Augusti viimasel päeval tehti meie rannikuvetes ajalugu: esimene isesõitev laev sõitis üle mere, Keri saarele. Mitmeaastane autonoomse veesõiduki prototüübi arendustöö on kulgenud õiges suunas, nentisid töörühma liikmed. Ees ootab turukõlbliku tootmismudeli väljaarendamine ning veelgi keerukamad missioonid. Kirjutab kaasautor Ants Vill.
Isesõitvate laevade arendamisega tegelevad paljude suuremate mereriikide ülikoolide teadlasrühmad ja rida laevandusettevõtteid. Põhjus on lihtne – üha kasvava globaalse kaubanduse suurenevad veomahud ja vajadus kärpida vedude kulusid. Hinnanguliselt kulgeb kaupade tee sihtkohta vähemal või suuremal määral veeteed kasutades ca 80 protsendil juhtudest. Autonoomsete laevade puhul saab tuntavalt vähendada personalikulusid ja ka kulutusi meeskondade väljaõppeks ning turvalisuse tagamiseks. Lisaks vabastaks isesõitvad laevad suure hulga inimesi kohati väga üksluisest, raskest ning ohtlikust tööst, mis liiatigi eeldab nende kauast ning sagedast eemalviibimist nii peredest kui igapäevastest elumugavustest. Ehkki Eestis tegeldakse edukalt nii autonoomsete pakirobotite kui isesõitvate autode arendamisega, ei ole meil varem isejuhtivat veesõidukit arendatud.
„Viimane aeg oli selle rongi peale hüpata, viimased vagunid on mööda veeremas,” ütles Indrek Roasto, Tallinna Tehnikaülikooli (TTÜ) elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi doktorist vanemteadur, kes on iselaeva projekti ülikoolipoolne projektijuht. „Meile sai selgeks, et kui nüüd ei tegutse, tuleb edaspidi neid seadmeid kalli raha eest sisse ostma hakata,” märkis ta.
Roasto sõnul tegutsevad paljud riigid intensiivselt isesõitvate aluste arendamisega. Norra on näiteks kavandanud, et laevad, mis kannaksid kaht merekonteinerit, võiks välja tulla juba tuleval aastal. Taani plaanib rakendada autonoomseid aluseid rohketel praamivedudel. Esialgu kavandatakse mehitatud autonoomseid laevu, kus meeskond saaks vajadusel juhtimise üle võtta. Ühtlasi täidaksid nad ka teenindavaid kohustusi. Madalmaades plaanitakse kasutada selliseid aluseid arvukatel kanalitel ja jõgedel. Soomes, Rootsis ja Norras on eraldatud spetsiaalsed merealad isesõitvate laevade katsetamiseks. Testitakse navigeerimist, automaatsildumist, laadimist ning lossimist.
„Siiski läheb suurte laevade puhul veel hulk aega, enne kui need täiesti autonoomseks muutuvad. Esimesed suured laevad juba sõidavad ise. Aega võtab nende testimine ja autonoomsuse tõstmine. Arvan, et esimesed sellised laevad võetakse käiku Läänemerel, sest siin on hästi palju liiklust ning lühikesed ülesõidud,” ütles Heigo Mõlder, kes on isesõitmisprintsiibi veesõidukil rakendamise idee üks algatajatest. Suurtel meredel ja ookeanidel on iselaevade arendamisel probleem, et kallastest kaugel saab kasutada navigeerimiseks vaid satelliitsidet, see on aga suhteliselt kallis.
Punane ja must
Parasjagu ülikooli töökojas olev laev ise on kahe 2,5 meetri pikkuse punaseks värvitud klaasplastist kerega katamaraan, millel laiust 1,1 meetrit. Niisugused mõõdud on valitud, et veerandtonnise veeväljasurvega laeva oleks mugav järelhaagisega vedada. Tekiehituseks on profiilalumiiniumist raam, millele on püstitatud antenne ja navigatsiooniseadmeid kandev lüheldane mast. Raamile on kinnitatud kokkupõrke vältimiseks ultraheliandurid. Masti jalamil on tüseda diplomaadikohvri mõõtu tagasihoidlikust mustast plastikust hermeetiline konteiner. See on kogu isesõitva laeva arendamise projekti kõige olulisem osa – autonoomne juhtimissüsteem koos navigatsiooniseadmetega. Süsteem peab juhtima laeva sihtkohta ja samas vältima teel olevad takistusi, olgu liikuvaid või ka seisvaid.
