Ныряющий беспилотник следит за подлодками

Идею создания летающе-плавающего беспилотника ученым подсказала природа — но как это обычно бывает, создание искусственного аналога утки, ныряющей за кормом, оказалось непростой задачей 6 Апрель 2015, 16:28

Природа, которой нет особой нужды в устройствах, способных шпионить за подводными лодками противника с воздуха и под водой, тем не менее все же изобрела такие организмы — взять, к примеру, летучих рыб. Или уток, которые несутся над водной гладью, а затем внезапно ныряют за кормом. В Исследовательской лаборатории ВМС США (NRL), где разрабатывается новый беспилотник, который может и летать, и плавать, уже пришли к выводу, что создание робота, способного работать в двух различных средах не такая простая задача, как этом может показаться на первый взгляд.

Для чего вдруг ВМС понадобились роботы-утки? Если коротко: скорость перемещения в воздухе быстрее чем в воде, во многом благодаря тому, что вода в 1000 раз плотнее воздуха. Скорость обычной торпеды Мk 46 в лучшем случае достигает 50 узлов (чуть больше 80 км/ч), в то время как максимальная скорость ракеты, летящей на предельно малой высоте над поверхностью моря, превышает этот показатель в пять раз.

В то время как природа нашла способ согласовать действие различных физических сил, которые воздействуют на сложные плавательные и летательные системы, человеку еще только предстоит разобраться с этим. Необитаемые подводные аппараты обычно имеют корпуса с немалой толщиной, способной выдержать давление воды, и в массе своей они либо тяжелы, либо оснащены сложной системой балласта. Беспилотные летательные аппараты, наоборот, очень легки. И не приспособлены к тому, чтобы на большой скорости входить в толщу воды.
Test Sub выполняет подводные маневры в экспериментальном бассейне NRL

«Для того, чтобы подводная лодка могла летать, внутренний объем воздуха, который является основным регулятором веса субмарины, должен быть минимально возможным. Для приводнения воздушного аппарата его структурные элементы должны быть прочными настолько, чтобы выдержать удар о поверхность воды», — рассказывает научный руководитель NRL Дэн Эдвардс (Dan Edwards) в статье, посвященной разработке Исследовательской лаборатории ВМС США, опубликованной в последнем выпуске журнала Spectra (официальный печатный орган NRL).

В рамках программы Flimmer (от англ. flying swimmer — «летающий пловец») группа специалистов Лаборатории создала прототип Test Sub, по сути — минисубмарину с крыльями. Test Sub весит больше, чем обычный беспилотник, но это не смущает разработчиков: на сегодняшний день они уже провели три летных испытания гибридного аппарата, «роняя» его с высоты в 300 метров. По мнению Дэна Эдвардса, прототип вел себя в воздух приемлемо, «как любой другой летательный аппарат, контролируемый по трем осям… и продемонстрировал достаточную стабильность в режиме дистанционного управления». В ходе следующего испытания аппарат выполнил полет на минимальной высоте над поверхностью воды со скоростью 40 узлов (около 74 км/ч) — перед тем как нырнуть и «превратиться» в необитаемый подводный аппарат.

«Test Sub управлялся обычным образом, поддерживалась скорость около 40 узлов, затем аппарат приводнился в режиме полета без крена, — пишет Эдвардс. — После касания водной поверхности резкое возрастание лобового сопротивления привело к быстрому снижению скорости. Затем Test Sub погрузился в толщу воды и начал движение под ее поверхностью, реагируя на все дистанционные команды… Максимальная скорость прототипа в воздухе значительно превысила 50 узлов, а в воде едва достигала 10 — в этом и кроется основное преимущество летающей субмарины, которая в случае необходимости может быстро оказаться в районе, требующем выполнения задач в подводном режиме».
Стабилизаторы аппарата WANDA имитируют движения плавников рыбки, обитающей в Индийском и Тихом океанах

Сегодня группа проводит эксперименты с крыльями, заполняемыми водой, и более обтекаемой, «рыбоподобной» конструкцией, получившей название WANDA (Wrasse-inspired Agile Near-shore Deformable-fin Automaton). Стабилизаторы этого экспериментального аппарата имитируют движения губана-клюворыла, рыбы, обитающей в Индийском и Тихом океанах, и могут оказаться слишком хрупкими для механизма, сталкивающегося на большой скорости с водной поверхностью.

«Конфигурация, имеющая четыре стабилизатора, обеспечивает высокую маневренность и хорошую стабильность под водой, — рассказывает в статье Эдвардс. — Но в воздухе плавники-стабилизаторы увеличивают вес и представляют собой хрупкую конструкцию, которой придется выдерживать значительное воздействие. Соединить все эти элементы конструкции воедино — основная задача программы Flimmer».

Группа уже начала вносить необходимые коррективы в конструкцию WANDA для улучшения летных качеств и будет заниматься мелкими модификациями до конца года.