Η σύνδεση Universal AUV της WiSub

Από τον Claudio Paschoa • 28 Φεβρουαρίου 2018

Η αρχική καριέρα του διευθυντή της WiSub Mark Bokenfohr βασίστηκε στην ανάπτυξη, παράδοση και υπεράκτια λειτουργία των υποβρυχίων οχημάτων εργασίας (ROV) και των συναφών συστημάτων εργασίας, όπου μπορούν εύκολα να παρατηρηθούν οι περιορισμοί των υποβρύχιων συνδέσμων. "Έχοντας χρησιμοποιήσει επαγωγικά μόντεμ χαμηλής ταχύτητας ως πιλότο ROV κατά τη διάρκεια των ωκεανογραφικών επιστημών, ήμουν πεπεισμένος ότι θα πρέπει να αναπτυχθούν και ανοιχτοί σύνδεσμοι για τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, αν και χρειάστηκε άλλη μια δεκαετία, λίγες αλλαγές στη χώρα και το σωστό χρονοδιάγραμμα προτού να πάρω το άλμα για να οικοδομήσω μια εταιρεία που θα έδινε τέτοιες λύσεις. Επισήμως το έργο UAC ονομάζεται "Universal AUV Απεριόριστη φόρτιση και διασύνδεση μεταφοράς δεδομένων". Εσωτερικά ονομάζουμε αυτό το έργο "AUV Interface χωρίς Pin" ή "PAX". Η WiSub έχει αναπτύξει σημαντικές εξελίξεις στην εξέλιξη της υπερσύγχρονης υποβρύχιας σύνδεσης, ωστόσο πρέπει να μοιραστούμε την πίστη με την ανάπτυξη παλαιότερων τεχνολογιών σύνδεσης χωρίς σύνδεση για την παροχή της έμπνευσής μας να προχωρήσουμε πιο μακριά και να ονειρευόμαστε μεγαλύτερα ", δήλωσε ο Bokenfohr.

Όταν μιλάτε στο Bokenfohr, αισθάνεστε αμέσως το πάθος και τη γνώση που έχει για τις δυνατότητες του Universal Connector AUV (UAC). Είναι σημαντικό να εξετάσουμε την ιστορία που εμπλέκεται σε αυτή την ανακάλυψη. "Οι επαγωγικές επαφές χωρίς πινέζα έχουν χρησιμοποιηθεί υποβρύχια εδώ και δεκαετίες, αναπτύχθηκαν για να ξεπεράσουν τους σημαντικούς περιορισμούς των ακροδεκτών συνδετήρων υγρού υλικού. Ορισμένες από τις πρώτες εφαρμογές σε αυτήν την περιοχή ήταν απλώς split halfs μετασχηματιστών, παρέχοντας ασύρματη ισχύ βασισμένη στις αρχές που κατοχυρώθηκαν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον Nikola Tesla εκατό χρόνια νωρίτερα. Τα δεδομένα έχουν επίσης μεταφερθεί ασύρματα μέσω νερού μέσω ηλεκτρομαγνητικών (EM) εδώ και δεκαετίες », εξηγεί ο Bokenfohr. Εντούτοις, για να φθάσει η αντίληψη της UAC, χρειάστηκαν σημαντικές τεχνολογικές εξελίξεις. "Σημαντικές και σχετικά πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνολογίες μέσω του αέρα έχουν επιτρέψει ένα άλμα προς τα εμπρός στην προηγμένη τεχνολογία για υποβρύχιες συνδέσεις που βασίζονται σε ΗΜ. Η εμπορική διαθεσιμότητα ηλεκτρικών αυτοκινήτων έχει επίσης δημιουργήσει την ανάπτυξη ασύρματης φόρτισης υψηλότερης ισχύος. Η WiSub ανέπτυξε το προϊόν Torden σε συνεργασία με έναν τέτοιο προγραμματιστή, ο οποίος μεταφέρει 18kW σε κινούμενο ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Η WiSub παντρεύει τις τελευταίες μεθόδους και κυκλώματα που είναι δυνατά στη μεταφορά ηχητικής ισχύος με την επαναστατική εφαρμογή υποβρυχίων πολύ υψηλών συχνοτήτων για τη μετάδοση δεδομένων και την ισχύ σε μικρά κενά θαλάσσιου νερού. Έχουμε δει περαιτέρω στέκεται στους ώμους των γιγάντων ».

