На пути к автономному судоходству

Полный текст

Введение Сегодня глобальный исследовательский интерес к области морских автономных надводных кораблей (MASS) резко возрастает [1; 2]. Мир уже работает над созданием автоматизированных кораблей, и это не новая идея на морском транспорте, но появление автономных кораблей влечет за собой целый ряд юридических проблем [3]. Экономические вопросы также не полностью решены. Прогнозируемый диапазон экономической целесообразности построения широкополосных каналов связи для передачи данных - 2026-2041 гг., в то время как стоимость автоматизированной обработки грузов достигнет нынешнего уровня расходов где-то между 2037 и 2101 гг. Наконец, стоимость среднеоборотного дизельного двигателя и двигателя на топливных элементах сравняется ориентировочно между 2025 и 2060 гг. [4]. Важным требованием для эксплуатации MASS является то, что они должны быть как минимум такими же безопасными, как и обычные корабли [5], главным образом за счет снижения так называемого человеческого фактора, признаваемого сегодня ключевой причиной аварий на водном транспорте [6]. Ведущими в мировых исследованиях сегодня являются норвежские [7], китайские [8], финские разработки [9], включающие как технические, так и логистические инновации. Например, концепция Vessel Train предусматривает использование обычного (экипажного) ведущего головного судна, за которым следует караван автономных [10]. Для применения беспилотных технологий на транспорте в России сегодня также созрели все технологические предпосылки, и в ближайшем будущем, после снятия нормативных ограничений и принятия соответствующих национальных и международных документов, станет возможным быстрое внедрение автономного судоходства. В настоящее время в рамках национальных проектов «разрабатываются технологии е-Навигации и а-Навигации, направленные на обеспечение лидерских позиций страны на мировом рынке»[*****]. При этом подразумевается трансформация профессии моряка в офисную работу за автоматизированным рабочим местом, когда необходимость выходить в морские рейсы отпадет, а управление судами будет происходить удаленно [11]. После внедрения автономных систем судовождения экипажи фактически будут переведены на сушу, что обеспечит не только экономию фонда заработной платы, но и существенное упрощение конструкции судов, увеличение полезного объема под грузы. «Все жилые и вспомогательные помещения обеспечения жизнедеятельности экипажа будут упразднены, что приведет к уменьшению водоизмещения судна с сохранением прежней грузоподъемности и дополнительной экономии топлива. Но самым главным станет безопасность (берегового) экипажа, переход от высокой интенсивности труда при круглосуточных вахтах к 8-часовому рабочему дню[†††††]». 1. Экономические аспекты Экономическая выгода для судовладельца базируется на сокращении численности персонала, обеспечивающего движение судна и отмене затрат по обеспечению экипажа на борту судна. Доля оплаты труда экипажей судов в международных морских перевозках в зависимости от класса и флага судна, а также типа перевозок составляет от «30 % (контейнеровозы, крупные суда)» до «70 % (портовые буксиры, малые суда)» от прямых расходов на перевозки[‡‡‡‡‡], на ВВТ от 30 до 50 %. По оценкам Минтранса, «снижение эксплуатационных расходов сократит рейсовые расходы судоходных компаний при переходе на а-Навигацию ориентировочно на 5 %. Совокупная себестоимость морских перевозок в России оценивается в 500 млрд руб. в год, что даст эффект в 25 млрд руб. в год»[§§§§§]. Однако, массовое сокращение экипажей судов потребует их переучивания и трудоустройства. Также важным плюсом автоматизации прогнозируется снижение на 80 % аварийности за счет уменьшения влияния человеческого фактора при управлении судами. «Убытки судоходных компаний от инцидентов на море, связанных с человеческим фактором, превышают 1,5 млрд долл. США в год (Allianz Global Corporate & Specialty AG, 2018). Оценка аналогичных убытков российских судовладельцев составляет 1,2 млрд руб. в год. Не менее 50 % таких инцидентов могут быть предотвращены благодаря использованию а-Навигации и е-Навигации, что составит 600 млн руб. в год предотвращенного ущерба»[******]. Также после быстрого успешного внедрения станет возможным экспорт российских технологий и продуктов в данной области. 