Дистанционно управляемый подводный аппарат ( ROUV ) [ требуется ссылка ] или дистанционно управляемый аппарат ( ROV ) — это свободно плавающий подводный аппарат, используемый для выполнения подводных наблюдений, осмотров и физических задач, таких как работа клапанов, гидравлические функции и другие общие задачи в подводной нефтегазовой промышленности , военных, научных и других приложениях. ROV также могут нести пакеты инструментов для выполнения специальных задач, таких как протягивание и соединение гибких трубопроводов и шлангокабелей, а также замена компонентов. [1] Их часто используют для посещения затонувших объектов на больших глубинах, превышающих возможности подводных аппаратов , в исследовательских целях, таких как «Титаник» и другие. [2]
Это значение отличается от дистанционно управляемых транспортных средств, работающих на суше или в воздухе. [ необходимо уточнение ] ROV не имеют персонала, обычно обладают высокой маневренностью и управляются экипажем либо на борту судна/плавучей платформы, либо на близлежащей суше. Они распространены в глубоководных отраслях промышленности, таких как добыча углеводородов в открытом море . Они, как правило, но не обязательно, связаны с судном-хозяином нейтрально плавучим тросом или , часто при работе в сложных условиях или на большой глубине, используется несущий нагрузку кабель-шланг вместе с системой управления тросом (TMS). TMS представляет собой либо устройство типа гаража, которое удерживает ROV во время спуска через зону заплеска , либо, на более крупных ROV рабочего класса, отдельный узел, установленный сверху ROV. Целью TMS является удлинение и укорачивание троса, чтобы минимизировать эффект сопротивления кабеля там, где есть подводные течения. Шланговый кабель представляет собой бронированный кабель, который содержит группу электрических проводников и оптоволокна, которые передают электроэнергию, видео и сигналы данных между оператором и TMS. При использовании TMS затем передает сигналы и питание для ROV по тросовому кабелю. Попав в ROV, электроэнергия распределяется между компонентами ROV. Однако в приложениях с высокой мощностью большая часть электроэнергии приводит в действие мощный электродвигатель, который приводит в действие гидравлический насос . Затем насос используется для движения и питания оборудования, такого как крутящие инструменты и манипуляторы, где электродвигатели было бы слишком сложно реализовать под водой. Большинство ROV оснащены как минимум видеокамерой и огнями. Дополнительное оборудование обычно добавляется для расширения возможностей аппарата. Они могут включать в себя сонары , магнитометры , фотокамеру, манипулятор или режущий рычаг, пробоотборники воды и приборы, которые измеряют прозрачность воды, температуру воды, плотность воды, скорость звука, проникновение света и температуру. [3]
В профессиональной водолазной и морской подрядной отрасли используется термин «дистанционно управляемый аппарат» (ROV). [4] [5] [6] [1]
Подводные ROV обычно классифицируются по категориям в зависимости от их размера, веса, возможностей или мощности. Некоторые общие рейтинги:
Подводные ROV могут быть «свободноплавающими», когда они работают нейтрально плавучими на тросе с корабля-носителя или платформы, или они могут быть «гаражными», когда они работают из подводного «гаража» или «цилиндра» на тросе, прикрепленном к тяжелому гаражу, который спускается с корабля или платформы. Оба метода имеют свои плюсы и минусы; [ необходимо разъяснение ], однако очень глубокая работа обычно выполняется с гаражом. [7]
В 1970-х и 1980-х годах Королевский флот использовал «Cutlet» — дистанционно управляемый подводный аппарат — для поиска учебных торпед и мин. RCA (Noise) поддерживала систему «Cutlet 02», базировавшуюся на полигонах BUTEC, в то время как система «03» базировалась на базе подводных лодок на Клайде и эксплуатировалась и обслуживалась персоналом RN.
