DE202012010589U1

DE202012010589U1 - System for the mobile extraction of raw materials in the deep and deep sea using a drone diving body with a carrier system and operational control system for entrained controllable drone diving bodies

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Publication number: DE202012010589U1
Application number: DE201220010589
Authority: DE
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Priority date: 2012-11-03
Filing date: 2012-11-03
Publication date: 2013-02-08
Anticipated expiration: 2022-11-04

Abstract

System zur mobilen Förderung von Rohstoffen in der Tief- und Tiefstsee unter Verwendung von einem Drohnentauchkörper mit einem Trägersystem und Einsatzsteuerungssystem für mitgeführte steuerbare Drohnentauchkörper dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit seinem Trägersystem, bzw. Kopplungssystem Drohnentauchkörper und/oder unbemannte Taucharbeitskörper und/oder Transportshuttles sowie weitere Tauchgeräte in einem Zielgebiet abgeben und wieder aufnehmen kann und dieser mit seinem Einsatz- bzw. Tauchsteuerungssystem mindestens einen zusätzlichen und/oder mitgeführten steuerbaren Drohnentauchkörper und/oder mindestens einen zusätzlichen und/oder mitgeführten unbemannten steuerbaren Taucharbeitskörper und/oder einen zusätzlichen und/oder mitgeführten Transportshuttle sowie weitere Tauchgeräte steuern kann.System for the mobile extraction of raw materials in the deep and deep sea using a drone diving body with a carrier system and deployment control system for entrained controllable drone diving body, characterized in that this with its carrier system or coupling system drone diving body and / or unmanned diving work and / or Transporthuttles and others Submit and resume diving equipment in a target area and this with its use or dive control system at least one additional and / or entrained controllable drone diving body and / or at least one additional and / or entrained unmanned controllable diving work body and / or an additional and / or entrained transport shuttle and other diving equipment can control.

Description

Die Suche und der Abbau von Rohstoffen in Tiefwasserregionen sind in den letzten Jahren enorm gestiegen. Dabei werden immer tiefer gelegene Regionen zunehmend interessant. Dies trifft insbesondere für den wieder aktuell gewordenen Manganknollenabbau, aber auch für andere feste oder flüssige Rohstoffe zu. Hierbei stehen besondere ökologische und ökonomische Interdependenzen zur Debatte. Das hier beschriebene Verfahren und dessen Systemauslegung versucht beidem gerecht zu werden.The search and mining of raw materials in deep water regions has increased enormously in recent years. Lower and lower regions are becoming increasingly interesting. This is especially true for the renewed manganese nodule degradation, but also for other solid or liquid raw materials. Here, special ecological and economic interdependencies are up for debate. The method described here and its system design tries to do both.

Beschreibung der Systemeinheiten:Description of the system units:

1) Der Hauptdrohnentauchkörper (HDTK):1) The main dive diving body (HDTK):

Der HDTK ist durch seinen Aufbau geeignet, sehr tief zu tauchen. Dieser ist mit einem Trägersystem ausgerüstet, das es ihm erlaubt, z. B. weitere Zieldrohnentauchkörper (ZDTK) mitzuführen. Diese können im Aufbau und Verwendungszweck im Hinblick zur Trägerdrohne variieren. Ein HDTK kann aber auch hinsichtlich des Verwendungszweckes variabel ausgestaltet sein. In der Trägerdrohne befindet sich eine Steuerungseinheit, die sowohl sie sowie die mitgeführten ZDTK steuern können. Der HDTK ist in der Lage, die mitgeführten ZDTK in einem Zielgebiet ab- und wieder aufzunehmen. Des Weiteren ist dieser befähigt, die mitgeführten ZDTK in einem Zielgebiet mit Energie zu versorgen sowie diese wieder in Betriebsbereitschaft zu versetzen. Der HDTK kann in einem Zielgebiet entweder gespeicherte oder hier gewonnene oder erhaltene Energie für die mitgeführten ZDTK oder für sich zur Verfügung stellen. Der HDTK kann zusätzlich mit Transportbehältersystemen ausgestattet sein, welche nach Beladung auf- und wieder abtauchen können. Diese sind zudem schwimmfähig und eventuell mit einem Antrieb ausgestattet.The HDTK is suitable by its structure, very deep to dive. This is equipped with a carrier system that allows him, for. For example, to carry additional target rounder diving bodies (ZDTK). These may vary in construction and intended use with respect to the carrier drone. However, an HDTK can also be made variable with regard to the intended use. In the carrier drone is a control unit that can control both they and the entrained ZDTK. The HDTK is able to take off and take back the entrusted ZDTK in a target area. Furthermore, he is able to supply the entrusted ZDTK with energy in a target area and to put it back into operational readiness. The HDTK may provide either stored or recovered or received energy for the entrant ZDTK or for itself in a target area. The HDTK can additionally be equipped with transport container systems, which can pop up and down after loading. These are also buoyant and possibly equipped with a drive.

