Введение

Подводное мобильное устройство, управляемое дистанционным экипажем.

Дистанционно управляемый подводный аппарат (ROUV) или дистанционно управляемый аппарат (ROV) – это свободно плавающее подводное судно, используемое для выполнения подводных наблюдений, инспекций и физических работ, таких как управление клапанами, гидравлические операции и другие общие задачи в подводной нефтегазовой промышленности, в военных целях, в научных исследованиях и других областях применения. ROV также могут нести комплекты инструментов для выполнения специализированных задач, таких как подтяжка и подключение гибких трубопроводов и пуповин, а также замена компонентов.

Терминология

В профессиональной индустрии подводных работ и морского строительства используется термин «дистанционно управляемый аппарат» (ROV).

Классификация

Погружные ROV обычно классифицируются по категориям в зависимости от их размера, веса, возможностей или мощности. Некоторые распространенные классы:

Микро – ROV класса «Микро» обычно очень малы по размеру и весу. Современные ROV класса «Микро» могут весить менее 3 кг. Эти ROV используются как альтернатива водолазу, особенно в местах, куда водолаз физически не может проникнуть, таких как канализация, трубопровод или небольшая полость.

Мини – ROV класса «Мини» обычно весят около 15 кг. ROV класса «Мини» также используются как альтернатива водолазу. Один человек может транспортировать всю систему ROV на небольшой лодке, развернуть ее и выполнить работу без посторонней помощи. Некоторые ROV классов «Микро» и «Мини» называют классом «глазного яблока», чтобы отличить их от ROV, способных выполнять задачи вмешательства.

Общие – обычно мощность двигателей менее 5 л.с.; в некоторых случаях устанавливались небольшие трехпальцевые манипуляторы, например, на раннем RCV 225. Эти ROV могут нести гидролокатор и обычно используются для простых инспекционных работ. Обычно максимальная рабочая глубина составляет менее 1000 метров, хотя одна модель была разработана для работы на глубине до 7000 м.

Класс инспекции – это обычно прочные коммерческие или промышленные ROV для наблюдения и сбора данных, обычно оснащенные видео в реальном времени, фотокамерой, гидролокатором и другими датчиками сбора данных. ROV класса инспекции также могут иметь манипуляторные руки для легких работ и манипулирования объектами.

Легкий рабочий класс – обычно мощность двигателей менее 50 л.с. Эти ROV могут нести некоторые манипуляторы. Их корпус может быть изготовлен из полимеров, таких как полиэтилен, а не из традиционной нержавеющей стали или алюминиевых сплавов. Обычно максимальная рабочая глубина составляет менее 2000 м.

Тяжелый рабочий класс – обычно мощность двигателей менее 220 л.с. с возможностью установки как минимум двух манипуляторов. Рабочая глубина – до 3500 м.

Для прокладки кабелей и закапывания – обычно мощность двигателей более 200 л.с. и, как правило, не превышает 500 л.с. (хотя некоторые модели и превышают этот показатель) с возможностью буксировки кабелеукладчика и работы на глубинах до 6000 м в некоторых случаях. Погружные ROV могут быть «свободно плавающими», работая в состоянии нейтральной плавучести на тросе, прикрепленном к пусковому судну или платформе, или же они могут быть «гаражными», работая из подводного «гаража» или «топхата» на тросе, прикрепленном к тяжелому гаражу, опускаемому с судна или платформы. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки, однако работы на больших глубинах обычно выполняются с использованием гаража.

