اِی یو وی AUV چیست؟

اِی یو وی AUV یک وسیله نقلیه (زیر دریایی) مستقل زیر آب روی Autonomous underwater vehicle است که بدون نیاز به اپراتور Unmanned Underwater Vehicle به زیر آب سفر می کند. از این پس به آن به صورت اختصاری زمزار (زیر دریایی مستقل زیر آب روی) خواهیم گفت.

“AUV” مخفف زیردریایی مستقل بوده و در اصل AUV ها صرفاً سیستم های تحت کنترل رایانه ای هستند که در زیر سطح کار می کنند.

زمزارها بخشی از گروه بسیار بزرگ سیستم های زیر آبی هستند که به عنوان وسایل نقلیه زیرآب بدون سرنشین شناخته می شوند، این دسته بندی شامل آراُ وی ROV ها یا زهپاد ها (زیر دریایی هدایت پذیر از راه دور) نیز می گردد. زهپاد ها توسط اپراتور(خلبان) از طریق آمبیلیکال از راه دور کنترل می گردند. در کاربردهای نظامی، زمزارها AUVs با نام وسیله نقلیه زیر آبی بدون سر نشین unmanned undersea vehicle (UUV) معرفی می گردند. گلایدرهای زیر آبی یک زیر کلاس زمزار ها AUV هستند.

what-is-AUV اِی یو وی AUV چیست؟

خواندن مقاله آراُ وی ROV چیست را به شما پیشنهاد می کنیم.

موارد استفاده AUV ها عبارتند از:

مصارف صنعتی تجاری AUVها.
مصارف تحقیقاتی علمی AUVها.
مصارف نظامی AUVها.
مصارف نظارت و جستجو AUVها خصوصن برای سقوط هواپیما ها و غرق شدن کشتی ها.
قاچاق مواد مخدر غیر قانونی AUVها.
سرگرمی و تفریح AUVها.

تاریخچه زمزار ها AUVs:

اولین ای یو وی AUV در آزمایشگاه فیزیک کاربردی در دانشگاه واشنگتن در اوایل سال ۱۹۵۷ میلادی توسط استن مورفی Stan Murphy، باب فرنسز Bob Francois و تری ایوارت Terry Ewart ساخته شد.

وسیله نقلیه ویژه تحقیق زیر آب Special Purpose Underwater Research Vehicle یا SPURV برای مطالعه انتشار امواج صوتی، انتقال آکوستیک و سیستم های آگاهی دهنده زیر دریایی ها مورد استفاده قرار گرفت.

سایر زمزارهای اولیه در موسسه فناوری ماساچوست در دهه ۱۹۷۰ توسعه یافت. یکی از اولین مدل ها در نمایشگاه دریایی MIT در معرض نمایش است. در همان زمان زمزارها در حال توسعه در اتحاد جماهیر شوروی بودند (گرچه این مورد تا مدت ها بعد ناشناخته بود).

موارد استفاده زمزارها AUVs:

تا همین اواخر، استفاده از زمزارها فقط محدود به کارهای مربوط به توسعه فناوری در حوزه نظامی محدود بود. با توسعه قابلیت های پردازش پیشرفته و منابع تغذیه با بازده بالا، اکنون زمزارها برای انجام کارهای بیشتر با نقش ها و ماموریت هایی که به طور مداوم در حال تحول هستند، مورد استفاده قرار می گیرند.

مصارف تجاری AUVها:

بزرگترین مصرف صنعتی زمزارها در صنعت نفت و گاز است. با استفاده از ای یو وی ها AUVs می توان نقشه های تفصیلی از بستر دریا را قبل از تاسیس و نصب سازهای دریایی و خطوط لوله با به صرفه ترین روش در کمترین زمان ممکن و کمترین اختلال در محیط تهیه نمود.

زمزارها به شرکت های بازرسی و جستجو Survey Companies امکان تهیه اطلاعات دقیق از محیط هایی را فراهم میکند که به روش سنتی امکان پذیر نخواهد بود.امروزه امکان بازرسی خطوط لوله توسط زمزارها فراهم شده و استفاده برای بازرسی بخش های زیر آب سازهای دریایی نیز رایج تر شده است.