NYMO-l on laevade jälgimis- ja navigatsioonisüsteemi AIS seade. See GPS-tehnoloogial põhinev automaatsüsteem võimaldab suurte laevadega võrreldes tillukest alust jälgida nii mereseirel kui ka teistel alustel. Samuti saab NYMO selle abil jälgida mereliiklust mitmekümne miili raadiuses. Kokku on laeval kolm GPS-seadet, millega saab laeva asukohta määrata soodsamatel juhtudel isegi kuni kahemeetrise täpsusega.
Lähimat ümbrust jälgitakse ringikujuliselt paigutatud ultrahelianduritega, mis sarnanevad autodel parkimissüsteemides kasutatavatega, kuid on suurema tegevusraadiusega ning merekindlad. AIS-i ja ultrahelisensorite poolt kaetavate alade vahele jääb aga piirkond, mille seiramiseks alles otsitakse sobivaid vahendeid. Nimelt on alus nii väike, et kõigub lainetes tugevalt. Nii näitaks meetrikõrguse masti otsa paigutatav lidar, mida edukalt kasutatakse isesõitvatel autodel suurema osa ajast, vaid taevast või laineorgusid.
„Projekti järgmises etapis plaanime võtta kasutusele kompleksse sensorite süsteemi, mis ühendaks näiteks stereokaamerad, lidarid ja muud võimalikud vahendid ühtseks pildiks, millest keerulisemad algoritmid – hägus loogika või tehisnärvivõrgud – sõeluks välja edukaks navigeerimiseks vajaliku info,” rääkis Tanel Jalakas, kes osaleb iselaeva idee arendamises alates esimestest katsetustest, kui enam kui kolm aastat tagasi osaleti mängulaevamudeliga Skeemipesa häkatonil TechnoHack. „Siis saime julgust, et idee kõige kandvam osa töötab,” ütles Jalakas.
Juhtimissüsteem on üles ehitatud mitmekihilisena. Alumisel tasemel toimubki sensorite andmete analüüs ja esmane juhtimine nende info alusel. Ülemistel tasemetel toimub aga juba mõtestatum tegevus – laeva ümbritseva olukorra analüüs ning selle põhjal juhtimisotsuste langetamine. „Merenduses on reeglid väga selgelt paigas, need on süsteemi käitumisalgoritmide aluseks,” märkis Jalakas.
Projekti järgmises faasis tuleb lahendada laeva juhtimise probleemid sadamas, oma kaikoha ülesleidmine, automaatne sildumine ning juhtmevaba laadimine.
Musta kohvrisse paigutatud juhtimissüsteem on kogu iselaeva kontseptsiooni aju. Projekti üks põhiidee on nimelt arenduse modulaarsus – et selline kompaktne juhtimissüsteem on lihtsalt ümber tõstetav ka mõne teise aluse peale.
Laevakeresse on mahutatud jõuseadmete energiaallikaks olevad mahukad akud (kogumahtuvusega 80 Ah, 48 V), tüürservod ning elektrimootorite kontroller. Laeva veavad edasi kaks 1,5 kW võimsusega püsimagnetitega harjavaba kolmefaasilist asünkroonmootorit. Nende tööpinge on 48 volti. „Selline pinge sai valitud kadude vähendamise eesmärgil. Kõrgema pinge puhul on voolutugevused sama võimsuse juures väiksemad. Seega on väiksemad ka kaod juhtmetes,” selgitas jõuelektroonika spetsialist Indrek Roasto.
Ta märkis, et sellise tööpingega seadmeid ei ole eriti saada, kuna 48 V ei ole nii laialt levinud pinge kui seda on 12 V või 24 V.
Laevakere ja ajamid on projekteeritud inseneribüroos MEC Insenerilahendused OÜ. Klaasplastist korpus on toodetud ettevõttes Composite Plus OÜ. Esmane juhtimissüsteem töötati välja projekti varasemas staadiumis koostöös tehnikaülikooli Saaremaal asuva väikelaevaehituse kompetentsikeskusega (SCC). Kasu oli kahepoolne. SCC kasutas alust isemanööverduskatsete väljaarendamiseks avaveel ning hiljem jätkasid TTÜ teadlased laeva autonoomseks muutmise ja situatsiooniteadlikkuse õpetamisega.
Sihid ja eesmärgid
Kevadel 2018 alanud ning tuleva aasta märtsini kestva projekti eesmärk on arendada välja isesõitva autonoomse laeva prototüüp koos energia- ja juhtimissüsteemidega. Ühtlasi on tegu rakendusuuringuga, mille jooksul testitakse iselaeva erinevaid kontseptsioone ja rakendusi. Projekti loogiliseks jätkuks oleks tootearendus, et kahe aasta pärast jõuda uue tootega turule.