2) Der Zieldrohnentauchkörper (ZDTK):2) The target diamond diving body (ZDTK):

Der ZDTK kann durch die verschiedenen Ausführungsvarianten in seinem Zielgebiet die unterschiedlichsten Aufgaben wahrnehmen. Dies gilt für die Erkundung und Erforschung sowohl für die Erschließung (Aufnahme oder Bereitstellung) von Rohstoffen und deren Transport oder deren Verwertung. Der ZDTK ist mit einem Steuerungssystem ausgestattet, welches unter Hauptführung des HDTK steht. Der ZDTK besitzt ein Energieaufnahmesystem, welches in erster Linie durch den HDTK gespeist werden kann. Zur Energieversorgung kann der ZDTK direkt oder indirekt von dem HDTK gespeist werden. Der ZDTK ist durch seinen Aufbau in der Lage, Rohstoffe aufzunehmen oder freizulegen und einem Transportsystem zuzuführen.The ZDTK can perform a wide variety of tasks due to the various design variants in its target area. This applies to the exploration and exploration both for the development (uptake or supply) of raw materials and their transport or their utilization. The ZDTK is equipped with a control system, which is under the leadership of the HDTK. The ZDTK has an energy intake system, which can be fed primarily by the HDTK. For energy supply, the ZDTK can be fed directly or indirectly by the HDTK. Thanks to its structure, the ZDTK is able to pick up or expose raw materials and feed them to a transport system.

3) Das Transportshuttle (TPS):3) The Transport Shuttle (TPS):

Das TPS stellt als Transportbehältersystem die Verbindung zwischen der Wasseroberfläche und dem Abbau- oder Fördergebiet dar. Das TPS kann, je nach Aufbau, sowohl feste wie auch flüssige Rohstoffe unter Wasser aufnehmen. Das TPS kann, je nach Systemauslegung, mit einem Steuerungssystem ausgestattet sein, welches es ihm erlaubt, selbständig nach seiner Beladung aufzutauchen oder abzutauchen oder ein Ziel auf der Wasseroberfläche oder Unterwasser aufzusuchen. Das TPS kann, je nach Systemauslegung, ab- oder unabhängig vom HDTK agieren: Das kann im Hinblick auf die Steuerung oder die Energieversorgung oder die Beladung/Bereitstellung von Auftriebsmitteln von Bedeutung sein.The TPS, as a transport container system, represents the connection between the water surface and the mining or production area. Depending on its structure, the TPS can absorb both solid and liquid raw materials under water. The TPS may, depending on the system design, be equipped with a control system that allows it to emerge or dive on its own after loading, or to seek out a target on the surface of the water or underwater. Depending on the system design, the TPS may operate independently of the HDTK: this may be important in terms of control or energy supply or the loading / provision of buoyancy aids.

