Он что, заменит человека? Книга, изданная в серии «В помощь радиолюбителю» и посвященная разработкам и программированию на основе популярных микроконтроллеров PIC16F84 и PIC16F627 в оригинале называется «Programming robot controllers», и всё вместе это может вызвать различные интерпретации её содержания, поэтому мы сочли полезным на ряде примеров помочь читателю точнее сориентироваться в материале и по достоинству оценить потенциал названной книги.
Два, на первый взгляд, противоречивых момента в названиях книги – оригинальном и переводном: под ним, не зная содержания книги, можно понимать всё, что угодно, вплоть до нейронных сетей. «Controller» – это слово в русском языке уже давно означает не столько абстрактное устройство управления, сколько тот или иной конкретный управляющий блок «в железе». Тем не менее, тот, кто ознакомится с содержанием книги увидит, что это противоречие – кажущееся, если знать всю многогранность понятия «робототехника».
Микроконтроллер, рассматриваемый в книге, по сравнению с «мозгами» выставочных андроидов, которые привлекают толпы зевак, кажется примитивным устройством и это недалеко от истины. Но если сравнивать с вычислительной системой марсохода, однокристальный микроконтроллер воспринимается уже как нечто более серьёзное. В частности, микропроцессор, на котором основана система управления марсохода Sojorner содержит примерно в 1000 раз меньше транзисторов, чем домашний персональный компьютер, Также примерно в 1000 раз меньшей, чем у домашних ПК является производительность процессоров, управляющих марсоходами Spirit и Opportunity.
Оценивая устройство управления роботом по критерию «А как оно может расширить возможности человека – царя природы?», надо помнить, что человек царь природы только у себя дома. А в тайге без средств навигации может и погибнуть. Но тайга еще дело поправимое, а вот океан… Человек там не может ничего – ни слышать, ни видеть, ни нюхать, ни ощущать, ни, тем более, нападать и обороняться. Еще в 1958 году, на Первых Всесоюзных соревнованиях по подводному спорту выяснилось, что лишь около 5% участников соревнований справились с заданием по ориентированию под водой, имея при себе компас. Ориентирование подводников облегчают сонары – то есть, своего рода «протезы» к человеку. Океан – это биологическая пустыня (хотя там есть подводные горы высотой до 8000 м), а в пустынях выживают простейшие – но и с простейшими всё непросто.
Известно высказывание американского астронавта С. Карпентера, пробывшего месяц на 60-метровой глубине в подводной лаборатории: «подводный мир более враждебен человеку, чем космос». Высокоразвитые органы чувств человека под водой и в других экстремальных средах мало что значат. Под водой работают совсем другие датчики – как раз такие которые «ощущает» микроконтроллер. Он скорее аналог нервной системы рыбы – хозяйки океана и инопланетянки по отношению к людям. Соответственно, в нашем, земном океане аналогом марсохода являются шагающие подводные роботы. На примере такого робота покажем актуальность книги, а заодно расскажем об оригинальной российской конструкции.
На IX Международной выставке молодёжных научно-технических проектов «Экспо-Наука 2001» студентами кафедры электротехники и электромеханики Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) им. Г. В. Плеханова был представлен макет шагающей машины для освоения природных ресурсов морских шельфов. Шагающая машина для освоения ресурсов морского дна представляет собой роботизированный электрогидромеханический комплекс, программно управляемый с объекта-носителя, или автономно выполняющий технологические операции по заранее составленной и введённой программе.
В СПГГИ(ту) был изготовлен действующий образец шагающей машины с дистанционным управлением приводами противовеса, манипулятором и углом поворота несущей рамы. На рисунке – функциональная схема системы управления приводами макета шагающей машины. Команды управления передаются с помощью инфракрасных лучей, дешифруются и запоминаются в блоке запоминания команд. Логический блок в зависимости от поступившей команды и сигналов с датчиков вырабатывает сигналы управления приводами. Блок управления приводами выдаёт питающее напряжение на приводные двигатели. По срабатыванию концевых датчиков Д1, Д2, ограничивающих движение каретки, производится поворот шагающей машины. Величина угла поворота левого и правого концов шагающей машины хранится в виде уровня напряжения в блоке запоминания команд. Датчики угла поворота отсутствуют, поэтому поворот осуществляется строго по времени при стабильной частоте вращения приводов. Время отрабатывается стабильным одновибратором пропорционально заданному уровню напряжения. С пульта управления можно задать: пуск и останов рабочей головки (она же противовес для шагания и в ней смонтированы приводы основных движений), пуск манипулятора и задание угла поворота несущей раме.
