Loading article…
遠隔操作式水中ビークル（ROUV ） [ 1 ]または遠隔操作式ビークル（ROV）は、自由遊泳式の潜水艇です。ROVは、通常、制御室から水面にいる人が操作しながら、海洋深部を探査するためによく使用される水中機械です。ROVは、海底石油・ガス産業、軍事、科学、その他の用途において、水中観測、検査、バルブ操作、油圧機能、その他の一般的な作業などの物理的作業を実行するために使用されます。ROVは、フレキシブルフローラインやアンビリカルの引き込みと接続、コンポーネントの交換などの特定の作業を実行するためのツールパッケージを搭載することもできます。[ 2 ] ROVは、ほとんどの潜水艇やダイバーの能力を超える深度での研究や商業作業によく使用されます。 [ 3 ]これらの機械のほとんどのユーザーは、「遠隔操作式ビークル」（ROV）という用語を使用します。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 2 ]
この意味は、陸上や空中で動作する遠隔操作車両とは異なります。ROVは、高圧、視界の制限、浮力や水流の影響などの条件が特有の課題となる水中環境で機能するように特別に設計されているからです。陸上および空中車両は制御に無線通信を使用しますが、ROVは通常、テザーやアンビリカルケーブルなどの物理的な接続に依存して、電力、ビデオ、およびデータ信号を送信し、深海でも信頼性の高い動作を保証します。テザーはまた、安定した通信手段を提供します。これは、電波が水にすぐに吸収され、無線信号が長距離水中使用には効果的でない水中環境では非常に重要です。[ 7 ] [ 8 ]
ROVは無人で、通常は高い操縦性を持ち、船舶や浮体式プラットフォーム上、または近隣の陸上で乗組員によって操作されます。ROVは、洋上炭化水素採掘などの深海産業で広く使用されています。一般的には、中性浮力のテザーで母船に接続されますが、必ずしもそうとは限りません。また、荒れた海況や深海での作業時には、荷重を支えるアンビリカルケーブルとテザー管理システム（TMS）が使用されることがよくあります。TMSは、ROVがスプラッシュゾーンを通過する際にROVを収容するガレージのような装置、または大型の作業用ROVではROVの上部に取り付けられた独立したアセンブリです。TMSの目的は、テザーの長さを調整することで、海流のある場所でのケーブルの抵抗を最小限に抑えることです。アンビリカルケーブルは、オペレーターとTMSの間で電力、映像、データ信号を伝送する電気導体と光ファイバーのグループを含む装甲ケーブルです。使用される場合、TMSはテザーケーブルを介してROVへの信号と電力を中継します。ROVに到達すると、電力はROVのコンポーネント間で分配されます。ただし、高出力アプリケーションでは、電力の大部分は高出力電気モーターを駆動し、そのモーターが油圧ポンプを駆動します。ポンプは推進力として、また電気モーターを水中に実装するのが困難なトルクツールやマニピュレーターアームなどの機器の動力源として使用されます。ほとんどのROVには、少なくともビデオカメラとライトが装備されています。車両の機能を拡張するために、追加の機器が一般的に追加されます。これには、ソナー、磁力計、静止画カメラ、マニピュレーターまたは切断アーム、採水器、水の透明度、水温、水の密度、音速、光の透過率、温度を測定する機器などが含まれます。[ 9 ]
潜水型ROVは通常、サイズ、重量、性能、出力に基づいて分類されます。一般的な分類基準は以下のとおりです。
水中ROVは、発射船やプラットフォームから直接テザーで中性浮力で動作する「自由遊泳」方式と、船やプラットフォームから降ろされた重い潜水式「ガレージ」または「トップハット」から展開されたテザーで動作する「ガレージ」方式がある。どちらの方式にも長所と短所があるが、非常に深い場所での作業は通常ガレージ方式で行われる。[ 14 ]
