Zastosowanie bezzałogowych statków powietrznych, potocznie nazywanych dronami, w logistyce ostatniego kilometra (patrz: „Namiary na Morze i Handel” 21/2022) oraz w wielu innych branżach staje się coraz bardziej powszechne. Jednocześnie coraz bardziej na znaczeniu zyskują \drony zupełnie innej klasy, ROV (remotely operated underwater vehicles), czyli zdalnie sterowane pojazdy podwodne. Chociaż świadomość ich istnienia jest zdecydowania mniejsza w społeczeństwie masowym, w przemyśle morskim wykorzystywane są od kilku dekad, a obecnie przeżywają swój rozkwit.
Najczęściej uważa się, że rozdział historii traktujący o ROV rozpoczął Dmitri Reblkoff, który w 1953 r. opracował pierwszy prototyp tego rodzaju drona o wdzięcznej nazwie pudel. Mając w pamięci łodzie podwodne czy batyskafy, należy zauważyć, że ROV nie były naturalnie pierwszymi pojazdami podwodnymi stworzonymi przez człowieka. Powód ich wynalezienia był jednak zupełnie inny. Chodziło o zwiększenie bezpieczeństwa załogi poprzez wyeliminowanie konieczności schodzenia człowieka pod wodę, przy jednoczesnym rozszerzeniu możliwości prowadzenia prac podwodnych. Oczywiście proces ten przebiega stopniowo i jeszcze dziś istnieją zadania, w wykonaniu których ROV jeszcze nie są w stanie zastąpić człowieka, np. spawanie podwodne. Kiedy obserwuje się prowadzone badania czy śledzi kierunek rozwoju technologicznego branży, nie ulega jednak wątpliwości, że zmiana ta jest kwestią krótkiego okresu czasu. Największe przyspieszenie rozwoju omawianej technologii nastąpiło po 1980 r., odkąd ROV zaczęły być powszechnie wykorzystywane w pracach na rzecz morskiego przemysłu naftowego. Od tego czasu liczba ich zastosowań oraz skala użytkowania cały czas rośną.
ROV jest zdalnie sterowanym robotem podwodnym, z którym łączność i kontrola jego działania odbywają się za pośrednictwem grubego przewodu (tether) składającego się z wielu kabli elektrycznych oraz światłowodów. Pilot tego urządzenia znajduje się na powierzchni statku w specjalnym kontenerze, z którego zawiaduje operacją podwodną. Aby sterowanie nim było możliwe oraz aby wykonywał powierzone mu zadania, ROV wyposażony jest również w m.in. oświetlenie, kamery, manipulatory, czyli robotyczne ramiona umożliwiające chwytanie, wkładanie, wyciąganie, obracanie określonych przedmiotów oraz inne czujniki i urządzenia. To, jak bardzo zaawansowany technologicznie jest dany typ ROV, zależy właśnie od zastosowań, z myślą o których został zaprojektowany, co wiąże się z przyporządkowaną mu klasą. IMCA (International Marine Contractors Association) podzieliło bowiem ROV na VI klas, z czego w klasie I znajdziemy małe urządzenia wykorzystywane wyłącznie do obserwacji, w klasie II przeznaczone głównie do inspekcji oraz lekkich prac interwencyjnych, w klasie III zdecydowanie większe ROV mierzące często po 3 m długości i ważące kilka ton, a przeznaczone do określonych zadań głównie w przemyśle O&G. W klasie IV mamy jeszcze większe obiekty, które służą do ciężkich prac w zakresie kładzenia kabli i rurociągów na dnie morskim, tzw. trenczery, a kolejna kl. V dotyczy eksperymentalnych ROV oraz tych, które są jeszcze w fazie rozwoju. W kl. VI znajdziemy AUV i UUUV, czyli podkategorie ROV, które nie są kontrolowane zdalnie przez pilota, lecz wykorzystywane w misjach autonomicznych. Urządzenia te wyglądem przypominają torpedy podwodne i faktycznie są wykorzystywane głównie w celach militarnych. Z jednej strony ich autonomia, spowodowana brakiem tether, daje im większe możliwości operacyjne, jednak z drugiej ogranicza, bo załoga nie ma możliwości ingerowania w przebieg operacji w czasie rzeczywistym. Naturalnie jest to spowodowane ograniczeniami w przesyle danych na odległość pod wodą, szczególnie poprzez brak propagowania fal radiowych w wodzie.
