АО «НПП ПТ «Океанос» более 10 лет в инициативном порядке разрабатывает морскую робототехнику. За это время благодаря практическому опыту и серьезным научно-исследовательским изысканиям компания перешла от поставки и обслуживания импортного оборудования к созданию собственных образцов подводных робототехнических комплексов, которые участвуют в практических натурных экспериментах.
В содружестве с ведущими российскими разработчиками нам удалось сформировать цельную концепцию комплексного развития отечественной морской робототехники и сопутствующих технологий. Стержневое направление развития этой концепции — повышение автономности использования подводных необитаемых аппаратов.
Представляем перевод статьи про резидентную робототехнику из сентябрьского номера журнала "Marine Technology Reporter". Авторы наглядно иллюстрируют состояние отрасли, многогранность исследовательских и экспериментальных работ, что позволяет оценить и уровень отечественных разработок.
Подводные аппараты: быть (резидентом) или не быть?
Вот в чем вопрос. Или, если точнее, существуют ли альтернативные способы доставки подводной робототехники до места работ без необходимости размещения доковых станций на морском дне?
Идея создания подводного необитаемого резидентного аппарата не нова. Еще 1986 году British Petrolium обсуждала интеграцию спускоподъёмного устройства ТНПА с подводной системой добычи нефти SWOPS. В 2000 году Schlumberger запатентовала морскую станцию для размещения подводного аппарата для обслуживания как минимум одной подводной скважины.
Наконец-то теоретические концепции близки к практическому воплощению. Доказательством тому служат многочисленные демонстрации стыковок различных подводных аппаратов с доковыми станциями и устройствами. В ближайшем будущем будет заключен контракт на поставку первого коммерческого подводного робота-резидента. В середине июня 2021 года компания Saipem заявила, что её гибридный автономный необитаемый аппарат Hydrone-R будет мобилизован для работ на месторождении Ньорд (Njord) в Норвегии в рамках проекта компании Equinor. Такое решение было принято после испытаний Hydrone-R, в ходе которых аппарат непрерывно в течение 4-5 месяцев эксплуатировался под водой.
Преимущества резидентной робототехники заключаются в снижении зависимости от судов обеспечения (сокращение персонала, сокращение выбросов парниковых газов), отказе от привязки к погодным условиям, снижении рисков проведения спускоподъемных операций при высоком волнении, и увеличении времени на выполнение задач на грунте.
Но подходят ли резидентные системы для всех подводных месторождений? Есть ли альтернативные способы доставки подводной робототехники?
«Мы думаем, что подводные доковые станции — это хорошая идея, но их применимость оправдана для крупных морских месторождений с очень развитой подводной инфраструктурой», — говорит представитель норвежской компании-оператора uSEA Фелипе Лима. «На большинстве месторождений подводный робот будет большую часть времени бездействовать. Так почему бы не позволить этому автономному аппарату быть более мобильным и работать на нескольких месторождениях? Это можно сделать при помощи безэкипажных надводных судов (USV)», — говорит он. С ним согласен Хельге Сверре Эйде, менеджер по развитию бизнеса компании Blue Logic, занимающейся подводными интерфейсами и работающей с uSEA над буксируемой доковой станцией для стыковки в толще воды: «Нужно расширить масштабы использования робототехнических комплексов, чтобы сделать резидентные системы типовыми рабочими бизнес-кейсами».
ТНПА резидентного базирования Liberty E-ROV компании Oceaneering. Фото с сайта Oceaneering.
Ли Уилсон из британской стартап-компании HonuWorx, у которой есть идея создания подводного шаттла / спускоподъемной системы, говорит: «Мы думаем, что существует очень мало мест, где постоянное резидентное базирование приведет к реальной экономии. Но мы поддерживаем идею замены традиционных судов обеспечения и хотим избавиться от сложных морских спускоподъемных операций».