مصارف تحقیقاتی AUVها:

دانشمندان رای مطالعه دریاچه ها، اقیانوس ها و بستر های کف اقیانوس از زمزارها استفاده می کنند. سنسورهای مختلفی را می توان برای اندازه گیری غلظت عناصر یا ترکیبات مختلف، میزان جذب یا بازتاب نور و وجود زندگی میکروسکوپی درون ای یو وی ها AUVs قرار داد. برای مثال سنسورهای سنجش عمق، میزان دما-رسانایی-عمق CTD، میزان درخشندگی (فلورومیتر) و سنسورهای اندازه گیری PH را می توان نام برد. به علاوه می توان زمزارها را به نحوی تنظیم نمود تا از سنسورهای خاص در موقعیت های خاص استفاده کنند.

آزمایشگاه فیزیک کاربردی در دانشگاه واشنگتن از دهه ۱۹۵۰ میلادی پس از خلق گلایدر زیر آبی، نمونه های زیادی را از روی پلتفرم Seaglider AUV تولید کرده است. اگر چه این ربات گلایدر زیر آبی iRobot Seaglider در ابتدا برای تحقیقات اقیانوس شناسی طراحی شده بود، اما در سال های اخیر به شدت مورد توجه سازمان هایی مانند نیروی دریایی ایالات متحده و یا صنایع نفت و گاز قرار گرفته است.

این واقعیت که ساخت و بهره برداری از گلایدرهای مستقل زیر آبی نسبتا ارزان هستند، بیانگر این حقیقت است که به زودی زمزارها به موفقیت های بی شماری دست خواهند یافت.

نمونه ای از زمزار AUV که مستقیما با محیط تعامل دارد Crown-Of-Thorns Starfish Robot یا به اختصار COTSBot است که توسط دانشگاه صنعتی کوئیزلند QUT ایجاد شده است. این زمزار ستاره های دریایی خار دار Acanthaster Planci که به صخره های مرجانی آسیب فراوان میرساند را از بین می برد. برای اینکار از یک شبکه عصبی برای شناسایی ستاره های دریایی خار دار استفاده کرده و با تزریق محلول نمک های بازی آن ها را از بین می برد.

سرگرمی و تفریح AUVها:

بسیاری از ربات سازها زمزارها را به عنوان یک سرگرمی می سازند. مسابقات فراوانی هستند که اجازه میدهند تا این ای یو وی های خانگی امکان رقابت با یکدیگر و رسیدن به اهداف خاصی را دنبال کنند. این زمزارها می توانند مانند نمونه های صنعتی و تجاری به دوربین، چراغ و یا سونار مجهز شوند. گرچه به علت منابع محدود استفاده شده در این مدلها، زمزارهای تولید شده به عنوان سرگرمی به ندرت می توانند با مدل های تجاری از نظر عمق عملیاتی، دوام و یا پیچیدگی رقابت کنند، به علاوه استفاده از این زمزارها محدود به استخر یا دریاچه های کوچک می باشد.

یک زمزار ساده را میتوان از یک میکرو کنترلر، محفظه فشار پی وی سی، محرک قفل درب اتوماتیک، تعدادی سرنگ و رِله DPDT ساخت. برخی از شرکت کنندگان در مسابقات طرح های باز ایجاد می کنند که قابل ارتقا، پیگیری توسط همه می باشند.

(برای اطلاعات بیشتر می توانید وب سایت سازمان زیردریایی های شخصی را مطالعه کنید).

قاچاق غیر قانونی مواد مخدر توسط AUVها:

بسیاری از قاچاقچیان بین المللی از زمزارها برای ارسال محموله ها به مقاصد مورد نظر خود اقدام می کنند، ناوبری زمزارها توسط جی پی اس GPS به راحتی و دقت بالا صورت میگیرد و عملن قاچاقچیان به مشتری دایم و رو به افزایش این تکنولوژی مدرن هستند.

