«Разработчикам безэкипажных катеров нужно вместе формировать рынок, а не конкурировать»

Российский рынок безэкипажных катеров только формируется, и сегодня перед разработчиками стоят задачи, выходящие далеко за рамки создания новой техники. Нужны единые стандарты, понятные правила испытаний, нормативная база и экономические модели, которые сделают автономные суда востребованными заказчиками.

Поэтому разработчикам сейчас важно вместе строить рынок, считает директор по стратегии НПП «ЭЛВО» Сергей Тараканов. В интервью «Медиапалубе» он рассказал, где проходит граница между дистанционным управлением и настоящей автономностью, кому безэкипажные катера уже способны принести экономический эффект, а где их внедрение пока не имеет практического смысла, и какие задачи первыми перейдут на автономные платформы.

Виды БЭКов: Что можно называть автономным судном

П: Как в НПП «ЭЛВО» пришли к разработке безэкипажных катеров? Компания исторически занимается силовой электроникой, автоматикой…

— Для нас разработка безэкипажных катеров стала логичным продолжением уже накопленных компетенций. К этому моменту НПП «ЭЛВО» имело опыт в области пропульсивных установок, силовой электроники, автоматики, систем управления двигателями, накопления энергии, связи и навигации. Кроме того, мы занимались технологиями беспилотного управления наземным транспортом.

Большинство ключевых систем БЭК — энергетика, электропривод, автоматика, связь, навигация и управление движением — уже находились в нашей инженерной зоне ответственности. Оставалось адаптировать их к водной среде и объединить в единую роботизированную платформу.

Первой задачей стали гидрографические работы. Они хорошо подходят для беспилотных решений: катер должен точно проходить заданные маршруты, нести измерительное оборудование и длительное время работать без постоянного присутствия экипажа.

При этом мы сразу отказались от идеи создавать специализированное судно под одну задачу. Мы пошли по пути универсальной модульной платформы, на которую можно устанавливать различную полезную нагрузку. Это позволяет использовать один базовый катер для гидрографии, экологического мониторинга, патрулирования и других задач.

Поэтому переход к БЭКам стал для нас естественным развитием — от разработки отдельных систем к созданию полноценного робототехнического комплекса.

• 
  В Петербурге представили проект безэкипажного катера на подводных крыльях

  Катер оснащен подвесным двигателем.

  Читать новость

П: Что вообще сегодня можно называть автономным судном? Где проходит граница между дистанционно управляемым транспортом и действительно автономной системой? 

— Если оператор с берега постоянно задает курс, скорость и маневры — это дистанционное управление. Автономная система сама воспринимает обстановку, строит маршрут, обходит препятствия и безопасно действует при потере связи или других отказах.

Один и тот же БЭК может работать в разных режимах в зависимости от этапа миссии и условий эксплуатации.

П: В каких сферах достаточно удаленного управления, а для каких задач необходим полностью автономный режим?

— Удаленного управления достаточно для локальных работ при устойчивой связи — например, около причала, при инспекции объектов или выполнении сложных маневров.

Автономность востребована там, где задачи выполняются регулярно и по заранее заданным маршрутам: при гидрографии, экологическом мониторинге, патрулировании и обследовании больших акваторий.

Наиболее практичным мы считаем комбинированный подход. В штатном режиме судно работает самостоятельно, а оператор контролирует выполнение миссии и подключается только при необходимости. Именно способность выполнять задачу без постоянных команд человека и отличает автономную систему от дистанционно управляемой.

Реалистичные сферы применения БЭКов в ближайшие годы

П: Какие задачи, на ваш взгляд, первыми перейдут на безэкипажные платформы?

— Это будут регулярные, повторяющиеся и хорошо формализуемые работы. Прежде всего, гидрография — промеры глубин, съемка рельефа дна и обследование акваторий по заранее заданным маршрутам.

Еще одно перспективное направление — обследование гидротехнических сооружений: причалов, дамб, мостовых опор, шлюзов и других объектов. БЭК может регулярно проходить вдоль сооружения с гидролокатором, лидаром, видеокамерами и другими средствами контроля, обеспечивая сопоставимость результатов и снижая необходимость направлять людей в потенциально опасные зоны.