Система управления собрана на интегральных микросхемах 176-й серии. Очевидно, что будь там микроконтроллер, о котором идёт речь в книге, возможности машины возросли бы. Перечислим просто названия некоторых разделов книги, где описываются аналогичные узлы на основе микроконтроллера, а также узлы, которые можно было бы без особого труда добавить как в макет, так и в настоящий шагоход.
- Механические датчики.
- Инфракрасный детектор столкновений.
- Инфракрасный обнаружитель объектов.
- Дистанционное управление роботом.
- Приёмник сигналов дистанционного управления.
- Совмещение работы детектора объектов и приёмника команд дистанционного управления.
- Ультразвуковой дальномер.
- Подключение ультразвукового дальномера к микроконтроллеру.
- Управление двигателем.
Казалось бы, несложные вещи – но, следуя этой логике, и программирование вообще вещь несложная, базирующаяся лишь на сочетании нулей и единиц. Поди, получи, во-первых, это сочетание, а, во-вторых, заставь его работать – то есть, управлять. Да и микроконтроллер, хотя и представляется простейшим устройством, цена вопроса не так проста, учитывая, в данном случае, внимание к разведке морских глубин. Как сказано в вышеупомянутом реферате, «поисково-разведочные работы в акваториях морей проводят более чем в 100 странах мира». Покажем, для сравнения, чем-то схожую конструкцию - робот Ariel фирмы iRobot, предназначенный для обнаружения мин и разведки дна на небольших глубинах. Информация взята из Интернета и мы, для достоверности, воспроизводим слайд с характеристиками, очень знаковой из которых является ценовая.
А рядом – половинка того же слайда: робот-рыба, одно из ведущих направлений подводного роботостроения. В прессе сообщали, что на проект по созданию еще одного робота, внешне похожего на золотого карпа длиной 1 м, способного выплывать из тупиков, отпущен 1 млн. долл. Сравним: $1 млн – и боковой нерв рыбы. У многих рыб развиты органы боковой линии, расположенные в коже. Боковой линией называют органы чувств, расположенные на боках тела и голове у круглоротых, рыб, личинок и некоторых взрослых земноводных. Эти органы воспринимают направление и скорость движения воды, служат для ориентации. Для человека «направление и скорость движения воды» – сложнейшая навигационная задача из области высшей математики. Он даже на большой глубине подвержен колебаниям воды – его всё время неизвестно куда сносит, Человек не в состоянии учесть все постоянные течения, ветровые течения, бароградиентные течения. Рыба, со своими «простейшими» датчиками с этим как-то справляется. Так что нет ничего стыдного в том, чтобы учиться программировать «простейшие» микроконтролллеры с целью использовать все их возможности. Так, М. Предко пишет, что многие разработчики автоматических устройств с опаской используют в своих программах операции прерывания, которые значительно расширяют возможности описываемых в книге микроконтроллеров – в частности, избавляют разработчика от программирования многочисленных циклов опроса датчиков, уменьшают вероятность того, что входные данные окажутся потерянными и помогают обеспечить точную синхронизацию событий, происходящих в системе.
На рисунке иллюстрации из журнала «Моделист-конструктор» середины прошлого века – функциональная схема системы управления модели подводного атомохода (автор статьи – В. Целовальников, мастер спорта международного класса), демонстрирующая, как удобно было бы микроконтроллерное управление.
