Судоходство 2030: новые технологии в морской индустрии

Как будут выглядеть суда будущего? Эксперты утверждают, что мы стоим на пороге четвертой промышленной революции, которая привнесет новые технологии в морскую индустрию и навсегда изменит понимание мирового судоходства. Сейчас уже можно наблюдать серьезные изменения в отрасли, продиктованные климатическими проблемами и необходимостью соответствовать требованиям Международной морской организации (ИМО), касающимся снижения вредных выбросов с судов в атмосферу. Ресурс «Maritime Zone» выделил главные характеристики торгового флота в 2030-м году, собрал мнения экспертов о технологиях и материалах, которые будут использоваться в течение следующих 10 лет, а также дал ответ на вопрос, будет ли работа в море доступна для людей или членов экипажей полностью заменят роботы.

Гибридные силовые установки

Почти пять лет назад Регистр Ллойда в сотрудничестве с Университетом Саутгемптона представил знаменитый доклад «Глобальные тенденции в области морских технологий 2030» (GMTT 2030). В нем утверждается, что гибридные силовые установки в конечном счете вытеснят традиционные дизельные двигатели, потому что судоходство вынуждено принимать меры по сокращению выбросов углекислого газа (CO2) и оксидов азота (NOx).

Сегодня можно сказать, что прогноз был верен. Так, норвежский круизный оператор «Hurtigruten LTD» готовит к запуску два больших гибридных круизных лайнера «MS Roald Amundsen» и «MS Frittjof Nansen». Суда отправятся в первый рейс в 2019 и 2020 годах. Лайнеры длиной 140 метров оснащены гибридными двигателями, поэтому путешествия по потрясающим пейзажам Антарктики и Шпицбергена будут проходить в полной тишине.

Альтернативное топливо

Также на замену дизельным двигателям может прийти альтернативное топливо. Сегодня в мире исследуют и тестируют различные вещества. Например, консорциум «Green Maritime Methanol» изучает стоимость и целесообразность установки на борту метаноловых топливных систем. Они отобрали девять судов на стадии от проектов до реализованных моделей компаний «Boskalis», «Van Oord», Королевского флота Нидерландов и «Wagenborg Shipping». Длина судов варьируется от 40 до 160 метров, тоннаж – от 300 до 23 000 тонн; мощность от 1 до 12 МВт.

Но это не единственный новый вариант топлива: например, «Viking Cruises» строит первый круизный лайнер, работающий на жидком водороде. Судно длиной 230 метров сможет вместить 900 пассажиров и 500 членов экипажа.

Водородные топливные элементы, упомянутые в отчете GMTT 2030, недавно получили принципиальное одобрение для использования на морских судах от международного сертификационного и классификационного общества «DNVGL». Технология уже некоторое время устанавливалась на круизных лайнерах, снабжая энергией гостиничные зоны. Полученное одобрение касается водородных элементов ПОМ (протонообменная мембрана) мощностью от нескольких сотен киловатт до больших элементов в несколько мегаватт, поэтому сейчас разработчики смогут испытывать водородные топливные элементы в качестве альтернативной силовой установки для больших судов.

Кроме того, с приближением 2020 Global Sulphur Cap (директивы об ограничении максимального содержания серы в судовом топливе) стали активно строиться суда, работающие на СПГ. Сегодня в мире насчитывается 135 судов с гибридными СПГ-двигателями и 1 круизный лайнер, полностью работающий на СПГ – «AIDANova», принадлежащий «Carnival Cruises». Известно, что к 2025 будет построено еще 140 судов с гибридными СПГ-двигателями.

Создаются и более необычные виды топлива. В частности, контейнеровоз «Samskip Endeavor» компании «Samskip» в прошлом году впервые успешно выполнил рейс на топливе из переработанного растительного масла. По словам представителей компании, это позволило значительно  сократить выбросы углекислого газа, серы, сажи и черного углерода.  Вместе с тем в Америке ведется разработка биотоплива из водорослей с высоким содержанием масла. Создатели – американские компании  «ExxonMobil» и «Synthetic Genomics» – к 2025 году собираются достичь мощностей, позволяющих вырабатывать 10 тысяч баррелей водорослевого топлива в день. Использовать его смогут не только суда, но и грузовики и самолеты.