Kaugem siht pole siiski suurte ookeanilaevade isesõitvaks arendamine, vaid meil siin Läänemerel kasutatavate väiksemate aluste väljatöötamine ning nendele tegutsemisvaldkondade leidmine. „Kui praeguse aluse kandevõime on 100 kilo ringis, siis tootmisse minev alus peaks mahutama kaks euroalusetäit kaupa,” ütles arendusgrupi liige vanemteadur Tanel Jalakas, kes on samuti TTÜ elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudist, nagu pea kõik töörühma liikmed. Plaanitava iselaeva peamine tegevusvaldkond võikski olla kaubavedu väikesaarte vahel. Samuti keskkonnaseire ning vajadusel ka merepääste. „Oleme NYMO-ga proovinud pukseerida 500 kilost kummipaati, sai väga hästi hakkama,” märkis Heigo Mõlder. Päästetöödel võiks alus toimetada näiteks avariipaika päästevahendeid ning pärast aidata kaasa päästetute evakueerimisel.
„Eriti võiks selline alus sobida kasutamiseks Soomes, kus on palju saari ja kesämökkisid. Sellise alusega saaks tuua kohale toitu, ja näiteks ehitusmaterjale, samuti viia saartelt ära prügi, millega on alati palju probleeme. Keegi ju ei taha oma kallis paadis haisvaid prügikotte vedada,” märkis Mart Enok, arendusrühma Hyrlese-poolne projektijuht. Hyrles OÜ on Jüris asuv metallitöötlemisettevõte, kes on huvitatud uute aluste tootmissevõtmisest ja juba pikemalt selles projektis osalenud. Mart Enok ise on insener, kes on osalenud Pranglile käiva laeva Wrangö ja Piirisaare laeva Koidula projekteerimisel.
Eesti esimene iselaev NYMO tõestas Keri saarele sõitmisega, et isesõitmise kontseptsioon ja juhtimissüsteemid ning jõusüsteem töötavad ka avamere nõudlikes tingimustes. Leppneeme sadamast Kerile (üks ots ligi 20 kilomeetrit, kokku 40 kilomeetrit) sõitis alus kiirusega neli sõlme, tagasi tuli kolmesõlmese kiirusega.
„Katsetasime erinevaid sõidurežiime. Väiksema kiiruse juures on energiakulu väiksem. Laev hoiab küll kurssi automaatselt, aga vastutuule korral on energiakulu palju suurem, sest laev ise on kerge,” ütles Roasto.
NYMO kannatab rahulikult isegi kuni 1,5 meetri kõrguseid laineid, sõidukaugus praeguse akupakiga on ligi 50 kilomeetrit. NYMO-t saatis sellel tõsisel katsel arendusgrupp kaatril, sõitu jälgiti ka drooniga. Laev ei sõitnud tühja, vaid viis Kerile mitukümmend kilo küttepuid, millega kavatseti süüdata lõke Keri majaka 300. aastapäeva tähistamiseks. Tegelik lõke aga süüdati siiski ümberehitatava elamu lammutamisjääkidest, kuivad küttepuud läksid suveasukatele hinnatud pliidi- ja saunapuudeks.
Kokkuvõtteks
„Praegu oleme arendusega umbes poole peal. Keerulisemate ülesannete lahendamine on alles ees. Nüüd tulevad sellised osad, mis väga palju välja ei paista. Laeva juhtimissüsteemi nutikust tuleb veel tugevalt arendada, samuti vajab täiustamist laeva energia juhtimissüsteem,” võttis projekti TTÜ-poolne juht Indrek Roasto asjade seisu kokku ning kutsus kõiki asjast huvitatuid projekti järgmises faasis kaasa lööma.
NYMO tehnilised andmed
Pikkus 2,5 m
Laius 1,1 m
Süvis 0,36 m
Veeväljasurve 250 kg
Kandevõime kuni 100 kg
Suurim kiirus 7 sõlme (13 km/h)
Töökiirus 3 sõlme (5.6 km/h)
Autonoomsus töökiirusel 24 h
Sõiduulatus kuni 100 km
Pukseerimisvõime kuni 500 kg
Isesõitva laeva NYMO arendamine
Projekti partnerid:
Hyrles OÜ
MEC Insenerilahendused OÜ
Tallinna Tehnikaülikool
Euroopa regionaalarengu fond, Archimedes
Eelarve: ca 500 000 eurot
Arendusmeeskond:
Indrek Roasto, PhD – TTÜ Elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi vanemteadur, TTÜ-poolne projektijuht
Tanel Jalakas, PhD – TTÜ Elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi vanemteadur
Heigo Mõlder, PhD – TTÜ Elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi insener
Taavi Möller, MSc – TTÜ Elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi insener
Mart Enok, MSc – Hyrles OÜ poolne projektijuht
Kommentaarid on suletud