ДИСТАНЦИОННО УПРАВЛЯЕМЫЕ АППАРАТЫ (ROV)

ЧАСТЬ 1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ДИСТАНЦИОННО УПРАВЛЯЕМЫХ АППАРАТАХ

Данная статья содержит краткую историю создания и общую информацию про дистанционно управляемые аппараты (remotely operated vehicles, ROV), а также описание их текущего состояния.

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ

Первым шагом в понимании любой технологии является понимание необходимости ее существования. В случае дистанционно управляемых аппаратовответ довольно прост. Другого практически удобного, безопасного и экономически целесообразного пути выполнять подводные манипуляции не существует.

История свидетельствует, что люди делали многое от сбора пищи до подъема пушек со дна и другого под водой еще несколько столетий назад. Первые попытки улучшить возможность пребывания под водой были зафиксированы в середине 16го столетия, когда был впервые использован первый «шлем» для погружения. Рисунок этого аппарата свидетельствует, что это была намасленная кожаная сумка с выведенной на поверхность трубой. От этой старинной технологии до рекордного погружения на 2,250 футов, воспроизведенного в Университете Дюка в 1981 году, мы были свидетелями невероятного развития человеческой способности работать под водой. Погружения в открытое море были совершены до 2 тысяч футов, а коммерческие погружения до 1 750 футов, однако эти примеры очень редки, несут в себе большую опасность и экономически не выгодны.

Аппараты, управляемые человеком (human occupied vehicles, HOV), ранее называемые обитаемый погружной аппарат, явились решением для покорения глубины только на короткий период.

Проблема состоялавтом, что они несли в себе те же недостатки, что и гипербарическое погружение. В период между серединой 1960х и серединой 1970х казалось, что HOV позволят проводить работы в более глубоких местах и в течение более длительных периодов времени. Проблемой же было то, что для работы HOVнеобходимы были крупные специализированные суда поддержки, а также все еще существовал риск для человека при работе на глубине. Также HOV были медленны при запуске и поднятии, время пребывания на глубине было ограниче6но, что делало их использование экономически невыгодным. Начало коммерческого использования ROV в середине 70х годов вытеснило HOVиз широкомасштабного использования в науке и туризме.

До сих пор остается неясным, кто является разработчиком первого ROV. Однако, существуют два возможных кандидата. Программируемый подводный аппарат (programmed underwater vehicle, PUV) представлял собой торпеду, разработанную Luppis-Whitehead Automobile в Австрии в 1864 году, но первый ROV, названный POODLE, был разработан Дмитрием Ребиковым в 1953 году.

Военным силам США приписывают развитие данной технологии до ее операционного использования во время попыток разработать роботов для поднятия подводного вооружения, потерянного во время морских тестов. Слава ROVвозросла, когда с помощью систем CURV (Cable controlled underwater recovery vehicle, погружной спасательный аппарат, управляемый по проводам), принадлежащие вооружению США, была поднята со дна моря атомная бомба, потерянная в районе вод Испании во время авиакатастрофы в 1966 году, а затем были спасены пилоты затонувшего погружного аппарата Pisces в море недалеко от г. Корк, Ирландия в 1973 году, тогда как в аппарате оставались лишь считанные минуты кислорода для дыхания.

Следующий шаг развития технологии был выполнен коммерческими фирмами, которые видели будущее за ROV в поддержке оффшорной добычи нефти. Переход от военного использования к применению в коммерческом мире был довольно быстрым. Производственные компании, такие как InternationalSubmarineEngineeringв Британской Колумбии, PerryOceanographicв Ривьера Бич, Флорида, и Hydro Products and Ametek Strataв Сан Диего, Калифорния были одними из первых среди фирм, начавших коммерческую деятельность на основе работ, выполняемых для военных.

Коммерческие компании, такие как Seaway (небольшая компания в Норвегии), Martech (небольшая независимая компания в Мексиканском заливе), TaylorDivingandSalvage (дочерняя компания Halliburton) стремились расширить свои возможности с использованием этой новой технологии. Часто случалось, что нужно было использовать технологию с осторожностью. Заводские приемочные и ходовые испытания, рассчитанные лишь на несколько дней, часто становились тяжелой работой, которая длилась неделями. Уже на месте работы, операторы были рады получить аппарат обратно и были еще более рады, если удавалось использовать аппарат в течение более 4х часов в сутки. Некоторые из тех, кто пережил эти первые долгие дни работы, например, Дрю Микель, Вейд Абади, Кевин Петерсон и Чарльз Ройс, все еще живы.