Beschreibung eines exemplarischen Verfahrens zum Manganknollenabbau in der Tiefstsee:Description of an exemplary method for manganese nodule degradation in the Tiefstsee:

Die besonderen Bedingtheiten eines komplexen und hochsensiblen Ökoraumes wie es die Tiefsee darstellt, stellen eine Herausforderung an einer modernen Erschließung: Zum einen dürfen die Klein- und Kleinstlebewesen in ihrem Bodenökoraum nicht gestört werden. Für den Rohstoffabbau bedeutet das, dass der Tiefseeboden nicht komprimiert werden sollte. Im Weiteren müssen so wenig Bodenpartikel wie möglich aufgewirbelt werden. Aufgewirbelte Bodenpartikel senken sich unter den vorherrschenden Druckverhältnissen nur sehr langsam wieder ab. Im schlimmsten Fall vielleicht sogar gar nicht. Der Verlust der Bodensicht ist auch bei der Erschließung der Tiefsee zusätzlich hinderlich, da in dieser Tiefe kein natürliches Licht vorkommt. Zurückgelassenes Erschließungsgerät stellt eine zusätzliche Belastung für den Ökoraum in der Tiefsee dar.The particular conditions of a complex and highly sensitive eco-space, such as the deep sea, pose a challenge to modern development: on the one hand, the microorganisms in their floor space must not be disturbed. For the mining of raw materials this means that the deep-sea soil should not be compressed. Furthermore, as few soil particles as possible must be whirled up. Raised soil particles sink only very slowly under the prevailing pressure conditions. In the worst case maybe not at all. The loss of the bottom view is also an obstacle in the development of the deep sea, as there is no natural light at this depth. The leftover development device represents an additional burden on the eco-space in the deep sea.

Bei einer geplanten Erschließung sind aber auch ökonomische Bedingungen zu beachten, da die Transport- und Verbindungswege ganz neue Dimensionen haben. Bei Tiefenverhältnissen von mehreren Tausend Meter stellt die Energieversorgung der unter Wasser eingebrachten Gerätschaften zudem eine wesentliche Rolle. Herkömmliche stationär eingebrachte Abbaugerätschaften müssten zurückgelassen werden, wenn ein neues Abbaugebiet oder ein neuer Abschnitt erschlossen werden soll.In the case of planned development, however, economic conditions must also be taken into account, since the transport and connection routes have completely new dimensions. At depth ratios of several thousand meters, the power supply of the submerged equipment also plays an essential role. Conventional stationary mining equipment would have to be left behind if a new mining area or section is to be developed.

Die oben dargestellten Ausgangsparameter bestimmen, wie ein Erschließungssystem für den Rohstoffabbau in der Tiefsee ausgestaltet sein muss, um den Bedingtheiten Rechnung zu tragen. Zum Einsatz gelangt daher ein System, welches in der Lage ist, ohne Bodenberührung Rohstoffe aufzunehmen. Das System wirbelt dabei nur minimalistisch Staub auf. Zudem stellt das System seine Hauptenergieversorgung selbst her. Im Weiteren kann das System bedingt stationär agieren und ist auch durch seinen modularen Aufbau in der Lage sich untereinander und mit weiteren Komponenten zu vernetzen und anschließend „weiterzuwandern”. Es entfällt zudem die langwierige Auf- und Abtauchphase eines Hauptsystems. Ein Kabel zur Energieversorgung der Systeme kann entfallen. Ein Transportshuttlesystem kann den Transport der Rohstoffe an die Wasseroberfläche sicherstellen: Der HDTK kann daher „unten” bleiben.The initial parameters presented above determine how a development system for deep-sea mining needs to be designed to accommodate the conditionality. Therefore, a system is used which is able to absorb raw materials without touching the ground. The system whirls up dust only minimally. In addition, the system produces its main energy supply itself. In addition, the system can operate conditionally stationary and is also due to its modular structure in a position to network with each other and with other components and then "move on". It also eliminates the tedious up and dipping phase of a main system. A cable to power the systems can be omitted. A transport shuttle system can ensure the transport of raw materials to the water surface: the HDTK can therefore remain "down".

