Беспилотный подводный аппарат

Беспилотные подводные аппараты ( UUV ), иногда известные как подводные беспилотных самолетов , [1] любые погружные транспортные средства, которые способны работать под водой без человеческого пассажира. Эти аппараты являются роботизированными и могут быть разделены на две категории дистанционно управляемых подводных аппаратов (ROUV), которыми дистанционно управляет человек-оператор; и автономные подводные аппараты (АНПА), которые высоко автоматизированы и работают независимо от прямого вмешательства человека. Иногда автономными роботами считаются только автомобили второй категории., но те, что относятся к первой категории, также являются роботами, хотя для них требуется удаленный оператор , подобно хирургическим роботам .

АПА REMUS (спереди) и Seafox (сзади)

Военно-морские силы многих стран, включая США, Великобританию, Францию, Россию и Китай [2] , в настоящее время создают беспилотные аппараты, которые будут использоваться в океанской войне для обнаружения и уничтожения подводных мин. Например, REMUS - трехфутовый робот, используемый для разминирования одной квадратной мили в течение 16 часов. [3] Это намного эффективнее, так как команде дайверов потребуется более 21 дня, чтобы выполнить ту же задачу. В дополнение к БПА с целью обезвреживания мин, с 2008 года начали создаваться прототипы автономных подводных лодок [4]. Особенно автономные подводные лодки сталкиваются с теми же этическими проблемами, что и другие беспилотные вооружения. [4] Другие приложения включают осмотр корпуса судна (Bluefin), [5] осмотр затонувших судов (Blueye Pioneer) [6], дезактивацию ядерных реакторов, разведку и добычу / бурение.

У беспилотных подводных аппаратов есть и другие потенциальные военные применения. В исследовании, проведенном RAND Corporation для американских военных, были проанализированы задачи, которые могли выполнять беспилотные подводные аппараты, в том числе разведка, разведка , противоминные меры и подводные войны . В обзоре они перечислены в порядке убывания важности. [7]

Компания OODA Technologies, занимающаяся сбором и анализом данных, очень заинтересована в использовании БПА вдоль побережья Канады. Согласно OODA, [8] эти беспилотные летательные аппараты обеспечивают гораздо больший охват территории при гораздо меньших затратах. Также утверждается, что качество данных, возвращаемых беспилотными морскими аппаратами, намного выше, чем у традиционных пилотируемых аппаратов. [ необходима цитата ]

Глубоководные исследования и исследования

"> File:Autonomous landers, Observing the deepest places on Earth.WebMВоспроизвести медиа
Видео с описанием работы и использования дистанционно управляемого транспортного средства (ROV) в глубоководных исследованиях.
ТНПА на глубине 1067 метров.

Беспилотные подводные аппараты можно использовать для глубоководных исследований и исследований. Например, были использованы дистанционно управляемых транспортных средств для сбора образцов с морского дна , чтобы измерить его microplastics -contents, [9] для изучения глубоководной фауны и сооружений и открытие новых видов подводных. [10] [11]

НПА обычно используются в океанических исследованиях для таких целей, как измерение течений и температуры, картографирование дна океана и обнаружение гидротермальных источников . Беспилотные подводные аппараты используют картографирование морского дна , батиметрию , цифровые камеры, магнитные датчики и ультразвуковые изображения.

"> File:China's soft robot realizes deep sea exploration and free swimming.webmВоспроизвести медиа
Видео, показывающее частично автономных глубоководных мягких роботов

