KR101048528B1 - 해저 탐사장치 및 탐사방법 - Google Patents

해저 탐사장치 및 탐사방법 Download PDF

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한국지질자원연구원
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Abstract

본 발명은 무인잠수정을 사용하는 해저 탐사장치 및 탐사방법에 관한 것이다.
본 발명의 탐사장치, 견인용 케이블 통해 선박(2)과 연결되는 무인잠수정; 상기 무인잠수정에 설치된 음향측위시스템의 트랜스폰더; 상기 무인잠수정에 설치되어 있고 선박에 설치된 정밀수심측정시스템의 수신기에서 수신할 수 있는 신호를 출력하는 핑거; 상기 무인잠수정에 설치되어 무인잠수정이 위치된 해저의 각종 정보를 감지하거나 측정하는 측정수단; 상기 무인잠수정이 해저면에 착지될 경우 해저면의 퇴적물을 채취하는 퇴적물채취수단;을 포함하여 구성된다.
이로 인해 선박에 위치된 음향측위시스템의 수신장치를 통해 경도와 위도 상에서의 무인잠수정 위치에 해당하는 X, Y 좌표를 파악할 수 있고, 정밀수심측정시스템의 핑거를 통해 무인잠수정의 하강 깊이에 해당하는 Z좌표를 파악할 수 있어 무인잠수정의 위치를 비교적 정확하게 파악할 수 있고, 무인잠수정을 해저면에 착지시킬 경우 해저면의 퇴적물을 채취할 수 있다.
따라서 견인용 케이블을 통해 선박과 연결된 무인잠수정을 사용하면서도 가스하이드레이트의 존재 여부를 확인하기 위한 해저 탐사작업 등에 사용할 수 있는 특징이 있다.

Description

해저 탐사장치 및 탐사방법{THE APPARATUS AND METHOD FOR SEABED EXPLORATION}
본 발명은 가스하이드레이트와 같은 해저자원의 존재 유무 확인이나 해저 환경의 조사를 위한 해저 탐사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 잠수정을 사용하는 해저 탐사장치에 관한 것이다.
해저자원의 개발이나 해저 환경의 조사를 위해 다양한 형태의 해저 탐사장치가 안출되었는데 대부분 잠수정을 가지고 있는 형태이며, 깊은 수심에 투입되는 해저 탐사장치는 대부분 무인잠수정을 사용하고 있다.
유인잠수정은 무인잠수정에 비하여 상대적으로 막대한 제작 및 운영 비용이 발생되며, 인적 안전사고 발생의 위험이 있다.
이러한 이유 등으로 최근에는 많은 종류의 무인잠수정이 해저 탐사, 해저시설물의 설치 및 개발에 사용되고 있다.
무인잠수정은 선박(잠수정의 모선)과 연결된 케이블의 종류에 의해서 제작 및 운영비용의 차이가 크게 발생된다.
선박과 무인잠수정이 통신용 케이블에 의해 연결되는 경우 선박에서 무인잠수정과 통신이 가능하여 수중 작업이 편리한 장점이 있다.
그러나 선박과 수중의 무인잠수정을 연결하는 통신에 필요한 장치가 구비되어야 하는 특성상 비교적 많은 비용이 요구된다.
뿐만 아니라 선박에는 무인잠수정에 장착된 조사장비 등의 원격 제어를 위한 시설이 설치되어 있어야 하는데 그러한 원격제어 장비를 구비하기 때문에 작업 공간이 협소해져 불편한 문제점도 있었다.
통신용 케이블이 아닌 견인용 케이블을 통해 선박과 무인잠수정이 연결된 경우 선박과 무인잠수정 간의 통신은 불가능하지만 비용은 매우 적게 소요되어 경제적인 장점이 있다.
그러나 무인잠수정과 선박 간의 통신이 불가능하기 때문에 선박을 움직여 무인잠수정을 이동시킬 수 있을 뿐 선박에서 무인잠수정에 구비된 각종 기기를 제어할 수 있는 것이 아니기 때문에 탐사 작업 등에 상당한 불편함이 따를 뿐만 아니라 그 정확성을 확보하는데 어려움이 있었다.
또, 선박에서는 무인잠수정의 정확한 위치(위도와 경도상의 위치 및 하강 위치)를 파악할 수 없기 때문에 사용 가능한 분야가 제한적이라는 문제점이 있었다.(해저에 투입된 무인잠수정은 해류 등의 원인으로 인해 투입 위치에서 상당히 벗어나게 되어 투입 위치(경도와 위도상의 위치) 및 견인용 케이블의 공급 길이는 해저에 투입된 상태의 무인잠수정 위치(경도와 위도상의 위치) 및 하강 깊이와 큰 차이를 보이게 됨)
구체적인 예로 설명하면, 가스하이드레이트는 화석연료를 대체할 수 있는 21세기의 새로운 청정 에너지원으로서 영구 동토나 심해의 저온, 고압상태에서 물과 결합해 형성된 고체에너지원으로서, 외관이 드라이아이스와 비슷하며, 불을 붙이면 연소되는 성질을 가지고 있어 불타는 얼음이라고 불리기도 한다.(가스하이드레이트의 주요 성분은 메탄가스이다.)
