Un vehículo submarino operado a distancia (ROUV) [ cita requerida ] o vehículo operado a distancia (ROV) es una embarcación sumergible de natación libre que se utiliza para realizar observaciones submarinas, inspecciones y tareas físicas como operaciones de válvulas, funciones hidráulicas y otras tareas generales dentro de la industria submarina del petróleo y el gas, aplicaciones militares, científicas y otras. Los ROV también pueden llevar paquetes de herramientas para realizar tareas específicas, como la tracción y conexión de líneas de flujo flexibles y umbilicales, y el reemplazo de componentes. [1] A menudo se utilizan para visitar naufragios a grandes profundidades más allá de las capacidades de los sumergibles con fines de investigación, como el Titanic , entre otros. [2]
Este significado es diferente de los vehículos de control remoto que operan en tierra o en el aire. [ aclaración necesaria ] Los ROV no están ocupados, por lo general son muy maniobrables y son operados por una tripulación a bordo de un buque/plataforma flotante o en tierra próxima. Son comunes en industrias de aguas profundas como la extracción de hidrocarburos en alta mar . Por lo general, pero no necesariamente, están vinculados a un buque anfitrión mediante un amarre de flotabilidad neutra o, a menudo cuando se trabaja en condiciones difíciles o en aguas más profundas, se utiliza un cable umbilical portador de carga junto con un sistema de gestión de amarre (TMS). El TMS es un dispositivo similar a un garaje que contiene el ROV durante el descenso a través de la zona de salpicadura o, en ROV de clase de trabajo más grandes, un conjunto separado montado en la parte superior del ROV. El propósito del TMS es alargar y acortar el amarre para minimizar el efecto de arrastre del cable donde hay corrientes submarinas. El cable umbilical es un cable blindado que contiene un grupo de conductores eléctricos y fibra óptica que transportan energía eléctrica, video y señales de datos entre el operador y el TMS. Cuando se utiliza, el TMS luego transmite las señales y la energía para el ROV por el cable de amarre. Una vez en el ROV, la energía eléctrica se distribuye entre los componentes del ROV. Sin embargo, en aplicaciones de alta potencia, la mayor parte de la energía eléctrica impulsa un motor eléctrico de alta potencia que impulsa una bomba hidráulica . La bomba se utiliza luego para propulsión y para alimentar equipos como herramientas de torsión y brazos manipuladores donde los motores eléctricos serían demasiado difíciles de implementar bajo el agua. La mayoría de los ROV están equipados con al menos una cámara de video y luces. Comúnmente se agrega equipo adicional para expandir las capacidades del vehículo. Estos pueden incluir sonares , magnetómetros , una cámara fija, un brazo manipulador o de corte, muestreadores de agua e instrumentos que miden la claridad del agua, la temperatura del agua, la densidad del agua, la velocidad del sonido, la penetración de la luz y la temperatura. [3]
En la industria del buceo profesional y de los contratos marinos, se utiliza el término vehículo operado remotamente (ROV). [4] [5] [6] [1]
Los ROV sumergibles se clasifican normalmente en categorías según su tamaño, peso, capacidad o potencia. Algunas clasificaciones comunes son:
Los ROV sumergibles pueden ser de "natación libre", es decir, funcionan con flotabilidad neutra atados a un amarre desde el barco o la plataforma de lanzamiento, o pueden estar "garajeados", es decir, funcionan desde un "garaje" o "sombrero de copa" sumergible atado a un amarre unido al pesado garaje que se baja desde el barco o la plataforma. Ambas técnicas tienen sus pros y sus contras; [ se necesita aclaración ] sin embargo, normalmente se realizan trabajos muy profundos con un garaje. [7]
En los años 70 y 80, la Marina Real utilizó el "Cutlet", un sumergible operado a distancia, para recuperar torpedos y minas de práctica. RCA (Noise) mantuvo el sistema "Cutlet 02" con base en los campos de tiro de BUTEC, mientras que el sistema "03" estaba basado en la base de submarinos en Clyde y era operado y mantenido por personal de la Marina Real.
