Новый подводный робот: экономный и бесшумный

Различные виды телеуправляемых машин уже исследуют море. Большинство из них используют для маневрирования электрический мотор, который крутит пропеллеры или приводит в действие водомёты. Некоторые привязаны к судам, другие работают свободно, как миниатюрные субмарины, хотя и они также нуждаются в услугах судна поддержки. Использование подводных аппаратов может быть очень дорогим делом: расходы на использование исследовательского судна составляют десятки тысяч долларов в день, а, так как океан огромен, они вынуждены оставаться в море очень долго, собирая данные. Роботы также должны периодически возвращаться к судам для замены батарей или перезарядки.

 

Некоторые океанографы начали использовать другой вид подводных аппаратов - глайдеры, которые являются более экономичными. Они способны находится в течение многих дней, или даже недель, без поддержки под водой. Им всё ещё нужны батареи для движения, но они чрезвычайно экономичны в потреблении энергии, потому что, большинство времени они глиссируют (скользят). Глайдеры двигаются благодаря изменению своей плавучести - они то погружается в глубины, то поднимается на поверхность. Подъем обеспечивают крылья аппарата, а горизонтальные перемещения - вертикальный хвостовой “плавник” и руль. Навигация такого судна осуществляется с берега и с использованием системы GPS (система глобального позиционирования).

 

Глайдеры используют электроэнергию для управления насосами и клапанами, чтобы перекачивать масло из  внутренней камеры во внешнюю и наоборот. Внутренняя камера находится в герметическом корпусе торпедообразной формы, внешняя снаружи (обычно находится в затопляемой части корпуса). Чтобы погрузиться, масло передаётся из внешнего резервуара во внутренний. Это не изменяет массу аппарата, но уменьшает его объем, что уменьшает плавучесть и заставляет его медленно погружаться. Для всплытия, масло наоборот накачивается обратно во внешний резервуар.

 

Для движения вперед изменяется наклон судна. Для этого жидкость перекачивают в нос, который опускается вниз, или же в корму, чтобы поднять нос. В некоторых глайдерах маленькие электрические двигатели двигают также батареи взад и вперед для изменения угла наклона. Этот угол  помогает двигательным крыльям обеспечивать подъёмную силу и переводить часть вертикального движения в горизонтальное.

 

Глайдеры передвигаются медленно, около 1 км/ч, по пилообразный траектории, поскольку они постоянно поднимаются и погружаются. Достигая поверхности, они общаются со спутником, передавая данные, которые они собрали (такие как температура и соленость воды). Перед погружением, они определяют своё местоположение с помощью GPS, которое бортовой компьютер использует для навигации. Компьютер регулирует руль, который обычно является единственной внешней движущейся частью.

 

Первые морские глайдеры были сконструированы в 1980-ые Дугласом Веббом (Douglas Webb), бывшим исследователем Океанографического Института Вудсхола (Woods Hole Oceanographic Institution). Тем не менее, более или менее работоспособные модели удалось создать только в последние годы. Некоторые носят название Слокам ("Slocum"), в честь Джошуа Слокама (Joshua Slocum), который в 1898 был первым человеком, который совершил одиночное кругосветное плавание. Немногие из этих аппаратов сумели продержаться в море в течение нескольких месяцев. В 2004 глайдер, построенный институтом океанографии "Scripps Institution of Oceanography" в Сан-Диего и названные Спрэй («Spray») (в честь парусного шлюпа с автоматическом управлением Слокама) сумел пересечь сильные течения Гольфстрима по пути к Бермудам.

 

Аппаратом, устойчиво ползающим Doug Webb Research Corporation»), основанной г. Веббом. Это – «Слокум», который был изменен таким образом, чтобы собрать энергию необходимую для скольжения из окружающей среды. Теоретически, этот глайдер может путешествовать на тысячи километров во время многолетних миссий. между Виргинскими островами, управляет команда из Института Вудсхола и Исследовательской корпорации Дугласа Уэбба.

 

Эта модель черпает энергию своего реактивного движения из разницы температур океанической воды на разной глубине. В основе конструкции две трубки с воском, работающие как поршень. Поверхностные слои - теплые, глубинные - холодные. Тепло воды разогревает воск в трубках, он расширяется, сжимая резервуар с воздухом, превращая таким образом тепловую энергию в механическую, которая выталкивает масло, находящееся во внешнем резервуаре, в внутренний. Таким образом изменяется плавучесть, центр тяжести смещается, судно погружается в глубины, где воск застывает и все начинается сначала. И, хотя этот глайдер на тепловой тяге не первое автономное подводное судно, оно первое, которое не использует для движения батареи питания или какой-то помповый механизм, выталкивающий балластную воду или масло.

 

Экспериментальное судно хоть и немного, но все еще использует немного энергии из батареи, для открытия и закрытия клапанов и для инструментов. Но даже так, Бен Ходджес (Ben Hodges), член команды Вудсхола, считает, что такой глайдер мог бы проработать в течение приблизительно одно года без подзарядки.

 

В будущем можно использовать те же самые механические силы, которые сжимают воздух, для производства электричества, для зарядки батарей глайдера. Такой аппарат мог  бы тогда плыть почти бесконечно, до тех пор, пока другой корабль не повредит его или поймает в рыболовные сети. Вероятность этого чрезвычайна мала, однако существуют другие потребности, например, необходимость перезагрузить приборы или удалить неизбежные водоросли, моллюски и другую морскую флору, которая покрыла бы аппарат во время очень долгих рейсов.

 

Глайдеры не влияющие на окружающую среду, остающиеся в море в течение многих месяцев, могли  бы провести долгосрочные исследования океана, особенно изучение эффектов изменения климата. В футурологической статье, написанной приблизительно 20 лет назад, ныне покойный Генри Стоммель (Henry Stommel), влиятельный океанограф Вудсхола, изобразил целые флотилии состоящие из аппаратов типа Слокамсов, патрулирующие моря и океаны, собирая научные данные. Это не первый раз, когда научная фантастика превратилась в научное достижение.