Запоздавший (немного) лонг на злобу дня.
Дисклеймер Какая боль… Пока я все это писал, поступила новость, что The Titanic-bound submersible that went missing on Sunday with five people on board suffered a “catastrophic implosion, ” Ну что я, зря писал это все, что ли: ) Почитайте, надеюсь, будет интересно!
Катастрофа подводного аппарата Titan прошлась по DTF волной записей и мемов. Являясь большим поклонником флота и морской истории, я не мог не пройти мимо этого события.
В этом материале я хочу поделиться с вами некоторыми аспектами современного морского дела и некоторыми соображениями насчет Titan и его создателя г-на Стоктона Раша.
Прежде чем перейти далее, считаю важным обозначить и мою относительную экспертность в вопросе — я участвую в разработке судового навигационного комплекса (т.н. ЭКНИС). Я не специалист в подводных операциях и прочностных расчетах, однако погруженность (oh, what an irony) в морскую тематику и понимание, где искать информацию по теме, позволяют мне судить об этой ситуации немного шире, чем это может сделать среднестатистический обыватель.
Безопасность и нормативы
Современное судовождение — зарегулированная область с богатым набором нормативной базы. Международная конвенция СОЛАС подробно и жестко описывает требования по охране человеческой жизни на море. При производстве судовых комплексов и аппаратуры используется широкий набор стандартов и нормативных документов, например:
- IEC 61174
- IEC 61924-2
- IEC 62288
- IEC 62923
- и проч.
Это объемные, подробные и сложные для восприятия документы. Читать их долго и трудно — но необходимо. Без соответствия этим документам судовые системы и комплексы не получат сертификат и не смогут использоваться на море.
Что касается проектирования и обслуживания погружаемых аппаратов, мне удалось найти только один нормативный документ — циркуляр 981 ИМО (Internation Maritime Organization) . Это достаточно краткий (всего 24 листа) , но хорошо структурированный и грамотный материал, описывающий общие принципы и подходы к конструированию, операционному использованию и подготовке экипажа подводных судов. Приведу несколько цитат из данного документа (позволю себе не переводить с английского, т. к. у меня нет на это сил) :
2.1.2 The basic requirement for the passenger submersible craft design is that, as far as practicable, in the event of any single failure the craft can return to the surface without external assistance. Appropriate backup systems and equipment should be incorporated to meet this general design requirement. The craft should be able to attain positive buoyancy at any time.
MSC/Circ. 981
2.2.2.5 The means for opening and closing of hatches should permit operation by a single person in all anticipated conditions.
2.2.2.6 Provisions should be made for opening/closing hatches from both sides
MSC/Circ. 981
2.4.6.4 Passenger submersible craft should be provided with navigational equipment to enable safe operations under all design conditions. Equipment may include, but not be limited to, directional indicator, depth indicator, depth sounder, clock, trim and heel indicator, underwater location device, speed and distance device and Sonar. Navigational equipment should be located in the pilot’s work area.
MSC/Circ. 981
2.4.7.3 Underwater communications
Passenger submersible craft should be equipped with at least one single channel side-band underwater telephone system. Such system should as a minimum requirement enable communication to be maintained with the support facility when it is at a distance equivalent to twice the nominal depth of passenger submersible craft
MSC/Circ. 981
2.4.7.7 Passenger submersible craft should be fitted with an emergency acoustic pinger compatible with surface support facilities or with sonar reflector. Buoys may be additionally provided. These means should remain operational in the event of loss of main power.
MSC/Circ. 981
Это действительно несколько абстрактные положения, но даже они суммируют тот опыт, который наработало человечество в деле подводных операций. Данный документ достаточно небольшой, но емкий, для того, чтобы его можно было быстро прочитать, усвоить и буквально зарубить себе на носу. Похоже, что г-н Стоктон Раш, основатель OceanGate, посчитал и это чрезмерным трудом для себя.
Морское и подводное позиционирование
В распоряжении команды современного морского судна есть несколько вариантов определения местоположения в пространстве:
- приемники ГНСС (обычно их 2)
- радиолокационные ориентиры
- астронавигация
- счисление и инерциальные навигационные системы
Полагаю, что первые две опции не нуждаются в комментариях, однако замечу, что для них необходим устойчивый радиосигнал от спутников/ориентиров к приемнику на судне.
Астронавигация является одним из самых древних способов определения координат — здесь участвует тот самый секстан(т), который знаком нам по романам о морских путешественниках и пиратах. Также нам понадобятся альманах с параметрами звезд и светил, хронометр, зоркий глаз и ручка с блокнотом (но можно все считать и на бортовом астрономическом планшете — нужно только данные ввести).
