Подводный аппарат с дистанционным управлением (ROUV) или аппарат с дистанционным управлением (ROV) — это свободно плавающий подводный аппарат, используемый для выполнения подводных наблюдений, инспекций и физических задач, таких как работа клапанов, гидравлические функции и другие общие задачи в подводной нефтегазовой отрасли. , военные, научные и другие применения. ROV также могут нести наборы инструментов для выполнения конкретных задач, таких как протягивание 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 «гараже», когда они работают из погружного «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.
В 1960-х годах ВМС США профинансировали большую часть первых разработок технологии ROV, которая тогда называлась «Подводная эвакуационная машина 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 чем десять 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 серьезную стагнацию технологического развития, отчасти вызванную 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 к мини-ROV, которые могут быть более полезны на мелководье. Они меньше по размеру, что зачастую позволяет снизить затраты и сократить время развертывания. [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, военное дело 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 управления положением и ориентацией 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 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. [14] 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 , [15] 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. [16]
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. [17] 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. [18]
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. [19]
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) ). [20]
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. [21] ВМС Норвегии осмотрели корабль Helge Ingstad норвежским подводным дроном Blueye Pioneer. [22]
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). [23]
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-Бэй (MBARI), Океанографическом институте Вудс-Хоул (WHOI) (совместно с Nereus ) и Университете Род-Айленда / Институте . для разведки (URI/IFE). [24] [25] В Европе Институт Альфреда Вегенера использует ROV для арктических и антарктических исследований морского льда, включая измерение осадки льда, [26] коэффициента пропускания света, [27] 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. [28]
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. [29] 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 [30] [31] и проект CoMAS [32] в Средиземном море. [33]
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. [34] Система Jason компании WHOI внесла значительный вклад в глубоководные океанографические исследования и продолжает работать по всему миру. ROV Hercules от URI/IFE — один из первых научных ROV, полностью оснащенный гидравлической двигательной установкой и уникально оснащенный 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. [35]
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 . [36]
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 бригада нефтепромыслов, 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 [37] и Veolia Environmental подготовила часовой документальный фильм в формате HD [38] о проекте, короткие видеоролики для всеобщего просмотра и предоставила видеоролик. обновления во время экспедиции. [39] Видеозапись с ROV была неотъемлемой частью этой работы и широко использовалась в документальном фильме «Тайна кораблекрушения Марди Гра» . [40]
Центр обучения передовым морским технологиям (MATE) использует ROV для обучения студентов средних и старших классов, 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 . [41]
.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 особенно популярны среди создателей документальных фильмов из-за 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. [65] 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». [66]
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) и NURC (Национальный конкурс подводной робототехники). Это соревнования, в которых участники, чаще всего школы и другие организации, соревнуются друг с другом в ряде задач, используя построенные ими ROV. [67] 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. [68]
{{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 )