ВМС США финансировали большую часть ранних разработок технологий ROV в 1960-х годах в то, что тогда называлось «Управляемый кабелем подводный спасательный аппарат» (CURV). Это создало возможность проводить глубоководные спасательные операции и поднимать объекты со дна океана, такие как ядерная бомба, утерянная в Средиземном море после крушения B-52 в Паломаресе в 1966 году . Основываясь на этой технологической базе, морская нефтегазовая промышленность создала рабочие ROV для оказания помощи в разработке морских нефтяных месторождений. Более чем через десятилетие после их первого появления ROV стали необходимыми в 1980-х годах, когда большая часть новых разработок на шельфе вышла за рамки возможностей водолазов-людей. В середине 1980-х годов морская индустрия ROV страдала от серьезного застоя в технологическом развитии, вызванного отчасти падением цен на нефть и глобальной экономической рецессией. С тех пор технологическое развитие в индустрии ROV ускорилось, и сегодня ROV выполняют многочисленные задачи во многих областях. Их задачи варьируются от простого осмотра подводных конструкций, трубопроводов и платформ до соединения трубопроводов и установки подводных коллекторов. Они широко используются как при первоначальном строительстве подводных разработок, так и при последующем ремонте и обслуживании. [8] Нефтегазовая промышленность вышла за рамки использования рабочих ROV в пользу мини-ROV, которые могут быть более полезны в мелководных условиях. Они меньше по размеру, что часто позволяет снизить затраты и сократить время развертывания. [9]
Подводные ROV использовались для идентификации многих исторических кораблекрушений, включая RMS Titanic , Bismarck , USS Yorktown , SM U-111 и SS Central America . В некоторых случаях, таких как Titanic и SS Central America , ROV использовались для извлечения материала со дна моря и его подъема на поверхность, [10] [11] последний раз это было в июле 2024 года во время экспедиции Titanic по извлечению артефактов. [12]
В то время как нефтегазовая промышленность использует большинство ROV, другие области применения включают науку, военные и спасательные операции. Военные используют ROV для таких задач, как разминирование и инспекция. Научные применения обсуждаются ниже.
Рабочие ROV-класса построены с большим пакетом плавучести наверху алюминиевого шасси , чтобы обеспечить необходимую плавучесть для выполнения различных задач. Сложность конструкции алюминиевой рамы варьируется в зависимости от конструкции производителя. Синтактическая пена часто используется для плавучего материала. Инструментальная полозья могут быть установлены в нижней части системы для размещения различных датчиков или инструментальных пакетов. Размещая легкие компоненты сверху, а тяжелые компоненты снизу, вся система имеет большое разделение между центром плавучести и центром тяжести : это обеспечивает устойчивость и жесткость для выполнения работы под водой. Двигатели размещаются между центром плавучести и центром тяжести, чтобы поддерживать устойчивость положения робота при маневрах. Различные конфигурации двигателей и алгоритмы управления могут использоваться для обеспечения надлежащего позиционного и пространственного управления во время операций, особенно в водах с сильным течением. Двигатели обычно имеют сбалансированную векторную конфигурацию, чтобы обеспечить максимально точное управление.
Электрические компоненты могут находиться в заполненных маслом водонепроницаемых отсеках или отсеках с одной атмосферой для защиты их от коррозии в морской воде и раздавливания экстремальным давлением, оказываемым на ROV при работе на глубине. ROV будет оснащен двигателями, камерами , огнями, тросом, рамой и органами управления пилота для выполнения основных работ. [13] Дополнительные датчики, такие как манипуляторы и сонар, могут быть установлены по мере необходимости для выполнения конкретных задач. [14] Обычно ROV имеют две роботизированные руки; каждый манипулятор может иметь различную захватную челюсть. Камеры также могут быть защищены для защиты от столкновений.
Большинство ROV рабочего класса строятся так, как описано выше; однако это не единственный стиль в методе строительства ROV. ROV меньшего размера могут иметь совершенно разные конструкции, каждая из которых соответствует своей предполагаемой задаче. ROV большего размера обычно развертываются и эксплуатируются с судов, поэтому ROV может иметь посадочные полозья для подъема на палубу.