С этого не вселяющего надежду начала технология и отрасль значительно развились к сегодняшнему дню.

ЧАСТЬ 2. ОПИСАНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ АППАРАТОВ ROV

ЧТО ТАКОЕ “ROV”

Две публикации, «Руководство по использованию ROV», выпущенное в 1984 году Комитетом MTS ROV, и «Подводные аппараты и национальные нужды», выпущенное в 1996 году Национальным Исследовательским Советом, описывают ROV как подводный робот, который позволяет оператору аппарата оставаться в комфортной среде, в то время как аппарат осуществляет работу на глубине. Гибкий подводный кабель поставляет энергии, а также проводит сигналы управления на аппарат и выводит данные относительно статуса выполнения работ обратно. В более крупных системах также присутствуют подводный гараж и система управления соединением.

НЕБОЛЬШИЕ (ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ) АППАРАТЫ

В настоящее время используется много небольших ROV, так называемых «летающих глаз». Точное количество их не отслеживается. Наиболее вероятной догадкой является то, что по всему миру в работах задействовано более тысячи таких аппаратов. Класс небольших аппаратов включает в себя большинство недорогих машин, основная часть из которых работает на электричестве на глубине 300 м. Эти аппараты используются в целях наблюдения. В последнее время наблюдалась тенденция развития использования небольших аппаратов, в основном из-за улучшения технологии электрических систем. Эти улучшения привели к увеличению мощности, работоспособности и глубины, которых невозможно было достичь ранее.

Стоимость таких небольших ROV измеряется от $10 до $100 тыс. Модели низкого уровня используются в туристических целях, в то время как более дорогие системы используют в внутриконтинентальных проектах по глубинному исследованию и оффшорных наблюдениях. Некоторые из более ранних систем представляли собой просто корпус для видеокамеры с двигателем. На сегодняшний день недорогие ROV широко применяются для множества задач, таких как научные исследования, поиск и спасение, исследования на дамбах, в портах, обучение, перевозка и ядерные исследования.

МОЩНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ROV

Несмотря на то, что ROV, такие как бесславный аппарат Пери RECON, уже существуют в течение определенного времени, их возможности по глубине и мощности ограничены. Новый класс ROV, представляемый такими аппаратами, как Schilling Quest, разработанный в недавнее время с использованием новейшей технологии, в частности двигателем BrushlessDC, управляемой компьютером системой, системой оптоволоконной передачи. Аппараты на электрическом управлении могут опускаться на глубину более 6 тысяч метров, при этом на глубине они затрачивают значительно меньше электроэнергии. Электрические ROV все еще не обладают способностью выполнять тяжелую работу, их возможности ограничены требованиям к электрогидравлическому дизайну современных рабочих манипуляторов, но тем не менее работы могут выполняться с небольшими затратами.

Популярность электрических аппаратов в военной и научной отраслях росла, значительно благодаря тишине их работы. Кроме того, операционные требования для работы в военной и научной сферах в большинстве случаев не так сложны, как функции ROV, используемые в нефтегазовой отрасли.

АППАРАТЫ РАБОЧЕГО КЛАССА

Этот класс ROV представляет собой электрогидравлические аппараты, обладающие около 50-100 лошадиных сил, способные переносить определенный груз и обладающие ограниченной подъемной способностью. Эти ROVвесят в пределах 1–2.2 тыс. кг и способны перевозить около 100-270 кг груз. Большинство из них оснащены манипулятором с 7 функциями и захватом с 5 функциями. Некоторыеобладаютвозможностьюподниматьгрузыдо 450 кг. Эти аппараты являются наиболее часто используемым классом ROV, который развился из ранних «аппаратов-глаз», которые использовались для наблюдения за водолазами во время их работы или для выполнения обычных проверок. Типичными заданиями для этого класса является поддержка бурения, поддержка легкого строительства, исследование труб и другая общая работа.

АППАРАТЫ ТЯЖЕЛОГО РАБОЧЕГО КЛАССА

Данные аппараты представляют класс ROV, который используется для глубоководных операций до 3 тыс. м, мощностью 100-250 лошадиных сил и обладающих подъемной способностью до 5 тыс. кг.