مصارف نظارت و جستجوی AUVها (خصوصن برای سقوط هواپیما ها و غرق شدن کشتی ها):

زمزارهایی از قبیل AUV ABYSS برای یافتن کشتی های غرق شده و یا لاشه هواپیماها (برای مثال پرواز ایر فرنس Air France Flight 447) استفاده می شوند. در تحقیقات برای یافتن پرواز ایر لاین مالزی Malaysia Airlines Flight 370 از یک ای یو وی AUV به نام Bluefin-21 کمک گرفته شد.

مصارف نظامی AUVها:

برنامه جامع نیروی دریایی ایالات متحده ماموریت های وسیله نقلیه زیر آبی بدون سر نشین unmanned undersea vehicle (UUV) را به ماموریت های زیر تقسیم بندی نموده است:

هوشمندی، نظارت و شناسایی
خنثی نمودن مین های زیر آبی
جنگ ضد زیر دریایی
بازرسی / شناسایی
اقیانوس شناسی
نقطه شبکه ارتباطی / ناوبری
تحویل بار
عملیات اطلاعاتی
حمله های ناگهانی در کمترین زمان

طرح جامع نیروی دریایی تمام UUV ها رابه چهار کلاس تقسیم نموده است:

کلاس یک – زمزار قابل حمل توسط فرد: وزن ۱ الی ۸ کیلو، استقامت ۱۰ الی ۲۰ ساعت، قابلیت راه اندازی توسط قایق کوچک به صورت دستی. (برای مثال زمزار MK 18 Mode 1 Swordfish UUV).

کلاس دو – زمزار سبک وزن: حداکثر وزن ۲۲۵ کیلو گرم، استقامت ۲۰ الی ۴۰ ساعت، قابلیت راه اندازی توسط سیستم پرتابگر بروی قایق های کوچک و یا استفاده از جرثقیل بروی کشتی ها. (برای مثال زمزار MK 18 Mod 2 Kingfish UUV).

کلاس سه – زمزار های سنگین وزن: حداکثر وزن تا ۱۴۰۰ کیلو گرم، استقامت ۴۰ تا ۸۰ ساعت، پرتاب شدن توسط زیر دریایی ها.

کلاس چهار – زمزار های بسیار بزرگ: حداکثر وزن ۱۰ تن، پرتاب شدن از زیر دریایی ها و یا کشتی ها.

طراحی بدنه زمزار AUVها:

در ۵۰ سال گذشته صدها ای یو وی AUV طراحی شده است، اما فقط تعداد محدودی از کمپانی ها موفق به فروش زمزار تولید خود به تعداد محدود گشته اند. حدود هشت شرکت اصلی وجود دارند که زمزارهای تولید خود را در بازارهای بین المللی به فروش می رسانند:

شرکت کونگسبرگ ماریتام Kongsberg Maritime
شرکت هیدروید Hydroid
شرکت رباتیک بلو فین Bluefin Robotics
شرکت تلداین جاویا (هفمیند سابق) Teledyne Gavia
شرکت مهندسی بین المللی زیر دریایی International Submarine Engineering (ISE)
شرکت اطلس الکترونیک Atlas Elektronik
شرکت اوشن اسکن OceanScan
شرکت اِکا Eca Group

زمزارهای تولید در سایزهای کوچک قابل حمل توسط انسان تا مدل های بزرگ با قطر های بیشتر و طول بیش از ده متر را شامل می شوند. زمزارهای بزرگ از نظر استقامت، ظرفیت بار، انواع سنسور قابل جایگذاری و قدرت مزایایی دارند در حالی که زمزارهای کوچک به تدارکات و لاجستیک (شناور مورد نیاز و سیستم های پرتاب و بازیابی) کمتری نیاز دارند.