해저에 상기와 같은 가스하이드레이트가 존재하는 경우 메탄가스가 방출되기 때문에 해저에 탐사장치를 투입하여 메탄가스의 농도를 측정하면 가스하이드레이트의 존재 여부를 확인할 수 있다.(메탄가스는 가스하이드레이트의 자연적인 해리와 인위적인 해리(개발 및 생산)에 의해서 해수로 방출될 수 있다. 또한 메탄가스는 해저화산활동이나 연안(항구)의 유기물 분해에 의해서 형성되기도 한다.)
그런데 상기와 같은 가스하이드레이트의 존재 여부를 확인하는 작업을 위해서는 해저에 투입된 무인잠수정과 같은 탐사장치의 정확한 위치(경도와 위도 상의 위치 및 하강 깊이)를 선박에서 비교적 정확하게 파악할 수 있어야 한다.
이것은 가스하이드레이트의 존재를 파악하기 위해서는 메탄가스의 농도를 측정하는 메탄가스측정기 등이 해저면에 근접(해저면에서 1m ∼ 2m 위쪽에 위치)되어 있어야 정확성을 확보할 수 있기 때문이다.
그런데 견인용 케이블을 통해 해저에 투입되는 무인잠수정은 선박에서 그 위치(위도와 경도상의 위치 및 하강 깊이)를 알 수 없기 때문에 견인용 케이블을 통해 가스하이드레이트의 존재 여부 등을 조사하는 것은 불가능하였던 것이다.
한편, 견인용 케이블을 통해 해저에 투입되는 무인잠수정은 해저퇴적물을 채취할 수 있는 수단을 구비하고 있지 않아 해저퇴적물을 채취할 수 없는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 견인용 케이블을 통해 선박과 연결되는 무인잠수정을 사용하면서도 선박에서 무인잠수정의 위치(경도와 위도 상의 위치 및 하강 깊이)를 비교적 정확하게 파악하여 가스하이드레이트의 존재 여부를 확인하기 위한 해저 탐사작업 등에 사용할 수 있고, 필요한 경우 해저퇴적물도 채취할 수 있는 해저 탐사장치를 제공하려는데 목적이 있다.
본 발명에서는 음향측위시스템의 트랜스폰더와 정밀수심측정시스템의 핑거를 무인잠수정에 설치하여 견인용 케이블을 통해 선박과 연결된 상태로 해저에 투입, 하강되는 무인잠수정의 위치를 해저에서 비교적 정확하게 파악할 수 있도록 함으로써 가스하이드레이트 등의 존재 여부를 확인하기 위한 해저 탐사작업 등에 사용할 수 있도록 한다.
또, 무인잠수정을 해저면에 착지시킬 경우 해저면의 퇴적물을 채취하는 퇴적물채취수단을 구비하여 해저퇴적물도 채취할 수 있도록 함으로써 보다 다양한 정보를 얻을 수 있도록 한다.
이러한 본 발명의 해저 탐사장치는, 견인용 케이블을 통해 선박과 연결되어 있는 무인잠수정을 갖는다.
또, 무인잠수정에 설치된 음향측위시스템의 트랜스폰더를 갖는다.
또, 무인잠수정에 설치되어 있고 선박에 설치된 정밀수심측정시스템의 수신기에서 수신할 수 있는 신호를 출력하는 핑거를 갖는다.
또, 무인잠수정에 설치되어 무인잠수정이 위치된 해저의 각종 정보를 감지하거나 측정하는 측정수단을 갖는다.
또, 무인잠수정이 해저면에 착지될 경우 해저면의 퇴적물을 채취하는 퇴적물채취수단을 갖는다.
본 발명의 해저 탐사장치는 견인용 케이블을 통해 선박과 연결되는 무인잠수정을 사용하는데 무인잠수정에는 음향측위시스템의 트랜스폰더와 정밀수심측정시스템의 핑거가 설치되어 있다.
이를 통해 선박에 위치된 음향측위시스템의 수신장치를 통해 경도와 위도 상에서의 무인잠수정 위치에 해당하는 X, Y 좌표를 파악할 수 있고, 정밀수심측정시스템의 핑거를 통해 무인잠수정의 하강 깊이에 해당하는 Z좌표를 파악할 수 있어 무인잠수정의 위치를 비교적 정확하게 파악할 수 있다.
또, 무인잠수정을 해저면에 착지시켜 해저면의 퇴적물을 채취할 수 있도록 되어있어 보다 다양한 정보를 얻을 수 있는 특징이 있다.
따라서 견인용 케이블을 통해 선박과 연결된 무인잠수정을 사용하면서도 가스하이드레이트의 존재 여부를 확인하기 위한 해저 탐사작업 등에 사용할 수 있고, 신뢰성 높은 데이터를 얻을 수 있는 특징이 있다.
상기 무인잠수정이 위치된 곳의 해수 시료를 채집하도록 무인잠수정에 채집기가 더 구비되어 있되 채집기는 무인잠수정을 해저에 투입 후 설정된 시간이 경과하거나 설정된 깊이에 이르면 채집용기의 입구를 열고 닫아 해수의 시료를 채집하도록 된 것일 경우 정확한 위치의 해수 시료를 채집할 수 있는 특징이 있다.
상기 무인잠수정에는 무인잠수정이 위치된 곳 주변의 영상을 촬영하는 사진기나 동영상을 촬영하여 녹화하는 비디오카메라가 더 설치되어 있는 경우 더욱 다양한 탐사가 가능할 뿐만 아니라 탐사의 정확성을 더욱 높일 수 있다.
