Результат интеллектуальной деятельности: Способ проводки судна через заминированный район моря

Изобретение относится к способам борьбы с минной опасностью на море, а конкретно к способам проводки судов через заминированный район моря.

Минирование морских акваторий является одним из наиболее эффективных и широко используемых способов уничтожения корабельного состава противника [1]. Минирование морских акваторий осуществляется как в военное время, так и во время локальных конфликтов и угрозы их возникновения. Минированию, в первую очередь, подлежат подходы к торговым портам и военно-морским базам, что нарушает гражданское и военное судоходство.

Современные морские мины делятся на плавающие, якорные, донные и заиленные (самозакапывающиеся в грунт) [2, 3]. Наиболее распространены донные и заиленные мины. Разновидностью донных мин являются мины-торпеды. Морские мины оснащены взрывателями, реагирующими на изменение гидроакустического, магнитного либо сейсмического поля. Для надёжности срабатывания мины, как правило, оборудуются несколькими типами взрывателей одновременно.

Радикальным способом борьбы с минной опасностью на море, если не удалось предотвратить установку мин, является полное разминирование заминированного района моря. Однако процесс разминирования может продолжаться длительное время. Поэтому зачастую возникает настоятельная необходимость осуществлять судоходство до полного разминирования района. До 80-х годов прошлого века проводка судов через заминированные районы осуществлялась тральщиками, которые шли впереди судна (каравана судов) и при помощи трала уничтожали мины, создавая безопасный проход [4].

Однако ввиду изобретения мин, устойчивых к тралению, в последние десятилетия на место тральщиков пришли противоминные корабли, которые, не отказываясь от траления, ориентированы, в первую очередь, на поиск и уничтожение отдельных мин [5].

Для поиска и классификации якорных и донных мин применяются высокочастотные гидролокаторы (в частности, вперёдсмотрящие гидролокаторы, многолучевые эхолоты, гидролокаторы бокового обзора), магнитометры и телевизионная аппаратура [6,7]. Поиск заиленных мин осуществляется низкочастотными гидролокаторами (профилографами) и магнитометрами [8]. Учитывая, что заранее, как правило, не известно, какие мины установлены в районе, приходится одновременно осуществлять поиск всех типов мин с применением комплекса поисковой аппаратуры.

Поскольку дальность эффективного обнаружения и классификации донных и заиленных мин лежит в пределах от десятков до сотен метров, необходимо, чтобы носители технических средств их поиска и классификации двигались в непосредственной близости от дна. Для этого современные противоминные корабли оснащаются телеуправляемыми и буксируемыми подводными аппаратами, заглубляемыми на нужную глубину.

Автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) являются дальнейшим развитием средств борьбы с минной опасностью, поскольку они имеют ряд преимуществ перед противоминными кораблями:

- исключают гибель людей при взрыве мины;

- обладают более низким уровнем физических полей, на которые реагируют взрыватели морских мин, что позволяет безопасно приближаться к минам на меньшее расстояние;

- способны маневрировать на оптимальной глубине для поиска и классификации мин.

При проводке судов через заминированный район мины, в интересах экономии времени проводки, как правило, не уничтожаются. Проводка состоит в поиске прохода через район, свободного от мин, ширина которого превышает удвоенное минимально допустимое безопасное расстояние между судном и миной (фиг.1).

Проблема состоит в том, что расстояние существенно (до 10 и более раз) превышает дистанцию обнаружения мин всех типов (см. фиг.1), что не позволяет найти безопасный проход через заминированный район путём однократного прохода АНПА по нему. Ввиду этого необходимо разработать специальный способ маневрирования АНПА для поиска прохода, свободного от мин, нужной ширины.

В качестве прототипа выберем способ проводки судна через заминированный район моря, описанный в [4]. Способ состоит в движении судна за тральщиком (противоминном кораблём), который с выставленным тралом движется прямолинейно заданным генеральным курсом (фиг.2).

Достоинство способа-прототипа состоит в его простоте, а недостаток в высокой вероятности подрыва судна на мине, поскольку, как было замечено выше, современные мины не реагируют на сигналы тралов и взрываются при проходе судов с высоким уровнем акустического и/или магнитного поля.

Решаемая техническая проблема – повышение безопасности проводки судов через заминированные районы.

Технический результат – обеспечения поиска безопасного для судна прохода через заминированный район с использованием автономного необитаемого подводного аппарата.

Указанный технический результат достигается выбором такого маневрирования АНПА, которое позволит проложить кратчайший маршрут судна через заминированный район заданным генеральным курсом, при котором судно не приближается к минам на расстояние, меньшее чем .

Идея заявляемого способа проиллюстрирована на фиг.3, на которой радиусы окружностей, построенных вокруг мин, равны . Судно должно обходить каждую обнаруженную мину по касательной к окружности радиуса , минимально отклоняясь от заданного генерального курса.

Заявляемый способ включает следующие действия:

При подходе к заминированному району судно стопорит ход, спускает на воду АНПА и ложится в дрейф в ожидании завершения работы АНПА по поиску безопасного прохода.