«Проблема заключается в том, что если робот-резидент не сможет выполнить хотя бы одну из 10 поставленных задач, то придется экстренно вызывать на место работ судно с экипажем, что сведет к нулю всю экономическую выгоду», — говорит Стеффан Линдсё, менеджер подразделения подводной робототехники Oceaneering. «Это сложная задача. Большинство месторождений проходят двухгодичную инспекцию и не требуют постоянного присутствия ТНПА». Oceaneering разрабатывает гибридный АНПА Freedom с возможностью проведения легких интервенционных работ. Такой аппарат вполне может быть примером резидентной системы, хотя он изначально нацелен на обследование трубопроводов. У Oceaneering также есть автономная система Liberty E-ROV, состоящая из электрического ТНПА рабочего класса с подводным гаражом, батарей и поверхностного коммуникационной буя, поэтому её можно размещать и оставлять на месторождении без поддержки судна на недели или месяцы, предлагая временное резидентное базирование.
«Не существует единого универсального решения», - говорит Грэм Жак, менеджер по продажам британской компании Modus, которая разработала и использует различные технологии развертывания своих гибридных АНПА (HAUV) на основе АНПА Sabertooth как с поверхности, в толще воды или на морском дне. Недавно Modus договорилась о приобретении двух АНПА SPICE производства Kawasaki Heavy Industry. «Некоторым подводным месторождениям или ветряным электростанциям лучше подходят резидентные системы, входящие в донную инфраструктуру», - говорит он. «Для удаленных месторождений лучше подойдут робототехнические средства, доставляемые с помощью безэкипажных судов. Это всегда вопрос разумного выбора».
Modus
Компания Modus разработала три модификации СПУ для гибридных необитаемых аппаратов, которые способны работать в режимах АНПА и ТНПА с манипулятором. Все СПУ предназначены для работы с малотоннажных судов обеспечения.
Надводное исполнение представляет собой одноточечное спускоподъемное устройство, которое может быть установлено на судне с низким надводным бортом (в условиях слабо развитого волнения), с небольшим краном с дистанционной выдачей (расцепкой) и автоматизированным захватным устройством. Такие системы использовали для глубоководной инспекции трубопроводов и кабелей в Европе.
Исполнение с «плавучим доком» подразумевает спуск аппарата в «люльке» за борт с помощью крана. Находясь в воде, АНПА выезжает из плавучего дока, избегая установки на аппарат дополнительных систем компенсации вертикальной качки. В конце миссии он возвращается к доку и выполняет стыковку с помощью Wi-Fi-соединения. Затем конструкцию поднимают на борт. Такие системы использовались для обследования трубопроводов и платформ в Австралии, а также при обследовании устьев скважин и трубопроводов в Средиземном море.
Плавучий док Modus. Фото Modus.
Подводную доковую станцию с одноточечной подъемной кассетной системой и маяками для помощи аппарату вернуться обратно можно использовать в толще воды или на грунте. Пока АНПА «работает» под водой, судно обеспечения может уйти для выполнения других задач. Здесь важно предусмотреть возможные ошибки позиционирования аппарата при удалении вспомогательного поверхностного средства определения местоположения. Решением может стать привязка координат робота-резидента к плану подводной инфраструктуры. «При глубоководных операциях подводный док позволяет снизить расход заряда батареи аппарата, исключив энергозатраты на спуск и подъем», - добавляет Жак. Такие системы применяли в Европе при определении глубины залегания и инспекции кабелей.
Донную доковую станцию устанавливают автономно с блоком аккумуляторных батарей, при этом передача данных осуществляется через надводный буй, или подключают к существующей донной инфраструктуре для электроснабжения и связи.
Подводная доковая станция Modus H-AUV1. Фото Modus.
АНПА SPICE
К концу этого года Modus должен стать первым счастливым обладателем одного из двух АНПА SPICE (Subsea Precise Inspector with Close Eyes или подводный высокоточный инспектор с закрытыми глазами), разработанных Kawasaki (сейчас называемых HAUV-3). В комплект поставки включена «умная док-станция» для подзарядки и передачи данных, что исключает необходимость в подъеме АНПА на палубу и, как следствие, снижает риски получения травм персонала во время спускоподъемных операций.
Стыковочное устройство HAUV-3 на верхней части аппарата будет обеспечивать подводную подзарядку батарей и передачу данных (благодаря японским системам индуктивной зарядки и подводной оптической связи), а также подъем аппарата на поверхность. В планах разработчиков сделать АНПА полностью резидентным и / или предусмотреть возможность его запуска с берега с помощью подводного трактора. По словам Жака, это позволит сделать «очень гибкую систему развертывания АНПА».
АНПА Kawasaki SPICE, приобретенный Modus. Изображение из Modus.
