Подводные заводы вместо шахт: как Россия планирует осваивать ресурсы океанского дна

Российские учёные рассматривают сценарий, при котором добыча ресурсов на больших глубинах будет происходить не по привычной схеме «добыли — подняли на поверхность», а непосредственно на океанском дне. Для этого в будущем могут появиться целые комплексы автономных роботов и автоматизированных подводных производств. Что именно хотят построить на глубине в несколько километров и почему без искусственного интеллекта такой проект практически невозможен?

Освоение Мирового океана постепенно перестаёт быть исключительно задачей океанологов. По мере развития технологий внимание учёных и промышленности всё больше смещается от изучения морского дна к вопросу о том, как использовать его ресурсы.

Речь идёт не только о традиционной добыче нефти и газа на шельфе. На больших глубинах находятся минеральные ресурсы, которые потенциально могут использоваться в промышленности, энергетике и высокотехнологичном производстве. Однако сама доставка добытого сырья с глубины в несколько километров делает подобные проекты крайне сложными и дорогими.

Именно поэтому российские учёные предлагают задуматься о принципиально иной модели — перерабатывать часть добытого сырья непосредственно под водой.

Об этом рассказал вице-президент Российской академии наук, председатель Дальневосточного отделения РАН академик Юрий Кульчин. По его словам, в перспективе на океанском дне могут появиться автоматизированные производства, способные работать практически без постоянного присутствия человека.

Почему завод может оказаться на дне океана

Сегодня логика большинства добывающих проектов достаточно проста: оборудование извлекает ресурс, после чего сырьё доставляется на поверхность для дальнейшей переработки.

На большой глубине такая схема сталкивается сразу с несколькими проблемами.

Чем глубже находится месторождение, тем сложнее становится строительство и обслуживание инфраструктуры. Оборудование испытывает огромное давление, а любые аварийные или ремонтные работы превращаются в серьёзную техническую операцию.

Кроме того, подъём больших объёмов сырья на поверхность требует мощных транспортных систем. В некоторых случаях экономически может оказаться выгоднее сначала отделить ненужную породу, подготовить концентрат или провести первичную переработку непосредственно на месте добычи.

Именно эту идею и описывает Юрий Кульчин.

По словам академика, в будущем подводная промышленная инфраструктура может стать продолжением добывающего комплекса: роботизированные машины будут извлекать ресурс, доставлять его к автоматизированной установке, а уже там сырьё будет проходить первичную обработку.

«На дне надо создавать новые автоматизированные заводы — подводные заводы», —

заявил Кульчин.

Таким образом, речь идёт не о строительстве привычного завода в буквальном смысле, где работают люди, а о герметизированном технологическом комплексе, который сможет функционировать в автономном или полуавтономном режиме.

Рабочий день — на глубине в километры

Главным элементом такой системы станут роботы.

На глубине человек сталкивается с фундаментальным ограничением: давление воды возрастает с каждым десятком метров. На километровых глубинах оно уже измеряется сотнями атмосфер. Поэтому привычная техника, электроника и механические системы требуют специальной защиты.

Но даже создание прочного корпуса — только часть задачи.

Подводному роботу необходимо самостоятельно ориентироваться в пространстве, распознавать объекты, строить карту местности, контролировать состояние оборудования и реагировать на нештатные ситуации.

Именно здесь появляется искусственный интеллект.

Предполагается, что перспективные автономные аппараты смогут самостоятельно выполнять значительную часть операций: обследовать дно, находить интересующие участки, взаимодействовать с добывающим оборудованием и передавать данные на поверхность.

В отличие от современных дистанционно управляемых аппаратов, постоянное присутствие оператора для каждого действия в такой системе необязательно.

Часть решений машина должна будет принимать непосредственно на месте.

Почему обычный дистанционный робот здесь не подойдёт

На относительно небольшой глубине оператор может управлять подводным аппаратом практически в режиме реального времени. Но с увеличением расстояния между человеком и машиной возрастает значение автономности.

Подводная система должна уметь работать в условиях ограниченной связи, плохой видимости и сложного рельефа.

Радиосигнал, который без проблем распространяется в атмосфере, под водой передаётся на большие расстояния значительно хуже. Поэтому для связи используются специальные акустические, оптические и кабельные технологии.

Получается парадокс: чем дальше робот уходит от поверхности, тем меньше возможностей постоянно контролировать каждое его действие.

Следовательно, глубоководный робот должен становиться не просто дистанционно управляемым манипулятором, а самостоятельной интеллектуальной машиной.

