotov.html
7. Использование подводных аппаратов для исследования Арктики https://megaobuchalka.ru/8/5876.html
8. https://pro-arctic.ru/10/09/2018/technology/33769
