Vehículo de superficie no tripulado de EE. UU.
Para hacer realidad la visión de desarrollo de USV, el plan maestro de USV determina los siguientes objetivos:
(1) Determinar el corto plazo (5 años) y el mediano plazo (5 a 10 años) de USV. años) y capacidades futuras (más de 10 años), incluyendo: descripciones y prioridades de misión, conceptos avanzados de operaciones (CONOPS) para cada misión y evaluación de capacidades alternativas para determinar si estas capacidades son apropiadas para el USV.
(2) Establecer niveles de desempeño de los USV para que los USV en todos los niveles cumplan con los requisitos de capacidad: ① Recomendar varios niveles de naves de superficie para construir capacidades eficientes, colectivas y complementarias; ② En proyectos navales, una gama claramente específica de; Tipos y tamaños de USV; ③ Revisión de los niveles de modularidad y generalización dentro y entre los niveles de USV.
(3) Evaluar las necesidades técnicas y la preparación técnica actual, y proponer las correspondientes estrategias de inversión en tecnología para el desarrollo de plataformas USV y cargas útiles relacionadas. El "Plan Maestro de USV" recomienda 1 USV no estándar y 3 barcos estándar de la Armada de los EE. UU., que pueden cumplir plenamente con los requisitos de capacidad de las 7 áreas de misión prioritarias del USV de la Armada de los EE. UU., que incluyen:
"Nivel X "Son vehículos estadounidenses no estándar, de 3 metros o menos de longitud. Está construido utilizando módulos no estándar y puede soportar operaciones de fuerzas especiales y operaciones de interdicción marítima. Proporcionará capacidades de inteligencia, reconocimiento y vigilancia de bajo nivel, así como resistencia, carga útil y aeronavegabilidad limitadas, y apoyará operaciones tripuladas. Puede ser desplegado por una pequeña embarcación tripulada, como un bote inflable rígido de 11 metros o un bote inflable de asalto y reconocimiento de combate.
El USV "Harbor Class") se desarrolla principalmente en base al bote inflable rígido estándar de 7 metros de la Armada. Tiene una resistencia media, realiza principalmente misiones de seguridad marítima, tiene fuertes capacidades de inteligencia, vigilancia y reconocimiento y está equipado con armas letales y no letales. El USV "Harbor Class" tiene una interfaz estándar para botes inflables de 7 metros y puede ser implementado por múltiples tipos de barcos.
El USV "Snow Kohler" es un buque semisumergible de 7 metros de eslora. Durante la navegación, el resto del casco queda bajo el agua a excepción del snorkel. En comparación con otros tipos de buques de superficie, este método de operación puede proporcionar una plataforma más estable en condiciones de mar de nivel 7. El USV clase "Snow Kohler" apoyará misiones de remolque (búsqueda)/eliminación de minas de contramedidas de minas, guerra antisubmarina (escudo marino) y también puede hacer pleno uso de su apariencia relativamente oculta para apoyar misiones de operaciones especiales.
La Flota) El USV es una nave de superficie de planeo o semiplaneo de 11 metros con velocidad/resistencia media cuando remolca dragaminas, pero puede proporcionar una mayor resistencia cuando apoya la guerra antisubmarina, de superficie o electrónica. Cuando se retira o reemplaza el módulo de misión, el USV "clase flota" aún puede soportar la conducción tripulada dentro de las 24 horas. En los vehículos de superficie no tripulados, los motores diésel se utilizan ampliamente debido a su buena confiabilidad y alta eficiencia térmica del combustible. El principal proveedor de motores para los vehículos de superficie no tripulados de la Marina de los EE. UU. es Mayang Maritime Company. La empresa ofrece una gama de motores diésel, cada uno con una potencia máxima de 720 caballos de fuerza. El último motor diésel de la compañía adopta un sistema electrónico de gestión del motor para monitorear y ajustar la velocidad del motor, el turbocompresor, la temperatura de enfriamiento y el acelerador, y ajustar el tiempo de inyección electrónica y el flujo de combustible para garantizar la combustión completa del combustible en el entorno de trabajo y obtener la máxima térmica del combustible. eficiencia. Además, Estados Unidos también está estudiando una fuente de energía de alta densidad energética que utiliza motores diésel como parte de un sistema híbrido, complementados con baterías de litio y otras posibles fuentes de energía para proporcionar a los vehículos de superficie no tripulados una alta confiabilidad y baja potencia. costo El motor se mantiene para garantizar que pueda funcionar de forma continua durante dos semanas sin repostar en entornos marinos y en condiciones de mar agitado.