Saab Seaeye
Донная док-станция Modus сконструирована на базе подводного гаража Saab Seaeye. За основу взят стандартный гараж ТНПА с двумя транспондерами на входе для направления движения аппарата. «Сейчас гараж предназначен для защиты АНПА или ТНПА, но никто не мешает установить на него зарядное устройство», — говорит главный инженер Saab Seaeye Ян Сиешё.
Saab Seaeye также разработал систему подводной стыковки, которая представляет собой тип кассеты, но объединена с системой управления кабель-тросом (TMS) в стиле ТНПА. АНПА «Sabertooth может выйти на миссию на оптоволоконном кабеле для дистанционного управления, или использовать систему беспроводной связи BlueComm на гараже, или перейти в полностью автономный режим», — говорит Сиешё. Оператор сам решает какой способ подводной стыковки с гаражом выбрать: BlueComm или 3D SLAM. «Подводное докование имеет много преимуществ, особенно в сочетании с безэкипажным судном», - говорит он.
«Это позволяет получить разные виды резидентного базирования. Если вы хотите стационарно разместить аппарат на грунте, то могут возникнуть проблемы со связью и энергообеспечением. Скорее всего дешевле "подселить" подводный аппарат на месторождение на пару недель.
Эксплуатация ТНПА с безэкипажных кораблей уже применяется военными заказчиками, и вскоре выйдет на коммерческий рынок благодаря компании Ocean Infinity с использованием ТНПА Saab Seaeye's Leopard. Сиешё говорит, что СПУ можно также разместить и на палубе безэкипажного судна, как это уже делается с АНПА, но тогда важно предусмотреть систему защиты кабель-троса от попадания в лопасти гребных винтов.
Saipem
В рамках проекта электрического резидентного ТНПА Hydrone R компания Saipem также разработала концепцию «летающего гаража» (в дополнение к гаражу на морском дне) и рассматривает БЭК как часть единой системы. Летающий гараж представляет собой конструкцию кассетного типа с маркерами типа ArUco и входными направляющими в виде воронки для стыковки аппарата. Маттео Маттиоли, технический консультант Saipem и менеджер программы Hydrone, сказал на конференции по подводным технологиям (UTC) в июне, что летающий гараж позволяет запускать Hydrone R, а также АНПА FlatFish со схожей архитектурой (глубоководные испытания в Бразилии запланированы на первый квартал 2022 года), с поверхности при помощи СПУ. Это может быть автономное судно, которое обеспечит питание и канал связи для управления аппаратом в дистанционном режиме. ТНПА Hydrone R будет работать по кабель-тросу или через высокоскоростную беспроводную оптическую связь. АНПА FlatFish полностью автономен и способен выполнять горизонтальные перемещения на 150 км, при этом канал связи может быть ограничен / отсутствовать или иметь низкую пропускную способность.
Oceaneering
Компания Oceaneering также работает над подвесным доком для своего автономного подводного аппарата Freedom, а также рассматривает БЭК в качестве надводного средства поддержки этой стыковки. «Подводные спускоподъемные операции помогут значительно увеличить погодное окно. Вместо того, чтобы запускать и поднимать аппарат на палубу для подзарядки и обмена данными, он может состыковаться на глубине 50-60 м. На таких глубинах мы в два раза меньше зависим от волнения моря, а значит можем продолжать работать. В случае спуска с палубы БЭК, док может пристыковываться ко дну судна на время его транспортировки на новое место работы без подъема на борт. Одновременно происходит подзарядка батарей и связь с пунктом управления через коммуникационный шлюз БЭКа.
Концепция подводного дока Oceaneering также представляет собой устройство кассетного типа с небольшим воронкообразным входом и механическим запорным механизмом. Акустический маяк и пассивные маркеры (например, ArUco) позволят АНПА определять точку входа с помощью навигации с ультракороткой базой с судна обеспечения. Устройство имеет простую конфигурацию, чтобы его можно было изготовить где угодно, достаточно только доставить до места сам подводный аппарат. Для спуска и подъема достаточно простого крана с защитой от перекручивания троса.
uLARS
Норвежская компания uSEA одновременно разрабатывает подводное СПУ для подводных интервенционных дронов (UiD, как их называла Equinor) и безэкипажное судно для его развертывания и транспортировки подводных аппаратов между рабочими площадками. 24-метровый гибридный дизель-электрический БЭК разрабатывается для поддержки стыковки в толще воды, зарядки и связи с UiD или АНПА через uLARS, а также для возможности поднимать их на палубу с помощью системы спускоподъемной системы через мунпул. Одно судно может разместить до четырех аппаратов. Идея состоит в том, чтобы увеличить радиус действия интервенционных дронов и многократно расширить задачи, выполняемые АНПА.