В целом эксперты, занимающиеся исследованиями топлива, сходятся во мнении, что в будущем суда должны стать крупнее и получить некие конструктивные особенности, чтобы вмещать резервуары для СПГ, водорода, метанола или другого альтернативного топлива. Однако первоначальная цель – снижение выбросов углекислого газа – будет достигнута уже к 2030 году.

Нанотехнологии и самовосстанавливающиеся материалы

По мнению специалистов, с появлением новых технологий в морской индустрии усовершенствуются материалы: сталь усилят антикоррозийными покрытиями; появятся новые композиты из алюминия, стекло- и углеродного волокна. С помощью таких материалов можно снизить расход топлива, улучшить гидродинамические свойства судна и предотвратить коррозию корпуса.

Авторы доклада «Судоходство 2030» также утверждают, что при строительстве судов будут активно использоваться самовосстанавливающиеся материалы. Это класс синтетических веществ, таких как полимеры, эластомеры, металлы (например, алюминиевые сплавы), керамика и т.  д. При повреждении они восстанавливают свою структуру на атомном или молекулярном уровне, что позволяет снизить стоимость ремонта.

В целом, судоремонт будет не таким частным явлением, так как суда будут проходить регулярные текущие инспекции с помощью дронов и технологии дополненной реальности (AR). Исполнительный директор Индийского регистра судоходства («IRClass») Арун Шарма, считает, что подобные проверки в режиме реального времени – хороший выход, поскольку они не будут нарушать работу судна и позволят обнаруживать проблему на ранней стадии.

Интернет вещей (IoT) в судоходной индустрии

Интернет вещей (IoT) – это еще одна технология, благодаря которой описанные дистанционные инспекции станут реальностью. Она означает подключение бортового оборудования к береговым системам для анализа данных с целью повышения производительности судна. Уже сейчас технология делает суда более быстрыми, безопасными и экономичными.

Исследование, проведенное «Inmarsat Maritime» в 2018 году, выявило, что 60% сотрудников судоходных компаний считают себя «отстающими» или «начинающими» в сфере  IoT технологий,  только 35% определили себя как «лидеры», а 5% – как «прогрессивные» пользователи Интернета вещей.

Однако эти неутешительные результаты вскоре изменятся: согласно исследованию, 47% операторов судов уже используют IoT для мониторинга расхода топлива, а большое число компаний планируют инвестировать в технологии IoT для контроля эксплуатационных расходов или прокладывания курса.

Тормозит развитие IoT в морской индустрии, в первую очередь, проблема кибербезопасности. Поскольку многие более старые устройства на борту не были разработаны для подключения к внешним сетям, они становятся легкой мишенью для кибератак.

Искусственный интеллект (ИИ) заменяет динамическое позиционирование

Еще более сложные технологии принимают управление на мостике. Системы управления судном на основе искусственного интеллекта (ИИ) развиваются на базе существующей технологии динамического позиционирования (DP). DP-консоли соединяются с передовым программным обеспечением и устройствами, которые могут обучаться, анализировать и прогнозировать будущее положение судна.

Эксперты предсказывают, что развитие искусственного интеллекта будет происходить по экспоненте, что позволит использовать компьютеры для анализа будущего курса и маневров судна, повышая ситуационную осведомленность экипажа и снижая аварийность.

Первые тесты этой технологии уже начались. В конце 2018 года 85-метровый паром «Folgefonn» успешно завершил испытания автоматической системы швартовки «Wärtsilä». Судно сделало три захода в порт, маневрировало в узких норвежских фьордах, подходило к причалу и швартовалось без помощи экипажа. Йонас Макконен, вице-президент «Wärtsilä Voyage Solutions», назвал это «огромным шагом в доказательстве состоятельности автономного судоходства».

