Разработка телеуправляемого необитаемого подводного аппарата как средства мониторинга состояния водных ресурсов

Актуальность

Каждый год около 400 миллиардов тонн отходов образуется во всем мире, и большая часть из них попадает в водоёмы. Помимо этого, серьёзные последствия для экологии мировых вод имеют участившиеся техногенные катастрофы. Из общего объёма воды на Земле только 3% – пресная.

Очевидно, невозможно за короткое время существенно ограничить образование отходов или предотвратить все техногенные катастрофы. Однако при своевременном обнаружении загрязнения возможно снизить ущерб для водной среды и её обитателей до минимума.

Таким образом, очень важно найти способ своевременного детектирования отклонений в показателях воды. При этом необходимо обеспечить универсальность решения, оценить масштаб ущерба (морская или пресная вода, наиболее вероятный источник загрязнения, объём водного пространства и условий гидрологии), удобство и простоту эксплуатации, а также автономность и безотказность.

Цель

Разработка автономного необитаемого подводного аппарата, оснащённого комплексом датчиков для мониторинга состояния окружающей водной среды.

Задачи

1. Освоение программных продуктов, необходимых для реализации проекта (система твердотельного трёхмерного моделирования, среда IDE для разработки программного кода).
2. Разработка эскизного проекта изделия.
3. Разработка технического проекта изделия, проработка узлов подводного аппарата.
4. Изготовление опытного образца спроектированного изделия.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Персональный компьютер
• Программное обеспечение для проектирования
• Датчик положения
• Датчик температуры
• Камера
• Датчик для измерения жёсткости воды
• Датчик давления
• Датчик солёности воды
• Пьезоэлемент
• Иономер
• Датчик измерения кислотности
• Оксиметр
• Датчик ОВП

Описание

1. Был разработан эскизный проект. В рамках данного этапа проработаны несколько различных вариантов реализации проекта, установлены принципиальные решения по изделию, дающие представления о принципе его работы, устройстве, возможности изготовления.
2. Разработан технический проект. Этап выполнен на основании утверждённого эскизного проекта. Цель данного этапа – выявление окончательных технических решений по изделию, полное представление о конструкции, работе узлов, технологических решениях и возможностях изготовления.
3. Изготовлен опытный образец. Цель и содержание работ данного этапа – в разработке аппаратной части, программного обеспечения, изготовлении конструкции изделия, сборке подводного аппарата и проведении предварительных испытаний.

Результаты работы/выводы

1. В разработках были освоены и использованы такие программные пакеты, как Autodesk Inventor Professional 2021 – пакет твердотельного трёхмерного моделирования, Arduino IDE – интерфейс для написания программного кода.
2. Разработаны эскизный и технический проекты ТНПА.
3. В рамках технического проекта разработаны два отсека подводного аппарата, сконструированы движительно-рулевой комплекс, межотсечный соединитель, носовые отсеки, проработана компоновка. Определены основные схемотехнические компоненты, необходимые для обеспечения работоспособности системы, и написан программный код для управления ТНПА.
4. Разработан и создан испытательный стенд для движительно-рулевого комплекса.
5. Создан опытный образец аппарата, проведены его предварительные испытания.

Перспективы использования результатов работы

В рамках развития тематики проекта планируется создание автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) на базе ТНПА. Планируется установить на АНПА акустический модуль и обеспечить его позиционирование при помощи гидроакустической навигационной системы (ГАНС). Автономный аппарат позволит свести до минимума участие оператора в сборе информации о состоянии внешней среды. АНПА будет выполнять перемещения по заранее заложенной траектории, качество выполнения манёвров будет контролироваться при помощи ГАНС, а полученные данные – транслироваться на береговой пункт или на судно-носитель для последующей обработки.