Здесь Е1 – реле времени всплытия, Е2 – реле времени погружения, Е3 – реле времени ходового двигателя. К1 – реле управления соленоидом погружения, К2 – силовое реле двигателя. Y1 – соленоид погружения, Y2 – соленоид всплытия, S1 – контакт гироскопа или гидростата. По правилам соревнований модель должна была ходить с масштабной скоростью. Несколько метров она проходит по поверхности, а затем погружается. После прохождения дистанции лодка вплывает и пересекает линию финиша в надводном положении. Для выполнения этой программы на ней устанавливают гидростат или гироскоп, которые с помощью реле времени перекладывают горизонтальные рули на погружение или всплытие. Исполнительным механизмом на рулях служит соленоид.
На следующем рисунке фрагмент чертежа модели, о которой идёт речь. Здесь под цифрой 1 – свинцовый балласт весом 1 кг. А вот на «Ныряющем блюдце», в котором плавал Жак-Ив Кусто был ртутный балласт, который перекачивали с кормы на нос или наоборот, что позволяло наклонить аппарат под любым углом. Будь модель на микроконтроллере, можно было бы найти множество таких же интересных приёмов для решения задачи гидростатики (в частности, для современных подводных роботов очень важно периодически всплывать для зарядки солнечных батарей). Под цифрой 2 – реле времени, 19 - гироскоп или гидростат. У рыбы гидростатический орган - плавательный пузырь. Если сравнивать рыбу с глубоководным батискафом, на нём, чтобы обеспечить плавучесть и одновременно не быть раздавленным, наполняли поплавок малосжимаемой жидкостью с удельным весом меньшим, чем у воды – например, бензином (для сравнения: тело медузы на 98% состоит из воды – нет газа и сжиматься нечему, поэтому давление не страшно), а позднее стали использовать твёрдые и лёгкие связующие синтетические смолы.
Или вот еще как было без управляющей электроники. На рисунке – предложенная юным моделистом из Дома пионеров Октябрьского района Москвы Вячеславом Щетининым модель подводной лодки Щ-02 с двумя резиномоторами и автоматом всплытия, приводящим в действие носовые горизонтальные рули (здесь 10 – гребной винт правого вращения, 11 – гребной винт левого вращения). Принцип работы в том, что когда лодка пройдёт некоторое расстояние и раскрутившиеся моторы ослабят своё натяжение настолько, что пружина 2, соединённая с регулировочным винтом 3, оттянет нижнее плечо рычага к носу лодки, то рули переложатся в положение «всплытие». Подобных остроумных механизмов, в отсутствие современной электроники, было придумано много: один из них – сигнальный буй для моделей подводных лодок, всплывающий после того, как растает удерживающий его кусочек сахара.
Недостатком книги М. Предко могут счесть тот факт, что в ней не рассматривается работа с датчиками, имитирующими человеческие органы чувств – например, видеокамерами. Однако, при конструировании роботов как раз самое большое искусство в том, чтобы «выжать» максимум возможного как раз из сравнительно простых датчиков, умело задействовав вычислительную мощь бортового компьютера. Приведём в этой связи некоторые моменты доклада, сделанного на XII конференции «Современное телевидение» на основе исследований специалистов ВМА им. Н. Г. Кузнецова, 15 ЦНИЛ ВМФ, ФГУП НИИТ. Речь, в частности, шла о выводах по использованию поисковых радиоэлектронных средств при проведении поисково-спасательных операций по подъёму вертолёта Ка-27ПС, потерпевшего с четырьмя членами экипажа на борту 26.03.03 г. катастрофу в Уссурийском заливе. При решении задачи поиска и подъёма на поверхность наиболее важных фрагментов вертолёта, а также тел членов экипажа, задействованный в операции малогабаритный телеуправляемый подводный аппарат «Тайгер» вынужден был работать в непосредственной близости от дна, что вызывало поднятие илистых осадков и резко затрудняло визуальное обследование объектов. Это заставило сделать вывод, что в данном случае была бы незаменима черно-белая камера с повышенной светочувствительностью, позволяющая различать и визуально классифицировать объекты в воде с практически нулевой видимость. То есть, не цветная видеокамера, более приближенная к восприятию человеческого зрения. И работать над различимостью объектов, считают специалисты названных организаций, должны уже в большей степени автоматические алгоритмы классификации целей по информации от импульсных лазерных систем подводного видения. Эти лазерные системы, по сравнению с привычными человеческому глазу прожекторами, позволяют увеличить дальность подсветки почти втрое – за счет небольших, по сравнению с прожекторами затуханий в воде вследствие монохроматичности (длина волны – 532 нм) и использования зелёно-голубой части спектра.