Ему предстоит оценивать обстановку, выбирать оптимальный маршрут, обнаруживать препятствия и при необходимости прекращать работу.

Энергия — ещё одна проблема

Отдельный вопрос — энергоснабжение.

Любой подводный завод потребует значительного количества энергии. Электричество понадобится не только для движения роботов, но и для насосов, перерабатывающего оборудования, систем связи, освещения, вычислительной техники и обеспечения безопасности.

Постоянно доставлять топливо с поверхности было бы сложно и дорого. Прокладывать кабели тоже возможно далеко не во всех районах и не для каждого типа проекта.

Поэтому перспективные глубоководные комплексы потребуют новых энергетических решений.

В зависимости от конкретного района и назначения оборудования потенциально могут использоваться кабельное энергоснабжение с поверхности, автономные энергетические установки или комбинация различных источников.

Для полностью автономной промышленной системы это одна из ключевых технологических задач.

Какими могут быть «подводные заводы»

Важно понимать: речь необязательно идёт о гигантском производственном здании, которое будет стоять на морском дне.

Подводный завод будущего скорее может представлять собой сеть соединённых между собой автоматизированных модулей.

Один аппарат занимается разведкой.

Другой извлекает сырьё.

Третий транспортирует его к перерабатывающему модулю.

Четвёртый выполняет сортировку или первичную переработку.

Пятый следит за состоянием оборудования и проводит техническое обслуживание.

Вся система при этом связывается единой цифровой платформой.

Такой подход позволит постепенно масштабировать производство. Если потребуется увеличить производительность, необязательно строить новый гигантский комплекс — достаточно будет добавить дополнительные модули и роботов.

Именно модульность может стать одним из главных преимуществ подводной промышленной инфраструктуры.

Человек останется на поверхности

Полностью исключать людей из таких проектов не означает, что они станут ненужными.

Наоборот, человеческая роль может сместиться с непосредственного выполнения операций на управление всей системой.

На поверхности будут находиться центры управления, инженеры, программисты, геологи, океанологи и специалисты по обработке данных.

Они будут получать информацию от множества автономных аппаратов, контролировать состояние системы и вмешиваться в работу в тех случаях, когда алгоритмы не смогут самостоятельно решить проблему.

Фактически может появиться новая модель промышленности: люди управляют производством на поверхности, а машины физически выполняют большую часть работы на глубине.

Россия уже развивает необходимые технологии

Проект подводных заводов не существует отдельно от других направлений отечественной океанологии.

Как следует из слов Юрия Кульчина, Дальневосточное отделение РАН разработало концепцию федеральной программы «Перспективные методы и средства изучения и освоения ресурсов Мирового океана».

Документ уже передан в Министерство природных ресурсов. Учёные также взаимодействуют с Росрыболовством и компаниями, работающими на нефтегазовом шельфе.

Это важно потому, что освоение океана требует объединения сразу нескольких отраслей.

Здесь нужны геологи и океанологи, специалисты по робототехнике, судостроению, энергетике, искусственному интеллекту, материаловедению и связи.

Фактически речь идёт о создании новой технологической экосистемы.

От робота-рыбы до подводной промышленности

Одним из направлений, способных стать основой будущих систем, является создание небольших автономных аппаратов.

Российские разработчики уже создают роботов, способных перемещаться под водой и ориентироваться с использованием камер и сонаров.

Подобные технологии имеют принципиальное значение.

Чем больше автономных устройств будет работать в океане, тем меньше необходимость отправлять на глубину дорогостоящие пилотируемые аппараты или постоянно использовать крупные суда обеспечения.

В перспективе один оператор на поверхности сможет контролировать сразу целую группу машин.

Это уже будет не отдельный робот, а подводный роботизированный рой.

Такая система потенциально сможет обследовать огромные площади морского дна значительно быстрее, чем это делают отдельные исследовательские аппараты.

Главная проблема — материалы

Однако между экспериментальным роботом и полноценным подводным заводом лежит огромная технологическая дистанция.

Обычная промышленная техника рассчитана на работу в относительно комфортных условиях. Под водой всё иначе.

Материалы постоянно испытывают высокое давление, низкие температуры, коррозию и воздействие морской воды.

Даже обычное соединение деталей превращается в инженерную задачу.

Особенно сложно обеспечить долговременную работу электроники, гидравлики, двигателей, аккумуляторов и датчиков.

Поэтому одной из ключевых задач, о которых говорит Кульчин, является создание материалов и механизмов, способных длительное время функционировать в экстремальной среде.

