САМОХОДНЫЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ БУЙ-МАЯК И СПОСОБ НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ МОРСКОГО РАЙОНА Российский патент 2020 года по МПК B63G5/00 B63G6/00 B63G9/00 

Изобретение относится к области морской техники и может быть использовано для навигационного оборудования морских районов и обеспечения безопасности кораблевождения и определения координат в море надводных кораблей, судов, подводных объектов.

Навигационное оборудование морского района представляет собой систему специальных береговых и плавучих сооружений, конструкций и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности кораблевождения (судовождения) и служит для определения координат кораблей и судов в море, их правильной ориентировки во время плавания в прибрежных и мелководных районах. Средствами навигационного оборудования служат береговые и плавучие маяки, светящиеся и несветящиеся знаки, навигационные огни, плавучие предостерегающие знаки (буи и вехи), радио-, радиолокационные и гидроакустические маяки, наземные станции радионавигационных систем и другие средства [Военно-морской словарь / Гл. ред. В.Н. Чернавин. М.: Воениздат, 1989. - 511 с. С. 265].

Наиболее сложным является обеспечение безопасности плавания и точной ориентировки подводных плавсредств под водой, так как большая часть средств навигационного оборудования установлена на поверхности воды или на берегу. Поэтому для подводных плавсредств находят применение гидроакустические маяки (ГАМ).

Известен донный ГАМ, устанавливаемый на морском дне на глубинах до 6000 м, способный обеспечить навигационными параметрами подводные плавсредства практически во всех районах Мирового океана. Дальность действия такого маяка достигает 20-25 км. [И.С. Калинский. Навигационное оборудование морских театров. Л.: ВВМКУ им. М.В. Фрунзе, 1980. 428 с. С. 292].

Устройство донного ГАМ включает: акустическую антенну с цилиндрическим или стержневым пьезокерамическим преобразователем; дежурный канал маяка, состоящий из приемного усилителя и дешифратора; электронную аппаратуру маяка, размещаемую в прочном корпусе; глубоководный поплавок для подъема антенны над грунтом; источник питания в одном прочном корпусе с электронной аппаратурой, выполняющим функцию якоря; съемного кожуха, внутри которого размещена бухта кабеля с тросом, соединяющим антенну и прочный корпус; тормозного устройства в нижней части прочного корпуса в виде амортизирующего гофрированного цилиндра, необходимое для предохранения маяка от повреждений при ударе о скалистый грунт. Отделение поплавка с антенной от прочного корпуса и переход его в дежурный режим происходит после сбрасывания маяка в воду при достижении им определенной глубины. [И.С. Калинский. Навигационное оборудование морских театров. Л.: ВВМКУ им. М.В. Фрунзе, 1980. - 428 с. С. 302-304].

Известен гидроакустический буй-маяк (ГАБМ) с аппаратурой спутниковой связи «Гонец-Д1М» и навигации ГЛОНАСС, принятый за прототип изобретения и входящий в состав подводной системы навигации и связи «Позиционер», разработанной Санкт-Петербургским концерном «Океанприбор» и включающей пункт управления и связанные с ним автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) и указанный выше ГАБМ [Д. Литовкин, А. Рамм. В России создан подводный ГЛОНАСС. М.: Известия IZ, 08.12.2016, https//iz.ru/news/650211]. АНПА патрулируют заданный морской район на глубинах до 8 км и ориентируются при этом по данным ГАБМ, заранее установленных на дне и имеющих сверхточные координаты. ГАБМ передают навигационную информацию плавсредствам, находящимся не только в воде, но и на ее поверхности. ГАБМ, входящие в состав системы «Позиционер», бывают донные, плавающие и вмораживаемые в лед. Общее устройство ГАБМ включает аппаратную часть, радио- и гидроакустическую часть и систему электропитания, размещаемые в пластмассовом корпусе. В состав радио- и гидроакустической части ГАБМ входят ультракоротковолновая радиостанция, приемник ГЛОНАСС, комплект системы спутниковой связи «Гонец-Д1М» и аппаратура подводной связи с АНПА. Донный вариант ГАБМ оборудуется якорем, в дрейфующем варианте аппаратная часть размещается в защитном корпусе с поплавками и дополнительными элементами питания, а вмораживаемый ГАБМ имеет специальный высокопрочный термоконтейнер с высокой термоизоляцией.