Дистанционно управляемые транспортные средства имеют три основные конфигурации. Каждая из них имеет определенные ограничения.
ROV требуют трос или шлангокабель (в отличие от AUV) для передачи питания и данных между транспортным средством и поверхностью. Следует учитывать размер и вес троса: слишком большой трос отрицательно скажется на сопротивлении транспортного средства, а слишком маленький может оказаться недостаточно прочным для подъемных требований 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 транспортного средства. [16]
Исследовательские или инспекционные ROV, как правило, меньше, чем ROV рабочего класса, и часто подразделяются либо на Класс I: Только наблюдение, либо Класс II Наблюдение с полезной нагрузкой. [17] Они используются для оказания помощи в гидрографической съемке, т. е. определении местоположения и позиционирования подводных конструкций, а также для инспекционных работ, например, обследований трубопроводов, осмотров кожухов и осмотра морских корпусов судов. Исследовательские ROV (также известные как «глазные яблоки»), хотя и меньше, чем рабочие, часто имеют сопоставимые характеристики в отношении способности удерживать положение в течениях и часто несут аналогичные инструменты и оборудование - освещение, камеры, гидролокатор, сверхкороткобазисный (USBL) маяк, Рамановский спектрометр , [18] и стробоскопический проблесковый маяк в зависимости от грузоподъемности транспортного средства и потребностей пользователя.
Операции ROV в сочетании с одновременными водолазными работами находятся под общим контролем руководителя водолазных работ по соображениям безопасности. [4]
Международная ассоциация морских подрядчиков (IMCA) опубликовала руководство по эксплуатации ROV в море в совместных операциях с водолазами в документе « Вмешательство дистанционно управляемых аппаратов во время водолазных операций» (IMCA D 054, IMCA R 020), предназначенном для использования как подрядчиками, так и клиентами. [19]
Телеуправляемые подводные аппараты (ROV) уже несколько десятилетий используются несколькими флотами, в основном для поиска и обезвреживания мин.
В октябре 2008 года ВМС США начали совершенствовать свои локально пилотируемые спасательные системы, основанные на Mystic DSRV и вспомогательном судне, с модульной системой SRDRS, основанной на привязном пилотируемом ROV, называемом герметичным спасательным модулем (PRM). Этому предшествовали годы испытаний и учений с подводными лодками из флотов нескольких стран. [20] Он также использует беспилотный Sibitzky ROV для обследования поврежденных подводных лодок и подготовки подводных лодок к PRM.
ВМС США также используют ROV под названием AN/SLQ-48 Mine Neutralization Vehicle (MNV) для минной войны. Он может отойти на 1000 ярдов (910 м) от корабля благодаря соединительному кабелю и может достигать глубины 2000 футов (610 м). Пакеты миссий, доступные для MNV, известны как MP1, MP2 и MP3. [21]
Заряды детонируют по акустическому сигналу с корабля.