История

В 1970-х и 1980-х годах Королевский флот использовал "Катлет" – дистанционно управляемый подводный аппарат – для подъема учебных торпед и мин. RCA (Noise) обслуживала систему "Cutlet 02", размещенную на полигоне BUTEC, в то время как система "03" базировалась на подводной базе на реке Клайд и обслуживалась и поддерживалась личным составом Королевского флота. В 1960-х годах ВМС США финансировали большую часть ранней разработки технологий ROV, которые тогда назывались "Кабельно управляемым подводным аппаратом для восстановления" (CURV). Это позволило проводить спасательные операции на большой глубине и извлекать объекты со дна океана, такие как ядерная бомба, потерянная в Средиземном море после крушения бомбардировщика B-52 в Паломаресе в 1966 году. Развивая эту технологическую базу, морская нефтегазовая промышленность создала ROV рабочего класса для содействия разработке морских нефтяных месторождений. Более чем через десятилетие после их появления ROV стали незаменимыми в 1980-х годах, когда большая часть новых морских разработок вышла за пределы досягаемости водолазов. В середине 1980-х годов морская ROV-индустрия столкнулась с серьезной стагнацией в технологическом развитии, вызванной, в частности, падением цен на нефть и глобальной экономической рецессией. С тех пор технологическое развитие в ROV-индустрии ускорилось, и сегодня ROV выполняют множество задач в различных областях. Их задачи варьируются от простого осмотра подводных конструкций, трубопроводов и платформ до соединения трубопроводов и установки подводных коллекторов. Они широко используются как при начальном строительстве подводных комплексов, так и при последующем ремонте и обслуживании. Нефтегазовая промышленность расширила сферу применения, выйдя за рамки ROV рабочего класса и начав использовать мини-ROV, которые могут быть более полезны в мелководных условиях. Они меньше по размеру, что часто позволяет снизить затраты и ускорить время развертывания. Подводные ROV использовались для обнаружения многих исторических кораблекрушений, включая RMS Titanic, Bismarck, Yorktown, SM U 111 и SS Central America. В некоторых случаях, таких как "Титаник" и SS Central America, ROV использовались для извлечения материалов со дна моря и подъема их на поверхность. Хотя нефтегазовая промышленность использует большинство ROV, другие области применения включают научные исследования, военное дело и спасательные операции. Военные используют ROV для таких задач, как разминирование и инспекция. О научных исследованиях будет рассказано ниже.

Строительство

Рабочие ROV строятся с большим флотационным блоком, установленным на алюминиевом шасси, для обеспечения необходимой плавучести при выполнении различных задач. Сложность конструкции алюминиевой рамы варьируется в зависимости от конструкторских решений производителя. Синтетическая пена часто используется в качестве флотационного материала. В нижней части системы может быть установлена площадка для оборудования, предназначенная для размещения различных датчиков или комплектов инструментов. Размещая легкие компоненты в верхней части и тяжелые – в нижней, обеспечивается значительное расстояние между центром плавучести и центром тяжести всей системы, что обеспечивает стабильность и жесткость при работе под водой. Двигатели располагаются между центром плавучести и центром тяжести для поддержания устойчивости и управляемости робота при маневрировании. Для обеспечения точного позиционирования и контроля ориентации во время операций, особенно в условиях сильного течения, могут использоваться различные конфигурации двигателей и алгоритмы управления. Обычно двигатели устанавливаются в сбалансированной векторной конфигурации для обеспечения максимально точного управления. Электрические компоненты могут размещаться в герметичных отсеках, заполненных маслом, или в отсеках с атмосферным давлением для защиты от коррозии в морской воде и разрушения под воздействием экстремального давления на глубине. ROV оснащается двигателями, камерами, осветительными приборами, тросом, рамой и органами управления для выполнения базовых работ. Дополнительные датчики, такие как манипуляторы и гидролокаторы, могут быть установлены по мере необходимости для решения конкретных задач. Часто встречаются ROV с двумя роботизированными манипуляторами, каждый из которых может иметь различные захватные устройства. Камеры также могут быть защищены от повреждений при столкновениях. Большинство рабочих ROV строятся по описанной выше схеме, однако это не единственный метод конструирования ROV. Меньшие ROV могут иметь совершенно иные конструкции, каждая из которых оптимальна для выполнения своей задачи. Более крупные ROV обычно развертываются и эксплуатируются с судов, поэтому могут быть оснащены посадочными полозьями для подъема на палубу.