Приоритет математики, в данном случае, в том, что основную часть информации, заложенной в изображении, содержат контура, выделение которых в изображении позволяет решить задачу распознавания объектов. Возможно использование для выделения контуров масочных методов, под которыми подразумеваются такие алгоритмы обнаружения контура, когда на участке изображения накладывается маска с некоторыми весовыми коэффициентами и по отклику на маску судят о наличии или отсутствии контура. То есть, задача сводится к ответу «да-нет». Представим, очень упрощенно конечно, некий контур, в соответствии с которым сконфигурирована группа световых датчиков. И тогда задача приблизится к той, о которой идёт речь в соответствующей главе книги. Хотя, как пишет автор, «пока речь не идёт о распознавании изображений, мы без труда можем добавить к описанным выше конструкциям несколько световых датчиков и так изменить управляющую программу, чтобы робот двигался в сторону источника света, подобно тому как это делают насекомые». И далее подробно описываются тонкости работы микроконтроллера в схеме со световыми датчиками. Даже упоминается тот же фактор инерционности сканирующих систем и необходимость в силу этого снизить скорость движения робота.
Если микроконтроллерное управление поможет убрать громоздкие детали в модели подлодки, туда можно установить гарпунное ружьё для охоты на рыбу. Показанный эхолот Fishfinder 100/100 Blue (фирма Garmin) весом 368 г. способен показать на своём экране одну или несколько рыб, даже если они находятся в придонных складках. Максимальная глубина эхолокации этого прибора – до 366 м, причем функция управления усилением по глубине автоматически регулирует чувствительность устройства в соответствии с глубиной, что даёт более четкую картину структуры дна.
В определённом смысле книгу «Устройства управления роботами: схемотехника и программирование» можно рассматривать как пособие для начинающих программистов. Но тогда тем более она должна помочь в освоении более сложных материй – например, среды графического программирования National Instruments LabVIEW, в которой можно создавать гибкие и масштабируемые приложения для измерений, управления и испытаний. Посмотрим, как все рассмотренные выше конструкции можно усовершенствовать с помощью LabVIEW. На рисунке – иллюстрация, сделанная специалистами фирмы National Instruments (NI) к теме «Машинное зрение и управление приводами» и показывающая элементы того, как программное обеспечение NI синхронизирует видеоподсистему с управлением приводами. Предположим, наша видеосистема – это глаза подводного робота-рыбы. Это предположить тем более легче потому, что у рыб «наводка на резкость» достигается не изменением выпуклости хрусталика, как у человека, а его перемещением – как в оптических системах фотовидеотехники. Пусть наша автоматическая рыба – хищник и охотится на другую рыбу при помощи встроенного гарпунного ружья. Тогда её «машинное зрение» должно распознать контуры и перемещение будущей добычи – то есть, примерно та же задача контроля двух- или трёхмерных перемещений в рабочей зоне, о которой идёт речь в материале NI.
Оборудование видеоуправления приводами, разработанное фирмой NI, содержит следующие основные компоненты:
- контроллер управления движением (например, серии NI 7344);
- драйвер двигателя (например, MID-76xx);
- двигатель;
- механические компоненты;
- плата ввода видеосигнала (например, PCI 1406);
- видеокамера;
- оптическая система;
- источник света.
Источнику света снова уделяется особое внимание. В устройствах, основанных на машинном зрении и содержащих приводы, видеоподсистема часто выступает в роли обратной связи. Если под сигналом понимать изображение, то камеру можно воспринимать как датчик, а линзы и блок освещения – как устройства согласования сигналов. При этом правильно подобранное освещение во многом избавляет от сложной обработки изображения с целью компенсации его изъянов. Тем более, у вычислительного устройства задач и так хватит: одной из них является то, что видеосистема оперирует пикселями, а привод воспринимает команды в шагах или временных интервалах – отсюда необходимость обеспечить правильное преобразование из одной шкалы в другую. Но это отдельная тема, а основную завершим цитатой из материала NI, перекликающейся с книгой: «Силовые приводы National Instruments соединяют контроллеры с подобранными согласно требованиям задачи двигателями, кодерами, концевиками и сигналами ввода/вывода». То есть, учиться надо на хороших книгах.