При работе с АНПА гидроакустический буй-маяк имеет следующие режимы:

- «запросный», когда по запросу АНПА буй передает ему по гидроакустическому каналу связи информацию, полученную по спутниковому каналу связи;

- «диалоговый», когда в режиме реального времени буй связывает пункт управления с АНПА, используя свой радиоканал УКВ-диапазона и обеспечивает контроль местонахождения АНПА и управление им;

- «автономный», при котором АНПА уточняет у буя по гидроакустическому каналу связи свои координаты и действует самостоятельно;

- «аварийный», служащий для передачи сигнала бедствия от АНПА.

Установка гидроакустических маяков и буев-маяков в морских районах осуществляется, как правило, надводными кораблями или судами в течение некоторого времени и сопровождается выполнением определенного маневрирования, демонстрируя сторонним и нежелательным наблюдателям характер ведущихся в районе работ по его оборудованию некими стационарными системами, что является недостатком существующих гидроакустических маяков и способов оборудования ими морских районов. Другим недостатком гидроакустических маяков и буев-маяков является отсутствие у них такого качества, как мобильность, что не позволяет при необходимости оперативно оборудовать ими морские районы.

Мобильность гидроакустического маяка или буя-маяка и скрытность оборудования ими морского района может быть обеспечена с применением подводных плавсредств. Наиболее подходящим транспортировщиком гидроакустического маяка или буя-маяка является автономный или дистанционно управляемый необитаемый подводный аппарат (НПА). Типовой НПА имеет корпус обтекаемой цилиндрической или иной формы, средства движения и энергообеспечения, гидроакустические и телевизионные средства поиска, навигационное оборудование, средства связи, отсек для полезной нагрузки и приборы управления. Для связи с пунктом управления он оборудуется аппаратурой связи с гидроакустическим или радиотехническим каналом [Сиденко К.С., Илларионов Г.Ю. Подводная лодка и автономный необитаемый подводный аппарат // МРЭ, №2, 2008].

АНПА выполняют различные функции, в том числе, ведут подводные поисковые работы по обнаружению и идентификации морских мин, осуществляют гидроакустические, гидрографические и батиметрические измерения, а также обследуют подводные объекты и гидротехнические сооружения [И. Белоусов. Современные и перспективные необитаемые подводные аппараты ВМС США // Зарубежное военное обозрение, 2013, №5. С. 79-88]. Однако, в качестве средств доставки навигационного оборудования в морские районы они применения еще не нашли.

Известен способ навигационного оборудования морского района в целях обеспечения в нем безопасности кораблевождения (судовождения), определения координат кораблей и судов и их точной ориентировки во время плавания, при котором заблаговременно оснащают заданный морской район средствами навигационного оборудования, включающими береговые и плавучие маяки, светящиеся и несветящиеся знаки, навигационные огни, плавучие предостерегающие знаки (буи и вехи), радио-, радиолокационные и гидроакустические маяки, наземные станции радионавигационных систем [Военно-морской словарь / Гл. ред. В.Н. Чернавин. М.: Воениздат, 1989. - 511 с. С. 265].

Способ подразумевает оснащение заранее выбранного морского района необходимым для безопасности плавания оборудованием. При этом средства навигационного оборудования устанавливаются в районе стационарно и в случае необходимости не могут быть демонтированы и переустановлены в прилегающем или отдаленном района.

Известен способ навигационного оборудования морского района гидроакустическими буями-маяками подводной системы навигации и связи «Позиционер», взятый за прототип, осуществляемый для обеспечения безопасности плавания в районе и снабжения плавсредств навигационными параметрами, при котором рассчитывают количество гидроакустических буев-маяков, необходимых для навигационного оборудования заданного морского района и определяют точки их установки, готовят на базе гидроакустические буи-маяки к установке, проверяют их работоспособность и загружают на плавсредство, доставляют их в заданный морской район и в расчетных точках сбрасывают в воду, после приводнения переводят гидроакустические буи-маяки в рабочее положение, при этом у стационарных буев отделяют якорь, разматывают буйреп и устанавливают его на грунте, оставляя поплавок буя, также как и дрейфующий буй, на поверхности воды, включают радиостанцию, приемник спутниковой системы навигации, комплект спутниковой связи и аппаратуру звукоподводной связи, получают от спутниковой системы навигации географические координаты буя и по запросу надводных или подводных плавсредств передают их по радио или звукоподводной связи [Д. Литовкин, А. Рамм. В России создан подводный ГЛОНАСС. М.: Известия IZ, 08.12.2016, https//iz.ru/news/650211].