2. Технические аспекты Для морских судов системы автоматического управления движением в открытом море уже созданы. Например, компания «Ситроникс КТ» за последние 2 года в рамках опытно-конструкторской работы (ОКР) «а-Навигация» создала систему для оснащения автономных морских судов. «Концепция а-Навигации - это совокупность технологий искусственного интеллекта, математического моделирования, распознавания и идентификации, позволяющая заменить человека в управлении судном»[††††††]. Разработка позволяет конвертировать в автономные не только вновь строящиеся, но и действующие суда. По заявлению производителей, установка такой системы не потребует докования флота и может быть произведена в сравнительно малое время при относительно небольших капитальных затратах. Вместе с тем большинство компонентов существующих систем состоит из импортных комплектующих, и одной из ближайших задач является перевод всей компонентной базы на отечественную. Береговая морская инфраструктура автономного судоходства опирается на созданную тестовую акваторию е-Навигации (ОКР «е-Море») и существующие электронные навигационные карты морских районов и акваторий, которыми пользуются все морские коммерческие суда («1176 единиц»[‡‡‡‡‡‡]). Необходимо дальнейшее совершенствование систем управления движением судов (СУДС), ГМССБ и АИС нового поколения на основе е-Навигации, средств автономного судовождения в порту для автоматической проводки и швартовки. Необходимо также оснащение портов диспетчерскими дистанционного управления флотом, для чего «потребуется развертывание дополнительных группировок спутников в районах эксплуатации автономных судов, сетей беспроводной связи стандартов WiMAX в акваториях и на подходах к портам»[§§§§§§]. Также в местах остановок автономного флота (порты, рейды) потребуется наличие ремонтно-диагностических бригад для осмотра, диагностики и наладки СЭУ и систем автоматики судна. На маршрутах следования автономных судов потребуется доступ аварийных бригад быстрого реагирования с использованием вертолетного транспорта. При наличии надежной спутниковой связи (доступ к спутниковым данным группировок GPS/ GLONASS/BAIDOO и др.), а также нормально функционирующих систем видеораспознавания на судне эксплуатация флота практически не потребует визуальную навигационную обстановку (буи, бакены, маяки). Для вновь строящихся судов должна быть конструктивно предусмотрена система автоматического приема и выдачи горюче-смазочных материалов и нефтесодержащих вод. Технические средства автоматизации швартовки/постановки на якорь только предстоит разработать, и сегодня в этом направлении идут активные работы (Япония, Финляндия). Технические аспекты на внутреннем водном транспорте схожи с морской спецификой, и система навигации морских судов также может быть доработана для применения на речных судах. Это потребует учета движения и расхождения судов в узкостях, малых задержек в системе управления, при необходимости - установки дополнительных подруливающих средств [11]. Так же как и для морского флота, установка системы управления судном не потребует слипования флота и может быть произведена в сравнительно малое время, речные порты нужно будет оснастить пунктами дистанционного управления судами, а в местах остановок автономного флота (порты, бункеровочные стоянки, шлюзы) потребуется наличие ремонтно-диагностических бригад для осмотра, диагностики и наладки СЭУ и систем автоматики судна. Береговая инфраструктура ВВТ уже сегодня опирается на Единую коллекцию электронных навигационных карт внутренних водных путей РФ (ОКР «Карта-Река»), которые активно формируются. 3. Сокращение численности экипажей Снижение эксплуатационных расходов за счет сокращения экипажей уже на первом этапе сократит рейсовые расходы судоходных компаний ориентировочно на 5-10 %. Доля оплаты труда экипажей судов в международных морских перевозках зависят от класса и флага судна, типа перевозок, но прежде всего - от объема груза (размеров судна). Для малых судов доля заработной платы в операционных расходах доходит до «50-70 % (портовые буксиры, малые суда, технический флот), для крупных судов она гораздо меньше - начинается от 6 % (контейнеровозы, крупные суда)» [12]. Аналогичная картина в национальном (российском) сегменте судоходства - доля заработной платы в расходах судовладельцев составляет около 5 %. Затраты на обеспечение работы судна составляют 42 %, рейсовые расходы, включая бункеровку, составляют еще 40 %. В этом смысле судоходство является более капиталоемким, чем трудоемкими бизнесом [13]. При установке на суда систем автономного управления движением станет возможно сокращение части экипажа команды мостика уровня эксплуатации (вахтенный рулевой), уровня управления (вахтенный офицер). Сокращать экипаж машинной команды на действующих судах будет возможно при наличии на судне уровня автоматизации не ниже АUT1, в некоторых случаях АUT2. Согласно требованиям морского Регистра: - если объем автоматизации позволяет эксплуатацию механической установки судна