Prace obserwacyjne
Do prac obserwacyjnych wykorzystywane są najczęściej ROV klasy I, a rzadziej II. Jest to naturalnie spowodowane ekonomiką prowadzonych prac podwodnych, jako że drony klasy I są najmniejsze i najmniej złożone technologiczne, a co za tym idzie, po prostu najtańsze. Przy pełnieniu tego rodzaju prac najistotniejsza jest bowiem kamera światła widzialnego, zdolna rejestrować obraz oraz przesyłać go do pilota w czasie rzeczywistym bez potrzeby wykorzystania innego rodzaju urządzeń, poza nawigacyjnymi, jak kompas, sonar czy wysokościomierz. Co ciekawe, wykonując operację z użyciem ROV mówi się o lataniu, a nie pływaniu nimi. Wydaje się, że jest to spowodowane celowym odróżnieniem od typowych statków wodnych, które unoszą się na powierzchni wody oraz analogią do wysokości przestrzeni powietrznej, gdzie odległość od ziemi odpowiada w tym wypadku odległości od dna morskiego. Stąd czujnik określający de facto głębokość w msw (meters of sea water) na podstawie zmian ciśnienia nazywany jest wysokościomierzem (altimeter). ROV pełniące wyłącznie funkcje obserwacyjne wykorzystuje się szeroko w filmie, akwakulturze, np. w hodowlach ślimaków, ostryg i innych mięczaków oraz ryb, a także do wsparcia i nadzoru działań podejmowanych przez profesjonalnych nurków. Niekiedy drony klasy obserwacyjnej wykorzystywane są również przez wojsko do poszukiwań osób, przedmiotów czy niewybuchów oraz do celów ratownictwa.
Inspekcje i interwencje
O ile ROV klasy obserwacyjnej są w stanie wyszukać zaginiony obiekt czy niewybuch na powierzchni dna morskiego, nie mają możliwości wydobycia obiektu czy prowadzenia jakichkolwiek prac interwencyjnych. W sukurs osobom realizującym tego rodzaju zadania przychodzą jednak urządzenia klasy II. Są one już nieco większej budowy, mają ok. 1 m długości i zwykle ważą kilkadziesiąt kilogramów, a oprócz kamery czy, częściej, kilku kamer są wyposażone w prosty manipulator. Pisząc prosty, mam na myśli ograniczoną liczbę osi ruchu (DOF – degrees of freedom). Najczęściej jest on w stanie się wysuwać, obracać i zaciskać chwyt, czasem również podnosić. Może więc służyć np. do odzyskania przedmiotów znajdujących się na dnie morskim.
Przede wszystkim jednak ROV klasy II są wykorzystywane w pracach inspekcyjnych. Często do realizacji zadania wystarczy przeprowadzenie ogólnych lub szczegółowych oględzin na podstawie obrazu zarejestrowanego przez kamerę pokładową urządzenia. Najczęściej przedmiotem inspekcji są rurociągi, kable telekomunikacyjne oraz kable przesyłowe, szczególnie na obszarach morskich elektrowni wiatrowych czy chociażby podwodne części konstrukcji niektórych platform wiertniczych. Badania tego typu mają na celu kontrolę stanu technicznego elementów infrastruktury podmorskiej, szczególnie pod kątem występowania pęknięć, korozji, wycieków, a w przypadku kabli podmorskich również uszkodzeń zbrojenia. Oprócz inspekcji kadłubów urządzenia tego typu znajdują szerokie zastosowanie również w inspekcjach innych elementów infrastruktury, niekoniecznie związanych z offshore, takich jak inspekcje ścian zapór wodnych czy konstrukcji mostów. Innym przykładem są inspekcje w obszarach elektrowni jądrowych, stwarzających zagrożenie dla zdrowia człowieka z uwagi na szkodliwe promieniowanie radioaktywne.
ROV klasy II są również często wykorzystywane w badaniach morskich. Dzięki budowie ich ramy użytkownicy są zdolni do lekkich modyfikacji, oczywiście w zakresie dopuszczalnych norm obciążeniowych. Dzięki temu są w stanie pobrać próbkę wody na danej głębokości w celu badania fitoplanktonu czy zooplanktonu, próbkę osadu sedymentacyjnego z dna morskiego, dla np. badań geochemicznych dna morskiego, czy dla zbadania obecnego w nim fitobentosu lub zoobentosu. Jest to niezwykle cenne w przypadku prowadzenia przez dany podmiot badań środowiskowych na obszarach morskich. Takie dane są niezbędne dla oceny, czy planowana inwestycja będzie wywierała negatywny wpływ na środowisko. Badania wody i dna oraz monitoring nabrzeża są również niezbędne dla bieżącego dozorowania stanu środowiska przez oceanologów. Pozwalają one na przykład ocenić, czy rzeki wpływające do danego akwenu nie powodują jego biodegradacji. Oprócz wyżej wymienionych zastosowań, szerzej niż ROV klasy obserwacyjnej są wykorzystywane do działań związanych z niewybuchami właśnie dzięki posiadanemu manipulatorowi oraz możliwościom przymocowania do ramy ROV dodatkowych podzespołów i czujników. Mniej popularnymi, ale również bardzo ciekawymi przykładami zastosowania ROV klasy drugiej są działania mające na celu wykrywanie kontrabandy pod powierzchnią wody czy inspekcje kadłubów statków w portach morskich oraz ich czyszczenie pod wodą z użyciem specjalnej szczotki. Zaoszczędza to ogrom pracy i wysiłku w porównaniu z tradycyjnym sposobem wykonywania tych zadań.