С появлением необходимости проводить подводные стыковочные операции на глубоководных установках и перевозить крупные вмешательства без водолазов, этот класс ROV становится все более мощным по перевозке и поднятию крупных грузов, отсюда и пошло его название. Эти аппараты могут весить более 10 тыс. фунтов и похожи на минивэн по размеру. Системы, способные работать на глубине 3 тыс. м, уже повсеместны, при этом как минимум одна система уже работает на глубине 6 тыс. м. Система по укладке кабеля и труб, приводимая в движение четырьмя электрогидравлическими единицами, в сумме составляющими по мощности тысячу лошадиных сил, используется в настоящее время. Построен аппарат, способный поднимать и оперировать грузом до 1600 фунтов. Камеры, фонари, локаторы и другое сенсорное оборудование, необходимое для работы на большой глубине, доступно к установке на ROV. Часто на таких аппаратах установлены манипуляторы, способные поднимать сотни фунтов веса.

История отрасли ROV отражает уровень активности оффшорной нефтегазовой промышленности. Компании, производящие гидрокарбонаты в глубинах океанов, чтобы производить энергию, свет и движение, на которые человечество рассчитывает в своей повседневной жизни, применяют основную долю рабочих ROV по всему миру. Второй по значимости рынок применения технологии ROV – поддержка установки и содержания подводных кабельных систем. Долю их использования в производстве гидрокарбонатов и поддержке кабельных систем довольно сложно определить, так как многие системы имеют двойное назначение, но по приблизительной оценке соотношение составляет 85 и 15% соответственно.

Следующим шагом развития подводных операций является появление автономных подводных аппаратов (autonomous underwater vehicles, AUV). Некоторые из них используются в военных целях, в науке, а также в коммерческом мире для исследований. Сейчас находятся в разработке AUV, способные выполнять сложные физические задачи. Основным ограничением является вес, который может перенести AUV.

ПОСТРОЙКА АППАРАТОВ

радиционные ROV строятся на основании крупной плавучей коробки, которая находится на шасси из стали или сплава, что обеспечивает необходимую плавучесть. Тележка для установки инструментов может быть прикреплена снизу, в ней может располагаться набор сенсоров. Путем установки световых компонентов сверху, а тяжелых компонентов снизу, вся система имеет четкое разделение между центром плавучести и центром гравитации: это обеспечивает стабильность и крепость системы для работы под водой.

Электрические кабели могут быть проведены внутри трубки, наполненной маслом, для защиты их от коррозии в морской воде. Двигатели обычно находятся по всем трем направлениям для полного контроля. Камеры, фонари и манипуляторы находятся спереди аппарата или иногда сзади для облегчения маневров.

Основная часть ROV рабочего класса строятся так, как было описано выше, однако, это не единственный стиль постройки ROV. В частности, более мелкие аппараты могут иметь другой дизайн, в каждом случае приспособленный под специфическое задание.

ЧАСТЬ 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИСТАНЦИОННО-УПРАВЛЯЕМЫХ АППАРАТОВ

Существовали времена, когда оператор был рад получить назад свой ROV, не зависимо от того, в чем состояла работа. Но те времена уже давно прошли, и сегодня ROV стали неотъемлемой частью как оффшорных, так и наземных работ, проводимых компаниями, правительством, военными и учеными. Современные аппараты покрывают спектр задач от исследования опасных внутренних помещений ядерных заводов до починки сложных глубоководных производственных систем в нефтегазовой отрасли. В целом, ROV используются в следующих направлениях:

·         Наблюдение за работой водолазов – служат как спутник ныряльщика для обеспечения безопасности и поддержки.

·         Обследование буровых платформ – от наблюдательного обследования до использования инструментов для изучения влияния коррозии, загрязнений, поиска трещин, оценки биологических загрязнений и т.д.

·         Инспекция трубопроводов – обследование подводных проводов для проверки на утечку, определения общей целостности трубы.

·         Исследования – как визаульные, так и акустические исследования, которые необходимы до установки труб, кабелей и большинства других оффшорных установок.

·         Поддержка бурения – вся работа от визуального наблюдения, сопровождения установки, операционной поддержки и ремонта с использованием различных манипуляторов.

·         Поддержка строительства – естественное продолжение поддержки бурения. Задания на этом этапе становятся более сложными с использованием манипуляторов, инструментов с электрическим приводом, ножей.

·         Уборка мусора – оффшорные платформы под водой могут стать «мусорной свалкой». ROV обеспечивают экономически выгодный метод поддержания этого района чистым и безопасным.

·         Работа по вызову – обеспечение поддержки в многих выше названных областях, однако, задания обычно длятся от одного до нескольких дней для систем, которые не приписаны постоянно к оффшорным платформам или буровым судам.

·         Очистка платформ – одно из наиболее сложных заданий, при котором используются манипуляторы и чашечные присоски для позиционирования и системы по 100 лошадиных сил, которые управляют щетками, напорами воды и другими абразивными устройствами.