без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях и центральном посте управления; - автоматизация выполнена с применением компьютеров или программируемых логических контроллеров, отвечающих требованиям раздела 7 части XV «Автоматизация»; - автоматизация выполнена с применением компьютерной интегрированной системы управления и контроля, отвечающей требованиям раздела 7 части XV «Автоматизация». В этом случае возможно сокращение части экипажа уровня эксплуатации (вахтенный моторист) и уровня управления (вахтенный офицер). Сокращение матросов (или лиц, выполняющих якорно-швартовные операции) будет возможно только с появлением на судах систем автоматизации швартовых/стояночных операций. Сокращение экипажей действующих судов внутреннего водного плавания будет возможно при наличии на судне уровня автоматизации не ниже А1 (безвахтенное машинное отделение) и оснащении автоматикой швартовно-стояночных операций. В этом случае допустимо сокращение части экипажа уровня эксплуатации (рулевой-моторист, матрос), уровня управления (помощники механика, помощники капитана). 4. Действующие российские программы и проекты С конца 2020 г. находится на рассмотрении в правительстве проект постановления Правительства РФ от 5 декабря 2020 г. № 2031 «О проведении эксперимента по опытной эксплуатации автономных судов под Государственным флагом Российской Федерации», вместе с тем мероприятия эксперимента уже реализуются. Так, на расширенном заседании Коллегии Федерального агентства морского и речного транспорта и Общественного совета при Росморречфлоте руководитель ФАМРТ Лаврищев отметил, что «в 2020 г. стартовал эксперимент по испытанию автономных судов, создана тестовая акватория на Неве и Ладожском озере. ФГУП «Росморпорт» начал испытания оборудования, установленного на судах технического флота»[*******]. Пилотный проект запуска автономной линии между портами Калининград и Усть-Луга планируется в 2023 г. «До 31 декабря 2025 г. эксперимент пройдет также в Петербурге, Ленинградской, Астраханской, Магаданской, Мурманской, Ростовской, Сахалинской областях, а также в Краснодарском, Приморском и Хабаровском краях»[†††††††]. В рамках федеральной целевой программы «ГЛОНАСС» компания «Кронштадт Технологии» выполнила два важных государственных контракта по заказу Минтранса России, завершив создание тестовой акватории е-Навигации (ОКР «е-Море») и формирование Единой коллекции электронных навигационных карт внутренних водных путей РФ (проект «Карта-Река»). Опытно-конструкторская работа «е-Море» выполнялась группой компаний «Кронштадт» с 2016 по 2020 г. и заключалась в создании тестовой акватории, обеспечивающей всестороннюю проверку и отработку разрабатываемых навигационных, связных, информационных систем и комплексов судовой и береговой иерархической инфраструктуры в рамках глобальной концепции е-Навигации. Целью работы являлось повышение безопасности мореплавания и судоходства на водных путях Российской Федерации, а также рост эффективности морских перевозок. В результате выполненных работ «Минтранс России получил „полигон“ для отработки и тестирования цифровых решений, на котором будут аккумулироваться ведущие разработки для безэкипажного коммерческого судоходства»[‡‡‡‡‡‡‡]. В мае 2021 г. межведомственная рабочая группа при правительственной комиссии по модернизации экономики и инновационному развитию России одобрила финансирование проекта госпрограммы Национальной технологической инициативы в области создания платформы виртуального моделирования безэкипажного судовождения в размере «263 млн руб.»[§§§§§§§]. Проект выполняет компания «Кронштадт Технологии», соисполнителями являются ФГУП «Крыловский государственный научный центр» и научно-производственное предприятие «Авиационная и морская электроника». В апреле этого года группу разработчиков из «Кронштадт Технологии», занимающуюся морскими беспилотниками, купила АФК «Система». Компания Sitronics Group (входит в АФК «Система») позиционирует себя на третьем месте в мировом рейтинге разработчиков технологий автономного судоходства и «планирует инвестировать в этом году в данной области 700 млн руб.»[********]. Сегодня компанией создан комплекс систем для автономного судовождения в технической и программной части, оснащены четыре судна коммерческого и технического флота, проходит опытная эксплуатация решения в реальных условиях. Система автономного судовождения Sitronics Group номинирована на российскую независимую деловую премию в области цифровых технологий в категории «Разработка года». 