Далее будут развиваться портовое обслуживание и безопасность: контроль подходов и рейдов, патрулирование, наблюдение за навигационной обстановкой, поиск посторонних объектов. Перспективна и логистика, однако она потребует более сложной береговой инфраструктуры, высокой надежности систем и глубокой интеграции в работу портов, поэтому внедряться, вероятно, будет постепенно.

П: Любая новая технология должна приносить заказчику понятную экономическую выгоду. Где она возникает в случае безэкипажных судов? За счет чего проект окупается для того или иного заказчика?

— Экономический эффект возникает прежде всего там, где работы выполняются регулярно. Если катер выходит на воду несколько раз в год, приобретение автономной системы может не окупиться. Но при постоянном мониторинге, гидрографии, патрулировании или обследовании промышленных акваторий экономика становится совершенно иной.

Главная статья экономии — персонал. Для работы обычного судна требуется экипаж и специалисты, обеспечивающие его эксплуатацию, тогда как один береговой оператор в перспективе сможет контролировать сразу несколько БЭК.

Если для обычного катера необходим экипаж из двух-трех человек, то несколько автономных БЭК может обслуживать один оператор. Даже с учетом расходов на обслуживание, связь и береговую инфраструктуру экономия может составлять миллионы рублей в год.

Дополнительные преимущества дают снижение человеческого фактора, освободившееся место или уменьшение размеров судна, экономия на системах жизнеобеспечения, отсутствие риска для человека при работах в опасных зонах.

Если для обычного катера необходим экипаж из трех человек, то два автономных БЭК может обслуживать один оператор. В пересчете на одно судно потребность в персонале снижается примерно с трех человек до половины ставки оператора. Даже с учетом расходов на обслуживание, связь и береговую инфраструктуру экономия может составлять миллионы рублей в год.

П: Ранее вы упоминали группировки БЭКов, их перспективность по сравнению с одиночными катерами. Насколько сейчас эта технология осуществима и для каких задач она наиболее эффективна?

— Технологически группировки БЭК уже вполне осуществимы, однако важно различать координированную работу нескольких катеров и полностью автономный «рой».

Сегодня уже можно распределять между аппаратами районы работы, синхронизировать маршруты, поддерживать строй и передавать оператору общую информацию. Более сложные сценарии, когда катера самостоятельно перераспределяют задачи и принимают коллективные решения в меняющейся обстановке, пока остаются предметом исследований.

Наибольшую эффективность группировки показывают при обследовании больших акваторий. Несколько БЭК могут одновременно выполнять гидрографическую съемку, экологический мониторинг, поиск объектов или патрулирование. При этом каждый катер может нести собственную полезную нагрузку: восемь катеров — эхолоты (для выполнения промеров на большой площади), два других — оборудование для мониторинга качества воды и привязной дрон с ретранслятором связи.

Еще одно преимущество — отказоустойчивость. Выход из строя одного аппарата не обязательно прерывает выполнение миссии: его задачи могут взять на себя остальные. В перспективе один оператор должен контролировать всю группу, а не управлять каждым судном отдельно.

Основные задачи, которые еще предстоит решить, — обеспечение устойчивой связи, точного взаимного позиционирования, предотвращение столкновений, автоматическое распределение задач и безопасная работа при отказах.

Что нужно, чтобы безэкипажное судоходство заработало

П: Вы упомянули такое понятие как «задел по эксплуатации». Что вы в него вкладываете? Какие сценарии, возможные аварии должны быть обязательно проверены ?

— Под «заделом по эксплуатации» мы понимаем не только разработанные алгоритмы и комплект оборудования, но и накопленное понимание того, как беспилотная система ведет себя в реальных условиях. Такой опыт мы много лет получали, участвуя в разработке беспилотных легковых и грузовых автомобилей, а также шаттлов для дорог общего пользования и закрытых территорий.

Главная ценность этого опыта — знание нештатных ситуаций. В лаборатории система обычно работает в предсказуемой среде, тогда как в реальной эксплуатации возникают плохая погода, загрязнение датчиков, нестабильная связь, ошибки навигации, неожиданные препятствия и действия других участников движения.