最初のROVであるPOODLEは、1953年にフランスのエンジニアで水中写真家のディミトリ・レビコフによって開発されました。当初は水中カメラプラットフォームとして設計されましたが、後に遠隔操作水中ビークルに対する海軍の関心からさらに開発が進められました。 1960年代、米海軍は初期のROV技術開発の大部分に資金を提供し、当時「ケーブル制御水中回収ビークル」（CURV）と呼ばれていたものを開発しました。これにより、深海救助活動や、1966年のパロマレスB-52墜落事故後に地中海に沈んだ核爆弾などの海底からの物体回収が可能になりました。この技術基盤の上に、オフショア石油・ガス産業は、オフショア油田の開発を支援する作業用ROVを開発しました。1970年代と80年代には、英国海軍が遠隔操作潜水艇「Cutlet」を使用して、訓練用魚雷や機雷を回収しました。 RCA (Noise) は BUTEC レンジに拠点を置く「Cutlet 02」システムを維持管理し、「03」システムはクライドの潜水艦基地に拠点を置き、RN の職員によって運用および保守されていました。ROV が最初に導入されてから 20 年以上経った 1980 年代には、新しいオフショア開発の多くが人間のダイバーの到達範囲を超えていたため、ROV は不可欠なものとなりました。1980 年代半ば、海洋 ROV 業界は、原油価格の下落と世界的な経済不況が原因の一部となって、技術開発の深刻な停滞に苦しみました。それ以来、ROV 業界の技術開発は加速し、今日では ROV は多くの分野で数多くのタスクを実行しています。そのタスクは、海底構造物、パイプライン、プラットフォームの単純な検査から、パイプラインの接続や水中マニホールドの設置まで多岐にわたります。ROV は、海底開発の初期建設と、その後の修理および保守の両方で広く使用されています。[ 15 ] 石油・ガス業界は、作業用ROVの使用を超えて、より浅い環境で役立つミニROVへと拡大している。ミニROVはサイズが小さいため、多くの場合、コスト削減と展開時間の短縮が可能となる。[ 16 ]
潜水型ROVは、 RMSタイタニック、ビスマルク、USSヨークタウン 、SM U-111、SSセントラルアメリカなど、多くの歴史的な沈没船の特定に使用されてきました。タイタニックやSSセントラルアメリカなどの一部のケースでは、ROVを使用して海底から物質を回収し、水面に持ち上げています[ 17 ] [ 18 ]。最も最近の例は、2024年7月のタイタニック探査中に、磁力計を使用して初めて遺物を回収したことです[ 19 ] [ 20 ]。
ROV（遠隔操作型水中ロボット）は石油・ガス産業で広く利用されているが、その他にも科学、軍事、サルベージなどの分野で活用されている。軍事分野では、機雷除去や機雷検査といった作業にROVが用いられている。科学分野での利用については後述する。
作業用ROVは、さまざまな作業に必要な浮力を得るために、アルミニウムシャーシの上に大きな浮力パックを搭載して構築されています。アルミニウムフレームの構造の精巧さは、メーカーの設計によって異なります。浮力材には、シンタクチックフォームがよく使用されます。システムの底部には、さまざまなセンサーやツールパッケージを収容するためのツールスキッドが取り付けられる場合があります。軽量部品を上部に、重量部品を下部に配置することで、システム全体の浮心と重心の間に大きな分離が生まれます。これにより、水中での作業に必要な安定性と剛性が確保されます。ロボットの姿勢安定性を維持するために、浮心と重心の間にスラスタが配置されます。特に流れの速い水域では、作業中に適切な位置制御と姿勢制御を行うために、さまざまなスラスタ構成と制御アルゴリズムを使用できます。スラスタは通常、可能な限り最も精密な制御を実現するために、バランスベクトル構成になっています。
電気部品は、海水中の腐食や、深海での作業中に ROV にかかる極度の圧力による押しつぶしから保護するために、油で満たされた防水コンパートメントまたは 1 気圧コンパートメントに収められます。ROV には、基本的な作業を実行するために、スラスタ、 カメラ、ライト、テザー、フレーム、および操縦装置が装備されます。[ 21 ]マニピュレーターやソナーなどの追加センサーは、特定の作業に必要な場合に装備できます。[ 22 ] 2 つのロボットアームを備えた ROV が一般的で、各マニピュレーターには異なる把持ジョーが付いている場合があります。カメラも衝突から保護するためにガードされている場合があります。
作業用ROVの大部分は上記のように製造されますが、ROVの製造方法はこれだけではありません。小型ROVは用途に応じて様々な設計が可能です。大型ROVは船舶から展開・運用されることが多いため、甲板への回収用に着陸用スキッドを備えている場合もあります。
遠隔操作型車両には、大きく分けて2つの構成がある。それぞれの構成には、特有の制約がある。