АНПА под управлением собственной системы управления погружается на глубину, оптимальную для поиска мин, включает все средства поиска мин и в точке (фиг.4) начинает движение галсами (синяя линия) перпендикулярными заданному генеральному курсу прохода через район. Длина каждого галса равна , т.е. удвоенной минимально допустимой дистанции приближения судна к мине за вычетом удвоенной дистанции обнаружения мины . Расстояние между галсами равно , т.е. удвоенной дистанции обнаружения мины. Двигаясь таким образом, АНПА обеспечивает просмотр полосы шириной (границы полосы показаны чёрными сплошными линиями). Одновременно с движением система управления АНПА строит траекторию безопасного движения судна (красная линия).

При обнаружении в точке (фиг.4) первой мины на дистанции её обнаружения система управления АНПА строит маршрут обхода судном обнаруженной мины, состоящий из двух галсов, проведённых по касательным к окружности бóльшего радиуса (радиус меньшей окружности, построенной вокруг мины, равен , радиус большей окружности равен ). Причём курс, соответствующий второму галсу, равен генеральному курсу судна.

Одновременно с маршрутом обхода мины система управления строит границы прохода в процессе обхода мины (чёрные линии на фиг.4, параллельные траектории судна на расстоянии от неё). Далее система управления АНПА проверяет, вся ли площадь прохода обследована на предмет наличия мин. В результате проверки устанавливает, что заштрихованная зелёным цветом на фиг. 4 область прохода осталась не обследованной.

Система управления рассчитывает траекторию АНПА, обеспечивающую просмотр не обследованной части прохода, и инициирует движение АНПА по этой траектории.

После завершения просмотра не обследованной части прохода АНПА начинает маневрировать параллельными галсами, но уже в новых границах прохода.

Если при просмотре не обследованной части прохода будет обнаружена новая мина (фиг.5), система управления АНПА корректирует траекторию судна при обходе первой обнаруженной мины (траектория судна, которая была построена до обнаружения второй мины показана штриховой красной линией, а новая траектория – сплошной красной линией). Также система управления АНПА выявляет не обследованную часть прохода судна, соответствующего новой траектории судна (заштрихована на фиг.5 коричневым цветом) и рассчитывает траекторию АНПА для её обследования с переходом на стандартное движение параллельным галсами поперёк построенной траектории судна.

Если в процессе осмотра не обследованной части прохода будет обнаружена новая мина, описанные действия будут повторены.

Описанный алгоритм управления АНПА реализуется при обнаружении каждой новой мины. На фиг.6 показано маневрирование АНПА и построенный маршрут судна при проходе через район, в процессе которого обнаружено 4 мины. Из рассмотрения фиг.6 следует, что при обнаружении каждой новой мины система управления АНПА должна корректировать траекторию судна и формировать маршрут АНПА для просмотра необследованной части прохода, построенного в соответствии с новой траекторией судна.

После преодоления всего заминированного района АНПА всплывает на поверхность, уточняет свои координаты с использованием спутниковой навигационной системы и передаёт по радиосвязи судну его траекторию в виде координат вершин ломаной линии (координат точек поворота), а также координаты обнаруженных мин.

Судно проходит заминированный район по траектории, построенно1 АНПА, по завершении прохода берёт АНПА на борт и продолжает движение по намеченному маршруту.

Из рассмотрения фиг.4-6 следует, что при движении судна по траектории, проложенной АНПА, оно не будет приближаться ни к одной из мин на расстояние, меньшее минимально допустимого . Кроме того, после обхода каждой обнаруженной мины судно ложится на генеральный курс, что обеспечивает минимальное отклонение от генерального курса при проходе через заминированный район.

Реализуемость и эффективность предлагаемого способа подтверждается результатами математического моделирования. Из этого можно сделать вывод, что заявленный технический результат – обеспечения поиска безопасного для судна прохода через заминированный район – можно считать достигнутым.

Источники информации:

1. Соловьев Ю. Совершенствование минно-торпедного оружия ВМС США // Зарубежное военное обозрение. 2015. №2.

2. Naval mine// https://en.wikipedia.org/wiki/Naval_mine.

3. How do naval mines work // https:interestingengineering.com/how-do-naval-mines-work.

4. Хвощ В.А. Тактика подводных лодок // М.: Воениздат. 1989. 264 с.

5. Jane's fighting ships. 2019-2020. Ed. Alex Pape. IHS Markit. 2020.

6. Naval sonar ASW and mine hunting // https://www.kongsberg.com/maritime/products/naval-systems/ASW.

7. Chapple P.B. Unsupervised detection of mine-like objects in seabed imagery from autonomous underwater vehicles // Proc. IEEE Oceans Conf. 2009. P.1–6.

8. Касаткин Б.А., Косарев Г.В. Результаты применения акустического профилографа для мониторинга морских акваторий с использованием алгоритмов синтезирования и фокусировки // Подводные исследования и робототехника. 2014. №1(17). С.33-38.