Акустический сброс — это океанографическое устройство для развертывания и последующего подъема приборов со дна моря, в котором подъем запускается дистанционно с помощью акустического командного сигнала . [1]
Типичное устройство освобождения состоит из гидрофона (см. темно-серый колпачок на рисунке), корпуса батареи (длинный серый цилиндр) и (красного) крюка , который открывается для освобождения якоря с помощью электродвигателя с высоким крутящим моментом.
Раннее использование акустических сбросов для океанографии относится к 1960-м годам [2] , когда было признано, что глубинные течения океана можно точнее измерить с помощью приборов, установленных на морском дне, а не с помощью бортовых приборов. Очевидным способом восстановления было использование маркерного буя на поверхности, связанного с прибором на морском дне, но в районах интенсивного судоходства или наличия айсбергов это оказалось проблематичным. Акустический сброс стал методом решения этой проблемы, позволяя измерителям течения оставаться без присмотра на морском дне в течение недель или более, пока исследовательское судно не вернулось и не запустило сброс прибора с помощью дистанционной команды, что позволило ему всплыть на поверхность. В книге «Описательная физическая океанография» авторы Пикард и Эмери наглядно описывают фазу восстановления:
По возвращении к общему местоположению развернутой швартовки ученый повторно активирует акустическую систему на спуске и использует ее для лучшего определения местонахождения швартовки и обеспечения ее состояния как готовой к спуску. Когда все готово, активируется механизм спуска или перерезания троса, и швартовка может свободно подняться на поверхность. Есть много напряженных моментов в ожидании, когда швартовка поднимется на поверхность; ее может быть трудно обнаружить, поскольку она плавает низко в воде, поэтому она обычно несет радиопередатчик и свет, помогающие ее найти.
Сегодня акустические выбросы широко используются в океанографии и морских работах. Применения разнообразны и варьируются от восстановления отдельных приборов до спасательных операций. Более поздние технологические достижения привели к внедрению более мелких устройств, которые теперь развертываются в больших количествах. Например, Институт исследований окружающей среды Пфлегер развернул массив из 96 акустических приемников для мониторинга миграции рыб на Нормандских островах Калифорнии , причем акустические выбросы используются для восстановления приемников за пределами глубины водолаза через регулярные интервалы для загрузки и обслуживания данных. [3]
Центральным элементом любого акустического спускового механизма является его спусковой механизм. Функция спускового механизма заключается в открытии затвора для освобождения якорного каната и прикрепленного якорного груза, что позволяет теперь плавучей сборке подняться на поверхность. Существуют также вариации этого использования, когда спусковой механизм с легким грузом освобождает плавучую сферу, которая поднимается на поверхность, волоча за собой прочный трос, который остается прикрепленным к инструменту. Сфера извлекается, а затем тяжелый инструмент поднимается на борт с помощью лебедки.
Общая функция механизма спуска показана на рисунке 2 на примере запатентованного механизма спуска с плавкой связью. [4] Перед спуском рычаг (A) удерживается в закрытом положении плавкой проволокой (B). Для спуска через плавкую проволоку пропускается электрический разряд мощностью около 14 кВт, заставляя ее расплавиться или испариться за несколько миллисекунд. Теперь рычаг может свободно открыться (под действием силы плавучести инструмента), освобождая якорь или другую линию спуска (C).
Целью проектирования механизмов разблокировки является максимальная надежность при обеспечении соответствующей грузоподъемности. Механизмы разблокировки могут выйти из строя из-за биообрастания или коррозии, которые могут ухудшить движение его компонентов, виды отказов, которым конструкторы пытаются противостоять, минимизируя количество движущихся частей, подверженных заеданию, или прикладывая высокий крутящий момент для преодоления сопротивления. Но отказы также происходят из-за факторов использования и окружающей среды, таких как оснастка и морские течения или приливы, которые могут привести к запутыванию устройства.
Приложения для акустических релизов могут существенно различаться, и соответственно устройства проектируются и выбираются так, чтобы наилучшим образом соответствовать требованиям конкретной работы. Общие характеристики проектирования и выбора следующие:
Акустический диапазон передачи и надежность: Акустические командные передачи используются для подачи команды на выпуск, поскольку звук легко распространяется по воде. Дальность передачи должна быть достаточной, чтобы достичь устройства. Отдельные выпуски идентифицируются уникальными кодами идентификаторов, а количество и безопасность доступных кодов могут быть критериями при развертывании большого количества выпусков или в областях, где случайный или несанкционированный выпуск может быть проблемой. Система передачи команд для выпусков на мелководье также должна быть устойчивой к многолучевому распространению (реверберации или эхо), которое может исказить сигнал.
Срок службы батареи: Акустические пусковые устройства обычно работают от перезаряжаемых или сменных батарей. Срок службы батареи должен быть достаточным для покрытия предполагаемого периода развертывания плюс разумный запас прочности. В зависимости от модели срок службы батареи может варьироваться от нескольких недель до нескольких лет.
Станция управления: Акустические сбросы обычно можно контролировать с надводного судна, опуская в воду гидроакустический преобразователь (рисунок 3). Однако некоторые сбросы также предлагают возможность установки опросчика на подводном аппарате, таком как ROV (рисунок 4). Если сброс не всплывет, можно развернуть подводный аппарат и использовать функцию измерения дальности для наведения на застрявший инструмент, извлекая его с помощью манипулятора ROV или другими методами.
Номинальная глубина: Акустический релиз должен выдерживать давление воды на месте эксплуатации. Номинальная глубина может варьироваться от 300 м или менее до полной глубины океана.
Номинальная нагрузка: Акустические релизы рассчитаны на определенную максимальную нагрузку. Развертывание более крупных инструментов обычно требует более высокой номинальной нагрузки. Релиз может также иметь минимальную номинальную нагрузку, необходимую для надежной работы его механизма.
Устойчивость к отказам: Виды отказов акустических релизов зависят как от области применения, так и от места установки. Например, компоненты из нержавеющей стали подвержены щелевой коррозии в бескислородных водах . Релизы, используемые на мелководье, больше подвержены биообрастанию, которое может помешать механизму, чем те, которые используются в пресной или глубокой воде. Мелководье также больше подвержено механическим силам на швартовке, вызванным волной.
Возможность определения дальности и сообщения о состоянии: Некоторые акустические спуски предлагают возможность дистанционного определения дальности и сообщения о состоянии. По прибытии на место можно опросить конкретный спуск и определить расстояние до него. Также могут быть сообщены эксплуатационные параметры, такие как оставшаяся емкость батареи или состояние механизма спуска. Эта информация может использоваться для позиционирования надводного судна над прибором для облегчения восстановления после спуска или для оценки работоспособности и состояния устройства.