Zaawansowane Work Class ROV
ROV klasy III są również określane jako WROV (work class ROV). Jak sama nazwa wskazuje, są przeznaczone do wykonywania prac w trudniejszych warunkach oraz o wyższym poziomie skomplikowania. Drony te są wyposażone w zdecydowanie większą liczbę czujników niż ROV klasy I i II. Powszechne jest też ich wyposażenie w systemy pozycjonowania USBL (ultra short baseline acoustic positioning system), DVL (Doppler velocity logs), a także w czujniki służące do badań NDT, np. do wykonywania inspekcji ochrony katodowej podmorskich konstrukcji, przykręcania śrub, czy dokręcania zaworów. Podobnie jak ROV klasy II są wyposażone w manipulator, z tą różnicą, że oprócz zwykle uniwersalnego manipulatora o kilku DOF, posiadają drugi znacznie bardziej zaawansowany manipulator, który służy do prac precyzyjnych, tzn. do chwytania i umieszczania określonych przedmiotów w konkretnej lokalizacji.
Oprócz powyższych zadań WROV używane są także do inspekcji korozji i wycieków z gazociągów czy inspekcji podwodnych części niektórych platform wiertniczych. Wykorzystywane są również do wsparcia procesów wiertniczych. Podstawową misją typową dla WROV jest instalacja lub odzyskanie tzw. suction pile, czyli specjalnych urządzeń o budowie cylindrycznej służących jako kotwice dla dużych konstrukcji podmorskich. ROV wykonuje tę misję poprzez złapanie za pomocą jednego manipulatora specjalnego uchwytu, a następnie umieszczenie, z pomocą drugiego ramienia, specjalnego węża służącego do wpompowania lub wypompowania wody w celu ingerencji w wyporność urządzenia. ROV, przekręcając odpowiedni zawór, wytwarza podciśnienie, żeby zwiększyć zanurzenie w dno, lub nadciśnienie w celu wydobycia urządzenia na powierzchnię. Innym popularnym zastosowaniem WROV w sektorze offshore jest obsługa specjalnych paneli ingerujących w pracę urządzeń wiertniczych lub przesyłowych branży O&G, umożliwiającym przyłączenie albo odłączenie przewodów lub rur do danych elementów konstrukcji wydobywczych. Jeszcze ciekawszym przykładem jest uruchamianie głowicy przeciwerupcyjnej, której zadaniem jest zamknięcie wylotu szybu wiertniczego w celu zatrzymania erupcji płynu złożowego. Historia tej aplikacji wiąże się z eksplozją platformy wiertniczej Deepwater Horizon, która spowodowała największy w historii wyciek ropy w Zatoce Meksykańskiej w 2010 r. Od tego zdarzenia w razie zagrożenia wyciekiem ROV wtłacza glikol etylenowy do głowicy przeciwerupcyjnej w celu jej aktywacji.
Prace ingerujące w dno morskie
Do prac ingerujących w dno morskie, określanych zwyczajowo burial and trenching, używane są ROV klasy IV. Jest to klasa, która została utworzona dla urządzeń o bardzo specyficznej budowie i bardzo wąskim spektrum zastosowań. ROV mieszczące się w tej klasie są znacznie większe niż WROV. Potrafią one mierzyć nawet ponad 10 m długości i ważyć kilkadziesiąt ton. Ponadto mogą posiadać własny napęd gąsienicowy, umożliwiający poruszanie się po zróżnicowanym orograficznie dnie morskim bądź są holowane za statkiem prowadzącym. Wykonują m.in. prace ziemne w dnie morskim w celu umieszczenia w nim kabli lub rurociągów. Olbrzymie ROV tej klasy są zatem przeznaczone do prac bardzo ważnych. Jednak ich bliski kontakt z dnem morskim i osadem sedymentacyjnym rodzi dodatkowe trudności w obsłudze. Klasa V, jak wspomniano, obejmuje prototypy w fazie rozwoju, natomiast klasa VI to urządzenia kierowane przez sztuczną inteligencję o dużej dozie autonomii. Bez wątpienia stanowią one przyszłość branży robotyki morskiej, jednak póki co wykorzystywane są do celów związanych z obserwacją i dozorem, co wiąże się z ich możliwościami operacyjnymi oraz specyficzną budową z myślą o maksymalnym zmniejszeniu siły oporu podczas poruszania się w toni wody.
dr Michał Ołowski
UASA sp. z o.o.