Beschreibung eines exemplarischen Systems zum Manganknollenabbau in der Tiefstsee:Description of an exemplary system for manganese nodule degradation in the Tiefstsee:

Ein hier zum Einsatz gebrachter spezialisierter Hauptdrohnentauchkörper (HDTK) ist in der Lage, mehrere Tauchgeräte mitzuführen und diese und sich selbst nach festgelegten Parametern (Computerprogramm) zu koordinieren und zu steuern. Der HDTK stellt zudem unter Wasser entweder selber Energie her oder nutzt Unterwasserquellen zur Energieherstellung. Der HDTK kann somit Energie für die in die Tiefssee eingebrachten Tauchgeräte bereitstellen. Der Austausch von Energie zwischen HDTK und den Tauchgeräten kann herkömmlich ausgestaltet sein, aber es besteht auch die Möglichkeit, durch die Bereitstellung von Licht Energie in den mit Solarzellen bestückten Tauchgeräten zu erzeugen. Der HDTK kann durch seinen modularen Aufbau mit anderen spezialisierten HDTK oder weiteren spezialisierten Tauchgeräten ein temporäres stationäres Gebilde entstehen lassen: Dieses Ganze kann sich wieder trennen und weiterziehen.A specialized main diving body (HDTK) used here is able to carry several diving devices and to coordinate and control these and themselves according to specified parameters (computer program). In addition, the HDTK either produces energy itself under water or uses underwater sources for energy production. The HDTK can thus provide energy for the introduced into the deep sea diving equipment. The exchange of energy between HDTK and the diving equipment can be designed conventionally, but it is also possible to generate energy by providing light in the solar cells equipped with diving equipment. The HDTK can create a temporary stationary structure with its modular construction with other specialized HDTK or other specialized diving equipment: this whole can separate again and move on.

Ein hier zum Einsatz gebrachtes spezialisiertes Tauchgerät kann ein Zieldrohnentauchkörper (ZDTK) sein, welcher freigesetzt in der Lage ist, Rohstoffe auf- bzw. einzusammeln. Das Einsammeln geschieht entweder physikalisch (z. B. mit Greifern, Magneten, etc.) und/oder chemisch (z. B. Einbringen eines Materialaufnahmestoffes, natürliche Klebstoffe, etc.). Die aufgesammelten Manganknollen werden in Behältnisse eingebracht, welche sich am ZDTK befinden können und nach Befüllung einem Transportshuttle zugeführt. Externe weitgehend eigenständig agierende Transporttauchgerätesysteme, die zwischen dem ZDTK und einem Transportshuttle pendeln, könnten aber zusätzlich genutzt werden. Der ZDTK wird dabei in seiner Arbeitssteuerung nach festgelegten Parameter (Computerprogramm) von der Hauptsteuerung des HDTK mit unterstützt, da dieser z. B. durch eine höhere Position im Raum einen besseren Überblick über das Rohstoffvorkommen oder die Geländebeschaffenheiten, etc. im Zielabbaugebiet haben kann.A specialized scuba unit deployed here may be a target scuba diving body (ZDTK) that is capable of collecting or collecting resources. The collection takes place either physically (eg with grippers, magnets, etc.) and / or chemically (eg introduction of a material-receiving material, natural adhesives, etc.). The collected manganese nodules are placed in containers, which can be located at the ZDTK and fed to a transport shuttle after filling. External largely independent transport diving equipment systems, which commute between the ZDTK and a transport shuttle, could be used additionally. The ZDTK is supported in its work control according to specified parameters (computer program) of the main controller of the HDTK, as this z. B. by a higher position in the room may have a better overview of the raw material occurrence or terrain conditions, etc. in the target mining area.