La Marina de los EE. UU. financió la mayor parte del desarrollo de la tecnología ROV en la década de 1960 en lo que entonces se llamó "Vehículo de recuperación submarina controlado por cable" (CURV). Esto creó la capacidad de realizar operaciones de rescate en alta mar y recuperar objetos del fondo del océano, como una bomba nuclear perdida en el mar Mediterráneo después del accidente del B-52 de Palomares en 1966. Sobre la base de esta base tecnológica, la industria del petróleo y el gas en alta mar creó los ROV de clase trabajadora para ayudar en el desarrollo de los campos petrolíferos en alta mar. Más de una década después de su introducción, los ROV se volvieron esenciales en la década de 1980, cuando gran parte del nuevo desarrollo en alta mar excedió el alcance de los buzos humanos. A mediados de la década de 1980, la industria de ROV marinos sufrió un grave estancamiento en el desarrollo tecnológico causado en parte por una caída en el precio del petróleo y una recesión económica mundial. Desde entonces, el desarrollo tecnológico en la industria de ROV se ha acelerado y hoy en día los ROV realizan numerosas tareas en muchos campos. Sus tareas van desde la simple inspección de estructuras submarinas , tuberías y plataformas, hasta la conexión de tuberías y la colocación de colectores submarinos. Se utilizan ampliamente tanto en la construcción inicial de un desarrollo submarino como en la reparación y el mantenimiento posteriores. [8] La industria del petróleo y el gas se ha expandido más allá del uso de ROV de clase de trabajo a mini ROV, que pueden ser más útiles en entornos menos profundos. Son de menor tamaño, lo que a menudo permite menores costos y tiempos de implementación más rápidos. [9]
Los ROV sumergibles se han utilizado para identificar muchos naufragios históricos, incluidos el RMS Titanic , el Bismarck , el USS Yorktown , el SM U-111 y el SS Central America . En algunos casos, como el Titanic y el SS Central America , los ROV se han utilizado para recuperar material del fondo marino y llevarlo a la superficie, [10] [11] el más reciente fue en julio de 2024 durante una expedición del Titanic para recuperar artefactos. [12]
Si bien la industria del petróleo y el gas utiliza la mayoría de los ROV, existen otras aplicaciones que incluyen la ciencia, el ejército y el salvamento. El ejército utiliza ROV para tareas como la limpieza e inspección de minas . El uso científico se analiza a continuación.
Los ROV de clase de trabajo están construidos con un gran paquete de flotación en la parte superior de un chasis de aluminio para proporcionar la flotabilidad necesaria para realizar una variedad de tareas. La sofisticación de la construcción del marco de aluminio varía según el diseño del fabricante. A menudo se utiliza espuma sintáctica como material de flotación. Se puede colocar un patín de herramientas en la parte inferior del sistema para acomodar una variedad de sensores o paquetes de herramientas. Al colocar los componentes livianos en la parte superior y los componentes pesados en la parte inferior, el sistema general tiene una gran separación entre el centro de flotabilidad y el centro de gravedad : esto proporciona estabilidad y rigidez para realizar trabajos bajo el agua. Los propulsores se colocan entre el centro de flotabilidad y el centro de gravedad para mantener la estabilidad de actitud del robot en las maniobras. Se pueden utilizar varias configuraciones de propulsores y algoritmos de control para brindar un control de posición y actitud apropiado durante las operaciones, particularmente en aguas con corrientes fuertes. Los propulsores suelen estar en una configuración vectorial equilibrada para brindar el control más preciso posible.
Los componentes eléctricos pueden estar en compartimentos estancos llenos de aceite o en compartimentos de una atmósfera para protegerlos de la corrosión en el agua de mar y de ser aplastados por la presión extrema ejercida sobre el ROV mientras trabaja en profundidad. El ROV estará equipado con propulsores, cámaras , luces, correa, un marco y controles piloto para realizar el trabajo básico. [13] Se pueden instalar sensores adicionales, como manipuladores y sonares, según sea necesario para tareas específicas. [14] Es común encontrar ROV con dos brazos robóticos; cada manipulador puede tener una mandíbula de agarre diferente. Las cámaras también pueden estar protegidas para protegerlas contra colisiones.
La mayoría de los ROV de clase de trabajo se construyen como se describió anteriormente; sin embargo, este no es el único estilo en el método de construcción de ROV. Los ROV más pequeños pueden tener diseños muy diferentes, cada uno apropiado para la tarea prevista. Los ROV más grandes se despliegan y operan comúnmente desde embarcaciones, por lo que el ROV puede tener patines de aterrizaje para su recuperación a la cubierta.
Los vehículos operados a distancia tienen tres configuraciones básicas. Cada una de ellas conlleva limitaciones específicas.
Los vehículos de control remoto requieren un cable de amarre o umbilical (a diferencia de los vehículos autónomos) para transmitir energía y datos entre el vehículo y la superficie. Se debe tener en cuenta el tamaño y el peso del cable de amarre: un cable demasiado grande afectará negativamente la resistencia del vehículo y un cable demasiado pequeño puede no ser lo suficientemente resistente para los requisitos de elevación durante el lanzamiento y la recuperación.
