Подводный аппарат с дистанционным управлением (ROUV) [ нужна ссылка ] или аппарат с дистанционным управлением (ROV) — это свободно плавающий подводный аппарат, используемый для выполнения подводного наблюдения, инспекций и физических задач, таких как работа клапанов, гидравлические функции и другие общие задачи в подводных условиях. нефтегазовая промышленность, военное, научное и другое применение. ROV также могут нести наборы инструментов для выполнения конкретных задач, таких как втягивание и соединение гибких выкидных линий и шлангокабелей, а также замена компонентов. [1]
Это значение отличается от транспортных средств с дистанционным управлением , работающих на земле или в воздухе. [ нужны разъяснения ] ROV являются незанятыми, обычно очень маневренными и управляются экипажем либо на борту судна/плавучей платформы, либо на близлежащей суше. Они распространены в глубоководных отраслях, таких как морская добыча углеводородов . Обычно, но не обязательно, они связаны с принимающим кораблем нейтрально плавучим тросом или, часто при работе в суровых условиях или на большей глубине, вместе с системой управления тросом (TMS) используется несущий груз шлангокабель . TMS представляет собой либо устройство типа гаража, которое содержит ROV во время спуска через зону заплеска , либо, на более крупных ROV рабочего класса, отдельный узел, установленный наверху ROV. Целью TMS является удлинение и укорачивание троса, чтобы свести к минимуму эффект сопротивления кабеля при наличии подводных течений. Пупочный кабель представляет собой бронированный кабель, содержащий группу электрических проводников и оптоволоконных кабелей, по которым передается электроэнергия, видео и сигналы данных между оператором и TMS. При использовании TMS затем передает сигналы и питание для ROV по привязному кабелю. Попав в ТНУ, электроэнергия распределяется между компонентами ТНУ. Однако в приложениях с высокой мощностью большая часть электроэнергии приводит в движение мощный электродвигатель, который приводит в действие гидравлический насос . Затем насос используется для приведения в движение и для приведения в действие оборудования, такого как динамометрические инструменты и манипуляторы, где электродвигатели было бы слишком сложно установить под водой. Большинство ROV оснащены как минимум видеокамерой и освещением. Дополнительное оборудование обычно добавляется для расширения возможностей автомобиля. К ним могут относиться гидролокаторы , магнитометры , фотоаппараты, манипуляторы или режущие рычаги, пробоотборники воды и инструменты, измеряющие прозрачность воды, температуру воды, плотность воды, скорость звука, проникновение света и температуру. [2]
В сфере профессионального дайвинга и морских контрактов используется термин «дистанционно управляемый аппарат» (ROV). [3] [4] [5] [1]
Погружные ROV обычно подразделяются на категории в зависимости от их размера, веса, возможностей или мощности. Некоторые распространенные рейтинги:
Погружаемые ROV могут находиться в «свободном плавании», когда они работают с нейтральной плавучестью на тросе от корабля-носителя или платформы, или они могут находиться в «гаражном состоянии», когда они работают из подводного «гаража» или «цилиндра» на тросе, прикрепленном к тяжелому гараж, спускаемый с корабля или платформы. Оба метода имеют свои плюсы и минусы; [ нужны разъяснения ] однако в гараже обычно проводится очень глубокая работа. [6]
В 1970-х и 80-х годах Королевский флот использовал подводную лодку с дистанционным управлением «Котлет» для подъема учебных торпед и мин. RCA (Noise) поддерживала систему «Котлет 02», базирующуюся на полигонах BUTEC, в то время как система «03» базировалась на базе подводных лодок на Клайде и управлялась и обслуживалась персоналом RN.
