Duiktuigen

Duiktuigen zijn bemande of onbemande vaartuigen die zich tot op grotere diepte kunnen begeven. Vier duiktuigen, zowel bemand als onbemand, hebben het diepste punt ter wereld al bezocht, Challenge Deep in de Mariana trog op 11km. Bemande vaartuigen of HOVs (Human Occupied Vehicles; Figuur 1) zijn bekend als duikboten of onderzeeërs en worden voor wetenschappelijke missies normaal gezien gebouwd voor dieptes tot maximaal 6500m. De twee grote uitzonderingen zijn de duikboten Trieste (in 1960) en Challenge Deep (in 2012), die éénmalig de 11km haalden. Er zijn twee types onbemande vaartuigen; ROVs (Figuur 2) en AUVs (Figuur 3), die respectievelijk kunnen duiken tot 7000 en 6000m. De uitzonderingen hierop zijn de ROV Kaiko die in 1995 Challenger Deep bereikte en de ROV/AUV Nereus die dit deed in 2009. Gliders (Figuur 4) zijn een aparte categorie van AUVs en kunnen tot 1500m gaan. De uitzondering hier is de Deepglider, die in 2010 de 6000m haalde.

Alhoewel andere technieken ook informatie kunnen leveren uit dieptes tussen 200 en 2000m (tagging van zeedieren, XTD, Argo) en zelf tot 11000m (CTD), zijn deze gegevens beperkt tot standaard oceanografische variabalen. Duiktuigen hebben meer complexe apparatuur en kunnen onder het pakijs metingen verrichten. Enkel getagde zeedieren kunnen daar ook data verwerven.

HOV

Figure 1: De nog steeds operationele duikboot Alvin die gebouwd werd in 1964 en de hydrothermale bronnen ontdekte, alsook de Titanic.

Wetenschapsduikboten speelden een belangrijke rol in de exploratie van de diepzee gedurende de laatste 50 jaar. Ze maken directe observaties en staalnames mogelijk en ontdekten het bestaan van hydrothermale bronnen en methaan seeps. Echter zijn de kosten hoog, voornamelijk door de hoeveelheid aan personeel en de afhankelijkheid van een ondersteunend schip. Dit schip staat in voor het onderhoud van de HOV maar ook het transport, de te waterlating en het verblijf van de bemanning. Dus hoewel ze een belangrijke bijdrage leveren voor diepzee exploratie, wordt door re kost en het risico het relatief belang van onbemande vaartuigen al maar groter. Toepassingen Onderzeeërs zijn in staat biologische, (geo)chemische, geologische en geofysische studies te verrichten. De specifieke capaciteit is duiktuig-afhankelijk, maar meestal zijn ze in het bezit van een multi-functionele manipulator (robotische arm), staal opslagcontainers, camera’s, sonar, een zuigende verzamel tube en oceanografische data verwervingssystemen.

ROV

Figure 2: ROV Ventanta met onderaan gemonteerd slede.

Een Remotely Operated Vehicle (ROV) is een onbemand vaartuig dat verbonden is met het moederschip via een navelstreng. Die navelstreng bestaat uit elektriciteits- en datacommunicatiekabels voor tweerichtings overdracht van stuurcommando’s, opnames en data. De piloot kan via een op de ROV gemonteerde onderwatercamera met lichtbron zien waarheen het uitermate wendbare werktuig gestuurd moet worden. ROV’s werden voor het eerst ontwikkeld in de jaren ’60 (net zoals AUVs), waarna door industrieel toedoen de techniek een snelle evolutie kende. De lage landen hebben sinds 2008 één AUV voor wetenschappelijk onderzoek (Genesis), die in het bezit is van de Universiteit van Gent. Toepassingen Alhoewel ROVs oorspronkelijk ontworpen waren voor industriële doeleinden (zoals het inspecteren van pijpleidingen) worden ze nu gebruikt voor meerdere toepassingen, waarvan vele in de wetenschappelijke wereld. Voorbeelden hiervan zijn oceanografie, rotsboringen en studies van extreme locaties (vb. hydrothermale bronnen). Afhankelijk van het doel worden robots ontwikkeld in een specifiek formaat en uitgerust met bepaalde sensoren en mechanismen. Dit kan een camera zijn voor het observeren van de (meestal) benthische biodiversiteit, sensoren voor het meten van de temperatuur, saliniteit, licht en/of troebelheid, externe robotarmen voor het nemen van stalen en het uitvoeren van experimenten, water/suction samplers (zuigen water/organismen in een busje),… Vaak bezitten ze ook één of meerdere sleeën –onderaan vastgeschroefde metalen bakken- met bijkomend gereedschap, zodat tijdens één duik verschillende missies kunnen uitgevoerd worden.

AUV

In tegenstelling tot de ROV heeft een AUV (Autonomous Underwater Vehicle) geen kabelverbinding, en is dus geheel zelfstandig. Deze sinds de jaren ‘60 opkomende techniek heeft daardoor het voordeel van een veel grotere actieradius te hebben dan een ROV, die beperkt wordt door de lengte van de kabel. Bovendien is deze methode goedkoper dan ROVs en HOVs, gezien geen gespecialiseerde schepen vereist zijn en de personeelskosten lager liggen.

