Новые методы освоения Мирового океана, бережное природопользование, исследования морского дна, автономное судостроение, подводные роботы – эти и многие другие задачи сегодня стоят перед учеными в сфере морской отрасли. Мировой океан занимает 71 % поверхности Земли, но исследован по разным оценкам всего на 5-10 %, а значит, перед молодыми учеными в этой сфере открываются большие возможности. «Освоение Арктики и Мирового океана» – одно из направлений Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы», который завершился 20 мая. В июле в «Сириусе» состоится научно-технологическая образовательная программа.
О том, над какими задачами будут работать школьники, рассказал Александр Пинский – руководитель направления, председатель наблюдательного совета АНО «Отраслевой центр МАРИНЕТ».
Какие на сегодняшний день в мире существуют главные проблемы освоения Мирового океана? И какие пути их решения предлагает научное сообщество?
Ученые часто шутят, что мы знаем обратную сторону Луны лучше, чем океан, находящийся рядом с нами. Это первая проблема, которую сейчас решает человечество. Пути решения задачи глубокого исследования океана – это целый комплекс технологий, над которыми сейчас работают в ведущих странах мира. От гидроакустики и робототехники до спутникового зондирования и климатического моделирования.
Вторая задача – это обеспечение инфраструктуры безопасного долгосрочного хозяйствования человека в океане. Это и морские фермы, на которых годами будут выращиваться «одомашненные» рыбы, и гидробионты – вместо вылова диких обитателей океана. Это и добывающие фабрики, которые безопасно будут извлекать полезные ископаемые со дна и из морской воды. Автономное судоходство, которое будет обеспечивать безопасные и массовые перевозки в океане, морские электростанции и накопители энергии, которые будут обеспечивать всю эту инфраструктуру энергией.
И третья задача – экология, бережное природопользование. Еще даже более-менее не освоив океан, мы изрядно испортили его экосистему. И хочется избежать тех ошибок, которые мы допустили при развитии промышленности в прошлом, избежать загрязнения и разрушения океанической среды. Сегодня у нас есть понимание и средства освоить новый мир, не разрушая его.
Когда мы говорим об освоении Мирового океана, мы слышим о некоторых современных и инновационных методах, в том числе подводной робототехнике, передовых способах рыболовства. Могли бы привести примеры такие разработок и проектов?
Приведу примеры только российских проектов, в которых участвовали и школьники нашего трека программы «Большие вызовы». Компанией «Сканэкс» был создан один из первых в мире порталов цифровых морских сервисов – для навигации, прогнозирования погоды, экологического мониторинга и других функций. Он соединяет оперативные и исторические данные дистанционного зондирования со спутников в различных диапазонах с метеорологическими и гидрографическими данными, данными движения судов, обрабатывает их с использованием математических моделей и предоставляет как оперативную, так и прогнозную информацию. Она позволяет, например, эффективнее строить маршруты движения судов с учетом погоды или ледовой обстановки, контролировать разливы нефтепродуктов, уровень загрязнения акваторий. На нескольких программах «Больших вызовов» школьники реализовывали исследовательские проекты в рамках этого большого проекта, разрабатывая вместе с разработчиками «Сканэкс» и сотрудниками Института океанологии РАН и МГУ имени М.В. Ломоносова конкретные алгоритмы и способы обработки данных для решения конкретных прикладных задач.
Компания «Морские инновации» совместно с партнерами разработала и начала использование одной из наиболее эффективных в мире технологий исследования морского дна. Она позволяет с помощью одной экспедиции провести исследования в таком же объеме, как делают три традиционные экспедиции, причем с более высокой точностью данных и их интерпретации. На одной из недавних программ коллеги вместе с Центром морских исследований МГУ имени М.В. Ломоносова организовали проект, где школьники разрабатывали средства быстрого и дешевого исследования дна водоемов, например, для обеспечения безопасности отдыхающих.
Очень много проектов реализуется в области робототехники – и подводной, и автономных судов. Только на «Больших вызовах» было больше десяти проектов – от разработки подводного глайдера и манипулятора подводного робота до системы машинного зрения для автономных судов и различных беспилотных платформ, в том числе на электрических батареях и водороде.