Конфигурации

У дистанционно управляемых аппаратов (ROV) три основные конфигурации. Каждая из них имеет свои ограничения. Открытые или рамные ROV – это наиболее распространенная конфигурация, состоящая из открытой рамы, в которой размещены все операционные датчики, двигатели и механические компоненты. Они полезны для свободного плавания в слабых течениях (менее 4 узлов согласно спецификациям производителя). Они не подходят для буксировки из-за их плохой гидродинамической формы. Большинство ROV рабочих и тяжелых рабочих классов основаны на этой конфигурации. Торпедообразные ROV – это распространенная конфигурация для аппаратов класса сбора данных или инспекции. Торпедообразная форма обеспечивает низкое гидродинамическое сопротивление, но имеет значительные ограничения в управлении. Для поддержания позиционной и угловой стабильности торпедообразной форме требуется высокая скорость (поэтому она используется в военных боеприпасах), однако на высокой скорости этот тип аппаратов очень уязвим. На низких скоростях (0–4 узла) он подвержен многочисленным нестабильностям, таким как крен и тангаж, вызванные тросом, крен, тангаж и рыскание, вызванные течением. Он имеет ограниченные рулевые поверхности в кормовой части, которые легко могут привести к нестабильности из-за чрезмерной компенсации. Их часто называют "Tow Fish" (буксируемыми рыбами), поскольку они чаще используются в качестве буксируемых ROV. Они применяются для гидрографических съемок, то есть определения местоположения и позиционирования подводных сооружений, а также для инспекционных работ, например, обследования трубопроводов, опорных конструкций и корпусов судов. Инспекционные ROV (также известные как "глазки"), хотя и меньше рабочих, часто обладают сопоставимой производительностью в отношении способности удерживать позицию в течениях и часто оснащаются аналогичным оборудованием: освещением, камерами, сонаром, ультракороткобазовым (USBL) маяком, спектрометром Рамана и стробоскопом, в зависимости от грузоподъемности аппарата и потребностей пользователя.

Поддержка погрузочных операций

Операции с ROV в сочетании с одновременными погружениями проводятся под общим надзором руководителя погружений в целях безопасности. Также используется беспилотный ROV "Сибицкий" для обследования неисправных подводных лодок и подготовки подводных лодок к PRM. ВМС США также используют ROV под названием AN/SLQ 48 Mine Neutralization Vehicle (MNV) для борьбы с минами. Он может отходить от корабля по соединительному кабелю и достигать глубины 2000 футов (610 м). Миссионные комплекты, доступные для MNV, известны как MP1, MP2 и MP3. MP1 – это кабель-перерезатель для подъема привязанной мины для извлечения, изучения или обезвреживания взрывоопасных предметов (EOD). MP2 – это бомбомета с полимерным взрывчатым веществом PBXN 103 для нейтрализации донных/грунтовых мин. MP3 – это захват кабеля привязанной мины и поплавок с комбинацией бомбометы MP2 для нейтрализации привязанных мин под водой. Подрыв зарядов осуществляется по акустическому сигналу с корабля. Автономный беспилотный подводный аппарат AN/BLQ 11 предназначен для скрытных противоминных операций и может запускаться с некоторых подводных лодок. ROV ВМС США используются только на кораблях класса "Мститель". После посадки USS Guardian (MCM 5) на мель и вывода из эксплуатации USS Avenger (MCM 1) и USS Defender (MCM 2), 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)), и Калифорнии (USS Champion (MCM 4), USS Scout (MCM 8) и USS Ardent (MCM 12)) остаются в эксплуатации только 11 американских тральщиков. 19 августа 2011 года испытывался роботизированный подводный аппарат Echo Ranger, разработанный компанией Boeing, для возможного использования вооруженными силами США для слежения за вражескими водами, патрулирования местных портов с целью обеспечения национальной безопасности и обследования морского дна для обнаружения экологических опасностей. Норвежский флот осмотрел корабль Helge Ingstad с помощью подводного дрона Blueye Pioneer. По мере расширения их возможностей, меньшие ROV все чаще используются военно-морскими флотами, береговой охраной и портовыми службами по всему миру, включая береговую охрану и ВМС США, Королевский военно-морской флот Нидерландов, норвежский флот, Королевский военно-морской флот и саудовскую пограничную охрану. Они также широко используются полицейскими управлениями и поисково-спасательными группами. Они полезны для различных подводных инспекционных задач, таких как обезвреживание взрывоопасных предметов (EOD), метеорология, безопасность портов, противоминные мероприятия (MCM) и морская разведка, наблюдение и разведка (ISR).