Способ применяется для оснащения необходимым оборудованием заранее выбранного морского района. Дополнительное оснащение прилегающего или отдаленного района возможно при использовании дрейфующих буев, которые плавсредству необходимо найти, поднять на борт, подготовить к повторному использованию и доставить в новый район. Достаточно быстро это сделать невозможно, поэтому данный способ не позволяет оперативно оснащать морские районы навигационными средствами.

Техническим результатом группы изобретений является разработка самоходного гидроакустического буя-маяка и способа навигационного оборудования морского района с его применением, предназначенных для осуществления оперативного и скрытного навигационного оборудования морского района с целью повышения безопасности плавания в нем, улучшения качества работы и маневрирования своих плавсредсв за счет обеспечения их точными навигационными параметрами.

Технический результат достигается следующим образом. Самоходный гидроакустический буй-маяк, имеющий источник тока, аппаратуру управления, антенну и приемник спутниковой системы навигации типа ГЛОНАСС, аппаратуру подводной связи, приема и излучения гидроакустических сигналов, приемный усилитель и дешифратор, электронную аппаратуру маяка, якорное устройство с якорем, якорным канатом и вьюшкой, по изобретению, выполнен на базе автономного необитаемого подводного аппарата, имеет бортовую систему управления с модулем навигации и эхолотом, энергосиловую установку с источником энергии и двигателем, движитель, приводы рулевых машинок и наружное оперение с рулями, дополнительно он оснащается радиопередатчиком и антенной для подачи сигналов о своем местонахождении при всплытии на поверхность, а также запоминающим устройством для записи гидроакустических сигналов и шумов в районе постановки, вычислительным устройством и датчиками гидростатического и гидродинамического давления, служащими для расчета скорости дрейфа гидроакустического буя-маяка при его погружении для постановки на якорь, направления и величины горизонтального сноса буя-маяка относительно якоря вследствие течения, якорное устройство дополнительно оснащается управляемым от бортовой системы управления фиксатором вытравленного с вьюшки якорного каната, служащего для регулирования глубины буя-маяка и отстояния его от грунта, а также устройством отделения коренного конца якорного каната от крепления на вьюшке с целью освобождения буя-маяка от якоря и всплытия на поверхность воды.

Способ навигационного оборудования морского района, при котором рассчитывают количество гидроакустических буев-маяков, необходимых для навигационного оборудования заданного морского района и определяют точки их установки, готовят на базе гидроакустические буи-маяки к установке, проверяют их работоспособность и загружают на плавсредство, доставляют их в заданный морской район и в расчетных точках сбрасывают в воду, после приводнения переводят гидроакустические буи-маяки в рабочее положение, при этом у стационарных буев отделяют якорь, разматывают буйреп и устанавливают его на грунте, оставляя поплавок буя, также как и дрейфующий буй, на поверхности воды, включают радиостанцию, приемник спутниковой системы навигации, комплект спутниковой связи и аппаратуру звукоподводной связи, получают от спутниковой системы навигации географические координаты каждого буя и по запросу надводных или подводных плавсредств передают их по радио или звукоподводной связи, по изобретению, используют самоходные гидроакустические буи-маяки, выполненные на базе автономных необитаемых подводных аппаратов, готовят их к пуску, вводят в бортовую систему управления маршрутное задание и выпускают с берегового, морского или воздушного носителя, осуществляют движение каждого самоходного гидроакустического буя-маяка по заданному маршруту на заданной глубине в заданную для него точку, в процессе своего развертывания в заданный район они используют звукоподводную связь, средства подводного наблюдения и действуют в группе согласованно, на участке перехода, а также в заданной точке подвсплывают на поверхность, получают от спутниковой системы навигации координаты, погружаются на заданное отстояние от дна и становятся на якорь, по показаниям датчиков гидростатического и гидродинамического давления, длины якорного каната и отстояния от грунта рассчитывают в вычислительном устройстве истинные географические координаты самоходного гидроакустического буя-маяка и переводят его в дежурный режим работы, записывают в запоминающее устройство получаемые гидроакустические сигналы и окружающие шумы, обеспечивают действующие в районе свои надводные или подводные плавсредства по их запросу навигационной информацией, по команде с пункта управления, транслируемой по звукоподводной связи прибывшим плавсредством или ретранслятором, сбрасываемым с летательного аппарата, освобождаются от якоря и всплывают на поверхность, включают радиопередатчик и подают установленный сигнал для обнаружения своими плавсредствами, подъема на борт и возвращения на базу.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1-4 представлено:

фиг. 1 - работа самоходного гидроакустического буя-маяка при уточнении своего местоположения с приходом в заданную точку;

фиг. 2 - погружение самоходного гидроакустического буя-маяка в заданной точке;

фиг. 3 - постановка самоходного гидроакустического буя-маяка на якорь в заданной точке;

фиг. 4 - передача самоходным гидроакустическим буем-маяком навигационной информации на подводное плавсредство.