Недавно первое в мире автономное грузовое судно успешно совершило почти 500-мильное путешествие по водам Токийского залива Японии. Судно проследовало без вмешательства человека с использованием искусственного интеллекта. На ваш взгляд, как скоро такие и похожие проекты получат распространение и глобально какую роль могут сыграть в вопросах экономики?
Мое субъективное мнение, что судно будущего – это автономное электрическое судно, на котором либо присутствует минимальная аварийная команда, либо вообще нет экипажа. В первую очередь, это минимизирует влияние человеческого фактора, который служит причиной более 80 % всех инцидентов в море. Во-вторых, это снижает риски для жизни моряков и затраты судоходных компаний на обеспечение жизнедеятельности экипажа на борту судна. При этом наша страна начала испытания технологий автономного судовождения в реальных условиях на год раньше, чем в Японии: в 2021 году были проведены испытания в ходе более чем 20 реальных коммерческих рейсов на разных судах, в которых применялось автоматическое и дистанционное управление.
Наши специалисты делают акцент именно на массовости, доступности этой технологии, чтобы перейти от экспериментов к широкому использованию потребителями – судоходными компаниями.
Автономные суда способны очень значительно изменить мировой экономический и политический ландшафт. Вместо нескольких десятков тысяч морских судов, управление которыми требует миллионов моряков, появятся миллионы «морских лифтов», использование которых будет так же просто, безопасно и надежно, как нажатие кнопки в лифте. Маршрут такого судна проложен наиболее безопасным и эффективным образом, ведь он не зависит от пребывания экипажа на борту. Любые передвижения всех судов заранее известны всем участникам, что делает невозможным недопонимание или неожиданные действия со стороны того или иного судна. Конструкция такого судна более эффективна для перевозки грузов, поскольку ему не нужно обеспечивать долгосрочное проживание и работу значительного числа людей на борту. Авария или инцидент на таком судне – это не более чем поломка лифта, на который штатно и без риска для жизни прибудет аварийная команда, чтобы починить его. Связность движения всех судов обеспечит качественно иной уровень логистики, когда каждое судно используется максимально эффективно, а любой груз перевозится самым оптимальным образом. Влияние автономного судоходства на всю экономику сопоставимо с появлением железных дорог или автомобилей в истории человечества.
Над какими проектами в вашей сфере работают участники «Больших вызовов»?
В этом году у нас запланировано шесть проектов в рамках трека «Освоение Арктики и Мирового океана». Один из них – отработка технологии оперативного приема космической информации в условиях бортовой и килевой качки. Необходимо обеспечить стабильный прием сигнала телекоммуникационных и спутников дистанционного зондирования Земли. Это является одной из актуальных проблем морского транспорта, ограничивающей применение цифровых и автономных технологий. Задачу поставили компания «Лоретт» и гимназия МГУ имени М.В. Ломоносова.
Нижегородское детское речное пароходство и Объединенная судостроительная корпорация предложили школьникам разработать и испытать макет малого беспилотного гидрографического судна. Применение беспилотных аппаратов для гидрографических и океанографических работ уже сегодня является актуальным трендом во всем мире.
Компания «Смелком Роботикс» и Астраханский государственный университет предлагают продумать и испытать образец подводного робота с отказоустойчивой кинематикой, который способен проводить визуальный мониторинг под водой, а также в автоматическом режиме перемещаться вдоль выбранных подводных объектов.
Также ребята будут разрабатывать платформу для анализа различных параметров судовых инженерных систем, работать над моделью оптимизации перевозок морским транспортом, разрабатывать программное обеспечение для апгрейда секстанов – навигационных инструментов, применяемых на судах.
Каким школьникам может быть интересно ваше направление? Какими интересами и знаниями нужно обладать?
Всем, кто способен мыслить нестандартно и способен на научный и инженерный кураж! Морская отрасль продолжает оставаться пространством для романтиков, в том числе и в технике. Математика, биология, астрономия, физика, химия, программирование, работа руками, экономика – у нас востребованы практически все дисциплины. Если говорить про основные предметные области, то, исходя из примеров прошлых проектов и проектов этого года, в первую очередь, это информационные технологии и инженерия.