5. Международные усилия Стратегический план Международной морской организации (ИМО) на 2018-2023 гг. включает «ключевое стратегическое направление „Интегрирование новых и передовых технологий в нормативно-правовую базу“» [14]. В 2017 г. по предложению ряда государств-членов Комитет ИМО по безопасности на море (КБМ) согласился включить в свою повестку дня вопрос о морских автономных надводных судах. Это было сделано для определения того, каким образом безопасная и экологически обоснованная эксплуатация морских автономных надводных судов (МАСС) может быть включена в документы ИМО. КБМ признал, что ИМО следует играть упреждающую и ведущую роль с учетом быстрых технологических изменений, связанных с внедрением коммерческих судов в автономном режиме (работающих без экипажа). В июне 2019 г. КБМ на своей 101 сессии утвердил Временные руководящие принципы испытаний морских автономных надводных судов (MASS). Среди прочего, в руководящих принципах говорится, что судебные разбирательства должны проводиться способом, обеспечивающим по меньшей мере такую же степень безопасности и защиты окружающей среды, как это предусмотрено соответствующими документами. Бортовые или удаленные операторы MASS должны иметь соответствующую квалификацию для их эксплуатации. «Любой персонал, участвующий в испытаниях, как дистанционных, так и бортовых, должен иметь соответствующую квалификацию и опыт для безопасного проведения испытаний»[††††††††]. С 4 по 8 октября 2021 г. в формате видеоконференции прошла 104-я сессия Комитета по безопасности на море Международной морской организации (КБМ104)[‡‡‡‡‡‡‡‡]. В мероприятии приняла участие межведомственная делегация Российской Федерации во главе с директором департамента государственной политики в области морского и внутреннего водного транспорта Минтранса России Виталием Клюевым. Успешно завершив регулятивный обзор в отношении использования морских автономных надводных судов (МАНС), а именно оценки необходимости внесения изменений в конвенции и кодексы ИМО для обеспечения возможности использования автономных судов, комитет рассмотрел несколько предложений государств о дальнейшей работе по этому направлению. Российская Федерация представила на КБМ104 два документа с предложениями приступить к разработке инструмента ИМО по МАНС. Также, учитывая итоги регулятивного обзора, на первом этапе предложено отдать приоритет рекомендательным руководствам по МАНС, чтобы дать возможность судоходной индустрии уже в ближайшее время приступить к эксплуатации автономных судов. Уже на следующей сессии года начнется прикладная работа с прицелом на разработку международного кодекса по МАНС обязательного характера к 2025 г. Англия. Компания Rolls-Royce с 2012 г. разрабатывает концепцию автоматизированных судов, причем оценивает разработку автоматизируемых судов как огромный шаг в уменьшении травматизма на море[§§§§§§§§]. 3 декабря 2018 г. Rolls-Royce совместно с финской государственной судоходной компанией Finferries продемонстрировали «первый в мире полностью автономный автомобильный паром Falco, действующий в море к югу от города Турку (Финляндия) в ходе пробного рейса. На судне использовались сенсорные датчики и искусственный интеллект для раннего обнаружения препятствий и предотвращения столкновений с объектами»[*********]. Судно также выполнило автоматическую швартовку с помощью недавно разработанной автономной навигационной системы. Обратный рейс осуществлялся на дистанционном управлении. Норвегия. «Полностью автоматизированный контейнеровоз норвежской компании Kongsberg Gruppe уже прошел ходовые испытания и готовится к первому самостоятельному походу в конце 2021 г.»[†††††††††]. Судно будет перевозить около ста контейнеров с удобрениями на расстояние до 120 км по маршруту, связывающему три морских порта в Норвегии. Его применение позволит сократить автомобильные перевозки дизельными автомобилями (до 40 тыс. рейсов грузовиков в год) при уменьшенных на порядок вредных выбросах. Япония. В марте - апреле 2021 г. на причале порта Оарай проведены демонстрационные испытания новой системы причаливания и отхода от причала в автоматическом режиме. «В проекте принимали участие компании Mitsui E&S Shipbuilding Co., Ltd. (MES-S), Mitsui O. S. K. Lines, Ltd. (MOL), Токийский университет морских наук и технологий, компания Akishima Laboratories Inc. и паромный оператор MOL Ferry Co., Ltd. [15]. Испытания проводились с участием крупного автомобильного парома Sunflower Shiretoko (MOL Ferry), валовым тоннажем 11 тыс. т на рабочем маршруте с использованием действующего причала»[‡‡‡‡‡‡‡‡‡]. Применяя виртуальные и реальные данные, система будет доводиться на действующих причалах с участием других типов судов с целью разработки универсальной технологии. Швеция. Компания ABB с 2021 г. «разрабатывает передовые решения в области автономного судоходства для