ROV（遠隔操作型無人潜水機）は、AUV（自律型無人潜水機）とは異なり、機体と水面との間で電力とデータを伝送するために、テザー（ケーブル）またはアンビリカルケーブルを必要とします。テザーのサイズと重量は考慮する必要があります。テザーが大きすぎると機体の抗力に悪影響を及ぼし、小さすぎると打ち上げ時や回収時の吊り上げに必要な強度を満たせない可能性があります。
テザーは通常、テザー管理システム（TMS）に巻き取られ、テザーが絡まったり結び目ができたりしないように管理されます。状況によっては、車両を降ろしたり回収したりするためのウインチとして使用できます。[ 24 ]
調査用または検査用ROVは、一般的に作業用ROVよりも小型で、多くの場合、クラスI：観測のみ、またはクラスII観測（ペイロード付き）のいずれかに細分類されます。[ 25 ]これらは、水路測量、つまり海底構造物の位置と位置決めを支援するために使用され、また、パイプライン調査、ジャケット検査、船舶の船体検査などの検査作業にも使用されます。調査用ROV（「目玉」とも呼ばれる）は、作業用ROVよりも小型ですが、多くの場合、潮流の中で位置を維持する能力に関して同等の性能を持ち、多くの場合、車両のペイロード能力とユーザーのニーズに応じて、照明、カメラ、ソナー、超短基線（USBL）ビーコン、ラマン分光計[ 26 ]、ストロボフラッシャーなどの同様のツールと機器を搭載しています。
ROVの操作と同時潜水作業は、安全上の理由から潜水監督者の全体的な監督下で行われる。[ 4 ]
国際海洋請負業者協会（IMCA）は、請負業者と顧客の両方が使用することを目的とした文書「潜水作業中の遠隔操作無人機介入」（IMCA D 054、IMCA R 020）の中で、ダイバーとの共同作業におけるROVのオフショア運用に関するガイドラインを公開した。[ 27 ]
遠隔操作型無人潜水機は、潜水艦救助活動中に使用される可能性がある。
カメラやセンサーが進化し、機体がより機敏で操縦しやすくなったことで、ROVは特にドキュメンタリー映画制作者の間で人気が高まっています。これは、ダイバーでは到達できない深く危険な狭いエリアにアクセスできるためです。ROVは潜水して映像を撮影できる時間に制限がないため、これまで見られなかった視点を得ることができます。[ 28 ] ROVは、ナショナル ジオグラフィックの「シャーク メン」や「ルシタニア号の暗い秘密」、BBC ワイルドライフ スペシャル「スパイ・イン・ザ・ハドル」など、いくつかのドキュメンタリーの撮影に使用されています。[ 29 ]
ROVは軍隊、法執行機関、沿岸警備隊などで幅広く使用されているため、CBSの人気シリーズ「CSI」などの犯罪ドラマにも登場している。
あらゆる年齢層の人々の間で海洋への関心が高まり、かつては高価で入手困難だった機器が手頃な価格で入手しやすくなったことで、ROV（遠隔操作型無人潜水機）は多くの愛好家にとって人気の趣味となっています。この趣味は、一般的にPVCパイプで作られる小型ROVの製作を伴い、通常は50～100フィートの深さまで潜水できますが、中には300フィートまで到達したものもあります。
ROVは、海洋研究のために科学界でも広く利用されています。[ 30 ] ROVの使用により、多くの深海動物やその他の生物が自然環境下で発見または研究されてきました。例としては、クラゲのStellamedusa ventanaやウナギのようなハロサウルスなどが挙げられます。米国では、モントレー湾水族館研究所（MBARI）、ウッズホール海洋研究所（WHOI）（Nereusを含む）、ロードアイランド大学/探査研究所（URI/IFE）など、いくつかの公的および私的な海洋学機関で最先端の研究が行われています。[ 31 ] [ 32 ]ヨーロッパでは、アルフレッド・ウェゲナー研究所がROVを使用して、北極と南極の海氷調査を行っており、氷の喫水[ 33 ] 、光透過率[ 34 ]、堆積物、酸素、硝酸塩、海水温、塩分を測定しています。これらの目的のために、シングルビームおよびマルチビームソナー、分光放射計、マニピュレーター、蛍光計、導電率/温度/深度（塩分測定）（CTD）、オプトード、およびUV分光計が装備されています。[ 35 ]