Наука

Научное сообщество также широко использует ROV для изучения океана. Благодаря ROV было обнаружено или изучено множество глубоководных животных и растений в их естественной среде обитания, например, медуза Stellamedusa ventana и рыбы-угреобразные галозавры. В США передовые исследования проводятся в нескольких государственных и частных океанографических институтах, включая Исследовательский институт аквариума Монтерейского залива (MBARI), Океанографический институт Вудс-Холл (WHOI) (с Nereus) и Университет Род-Айленда / Институт исследований (URI/IFE). В Европе Институт Альфреда Вегенера использует ROV для арктических и антарктических исследований морского льда, включая измерение осадки льда, светопропускания, донных отложений, кислорода, нитратов, температуры морской воды и солености. Для этих целей он оснащен однолучевым и многолучевым сонаром, спектрорадиометром, манипулятором, флюорометром, датчиком проводимости/температуры/глубины (CTD) для измерения солености, оптодом и УФ-спектрометром. Научные ROV бывают самых разных форм и размеров. Поскольку качественная видеосъемка является ключевым элементом большинства глубоководных научных исследований, исследовательские ROV обычно оснащаются мощными системами освещения и камерами вещательного качества. В зависимости от проводимых исследований, научный ROV будет оснащен различными устройствами для отбора проб и датчиками. Многие из этих устройств являются уникальными, передовыми экспериментальными компонентами, сконфигурированными 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 в проектах подводной археологии, таких как проект кораблекрушения Mardi Gras в Мексиканском заливе и проект CoMAS в Средиземном море. Существует несколько крупных систем высокого класса, выделяющихся своими возможностями и областями применения. Разработка аппарата Tiburon компании MBARI обошлась более чем в 6 миллионов долларов США и используется в основном для исследований средних вод и гидротермальных источников на западном побережье США. Система Jason института WHOI внесла значительный вклад в глубоководные океанографические исследования и продолжает работать по всему миру. Hercules ROV института URI/IFE – один из первых научных ROV, полностью использующих гидравлическую систему движения, и он уникально оснащен для обследования и раскопок древних и современных кораблекрушений. Канадская научная подводная станция ROPOS постоянно используется несколькими ведущими океанологическими институтами и университетами для решения сложных задач, таких как извлечение и исследование глубоководных гидротермальных источников, а также для обслуживания и развертывания океанических обсерваторий.

