Глубоководная добыча представляет собой весьма серьезную проблему, поскольку персоналу опасно находиться на таких глубинах. Таким образом, все операции должны выполняться автоматизированным или полуавтоматизированным судном и роботизированным оборудованием, специально разработанным для выдерживания давления и способным выполнять свои задачи. Эти системы должны либо управляться дистанционно с помощью дистанционного управления, либо обладать определенной степенью автономии.
Отсутствие операторов на оборудовании или даже в непосредственной близости от места проведения работ, ограничивает их осведомленность о ситуации, поскольку они должны полагаться на вид с камеры, телеметрию в реальном времени, расчетные местоположения и предварительные карты рабочих мест.
Автономия требует восприятия в режиме реального времени, что позволяет подводным судам позиционировать себя с учетом местных особенностей и в глобальном смысле, позволяя им выполнять задачи по добыче полезных ископаемых.
Проблемы подводной добычи с использованием оборудования для дистанционной добычи включают следующее:
- Низкая ситуационная осведомленность операторов из-за ограниченного обзора камеры, неестественных условий освещения, недостаточного 3D восприятия и сенсорного восприятия.
- Потенциально плохая видимость под водой, особенно вблизи районов активной добычи.
- Необходимость наличия в реальном времени и широкой полосы пропускания каналов связи с поверхностью, передающей изображения и телеметрию.
- Наличие длинных тросов, соединяющихся с поверхностью.
- Отсутствие точных, подробных и актуальных карт морского дна на месте добычи.
- Стоимость подъема судна из-за поломки, ошибки оператора или технического обслуживания.
Аналогичные проблемы существуют и в случае телеуправляемых роботизированных систем в космосе: на орбите и в системах, развернутых на Луне или планетах. Опыт, накопленный в ходе космических полетов, имеет неоценимое значение для систем подводной добычи полезных ископаемых.
Связь между исследование космического пространства и подводной добычей полезных ископаемых
С аналогичными проблемами, с которыми сталкивается космическое сообщество при исследовании космоса и эксплуатации космических аппаратов и робототехники на орбите, сталкивается и подводная телеоперация сложного оборудования в частично известных условиях и с ограниченной ситуационной осведомленностью.
Ограниченный обзор камеры, суровые условия освещения, ограниченная пропускная способность и задержка связи, а также значительная стоимость ошибок оператора требуют наличия высококвалифицированных и обученных телеоператоров.
Действительно, в космическом пространстве некоторые операции вообще не могут выполняться с использованием телеопераций из-за задержек связи, наличия окон и низкой пропускной способности. Для космических систем поиск решений осуществляется путем расширения автономии дистанционных систем таким образом, чтобы они могли выполнять часть своих задач автономно, используя бортовые датчики и разведку, контролировать определенную степень свободы и безопасно работать без участия оператора.
Отдельные технологии в настоящее время адаптируются для подземной добычи с целью снижения нагрузки телеопераций и повышения производительности и безопасности подземной транспортировки руды.
Создание виртуальных моделей подземных шахт и интеграция с программным обеспечением управления горным производством позволяет вести мониторинг продвижения горных работ без необходимости посещения действующих шахт высококвалифицированным персоналом.
Разработка таких горнодобывающих инструментов требует технических решений в рамках целого ряда технологий, включая автономную навигацию, моделирование и мониторинг, а также сенсорное управление.
Автономная навигация
Автономная навигация с сенсорным управлением - это передовая технология, которая успешно применяется в космическом пространстве.
Разработанные MDA (Model Driven Architecture) сенсорные автомобильные навигационные системы позволяют совместно управлять автомобилями, перевозящими руду в метро, и заполнением грузовых автомобилей и самосвалов. Оператор на поверхности управляет транспортным средством только во время погрузки и полностью автономно работает во время походов и сброса в рудные перевалы.
Системы наведения не требуют никакой инфраструктуры для установки в шахте и использования на борту LIDAR (технология обработки информации об отдаленных объектах) и датчиков для локализации транспортного средства и прохождения маршрутов, усвоенных транспортными средствами в процессе обучения.
Автономная подводная добыча
Учитывая способность чувствовать и рассуждать на основе этих сложных представлений датчиков, можно построить автономные системы для поддержки автономной добычи полезных ископаемых на глубине.
Хотя эти технологии разработаны для использования в космическом пространстве, их можно использовать для ведения глубоководной добычи, но с учетом их модификации.
Техническое и экономические сложности
Космические системы, такие как сеть спутников Глобальной системы позиционирования (GPS), Международной космической станции (МКС) или полеты на Марс, обязательно являются сложной системой.
Эта сложность обусловлена множеством факторов: количеством подсистем и компонентов, их взаимодействием и зависимостями, и требует чрезвычайно высокой надежности. Испытания готовых систем на местах зачастую невозможны, а возможности для проведения ремонтных работ после запуска очень ограничены.
Космические программы, как правило, длятся 7-15 лет и предусматривают участие крупных междисциплинарных групп, работающих в различных географических точках. На начальном этапе осуществления проекта многие из требуемых технологий могут вообще отсутствовать и существовать только в виде лабораторных прототипов.
Эксплуатация подводных судов и оборудования на расстоянии от поверхности Земли до глубины нескольких тысяч метров может быть не менее сложной задачей, чем работа на околоземной орбите или на поверхности Марса. Для подводной добычи полезных ископаемых может применяться целый ряд роботизированных и сенсорных технологий, недавно разработанных для применения в космосе и других сложных наземных условиях.
В частности, разработанные технологии могут быть применимы для решения таких задач, как картирование и мониторинг подводных месторождений, повышение ситуационной осведомленности телеоператоров и сокращение их рабочей нагрузки за счет предоставления им общей автономии и обеспечения точности добычи при минимальном воздействии на окружающую среду.