良質なビデオ映像はほとんどの深海科学研究の中核をなす要素であるため、研究用ROVには高出力照明システムと放送品質のカメラが装備される傾向がある。[ 36 ]実施される研究に応じて、科学用ROVにはさまざまなサンプリング装置とセンサーが装備される。これらの装置の多くは、深海の極限環境で動作するように構成された、他に類を見ない最先端の実験用コンポーネントである。科学用ROVには、油圧マニピュレーターや高精度水中航行システムなど、商用ROV分野向けに開発された多くの技術も組み込まれている。また、メキシコ湾のマルディグラ難破船プロジェクト[ 37 ] [ 38 ]や地中海のCoMASプロジェクト[ 39 ]などの水中考古学プロジェクトにも使用されている。 [ 40 ]
機能と用途で注目に値する大型のハイエンドシステムがいくつかあります。MBARIのTiburonビークルは開発に600万米ドル以上かかり、主に米国西海岸の中層水域と熱水研究に使用されています。[ 41 ] WHOIのJasonシステムは深海海洋学研究に多くの重要な貢献をしており、世界中で稼働し続けています。URI/IFEのHercules ROVは、油圧推進システムを完全に組み込んだ最初の科学ROVの1つであり、古代および現代の難破船の調査と発掘に独自の装備を備えています。カナダ科学潜水施設ROPOSシステムは、深海熱水噴出孔の回収と探査から海洋観測所の維持と展開まで、困難なタスクのために、いくつかの主要な海洋科学機関と大学で継続的に使用されています。[ 42 ]
SeaPerch遠隔操作式水中ビークル（ROV）教育プログラムは、小学校、中学校、高校の生徒がポリ塩化ビニル（PVC）パイプやその他の入手しやすい材料から、シンプルな遠隔操作式水中ビークルを製作できる教育ツールおよびキットです。SeaPerchプログラムは、生徒に船舶および潜水艦の設計に関する基本的なスキルを教え、造船工学および海洋工学の概念を探求するよう促します。SeaPerchは、海軍研究局が国家海軍責任海軍工学（NNRNE）の一環として後援しており、このプログラムは造船技師・海洋技術者協会によって管理されています。[ 68 ]
ROV技術のもう1つの革新的な使用例は、マルディグラ難破船プロジェクトでのものでした。「マルディグラ難破船」は、約200年前にメキシコ湾のルイジアナ州沖約35マイル、水深4,000フィート（1,200メートル）の海底に沈みました。その船の正体は謎のままで、2002年にオケアノス・ガス・ギャザリング・カンパニー（OGGC）の油田調査チームによって発見されるまで、海底に忘れ去られていました。2007年5月、テキサスA&M大学が主導し、鉱物資源管理局（現在のBOEM ）との協定に基づきOGGCが資金提供した探査隊が、当時としては最も深い科学的考古学的発掘調査を実施し、海底の遺跡を調査し、最終的にルイジアナ州立博物館で一般公開するための遺物を回収することを目的として出発しました。教育普及活動の一環として、ノーチラス・プロダクションズはBOEM、テキサスA&M大学、フロリダ公共考古学ネットワーク[ 69 ] 、ヴェオリア・エンバイロメンタルと提携し、プロジェクトに関する1時間のHDドキュメンタリー[ 70 ]、一般公開用の短いビデオを制作し、探査中にビデオによる最新情報を提供した[ 71 ] 。ROVからのビデオ映像はこの普及活動の不可欠な部分であり、ミステリー・マルディグラ難破船ドキュメンタリーで広く使用された[ 72 ]。
海洋先端技術教育（MATE）センターは、ROVを使用して中学生、高校生、コミュニティカレッジ、大学生に海洋関連のキャリアについて教え、科学、技術、工学、数学のスキルを向上させる手助けをしています。MATEの年次学生ROVコンペティションでは、世界中から学生チームが設計・製作したROVで競い合います。このコンペティションでは、高性能な職場環境をシミュレートする現実的なROVベースのミッションを使用し、海洋関連の技術スキルや職業のさまざまな側面を学生に紹介するさまざまなテーマに焦点を当てています。ROVコンペティションは、MATEと海洋技術協会のROV委員会によって組織され、米国航空宇宙局（NASA）、米国海洋大気庁（NOAA）、Oceaneeringなどの組織、およびROVの設計、エンジニアリング、操縦などの技術スキルを備えた高度な訓練を受けた学生の価値を認識する他の多くの組織によって資金提供されています。MATEは、米国国立科学財団からの資金提供を受けて設立され、カリフォルニア州モントレーのモントレー半島カレッジに本部を置いています。[ 73 ]