Σύμφωνα με τον Bokenfohr, υπάρχουν ορισμένα ειδικά χαρακτηριστικά της σύνδεσης χωρίς καρφίτσες που επιτρέπουν στο UAC να διατηρεί αξιόπιστα δεδομένα και τη μεταφορά ισχύος κάτω από το νερό, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για την ενεργοποίηση ενός αξιόπιστου σταθμού AUV - "Η διατήρηση αξιόπιστης σύνδεσης σημαίνει τη διατήρηση της δυνατότητας σύνδεσης και αποσυνδέστε τον χωρίς να αυξήσετε τον κίνδυνο βλάβης ή υποβαθμισμένης απόδοσης. Οι καρφιτσωμένες συνδέσεις μπορούν να επιτελέσουν αρκετά αξιόπιστα, αν χειριστούν προσεκτικά και συνδεθούν μόνο μία φορά. μερικοί θα μπορούσαν να τους θεωρήσουν σαν μια συγκολλητική άρθρωση - συνδέονται μία φορά και δεν προορίζονται να διαχωριστούν. Για να διατηρήσετε ασφαλή τα κινούμενα εξαρτήματα ακριβείας του συνδέσμου και η σύνδεση αξιόπιστη κατά τη διάρκεια πολλών κύκλων υγρής μίξης είναι πολύ πιο δύσκολη λόγω της ανάγκης να σφραγιστεί δυναμικά έναντι διαβρωτικών υδάτων υψηλής πίεσης, ευθυγραμμίστε τέλεια τις καρφίτσες κάθε φορά ενώ προσπαθείτε να στεγανοποιήσετε και να σφραγίσετε ξανά χωρίς προκαλώντας σφάλματα γης ή αποτυχία. Οι μολυσματικές ουσίες στο νερό και ο τραχύς χειρισμός του χειριστή επιδεινώνουν το πρόβλημα της στεγανοποίησης και της ευθυγράμμισης. Η βασική φυσική της κατασκευής καρφιτσών σε πρίζα περιορίζει επίσης τις ταχύτητες που είναι πιθανές για τη μεταφορά δεδομένων λόγω των μακρών, μη θωρακισμένων, μη στριμμένων μηκών που εισάγουν τη δυνατότητα παρεμβολών. Η ατελής σύνδεση είναι εγγενώς πιο αξιόπιστη σε πολλαπλούς κύκλους ζευγαρώματος, καθώς δεν υπάρχουν δυναμικές σφραγίσεις που φθαρούν, μια πολύ πιο επιεική ανοχή ζευγαρώματος, ανοσία στη μόλυνση και καμία ακίδα για ευθυγράμμιση, θραύση ή κάμψη. Η μειωμένη μηχανική πολυπλοκότητα είναι πολύτιμη για την αύξηση της αξιοπιστίας και δικαιολογεί την εφαρμογή ηλεκτρονικών συστημάτων στερεάς κατάστασης. Υπάρχουν και άλλες βελτιώσεις που ένας έξυπνος σύνδεσμος μπορεί να παράσχει που οι «απλοί» ακροδέκτες δεν μπορούν, όπως τα εντοπισμένα διαγνωστικά δικτύου. "