·         Подводные установки – с повышением мощности аппараты стали обеспечивать поддержку строительства, работы, обследования, ремонта установок на дне моря, особенно глубоководных.

·         Поддержка телекоммуникаций – исследование, закапывание и починка – от буксирных кабелеукладчиков, которые закапывают кабель для защиты его от траулеров и якорей, до сложных аппаратов, которые могут находить, следовать, доставать и заново закапывать подводные телекоммуникационные кабели.

·         Поиск объектов и их поднятие – ROV, наверное, получили самое высокое признание при работе на трагедиях, таких как падение пассажирских самолетов и катастроф космических шаттлов. Поиск, нахождение местоположения и подъем потерянных объектов стал обычно работой для таких аппаратов.

Данный список задач является очень поверхностным. Военное применение, такое как противодействие минам, очень важно для военно-морских сил. Операции на берегу используют более мелкие ROV для множества задач, начиная от исследования до извлечения тел. Кроме того, использование аппаратов учеными стремительно расширяется, включая развитие и применение автономных систем.

ЧАСТЬ 4 ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О ROV

Погружные ROV использовались для поиска и поднятия останков многих исторических кораблекрушений, например судна RMS Titanic, Bismarck, USS Yorktown, и SS Central America.

·         В октябре 2008 года военно-морской флот США начал замену спасательных систем, управляемых пилотом, на модулярные системы, основанные на беспилотных дистанционно управляемых аппаратах.

·         ROV класса Scorpio были использованы в поиске затонувшей подводной лодки «Курск», российской подводной лодки класса Oscar II, которая затонула 12 августа 2000 года. К сожалению, команду из 118 человек спасти не удалось.

·         Дистанционно управляемые аппараты производятся не только промышленными компаниями, но и умельцами, которые разрабатывают свой собственный дизайн ROV. Примеры таких аппаратов, построенных  «своими руками», можно найти на множестве сайтов в Интернете, например, http://www.homebuiltrovs.com/.

·         Проводятся также международные командные соревнования ROV. Команды студентов из средних школ, университетов, колледжей участвуют в мероприятиях, которые состоят из разных «классов», в зависимости от сложности аппарата и требований задания. Данные мероприятия являются не только увлекательными и обучающими, но и помогают соединять студентов и учителей с работодателями и профессионалами из морской отрасли, привлекать внимание к актуальным вопросам морской карьеры, и продвигать развитие технических, умственных и командных способностей ребят.

·         ROV, построенные согласно стандартному дизайну, обычно называются брендовым именем, за которым следует цифра, свидетельствующая о номере производства. Например, Sealion 1 или Scorpio 17. Дизайн серий ROV может меняться по мере производства данной серии, однако, пилоту аппарата особенности серии ROV знакомы по специфическому названию. Уникальные аппараты либо не принадлежащие к какой-либо серии дизайна могут быть названы собственным именем, подобно названию судна.

·         Согласно информации, предоставленной 20 членами Международной морской ассоциации подрядчиков, в августе 2007 года в оффшорной отрасли было задействовано около 2000 человек в работе с ROVаппаратами.

·         Вино, доставлявшееся в Римскую колонию Картахена, было найдено спустя 2200 лет.

Груз так и остался бы ненайденным на дне моря вблизи испанского залива, если бы не острый глаз морских исследователей из Aurora Trust. Заметив останки затонувшего корабля на эхолокаторной карте участка, они послали для исследования Saab Seaeye Falcon ROV.

Их удивительная находка оказалось грузом с тысячами амфор вина. Глиняные кувшины были до сих пор аккуратно упакованы в трюмах судна, где они пролежали нетронутыми более 2000 лет.

Судно могло пролежать на том самом месте еще 2000 лет, если бы не работа команды Trust, которые занимались крупным исследованием области вблизи залива Картахены в южной части Испании.

Древний римский корабль оказался одной из таких находок, которую исследователи смогли тщательно снять на видео и сфотографировать, используя высоко маневренный Falcon, который способен выполнять такую работу даже при сильных течениях. Фотосъемка было осуществлена с использованием камеры Kongsberg со вспышкой, которая была установлена на специально сооруженную подставку под аппаратом.

Для команды Trust успешный аппарат Falcon оказался жизненно важным инструментом для работы по исследованию моря. Этот аппарат, который нашел свою собственную нишу в морской науке и археологии, завоевав уважение в таких областях, как нефтедобыча, добыча природного газа и оборона.