СПУ uLARS "берет на себя" сложные вопросы стыковки. Устройство само маневрирует, вместо того чтобы заставлять UiD или АНПА "искать" док. Это достигается за счет буксировки uLAR на той же глубине и с тем же курсом, что и перемещение самого подводного аппарата. Единая система датчиков, включая акустику, гидролокаторы, камеры и оптику, а также активное управление передвижением СПУ по всем осям, дают возможность uLARS самому состыковаться с аппаратом.
Ключевым элементов uLARS является захватное устройство от компании Blue Logic, партнера проекта и соразработчика подводной док-станции для Equinor. В его основе находится быстроразъемное соединение MultiDog ROV, с помощью которого "захватывает" аппарат и подтягивает его к точке стыковки. Отдельный индуктивный подводный разъем Blue Logic и коммуникационный разъем емкостью 1 ГБ обеспечивают зарядку АКБ и передачу данных. Возможность подключения подводных аппаратов различного типа расширяет спектр выполняемых задач, например, проведение 3D-сканирования или экологического мониторинга.
uSEA проводит морские испытания СПУ uLARS с прошлого года, при этом одновременно ведется работа с технологическими партнерам над БЭК. Хотя первоначально планировалась дизель-электрическая система с электрическим двигателем и дизельным генератором для выработки энергии для UiD / АНПА, разработчики рассматривают варианты системы с нулевым уровнем выбросов.
HonuWorx
Другая идея - развертывание подводных аппаратов с использованием подводных аппаратов - разрабатывается компанией HonuWorx из Абердина.
«По сути, это подводный носитель, который доставляет подводный аппарат к месту работ, и остается там, пока дрон выполняет задачу», - говорит Уилсон. «Затем он возвращается. Мы предвидим будущее, в котором наши подлодки будут «слоняться» в районах с плотной инфраструктурой, ожидая вызова. Самое приятное в нашем подходе - нам все равно, какой аппарат находится внутри - осмотровый, интервенционный, ТНПА или АНПА. с кабелем или без него. Мы просто предоставляем носитель со средствами связи и управления».
По словам Уилсона, XLUUV будет иметь гибридную систему питания, вероятно, с дизельным генератором для подзарядки в море, но с топливными элементами в будущем. Для связи XLUUV, во многом схожий с системой Liberty, будет иметь надводный буй, который обеспечит поверхностный коммуникационный шлюз, а также абсолютную привязку местоположения с поверхности.
Концепт-проект HonuWorx подводной доставки необитаемых аппаратов. Изображение с сайта HonuWorx.
Заключение
В концепциях недостатка нет. Задача отрасли, включая резидентную робототехнику, — найти способ использования различными подводными аппаратами одной и той же инфраструктуры. Это позволит масштабироваться и не зависеть от конкретного поставщика.
Ведется работа над созданием стандартизованной подводной доковой станции, не зависящей от типа подводных аппаратов. Фокус разработчиков направлен на вопросы обеспечения связи, управления и безопасности, которые потребуются для поддержки подводных работ, через Subsea Wireless Group (SWIG).
Эти стандарты также могут быть применимы к другим типам стыковочных систем, но это вопрос времени.
Новости по теме:
11.10.2021 Subsea Vehicles: To Be (resident), or Not to Be?
07.10.2021 "Океанос" представил технологию дистанционного управления морскими робототехническими комплексами
29.09.2021 Резидентная робототехника Океанос для освоения нефтегазовых месторождений
14.10.2019 Резидентная робототехника АО "НПП ПТ "Океанос" на Международном газовом форуме 2019
26.03.2019 Видео материалы с испытаний первого в России интервенционного АНПА
22.03.2019 Океанос начал испытания первого в России подводного аппарата интервенционного класса
10.09.2018 Применение подводных глайдеров для геологоразведки
29.03.2018 Борьба за выживание или поиск новых путей развития. Итоги форума Subsea Tieback Forum
