OceanGate Titan: диванная аналитика

Запоздавший (немного) лонг на злобу дня.

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.

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:

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 (перевод не юридически точный, но достаточный для понимания деталей) :

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.

В распоряжении команды современного морского судна есть несколько вариантов определения местоположения в пространстве:

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:

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.

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:

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.

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:

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.

В интервью журналу Smithsonian в 2019 г-н Раш сказал следующее:

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.

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.