Новая водолазная и другая подводная техника

2.1. Из истории создания гидроакустических станций для водолазов

Первой станцией гидроакустической (звукоподводной) связи водолазов в СССР стала ГАС МГВ-6В («Угорь-В»), выпущенная заводом «Водтрансприбор» (г. Ленинград) в 1973г. (рис. 1).

Рис. 1. ГАС связи водолаза МГВ-6В («Угорь-В»).

Станция размещалась в дыхательном аппарате водолаза ИДА-71п. Антенна крепилась сверху ИДА, а пульт управления – на груди водолаза. Микрофонно-телефонная гарнитура (МТГ) устанавливалась в шлеме водолаза (в гидрокомбинезоне УГК-3М) и выходила из гидрокостюма через зажгутованный аппендикс. Для соединения МТГ с пультом управления использовался двухканальный индукционный разъём.

Станция имела дальность связи в режиме телефонии 1000 м, телеграфии до 2-х км (рабочая частота 35 – 37,5 кГц, модуляция однополосная, верхняя боковая полоса). Приборный блок имел диаметр 90мм и длину 400мм. Глубина погружения до 40м. Станция МГВ-6В устанавливалась также на носителе водолазов «Тритон-2».

Однако кроме связи водолазам требовалась и возможность пеленгования гидроакустических маяков. Для этого в Волгограде (завод «Ахтуба») была создана аппаратура МГВ-3В «Нерей» (масса 6,5 кг и ГА-маяк масса 40 кг). Поскольку иметь водолазу отдельные ГАС связи и ГАС пеленгования водолазу было неудобно, то с 1976 г. начались работы по созданию ГАК «Припять».

ОКР «Припять» была поручена НИИ «Риф» (г. Бельцы, Молдавская ССР). В состав комплекса были включены: ГАС водолаза «Припять-В1» (рис. 2), ГАС буксировщика водолаза «Припять-В2», ГАК носителя водолазов «Сирена-К» «Припять-Д», и два вида гидроакустических маяков – якорный и донный.

Рис. 2. ГАС водолаза «Припять-В1».

Слева направо: блок питания (крепится на поясном ремне водолаза), пульт управления (крепится слева, на поясном ремне водолаза), основной блок (приор 4, размещается внутри ИДА-71п), гидроакустический фонарик – гидролокатор (размещается на правой руке водолаза), гидроакустические антенны (крепятся на дыхательном аппарате, сверху).

ГАС водолаза «Припять-В1» работала на дух частотах, 35 и 200 кГц. На частоте 35 кГц дальность связи составляла 1 км и привода – до 2 км; на частоте 200 кГц дальность связи составляла 100 м, привода – до 200 м. Частота 200 кГц обеспечивала высокую скрытность работы ГАС водолаза, т.к. не могла быть обнаружена никакими ГАС вероятного противника. После принятия на снабжение ВМФ ГАС водолаза получила наименование МГВ-13В.

В состав ГАК «Припять» входили и два приводных маяка-ответчика – донный, с частотами 35 и 200 кГц, (рис. 3) и якорный, с частотой 35 кГц и дальностью привода до 4 км.

Работал на двух частотах 35 и 200 кГц. Масса – 2 кг.

Рис. 3. Донный гидроакустический маяк-ответчик «Припять-МК1».

Для пеленгования ГА-маяка, в ГАС был применён знакофазовый метод. Если маяк находился слева от водолаза – работал левый телефон, справа – правый телефон, по курсу – работали оба телефона. В целом, в достаточно глубоком море (h – 10 и более метров) этот метод оправдал себя. Однако, в прибрежных мелководных районах, в условиях сильных реверберационных помех (донная реверберация от камней, отражения сигнала от пирсов, кораблей внутри ВМБ) фаза сигнала искажалась, и пеленгатор давал ошибки.

Испытания ГАС водолаза «Припять-В1» проводились в 1983 году в г. Балаклава (под Севастополем) на базе местного отряда борьбы с ПДСС.

Когда проверили ГАС «Припять-В1» – всё было прекрасно. Водолазы разговаривали между собой, потом включали гидроакустический маяк, пеленговали и выходили на него вплотную. А гидроакустический фонарик им так понравился, что они тут же прикрепили его к автомату для подводной стрельбы (АПС) резиновым жгутом и стреляли под водой по мишеням в полной темноте.