ВМС США профинансировали большую часть ранних разработок технологии ROV в 1960-х годах, создавшей то, что тогда называлось «Подводное спасательное средство с кабельным управлением» (CURV). Это создало возможность проводить глубоководные спасательные операции и восстанавливать объекты со дна океана, такие как ядерная бомба, потерянная в Средиземном море после крушения Palomares B-52 в 1966 году . Опираясь на эту технологическую базу; морская нефтегазовая промышленность создала ROV рабочего класса для помощи в разработке морских нефтяных месторождений. Спустя более десяти лет после того, как они были впервые представлены, ROV стали незаменимыми в 1980-х годах, когда большая часть новых морских разработок вышла за рамки досягаемости дайверов-людей. В середине 1980-х годов индустрия морских подводных аппаратов переживала серьезный застой в технологическом развитии, частично вызванный падением цен на нефть и глобальным экономическим спадом. С тех пор технологическое развитие в индустрии ROV ускорилось, и сегодня ROV выполняют множество задач во многих областях. Их задачи варьируются от простого обследования подводных сооружений, трубопроводов и платформ до соединения трубопроводов и размещения подводных манифольдов. Они широко используются как при первоначальном строительстве подводных сооружений, так и при последующем ремонте и техническом обслуживании. [7] Нефтяная и газовая промышленность вышла за рамки использования ROV рабочего класса и перешла на мини-ДУА, которые могут быть более полезны на мелководье. Они меньше по размеру, что часто позволяет снизить затраты и ускорить развертывание. [8]
Погружаемые ROV использовались для идентификации многих исторических кораблекрушений, в том числе RMS Titanic , Bismarck , USS Yorktown , SM U-111 и SS Central America . В некоторых случаях, например, на Титанике и SS Central America , ROV использовались для сбора материала с морского дна и доставки его на поверхность. [9] [10]
Хотя большая часть ROV используется в нефтегазовой отрасли, другие области применения включают науку, военную сферу и спасательные работы. Военные используют ROV для таких задач, как разминирование и инспекция. Научное использование обсуждается ниже.
ROV рабочего класса имеют большой плавучий пакет на алюминиевом шасси , обеспечивающий необходимую плавучесть для выполнения различных задач. Сложность конструкции алюминиевой рамы варьируется в зависимости от конструкции производителя. В качестве флотационного материала часто используют синтаксическую пену . В нижней части системы может быть установлен инструментальный блок для размещения различных датчиков или пакетов инструментов. Размещая легкие компоненты сверху, а тяжелые - снизу, вся система имеет большое расстояние между центром плавучести и центром тяжести : это обеспечивает стабильность и жесткость для выполнения работ под водой. Подруливающие устройства расположены между центром плавучести и центром тяжести для поддержания устойчивости робота при маневрах. Различные конфигурации подруливающих устройств и алгоритмы управления могут использоваться для обеспечения надлежащего контроля положения и ориентации во время операций, особенно в водах с сильным течением. Подруливающие устройства обычно имеют сбалансированную векторную конфигурацию, чтобы обеспечить максимально точное управление.
Электрические компоненты могут находиться в маслонаполненных водонепроницаемых отсеках или отсеках с одной атмосферой, чтобы защитить их от коррозии в морской воде и разрушения из-за чрезмерного давления, оказываемого на ROV во время работы на глубине. ROV будет оснащен двигателями, камерами , фонарями, тросом, рамой и органами управления пилотом для выполнения основных работ. [11] Дополнительные датчики, такие как манипуляторы и гидролокаторы, могут быть установлены по мере необходимости для выполнения конкретных задач. [12] Часто можно встретить ROV с двумя роботизированными руками; каждый манипулятор может иметь разные захватные губки. Камеры также могут быть ограждены для защиты от столкновений.
Большинство ROV рабочего класса построены, как описано выше; однако это не единственный стиль в методе строительства ROV. Меньшие по размеру ROV могут иметь самую разную конструкцию, каждая из которых соответствует своей предполагаемой задаче. Более крупные ROV обычно развертываются и управляются с судов, поэтому ROV может иметь посадочные полозья для подъема на палубу.
Транспортные средства с дистанционным управлением имеют три основные конфигурации. Каждый из этих факторов налагает определенные ограничения.
ROV требует троса или шлангокабеля (в отличие от AUV) для передачи энергии и данных между транспортным средством и поверхностью. Следует учитывать размер и вес троса: слишком большой трос отрицательно повлияет на лобовое сопротивление транспортного средства, а слишком маленький может оказаться недостаточно прочным для подъема во время запуска и подъема.