P.S. Из введения к книге «В данной книге я познакомлю вас с тем, как программируются контроллеры для управления подвижными механизмами -–роботами. При этом будет рассмотрена совместная работа всех подсистем: входных датчиков, выходных устройств, блоков управления и периферийного оборудования, связующим звеном (как говорят, интерфейсом) между которыми служит микроконтроллер. Познакомившись с функциями, выполняемыми всеми этими подсистемами, мы выясним необходимые подробности техники программирования микроконтроллеров, позволяющие связать все эти функции воедино и создать программу высокого уровня для управления роботом… Помимо введения в искусство программирования контроллеров для управления роботами будут представлены и проиллюстрированы на нескольких примерах методы разработки устройств ввода-вывода. Это поможет нам разобраться в том, как можно обеспечить сопряжение различных устройств друг с другом». А. Барсуков, журнал "Радиолюбитель", № 1-2, 2005 г. (через эту ссылку можно бесплатно скачать справочник)

СНАРЯД ДЛЯ ВОДОЛАЗОВ. Современное снаряжение водолаза имеет то существенное неудобство, что ставит жизнь водолаза в полную зависимость от воздушного насоса, остающегося на берегу. Водолаз дышит воздухом, который проводится к нему по каучуковой трубке; если эта трубка почему-либо разорвется, если ее перекусит или спутает рыба, если она ущемится и т. п. хотя бы всего на 1-2 минуты — водолаз погиб.
Изобретенное недавно новое снаряжение для водолаза совершенно свободно от этого недостатка. Водолаз носит за собой в ранце аппарат, который автоматически очищает и освежает воздух в шлеме скафандра: выдыхаемая углекислота поглощается едким натром, а убыль кислорода пополняется из бутылки со сгущенным кислородом. Таким образом, водолаз все время дышит одним и тем же незначительным запасом воздуха, химически очищаемым от вредных продуктов выдыхания.
Идея Жюля Верна, высказанная им в романе «Вокруг Луны», как видим, перешла из области фантазии в реальную жизнь...
Снабженный описанным снарядом водолаз спускается и поднимается при помощи обыкновенной веревки. На всякий случай водолаз имеет в своем распоряжении и другое средство, чтобы подняться на поверхность: достаточно ему отвинтить кран от сосуда со сгущенным кислородом, чтобы непроницаемая одежда его раздулась под напором расширяющегося газа и, подобно пузырю, всплыла вместе с ним на поверхность воды. Из сборника "Эврика", 1967 год (рубрика "Полвека назад")

АМФИБИИ ДЛЯ РАЗГРУЗКИ СУДОВ. Автомобиль LARC-5 имеет корпус, сваренный из алюминиевых листов. Моторно-трансмиссионное отделение расположено в кормовой части. Силовая установка — восьмицилиндровый карбюраторный двигатель мощностью 220 кВт (300 л. с.). Автомобили последнего выпуска оснащены дизельным двигателем такой же мощности. Двигательный отсек сверху закрыт двумя водонепроницаемыми крышками. Борта грузовой платформы съемные.
Трансмиссия включает в себя гидротрансформатор, раздаточную коробку, дифференциал, реверс-редуктор, четыре бортовые передачи. Все колеса управляемые с шарнирами равных угловых скоростей. Привод передних колес можно отключать. Две передачи служат для движения на суше и одна — по воде. Давление воздуха в шинах регулируется от 0,06 до 0,35 МПа (0,6-3,6 кгс/см. кв.). Движение на плаву осуществляется с помощью 3-лопастного гребного винта.
Привод винта гидравлический. Для откачки воды из корпуса имеются два насоса с гидравлическим приводом производительностью 113 л/мин. Кроме того, предусмотрены два аварийных ручных водооткачивающих насоса. В кабине кроме обычных приборов установлены магнитный компас, отопитель, радиостанция, шторки для защиты экипажа от светового излучения. Два сиденья для членов экипажа регулируемые.