Фонарик работал на частоте 200 кГц, имел диаграмму направленности 100 и позволял определить расположение любых предметов вокруг водолаза. Он фиксировал даже боносетевые заграждения и якорьцепи от кораблей, мерил расстояние до грунта и до поверхности воды. Расстояние определялось по тону сигнала. Высокий тон – цель близко (1 – 2 м), низкий – далеко (20 – 25 м). Принцип работы простой – отражённый сигнал запускает генератор запросного сигнала. Чем ближе обнаруженный предмет, тем чаще идёт запросный сигнал и выше тон. ГА-фонарик стал глазами водолаза, когда видимость была равна нулю.

Были у ГАС «Припять-В1» и недостатки. По ТЗ станция должна была весить не более 5-ти килограммов на воздухе, а фактически она весила 6,5 кг. Столь большой вес объяснялся тем, что Минсудпром СССР, во время проектирования станции запретил применение серебряно-цинковых аккумуляторных батарей из-за их высокой стоимости. Пришлось применить аккумуляторы КНГ, которые имели ёмкость в два раза ниже. Это привело к увеличению габаритов блока питания и общему весу станции.

После распада СССР НИИ «Риф» (г. Бельцы, Молдавия) оказался в ближнем зарубежье. Хозяйственные связи были разорваны и создание гидроакустических средств для водолазов и ПСД прекращено. Серийно ГАС «Припять-В» не выпускалась.

В 2003 г встал вопрос о создании новой отечественной станции гидроакустической связи и привода для водолазов ВМФ на новой элементной базе.

Работа была поручена лаборатории морских электронных систем при СПбГМТУ. В результате в 2007г была создана станция гидроакустической связи (СГС) «Фурнитура-ГМТУ», входящая в комплект водолазного снаряжения СН-21. Состав приборов, входящих в комплект водолазной СГС-В представлен на рис. 4.

В комплект станции входила станция командира спуска СГС-К, 6 водолазных станций СГС-В и донный приводной маяк СГМ.

Станция поддерживала телефонную и телеграфную связь на одном из 6 рабочих каналов (3 несущих частоты с выбором верхней боковой полосы или нижней).

Станция имела встроенный аварийный маяк, который можно было включить дистанционно с любой станции в группе при помощи кодового гидроакустического сигнала с номером запрашиваемой станции.

Донный приводной маяк так же запускался дистанционно с любой станции в группе при помощи соответствующего кодового гидроакустического сигнала.

Станция имела встроенный гидроакустический пеленгатор, основанный на корреляционном методе пеленгования шумоподобных сигналов ГА маяка. Для обеспечения его работы станция была снабжена антенной базой из двух гидроакустических антенн.

Антенная база станции размещалась на корпусе дыхательного аппарата ДА-21. Управление станцией осуществлялось при помощи пульта управления с двумя сенсорами, размещавшегося на левой руке водолаза.

Все переключения режимов сопровождались голосовыми сообщениями в телефонах оператора станции (водолаза).

Включение аварийного и донного приводного маяка так же начиналось с излучения в воду голосового сигнала.

Станция СГС «Фурнитура-ГМТУ» была принята на снабжение, и был осуществлен выпуск нескольких небольших серий.

Эксплуатация станции показала, что выбранный главным конструктором корреляционный метод пеленгования шумоподобных сигналов гидроакустического маяка оказался не удачным из-за многолучёвости и неоднозначности пеленга. Управление станцией оказалось слишком сложным и неудобным.

Рис. 4. Водолазная станция СГС-В «Фурнитура – ГМТУ».

Так же были выявлены просчеты в конструкции антенн, корпуса и кабельных линий.

Недостаточным оказался и энергоресурс станции.

В 2009 году в Автономной некоммерческой организации (АНО) «РТГ», под руководством технического директора Павлова Г. Г. началось создание станции связи и пеленгования для водолазов (СГСП) «Пловец-В». В ней был применен ранее неизвестный амплитудно-селективный метод пеленгования, предложенный автором этой книги (подробнее в книге Ю. А. Берков «Водолазная электроника», 2018 г.)