Ένα από τα βασικά βήματα που έκαναν την ιδέα της UAC βιώσιμη είναι η τεχνολογία ηλεκτρονικών μικροκυμάτων υψηλής ταχύτητας υψηλής συχνότητας υψηλής συχνότητας της WiSub - "Η επικοινωνία βασισμένη σε EM είναι γνωστή εδώ και δεκαετίες στην περιοχή ραδιοσυχνοτήτων (κάτω από 300 MHz) εφαρμόζεται σε χαμηλή ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων σε μικρές αποστάσεις (μερικά μέτρα). Η μετάδοση δεδομένων υψηλής συχνότητας έχει αγνοηθεί λόγω της πολύ υψηλής εξασθένισής της στο θαλάσσιο νερό - η διακύμανση κυμάτων EM σε επίπεδο GHz δεν είναι δυνατή πέρα ​​από τα 10 εκατοστά μέσω θαλάσσιου νερού και πρακτικά χρήσιμη μόνο κάτω από 5 εκατοστά. Αυτό δεν θεωρήθηκε ποτέ πρακτική απόσταση για την «ασύρματη επικοινωνία» αφού η «μεταφορά σε κάποια απόσταση» ήταν πάντα κατανοητή για την «ασύρματη» τεχνολογία. Το EM υψηλών συχνοτήτων λειτουργεί πολύ καλά για συνδέσμους χωρίς πείρο και καθώς δεν ήταν ποτέ προφανές σε άλλους, κατορθώσαμε να εξασφαλίσουμε τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας για αυτό το εφευρετικό βήμα στην υποβρύχια επικοινωνία », εξήγησε ο Bokenfohr. Είναι επίσης ενδιαφέρον να σημειώσουμε τα πλεονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας πέρα ​​από τις παραδοσιακές RF χαμηλής συχνότητας, τις επαγωγικές ή ακουστικές τεχνολογίες. Η υψηλή ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων σε ευρύ εύρος ζώνης είναι το κύριο πλεονέκτημα που προσφέρει η υποβρύχια σύνδεση δεδομένων WiSub με βάση τα μικροκύματα, ξεκινώντας από τα 100Mbps και επεκτείνοντας τα 1Gbps σε εξέλιξη. "Αυτό το πλεονέκτημα υψηλής ταχύτητας είναι δυνατό λόγω των συχνοτήτων που απαιτούνται, η οποία απαιτεί μικρά (πολύ μικρά) μήκη κύματος, τα οποία συμβαίνει επίσης να είναι το ίδιο χαρακτηριστικό που εμποδίζει τη διαδρομή μεγάλων αποστάσεων αυτών των κυμάτων. Τα μικροκύματα ορίζονται για να λειτουργούν στην περιοχή συχνοτήτων 300MHz έως 300GHz. οι άλλες τεχνολογίες που εφαρμόζονται στον τομέα της υποβρύχιας επικοινωνίας λειτουργούν συνήθως σε πολύ χαμηλότερες συχνότητες και αντίστοιχα χαμηλότερες ταχύτητες δεδομένων. Οι ταχύτητες δεδομένων των kbps (kilobits ανά δευτερόλεπτο) είναι δυνατές με ακουστικές επικοινωνίες. Οι συνδέσεις επικοινωνίας ραδιοσυχνοτήτων (εντός της περιοχής 3 KHz έως 300 GHz) είναι σε θέση να επιτύχουν παρόμοιες ταχύτητες δεδομένων σε μερικά μέτρα. Οι επαγωγικοί σύνδεσμοι που χρησιμοποιούνται για μεταφορά ισχύος συχνά χρησιμοποιούνται επίσης για μεταφορά δεδομένων, με μικρό διαχωρισμό μεταξύ των συχνοτήτων, ο οποίος παρουσιάζει επίσης κάποιο κίνδυνο παρεμβολών. Ένα πρόσθετο πρακτικό πλεονέκτημα της χρήσης μικροκυμάτων σε GHz για μεταφορά δεδομένων και μεγαλύτερα μήκη κύματος σε kHz για μεταφορά ισχύος είναι ο μεγάλος διαχωρισμός μεταξύ των συχνοτήτων, ο οποίος αποφεύγει τα προβλήματα παρεμβολών. Επιπλέον, οι ηχητικές επικοινωνίες επηρεάζονται δυσμενώς από τη θολερότητα και τον θόρυβο στη στήλη νερού, η οποία δεν επηρεάζει τα συστήματα που βασίζονται σε ΗΜ ", δήλωσε ο Bokenfohr.