научно-исследовательского судна института Monterey Bay Aquarium (MBARI) на базе распределенной системы управления System 800xA, которая объединяет цифровые системы контроля, регулирования мощности, движения, низковольтные распределительные системы и системы управления судном на единой платформе, позволяющие экипажу и береговым службам получать необходимую информацию для эффективной и безопасной эксплуатации судна»[§§§§§§§§§]. Также ABB «с 2020 г. разрабатывает технологические решения для сингапурской верфи Keppel Offshore & Marine для осуществления автономных буксирных операций»[**********]. США. Компания Sea Machines Robotics из США работает над системами управления военных беспилотных кораблей, созданием систем управления беспилотных аварийных кораблей, которые в составе группы смогли бы эффективно ликвидировать нефтяные пятна, разливы вредных веществ на море. Создана «автономная система управления SM300, которая установлена на борту буксира Rachael Allen (мощностью более 5000 л.с.) компании Foss Maritime (Сиэтл, США), четвертого из нескольких новых буксиров ASD-90, строящихся компанией Nichols Brothers Boat Builders в Фриленде, штат Вашингтон. В мае 2021 г. 90-тонный буксир Rachael Allen стал первым буксиром под флагом США, который интегрировал автономные системы в реальные коммерческие операции»[††††††††††]. Буксир будет работать в Калифорнии для обеспечения сопровождения танкеров. Компания IBM разработала «корабль без экипажа Mayflower с трехуровневой технологией: сенсорные датчики, машинное обучение в реальном времени и аналитика, а также механизм принятия решений. Для обучения моделей машинного обучения использовались петабайты данных»[‡‡‡‡‡‡‡‡‡‡]. Корабль должен обойти земной шар без участия человека до конца 2021 г. Мировой альянс MASSPorts. В августе 2020 г. образован международный альянс для решения проблем и достижения согласования стандартов испытаний и эксплуатации морских автономных надводных кораблей (Maritime Autonomous Surface Ships, MASS) в портах. В состав альянса вошли Китай, Дания, Финляндия, Япония, Нидерланды, Норвегия, Республика Корея и Сингапур. Альянс также курируют IMO, Международная ассоциация морских средств навигационного оборудования и маячных служб (IALA) и Международная ассоциация портов и гаваней (IAPH). Заключение Сегодня технологии автономного судоходства разрабатывает не так много стран, и у России есть реальная возможность стать ведущей в этой области. Снижение эксплуатационных расходов за счет сокращения экипажей уже на первом этапе сократит рейсовые расходы судоходных компаний ориентировочно на 5 %. Системы автономного судовождения для морских судов уже доступны, а для решения оставшихся технологических вопросов в России до 2025 г. планируется завершить натурные испытания опытных морских судов на автономном управлении, что обеспечит возможность массового внедрения технологий. Однако для эффективной модернизации действующего флота существуют серьезные ограничения. Заметное сокращение экипажа возможно только для вновь строящихся и относительно современных судов с уровнем автоматизации не ниже АUT2, доля которых под флагом морского коммерческого флота РФ составляет всего около 15 %. Модернизация существующих судов внутреннего водного плавания в автономные доступна сегодня для менее чем 2 % речного транспортного флота (суда с уровнем автоматизации А1), это значит, что автономный внутренний водный транспорт лишь предстоит построить. Необходимо помнить, что массовое сокращение экипажей судов в соответствии с действующим законодательством потребует их переучивания, а при необходимости - дальнейшего трудоустройства.

Об авторах

Алексей Борисович Володин

Российский университет транспорта

Email: ab.volodin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5202-7035

кандидат технических наук, доцент, директор Академии водного транспорта

Российская Федерация, 127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9

Сергей Вячеславович Преснов

Российский университет транспорта

Email: presnov@rivreg.ru
ORCID iD: 0000-0001-7945-3931

кандидат технических наук, заместитель директора научно-образовательного центра морского, внутреннего водного транспорта и технологий автономного судоходства

Российская Федерация, 127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9

Владимир Владимирович Якунчиков

Российский университет транспорта

Автор, ответственный за переписку.
Email: shneider1969@mail.ru
SPIN-код: 6396-4917

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой портовых подъемно-транспортных машин и робототехники

Российская Федерация, 127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9

Список литературы