Автомобиль LARC-15 перевозит три стандартных контейнера или 75 стандартных бочек с горючим, либо 155-мм гаубицу M114 с автомобилем грузоподъемностью 2,5 т, либо четыре легких автомобиля. Для погрузки техники в носовой части оборудована аппарель шириной 2,7 м с гидравлическим приводом.
Корпус автомобиля алюминиевый, сварной. Съемная кабина расположена в задней части над двигателем. На суше автомобиль движется кормой вперед.
Моторно-трансмиссионное отделение выполнено в кормовой части под полом. На машине установлены два дизельных 8-цилиндровых двигателя мощностью 220 кВт (300 л. с.) каждый. Трансмиссия имеет две передачи для движения на суше и одну — по воде. Ведущими могут быть все четыре или два колеса. Давление в шинах регулируется в пределах 0,04-0,18 МПа (0,4-1,8 кгс/см. кв.). Рулевое управление оснащено гидроусилителем.
На воде автомобиль движется с помощью 4-лопастного гребного винта. Привод винта механический. На плаву машина управляется с помощью колес. Два водооткачивающих насоса имеют производительность 378 л/мин каждый.
На вооружении армии США состоит также тяжелый автомобиль LARC-60, который может транспортировать грузы массой до 100 т.
Корпус машины стальной, снабжен откидывающейся аппарелью. Отделение управления расположено на корме. На суше машина движется кормой вперед.
На автомобиле четыре дизельных 6-цилиндровых двигателя мощностью 135 кВт (165 л. с.) каждый, расположенные вдоль бортов, по одному двигателю на колесо. Колеса с централизованной системой регулирования давления в шинах. На плаву автомобиль движется с помощью гребных винтов, приводимых от двух двигателей, расположенных в кормовой части.
В зарубежной печати сообщалось, что в ФРГ разрабатывается плавающий автомобиль AT400 грузоподъемностью 20 т. На нем планируется установить 12-цилиндровый дизельный двигатель с турбонаддувом мощностью 300 кВт (410 л. с.). Гидрообъемная трансмиссия состоит из двух аксиально-поршневых регулируемых гидронасосов, четырех колесных гидромоторов и аксиально-поршневого нерегулируемого гидромотора для привода гребного винта. Силовая установка и узлы трансмиссии расположены в передней части автомобиля, а грузовая платформа — в задней.
Все колеса ведущие, связаны с гидромоторами через планетарную передачу. Управляемыми могут быть передние, задние или одновременно все колеса. В ступицу каждого колеса встроен барабанный тормоз, который используется также в качестве стояночного. Шины широкопрофильные низкого давления. Рулевое управление с гидроусилителем.
Движение машины и ее маневрирование на плаву обеспечиваются гребным винтом, который может поворачиваться (в плане) на 360°.
Намечается установить лебедку с тяговым усилием 150 кН. Разгрузка машин будет производиться краном грузоподъемностью 2,5 т с гидравлическим приводом. По статье А. Титова в советском журнале "Техника и вооружение"

...Мы с вами на борту корабля, плывущего по океану. Эхолот сообщает, что глубины растут, поисковые взрывы, как волшебной лампой, просвечивают толщу дна. Но вот приборы нашли подводную кладовую: более 5 километров воды и какая-то сотня метров донных пород отделяет нефть от поверхности океана. Пока судно намечает границы нефтеносного района, побеседуем с капитаном. Он будничным тоном сообщает, что в ближайшие дни отсюда будет отправлено три миллиона тонн нефти!
На корме идут какие-то необычные приготовления. К спуску за борт готовят странный предмет, напоминающий гигантское металлическое яйцо. Автоматическая атомная подводная лодка — а это именно она — ныряет в океан. За нею быстро разматывается и уходит под воду широкая, во весь корабль, пластмассовая лента. Словно шлейф, по краям которого через каждые сто метров укреплены какие-то раковины.
— Это водяные реактивные двигатели, работающие от энергии атомной подлодки,— объясняет капитан и приглашает в телевизионную рубку.