Трос обычно наматывается на систему управления тросом (TMS), которая помогает управлять тросом так, чтобы он не запутывался и не завязывался. В некоторых ситуациях его можно использовать в качестве лебедки для опускания или подъема автомобиля. [14]
ROV для обследования или инспекции обычно меньше, чем ROV рабочего класса, и их часто подразделяют на Класс I: только наблюдение или Класс II Наблюдение с полезной нагрузкой. [15] Они используются для облегчения гидрографических исследований, т.е. определения местоположения подводных сооружений, а также для инспекционных работ, например, при обследовании трубопроводов, проверке кожухов и проверке морских корпусов судов. Обзорные ROV (также известные как «глазные яблоки»), хотя и меньше, чем рабочий класс, часто имеют сопоставимые характеристики с точки зрения способности удерживать позицию в течениях и часто несут аналогичные инструменты и оборудование - освещение, камеры, гидролокаторы, сверхкороткую базовую линию ( USBL), рамановский спектрометр , [16] и стробоскопическая лампа в зависимости от грузоподъемности транспортного средства и потребностей пользователя.
По соображениям безопасности операции ROV в сочетании с одновременными водолазными операциями находятся под общим контролем руководителя водолазных работ. [3]
Международная ассоциация морских подрядчиков (IMCA) опубликовала рекомендации по эксплуатации ROV на море в совместных операциях с водолазами в документе « Вмешательство с дистанционным управлением во время водолазных операций» (IMCA D 054, IMCA R 020), предназначенном для использования как подрядчиками, так и клиентами. [17]
ROV использовались несколькими военно-морскими силами на протяжении десятилетий, в основном для поиска мин и подрыва мин.
,_retrieves_a_mine_neutralization_vehicle_(MNV)_after_the_device_conducted_an_underwater_water_mine_survey.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
В октябре 2008 года ВМС США начали совершенствовать свои локально пилотируемые спасательные системы, основанные на Mystic DSRV и кораблях поддержки, с помощью модульной системы SRDRS, основанной на привязном пилотируемом ROV, называемом спасательным модулем под давлением (PRM). За этим последовали годы испытаний и учений с подводными лодками флотов нескольких стран. [18] Он также использует беспилотный ROV «Сибицкий» для обследования вышедших из строя подводных лодок и подготовки подводной лодки к PRM.
ВМС США также используют ROV под названием AN/SLQ-48 Min Neutralization Vehicle (MNV) для ведения минной войны. Благодаря соединительному кабелю он может отходить от корабля на 1000 ярдов (910 м) и достигать глубины 2000 футов (610 м). Пакеты миссий, доступные для MNV, известны как MP1, MP2 и MP3. [19]
Заряды взрываются по акустическому сигналу корабля.
Автономный беспилотный подводный аппарат (НПА) AN/BLQ-11 предназначен для скрытного противоминного противодействия и может запускаться с некоторых подводных лодок. [20]
ROV ВМС США есть только на кораблях противоминной защиты класса Avenger . После остановки на мель USS Guardian (MCM-5) и вывода из эксплуатации USS Avenger (MCM-1) и USS Defender (MCM-2) , в прибрежных водах Бахрейна продолжают работать только 11 американских тральщиков ( USS Sentry (MCM-3) ) , USS Devastator (MCM-6) , USS Gladiator (MCM-11) и USS Dextrous (MCM-13) ), Япония ( USS Patriot (MCM-7) , USS Pioneer (MCM-9) , USS Warrior (MCM- 10) и USS Chief (MCM-14) ), и Калифорния ( USS Champion (MCM-4) , USS Scout (MCM-8) и USS Ardent (MCM-12) ). [21]
19 августа 2011 года роботизированная подводная лодка производства Boeing , получившая название Echo Ranger , проходила испытания на предмет возможного использования военными США для наблюдения за водами противника, патрулирования местных гаваней на предмет угроз национальной безопасности и обыскивания дна океанов для обнаружения опасностей для окружающей среды. [22] ВМС Норвегии осмотрели корабль Helge Ingstad норвежским подводным дроном Blueye Pioneer. [23]
По мере того, как их возможности растут, меньшие ROV также все чаще принимаются на вооружение военно-морских сил, береговой охраны и портовых властей по всему миру, включая Береговую охрану США и ВМС США, Королевский флот Нидерландов, ВМС Норвегии, Королевский флот и Пограничную охрану Саудовской Аравии. . Они также получили широкое распространение в полицейских управлениях и поисково-спасательных группах. Полезно для различных задач подводной инспекции, таких как обезвреживание взрывоопасных предметов (EOD), метеорология, безопасность портов, противоминная защита (MCM), а также морская разведка, наблюдение, рекогносцировка (ISR). [24]