Цифрами на фиг. 1-4 обозначены: 1 - корпус автономного подводного аппарата, 2 - гидроакустический буй-маяк, 3 - якорь, 4 - якорное устройство, 5 - вектор скорости самоходного гидроакустического буя-маяка, 6 - поверхность воды, 7 - космический аппарат спутниковой системы навигации, 8 - запрос буем-маяком координат у космического аппарата спутниковой системы навигации и их получение, 9 - морское дно, 10 - подводное плавсредство, 11 - запрос подводным плавсредством навигационной информации у гидроакустического буя-маяка и ее получение.

Самоходный гидроакустический буй-маяк работает следующим образом. При подготовке к пуску самоходного гидроакустического буя-маяка (1) на носителе проверяют работоспособность его бортовых систем, вводят в бортовую систему управления маршрутное задание и программу работы в точке постановки, после чего по готовности выпускают его в воду. Далее самоходный гидроакустический буй-маяк прибывает в точку с заданными координатами и всплывает на поверхность для выхода на связь с космическими аппаратами спутниковой системы навигации и уточнения своих текущих координат (8). После определения своего местоположения самоходный гидроакустический буй-маяк погружается и, достигнув установленной глубины или отстояния от дна, отдает якорь (3) и вытравливает заданную длину якорного каната. С занятием позиции гидроакустический буй-маяк переходит в дежурный режим работы, заключающийся в прослушивании окружающего пространства и записи в запоминающее устройство внешних шумов и готовности к приему запросного сигнала от обеспечиваемых плавсредств. С учетом показаний датчиков гидростатического и гидродинамического давления, длины вытравленного якорного каната и своего отстояния от грунта в вычислительном устройстве гидроакустического буя-маяка рассчитываются истинные географические координаты антенны, которые по установленному сигналу запроса передаются потребителям в виде зашифрованного сигнала (11) вместе с массивом навигационной информации. При получении установленной команды по звукоподводной связи гидроакустический буй-маяк освобождается от якоря и всплывает на поверхность воды для подъема на борт судна, последующего возвращения на базу, технического обслуживания, расшифровки записей в запоминающем устройстве и переподготовки для дальнейшего использования. С целью облегчения поиска гидроакустического буя-маяка после всплытия на поверхность воды включается радиопередатчик и передает установленный сигнал на поисковое судно или корабль.

Предложенный самоходный гидроакустический буй-маяк и способ навигационного оборудования морского района, обеспечивают оперативное и скрытное навигационное оборудование морского района с целью повышения безопасности плавания в нем своих плавсредсв, улучшения качества их работы и маневрирования за счет снабжения точными навигационными параметрами.