Η αναζήτηση ενός αξιόπιστου και αξιόπιστου σταθμού AUV υποβρυχίου έχει συνεχιστεί για τουλάχιστον μια δεκαετία. Με την αύξηση του μεγέθους, του βάθους και της πολυπλοκότητας των πεδίων παραγωγής υποθαλάσσιων πετρελαίων και φυσικού αερίου, η ανάγκη μακροπρόθεσμης σύνδεσης AUV και ROV έχει αυξηθεί σημαντικά. Όσον αφορά την απλοποίηση της επιχειρησιακής εφοδιαστικής και τη μείωση του κόστους των σκαφών υποστήριξης, οι δυνατότητες που προσφέρονται από την UAC μπορεί να είναι αληθινά εναλλάκτες παιχνιδιών. Σύμφωνα με τον Bokenfohr, "η σύνδεση AUV είναι εξαιρετικά επικίνδυνη, εκτός και αν η σύνδεση πραγματοποιείται μέσω σύνδεσης χωρίς πείρο. Η φόρτωση έχει προηγουμένως αποδειχθεί από άλλους που χρησιμοποιούν ασύρματες υποβρύχιες τεχνολογίες, αλλά αυτές οι εξελίξεις έχουν περιοριστεί σε συμβατότητα με άλλα συστήματα και συγκεκριμένα σε ορισμένα οχήματα και δίκτυα. Το σύστημα σύνδεσης PAX θα αυξήσει τη βιωσιμότητα των σταθμών μακροπρόθεσμης υποθαλάσσιας φόρτωσης, παρέχοντας ένα παγκόσμιο σύστημα σύνδεσης που είναι συμβατό μεταξύ πολλαπλών συστημάτων AUV, ενθαρρύνοντας την ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό της τεχνολογίας σε όλες τις βιομηχανίες υποθαλάσσιων διεθνώς. Ένα επιπλέον αποτέλεσμα του έργου θα είναι η δυνατότητα παροχής ισχύος από το AUV σε κατανεμημένους αισθητήρες στο υποβρύχιο περιβάλλον, καθώς και συλλογή δεδομένων που συλλέγονται από τέτοιους αισθητήρες. Οι αισθητήρες που αναπτύσσονται υποβρύχια και δεν συνδέονται με ένα ακριβό καλωδιακό δίκτυο περιορίζονται στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, στην ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων και στην απόσταση επικοινωνίας. Η ενεργοποίηση του AUV ως «υποβρύχιος κάτοικος» επιτρέπει την τοπική κατανομή ισχύος χωρίς να χρειάζεται καλωδιακό δίκτυο, μειώνοντας την απόσταση επικοινωνίας σε εκατοστά ενώ αυξάνει την ταχύτητα επικοινωνίας δεδομένων σε Mbps αντί των ορίων που επιβάλλει η φυσική της ακουστικής επικοινωνίας.

Τα κύρια χαρακτηριστικά και οι δυνατότητες του UAC και η αξιολόγηση του βάθους του παρουσιάζουν τις πολλές πιθανές χρήσεις που μπορεί να έχει για τη βιομηχανία O & G. "Το έργο PAX θα προσφέρει δύο διακριτές διεπαφές, τεχνολογία εντός αυτών των συστημάτων, με βάση τα βραβευμένα προϊόντα της WiSub Torden και Maelstrom. Η ανάπτυξη του Torden PAX θα χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση του AUV και η νέα ανάπτυξη Fonn θα χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση από το AUV. Και οι δύο θα εφαρμόσουν την κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας WiMax 100Μbps βάση δεδομένων μικροκυμάτων.

