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## Deep-sea deployment of the TRIDENT neutrino telescope detection units
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### Design of TRIDENT DU
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*Version @Mar. 2024*
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<img src="./img/TRIDENT_DU.jpg" width="800">
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#### DU Parameters （设备参数）
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| 整体尺寸 | 空气中重量 | 水中重量 |
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| 3m\*5m*5m | ~5T | ~1.8T|
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#### 布放要求
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- 布放10个串列（DU）
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- 布放位置精度在1米以内
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- 水下湿插拔操作将DU接进接驳盒（Junction Box）
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#### 作业海域
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- 布放点位置：17.4N, 115.0E，距离三亚270海里（单程24H）
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- 布放点水深：~3800米
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##### 布放点流场环境
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<img src="./img/TRIDENT_Position.png" width="800">
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<img src="./img/TRIDENT_Mooring_Observation.jpg" width="800">
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临近的潜标观测站位相距布放点200km，可作为海底环境场的参考；
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初步认知和判断包括：
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- The typical flow speed at the KM3NeT sites is between `0.05 and 0.1 m/s`.The maximum horizontal deflection of the top buoy of a 700 m long DU-string under `0.15 m/s` peak current-flow speeds is about `100 m`.
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- DL5站位观测结果表明，南海3000米以深平均流速在0.05m/s左右，峰值流速接近0.15m/s，特别的，在冬季10月份观测到接近0.4m/s的流速水平，这个相比地中海的环境而言，要更为苛刻一些。所带来的影响是线阵列的横向偏移量会超过100米，而导致相邻缆线之间发生缠绕。
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### Deployment of TRIDENT DU
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#### 布放施工的初步考虑和待解决/讨论的问题清单
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海铃（TRIDENT）的DU布放深度为3800米，尺寸为3\*5\*5m，空气中重量为5T，水中重量1.8T。（1）该尺寸和重量与探索二号船打捞船载的CTD类似。(2)KM3Net的DU的LOM(lanuch vehicle)圆形球尺寸2.7m，空气中重量2.6吨，水中550kg。（3）另外一个可参考尺寸重量为深海基站：3.5\*4.2*6.5m,空气中19T，水中300kg,如下图。
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<img src="./img/DS_Basement.png" width="800">
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- 水中重量1.8T，在海况较差情况下，船尾升沉会导致纤维缆上张力超过近5倍；
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- 一次布放的精度预计在20~40米范围内，因此要达到1米的位置精度，必须要水下机械手参与，对DU进行水下位置的调整。
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- 要考虑施工和运维成本的问题。施工区域距离三亚24H航渡距离，往返48H，单船往返航渡费用~60万；考虑现有DU的尺寸和甲板占地面积，单船后甲板预计能够携带4~6台。
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**施工难点：**
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**1. 如何对LOM/DU进行水下位置的移动？**
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- 欧洲的KM3Net是采取了两种方案，一种是利用两条船联合作业，其中DU的布放船具备DP定位能力，另有一艘船携带ROV，两船在安全距离范围内在水下进行作业。另一种方案是利用大型海工船，包括Handin Tide和Optimus Prime，这种船船尾有A架进行布放，船舷侧有ROV，配备了Furgo的作业级ROV。通过KM3Net的网上资料，证实他们有利用ROV对布放尚未着底的DU进行拖拉移位操作。存在的疑问是，（1）布放船一次布放位置的精度能到多少，DU设备临近坐底时，偏移设定位置点偏移多少米；（2）DU设备半悬空的状态下，水中重量550kg，ROV机械手能够拉动和移动的位置有多少米。
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- 目前深海所的设备情况是，探索二号纤维缆布放和ROV的布放都在船尾，而且ROV是双体结构（中继器+作业ROV），不能进行同时放缆，容易发生缠绕；
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- 如果考虑探索二号纤维缆进行布放，在未坐底情况下，载人潜水器靠近进行拉动移位，风险过高。DU周边是钢结构，一旦撞击观察窗，会发生危险，另外水中重量1.8T，载人潜水器机械手可能也无法拉动。
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可考虑的对策方案包括：
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- 如果是HOV对DU进行水下移位，那就必须是DU坐底而且布放缆脱钩之后，再进行作业。载人潜水器的机械手能力60kg，这种方案之下，DU在被移位的时候，水中重量不能超过60kg。如果DU布放过程中是60kg，质量过轻，纤维缆布放困难，水下受流影响更大。DU上增加浮力调节模块或者类似KM3Net早期的LOM上添加的Hoisting Frame/Crown/Floatation Acoustic Release frame，这个方案是否可行？
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- 如果是ROV对DU进行水下移位，就需要两船同时作业，或者单船A架和ROV分开布放。可考虑的组合包括：（1）“探索二号”船携带ROV就位，另需一艘布放作业船，需要具备DP定位能力以及4000米地质缆布放能力；（2）“探索二号”船作为布放船，海洋地质六号携带“海马”号ROV进行水下作业；（3）选择其他类似Optimus Prime或者Handin Tide的海洋工程作业船。比如2025年，“探索三号”投入应用，具备单船ROV和地质缆同时入水的能力，可考虑进行施工作业。
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**新的技术路线:**
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针对LOM/DU的水下施工，难点在于其一次布放精度无法满足1米的位置精度要求；另外，由于LOM/DU自身不具备水下自主航行能力，因此需要借助ROV进行水下二次移位操作。
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- 如果一次布放精度能够满足1米精度要求，则不需要进行二次辅助。建议可调研中海辉固、中海油工程团队，了解他们这方面的经验和建议；
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- 如果LOM/DU自身具备水下自主/遥控航行能力，也不需要进行二次辅助。这一项颠覆性路径，有可能催生“深海运载平台”的通用技术和装备，从研发和技术创新角度附加值比较高。建议深海所和交大合作，利用基站、多位点漫游者着陆器的技术基础，和交大的LOM/DU设计基础，围绕Autonomous Underwater Launch Vehicle （AULV）的概念进行技术和装备设计。这条路线，对大规模布放施工的成本控制以及技术溢出效益都更值得考虑。
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