La tecnología autónoma puede reducir los requisitos de personal y ancho de banda del USV al tiempo que amplía la gama de aplicaciones tácticas para el combate más allá del alcance visual. Por ejemplo, en los campos de la seguridad marítima, la guerra antisubmarina y las contramedidas contra minas, los USV deben operar de forma independiente durante mucho tiempo y realizar tareas como navegación a larga distancia, detección, evaluación, prevención de peligros y recopilación de información. Además, a través de tecnología autónoma, los USV pueden cooperar con múltiples aviones, lo que se considera una importante capacidad habilitadora en la guerra antisubmarina a gran escala y en la guerra de contramedidas contra minas. Mejorar la autonomía de los USV requiere promover el nivel más bajo de capacidades de procesamiento de señales y toma de decisiones. El nivel de control autónomo se puede medir de acuerdo con la frecuencia y complejidad de operación del operador. El USV debe recopilar diversos datos de los sensores, identificar de forma autónoma los datos de amenazas y responder de manera adecuada. Condiciones o datos impredecibles pueden hacer que una aeronave abandone su misión o cambie su plan de ataque. Para proporcionar capacidades iniciales, los USV pueden requerir una tecnología autónoma menos compleja que otros tipos de sistemas no tripulados, ya que aún es necesario mantener las comunicaciones entre los controladores y las aeronaves.
Se están investigando tecnologías de control de armas autónomas para una variedad de sistemas no tripulados a través del Ejército, la Armada, el Laboratorio de la Fuerza Aérea y el Programa Conjunto de Robótica Terrestre (JGRE) de la Oficina del Secretario de Defensa. Para las capacidades a corto plazo, el control de armas de la mayoría de los sistemas no tripulados requerirá la participación humana para determinar el objetivo correcto. Por ejemplo, la "zona de muerte" para la guerra antisubmarina de los USV o la "zona de peligro de minas" para la guerra de contramedidas de minas se determinarán manualmente. Para los sistemas de extinción de incendios de minas, existen algunos problemas especiales con el lanzamiento de armas, el más importante de los cuales es la precisión del posicionamiento del objetivo. Las herramientas de extinción de incendios de minas deben utilizar sensores de corto alcance de bajo costo para localizar los objetivos. Hasta que se puedan desarrollar algoritmos confiables de reconocimiento automático de objetivos (ATR), se requiere un sistema robusto de comando, control y comunicaciones de alta frecuencia para respaldar las misiones de contramedidas contra minas que involucran personal.
En resumen, los programas preestablecidos de las misiones USV no pueden adaptarse a las características dinámicas de todas las misiones, por lo que los USV deberían poder adaptarse a los cambios en el entorno y las misiones. El desafío actual es proporcionar a los USV adaptabilidad autónoma. En el futuro, se necesitarán más sistemas no tripulados para operar de forma autónoma y colaborativa.
A excepción de los vehículos de misiones especiales más pequeños, todos los USV deben tener capacidades autónomas para evitar obstáculos. Estos obstáculos incluyen específicamente: grandes áreas costeras, barcos, obstáculos bajos (como puentes y ramas que se encuentran en operaciones en alta mar), obstáculos en aguas poco profundas (como barcos hundidos, arrecifes, bancos de arena), obstáculos en el agua (como nadadores, boyas, objetos flotantes, etc.). ), y obstáculos submarinos encontrados por el sistema de remolque del USV.
La mayoría de las áreas de misión requieren capacidades autónomas de evitación de amenazas de los USV, que involucrarán barcos, aviones, sistemas de sensores activos (como radar) y sistemas de detección pasiva a gran escala. La compensación aquí es la vulnerabilidad del avión a la interceptación o destrucción, y la complejidad y el costo de los componentes de autoprotección del USV.