Αυτές είναι οι ανοχές διακένου στη σύνδεση και οι δυνατότητες μεταφοράς δεδομένων και ισχύος - διαφορά 10mm. 100Mbps μεταφορά δεδομένων, 250W @ 24vdc (διασύνδεση οργάνων Fonn) και 3kW @ 300vdc (διασύνδεση Torden PAX AUV). "Δεν παρατηρήσαμε ότι το βάθος επηρεάζει την απόδοση του συνδετήρα χωρίς πείρους, εκτός από την περίπτωση που τα υλικά συμπίπτουν (π.χ. υλικό εγκαψούλωσης γύρω από τις κεφαλές των μετατροπέων) και το χάσμα θαλάσσιου ύδατος αυξάνεται. Περαιτέρω έρευνα στο έργο θα επιβεβαιώσει λειτουργικές παραμέτρους των αποτελεσμάτων του έργου. Η μελέτη του σχεδίου σχετικά με τις ασβεστολιθικές καταθέσεις αναμένεται να αποδώσει πρόσθετες χρήσιμες πληροφορίες για περιβαλλοντικούς παράγοντες που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την απόδοση των συνδετήρων χωρίς καρφιά ». Το Bokenfohr επεσήμανε επίσης την ποικιλομορφία και τη σημασία των συνεργατών του στο έργο: ομάδα συμμετεχόντων, μερικοί που βρίσκονται σε άμεσο ανταγωνισμό μεταξύ τους, αλλά όλοι θα ωφεληθούν από τις εξελίξεις. Αρκετοί από τους συμμετέχοντες στο πρόγραμμα έχουν ήδη υπάρχουσες εμπορικές σχέσεις και περιλαμβάνουν κατασκευαστές AUV, φορείς AUV, παρόχους συστημάτων ακουστικών επικοινωνιών, φορείς υποδομής υποθαλάσσιου και ακαδημαϊκούς κύκλους, που όλοι διαδραματίζουν κάποιο ρόλο στο έργο. Κάθε ένας φέρνει τη δική του μοναδική ικανότητα και την ανεκτίμητη εμπειρία και συμβουλή του στην ανάπτυξη των πιο σχετικών αποτελεσμάτων. "

Η WiSub πιστεύει ότι η τεχνολογία UAC θα είναι λειτουργική για χρήση σε σταθμό βάσης AUV βαθέων υδάτων στο εγγύς μέλλον, με ένα σύστημα που θα αναπτυχθεί μέχρι το τέλος του τρέχοντος έτους. "Η ανάπτυξη του Fonn 250W βρίσκεται στα τελικά στάδια της, το πρώτο υλικό που θα αναπτυχθεί εντός του Δεκεμβρίου του 2017. Το Torden PAX 3kW θα αναπτυχθεί το 2ο τρίμηνο του 2018. Οι εγκαταστάσεις ROV και AUV θα είναι ενεργοποιημένες μέσω αυτών των εξελίξεων. Ωστόσο, τα ήδη υπάρχοντα προϊόντα της WiSub αναπτύσσονται και χρησιμοποιούνται ως διασυνδέσεις σύνδεσης AUV με πελάτες στη Βόρεια Αμερική. Η καινοτομία της WiSub στη μεταφορά δεδομένων υψηλής συχνότητας έχει προσθέσει ένα ουσιαστικό συστατικό στοιχείο για την ταχύτερη μεταφορά δεδομένων, μια πρόοδο που αναγνωρίστηκε στο OTC 2015 μέσω μιας ομάδας εμπειρογνωμόνων της βιομηχανίας που βραβεύει το σύστημα σύνδεσης Maelstrom της WiSub με το βραβείο Spotlight on New Technology Award. Η Maelstrom αναπτύχθηκε για να είναι το πρώτο μας ναυαρχικό προϊόν για να καταδείξει τις δυνατότητες επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας χωρίς ασφάλειες μέσω των συχνοτήτων μικροκυμάτων, σε συνδυασμό με επαγωγικές μεθόδους μεταφοράς ισχύος για την κάλυψη των αναγκών της βιομηχανίας για επαναλαμβανόμενη αξιόπιστη σύνδεση. Ο Torden κέρδισε επίσης το δικό του βραβείο Spotlight το Μάιο του 2017, επιβεβαιώνοντας ότι η βιομηχανία συνεχίζει να βλέπει μεγάλη αξία σε λύσεις χωρίς υποβρύχιο συνδετήρα ", καταλήγει ο Bokenfohr.

(Όπως δημοσιεύθηκε στην έκδοση Ιανουαρίου / Φεβρουαρίου 2018 του Reporter για τη θαλάσσια τεχνολογία )