Благодаря этому методу впервые в гидроакустике удалось совместить связь и пеленгование «в одном флаконе». Кроме того, удалось пеленговать не только сигналы ГА-маяка, но и речь водолаза, что позволяло выходить водолазам друг на друга. Такими возможностями не обладала ни одна ГАС водолаза в мире.

В 2011 г. СГСП «Пловец-В» успешно прошла межведомственные испытания. Станция получилась значительно проще и легче по сравнению с СГС-В «Фурнитура – ГМТУ» (которая потом многократно модернизировалась). Управление ею оказалось не сложнее, чем ГАС звукоподводной связи МГВ-6В.

Режим пеленгования осуществлялся на левый и правый телефоны водолаза (источник сигнала слева – звук в левом телефоне, источник справа – в правом телефоне, источник по курсу – звук в обоих телефонах). При этом можно было пеленговать любые сигналы, попадающие в полосу пропускания ГАС (речь водолаза, телеграфные сигналы, сигналы ГА-маяка, шумы проходящих катеров, сигналы гидролокаторов).

Сравнительные ТТХ СГС «Фурнитура – ГМТУ» и «Пловец-В» приведены в таблице.

Из таблицы видно, что станция СГСП «Пловец-В» обладает рядом преимуществ перед станцией СГС-В2М (дважды модернизированной), а именно:

– не требует переключения в режимы связи или пеленгования (постоянно поддерживает оба режима);

– пеленгует импульсные, тональные, речевые и шумовые виды гидроакустических сигналов, попадающих в полосу пропускания приемного тракта. Это позволяет выходить водолазу на водолаза, водолазу на обеспечивающий катер (пеленгуется речь), а также на донный гидроакустический маяк, обозначающий найденные затонувшие предметы или забазированный на грунте носитель водолазов;

– станция устойчива к различным видам реверберационных помех (донная, поверхностная и объемная реверберация);

– обеспечивает качественную связь на дистанциях от 1 м до предельной – 1000 м за счет большого динамического диапазона (сохраняется высокая разборчивость);

– более экономична и обеспечивает 20 часов непрерывной работы при соотношении прием к передаче 5:1;

– микрофонно-телефонная гарнитура, входящая в состав станции, позволяет подключаться по кабелю к станции «Пловец-К» (катерной) с целью обеспечения двусторонней проводной телефонной связи водолаза с командиром спуска, что позволяет работать с тяжёлым водолазом в шланговом снаряжении на глубине до 200 м.

Внешний вид и состав приборов станции приведён на рис. 5, 6 и 7.

На рис. 5 вид основного приборного блока станции «Пловец-В» с герморазъёмами.

На рис. 6 вид антенной базы и кнопок управления станцией.

На рис. 7 гарнитура для полнолицевой маски ПМ-21, и AGA.

Более того, СГСП «Пловец-В»:

– эргономична и проста в управлении;

– позволяет работать в любых типах водолазного снаряжения (отечественных СЛВИ-71, СВУ-3, СН-21, и иностранных образцах снаряжения с полнолицевой маской);

– может работать в режиме подачи аварийного гидроакустического сигнала тревоги (при этом мигает мощный светодиод на правой антенне) если водолаз нуждается в помощи (трёхкратное и более раз нажатие на кнопку «Передача»);

– может работать в режиме автоматического контроля самочувствия водолаза с подачей сигнала тревоги, если водолаз не реагирует на запросный сигнал о самочувствии, который подаётся в правый телефон водолаза автоматически с интервалом в три минуты (водолаз отключает запросный сигнал путём нажатия на кнопку «Передача»);

– осуществлять пеленгование сигналов гидролокатора противника и обход его на необходимом удалении;

– осуществлять связь с экипажем аварийной ПЛ на частотах связи ВМФ и НАТО в период проведения аварийно-спасательных работ.

– станция может включать приводной гидроакустический маяк путём длительного (более 3-х сек) нажатия на кнопку «Маяк».

Размещение СГСП «Пловец-В» на водолазе показано на рис. 8.

Режим «аварийный маяк» включается водолазом кнопкой «Передача», при многократном её нажатии водолазом (три и более раз подряд). При этом в воду излучается сигнал тревоги и мигает светодиодный индикатор.

Рис. 8. Размещение СГСП «Пловец-В» на водолазе в снаряжении СЛВИ.