La correa suele estar enrollada en un sistema de gestión de correas (TMS) que ayuda a controlarla para que no se enrede ni se formen nudos. En algunas situaciones, se puede utilizar como cabrestante para bajar o recuperar el vehículo. [16]
Los ROV de reconocimiento o inspección son generalmente más pequeños que los ROV de clase de trabajo y a menudo se subclasifican como Clase I: Solo observación o Clase II Observación con carga útil. [17] Se utilizan para ayudar con el reconocimiento hidrográfico, es decir, la ubicación y posicionamiento de estructuras submarinas, y también para trabajos de inspección, por ejemplo, reconocimientos de tuberías, inspecciones de cubiertas e inspección de cascos marinos de buques. Los ROV de reconocimiento (también conocidos como "globos oculares"), aunque más pequeños que los de clase de trabajo, a menudo tienen un rendimiento comparable con respecto a la capacidad de mantener la posición en las corrientes, y a menudo llevan herramientas y equipos similares: iluminación, cámaras, sonar, baliza de línea de base ultracorta (USBL), espectrómetro Raman , [18] y destellador estroboscópico según la capacidad de carga útil del vehículo y las necesidades del usuario.
Las operaciones con ROV en conjunto con operaciones de buceo simultáneas están bajo la supervisión general del supervisor de buceo por razones de seguridad. [4]
La Asociación Internacional de Contratistas Marinos (IMCA) publicó directrices para la operación en alta mar de vehículos ROV en operaciones combinadas con buzos en el documento Intervención de vehículos operados a distancia durante operaciones de buceo (IMCA D 054, IMCA R 020), destinado a ser utilizado tanto por contratistas como por clientes. [19]
Los ROV han sido utilizados por varias armadas durante décadas, principalmente para la búsqueda y destrucción de minas.
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En octubre de 2008, la Armada de los Estados Unidos comenzó a mejorar sus sistemas de rescate pilotados localmente, basados en el DSRV Mystic y las embarcaciones de apoyo, con un sistema modular, el SRDRS, basado en un ROV tripulado y atado llamado módulo de rescate presurizado (PRM). Esto siguió a años de pruebas y ejercicios con submarinos de las flotas de varias naciones. [20] También utiliza el ROV no tripulado Sibitzky para la inspección de submarinos averiados y la preparación del submarino para el PRM.
La Armada de los Estados Unidos también utiliza un ROV llamado AN/SLQ-48 Mine Neutralization Vehicle (MNV) para la guerra contra minas . Puede alejarse 1.000 yardas (910 m) del barco gracias a un cable de conexión y alcanzar 2.000 pies (610 m) de profundidad. Los paquetes de misión disponibles para el MNV se conocen como MP1, MP2 y MP3. [21]
Las cargas se detonan mediante una señal acústica procedente del barco.
El vehículo submarino autónomo no tripulado (UUV) AN/BLQ-11 está diseñado para la capacidad de contramedidas encubiertas contra minas y puede lanzarse desde ciertos submarinos. [22]
Los ROV de la Armada de los Estados Unidos solo están en los buques de contramedidas de minas de la clase Avenger . Después del encallamiento del USS Guardian (MCM-5) y el desmantelamiento del USS Avenger (MCM-1) y el USS Defender (MCM-2) , solo 11 dragaminas estadounidenses permanecen operando en las aguas costeras de Bahréin ( USS Sentry (MCM-3) , USS Devastator (MCM-6) , USS Gladiator (MCM-11) y USS Dextrous (MCM-13) ), Japón ( USS Patriot (MCM-7) , USS Pioneer (MCM-9) , USS Warrior (MCM-10) y USS Chief (MCM-14) ) y California ( USS Champion (MCM-4) , USS Scout (MCM-8) y USS Ardent (MCM-12) ). [23]
El 19 de agosto de 2011, un submarino robótico fabricado por Boeing , llamado Echo Ranger, estaba siendo probado para su posible uso por parte del ejército estadounidense para acechar aguas enemigas, patrullar puertos locales en busca de amenazas a la seguridad nacional y rastrear los fondos oceánicos para detectar peligros ambientales. [24] La Armada noruega inspeccionó el barco Helge Ingstad mediante el dron submarino noruego Blueye Pioneer. [25]
A medida que sus capacidades aumentan, los ROV más pequeños también están siendo adoptados cada vez más por las armadas, los guardacostas y las autoridades portuarias de todo el mundo, incluidas la Guardia Costera y la Armada de los EE. UU., la Marina Real de los Países Bajos, la Marina Noruega, la Marina Real y la Guardia Fronteriza de Arabia Saudita. También han sido ampliamente adoptados por los departamentos de policía y los equipos de búsqueda y recuperación. Son útiles para una variedad de tareas de inspección submarina, como la eliminación de artefactos explosivos (EOD), la meteorología, la seguridad portuaria, las contramedidas de minas (MCM) y la inteligencia, vigilancia y reconocimiento marítimos (ISR). [26]