برخی از شرکت های تولید کنند مانند بلو فین از حمایت های دولتی بهرمند شده اند. بازار اصلی زمزارها به سه حوزه تقسیم می گردد: علمی (دانشگاه ها و آژانس های تحقیقاتی)، صنعتی تجاری (صنایع نفت و گاز) و کاربردهای نظامی. تمام زمزارهای از یک طرح مشابه استفاده می کنند (حالت کروز مثل اژدر Torpedo). زمزارها دادها را در حالی که مسیر از پیش برنامه ریزی شده را با سرعت ۱ الی ۴ گره دریایی دنبال می کنند، جمع آوری می کنند.

زمزارهای تجاری در دسترس شامل طرح های مختلفی، مانند AUV کوچک REMUS 100 است که ابتدا توسط موسسه اقیانوس شناسی Woods Hole در ایالات متحده ساخته شد و هم اکنون توسط شرکت Hydroid بصورت تجاری تولید می شود. مدل های زمزارهای بزرگتر HUGIN 1000 و HUGIN 3000 که توسط کونسبرگ ماریتایم (موسسه تحقیقات دریایی و دفاعی نروژ) تولید شده اند.

شرکت بلو فین، زمزارهای Bluefin 12 با قطر ۳۰ سانتی متر و Bluefin21 با قطر ۵۳ سانتی متر را طراحی نموده است.

شرکت مهندسی بین المللی زیردریایی ISE، در طراحی اکثر ای یو وی AUV های خود از مدل های اژدر استفاده می کند، زیرا این طرح ها به عنوان بهترین سازه از نظر بالانس بین اندازه، حجم قابل استفاده، بازده هیدرودینامیکی و سهولت در اداره بارها تست شده اند. با استفاده از یک طراحی ماژولار، این امکان برای اپراتور فراهم می آید که بتواند اجزای سازنده را راحتی تغییر دهد.

بازار در حال پیشرفت است و طرح ها اکنون به جای اینکه صرفاً توسعه ای باشند، الزامات تجاری را دنبال می کنند. طرح های آینده شامل AUV های دارای قابلیت شناوری در سطح برای بازرسی است و قابلیت شارژ شدن توسط نور (در درجه اول برای برنامه های صنایع انرژی فراساحلی) و نیز طرح های پیشرفته ترکیبی AUV / ROV است که بسته به درخواست اپراتور بین نقش ها به عنوان بخشی از مشخصات ماموریت خود قابلیت تغییر خواهند داشت. باز هم، بازار با الزامات مالی و هدف صرفه جویی در هزینه و زمان گران عملیات دریایی هدایت می شود.

امروزه ، در حالی که اکثر ای یو وی AUV ها قادر به مأموریت های بدون نظارت هستند، اکثر اپراتورها به منظور حفظ نظارت دقیق بر روی سرمایه گذاری خود، در محدوده سیستم های تله متری صوتی قرار دارند. اما این همیشه ممکن نیست. به عنوان مثال، کانادا اخیراً برای پشتیبانی از ادعای خود طبق ماده ۷۶ کنوانسیون حقوق دریای ملل متحد، دو عدد زمزار AUV (ISE Explorer) را برای بررسی کف دریا در زیر یخ قطب شمال تحویل داده است. همچنین، انواع کم مصرف و پرقدرت و دوربرد مانند گلایدرهای زیر آب قادر به کار بدون مراقبت برای هفته ها یا ماه ها در مناطق حاشیه ای و باز اقیانوس ها هستند و بصورت دوره ای قبل از اینکه به مرکز برگردند، داده های بدست آمده را از طریق ماهواره به ساحل منتقل می کنند.

از سال ۲۰۰۸ میلادی، کلاس جدیدی از زمزار AUVها در دست تولید است که طرح های موجود در طبیعت را تقلید می کند. گرچه بیشتر این طرح ها در حال حاضر در مراحل آزمایشی خود قرار دارند، این وسایل نقلیه زیست سنجی Biomimetic (یا بیونیک Bionic) با کپی کردن از طرح های موفق در طبیعت قادر به دستیابی به درجات بالاتر راندمان در پیشرانه و قدرت مانور هستند.