Большим преимуществом СГСП «Пловец-В» по сравнению с СГС-В «Фурнитура-ГМТУ» является применение литий-йонных аккумуляторов. Они обеспечили малый вес и габариты ГАС. Кроме того, они обеспечивают до 500 циклов заряд – разряда, а каждый заряд обеспечивает до 20ч работы СГСП. Если срок службы СГСП «Пловец – В» составит 10 лет, то каждый год она сможет обеспечить 50 циклов заряд – разряда аккумуляторной батареи (АБ), а каждый цикл обеспечит до 10-и двухчасовых сеансов работы. Таким образом, АБ не потребует замены в течение всего срока эксплуатации СГСП.

Станция выпускается серийно с 2017г. Заказать СГСП «Пловец» (водолазную и катерную) можно в АО «Флаг Альфа» (https://flagalfa.ru/).

Юридический/почтовый адрес:199034, город Санкт-Петербург, 16-я линия В.О, дом 7 литер А, помещение 1-Н 1409; тел. +7 (812) 350-99-08 или непосредственно у главного конструктора, Павлова Гавриил Гаврииловича.

2.2. Перспективы развития средств связи и привода водолазов

При создании следующего поколения ГАС связи для водолазов целесообразно:

– заменить проводную микрофонно-телефонную гарнитуру водолаза на беспроводную гарнитуру по типу Bluetooth-наушников для смартфона;

– добавить к существующему кнопочному управлению ГАС, управление голосом, которое увеличит количество исполняемых команд и позволит управлять, как своей ГАС, так и ГАС других водолазов по каналу гидроакустической связи;

– обеспечить возможность распознавания и перевода нечётких команд водолаза (гелиевая речь или мешает загубник) в чёткие команды диктора, заранее записанные в память компьютера;

– при выходе водолаза на гидроакустический маяк, обеспечить возможность измерения дистанции до маяка;

– добавить в сетку рабочих частот СГСП частоту 200 – 250 кГц для обеспечения работы ГАС в режиме частотной модуляции, что обеспечит высокое качество воспроизведения речи и узнаваемость голоса;

– добавить к гидроакустической связи радиосвязь (в УКВ или СВЧ диапазоне) в надводном положении водолаза.

В качестве микрофона водолаза можно использовать «жучёк», применяемый для подслушивания и передачи информации с помощью микропередатчика. «Жучёк» может быть закреплён в обтюраторе маски с помощью текстильной липучки, или внутри шлема, если снаряжение с загубником.

Радиосигнал от «жучка» идёт по воздуху и по резине, что не вызовет существенного его затухания. Телефонные капсюли должны располагаться снаружи маски и работать достаточно громко в воде. Если под маской слой неопрена, то в нём необходимо сделать отверстия, и заклеить их тонкой резиной.

Однако предложенный «жучёк» в качестве микрофона может оказаться непригодным при работе под значительным давлением. Следовательно, целесообразно создание беспроводного устройства Bluetooth-связи водолаза, с микрофонно-телефонной гарнитурой, работающей под повышенным давлением и передающей сигналы радиосвязи в гидроакустическую станцию водолаза. Блок-схема устройства Bluetooth-связи водолаза представлена на рис. 9.

Как видно из рис. 9, устройство Bluetooth-связи состоит из двух модулей: микрофонно-телефонной гарнитуры с Bluetooth-трансивером, распложенной в шлеме водолаза и Bluetooth-адаптера, установленного в блоке станции ЗПС, которые соединены антенной (коаксиальным кабелем, с концами, зачищенными на 5см оплёткой) передающей высокочастотный радиосигнал от Bluetooth-трансивера к Bluetooth-адаптеру и обратно.

Рис. 9. Блок-схема устройства Bluetooth-связи водолаза.

Цифрами на рис. 1 обозначены: 1 – шлем водолаза, 2 – телефонный капсюль (наушник); 3 – прочный корпус Bluetooth-модуля; 4 – Bluetooth-трансивер; 5 – литий-йонная аккумуляторная батарея; 6 – пьезоэлектрический микрофон; 7 – обтюратор дыхательной полумаски; 8 – штекер для зарядного устройства; 9 – антенна; 10 – корпус станции связи (СГСП); 11 – станция СГСП; 12- Bluetooth-адаптер; 13 – микрофонный вход; 14 – телефонный выход.