БЭК — это не только изделие, которое отправляют в один конец для разовой задачи, это в том числе и робот, рассчитанный на регулярные миссии. Он должен расходиться с препятствиями и другими участниками движения, не садиться на мель, выдерживать ветер, волнение и осадки, выполнять поставленную задачу и возвращаться в точку базирования. Причем делать это не один раз в ходе показательных испытаний, а регулярно и с высокой надежностью.

Поэтому обязательно должны проверяться потеря связи и спутниковой навигации, отказ отдельных датчиков, приводов и вычислительных модулей, недостаток энергии, выход за пределы разрешенного маршрута, внезапное появление препятствия, изменение глубины и невозможность продолжить движение. Система должна не просто зафиксировать отказ, а перейти в заранее определенное безопасное состояние — снизить скорость, остановиться, обойти опасный участок, вернуться в заданную точку или передать управление оператору.

Отдельный блок — сочетания отказов. Наиболее опасные ситуации часто возникают не из-за одной неисправности, а вследствие нескольких событий одновременно: например, ухудшилась видимость, пропала точная навигация, усилилось волнение и появился движущийся объект.

Часть сценариев можно отрабатывать в математических моделях и программных симуляторах, особенно если речь идет о редких и потенциально опасных ситуациях. Однако окончательная проверка обязательно должна проходить на воде. Моделирование позволяет перебрать тысячи вариантов развития событий, а натурные испытания показывают те особенности эксплуатации, которые невозможно полностью предусмотреть заранее.

Поэтому эксплуатационный задел — это накопленная статистика отказов, ошибок и нестандартных ситуаций, а также проверенные способы безопасной реакции на них. Именно способность надежно выполнять миссию и многократно возвращаться к работе отличает демонстрационный прототип от системы, которую можно передавать заказчику для регулярной эксплуатации.

П: Автономность невозможна без устойчивой связи. В России много удаленных районов, отсутствие покрытия, помехи, различные ограничения, «глушилки». Какой архитектуры связи требует безэкипажный флот? 

— Мы считаем, что полноценная автономность не должна зависеть от непрерывной связи. Если при исчезновении канала БЭК теряет управление и становится неработоспособным, перед нами дистанционно управляемый аппарат, а не полноценная автономная система.

Архитектура связи должна быть многоканальной. В прибрежной зоне можно использовать сотовые сети, прямой радиоканал и береговые ретрансляторы, а в удаленных районах — спутниковую или специализированную связь.

Для группировки БЭК возможна собственная сеть между аппаратами, в которой отдельные суда выполняют роль ретрансляторов. Морские системы связи в целом уже сочетают наземные, спутниковые и радиоканалы, поскольку одного универсального средства для всех районов эксплуатации не существует.

При этом каналы необходимо разделять по степени важности. Команды управления, аварийные сигналы и основная телеметрия требуют небольшого объема данных, но максимальной надежности. Видео, гидролокационная информация и другие объемные данные могут передаваться по широкополосному каналу либо сохраняться на борту до восстановления связи.

Сам БЭК при потере основного канала должен продолжать безопасное движение, перейти на резервную связь, завершить разрешенную часть миссии, остановиться в безопасном районе или вернуться в точку базирования. Конкретная реакция зависит от поставленной задачи и текущей обстановки, однако она должна быть предусмотрена заранее. Международные подходы к автономному судовождению также исходят из необходимости резервирования систем связи и заранее определенного безопасного поведения судна.

Пока останется несколько нерешенных вопросов. Это работа в условиях преднамеренных и непреднамеренных помех, автоматическое переключение между каналами, доступность частот, кибербезопасность, совместимость оборудования разных производителей и стоимость связи в удаленных районах.

Поэтому задача заключается не в создании одного абсолютно неуязвимого канала связи, а в построении отказоустойчивой архитектуры, которая использует несколько средств передачи данных, оценивает качество каждого канала и сохраняет безопасность выполнения миссии даже при временной потере связи.

Полноценная автономность не должна зависеть от непрерывной связи. Если при исчезновении канала БЭК теряет управление и становится неработоспособным, перед нами дистанционно управляемый аппарат, а не полноценная автономная система.

П: Насколько сегодня реально в России серийно строить БЭКи? Могут ли они быть полностью на российских технологиях?