دو مدل معروف زمزار از این دست عبارتند از Festo’s AquaJelly (AUV) و EvoLogics BOSS Manta Ray.

سنسورهای زمزار AUVها:

زمزارها برای حرکت به صورت مستقل و نقشه برداری از ویژگیهای اقیانوس، سنسورها (حسگرها) یی را حمل می کنند. سنسورهای معمولن شامل قطب نما، سنسور عمق، سونار و ساید اسکن سونار، مغناطیس سنج ها، ترمیستورها و پروب های رسانایی هستند. برخی از AUV ها به سنسورهای بیولوژیکی شامل فلورومتر (همچنین به عنوان سنسورهای کلروفیل معروف هستند)، سنسورهای سنجش کدورت و سنسورها برای اندازه گیری PH و مقدار اکسیژن محلول مجهز شده اند.

در سپتامبر ۲۰۰۶ آزمایشی در Monterey Bay ، کالیفرنیا، نشان داد که AUV با قطر ۲۱ اینچ (۵۳۰ میلی متر) می تواند ضمن حفظ سرعت حرکتی شش گره دریایی (۱۱ کیلومتر در ساعت)، یک آرایه هیدروفونی به طول ۴۰۰ فوت (۱۲۰ متر) را بکشاند.

جهت یابی / ناوبری زمزار AUVها:

امواج رادیویی خیلی زیاد نمی توانند در آب نفوذ کنند، بنابراین به محض فرو رفتن زیر آب، زمزار AUV سیگنال GPS خود را از دست می دهد. بنابراین، یک روش استاندارد برای AUV ها برای حرکت در زیر آب از طریق محاسبات آفلاین Dead Reckoning است. با این وجود با استفاده از سیستم موقعیت یابی صوتی زیر آب Underwater Acoustic Positioning System می توان ناوبری را بهبود بخشید. هنگام کار در کف دریا و جهت یابی با استفاده از شبکه ای آکوستیک مستقر در مبادی پایه، این جهت یابی به عنوان ناوبری LBL Navigation شناخته می شود. هنگامی که یک مرجع سطحی مانند یک کشتی پشتیبانی در دسترس باشد، موقعیت یابی اولیه بسیار کوتاه (USBL – Ultra Short Baseline) یا موقعیت پایه کوتاه (SBL – Short-Baseline) برای محاسبه مکان دقیق زمزار نسبت به موقعیت شناخته شده (GPS) با استفاده از محدوده آکوستیک و اندازه گیری های جهت ها استفاده می شود. زمزارها می تواند برای بهبود تخمین موقعیت خود و کاهش خطاها درمحاسبات آفلاین (که با گذشت زمان خطای آنها رشد می کند) می تواند با آمدن به سطح آب، خطاهای GPS خود را نیز مرتفع کند.

دربین ایستگاه های موقعیت و برای مانور دقیق، یک سیستم ناوبری بی حرکت Inertial Navigation System درون AUV تعبیه شده است تا بتواندمحاسبات آفلاین را برای موقعیت AUV ، شتاب و سرعت انجام دهد. تخمین را می توان با استفاده از داده های یک واحد اندازه گیری اینرسی انجام داد و می توان با اضافه کردن یکDoppler Velocity Log (DVL) ، که میزان مسافرت از طریق دریا / کف دریاچه را اندازه گیری می کند، خطای محاسباتی را بهبود می دهد. به طور معمول، یک سنسور فشار موقعیت عمودی (عمق وسیله نقلیه) را اندازه گیری می کند، اگرچه از اندازه گیری های DVL نیز می توان عمق و ارتفاع را بدست آورد. این مشاهدات برای تعیین راه حل ناوبری نهایی فیلتر می شوند.