Счисление также является одним из резервных способов. Суть счисления сводится к решению математической задачи «где будет объект А через время t, если мы знаем координаты начала его движения и параметры движения». Однако даже если мы знаем скорость и ускорение судна, его траекторию, то учесть все внешние параметры или погрешности в самих приборах измерения курса/скорости не представляется возможным, поэтому в счислении с течением времени накапливается ошибка. Для нивелирования такой ошибки либо вводится поправка счисления, либо используются инерциальные навигационные системы (ИНС), принцип которых сводится к использованию гироскопа для точного определения параметров движения судна.
Но то, что хорошо работает на надводных судах… бессильно в морских пучинах. Астронавигация очевидно невозможна, прием сигнала GPS — также, ведь радиосигнал заглушается очень быстро (радиоволны сверхнизких частот могут проникать в толщу воды, но длина таких волн — тысячи километров, и антенна нужна соответствующая). Счисление по-прежнему доступно, но накапливающаяся ошибка даже с применением ИНС может иметь критическое значение.
На помощь покорителям глубин приходят акустические системы на длинной, короткой и ультракороткой базе (ДБ, КБ и УКБ соответственно; LBL, SBL, USBL в английском варианте). В каждом из случаев для позиционирования понадобятся три опорные точки, в которых установлены измерительные преобразователи или трансдьюсеры. Трансдьюсеры посылают сигналы, которые улавливает трансивер, установленный на объекте, положение которого необходимо определить. Трансивер отправляет ответный сигнал — в случае ДБ и КБ происходит определение дистанций от опорных точек до объекта; для УКБ происходит измерение относительных фаз прихода ответного сигнала. Зная точные координаты баз, мы с относительной легкостью можем решить несложную геометрическую задачу и вычислить координаты цели. После этого вычисленные координаты можно отправить обратно адресату (объекту) с помощью того же акустического сигнала.
Каждая из систем, очевидно, обладает своими достоинствами и недостатками.
ДБ-системы требуют расположения опорных точек (баз) на большом пространстве. Это могут быть буи, донные или плавучие базы. Такая система крайне надежна и точна, но дорога и доступна, пожалуй, только передовым государствам и корпорациям.
КБ-системы проще в развертывании, сохраняют относительно высокую точность и надежность, но требуют трудоемкой и внимательной установки на корпусе судна. В случае, если опорные точки КБ-системы вывешены за борт неправильно (например, слишком близко к друг другу, или в одной плоскости) , координаты цели будут определяться некорректно или со значительной погрешностью.
УКБ-системы еще более удобны, т. к. не требуют внимания к размещению опорных точек (все уже собрано в едином блоке, расстояние между трансдьюсерами составляет ~10см, поэтому такие системы и называются ультракороткобазисными) , обладают высокой точностью, но крайне чувствительны к калибровке и помехам.
Применение УКБ-систем в связке с ИНС позволяет получить позицию погружаемого аппарата с высокой точностью.
Судя по информации на сайте OceanGate, элементам конструкции и прошлогоднему репортажу, на судне Titan установлена система INS/USBL. Правда, модель ее неизвестна (хотя другую аппаратуру они честно указали) . Кроме того, исходя из зафиксированных проблем и предыдущих инцидентов команда судна-носителя испытывает трудности с определением местоположения аппарата. Выяснение причины этого должно быть задачей следственной комиссии (если такая будет собрана) , но можно предположить несколько вариантов:
- неправильно произведена калибровка УКБ-системы или же не произведена регулярная ре-калибровка
- внешние условия в зоне операции привели к помехам и ошибкам в работе УКБ-системы
- приобретена и установлена УКБ-система, не соответствующая задачам и целям аппарата и всей операции (предполагаю вероятным именно это)
- прочие ошибки в использовании и/или установке или комплекс ошибок
Связь и передача сообщений
В распоряжении обычного судоводителя есть богатый выбор каналов связи с другими участниками морского трафика — как вполне очевидная радиосвязь, так и такие специфические системы, как AIS и NAVTEX. Данные каналы строго зарегулированы и предназначены для целевого и автоматического (или полуавтоматического) обмена сообщениями, но полагаются на радиосигналы.
Очевидно, что в подводной работе связь по радиосигналу отпадает по причинам, которые уже были рассмотрены выше. Две основные возможности для связи под водой — это кабель, соединяющий материнское судно и погружной аппарат, и все тот же акустический канал ДБ/КБ/УКБ-систем.
Кабель крайне надежен и с лихвой покроет потребности в пропускной способности, но его длина ограничена возможностями судна-носителя (а ведь необходимо еще иметь и лебедку, и мотор для нее, и средства контроля и проверки кабеля и т. д., и т. п.) .
ДБ/КБ/УКБ-системы успешно используются для обмена сообщениями — как и в радиосигнал, можно закодировать в акустический сигнал любую необходимую информацию, будь то непосредственно координаты цели, или же текст. Однако пропускная способность канала ограничена — для систем, работающих на дистанциях 6-10 км она составляет примерно 6-9 Кбит/с. Стоит учесть, что в эти 6-9 Кбит необходимо в первую очередь кодировать жизненно важные данные — координаты, параметры движения, диагностические данные, контрольные суммы и т.д. На прямое общение с погружаемым судном останется совсем немного символов.