En todas las áreas de la misión, el reconocimiento automático de objetivos (ATR) ayuda a evitar obstáculos y amenazas. Es una de las tecnologías de apoyo para completar la guerra de contramedidas mineras, la seguridad marítima, la guerra antisubmarina y la guerra de superficie. El ATR es clave para garantizar que el USV no necesite regresar a su nave nodriza ni depender de tripulaciones para realizar misiones de varios pasos de forma remota.
Mientras realiza todas las tareas, el USV necesita evitar obstáculos y colisiones hasta cierto punto. Aunque el algoritmo de control del barco está lo suficientemente maduro, la tecnología de procesamiento de sensores para el funcionamiento autónomo aún no está completa. En algunos casos, los USV necesitan integrar información de sonar, radar y sensores ópticos e infrarrojos, pero los algoritmos de procesamiento de imágenes para sensores ópticos e infrarrojos aún están en su infancia.
La tecnología de percepción es un campo técnico en rápido desarrollo que está directamente relacionado con las operaciones de los vehículos estadounidenses, especialmente la guerra de contramedidas mineras, la guerra antisubmarina y la guerra de superficie. Las necesidades del USV para esta área tecnológica son aumentar aún más el índice de cobertura de área (ACR), mejorar las capacidades de identificación de clasificación y tecnología de seguimiento no tradicional, y mejorar los sensores para detectar amenazas químicas, biológicas, nucleares, radiológicas y explosivas. La tecnología de sonar de apertura sintética (SAS) está liderando el camino para cumplir con los requisitos de la misión de contramedidas de minas USV. La tecnología SAS puede ampliar enormemente el área de detección y mejorar la resolución de los objetivos, lo cual es de gran importancia para el desarrollo de módulos de combate de contramedidas contra minas. Además, la tecnología hidroacústica de banda ancha también tiene la capacidad de mejorar el rango de detección de minas.
El procesamiento de sensores y las tecnologías de toma de decisiones autónomas relacionadas son áreas tecnológicas que se están desarrollando en los módulos de misión de contramedidas antiminas y guerra antisubmarina del USV. Para el módulo de contramedidas contra minas, el principal riesgo técnico es el procesamiento automático de imágenes ópticas y de sonar aplicadas en el proceso de identificación de minas similares y determinación de minas. Actualmente, el equipo de investigación está desarrollando la segunda generación de equipos de procesamiento automático de sonar, que ha logrado el procesamiento automático de señales de sonar en entornos específicos. Sin embargo, la tecnología de procesamiento óptico para identificar minas y objetos en la superficie se encuentra sólo en sus etapas iniciales de desarrollo. Para el módulo de misión de guerra antisubmarina del USV, los mayores desafíos técnicos se encuentran principalmente en el procesamiento autónomo, la identificación de objetivos, la confrontación, el análisis del movimiento de objetivos (TMA) y las aplicaciones tácticas.
La implementación y recuperación automatizadas de cargas útiles de USV es un área tecnológica inexplorada que puede tardar mucho tiempo en implementarse por completo.
El plan maestro del USV predice que las capacidades del USV se explotarán de manera efectiva a través de una gran cantidad de diferentes sistemas no tripulados, lo que requerirá un esquema de control centralizado para reducir la variedad de hardware, software, personal, capacitación y comunicaciones especiales. Dispersión del sistema. Actualmente, aún no se ha iniciado la investigación sobre estándares conjuntos de interoperabilidad entre la Oficina del Secretario de Defensa y los sistemas no tripulados de los distintos servicios. Sin embargo, la Armada y la Secretaría de Defensa han lanzado el proyecto "JUSC2 ACTD", que da el primer paso en el desarrollo de tecnología de control centralizado para sistemas no tripulados. Este primer proyecto de demostración de concepto integró el sistema de control centralizado del vehículo aéreo no tripulado en el Littoral Combat Ship Tipo 0 (Vuelo 0) y agregó estándares conjuntos (JAUS y: STANAG 4586), pero el proyecto JUSC2 solo redujo el personal del operador. Actualmente, la Armada está discutiendo trasladar el programa JUSC2 al programa Consola centralizada unificada, que desarrollará, integrará, configurará y mantendrá una consola integrada unificada y estandarizada para los buques de combate litorales y otras plataformas submarinas y de superficie de la Armada. Sistema de control de drones individuales. La clave para lograr este objetivo final es el desarrollo de estándares apropiados, incluida la interoperabilidad, las comunicaciones, el casco, la mecánica y la electricidad (hm&E), la modularidad de la carga útil, el comando, el control, las comunicaciones y la arquitectura informática (C4).