Woods Hole океанографический институт использует транспортное средство под названием Sentry, который предназначен для отображения дна океана на глубине шесть тысяч метров. Автомобиль имеет форму, позволяющую минимизировать водонепроницаемость во время погружений, и использует системы акустической связи, чтобы сообщать о состоянии автомобиля во время работы. Беспилотные подводные аппараты способны регистрировать условия и местность под морским льдом, поскольку риск отправки беспилотного аппарата в нестабильные ледяные образования намного ниже, чем у пилотируемого судна. Беспилотные аппараты планерного типа часто используются для измерения температуры океана и силы течений на различных глубинах. Их простота и низкие эксплуатационные расходы позволяют развертывать больше БПА с большей частотой, повышая точность и детализацию сводок погоды в океане. Многие БПА, спроектированные с целью сбора образцов или изображений морского дна, относятся к буксируемому типу, тянутся с помощью судового кабеля либо вдоль морского дна, либо над ним. Буксируемые автомобили могут быть выбраны для задач, требующих большого количества энергии и передачи данных, таких как тестирование образцов и получение изображений высокой четкости, поскольку их буксирный трос служит способом связи между диспетчером и судном. В 2021 году ученые продемонстрировали автономного мягкого робота с биоинспекцией для глубоководных операций, способного выдержать давление в самой глубокой части океана в Марианской впадине . Робот имеет искусственные мышцы и крылья из гибких материалов и электронику, распределенную внутри его силиконового корпуса, и может использоваться для исследований и мониторинга окружающей среды . [12] [13] [14]

Science Direct утверждает, что использование беспилотных подводных аппаратов постоянно растет с момента их появления в 1960-х годах и находит наиболее частое применение в научных исследованиях и сборе данных. Oceanservice описывает дистанционно управляемые аппараты (ROV) и автономные подводные аппараты (AUV) как две разновидности UUV, каждый из которых может выполнять одни и те же задачи, при условии, что аппарат правильно спроектирован. [ необходима цитата ]

Эти примеры применения имели место во время четвертой итерации учений Advanced Naval Technology в августе в Центре подводных боевых действий ВМС в Ньюпорте. Первый образец беспилотных подводных аппаратов был продемонстрирован Northrop Grumman со своим аэродинамическим буйком с самолета-разведчика. На протяжении всей демонстрации компания использовала: e Iver3-580 ( Northrop Grumman AUV), чтобы продемонстрировать способность своих машин подметать мины, а также отображала свою автоматизированную систему распознавания целей в реальном времени. Другая компания, Huntington Ingalls Industries , представила свою версию беспилотного подводного аппарата Proteus. Proteus - это двухрежимный подводный аппарат, разработанный Huntington и Battelle, компания во время презентации продемонстрировала свои возможности беспилотного подводного аппарата, проведя демонстрацию боевых действий на морском дне. Во время демонстрации в аппарате использовался гидролокатор с синтетической апертурой, который был прикреплен к левому и правому борту корабля, что позволяло беспилотному подводному аппарату идентифицировать находящиеся под водой цели и в конечном итоге их устранять. Росс Линдман (директор по операциям группы технической поддержки флота компании) заявил, что «большое значение этого состоит в том, что мы выполнили всю цепочку уничтожения» [ необходима цитата ] . «Мы выполнили сокращенную версию реальной миссии. Мы не сказали:« Ну, мы делаем эту часть, и вы должны представить то или это ». Мы провели все это, чтобы проиллюстрировать возможности, которые могут быть использованы в ближайшем будущем ». [ необходима цитата ] Заключительная демонстрация беспилотных подводных аппаратов была проведена General Dynamics , компания продемонстрировала свой кросс-доменный многоплатформенный БПА через инструмент для моделирования боевых действий на театре военных действий. С помощью этой симуляции они показали боевой корабль Littoral вместе с двумя беспилотными подводными аппаратами. Целью этого упражнения было продемонстрировать скорость связи между оператором и БПА. Джеймс Ланжевен, доктор медицинских наук, высокопоставленный член подкомитета Комитета по вооруженным силам Палаты представителей по возникающим угрозам, заявил в связи с этим упражнением: «Все это ведет к тому, что командующий боевыми действиями может принимать решения, основанные на то, что, по его мнению, является высоконадежным вводом, быстрее, чем его противник », - сказал он. «Это цель - мы хотим иметь возможность… позволить им принимать решения, связанные с войной, быстрее, чем кто-либо другой». [ необходима цитата ] Эти упражнения были проведены для демонстрации применения беспилотных подводных аппаратов в военном сообществе, а также инноваций, созданных каждой компанией для лучшего соответствия этим конкретным типам миссий. [ необходима цитата ]