پیشرانه زمزارAUVها:

چند تکنیک برای ساخت پیشرانه برای زمزارها AUVs وجود دارد. برخی از آنها از موتور الکتریکی برقی، گیربکس، مهر و موم لب Lip Seal و پروانه ای استفاده می کنند که ممکن است توسط سوراخ هایی Nozzle احاطه شده باشد. تمام این قسمت های تعبیه شده در ساخت AUV در حکم یونیت پیشرانه زمزار هستند. برخی از ای یو وی ها برای حفظ حالت مدولار Modular از یک واحد رانشگر استفاده می کنند. بسته به نیاز، ممکن است پیشرانه مجهز به نازل برای محافظت در برابر برخورد پروانه و یا کاهش صدای نویز باشد، یا ممکن است مجهز به یک پیشرانه حرکتی مستقیم Direct Drive Thruster باشد تا راندمان در بالاترین سطح و نویزها در کمترین حد حفظ شود. در زمزار های پیشرفته، سیستم پیشرانه از سیستم آب بندی شفت زاپاس برای تضمین مهر و موم مناسب رُبات بهره می برند، تا حتی در صورت خراب شدن یکی از اُ رینگ ها در حین مأموریت، آب بند بودن زمزار حین ماموریت تضمین شود.

گلایدرهای زیر آبی Underwater Gliders مستقیماً خود را به حرکت در نمی آورند. آنها با تغییر دقیق حالت شناوری خود، مرتباً غرق می شوند و صعود می کنند، ایرفویل “بالها” این حرکت رو به بالا و پایین را به حرکت رو به جلو تبدیل می کنند. تغییر شناوری به طور معمول از طریق استفاده از پمپ ای انجام می شود که می تواند آب را وارد یا خارج کند. با تغییر مرکز ثقل گلایدر، می توان دماغه را کنترل کرد. برای گلایدرهای Slocum این کار از طریق داخلی با حرکت باتری هایی که روی یک پیچ نصب شده اند انجام می شود. به دلیل سرعت و مصرف کم الکترونیکی، انرژی مورد نیاز برای به حر کت در آنها به مراتب کمتر از AUV های معمولی است و گلایدرها می توانند استقامت کاری تا ماه ها و دامنه های اقیانوس پیمایی Transoceanic داشته باشند.

قدرت زمزارAUVها:
امروزه بیشتر AUV هایی که در حال استفاده هستند از باتری های قابل شارژ (یون لیتیوم، لیتیوم پلیمر، هیدرید فلز نیکل و غیره) استفاده می کنند و با نوعی سیستم مدیریت باتری پیاده سازی می شوند. بعضی از وسایل نقلیه از باتری های اولیه استفاده می کنند که شاید دو برابر استقامت را با هزینه اضافی قابل توجهی در هر مأموریت فراهم کنند. تعدادی از وسایل نقلیه بزرگتر از سلولهای نیمه سوختی مبتنی بر آلومینیوم تغذیه می شوند، اما این مدل باتری ها به نگهداری قابل توجهی نیاز دارند، نیاز به پر کردن مجدد گران قیمت و تولید زباله دارند که باید با رعایت نکات ایمنی زیادی اداره شود. یک روند نوظهور ترکیب سیستم های مختلف باتری و قدرت با ابررساناها Supercapacitors است.

برای آشنایی بیشتر خواندن مقالات زیر را به شما پیشنهاد می کنیم:

Intervention AUV – Type of autonomous underwater vehicle capable of autonomous interventions.
Underwater glider – A type of autonomous underwater vehicle that uses small changes in its buoyancy to move up and down and uses wings to convert the vertical motion to horizontal, propelling itself forward with very low power consumption.
Biomimetics – Imitation of biological systems for the solving of human problems.
DeepC – Autonomous underwater vehicle powered by a fuel cell.
AUV-150 – An unmanned underwater vehicle in development in by Central Mechanical Engineering Research Institute.
REMUS (AUV) – Autonomous underwater vehicle series.
MAYA AUV – Autonomous underwater vehicle from National Institute of Oceanography, India.
Torpedo – Self-propelled underwater weapon.
Theseus (AUV) – Large autonomous underwater vehicle for laying fibre optic cable.
Eelume – Autonomous underwater vehicle being developed by Eelume AS.