Группа изобретений относится к области морской техники и может быть использована для навигационного оборудования морских районов, обеспечения безопасности кораблевождения и определения координат в море надводных кораблей, судов, подводных объектов. Самоходный гидроакустический буй-маяк имеет источник тока, аппаратуру управления, антенну и приемник спутниковой системы навигации типа ГЛОНАСС, аппаратуру подводной связи, приема и излучения гидроакустических сигналов, приемный усилитель и дешифратор, электронную аппаратуру маяка, якорное устройство с якорем, якорным канатом и вьюшкой. Дополнительно буй-маяк оснащается радиопередатчиком и антенной для подачи сигналов о своем местонахождении при всплытии на поверхность, а также запоминающим устройством для записи гидроакустических сигналов и шумов в районе постановки, вычислительным устройством и датчиками гидростатического и гидродинамического давления. Для навигационного оборудования морского района рассчитывают количество гидроакустических буев-маяков, необходимых для навигационного оборудования заданного морского района, и определяют точки их установки. Готовят на базе гидроакустические буи-маяки к установке, проверяют их работоспособность и загружают на плавсредство, доставляют их в заданный морской район и в расчетных точках сбрасывают в воду, после приводнения переводят гидроакустические буи-маяки в рабочее положение. У стационарных буев отделяют якорь, разматывают буйреп и устанавливают его на грунте, оставляя поплавок буя, так же как и дрейфующий буй, на поверхности воды, включают радиостанцию, приемник спутниковой системы навигации, комплект спутниковой связи и аппаратуру звукоподводной связи. Получают от спутниковой системы навигации географические координаты каждого буя и по запросу надводных или подводных плавсредств передают их по радио или звукоподводной связи. Достигается осуществление оперативного и скрытного навигационного оборудования морского района с целью повышения безопасности плавания в нем, улучшения качества работы и маневрирования плавсредсв за счет обеспечения их точными навигационными параметрами. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Самоходный гидроакустический буй-маяк, имеющий источник тока, аппаратуру управления, антенну и приемник спутниковой системы навигации типа ГЛОНАСС, аппаратуру подводной связи, приема и излучения гидроакустических сигналов, приемный усилитель и дешифратор, электронную аппаратуру маяка, якорное устройство с якорем, якорным канатом и вьюшкой, отличающийся тем, что выполнен на базе автономного необитаемого подводного аппарата, имеет бортовую систему управления с модулем навигации и эхолотом, энергосиловую установку с источником энергии и двигателем, движитель, приводы рулевых машинок и наружное оперение с рулями, дополнительно он оснащается радиопередатчиком и антенной для подачи сигналов о своем местонахождении при всплытии на поверхность, а также запоминающим устройством для записи гидроакустических сигналов и шумов в районе постановки, вычислительным устройством и датчиками гидростатического и гидродинамического давления, служащими для расчета скорости дрейфа гидроакустического буя-маяка при его погружении для постановки на якорь, направления и величины горизонтального сноса буя-маяка относительно якоря вследствие течения, якорное устройство дополнительно оснащается управляемым от бортовой системы управления фиксатором вытравленного с вьюшки якорного каната, служащего для регулирования глубины буя-маяка и расстояния его от грунта, а также устройством отделения коренного конца якорного каната от крепления на вьюшке с целью освобождения буя-маяка от якоря и всплытия на поверхность воды.

2. Способ навигационного оборудования морского района, при котором рассчитывают количество гидроакустических буев-маяков, необходимых для навигационного оборудования заданного морского района, и определяют точки их установки, готовят на базе гидроакустические буи-маяки к установке, проверяют их работоспособность и загружают на плавсредство, доставляют их в заданный морской район и в расчетных точках сбрасывают в воду, после приводнения переводят гидроакустические буи-маяки в рабочее положение, при этом у стационарных буев отделяют якорь, разматывают буйреп и устанавливают его на грунте, оставляя поплавок буя, так же как и дрейфующий буй, на поверхности воды, включают радиостанцию, приемник спутниковой системы навигации, комплект спутниковой связи и аппаратуру звукоподводной связи, получают от спутниковой системы навигации географические координаты каждого буя и по запросу надводных или подводных плавсредств передают их по радио или звукоподводной связи, отличающийся тем, что используют самоходные гидроакустические буи-маяки, выполненные на базе автономных необитаемых подводных аппаратов, готовят их к пуску, вводят в бортовую систему управления маршрутное задание и выпускают с берегового, морского или воздушного носителя, осуществляют движение каждого самоходного гидроакустического буя-маяка по заданному маршруту на заданной глубине в заданную для него точку, в процессе своего развертывания в заданный район они используют звукоподводную связь, средства подводного наблюдения и действуют в группе согласованно, на участке перехода, а также в заданной точке всплывают на поверхность, получают от спутниковой системы навигации координаты, погружаются на заданное расстояние от дна и становятся на якорь, по показаниям датчиков гидростатического и гидродинамического давления, длины якорного каната и расстояния от грунта рассчитывают в вычислительном устройстве истинные географические координаты самоходного гидроакустического буя-маяка и переводят его в дежурный режим работы, записывают в запоминающее устройство получаемые гидроакустические сигналы и окружающие шумы, обеспечивают действующие в районе свои надводные или подводные плавсредства по их запросу навигационной информацией, по команде с пункта управления, транслируемой по звукоподводной связи прибывшим плавсредством или ретранслятором, сбрасываемым с летательного аппарата, освобождаются от якоря и всплывают на поверхность, включают радиопередатчик и подают установленный сигнал для обнаружения своими плавсредствами, подъема на борт и возвращения на базу.