Робототехника и автономные суда

Будет ли экипаж на борту торговых судов в 2030 году? Сделают ли новые технологии в морской индустрии и быстрое развитие искусственного интеллекта присутствие человека на борту ненужным?

Скорее всего, большинство судов будет иметь экипаж, хотя количество человек на борту сократится, а новые технологии будут ассистировать людям, что позволит избежать большинства привычных морских происшествий. Кроме того, наиболее опасные задачи будут выполняться роботами.

Эра морской робототехники уже начинает наступать. Например, военно-морская исследовательская лаборатория в сотрудничестве с «Virginia Tech» и другими университетами США недавно разработала судового автономного пожарного робота (SAFFiR). Он пока не может полностью заменить человека в пожаротушении, но способен работать в задымленных помещениях при температуре до 500°C, открыть пожарный вентиль, принести шланг или найти пострадавших в труднодоступных местах.

Другой робот – «HullBUG», разработанный «SeaRobotics» – востребован уже сегодня. Он эффективно очищает корпус судна и помогает снизить расход топлива. Технология представляет собой небольшое автономное устройство весом от 30 до 40 кг, которое имеет четыре колеса и прикрепляется к корпусу судна, создавая зону отрицательного давления между собой и днищем. «Жучок» ползает по поверхности корпуса и выполняет очистку от загрязнений. Навигация осуществляется с помощью датчиков.

Также ведется работа над роботизированным судном «MUNIN». Акроним расшифровывается как «Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks» (Морская беспилотная навигация через сети интеллектуальных систем). Дизайн судов разработан компанией «Rolls-Royce» в рамках одного из европейских проектов, посвященных развитию автономного судоходства.

«MUNIN» – это беспилотное грузовое судно с дистанционным управлением; его появление в графике развития автономного судоходства «Rolls-Royce» запланировано примерно на 2030-й год. К этому времени морское законодательство и технологии должны быть готовы к появлению морских автономных судов, – считают производители.

Кроме того, при поддержке Еврокомиссии разработан проект «Autoship», который включает в себя строительство и эксплуатацию двух R&A (беспилотных и автономных) судов, а также специально построенные для них береговые центры управления и эксплуатационную инфраструктуру.  Ожидается, что «Autoship» ускорит разработку следующего поколения – океанских автономных судов, продемонстрировав их возможности в реальных условиях. Кроме того, целью проекта является доказать, что беспилотники по крайней мере так же безопасны, как и суда с экипажем. Первые грузовые суда в рамках «Autoship» будут спущены на воду в 2020 году. На первом этапе проекта их работу будут контролировать экипажи из 7-14 человек, а через 3,5 года они должны стать полностью автономными.

Пока большие корпорации ведут дальнейшую работу над технологиями, в мае первое, хоть и небольшое автономное судно совершило рейс: так 12-метровый «Maxlimer» компании «SEA-KIT International Ltd» прошел из Мерсеи (Великобритания) в Остенде (Бельгия) за 22 часа. Теплоход был спроектирован и простроен «Hushcraft Ltd» в Толлсбери (Эссекс, Великобритания) с целью демонстрации возможностей автономной навигации при помощи GPS и спутниковой связи на загруженном морском маршруте. Во время транзита система контроля позволила оператору удаленно получать доступ к видеоматериалам, тепловизионным изображениям, а также в реальном времени следить за обстановкой на беспилотном судне.  На его борту находился символический груз – 5 килограммов устриц, хотя теплоход способен принять до 2,5 тонн груза.

– Следить за появлением новых современных технологий, несомненно, стоит, – считают в Российском профессиональном союзе моряков (РПСМ). – Они уже сейчас формируют новое лицо индустрии и влияют на работу моряков.  Однако несмотря на их быстрое развитие, еще далеко то время, когда члены экипажа на борту будут не нужны. Так, автономным теплоходам требуется собственная инфраструктура (новые терминалы, обслуживающие инженеры, береговые диспетчерские центры, интеграция в электросеть), – а до этого еще далеко.