Таким образом, обеспечивается беспроводная телефонная радиосвязь между водолазом и его станцией ЗПС под водой (аналогично связи между Bluetooth-наушником с микрофоном оператора и его смартфоном на воздухе).

Вполне возможно, что на больших глубинах динамические наушники-вкладыши будут работать не достаточно громко и качественно из-за высокой плотности газовых смесей. Применять вставные наушники-затычки (рис. 10) не рекомендуется, поскольку при повышении давления их будет загонять в слуховой канал уха водолаза и водолаз может повредить барабанную перепонку. Лучше применять такие наушники с креплением за ушную раковину со снятой затычкой из резины (рис. 11).

Всё это остаётся внутри шлема гидрокомбинезона и одевается на водолаза перед надеванием снаряжения. Никакие провода наружу не выводятся. Остаётся решить вопросы управления станцией СГСП.

Чисто кнопочное управление невозможно из-за большого количества команд.

Возможно применение светового меню на дисплее водолаза, когда отдельные опции высвечиваются поочерёдно с интервалом в 1сек. При подсветке нужной опции водолаз нажимает кнопку «Enter» или говорит «ДА» и опция исполняется. Но это потребует чтения многочисленных каталогов с меню и опциями, что под водой затруднительно и отвлекает водолаза. Водолаз должен будет останавливаться, и работать с дисплеем. Поэтому наиболее целесообразно управление с помощью голосовых команд.

Данный вид управления уже пытались исполнить в лаборатории СПб ГМТУ, однако результаты оказались более чем скромными. Компьютерная программа распознавала от 20 до 40% команд у разных водолазов.

А всё дело в том, что речь водолаза сопровождается шумами от движения воздуха через обтюратор маски, щелканьем клапанов вдоха и выдоха в клапанной коробке, шумами акваланга, искажениями от воздействия глубины. И вообще, водолазы довольно часто имеют дефекты дикции – не чётко выговаривают отдельные слова и буквы, проглатывают окончания. Особенно сильно это проявляется на больших глубинах, когда водолазы дышат гелиево-кислородными смесями. А если применяется снаряжение с загубником, то процент распознавания команд равен нулю.

Для более надёжного голосового управления станцией автор статьи предлагает голосовое меню.

Режим голосового меню включается путём нажатия водолазом кнопки «Enter» на запястье левой руки. После этого голосом диктора в телефоны водолаза подаются следующие, заранее записанные в память компьютера, голосовые опции меню.

При поступлении нужной опции в телефон водолаза, он нажимает на кнопку «Enter» или говорит «ДА» и опция исполняется. После этого включается следующее за выбранным очередное голосовое меню. Например, читается меню выбора параметров связи:

– Выбор канала связи.

– Выбор дальности связи (мощности).

– Включить (выключить) надводную связь.

– Включить (выключить) приводной маяк.

– Отменить последнюю команду.

– Повторить меню.

Частота канала связи может иметь 5 и более значений:

– Частота скрытной связи внутри группы.

– Частота привода (слышен ГА-маяк).

– Частота дальней связи и телеуправления.

– Запасная частота дальней связи.

– Частота связи ВМФ.

Для выбора частоты связи достаточно выбрать номер канала.

Команды «включить» или «выключить» изменяются автоматически, в зависимости от текущего состояния того или иного режима работы. Если данный режим включён, то подаётся команда «выключить» и наоборот.

Так с помощью голосового меню можно настроить любые параметры СГСП (частоту, громкость, дальность связи и т.д.). Однако это займёт некоторое время и при движении в группе, оно может оказаться значительным, поскольку не все водолазы быстро и без ошибок смогут перестроиться на нужный режим. Поэтому стоит вернуться к первому варианту голосового управления станцией – голосовых команд, а для этого решить вопрос разборчивости речи (команд) водолаза.

По мнению автора, голосовое управление с помощью команд можно значительно улучшить, если создать программу-переводчик нечётких команд водолаза (в загубнике и без) на разных глубинах в чёткие звуковые команды диктора, заранее записанные в память компьютера. Для этого каждую станцию СГСП следует обучить персонально под каждого водолаза. После этого станция будет хорошо воспринимать его речь в заданном снаряжении и на заданных глубинах. Количество переводимых (используемых водолазом) слов должно быть ограничено несколькими десятками, иначе процесс обучения затянется.