ROV также широко используются научным сообществом для изучения океана. Ряд глубоководных животных и растений был обнаружен или изучен в их естественной среде с помощью ROV; примеры включают медузу Stellamedusa ventana и угреподобных галозавров . В США передовые работы проводятся в нескольких государственных и частных океанографических учреждениях, в том числе в Научно-исследовательском институте аквариумов Монтерей-Бей (MBARI), Океанографическом институте Вудс-Хоула (WHOI) (совместно с Nereus ) и Университете Род-Айленда / Институте . для разведки (URI/IFE). [25] [26] В Европе Институт Альфреда Вегенера использует ROV для арктических и антарктических исследований морского льда, включая измерение осадки льда, [27] коэффициента пропускания света, [28] отложений, кислорода, нитратов, температуры морской воды и солености. Для этих целей он оснащен одно- и многолучевым гидролокатором, спектрорадиометром , манипулятором, флуорометром , кондуктометром/температурой/глубиной (измерением солености) (CTD), оптодом и УФ-спектрометром. [29]
Научные ROV имеют множество форм и размеров. Поскольку качественная видеосъемка является ключевым компонентом большинства глубоководных научных исследований, исследовательские ROV, как правило, оснащаются мощными системами освещения и камерами вещательного качества. [30] В зависимости от проводимых исследований научный ROV будет оснащен различными устройствами для отбора проб и датчиками. Многие из этих устройств представляют собой уникальные, современные экспериментальные компоненты, предназначенные для работы в экстремальных условиях глубокого океана. Научные ROV также включают в себя множество технологий, разработанных для коммерческого сектора ROV, таких как гидравлические манипуляторы и высокоточные подводные навигационные системы. Они также используются для проектов подводной археологии , таких как проект кораблекрушения Марди Гра в Мексиканском заливе [31] [32] и проект CoMAS [33] в Средиземном море. [34]
Существует несколько более крупных систем высокого класса, которые отличаются своими возможностями и приложениями. Разработка автомобиля Tiburon компании MBARI обошлась более чем в 6 миллионов долларов США и используется в основном для средневодных и гидротермальных исследований на западном побережье США. [35] Система Джейсон компании WHOI внесла значительный вклад в глубоководные океанографические исследования и продолжает работать по всему миру. ROV Hercules компании URI/IFE является одним из первых научных ROV, полностью оснащенных гидравлической двигательной установкой и уникальным оснащением для исследования и раскопок затонувших древних и современных кораблей. Система ROPOS канадского научного погружного комплекса постоянно используется несколькими ведущими институтами и университетами океанических наук для решения сложных задач, таких как восстановление и исследование глубоководных жерл, а также обслуживание и развертывание океанских обсерваторий. [36]
Образовательная программа SeaPerch «Подводный подводный аппарат с дистанционным управлением» (ROV) представляет собой образовательный инструмент и комплект, который позволяет учащимся начальной, средней и старшей школы сконструировать простой подводный аппарат с дистанционным управлением из труб из поливинилхлорида (ПВХ) и других готовых материалов. . Программа SeaPerch обучает студентов базовым навыкам проектирования кораблей и подводных лодок и побуждает их изучать военно-морскую архитектуру , а также концепции морской и океанской инженерии . SeaPerch спонсируется Управлением военно-морских исследований в рамках Национальной военно-морской ответственности за военно-морскую технику (NNNRNE), а программа управляется Обществом военно-морских архитекторов и морских инженеров . [37]