Образовательная пропаганда

Образовательная программа SeaPerch Remotely Operated Underwater Vehicle (ROV) – это образовательный инструмент и комплект, позволяющий учащимся начальной, средней и старшей школы конструировать простой дистанционно управляемый подводный аппарат из поливинилхлоридных (ПВХ) труб и других легкодоступных материалов. Программа SeaPerch обучает студентов базовым навыкам проектирования кораблей и подводных лодок и стимулирует изучение морской архитектуры, а также концепций морской и океанической инженерии. SeaPerch спонсируется Управлением военно-морских исследований в рамках Национальной военно-морской ответственности за военно-морскую технику (NNRNE), а программой управляет Общество военно-морских архитекторов и морских инженеров. Еще одним инновационным применением технологии ROV стал проект "Марди Гра" (Mardi Gras Shipwreck Project). "Марди Гра", затонувший около 200 лет назад примерно в 56 километрах от побережья Луизианы в Мексиканском заливе на глубине 1219 метров, оставался ненайденным до 2002 года, когда его обнаружила инспекционная группа нефтедобывающей компании Okeanos Gas Gathering Company (OGGC). В мае 2007 года была организована экспедиция под руководством Техасского университета A&M и финансируемая OGGC по соглашению со Службой управления минеральными ресурсами (ныне BOEM) для проведения самых глубоких на тот момент научных археологических раскопок с целью изучения места кораблекрушения на морском дне и извлечения артефактов для последующей публичной экспозиции в Государственном музее Луизианы. В рамках образовательной деятельности Nautilus Productions в партнерстве с BOEM, Техасским университетом A&M, Сетью общественной археологии Флориды и Veolia Environmental создали часовой документальный фильм в формате HD о проекте, серию коротких видеороликов для широкой публики и регулярно публиковали видеоотчеты во время экспедиции. Видеоматериалы, полученные с ROV, были неотъемлемой частью этой работы и широко использовались в документальном фильме "Тайна кораблекрушения Марди Гра". Центр передовых морских технологий (MATE) использует ROV для обучения студентов средних школ, старших школ, колледжей и университетов профессиям, связанным с океаном, и помогает им совершенствовать навыки в области науки, технологий, инженерии и математики. Ежегодный студенческий конкурс ROV, проводимый MATE, предлагает студенческим командам со всего мира соревноваться с ROV, которые они спроектировали и построили. Конкурс включает в себя реалистичные задания на основе ROV, имитирующие высокопроизводительную рабочую среду, и фокусируется на различных темах, знакомящих студентов с широким спектром морских технических навыков и профессий. Организаторами конкурса ROV являются MATE и ROV-комитет Общества морских технологий, а финансирование осуществляется 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, признающими ценность высококвалифицированных специалистов с технологическими навыками в области проектирования, инженерии и управления ROV. MATE был основан при финансовой поддержке Национального научного фонда и располагается в Monterey Peninsula College в Монтерее, штат Калифорния.

Медиа

По мере развития камер и датчиков, а также повышения маневренности и простоты управления аппаратами, ROV стали популярны, особенно среди документалистов, благодаря возможности доступа к глубоким, опасным и труднодоступным местам, недостижимым для водолазов. Время погружения и съемки ROV практически не ограничено, что позволяет получать уникальные кадры и ранее невиданные перспективы. ROV использовались при создании ряда документальных фильмов, включая "Shark Men" от National Geographic, "Темные секреты "Лузитании"" и специальный фильм BBC Wildlife "Шпион в стае". Благодаря широкому применению в военных, правоохранительных органах и береговой охране, ROV также появлялись в детективных сериалах, таких как популярный сериал CBS "CSI".

Хоби

С ростом интереса к океану у людей всех возрастов и увеличением доступности оборудования, которое раньше было дорогим и не продавалось в свободной продаже, ROV стали популярным хобби для многих. Это хобби заключается в создании небольших ROV, которые обычно изготавливаются из ПВХ-труб и часто могут погружаться на глубину от 50 до 100 футов, хотя некоторым удавалось достигать и 300 футов. Этот новый интерес к ROV привел к появлению множества соревнований, таких как MATE (Marine Advanced Technology Education) и NURC (National Underwater Robotics Challenge). Это соревнования, в которых участники, как правило, школы и другие организации, соревнуются друг с другом, выполняя ряд заданий с помощью ROV, которые они построили сами. Большинство любительских ROV испытываются в бассейнах и озерах с тихой водой, однако некоторые тестируют свои ROV и в море. Это, однако, создает множество сложностей из-за волн и течений, которые могут сбить ROV с курса или затруднить ему движение сквозь прибой из-за небольших двигателей, установленных на большинстве любительских ROV.