상기 측정수단은 무인잠수정이 위치된 곳 주변의 메탄가스 농도를 감지하는 메탄가스측정기를 갖고, 해수의 온도를 측정하는 온도측정기를 가지며, 해수의 염도를 측정하는 염도측정기를 갖는 형태로 구현될 수 있는데 이러한 경우 가스하이드레이트의 탐사에 있어 매우 높은 정확성을 얻을 수 있는 특징이 있다.
상기 무인잠수정은 하단부의 좌, 우측에 미끄럼판이 설치된 썰매형으로 구현하고, 퇴적물채취수단은 미끄럼판이 무인잠수정의 상부로 이동된 경우에만 구동되도록 구현된 경우 해저퇴적물을 채취할 수 없는 지점에서 퇴적물채취수단이 작동하는 것을 방지할 수 있다.
또, 미끄럼판 중 무인잠수정을 선박에 안치시킬 때 선박과 접촉되는 부분에 충격흡수용 완충부재가 설치되어 있는 경우 선박을 움직여 무인잠수정을 이동시키는 것이 용이하고, 해저면과의 충돌에 의한 충격에 강하며, 선박에 탑재해 놓는 것이 용이한 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 해저 탐사장치의 사시도
도 2는 본 발명의 해저 탐사장치의 정면도
도 3은 본 발명의 해저 탐사장치의 사용 상태 개략도
도 4는 본 발명의 해저탐사장치가 해저퇴적물 채취장소에 착지되어 해저퇴적물을 채취하는 초기 상태의 개략도
도 5는 도 4의 과정 이후에 좌측회전버킷과 우측회전버킷이 마주하는 방향으로 상당량 회전된 상태의 개략도
도 6은 도 5의 과정 이후에 본 발명의 해저 탐사장치가 인양되는 상태의 개략도
도 7은 본 발명의 구성요소인 퇴적물채취수단을 설명하기 위한 개략도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면은 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 견인용 케이블(1)을 통해 선박과 연결되는 무인잠수정(10)을 사용한 해저 탐사장치에 관한 것이다.
따라서 본 발명의 해저 탐사장치는, 견인용 케이블을 통해 선박과 연결되는 무인잠수정(10)을 갖는다.
또, 상기 무인잠수정(10)에 설치되어 무인잠수정(10)이 위치된 해저의 각종 정보를 감지하거나 측정하는 측정수단(20)을 갖는다.
상기 무인잠수정(10)이나 측정수단(20)은 다양한 형태의 것을 사용할 수 있으며 이미 공지된 것이므로 무인잠수정(10)이나 측정수단(20)의 일반적 구조 등에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
그런데 본 발명은, 견인용 케이블(1)을 통해 선박과 연결되는 무인잠수정(10)을 사용하면서도 선박에서 무인잠수정(10)의 위치(위도와 경도상의 위치 및 무인잠수정의 하강 위치(깊이))를 비교적 정확하게 파악하여 가스하이드레이트의 존재 여부를 확인하기 위한 목적 등의 해저 탐사작업에 사용할 수 있도록 하려는 목적을 갖는다.
본 출원의 발명자는 상기와 같은 목적 달성을 위하여 음향측위시스템과 정밀수심측위시스템을 사용하는 방법을 안출하였다.
이를 위해 본 발명의 무인잠수정(10)에는 음향측위시스템의 트랜스폰더(30)가 설치되어 있다.
또, 선박(2)에 설치된 정밀수심측정시스템의 수신기에서 수신할 수 있는 신호를 출력하는 핑거(40)가 무인잠수정(10)에 설치되어 있다.
즉, 무인잠수정(10)의 트랜스폰더(30)에서 발생되는 신호를 통해 음향측위시스템의 수신부는 무인잠수정(10)의 위도(X 좌표)와 경도(Y 좌표) 상의 위치를 파악하는 것이다.
또, 무인잠수정(10)의 핑거(40)에서 발생되는 신호를 선박에 위치된 정밀수심측위시스템의 수신부를 통해 수신하여 무인잠수정(10)의 하강 위치(깊이에 해당하는 Z좌표)를 파악하는 것이다.
상기와 같은 이유로 무인잠수정(10)의 위치를 비교적 정확하게 파악할 수 있는 것이다.
상기 음향측위시스템은 트랜스폰더(30)로부터 출력되는 신호를 통해 트랜스폰더(30)의 위치(위도와 경도상의 위치)를 파악할 수 있는 것으로서 다양한 산업분야에 널리 사용되고 있는 기술이다.
따라서 음향측위시스템의 구조 등에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다만, 트랜스폰더(30)는 무인잠수정(10)의 상부에 설치하여 출력되는 신호가 무인잠수정(10)에 구비된 다른 구성요소들에 의해 차단되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
그런데 상기와 같은 음향측위시스템 만으로는 해저에 투입되는 무인잠수정(10)의 위치를 파악할 수 없다.
이는 무인잠수정(10)이 어느 정도의 깊이로 투입되었는지를 알 수 없기 때문이다.
이러한 문제점 해소를 위해 본 발명에서는 정밀수심측정시스템의 수신부에서 수신할 수 있는 신호를 출력하는 핑거(40)를 무인잠수정(10)에 설치하고 있는 것이다.