Ein hier zum Einsatz gebrachtes spezialisiertes Tauchgerät kann ein Transportshuttle sein, welcher die Rohstoffe aufnehmen kann. Durch seinen Aufbau ist dieser in der Lage, die Rohstoffe an die Meeresoberfläche zu transportieren. Dieser ist zusätzlich befähigt, eigenständig ein Ziel über- sowie unter Wasser anzusteuern. Der Transportshuttle wird dabei in seiner Arbeitssteuerung nach festgelegten Parametern (Computerprogramm) von der Hauptsteuerung des HDTK mit unterstützt, da dieser die Hauptkoordination zwischen allen beteiligten Einzelkomponenten zum Manganknollenabbau in der Tiefstsee vornimmt.A specialized diving device used here can be a transport shuttle, which can receive the raw materials. Its structure enables it to transport the raw materials to the sea surface. This is additionally capable of autonomously controlling a destination both above and below water. The transport shuttle is supported in its work control according to specified parameters (computer program) of the main controller of the HDTK, as this performs the main coordination between all individual components involved in manganese tilling in the deep-sea.

Zusammenfassung:Summary:

Durch den Aufbau und seiner Ausgestaltung sowie der gegenseitigen Abstimmung der Einzelkomponenten zum Erschließen von Abbaugebieten unter Wasser ist das zur Erfindung eingereichte System in der Lage, den Gegebenheiten in der Tiefsee Rechnung zu tragen. Das gilt sowohl für die dargestellten ökonomischen und sowohl für die speziellen besonderen ökologischen Bedingtheiten. Erinnert die Systemgestaltung an den Kreislauf der Arbeitsaufteilung an die eines Bienenvolkes, so wird mit einem natürlich sinnvollen Vorgehen den anderen natürlichen Faktoren Rechnung getragen.Due to the structure and its design and the mutual coordination of the individual components for the development of mining areas under water, the submitted to the invention system is able to take into account the conditions in the deep sea. This applies both to the economic and to the specific environmental conditions. Reminds the system design to the cycle of work distribution to that of a bee people, so with a naturally meaningful approach the other natural factors are taken into account.

Claims

System for the mobile extraction of raw materials in the deep and deep sea using a drone diving body with a carrier system and deployment control system for entrained controllable drone diving body, characterized in that this with its carrier system or coupling system drone diving body and / or unmanned diving work and / or Transporthuttles and others Submit and resume diving equipment in a target area and this with its deployment or dive control system at least one additional and / or entrained controllable drone diving body and / or at least one additional and / or entrained unmanned controllable diving work body and / or an additional and / or entrained transport shuttle and other diving equipment can control.

A drone diving body according to any one of the preceding claims, wherein the mission control system is equipped with at least one computer and microprocessors.

A drone diving body according to any one of the preceding claims, wherein the control system can operate on the basis of neuronal networking.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the entrained and / or additional diving device (drone, Transport shuttle, diving work body, etc.) can be manually and / or automatically controlled.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that the deployment or dipping control system can control at least one carried and / or additional diving device by radio signals and / or optical signals and / or photovoltaic signals and / or radar signals.

A drone diving body according to one of the preceding claims, in that it controls and / or controls and / or monitors and / or locates and / or detects at least one additional and / or accompanying diving device.

A drone diving body according to any one of the preceding claims, which receives and / or transmits / delivers and / or stores and / or processes and / or processes data.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that at least one entrained controllable and / or additional diving device receives data and / or sends / dispenses and / or stores and / or processed and / or processed.