Los ROV también son ampliamente utilizados por la comunidad científica para estudiar el océano. Se han descubierto o estudiado varios animales y plantas de aguas profundas en su entorno natural mediante el uso de ROV; los ejemplos incluyen la medusa Stellamedusa ventana y los halosaurios similares a las anguilas . En los EE. UU., se realiza un trabajo de vanguardia en varias instituciones oceanográficas públicas y privadas, incluido el Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey (MBARI), la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) (con Nereus ) y la Universidad de Rhode Island / Instituto de Exploración (URI / IFE). [27] [28] En Europa, el Instituto Alfred Wegener usa ROV para estudios del hielo marino en el Ártico y la Antártida, incluida la medición del calado del hielo, [29] la transmitancia de la luz, [30] los sedimentos, el oxígeno, el nitrato, la temperatura del agua de mar y la salinidad. Para estos fines, está equipado con un sonar de un solo haz y de múltiples haces, un espectrorradiómetro , un manipulador, un fluorómetro , un medidor de conductividad/temperatura/profundidad (medición de salinidad) (CTD), un optodo y un espectrómetro UV. [31]
Los ROV científicos adoptan muchas formas y tamaños. Dado que la filmación de buena calidad es un componente fundamental de la mayoría de las investigaciones científicas en aguas profundas, los ROV científicos suelen estar equipados con sistemas de iluminación de alto rendimiento y cámaras de calidad de transmisión. [32] Dependiendo de la investigación que se esté realizando, un ROV científico estará equipado con varios dispositivos de muestreo y sensores. Muchos de estos dispositivos son componentes experimentales de última generación únicos que se han configurado para funcionar en el entorno extremo de las profundidades oceánicas. Los ROV científicos también incorporan una gran cantidad de tecnología que se ha desarrollado para el sector de ROV comerciales, como manipuladores hidráulicos y sistemas de navegación submarina de alta precisión. También se utilizan para proyectos de arqueología submarina como el Proyecto del naufragio de Mardi Gras en el Golfo de México [33] [34] y el proyecto CoMAS [35] en el Mar Mediterráneo. [36]
Existen varios sistemas de alta gama de mayor tamaño que se destacan por sus capacidades y aplicaciones. El vehículo Tiburon de MBARI costó más de 6 millones de dólares estadounidenses para su desarrollo y se utiliza principalmente para la investigación hidrotermal y de aguas intermedias en la costa oeste de los EE. UU. [37] El sistema Jason de WHOI ha hecho muchas contribuciones significativas a la investigación oceanográfica de aguas profundas y continúa funcionando en todo el mundo. El ROV Hercules de URI/IFE es uno de los primeros ROV científicos que incorpora completamente un sistema de propulsión hidráulica y está equipado de manera única para inspeccionar y excavar naufragios antiguos y modernos. El sistema Canadian Scientific Submersible Facility ROPOS es utilizado continuamente por varias instituciones y universidades líderes en ciencias oceánicas para tareas desafiantes, como la recuperación y exploración de respiraderos de aguas profundas y el mantenimiento y despliegue de observatorios oceánicos. [38]
El programa educativo SeaPerch Remotely Operated Underwater Vehicle (ROV) es una herramienta y un kit educativos que permite a los estudiantes de primaria, secundaria y preparatoria construir un vehículo submarino simple, operado a distancia, a partir de tuberías de cloruro de polivinilo (PVC) y otros materiales de fácil fabricación. El programa SeaPerch enseña a los estudiantes habilidades básicas en el diseño de barcos y submarinos y alienta a los estudiantes a explorar conceptos de arquitectura naval e ingeniería marina y oceánica. SeaPerch está patrocinado por la Oficina de Investigación Naval , como parte de la Responsabilidad Naval Nacional para la Ingeniería Naval (NNRNE), y el programa está administrado por la Sociedad de Arquitectos Navales e Ingenieros Marinos . [39]