Автономный беспилотный подводный аппарат (БПА) AN/BLQ-11 предназначен для скрытного противоминного противодействия и может запускаться с некоторых подводных лодок. [22]
ROV ВМС США имеются только на противоминных кораблях класса Avenger . После посадки на мель USS Guardian (MCM-5) и вывода из эксплуатации USS Avenger (MCM-1) и USS Defender (MCM-2) только 11 американских тральщиков продолжают работать в прибрежных водах Бахрейна ( USS Sentry (MCM-3) , USS Devastator (MCM-6) , USS Gladiator (MCM-11) и USS Dextrous (MCM-13) ), Японии ( USS Patriot (MCM-7) , USS Pioneer (MCM-9) , USS Warrior (MCM-10) и USS Chief (MCM-14) ), а также Калифорнии ( USS Champion (MCM-4) , USS Scout (MCM-8) и USS Ardent (MCM-12) ). [23]
19 августа 2011 года роботизированная подводная лодка производства Boeing под названием Echo Ranger проходила испытания на предмет возможного использования американскими военными для слежки за вражескими водами, патрулирования местных гаваней на предмет угроз национальной безопасности и прочесывания морского дна для обнаружения экологических опасностей. [24] Норвежские военно-морские силы провели осмотр судна Helge Ingstad с помощью норвежского подводного беспилотника Blueye Pioneer. [25]
По мере роста их возможностей меньшие ROV также все чаще принимаются на вооружение флотами, береговой охраной и портовыми властями по всему миру, включая береговую охрану США и ВМС США, Королевский флот Нидерландов, Норвежский флот, Королевский флот и Пограничную охрану Саудовской Аравии. Они также широко используются полицейскими департаментами и поисково-спасательными группами. Полезны для различных задач подводной инспекции, таких как обезвреживание взрывоопасных предметов (EOD), метеорология, безопасность портов, противоминные меры (MCM) и морская разведка, наблюдение, рекогносцировка (ISR). [26]
ROV также широко используются научным сообществом для изучения океана. Ряд глубоководных животных и растений были обнаружены или изучены в их естественной среде обитания с помощью ROV; примерами являются медуза Stellamedusa ventana и угревидные галозавры . В США передовые работы проводятся в нескольких государственных и частных океанографических учреждениях, включая Исследовательский институт аквариума залива Монтерей (MBARI), Океанографический институт Вудс-Хоул (WHOI) (совместно с Nereus ) и Университет Род-Айленда / Институт исследований (URI/IFE). [27] [28] В Европе Институт Альфреда Вегенера использует ROV для арктических и антарктических исследований морского льда, включая измерение осадки льда, [29] светопропускания, [30] осадков, кислорода, нитратов, температуры морской воды и солености. Для этих целей он оснащен одно- и многолучевым гидролокатором, спектрорадиометром , манипулятором, флуорометром , измерителем проводимости/температуры/глубины (солености) (CTD), оптодом и УФ-спектрометром. [31]
Научные ROV могут иметь множество форм и размеров. Поскольку хорошие видеокадры являются основным компонентом большинства глубоководных научных исследований, исследовательские ROV, как правило, оснащаются системами освещения высокой мощности и камерами вещательного качества. [32] В зависимости от проводимого исследования научный ROV будет оснащен различными устройствами для отбора проб и датчиками. Многие из этих устройств являются уникальными, современными экспериментальными компонентами, которые были настроены для работы в экстремальных условиях глубокого океана. Научные ROV также включают в себя множество технологий, которые были разработаны для коммерческого сектора ROV, таких как гидравлические манипуляторы и высокоточные подводные навигационные системы. Они также используются для подводных археологических проектов, таких как проект кораблекрушения Марди Гра в Мексиканском заливе [33] [34] и проект CoMAS [35] в Средиземном море. [36]
Существует несколько более крупных высококлассных систем, которые примечательны своими возможностями и сферами применения. Стоимость разработки аппарата Tiburon от MBARI превысила 6 миллионов долларов США, и он используется в основном для исследований в толще воды и гидротермальных вод на западном побережье США. [37] Система Jason от WHOI внесла значительный вклад в глубоководные океанографические исследования и продолжает работать по всему миру. Hercules ROV от URI/IFE является одним из первых научных ROV, полностью включающим гидравлическую двигательную систему, и имеет уникальное оснащение для обследования и раскопок древних и современных затонувших кораблей. Система Canadian Scientific Submersible Facility ROPOS постоянно используется несколькими ведущими институтами и университетами океанологии для решения сложных задач, таких как восстановление и исследование глубоководных жерл, а также для обслуживания и развертывания океанических обсерваторий. [38]