На экране расцветает подводный мир. Кажется, он где-то рядом, за стеклом иллюминатора. Подводная лодка идет под углом ко дну, засасывая воду через боковые отверстия, и почти прозрачный шлейф набухает, превращаясь в цилиндр. Два ряда прожекторов по бокам снаряда делают его похожим на чудовище океанских глубин. Но вряд ли обитателям моря встречалось животное таких размеров: ведь его длина больше километра. Вероятно, поэтому они держатся в отдалении, образуя почетный кортеж. Только меч-рыба пытается атаковать подводный снаряд, но останавливается, пораженная током. Это сработала защита, ограждающая пленку от повреждений; впрочем, шлейф состоит из нескольких сотен отсеков, и местный прокол не опасен.
Головная часть приближается ко дну. Луч прожектора с трудом пробивается сквозь темную, как смола, воду. Кажется, что ко дну принюхивается гигантский червяк. Вот он остановился и начал погружаться в ил. «Бурит скважину»,— объясняют нам.
Оператор усиливает освещение дна, и мы видим, как первый отсек из серого становится темным. Чернота медленно поднимается, будто спирт в термометре: все новые отсеки заполняются нефтью. Наутро почернело больше десяти отсеков...
И вот мы снова у телевизора. Призрачные тени океанского дна сменились на экране буйством красок, характерных для небольших глубин. Членистый резервуар плыл под водой параллельно поверхности океана. Он был легче воды, и струи, вырываясь из двигателей под углом, не давали ему всплыть.
Вспоминаем о попытках перевозить нефть в «сосисках» по Каспийскому морю. Катера буксируют резервуар по поверхности, но штормы так треплют сосуд с черным золотом, что судам приходится по многу дней качаться вместе с ним на волнах. Поэтому резервуары приходится делать не очень большими. Те же законы, которые затрудняют создание кораблей водоизмещением больше ста тысяч тонн, ограничивают и емкость танкеров. Кроме того, у всех средств для перевозки нефти есть общий недостаток — они боятся пожара. А подводный танкер! Его диаметр ограничен лишь глубинами проливов, которые он минует по дороге на материк, а длина может быть любой. Сам снаряд — будто часть океана, ему не страшны ни огонь, ни штормы. Так и доплывет он отсюда до материка, сам узнавая дорогу по радиосигналам. Мы ему больше не нужны...
Тем временем первый резервуар подходил к родным берегам. Экран телевизора принес в каюту силуэты домов портового города. Но вот у наших глаз заплескалась вода и объектив стал погружаться, встречав подводный танкер. А тот и не собирался всплывать. По команде с берега резервуар закреплялся к морскому дну. Головная часть его легла на прибрежные скалы. Рабочие присоединили к ней трубу нефтепровода и открыли вентиль. Манометр показал давление в несколько десятков атмосфер. Энергия моря, а точнее разность удельных весов воды и нефти, подняла «черное золото» из глубины и погнала его в хранилища городов и сел. Но для людей будущего это было обычным делом, и на корабле погасили телевизионный экран.
...Наше путешествие было воображаемым. Но ничего принципиально невозможного в том, что мы «видели», нет. Наступит время, и гигантские подводные танкеры понесут людям нефть, добытую из- под дна океана в самых глубоких, сегодня еще недоступных, местах. По материалу А. ХАРЬКОВСКОГО, журнал "Знание-сила", 1964 г.

...Промышленной добычей энергии будет заниматься 50-метровое судно. По бортам у него будут уст шовлены большие буи, плавающие на поверхности моря. Плюс в том, что буи могут быть подняты из воды для более быстрого маневрирования судна. Итак, раскачиваясь, они станут
приводить в движение шарнирные кронштейны — те будут двигаться вверх-вниз. Кинетическая энергия колебаний будет перерабатываться в электричество, накапливаемое в аккумуляторах судна.