Otro uso innovador de la tecnología ROV fue durante el Proyecto del Naufragio del Mardi Gras . El "Naufragio del Mardi Gras" se hundió hace unos 200 años a unas 35 millas de la costa de Luisiana en el Golfo de México a 4.000 pies (1.200 metros) de profundidad. El naufragio, cuya verdadera identidad sigue siendo un misterio, permaneció olvidado en el fondo del mar hasta que fue descubierto en 2002 por un equipo de inspección de yacimientos petrolíferos que trabajaba para la Okeanos Gas Gathering Company (OGGC). En mayo de 2007, se lanzó una expedición, dirigida por la Universidad Texas A&M y financiada por la OGGC en virtud de un acuerdo con el Servicio de Gestión de Minerales (ahora BOEM ), para llevar a cabo la excavación arqueológica científica más profunda jamás intentada en ese momento para estudiar el sitio en el fondo marino y recuperar artefactos para su posterior exhibición pública en el Museo Estatal de Luisiana . Como parte de la difusión educativa, Nautilus Productions, en asociación con BOEM , la Universidad Texas A&M, la Red de Arqueología Pública de Florida [40] y Veolia Environmental, produjo un documental en HD de una hora [41] sobre el proyecto, videos cortos para que el público los viera y proporcionó actualizaciones en video durante la expedición. [42] Las imágenes de video del ROV fueron una parte integral de esta difusión y se usaron ampliamente en el documental Mystery Mardi Gras Shipwreck . [43]
El Centro de Educación en Tecnología Marina Avanzada (MATE) utiliza ROV para enseñar a estudiantes de secundaria, preparatoria, colegios comunitarios y universidades sobre carreras relacionadas con el océano y ayudarlos a mejorar sus habilidades en ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas. La competencia anual de ROV para estudiantes de MATE desafía a equipos de estudiantes de todo el mundo a competir con ROV que ellos mismos diseñan y construyen. La competencia utiliza misiones realistas basadas en ROV que simulan un entorno laboral de alto rendimiento, centrándose en un tema diferente que expone a los estudiantes a muchos aspectos diferentes de las habilidades y ocupaciones técnicas relacionadas con el mar. La competencia de ROV está organizada por MATE y el Comité de ROV de la Sociedad de Tecnología Marina y financiada por organizaciones como la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) y Oceaneering , y muchas otras organizaciones que reconocen el valor de estudiantes altamente capacitados con habilidades tecnológicas como el diseño, la ingeniería y el pilotaje de ROV. MATE se estableció con fondos de la Fundación Nacional de Ciencias y tiene su sede en el Monterey Peninsula College en Monterey, California . [44]
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A medida que las cámaras y los sensores han evolucionado y los vehículos se han vuelto más ágiles y sencillos de pilotar, los ROV se han vuelto populares, en particular entre los realizadores de documentales, debido a su capacidad de acceder a zonas profundas, peligrosas y confinadas a las que no pueden acceder los buceadores. No hay límite en cuanto al tiempo que un ROV puede sumergirse y capturar imágenes, lo que permite obtener perspectivas nunca antes vistas. [69] Los ROV se han utilizado en la filmación de varios documentales, incluidos Shark Men y The Dark Secrets of the Lusitania de Nat Geo y el especial de vida silvestre de la BBC Spy in the Huddle. [70]
Debido a su amplio uso por parte de servicios militares, policiales y de guardacostas, los ROV también han aparecido en dramas policiales como la popular serie CSI de CBS .
Con el creciente interés por el océano por parte de muchas personas, tanto jóvenes como mayores, y la mayor disponibilidad de equipos que antes eran caros y no estaban disponibles comercialmente, los ROV se han convertido en un pasatiempo popular entre muchas personas. Este pasatiempo implica la construcción de pequeños ROV que generalmente están hechos de tuberías de PVC y a menudo pueden sumergirse a profundidades de entre 50 y 100 pies, pero algunos han logrado llegar a 300 pies.
Este nuevo interés en los ROV ha llevado a la formación de muchas competiciones, incluidas MATE (Marine Advanced Technology Education), NURC (National Underwater Robotics Challenge) y RoboSub . [71] Se trata de competiciones en las que los competidores, normalmente escuelas y otras organizaciones, compiten entre sí en una serie de tareas utilizando ROV que han construido. [72] La mayoría de los ROV de aficionados se prueban en piscinas y lagos donde el agua está tranquila, sin embargo, algunos han probado sus propios ROV personales en el mar. Sin embargo, hacerlo crea muchas dificultades debido a las olas y las corrientes que pueden hacer que el ROV se desvíe de su curso o tenga dificultades para atravesar las olas debido al pequeño tamaño de los motores que están instalados en la mayoría de los ROV de aficionados. [73]
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