Para completar tareas como contramedidas de minas, guerra antisubmarina y guerra de superficie, el USV debe llevar y lanzar las armas y equipos correspondientes. El principal desafío técnico al lanzar armas desde un USV es apuntar de manera estable al objetivo y obtener balística precisa en diversas condiciones del mar. Las malas condiciones del mar pueden causar problemas con la orientación de la plataforma USV (como cañones navales, misiles, proyectiles no letales) y el lanzamiento de armas (torpedos, sensores submarinos no tripulados, etc.). ). Para los USV tripulados, mantener las comunicaciones será un desafío técnico para los USV, especialmente en el rango sobre el horizonte (OTH). Para satisfacer las necesidades operativas, también son necesarias comunicaciones acústicas fiables de rango medio y un comportamiento autónomo. En la actualidad, se ha demostrado la tecnología de detección y clasificación asistida por computadora, y la tecnología de identificación asistida por computadora se ha considerado o pronto se convertirá en una tecnología aplicable.
Equipar armas en sistemas no tripulados es un tema controvertido, que requiere que el propio avión cumpla primero con los requisitos de las normas de combate. La aplicación inicial de armas y equipos en cualquier sistema no tripulado debe garantizar que esté bajo el control activo del operador. Además, si existe la posibilidad de que el USV sea capturado por fuerzas enemigas, será necesario destruirlo. En este caso, la capacidad de destruir armas y vehículos estadounidenses de forma remota será muy importante. A medida que se desplieguen y utilicen armas y equipos en las operaciones, se identificarán conceptos legales, reglas y precedentes que ayudarán a facilitar el desarrollo y la mejora de las reglas de enfrentamiento para todas las operaciones de sistemas no tripulados.
1. La clave para la implementación exitosa de operaciones militares de USV radica en el despliegue exitoso y la recuperación de los USV en el área de combate. Los desafíos incluyen principalmente:
(1) Procesos de operación de implementación y recuperación y seguridad y operatividad en diversos entornos;
②Ajustar la configuración del sistema de implementación y recuperación para garantizar que sea adecuado para varios modelos. de USV.
2. Interfaces de la plataforma principal y posibles conflictos, incluyendo:
①Proximidad de la hélice principal;
②Interfaces mecánicas entre el USV y el sistema de despliegue y recuperación de fluidos. interacciones.
3. Universalidad y portabilidad de la interfaz del sistema de despliegue y recuperación del USV;
(1) No se pueden excluir las características inherentes de la aplicación en otros vehículos de superficie;
>② La configuración de toda la plataforma principal no debería verse afectada demasiado;
(3) Reducir las restricciones en la velocidad y la filosofía operativa de la plataforma principal;
(4) Desarrollar un sistema simple, para minimizar los requisitos de mano de obra, el número de personas necesarias para el mantenimiento y las operaciones.
4. El proceso de despliegue y recuperación automático del USV se puede dividir en localización autónoma, ajuste de posición, fijación y "abordaje". Los desafíos incluyen principalmente:
① Para resolver el problema de comando del despliegue y recuperación de USV a baja velocidad, se desarrolló un sistema de comando y control universal aerotransportado.
Mejorar el rendimiento operativo de la aeronave;
(2) Desarrollar tecnología de integración de sistemas de control y sensores pasivos para proporcionar el apoyo necesario para el despliegue y recuperación autónomos de los USV;
( 3) Desarrollar un mecanismo robusto de captura/adsorción para el despliegue de USV a fin de reducir el impacto en los USV y los sistemas a bordo.
Resolver estos problemas técnicos y de ingeniería, así como los problemas de operación autónoma, mejorará en gran medida las capacidades de combate de los barcos equipados con USV. Además, dado que el despliegue y la recuperación de los USV solo se pueden realizar en condiciones de baja mar, lo que afectará a toda la operación militar, los objetivos de desarrollo del equipo de despliegue y recuperación de los USV incluyen lograr una operación segura a velocidades más altas y en condiciones del mar más duras.