Основная проблема беспилотных подводных аппаратов - это связь. Связь между пилотом и беспилотным транспортным средством имеет решающее значение, однако существует множество факторов, которые могут помешать связи между ними. Одна из основных проблем связана с искажением передач под водой, потому что вода может искажать подводные передачи и задерживать их, что может быть очень серьезной проблемой в миссии, чувствительной ко времени. Связь обычно нарушается из-за того, что беспилотные подводные аппараты используют акустические волны, а не более обычные электромагнитные волны . Передача акустических волн часто задерживается на 1-2 секунды, потому что они движутся медленнее, чем другие типы волн. Это не включает условия окружающей среды, которые также могут препятствовать обмену данными, такие как отражение, преломление и поглощение сигнала. Они влияют на общий разброс в воде и ухудшают сигнал, делая эту систему связи довольно задержанной по сравнению с другими источниками связи. [15] Другая система, которая использует акустические волны, находится в навигации этих беспилотных транспортных средств, точная навигация необходима этим беспилотным транспортным средствам для выполнения своих задач. Популярной навигационной системой на борту этих беспилотных подводных аппаратов является акустическое позиционирование , которое также сталкивается с теми же проблемами, что и акустическая связь, поскольку они используют ту же систему. Королевский военно-морской флот Нидерландов опубликовал статью [16], в которой подробно излагает свои опасения по поводу беспилотных морских транспортных средств. Королевский военно-морской флот Нидерландов серьезно обеспокоен способностью БПА уклоняться от обнаружения и выполнять задачи, невозможные на пилотируемых судах. Адаптивность и полезность беспилотных подводных аппаратов означает, что будет сложно предсказать их будущие действия и противостоять им. [ необходима цитата ] В последние годы такие проекты, как TWINBOT, разрабатывают новые способы связи между несколькими АПА GIRONA500 [17]

16 декабря 2016 года китайский военный корабль в Южно-Китайском море захватил подводный беспилотник, который находился в процессе извлечения разведывательным кораблем ВМС США USNS Bowditch . Днем позже Минобороны Китая заявило, что вернет дрон США. Пентагон подтвердил это и заявляет, что дрон, используемый для сбора данных о погоде и температуре, не вооружен. [18] Дрон был возвращен через несколько дней. [19]