ROVへの関心の高まりにより、MATE（海洋先端技術教育）、NURC（全国水中ロボットチャレンジ）、RoboSubなど、多くの競技会が設立されました。[ 74 ]これらの競技会では、参加者（主に学校やその他の団体）が、自作のROVを使用して一連のタスクで互いに競い合います。[ 75 ]ほとんどの趣味用ROVは、水が穏やかなプールや湖でテストされますが、中には自分のROVを海でテストした人もいます。しかし、そうすると、波や潮流によってROVがコースから外れたり、ほとんどの趣味用ROVに搭載されている小型のエンジンのために波を乗り越えるのに苦労したりするなど、多くの困難が生じます。[ 76 ]
ROV（遠隔操作型無人潜水機）は、数十年にわたり複数の海軍で主に機雷探知と機雷除去のために使用されてきた。
2008年10月、米海軍は、Mystic DSRVと支援艇をベースとした現地操縦型救助システムを、加圧救助モジュール（PRM）と呼ばれる係留された有人ROVをベースとしたモジュール式システムSRDRSで改良し始めた。これは、数カ国の艦隊の潜水艦との長年にわたる試験と演習を経て実現したものである。[ 77 ]また、無人Sibitzky ROVを使用して、故障した潜水艦の調査やPRMのための潜水艦の準備も行っている。
米海軍は、機雷戦にAN/SLQ-48機雷無力化艇（MNV）と呼ばれるROVも使用している。接続ケーブルにより艦から1,000ヤード（910メートル）離れることができ、水深2,000フィート（610メートル）まで到達できる。MNVで使用可能なミッションパッケージは、MP1、MP2、MP3として知られている。[ 78 ]
爆薬は船からの音響信号によって起爆される。
AN /BLQ-11自律型無人潜水艇（UUV）は、秘密裏に機雷対策を行う能力を持つように設計されており、特定の潜水艦から発進することができる。[ 79 ]
米海軍のROVはアベンジャー級掃海艦にのみ搭載されている。USSガーディアン（ MCM -5）の座礁とUSSアベンジャー（MCM-1）およびUSSディフェンダー（MCM-2）の退役後、バーレーン（USSセントリー（MCM-3）、 USSデバステーター（MCM-6）、 USSグラディエーター（ MCM-11 ）、USSデクストラス（MCM-13）） 、日本（USSパトリオット（MCM-7）、USSパイオニア（MCM-9）、USSウォリアー（MCM-10） 、USSチーフ（MCM-14））、カリフォルニア（USSチャンピオン（MCM-4） 、 USSスカウト（MCM-8）、USSアーデント（MCM - 12））の沿岸海域で運用されている米国の掃海艦は11隻のみである。[ 80 ]
2011年8月19日、ボーイング社製のロボット潜水艦「エコー・レンジャー」が、敵の海域を監視したり、国家安全保障上の脅威から地元の港をパトロールしたり、環境上の危険物を検出するために海底を捜索したりするために米軍が使用する可能性をテストしていた。[ 81 ]ノルウェー海軍は、ノルウェーのブルーアイ・パイオニア水中ドローンでヘルゲ・イングスタッド号を検査した。[ 82 ]
小型の検査用ROVは、その性能向上に伴い、米国沿岸警備隊、米国海軍、オランダ海軍、ノルウェー海軍、英国海軍、インドネシア海軍、ニュージーランド海軍、スウェーデン海軍、カナダ軍、フィンランド海軍、フランス海軍、国防省、サウジアラビア国境警備隊など、世界中の海軍、沿岸警備隊、港湾当局で採用されるケースが増えています。これらの軍用グレードのROVは、爆発物処理（EOD）、気象観測、港湾警備、機雷対策（MCM）、機雷無力化、海上情報・監視・偵察（ISR）など、さまざまな水中検査作業に役立ちます。
ROVは、水中証拠回収、犠牲者回収、災害対応、安全検査、サルベージ作業、洪水対応、任務遂行者の位置特定のために、法執行機関、公共安全、捜索救助（SAR）チームにも広く採用されています。[ 83 ]公共安全潜水チームの補助ツールとして、これらのROVは、人間のダイバーを水中に送る前に安全な状態であることを確認するための「潜水前チェック」として展開されることがよくあります。これらのツールの人気が高まるにつれて、公的機関や民間機関は、このような車両の購入を支援するための助成金を受け取り始めており、マリコパ郡保安官事務所[ 84 ]などの一部の組織は、公共安全活動におけるROVアプリケーションの需要の高まりに対応するために、専用の遠隔操作車両ユニット（ROV-U）を設立することさえしています。
{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)