Проблемы с позиционированием напрямую отражаются на обмене сообщений — ведь для этого применяется один и тот же канал. Если была допущена халатность в установке USBL-системы, то связь с Titan также была нестабильной. Являлось ли это поводом для беспокойства г-на Раша? Судя по всему, совсем нет.
Бюджет
В комментариях часто всплывает вопрос «как так, билет за $ 250 000, почему все сделано из говна и палок». Попробую провести оценку бюджета — очень грубую, но все же. Предположим, у нас есть бюджет в 1 миллион долларов.
Ниже приведена таблица с моим грубым подсчетом. Цена за корпус взята просто за валовую массу титана и углепластика. Розовым помечена стоимость аппаратуры, которую я могу только очень грубо оценить (открытых данных нет, к сожалению). Желтым помечены элементы, которые я выбрал, руководствуясь принципом г-на Раша «и так сойдет». Клавиатура выбрана Логитеч специально для того, чтобы отправить на дно акции несчастной компании.
Стоимость уже дошла почти до 200 тысяч долларов, а ведь еще даже не посчитаны:
- проводка и прочный иллюминатор
- прочие элементы корпуса
- курсоуказатель, указатель глубины и прочие датчики
- система обеспечения воздухом
- система циркуляции воздуха
- система сбора отходов жизнедеятельности
- погружная платформа для запуска аппарата
- сборка и изготовление деталей
- оборудование для судна-носителя
- фрахт судна-носителя
- зарплаты и операционные расходы
- ледовая разведка и погодные данные
- картографическое обеспечение
- и прочая, и прочая
Вывод: г-н Раш экономил на спичках, резал косты, затягивал пояс потуже. Хотел ли он в бизнес-угаре поскорее выйти на прибыль или же искренне считал, что можно сделать «дешево и надежно» — мы уже не узнаем. Теперь наш главный обвиняемый нем, как рыба.
Кстати, на закуску: Polar Prince, судно-носитель — это древняя посудина 1959 года постройки (бывш. CCGS Sir Humphrey Gilbert), до 2001 года тянувшая лямку скромного постановщика буев в Канадской Береговой Охране. Его, конечно, подлатали и переоснастили в 2009, но выбор такого «старичка» кое-что да говорит о г-не Раше.
Выводы
Я не буду вытаскивать и приводить здесь все отсылки и замечания, которые появлялись в репортажах и материалах о OceanGate и ее руководителе, а просто суммирую то, что явно можно (было бы) предъявить г-ну Рокстону Рашу, не спустившись он вместе со своими клиентами на дно Атлантики:
- Пренебрежение системами связи и позиционирования или халатность в их установке/настройке/использовании
- Пренебрежение резервными системами (судя по всему, аварийный акустический и радиомаяк на судне отсутствовали)
- Халатность при проектировании элементов судна (люк, который запирался и открывался только снаружи — это самая яркая, но наверняка не единственная деталь)
- Пренебрежение нормативами и опытом подводных операций
- Пренебрежение (вероятно) полноценным циклом испытаний и сертификацией погружаемого аппарата
- Халатность (вероятно) при прочностных расчетах и/или оценке усталости конструкции (я совсем не прочнист, поэтому утверждать не буду — но заявленная имплозия, похоже, свидетельствует об этом)
И это только то, что буквально видно на поверхности. Я уверен в том, что если разбираться в этом инциденте дальше — всплывет еще больше подробностей потрясающе удивительной и преступной халатности.
Заключение
В интервью журналу Smithsonian в 2019 г-н Раш сказал следующее:
I had this epiphany that this was not at all what I wanted to do. I didn’t want to go up into space as a tourist. I wanted to be Captain Kirk on the Enterprise. I wanted to explore.
Стоктон Раш и его ЧСВ
К сожалению, перед нами не история первооткрывателя и покорителя новых вершин — Раш и его команда шли по опасному, но уже проторенному десятками других исследователей пути. Это не тот случай, когда человек находит в себе смелость (или лелеет свою гордыню) идти в неизвестность, быть первопроходцем, вернуться или погибнуть — и тем самым передать опыт тем, кто за ним последует. В случае с OceanGate мы имеем дело с халатностью, безалаберностью, пренебрежением и пустым д’артаньянством.
Безопасность на море (впрочем, как и любая другая сфера безопасности) написана кровью. Печально то, что эти жертвы приносятся даже тогда, когда грабли, на которые не надо наступать, уже любезно отмечены и промаркированы предыдущими поколениями. Поэтому г-ну Рашу, который так хотел быть капитаном Кирком, можно ответить только эмоцией капитана Пикарда.
P. S.
Я не претендую на абсолютную непогрешимость в своих тезисах, и готов учесть исправления и замечания от товарищей по индустрии или «морских волков», если такая поступит.