  1. ^ «Шпионы нацелены на подводный флот дронов: отчет» . ABC News . 27 октября 2011 . Проверено 11 апреля 2018 года .
  2. ^ «ВМС Китая представляют нового большого подводного робота, который может изменить правила игры | Forbes» . Forbes . 2019-10-01 . Проверено 16 января 2020 .
  3. ^ Карафано, J., & Gudgel, A. (2007). Роботы Пентагона: вооружая будущее [Электронная версия]. Справочная информация 2093, 1-6.
  4. ^ а б Лин П., Бекей Г. и Эбни К. (2008). Автономная военная робототехника: риск, этика и дизайн. Электронная версия
  5. ^ "General Dynamics демонстрирует АПА для осмотра корпуса судна | Технология беспилотных систем" . Технология беспилотных систем . 2016-09-24 . Проверено 14 февраля 2017 .
  6. ^ Blueye Robotics (2018-12-19), ВМС Норвегии пилотируют подводный дрон Blueye Pioneer | Фрегат Helge Ingstad , получено 25 февраля 2019 г.
  7. ^ Роберт В. Баттон; Джон Камп; Томас Б. Кертин; Джеймс Драйден (2009). «Обзор миссий беспилотных подводных аппаратов» (PDF) . Национальный научно-исследовательский институт обороны : 223 - через RAND.
  8. ^ Аллард, Янник; Шахбазян, Элиза (2014). «Информационное исследование беспилотных подводных аппаратов (UUV)» . Центр технической информации Министерства обороны : 78 - через Google.
  9. ^ Барретт, Жюстин; Чейз, Занна; Чжан, Цзин; Холл, Марк М. Банашак; Уиллис, Кэтрин; Уильямс, Алан; Хардести, Бритта Д.; Уилкокс, Крис (2020). «Загрязнение микропластиком в глубоководных отложениях Большой Австралийской бухты» . Границы морских наук . 7 . DOI : 10.3389 / fmars.2020.576170 . ISSN  2296-7745 . Проверено 7 декабря 2020 .
  10. ^ Локвуд, Деви (14 апреля 2020 г.). «Это может быть самое длинное существо, которое когда-либо видели в океане» . Нью-Йорк Таймс . Дата обращения 15 мая 2020 .
  11. ^ «Большой Барьерный риф: ученые считают, что риф выше, чем Эмпайр-стейт-билдинг» . BBC News . 28 октября 2020 . Проверено 28 октября 2020 года .
  12. ^ «Мягкий робот ныряет под океан на 10 км» . Мир физики . 23 марта 2021 . Проверено 17 апреля 2021 года .
  13. ^ Ласки, Сесилия; Калисти, Марчелло (март 2021 г.). «Мягкий робот достигает самой глубокой части океана» . Природа . С. 35–36. DOI : 10.1038 / d41586-021-00489-у . Проверено 17 апреля 2021 года .
  14. ^ Ли, Гуоруи; Чен, Сянпин; Чжоу, Фанхао; Лян, Имин; Сяо, Юхуа; Цао, Сюньо; Чжан, Чжэнь; Чжан, Минци; У, Баошэн; Инь, Шунью; Сюй, И; Фан, Хунбо; Чен, Чжэн; Песня, Вэй; Ян, Венцзин; Пан, Бинбин; Хоу, Цзяои; Цзоу, Вэйфэн; Он, Шуньпин; Ян, Сюйюй; Мао, Гоюн; Цзя, Чжэн; Чжоу, Хаофей; Ли, Тифенг; Цюй, Шаосин; Сюй Чжунбинь; Хуанг, Чжилун; Ло, Инву; Се, Дао; Гу, Джейсон; Чжу, Шицян; Ян, Вэй (март 2021 г.). «Автономный мягкий робот в Марианской впадине» . Природа . 591 (7848): 66–71. DOI : 10.1038 / s41586-020-03153-Z . ISSN  1476-4687 . Проверено 17 апреля 2021 года .
  15. ^ Ян, З .; Wang, L .; Wang, T .; Ян, З .; Chen, T .; Сюй, Дж. (2018). «Алгоритм полярной кооперативной навигации для беспилотных подводных аппаратов с учетом задержек связи» . Датчики . 18 (4): 1044. DOI : 10,3390 / s18041044 . PMC  5948495 . PMID  29601537 .
  16. ^ Бремер, Р.Х .; Cleophas, PL; Фитски, HJ; Кеус, Д. (2007). «Беспилотные надводные и подводные аппараты» . Центр технической информации Министерства обороны : 126.
  17. ^ Centelles, Диего; Сориано-Асенси, Антонио; Марти, Хосе Висенте; Марин, Рауль; Санс, Педро Дж. (28 августа 2019 г.). «Подводная беспроводная связь для совместной робототехники с UWSim-NET» . Прикладные науки . 9 (17): 3526. DOI : 10,3390 / app9173526 .
  18. ^ Бланшар, Бен (18 декабря 2016 г.). «Китай вернет захваченный американский беспилотник, - говорит Вашингтон,« раздувающий »...» Рейтер . Проверено 11 апреля 2018 года .
  19. ^ «Китай возвращает захваченный американский подводный беспилотник» . CNN . Проверено 13 марта 2017 .

  • Россия заявляет, что работает над дроном, который может имитировать любую подводную лодку - Суррогат - Святой
  • TWINBOT проект
  • GIRONA500