정밀수심측정시스템은 어선 등에 설치되는 것으로서 주로 어군탐지기에 적용되고 있는 기술인데 수심측정 방식은 특정 주파수의 신호(통상 12㎑의 주파수)를 해저면을 향해 출력하고, 그 신호가 되돌아오는데 소요되는 시간 등을 통해 수심을 측정하는 기술이다.
일반적으로 정밀수심측정시스템의 신호출력부와 수신부는 일체형으로 구현된다.
핑거(40)는 침몰선의 위치 또는 해저 유물의 발견 위치 등을 표시하기 위하여 사용되는 것으로서 특정 주파수의 신호를 출력하는 특징이 있다.
따라서 본 발명에서는 상기 핑거(40)가 정밀수심측정시스템의 수신부에서 수신할 수 있는 주파수의 신호(12㎑의 신호)를 출력하도록 하고, 이 핑거(40)를 무인잠수정(10)에 위치시킴으로써 선박에 위치된 정밀수심측정시스템을 통해 핑거(40)의 위치(무인잠수정(10)의 Z좌표 위치가 됨)를 파악할 수 있도록 하는 것이다.(정밀수심측정시스템을 통해 핑거(40)에서 출력되는 신호를 수신할 때 선박에 구비된 정밀수심측정시스템의 신호출력부는 꺼져있는 상태(OFF 상태)가 된다.
한편, 본 발명은 필요한 경우에 해저퇴적물도 채취할 수 있는 해저 탐사장치를 제공하려는 목적도 가지고 있다 .
이를 위하여 본 발명은 무인잠수정(10)이 해저면에 착지될 경우 해저면의 퇴적물을 채취하는 퇴적물채취수단(110)을 갖는다.
즉, 퇴적물채취수단(110)이 무인잠수정(10)에 설치되어 무인잠수정(10)과 함께 움직이고 필요에 따라 해저 퇴적물을 채취할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 퇴적물채취수단(110)은 다양한 형태로 구현할 수 있으나 첨부된 도면에서와 같은 형태로 구현하는 것이 바람직하다.
첨부된 도면에서의 퇴적물채취수단(110)은 무인잠수정의 상, 하로 이동 가능하도록 되어 있는 상하이동체(111) 를 가지고 있다 .
또, 상하이동체(111)에 회전 가능하게 연결되어 있고, 무인잠수정(10)에 형성된 하강방지돌기(13)에 걸려 상하이동체(111)의 하강을 방지하고 있는 상태에서 상하이동체(111)가 상부로 이동되어 하강방지돌기(13)에서 멀어지면 상하이동체(111)가 하강하더라도 하강방지돌기(13)에 걸리지 않도록 회전되는 후크(112)를 가지고 있다.
또, 해저면에 접촉된 상태에서 무인잠수정(10)이 계속 하강되어 하부에서 상부로 향하는 힘을 받으면 상기 상하이동체(111)를 상부로 이동시키고, 후크(112)가 하강방지돌기(13)에 걸려 상하이동체(111)가 하강하지 못하는 상태에서는 상호 반대방향으로 회전되어 벌어져 있고 상하이동체(111)가 하강방지돌기(13)에 영향을 받지 않아 하강하면 상호 마주하는 방향으로 회전되면서 해저면의 퇴적물을 파고들어 퇴적물을 내측의 퇴적물채움공간(113a, 14a)에 채우고 결과적으로는 퇴적물채움공간(113a, 14a)에 채워진 퇴적물이 빠져나가지 않도록 가장자리가 맞닿는 상태로 닫히는 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)을 갖는다.
상기 후크(112)가 상부로 이동되어 하강방지돌기(13)에서 멀어졌을 때 후크(112)의 회전이 이루어지도록 하는 방식은 별도의 장치를 사용한 방식으로 구현할 수도 있으나 첨부된 도면에서와 같이 편심된 무게중심에 의해서 이루어지도록 할 수도 있다.
첨부된 도면에서는 후크(112)의 뒤쪽에 무거운 추(112a)가 위치되고, 이 추(112a)로 인해 무게중심이 후크(112)의 좌측에 위치되어 후크(112)가 좌회전하도 록 되어 있다.
상기 설명에서, 상하이동체(111)가 하강방지돌기(13)에 영향을 받지 않아 하강하면 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)이 상호 마주하는 방향으로 회전되도록 하는 구조도 별도의 장치를 사용한 방식으로 구현할 수도 있으나 첨부된 도면에서와 같이 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)의 무게에 의해 이루어지도록 구현할 수도 있다.
첨부된 도면에서는 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)에 무거운 추(113b, 114b)가 위치되어 있어 좌측회전버킷(113)과과 우측회전버킷(114)이 상호 마주하는 방향으로 원활하게 회전되도록 되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 퇴적물채취수단(110)이 정확한 시점 즉, 해저 퇴적물을 채취할 수 있는 시점에 구동이 이루어지도록 할 필요성과 외부의 물체에 부딪혀 파손되는 것을 방지하도록 할 필요성이 있다.
이를 위하여 상기 무인잠수정(10)의 하단부 좌, 우측에는 상, 하로 이동 가능한 미끄럼판(11)이 설치되어 있되 무인잠수정(10)이 해저면에 착지되면 무인잠수정(10)을 이루는 각종 구성요소의 무게에 영향을 받아 가압되어 무인잠수정(10)의 상부로 이동하도록 설치되어 있도록 한다.
또, 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)은 미끄럼판(11)이 무인잠수정(10)의 상부로 설정된 거리까지 이동되어야만 해저면과 접촉될 수 있는 위치에 설치되어 있도록 한다.
즉, 퇴적물채취수단(110)이 미끄럼판(11)에 의해 보호되도록 하는 것이다.
물론, 퇴적물채취수단(110)이 무인잠수정의 안쪽에 위치되어 퇴적물채취수단(110)의 하부뿐만 아니라 좌, 우, 전, 후도 보호되도록 하는 것이 더 바람직하다.
첨부된 도면에서는 미끄럼판(11)에 힘이 가해져도 상부로 이동되는 것을 방지할 수 있는 핀(115)이 구비되어 있는데 이것은 본 발명의 탐사장치를 선박에 안치시켜 놓는 상태에서는 미끄럼판(1)이 무인잠수정(10)의 상부로 이동되는 것을 방지하기 위한 것이다.(탐사를 위해 해양에 투입할 때는 상기 핀(1)을 제거하여 미끄럼판이 해저면에 접촉될 경우 상부로 이동될 수 있는 상태가 되도록 하는 것임)
또, 상하이동체(111)가 하부에서 상부로 향하는 힘을 받더라도 후크(112)와 상하이동체(111)가 상부로 이동하지 못하도록 이동을 제한하는 핀(116)도 구비되어 있는데 이것은 탐사를 위해 해양에 투입할 때에만 핀(116)을 제거하여 퇴적물채취수단(110)의 구동이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 탐사장치를 사용하여 해저를 탐사하는 방법은, 무인잠수정(10)을 탐사대상 지역의 해저면을 향해 하강시켜 무인잠수정(10)에 설치된 측정수단(20)에 의해 해저의 각종 정보가 기록되도록 함으로써 해저를 탐사하되 무인잠수정(10)에 설치된 음향측위시스템의 트랜스폰더(30)에서 방출되는 신호를 통해 선박에서 경도와 위도상에서의 무인잠수정(10) 위치를 파악하 고 이를 근거로 선박을 움직 여 무인잠수정(10)이 탐사대상 지역에서 벗어나는 것을 방지(선박이 움직이면 무인잠수정(10)도 함께 움직이게 되어 무인잠수정(10)이 탐사대상 지역에서 벗어나는 것을 방지할 수 있음)하고, 무인잠수정(10)에 설치된 핑거(40)에서 방출되는 신호를 선박에 설치된 정밀수심측정시스템의 수신기를 통해 수신하여 무인잠수정(10)의 하강 깊이를 파악하면서 탐사하는 방법이다.
또, 해저면에 본 발명의 탐사장치가 착지되면 착지된 지점의 해저퇴적물을 채취하는 방법이다.
미끄럼판(11)이 해저면에 착지되면 무인잠수정(10)의 무게로 인해 무인잠수정은 계속 하강하고 미끄럼판(11)은 무인잠수정(10)의 상부로 이동되는 형태가 된다.
이로 인해 해저면이 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)을 상부로 밀어올리면 상하이동체(111)가 상부로 이동하며, 이로 인해 후크(112)가 상부로 회전되어 하강방지돌기(13)에서 이탈하면서 회전되고 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)은 회전될 수 있는 상태가 된다.(상하이동체(111)가 하부로 이동되면서 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)은 상호 마주하는 방향으로 회전되는데 이때 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)가 해저면을 파고들어가 해저퇴적물이 퇴적물채움공간(113a, 114a)에 채워지는 상태가 됨)
이러한 상태에서 본 발명의 탐사장치를 인양하면 채취된 해저 퇴적물을 얻을 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 구성요소인 무인잠수정(10)이 해양에 투입, 하강되어 소정의 위치에 이르렀을 때 그 주변의 해수를 채집하도록 하는 채집기(50)를 구비하면 탐사의 정확성을 확보할 수 있다.
이러한 경우 채집기(50)의 구동을 선박에서 제어할 수 없기 때문에 무인잠수정(10)이 소정의 위치에 이르면 채집기(50)가 자동으로 구동되도록 해야 한다.
이를 위해서 채집기(50)는, 무인잠수정(10)을 해저에 투입 후 설정된 시간이 경과하거나 설정된 깊이에 이르면 채집용기의 입구를 열고 닫아 해수의 시료를 채집하도록 구현할 수 있다.
투입 후 소정의 시간이 경과되면 구동되도록 하는 방법에서는 타이머를 사용하는 것으로서 타이머에 설정된 시간이 되면 채집용기의 입구를 열고 소정의 시간이 경과되면(채집용기에 해수가 채워지는데 소요되는 시간이 경과되면) 채집용기의 입구가 닫히도록 하는 것이다.
타이머에 의해 마개의 열고 닫힘이 이루어지도록 하는 것은 다양한 산업분야에 적용되는 기술을 적용하여 구현 가능하다.
무인잠수정(10)이 설정된 깊이에 이르렀을 때 채집기(50)의 입구를 열고 닫는 방식은 수심측정기(24) 등을 사용한다.
즉, 수심측정기(24)에 측정된 수심이 설정된 수치에 이를 때 마개를 움직여 채집기(50)의 입구를 열고 닫도록 하는 것이다.
상기 수심측정기(24)는 수압을 이용한 방식으로 구현된 것 등 공지의 다양한 것을 사용할 수 있다.
상기 무인잠수정(10)에는 무인잠수정(10)이 위치된 곳 주변의 영상을 촬영(정지영상 형태로 촬영)하는 사진기(26)를 설치할 수 있다.
또, 동영상을 촬영하여 녹화하는 비디오카메라(21)를 무인잠수정(10)에 설치할 수도 있는데 상기 비디오카메라(21)의 의미는 캠코더 등을 포함하는 공지의 다양한 동영상촬영기기를 의미한다.
상기와 같은 사진기(26)나 비디오카메라(21)를 구비하면 더욱 다양한 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 탐사의 정확성을 높일 수 있다.
가스하이드레이트를 찾아내기 위한 탐사에 사용하는 경우 상기 사진기(26)나 비디오카메라(21)를 구비함으로써 메탄가스가 발생되는 영상이나 메탄가스 방출현상에 의해 해저면에 형성된 둔덕(mound)이나 메탄가스를 이용하는 생물체 들의 군집 상황을 정지영상이나 동영상으로 촬영할 수 있다.
무인잠수정(10)에는 조명장치(60)를 설치할 수 있는데 사진기(26)나 비디오카메라(21)를 무인잠수정(10)에 설치하는 경우에는 조명장치(60)가 더욱 요구되며, 조명장치(60)는 사진기(26)나 비디오카메라(21)가 촬영하는 지역을 비출 수 있는 형태로 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 구성요소인 측정수단(20)은 다양한 사항을 측정할 수 있도록 각종 측정기를 포함하는 형태로 구현할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 무인잠수정(10)이 위치된 곳 주변의 메탄가스의 농도를 감지하는 메탄가스측정기(22)를 갖는 형태로 구현할 수 있다.
또, 해수의 온도를 측정하는 온도측정기(23)를 설치할 수 있다.
또, 해수의 염도를 측정하는 염도측정기(25)를 설치할 수 있다.
또, 무인잠수정(10)이 위치된 곳의 수심을 측정하는 수심측정기(24)를 구비할 수 있다.
물론, 상기 메탄가스측정기(22), 온도측정기(23), 염도측정기(25), 수심측정기(24) 및 후술하는 사진기(26), 비디오카메라(21) 등에 의해 측정된 데이터가 소정의 시간 간격이나 실시간으로 저장되어 있도록 해야 정확성을 확보할 수 있다.
이를 위해 무인잠수정(10)에는, 상기 측정수단(20)에 의해 측정되거나 감지된 데이터를 저장하는 데이터저장기(70)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에서는, 각각의 측정기에 대응된 각각의 데이터저장기 및 배터리를 갖도록 하여 각각 독립적인 측정수단이 되도록 하는 것이 바람직하다.
구체적인 예로 설명하면, 메탄가스측정기(22)에 연결된 데이터저장기와 배터리가 별도로 구비되도록 하는 것이다.
또, 사진기(26)와 연결된 데이터저장기와 배터리가 별도로 구비되어 있도록 하는 것이다.
또, 비디오카메라(21)와 연결된 데이터저장기와 배터리(90)를 별도로 구비하는 것이다.
물론, 온도측정기(23), 수심측정기(24), 염도측정기(25)는 일체형으로 구현되어 하나의 통에 모듈화된 상태로 설치되어 있고, 상기 온도측정기(23), 수심측정기(24), 염도측정기(25) 모두와 연결되어 있는 별도의 데이터저장기와 배터리를 구비하는 형태로 구현할 수도 있다.(첨부된 도면은 온도측정기(23), 수심측정기(24), 염도측정기(25)를 하나의 통 내에 설치하고 그 주변에 원통형의 채집기(50)를 다수개 배치한 구조이다.)
상기와 같이 각각의 데이터저장기를 갖는 경우 측정의 정확성을 보다 높이기 위해 각각의 측정기(메탄가스측정기(22), 온도측정기(23), 염도측정기(25), 수심측정기(24), 사진기(26), 비디오카메라(21))는 해저에 투입하기 전 모두 리셋팅을 하고, 메탄가스측정기(22), 온도측정기(23), 염도측정기(25), 수심측정기(24), 사진기(26), 비디오카메라(21) 등에 구비된 타이머에 표시되는 시간을 동일하게 설정하여 탐사 이후에 관측자료를 상호 비교할 수 있도록 한다.
가스하이드레이트를 찾아내기 위한 탐사에 본 발명의 탐사장치를 사용하는 경우에는 상기 메탄가스측정기(22), 온도측정기(23), 염도측정기(25), 수심측정기(24), 사진기(26), 비디오카메라(21)를 모두 구비하는 것이 바람직하다.
전력을 공급받아 구동되는 전자기기 등의 각종 구성요소들이 본 발명의 구성요소인 무인잠수정(10)에 구비된 경우 그러한 구성요소들의 구동을 위한 전원을 공급하는 배터리(80)를 설치할 필요성이 있다.
본 발명의 무인잠수정(10)은 다양한 형태의 것을 사용할 수 있지만 예기치 못한 상황에서 해저면에 착지될 때 충격이 완화되도록 썰매형으로 구현된 것을 사용할 수 있다.
특히, 가스하이드레이트의 탐사를 위한 경우에는 썰매형 무인잠수정(10)을 사용하는 것이 좋다.
썰매형 무인잠수정(10)은 하단부의 좌, 우측에 미끄럼판(11)이 설치된 형태이다.
따라서 썰매형 무인잠수정(10)은 선박에 탑재하고 내리는 것에 상당한 주의가 요구되고, 선박의 이동시 움직이지 않도록 단단하게 잡아주어야 하는 등 운용상 여러가지 단점이 있다.
이러한 단점의 해소를 위해 미끄럼판(11) 중 무인잠수정(10)을 선박에 안치시킬 때 선박과 접촉되는 부분에는 충격을 흡수하는 고무 등의 완충부재(12)를 설치할 수 있다.
가스하이드레이트의 탐사를 위해 본 발명의 탐사장치를 사용하는 경우 핑거(40)와 트랜스폰더(30)는 무인잠수정(10)의 전면 상부에 위치되고, 다른 구성요소들에 의해 차단되지 않도록 설치하는 것이 바람직하다.
이러한 배치는 선박(2)과 무인잠수정(10)의 통신을 위한 최상의 조건을 유지하기 위해서이다.
또, 메탄가스측정기(22)와 비디오카메라(21)는 무인잠수정(10)의 하부에 위치되데 다른 구성요소들에 의해 차단되지 않도록 설치되는 것이 바람직하다.
또, 데이터저장기(70)와 배터리(80)는 무인잠수정(10)의 중앙부에 위치되고 무인잠수정을 이루는 프레임 등에 의해 차단되어 있어 보호되도록 설치하는 것이 바람직하다.
또, 온도측정기(23), 수심측정기(24), 염도측정기(25) 등은 무인잠수정(10)의 후방에 상호 가깝게 위치시켜 해수의 온도 및 염도 측정과 채집이 매우 가까운 지점에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
미설명 부호 3은 견인용 케이블(1)과 무인잠수정(10)을 연결하는 스위블로서 탐사를 위하여 무인잠수정(10)을 하강시키거나 해저면 부근에서 메탄가스 방출을 탐지할 동안에 무인잠수정(10)의 회전을 자유롭게 하는 장치이다.
특히, 해저면 부근에서는 해류의 작용에 의해서 무인잠수정(10)의 방향키(100)가 해류 방향에 일정하게 유지하는 역할을 한다.
스위블(3)이 장착되지 않은 경우에는 해류의 작용에 의해 견인용 케이블(1)에 무리한 장력이 가해질 수 있다.
스위블(3)은 상부몸체와 하부몸체로 이루어져 있고, 상부몸체에 견인용 케이블(1) 연결되고 하부몸체에 무인잠수정(10)이 연결되어 있으며, 하부몸체가 상부몸체에 결합된 상태에서 회전가능하도록 되어 있다.
1. 견인용케이블 2. 선박
3. 스위블 10. 무인잠수정
11. 미끄럼판 12. 완충부재
13. 하강방지돌기 20. 측정수단
21. 비디오카메라 22. 메탄가스측정기
23. 온도측정기 24. 수심측정기
25. 염도측정기 26. 사진기(26)
30. 트랜스폰더 40. 핑거
50. 채집기 60. 조명장치
70. 데이터저장기 80, 90. 배터리
100. 방향키 110. 퇴적물채취수단
111. 상하이동체 112. 후크
112a. 추 113. 좌측회전버킷
113a. 퇴적물채움공간 113b. 추
114. 우측회전버킷 114a. 퇴적물채움공간
114b. 추 115, 116. 핀

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 잠수정을 구비한 해저 탐사장치에 있어서,
    견인용 케이블(1)을 통해 선박(2)과 연결되는 무인잠수정(10);
    상기 무인잠수정(10)에 설치된 음향측위시스템의 트랜스폰더(30);
    상기 무인잠수정(10)에 설치되어 있고 선박(2)에 설치된 정밀수심측정시스템의 수신기에서 수신할 수 있는 신호를 출력하는 핑거(40);
    상기 무인잠수정(10)에 설치되어 무인잠수정(10)이 위치된 해저의 각종 정보를 감지하거나 측정하는 측정수단(20); 및
    상기 무인잠수정(10)이 해저면에 착지될 경우 해저면의 퇴적물을 채취하는 퇴적물채취수단(110);을 포함하여 구성되고,
    상기 퇴적물채취수단(110)은 무인잠수정(10)의 상, 하로 이동 가능하도록 되어 있는 상하이동체(111);
    상기 상하이동체(111)에 회전 가능하게 연결되어 있고, 무인잠수정(10)에 형성된 하강방지돌기(13)에 걸려 상하이동체(111)의 하강을 방지하고 있는 상태에서 상하이동체(111)가 상부로 이동되어 하강방지돌기(13)에서 멀어지면 상하이동체(111)가 하강하더라도 하강방지돌기(13)에 걸리지 않도록 회전되는 후크(112);
    해저면에 접촉된 상태에서 무인잠수정(10)이 계속 하강되어 하부에서 상부로 향하는 힘을 받으면 상기 상하이동체(111)를 상부로 이동시키고, 후크(112)가 하강방지돌기(13)에 걸려 상하이동체(111)가 하강하지 못하는 상태에서는 상호 반대방향으로 회전되어 벌어져 있고 상하이동체(111)가 하강방지돌기(13)에 영향을 받지 않아 하강하면 상호 마주하는 방향으로 회전되면서 해저면의 퇴적물을 파고들어 퇴적물을 내측의 퇴적물채움공간(113a, 14a)에 채우고 결과적으로는 퇴적물채움공간(113a, 14a)에 채워진 퇴적물이 빠져나가지 않도록 가장자리가 맞닿는 상태로 닫히는 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는, 해저 탐사장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 무인잠수정(10)의 하단부 좌, 우측에는 상, 하로 이동 가능한 미끄럼판(11)이 설치되어 있되 무인잠수정(10)이 해저면에 착지되면 무인잠수정(10)을 이루는 각종 구성요소의 무게에 영향을 받아 가압되어 무인잠수정(10)의 상부로 이동하도록 설치되어 있으며,
    상기 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114)은 미끄럼판(11)이 무인잠수정의 상부로 설정된 거리까지 이동되어야만 해저면과 접촉될 수 있는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 해저 탐사장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 무인잠수정(10)이 위치된 곳의 해수 시료를 채집하도록 무인잠수정(10)에 채집기(50)가 더 구비되어 있되 상기 채집기(50)는 무인잠수정(10)을 해저에 투입 후 설정된 시간이 경과하거나 무인잠수정(10)이 설정된 깊이에 이르면 채집용기의 입구를 열고 닫아 해수의 시료를 채집하도록 된 것임을 특징으로 하는, 해저 탐사장치.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 측정수단(20)은 무인잠수정(10)이 위치된 곳 주변의 메탄가스의 농도를 감지하는 메탄가스측정기(22), 해수의 온도를 측정하는 온도측정기(23), 해수의 염도를 측정하는 염도측정기(25), 무인잠수정(10)이 위치된 해저의 수심을 측정하는 수심측정기(24), 무인잠수정(10)이 위치된 곳 주변의 정지영상을 촬영하는 사진기(26), 동영상을 촬영하는 비디오카메라(21)를 갖는 것을 특징으로 하는, 해저 탐사장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 메탄가스측정기(22)와 연결된 데이터저장기와 배터리가 별도로 구비되어 있고,
    상기 온도측정기(23), 염도측정기(25)와 연결된 데이터저장기와 배터리가 별도로 구비되어 있으며,
    상기 사진기(26)와 연결된 데이터저장기와 배터리가 별도로 구비되어 있고,
    상기 비디오카메라(21)와 연결된 데이터저장기와 배터리가 별도로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는, 해저 탐사장치.
  7. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 미끄럼판(11) 중 무인잠수정(10)을 선박에 안치시킬 때 선박과 접촉되는 부분에는 충격을 흡수하는 완충부재(12)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 해저 탐사장치.
  8. 삭제
  9. 견인용 케이블을 통해 선박과 연결된 무인잠수정(10)을 사용하여 해저를 탐사하는 방법에 있어서,
    무인잠수정(10)을 탐사대상 지역에 내려놓고 해저면을 향해 하강시켜 무인잠수정(10)에 설치된 측정수단(20)에 의해 해저의 각종 정보가 기록되도록 함으로써 해저를 탐사하되 상기 무인잠수정(10)에 설치된 음향측위시스템의 트랜스폰더(30)에서 방출되는 신호를 통해 선박에서 경도와 위도상에서의 무인잠수정(10) 위치를 파악하고 이를 근거로 선박을 움직여 무인잠수정(10)이 탐사대상 지역에서 벗어나는 것을 방지하고, 무인잠수정(10)에 설치된 핑거(40)에서 방출되는 신호를 선박에 설치된 정밀수심측정시스템의 수신기를 통해 수신하여 무인잠수정(10)의 하강 깊이를 파악하면서 탐사하며, 무인잠수정(10)을 해저면에 착지시켜 무인잠수정(10)에 설치되어 있는 퇴적물채취수단(110)을 통해 해저면의 퇴적물을 채취하되,
    상기 퇴적물채취수단(110)은 무인잠수정의 상, 하로 이동 가능하도록 되어 있는 상하이동체(111);
    상기 상하이동체(111)에 회전 가능하게 연결되어 있고, 무인잠수정에 형성된 하강방지돌기(13)에 걸려 상하이동체(111)의 하강을 방지하고 있는 상태에서 상하이동체(111)가 상부로 이동되어 하강방지돌기(13)에서 멀어지면 상하이동체(111)가 하강하더라도 하강방지돌기(13)에 걸리지 않도록 회전되는 후크(112);
    해저면에 접촉된 상태에서 무인잠수정(10)이 계속 하강되어 하부에서 상부로 향하는 힘을 받으면 상기 상하이동체(111)를 상부로 이동시키고, 후크(112)가 하강방지돌기(13)에 걸려 상하이동체(111)가 하강하지 못하는 상태에서는 상호 반대방향으로 회전되어 벌어져 있고 상하이동체(111)가 하강방지돌기(13)에 영향을 받지 않아 하강하면 상호 마주하는 방향으로 회전되면서 해저면의 퇴적물을 파고들어 퇴적물을 내측의 퇴적물채움공간(113a, 14a)에 채우고 결과적으로는 퇴적물채움공간(113a, 14a)에 채워진 퇴적물이 빠져나가지 않도록 가장자리가 맞닿는 상태로 닫히는 좌측회전버킷(113)과 우측회전버킷(114);을 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는, 해저 탐사방법.
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