Причём речь идёт именно о длительной эксплуатации.

Одно дело — отправить аппарат на глубину на несколько часов или дней.

Совсем другое — создать систему, которая должна работать там месяцами или годами, практически не поднимаясь на поверхность.

Экономика может оказаться важнее самой технологии

Даже если инженерам удастся создать надёжный подводный завод, останется главный вопрос: будет ли это выгодно?

Освоение морского дна чрезвычайно дорого.

Понадобятся специализированные суда, роботизированные комплексы, энергетическая инфраструктура, системы связи и обслуживания.

Поэтому переход от экспериментов к промышленной эксплуатации будет зависеть не только от научного прогресса, но и от стоимости добываемых ресурсов.

Именно здесь идея переработки сырья на дне приобретает экономический смысл.

Если удастся отделять пустую породу или концентрировать полезный компонент непосредственно на месте добычи, на поверхность можно будет отправлять уже значительно меньший объём материала.

Это способно снизить затраты на транспортировку.

Однако насколько значительной окажется экономия, будет зависеть от конкретного месторождения, глубины, состава сырья и используемой технологии.

Что находится на морском дне

Океанское дно представляет интерес не только как пространство для научных исследований.

На больших глубинах обнаружены различные минеральные образования, включая полиметаллические конкреции и другие скопления полезных компонентов.

Интерес к ним связан с наличием металлов, которые используются в современной промышленности.

Но одновременно их добыча вызывает экологические вопросы.

Морское дно — сложная экосистема, о которой человечество знает значительно меньше, чем о поверхности суши.

Любое масштабное вмешательство может повлиять на донные организмы, осадочные породы и пищевые цепочки.

Поэтому будущая подводная промышленность столкнётся не только с инженерными, но и с экологическими ограничениями.

Океан становится новым промышленным фронтиром

Сегодня большая часть мировой экономики сосредоточена на суше. Но доступные месторождения постепенно истощаются, а промышленность требует новых ресурсов.

Это заставляет государства и корпорации смотреть в сторону Арктики, глубоководных районов и других сложнодоступных территорий.

При этом океан отличается от любой сухопутной территории.

Там нельзя просто построить дорогу, поставить экскаватор и начать работу.

Каждый элемент инфраструктуры приходится создавать с учётом давления, температуры, течений, коррозии и отсутствия прямого доступа человека.

Именно поэтому освоение океана неизбежно связано с роботизацией.

Подводный завод — это уже не фантастика, но и не ближайшая стройка

Академик Юрий Кульчин оценивает появление подобных технологий как перспективу ближайших десятилетий.

Это принципиальная оговорка.

Сегодня речь не идёт о том, что в ближайшие годы на дне Тихого океана появятся полноценные промышленные предприятия.

Пока создаются отдельные элементы будущей системы — автономные роботы, подводные манипуляторы, системы навигации, сонары, средства связи и технологии длительной работы оборудования.

Но именно из этих компонентов постепенно складывается принципиально новая модель освоения океана.

Сначала человек научился отправлять на глубину аппараты.

Затем — управлять ими с поверхности.

Следующим этапом становится автономность.

И только после этого появляется возможность говорить о полноценном роботизированном производстве.

Каким может стать океан через несколько десятилетий

Если технологические проблемы удастся решить, промышленный океан будущего может выглядеть совсем не так, как привычные сегодня морские платформы.

Вместо постоянного присутствия больших экипажей — автономные аппараты.

Вместо единичных машин — целые группы роботов.

Вместо подъёма всего добытого сырья на поверхность — его предварительная переработка непосредственно на глубине.

Вместо постоянного ручного управления — искусственный интеллект, способный самостоятельно выполнять типовые операции.

Человек при этом останется координатором всей системы, находясь за сотни или тысячи километров от места добычи.

Однако до такого сценария предстоит решить множество вопросов — от создания сверхнадёжных материалов до энергетики, связи, безопасности и экологического контроля.

Главный вопрос будущего освоения океана заключается уже не в том, сможет ли человек добраться до больших глубин. Это человечество уже научилось делать. Вопрос в другом: сможет ли оно создать машины, которые будут способны долго и самостоятельно работать там без постоянного участия человека.

Именно от ответа на него зависит, останется ли глубоководный океан прежде всего объектом научного изучения или постепенно превратится в ещё одну промышленную среду.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что Россия сегодня изучает на Луне и Марсе: вода, пыль, грунт и тайны двух соседних миров