— Серийное строительство БЭК в России уже возможно. Основные ограничения сегодня связаны не столько с технологиями, сколько с объемом заказов, унификацией платформ и готовностью производственной кооперации. Поэтому наиболее реалистичный путь — постепенный переход от опытных образцов и небольших серий к массовому производству по мере формирования рынка.

В НПП «ЭЛВО» самостоятельно разрабатываются корпус, пропульсивная установка, силовая электроника, автоматика, системы управления, программное обеспечение, связь и навигация. Иными словами, архитектура БЭК, ключевые алгоритмы и большая часть основных систем могут быть российскими.

Самым сложным остается вопрос электронной компонентной базы. Даже отечественные приборы часто используют импортные микросхемы, датчики и радиоэлектронные компоненты. Поэтому сегодня правильнее говорить не о стопроцентной локализации, а о технологической независимости — наличии собственной конструкторской документации, программного обеспечения, ключевых систем и возможности самостоятельно выпускать, обслуживать и модернизировать БЭК.

П: Сегодня разработчики создают не только технику, но и фактически помогают формировать нормативную базу. Какие вопросы наиболее сложные по части регулятора?

— Базовая нормативная основа автономного судовождения в России уже сформирована: действует федеральный закон и приняты необходимые подзаконные акты. Сейчас главная задача — превратить общие нормы в понятные процедуры для разных типов судов и сценариев эксплуатации.

Один из ключевых вопросов — дифференциация требований. Малый БЭК для гидрографии или мониторинга не должен проходить те же процедуры, что и крупное коммерческое судно. Требования должны учитывать размеры аппарата, район эксплуатации, скорость, полезную нагрузку и последствия возможного отказа.

Второй важный вопрос — распределение ответственности между судовладельцем, оператором, производителем оборудования и разработчиком программного обеспечения. Закон предусматривает их солидарную ответственность за причиненный вред, поэтому отрасли необходимы понятные механизмы фиксации событий и расследования происшествий.

Кроме того, предстоит определить требования к береговым центрам управления, подготовке внешних экипажей и действиям при потере связи, отказе навигации или угрозе столкновения.

Отдельное направление — кибербезопасность. Автономное судно тесно связано с цифровой инфраструктурой, поэтому вмешательство в его работу может привести не только к утечке данных, но и к реальной аварии.

На наш взгляд, нормативная система должна оставаться риск-ориентированной: обеспечивать безопасность, не создавая при этом избыточных требований, которые сделают применение малых БЭК экономически нецелесообразным.

П: Ранее вы говорили, что разработчикам важно не столько конкурировать между собой, сколько вместе формировать рынок. Как именно вы видите это объединение, в чем оно должно проявляться? Условно, если бы сейчас собрали конференцию со всеми участниками рынка, какими были бы ваши предложения?

— Пока рынок безэкипажных судов в России только формируется, разработчикам важно совместно создавать его технологическую и нормативную основу. Конкурировать нужно качеством, надежностью, стоимостью и сервисом, а не несовместимостью решений.

Если говорить о практических шагах, я бы выделил пять направлений.

Первое — договориться о единых интерфейсах и протоколах для полезной нагрузки, связи, навигации, энергетических модулей и береговой инфраструктуры.

Второе — сформировать базу проверенных комплектующих с несколькими поставщиками по критически важным позициям.

Третье — создать совместные полигоны и единые методики испытаний, чтобы решения разных компаний можно было объективно сравнивать.

Четвертое — проводить совместные пилотные проекты с портами, гидрографическими организациями, промышленными предприятиями и государственными заказчиками.

Пятое — создать отраслевой консорциум или ассоциацию для взаимодействия с регуляторами и подготовки стандартов.

Не менее важно накапливать и обмениваться статистикой проблем. Речь не о раскрытии коммерческих секретов, а об обезличенной базе типовых неисправностей, отказов и опасных сценариев. Это позволит не повторять одни и те же ошибки и даст заказчикам больше уверенности в зрелости технологии.

В результате должна сформироваться экосистема, где компании остаются конкурентами, но используют совместимые решения, испытывают их по единым правилам и вместе формируют доверие к безэкипажным технологиям.