Еще одно инновационное использование технологии ROV было во время проекта кораблекрушения Марди Гра . Кораблекрушение «Марди Гра» затонуло около 200 лет назад примерно в 35 милях от побережья Луизианы в Мексиканском заливе на глубине 4000 футов (1200 метров). Кораблекрушение, настоящая личность которого остается загадкой, лежало забытым на дне моря до тех пор, пока в 2002 году его не обнаружила нефтепромысловая инспекционная бригада, работающая на газосборную компанию «Океанос» (ОГГК). В мае 2007 года была начата экспедиция, возглавляемая Техасским университетом A&M и финансируемая OGGC в соответствии с соглашением со Службой управления минеральными ресурсами (ныне BOEM ), с целью проведения самых глубоких научных археологических раскопок, когда-либо предпринятых в то время, для изучения этого места на морском дне. и восстановить артефакты для возможного публичного показа в Государственном музее Луизианы . В рамках образовательной программы компания Nautilus Productions в партнерстве с BOEM , Техасским университетом A&M, Флоридской общественной археологической сетью [38] и Veolia Environmental подготовила часовой документальный фильм в формате HD [39] о проекте, короткие видеоролики для всеобщего просмотра и предоставила видеоролик. обновления во время экспедиции. [40] Видеозапись с ROV была неотъемлемой частью этой работы и широко использовалась в документальном фильме «Тайна кораблекрушения Марди Гра» . [41]
Центр обучения передовым морским технологиям (MATE) использует ROV для обучения студентов средних и старших классов, общественных колледжей и университетов карьере, связанной с океаном, и помогает им улучшить свои научные, технологические, инженерные и математические навыки. Ежегодные студенческие соревнования ROV, проводимые MATE, бросают вызов студенческим командам со всего мира, чтобы соревноваться с ROV, которые они проектируют и строят. В конкурсе используются реалистичные миссии на базе ROV, которые имитируют высокопроизводительную рабочую среду, фокусируясь на другой теме, которая знакомит студентов со многими различными аспектами технических навыков и профессий, связанных с морской деятельностью. Соревнования ROV организуются MATE и комитетом ROV Общества морских технологий и финансируются такими организациями, как Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) и Oceaneering , а также многими другими организациями, которые признают ценность высококвалифицированных студентов с технологическими навыками, такими как проектирование, проектирование и пилотирование ROV. MATE был создан при финансовой поддержке Национального научного фонда , его штаб-квартира находится в колледже полуострова Монтерей в Монтерее, штат Калифорния . [42]
.jpg/1280px-Deep_Discoverer_(51816198671).jpg)
По мере развития камер и датчиков, а также транспортных средств, которые стали более маневренными и простыми в управлении, ROV стали популярны, особенно среди кинематографистов-документалистов, благодаря их способности получать доступ к глубоким, опасным и замкнутым областям, недоступным для дайверов. Нет ограничений на то, как долго ROV может находиться под водой и снимать кадры, что позволяет получить ранее невиданные перспективы. [67] ROV использовались при съемках нескольких документальных фильмов, в том числе «Люди-акулы» Nat Geo и «Темные тайны Лузитании», а также « Специальный шпион BBC по дикой природе в толпе». [68]
Благодаря широкому использованию военными, правоохранительными органами и службами береговой охраны, ROV также фигурируют в криминальных драмах, таких как популярный сериал CBS CSI .
Благодаря возросшему интересу к океану со стороны многих людей, как молодых, так и старых, а также увеличению доступности некогда дорогого и некоммерчески доступного оборудования, ROV стали популярным хобби среди многих. Это хобби включает в себя строительство небольших ROV, которые обычно изготавливаются из труб из ПВХ и часто могут погружаться на глубину от 50 до 100 футов, но некоторым удается достичь глубины 300 футов.
Этот новый интерес к ROV привел к созданию множества соревнований, в том числе MATE (Образование в области передовых морских технологий), NURC (Национальный конкурс подводной робототехники) и RoboSub . [69] Это соревнования, в которых участники, чаще всего школы и другие организации, соревнуются друг с другом в ряде задач, используя построенные ими ROV. [70] Большинство любительских ROV тестируются в плавательных бассейнах и озерах со спокойной водой, однако некоторые тестируют свои собственные ROV в море. Однако это создает множество трудностей из-за волн и течений, которые могут привести к тому, что ROV отклонится от курса или будет с трудом преодолевать прибой из-за небольшого размера двигателей, которые установлены на большинстве любительских ROV. [71]
{{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь ){{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь ){{cite web}}: |first=имеет общее имя ( справка )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )