ケーススタディ：水中ミッションにおけるケーブル

Cortlandケーブルを示すGEOTRACESカルーセル配置。画像：コートランド

船舶からのGEOTRACESカルーセル配備画像：コートランド

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US GEOTRACESプログラムは、科学的目的で世界の海から微量元素とその同位体を集めることに専念しています。海洋学の作業環境は過酷である可能性があるため、水中ミッションを成功させるには耐久性のある機器が不可欠です。

電気機械ケーブルのスペシャリストであるCortlandは、変化する海の状況を追跡および監視するために世界中の研究機関で使用される機器を提供しています。バージニア州オールドドミニオン大学の有名な生物地球化学者、グレッグ・カッター博士、地球および大気科学の指導者によって率いられた私たちのチームは、US GEOTRACESのための海洋学的ソリューションを開発しました。

科学的な課題をサポートするには、露出した金属が表面に戻るまでに鉄や亜鉛などの微量元素のサンプル品質を妨げる可能性があるため、適切なケーブルは非汚染基準を満たすために非金属でなければなりません。より軽量の解決策はまた、通常キャンペーンに使用される金属被覆電気機械ケーブルと比較して、より深い海洋サンプリングを可能にするだろう。これらの古いモデルのケーブルは、5000メートル以上の深さまで下げた場合、安全な作業範囲内で巻き上げるには重すぎると見なされます。

理想的には、ソリューションは金属が露出していないこと、重量を軽くすること、そして迅速に展開することが必要でした。それはまた、船の移動による張力下での変動荷重を取り扱うのに十分強くなければならず、そして長持ちしなければならない。ケーブルと接続されたハードウェアもまた、1回の探検で100回以上の配備に耐える必要があります。

Cortlandのケーブルは現在、600を超える海洋研究施設で使用されています。 24リットルの12リットルサンプルボトルの回転ラックを含む500kgの機器の重量を安全に保持します。それが水柱を通して7000メートルの深さまで下げられると、それは寒さ、曲げ、張力サイクリング、腐食、海洋摩耗、圧縮とさらには海洋生物による攻撃さえ含む要因に耐えます。ウインチ、海流、および550 bar（55,000 kPa）を超える圧力に対処するには、たわみや曲げが必要です。

各ケーブルは、リアルタイムの電力接続と通信接続のための物理的接続を提供します。設計は厳密でなければならず、製造業は細部および証明されたプロセスに注意を払います。

重要な利益
水中でのサンプリングとモニタリングの要件はさまざまです。プロジェクトには、地震調査、海洋生物研究、汚染追跡などがあります。ケーブルは一般的な工業用バージョンとは異なる方法で製造されており、多くの場合固有の目的のために手作業で製造されています。特に、Cortlandはマサチューセッツ大学海洋科学技術大学と共同で大西洋ホタテ貝の国勢調査を実施するために特別に設計された電気同軸ケーブルを製造し、また配備インフラストラクチャとコストを削減するためにNational Ocean and Atmospheric Administrationと協力しました。津波警報ブイどちらのプロジェクトも、必要な保護、精度、および耐久性を提供するために市販されていないケーブルを必要としていました。

画像：コートランド

US GEOTRACESの場合、14 mm Vectranケーブルは、Cortland社によって深海海洋学研究用に設計、製造、および供給されています。高性能合成繊維であるVectranを使用すると、ケーブルの強度部材として必要な高強度、低伸縮性、および柔軟性が得られます。

コアの中で、Cortlandは深海の深さを通して信号を中継する能力で電気と通信配線を供給しました。ケーブル構造全体を囲んでいるのは、耐摩耗性の押出しポリエステル外側ジャケットであった。

使用されている素材は丈夫だが軽量で柔軟性があった。外側コーティングは、船上での甲板上および船外活動を処理し、温度変化、テンションサイクル、および紫外線による潜在的な損傷に耐えるのに十分なほど耐久性があった。

これらの保護要素は、重要なリアルタイムのデータモニタリングのために、サーフェスとカルーセルの間で中断のないシグナルを可能にしました。 US GEOTRACESは、降下プロセス全体を通して温度、圧力、導電率およびその他の検出されたパラメータを監視し、浮上中にサンプルボトルをトリガーすることができます。 Cortlandの合成バージョンは、スチールケーブル代替品のすべての機能と能力を持ちながらも、はるかに軽量でありながら金属汚染を排除するように設計されました。

今後の利用
US GEOTRACESは、重量を気にせずにカルーセルをこれまで以上に深く下げることができました。研究者はより多くのサンプルをより早く収集することができ、そして露出された金属部品からの汚染のリスクは事実上ありません。

現在、北極圏からポリネシアの熱帯海域までの多様な地域で、この組織は何十ものミッションにカスタムケーブルを使用しています。それは2008年から2年ごとに行われる遠征に理想的であることが証明されました。それは2021年に再び展開される予定です。ほぼ同一のケーブルが現在中国、ドイツ、インド、南極で使用されています。

動的な海底環境で使用されるケーブルは、お客様が遭遇する特定の過酷な環境に合わせてカスタム設計され構築される必要があることを経験から学びました。合成強度部材および外側ジャケットの特性は、特に遠く離れた場所で長時間かけて費用をかけて行われる科学的探検に違いをもたらす可能性がある。私たちのチームは、これらのミッションの一部を拡大し、その成功を誇りに思うことを目指しています。

著者について

Chad MurdockはCortland Companyのリードアプリケーションエンジニアです。彼は、高度に設計されたカスタム電気機械ケーブルソリューションを提供するために、さまざまな業界の戦略的な主要アカウントとの関係を管理しています。 Chadは、海洋研究から航空宇宙に至るまでのカスタムケーブルアプリケーションの機械製品設計、製造、およびテストの経験があります。技術的な専門知識と問題解決のアプローチによって動かされて、彼は世界中の顧客に革新的な解決策とサポートを提供します。彼はまた、鋼鉄の代わりにケーブルソリューションの一部として合成強度部材コンポーネントを促進するのにも役立ち、耐高温性、高強度対重量比、優れた耐カット性、低導電率および低干渉特性、低伸縮性および優れた耐薬品性。