De meest voorkomende vorm van AUVs is een torpedo (Figuur 3A), maar er zijn er ook ontworpen met laminar flow bodies (creëren een stroom van parallelle waterlagen; Figuur 3B) en meerdere rompen (Figuur 3C). Elk werd ontworpen voor specifieke behoeften en oceanografische niches. Een aparte categorie zijn gliders, die bijzonder verschillen van standaard AUVs in hun voortbewegingsmethode, duikduur en –diepte.

Figuur 3: De meest voorkomende bouwtypes van AUVs

Torpedo vorm (Tethys AUV)

Laminar flow body (Hugin AUV) ]]

Dubbele romp (SeaQuest X-1 AUV) ]]

Toepassingen

Gezien de AUV aan hydrodynamische vorm heeft zijn er geen grijparmen. Hierdoor is hij niet in staat complexere missies uit te voeren, zoals het verzamelen van objecten en/of organismen. De meetapparatuur die wel in de behuizing kan ondergebracht worden is net zoals bij andere duiktuigen heel divers en complex. Zo is het mogelijk om met een sonar de zeebodem in kaart te brengen met een hoge resolutie, kunnen belangrijke nutriënten zoals fosfor en stikstof geanalyseerd worden, terwijl optische sensoren beelden maken van de biodiversiteit op de bodem en in het water. Standaard kunnen ook de temperatuur, saliniteit, zuurstof en fytoplankton concentratie bepaald worden.

AUVs worden niet enkel gebruikt voor wetenschappelijke maar ook commerciële en industriële toepassingen. In het laatste geval wordt ook regelmatig verwezen naar UUVs in plaats van AUVs, een acroniem voor Unmanned Underwater Vehicles. Deze naam verwijst naar de AUvs waarmee gecommuniceerd wordt voor bijsturing. Een commerciële taak waarvoor AUVs goed geschikt zijn is het opsporen van verloren voorwerpen. Zo kunnen onderdelen van niet alleen gezonken schepen, maar ook van vliegtuigen of zelf ruimteraketten teruggevonden worden.

Werking

AUVs activeren automatisch wanneer ze in het water geplaatst worden. Met schroeven, die gedreven worden door een herlaadbare batterij, kan een AUV een voorgeprogrammeerd of aangepast pad volgen. De eerste manier wordt voornamelijk gebruikt wanneer de routes en coördinaten geweten zijn. De ingestelde route kan eenvoudig rechtlijnig zijn, of ook meer complex. Zo kan het bodemoppervlak gevolgd worden met behulp van een sonar of kan de robot een bepaald bewegingspatroon aanhouden, zodat bijvoorbeeld een zaagtand of golvende route wordt afgelegd. Een aangepast pad kan ook gevolgd worden, waarbij via GPS het mogelijk is de route regelmatig bij te stellen. De duur van een nauwgezet voorgeprogrammeerde duikroute ligt typisch in de orde van 8-50 uur.

Gliders

Figure 4: : Slocum glider.

Gliders kunnen aanzien worden als een special type AUVs doordat ze zich eerder voortbewegen als zweefvliegtuigen. Ze hebben dus geen batterij gedreven motor en schroeven. Doordat ze minder energie gebruiken kunnen ze langer onderwater metingen verrichten en een groter gebied monitoren. Hun dieptebereik is gelijkaardig aan dat van Argo boeien. Echter kan bij gliders de verplaatsingsrichting gecontroleerd worden, wat nodig is voor onderzoek naar specifieke fenomenen, zoals eddies (oceanische vortices), downwelling van koud water (het zinken van oppervlakte water) en vorming van fronten (grenzen tussen verschillende watermassa’s).

Toepassingen

Een brede diversiteit aan sensors kan geïnstalleerd worden in de gliders, en meer zijn in ontwikkeling. Hierdoor kunnen fysische, biologische en chemische eigenschappen van de omgevende watermassa worden bepaald, zoals temperatuur, saliniteit, opgeloste zuurstof, chlorofyl (een benadering van de hoeveelheid fytoplankton), stroming, akoestische backscattering, opgelost organisch materiaal, elektromagnetisme, light level, enz.

Werking

De term glijden wordt gebruikt omdat de gliders geen gebruik maken van een motor schroef, maar zich voortbewegen door hun drijfvermogen aan te passen. Dit gebeurd door het in- of uitpompen van een vloeistof (olie of zeewater, afhankelijk van het type) naar een andere ruimte. Wanneer de glider zinkt produceren de vleugels een opheffend vermogen (vergelijkbaar met een vliegtuig), waardoor de glider zich ook horizontaal zal bewegen. Metingen gebeuren continu wanneer de glider op die manier met een zaagtand beweging tussen het oppervlak en een bepaalde diepte glijdt. Via GPS, druk en tilt sensoren en een speciaal kompas worden de positie en richting bepaald en eventueel bijgestuurd. Net als bij Argo floats worden de verzamelde gegevens doorgestuurd via satellieten van zodra het instrument zich aan de oppervlakte bevindt.

Meer

In 2009 werd voor de eerste keer een glider ("Scarlet") dwars doorheen de Atlantische oceaan gestuurd. Van deze unieke ervaring werd een documentaire gemaakt, "Atlantic crossing, a robot’s daring mission" die dieper ingaat op de werking en mogelijkheden van gliders

Zie ook

http://en.wikipedia.org/wiki/Submarine http://nl.wikipedia.org/wiki/Remotely_operated_vehicle http://en.wikipedia.org/wiki/Autonomous_underwater_vehicle http://en.wikipedia.org/wiki/Underwater_gliders