A drone diving body according to any one of the preceding claims, which can encrypt and / or decrypt received and / or transmitted signals.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that at least one entrained and / or additional diving device can encrypt and / or decrypt received and / or transmitted signals.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that a synchronization system (eg via a timer) the encryption mode of signals, eg. B. between the carrier drone and the entrained drone and / or other diving equipment, regulate and / or change and / or can monitor.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this with a radar and / or heat source and / or terrain following and / or magnetic field recognition and / or satellite navigation and / or Kartenfolge- and / or Trägheitsnavigations- and / or infrared and / or motion detection and / or signal differentiation and / or spatial position and / or constellation and / or odor and / or surface field recognition system and / or sonar and / or sonar and / or a camera and / or a night vision device and / or gasometer and / or a residual light amplification system and / or an ultrasound device, etc.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that at least one entrained and / or additional controllable diving device (submersible drone body, transport shuttle, etc.) with a radar and / or heat source and / or terrain and / or Magnetfeldkennungs- and / or Sattelitennavagations- and / or card sequence and / or inertial navigation and / or constellation recognition and / or infrared and / or motion detection and / or signal differentiation and / or spatial position and / or odor and / or surface area recognition system and / or echosounder and / or or sonar and / or a camera and / or a night-vision device and / or a gasometer and / or a residual light amplification system and / or an ultrasound device, etc.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this at least one additional and / or entrained diving equipment refuel and / or loaded and / or electrically charge and / or start and / or maintain and / or record and / or can deliver.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device with piezo elements, in particular for position control and / or power generation, can be equipped.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device with different drive systems and / or drive devices and / or buoyancy aids and / or buoyancy aids and / or buoyancy devices can be equipped.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with solar cells and / or solar panels / solar screen.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device with a light source (eg., For energy supply) can be equipped.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can change its buoyancy aids and / or buoyancy surfaces.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can camouflage (eg for the protection of species).

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and a diving device to be equipped with a transport shuttle which can (automatically) ascend and descend and reach a goal independently.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with an electrical and / or magnetic and / or mechanical coupling device acting.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device with an (automatic) system controls the detection and / or recording and / or dispensing and / or refueling and / or the battery charging for at least one additional and / or entrained diving device and / / or perform a system check just this.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with an (automatic) docking system.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with a magnetic field energy generation system.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped and / or connected with a gas storage system which (eg from underwater sources) removes gases in order to be able to provide buoyancy means (eg for the transport containers, transport shuttles) ,

A drone diving body according to any one of the preceding claims, that this and the diving device can use the gases and / or heat and / or flow of an underwater source to use these for energy production (eg for own and / or foreign use).

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this as well as the diving device with an (automatic) recording and / or delivery system (eg., Of soil, liquids, etc.) can be equipped (eg gripping arms, magnetic surfaces, tank storage system, Etc.).

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with a drilling system.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving equipment can be equipped with (detachable) storage and / or transport containers and / or tank containers.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device with an (automatic) docking system z. B. for an underwater cable and / or a pipe and / or an underwater station, etc. may be equipped.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device with an (automatic) recording system (eg., For ground rock and / or liquids) can be equipped.

A drone diving body according to any one of the preceding claims, that an (automatic) system can control and monitor the loading and / or unloading process.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with an (automatic) energy intake system and / or energy delivery system.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with a rechargeable power storage source.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can have an (automatic) system, which controls the electrical energy flow of the power storage source for charging and discharging power, monitors and controls.

A drone submersible according to any one of the preceding claims, wherein said drone submersible may be equipped with a power generation system (eg, fuel cell, seawater flow generator, thermal source flow generator, thermal source turbine generator, etc.).

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device (automatically) occupy a position in space and / or can hold.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can physically carry its charges (buoyancy aids) to the sea surface.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this as well as the diving device can generate and / or use gases (eg production of hydrogen and / or oxygen, etc.) with the help of the on-board fuel cells or Recovery of ingested gases from an underwater source).

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with at least one high-performance pump and / or a pressure accumulator system.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with a rescue system.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with a localization transmitter and / or localization receiver and / or a black box.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving equipment (largely) can perform self-sufficient mission and command.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be equipped with a hazardous substance safety system, which binds in an emergency the entrained and / or additional (released) hazardous substance and / or change its flash point.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be used as a module.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can be used temporarily stationary.

A drone diving body according to one of the preceding claims, that this and the diving device can connect and network and re-disconnect.