Подсчитано, что система получит электричество стоимостью 15 центов за 1 кВт ч, что в разы дешевле энергии, вырабатываемой существующими установками (30-65 цензов за 1кВт ч). ИРИНА НИКОЛАЕВА, "РБК daily" от 21 июля 2011 года

Новые сверхмалые диверсионные подводные лодки будут представлять собой глубоководные высокоавтоматизированные аппараты с экипажем из двух-трех человек. В связи с резко возросшим энергопотреблением изменились требования к силовой установке. Оставаясь малой по своим размерам, она должна обладать в несколько раз большей мощностью и меньшей шумностью. Большие надежды в этой связи конструкторы возлагают на двигатели единого хода, работающие на смеси этанола с жидким кислородом. Изменения коснутся и выбора типа движительной установки, где предпочтение все больше отдается водомету.
Одним из перспективных источников энергии считается также малогабаритный ядерный реактор, работы над которым ведутся в большинстве промышленно развитых стран. Например, специалисты канадской фирмы «ЭКС» разрабатывают реактор на медленных нейтронах. Его ориентировочная мощность 100-400 кВт, время работы без перезарядки около 1000 суток. Микропроцессорное управление обеспечивает обслуживание установки с минимальным участием человека. Фирма планирует поставлять реактор в виде модуля, полностью готового к врезке в корпуса малых и сверхмалых подлодок.
Главным компонентом радиоэлектронного вооружения новых сверхмалых лодок станут ЭВМ анализа и оценки обстановки, управления оружием и контроля за состоянием приборов и систем. Будут широко применяться все современные компьютерные и информационные технологии. Сведение РЭВ в модульные блоки позволит расширить область применения лодок, уменьшить стоимость и продолжительность строительства. В системах управления и контроля предполагается активно использовать волоконно-оптические линии связи.
Необходимость увеличения глубины погружения привела к широкому применению высокопрочных материалов и поиску принципиально иных конструкций прочного корпуса. Помимо традиционного корпуса, исследуются возможности широкого применения тороидальных корпусов и корпусов из отсеков-сфер. Большая часть легких корпусов будет выполняться из композитных материалов, что позволит значительно уменьшить вес и локационную заметность.
В качестве примера сверхмалой подводной лодки принципиально новой конструкции можно привести опытную GST-9. Ее построила в 1988 году итальянская фирма «Мариталия». Длина этой лодки всего 9,55 метров, диаметр корпуса 2,2 метра, максимальная высота 3,5 метра, водоизмещение — 27/30 тонн. Скорость подводного хода составляет 8 узлов.
Особенностью ее конструкции является то, что корпус собран из тороидально изогнутых стальных труб, которые одновременно используются для хранения газообразного кислорода под давлением 350 бар. А также для временного хранения выхлопных газов. Концепция такого технического решения называется GST (Gaseous oxugen Stored in the Toroidal pressur hull). При равных массах прочность корпуса такого типа в пять раз выше традиционной конструкции из листовой стали, что позволило увеличить глубину погружения до 400 метров (при испытании опытного отсека в гипербарической камере его разрушение наступило лишь при давлении, соответствующем глубине 1186 метров).
В процессе конструирования лодки преследовалась главная цель — максимально затруднить ее обнаружение противником. Корпус снаружи имеет двухслойное противоакустическое покрытие, снижающее отражение сигнала не менее чем на 50%, а его тороидальная трубчатая конструкция эффективно уменьшает внутренние шумы. Все приборы, механизмы и энергоустановка выполнены на амортизаторах.
В качестве энергетической установки используется дизель замкнутого цикла фирмы «Изотта-Фраскини» мощностью 60 л.с., работающий на кислороде, запасов которого хватает на 200 миль хода при скорости 6 узлов. Выхлопные газы, пройдя очистку и нейтрализацию, закачиваются в освободившиеся от кислорода объемы корпуса. Это позволяет исключить потери мощности на преодоление противодавления, а также повысить скрытность субмарины. Кроме того, на лодке установлен гребной электродвигатель, питающийся от аккумуляторной батареи. По книге "ЛЮДИ-ЛЯГУШКИ", авторы А. Е. Тарас, В. В. Бешанов

Через эту ссылку можно бесплатно скачать справочник, авторские материалы которого разрешено использовать для написания таких работ, как эссе, сочинение, доклад, реферат, курсовая работа, дипломная работа, бакалаврская / магистерская работа, диссертация