Образовательная программа SeaPerch Remotely Operated Underwater Vehicle (ROV) — это образовательный инструмент и набор, который позволяет ученикам начальной, средней и старшей школы построить простой, дистанционно управляемый подводный аппарат из поливинилхлоридной (ПВХ) трубы и других готовых материалов. Программа SeaPerch обучает студентов базовым навыкам в области проектирования кораблей и подводных лодок и поощряет студентов изучать военно -морскую архитектуру и концепции морской и океанической инженерии . SeaPerch спонсируется Управлением военно-морских исследований в рамках Национальной военно-морской ответственности за военно-морскую инженерию (NNRNE), а программа управляется Обществом военно-морских архитекторов и морских инженеров . [39]
Другое 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, чья настоящая идентичность остается загадкой, лежало забытым на дне моря, пока его не обнаружила в 2002 году группа инспекции нефтяных месторождений, работающая на компанию Okeanos Gas Gathering Company (OGGC). В мае 2007 года была запущена экспедиция под руководством Техасского университета A&M и финансируемая OGGC по соглашению со Службой управления минеральными ресурсами (теперь BOEM ), чтобы провести самые глубокие научные археологические раскопки, когда-либо предпринятые в то время, чтобы изучить место на морском дне и извлечь артефакты для возможной публичной демонстрации в Музее штата Луизиана . В рамках образовательной программы Nautilus Productions в партнерстве с BOEM , Техасским университетом A&M, Сетью общественной археологии Флориды [40] и Veolia Environmental выпустили часовой документальный фильм в высоком разрешении [41] о проекте, короткие видеоролики для публичного просмотра и предоставили видеообновления во время экспедиции. [42] Видеоматериалы с ROV были неотъемлемой частью этой программы и широко использовались в документальном фильме «Загадочное кораблекрушение Марди Гра» . [43]
Центр передовых морских технологий (MATE) использует ROV для обучения учащихся средних и старших классов, колледжей и университетов по вопросам карьеры, связанной с океаном, и помогает им улучшить свои научные, технологические, инженерные и математические навыки. Ежегодный студенческий конкурс ROV MATE бросает вызов студенческим командам со всего мира, чтобы они соревновались с ROV, которые они проектируют и строят. Конкурс использует реалистичные миссии на основе ROV, которые имитируют высокопроизводительную рабочую среду, сосредотачиваясь на другой теме, которая знакомит студентов со многими различными аспектами технических навыков и профессий, связанных с морем. Конкурс ROV организован MATE и Комитетом ROV Общества морских технологий и финансируется такими организациями, как Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), 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 финансировании Национального научного фонда и имеет штаб-квартиру в Monterey Peninsula College в Монтерее, Калифорния . [44]
По мере того, как камеры и датчики развивались, а транспортные средства становились более маневренными и простыми в управлении, ROV стали особенно популярны среди документальных фильмов из-за их способности достигать глубоких, опасных и замкнутых зон, недоступных для водолазов. Нет предела тому, как долго ROV может находиться под водой и снимать кадры, что позволяет получить ранее невиданные перспективы. [69] ROV использовались при съемках нескольких документальных фильмов, включая «Акулы» и «Темные секреты Лузитании» от Nat Geo , а также специальный фильм BBC Wildlife Spy in the Huddle. [70]
Благодаря широкому использованию в военных, правоохранительных органах и службах береговой охраны, дистанционно управляемые аппараты также появлялись в криминальных драмах, таких как популярный сериал CBS «CSI: Место преступления» .
С возросшим интересом к океану со стороны многих людей, как молодых, так и старых, и возросшей доступностью некогда дорогого и некоммерческого 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 удалось достичь 300 футов.
Этот новый интерес к ROV привел к формированию множества соревнований, включая MATE (Marine Advanced Technology Education), NURC (National Underwater Robotics Challenge) и RoboSub . [71] Это соревнования, в которых участники, чаще всего школы и другие организации, соревнуются друг с другом в серии задач, используя ROV, которые они построили. [72] Большинство любительских ROV испытываются в бассейнах и озерах, где вода спокойная, однако некоторые испытывали свои собственные ROV в море. Однако это создает множество трудностей из-за волн и течений, которые могут заставить ROV сбиться с курса или с трудом пробираться через прибой из-за небольшого размера двигателей, которые установлены на большинстве любительских ROV. [73]
{{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite web}}
: |first=
имеет общее название ( помощь )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 )