Беспилотный надводный аппарат , беспилотное надводное судно или беспилотное надводное судно (USV), [2] [3] в просторечии называемое беспилотным катером , беспилотным судном [4] или морским дроном, представляет собой лодку или судно, которое работает на поверхности воды без экипажа. [5] USV работают с различными уровнями автономности, от дистанционного управления [6] до полностью автономных надводных транспортных средств (ASV). [7]
Нормативная среда для операций USV быстро меняется по мере развития технологий и их все чаще используют в коммерческих проектах. Принципы поведения и кодекс практики для отрасли морских автономных надводных судов Великобритании 2020 (V4) [8] были подготовлены Рабочей группой по регулированию морских автономных систем Великобритании (MASRWG) и опубликованы Maritime UK через Общество морской промышленности. Организации, которые внесли свой вклад в разработку Кодекса практики MASS, включают The Maritime & Coastguard Agency (MCA), Atlas Elektronik UK Ltd, AutoNaut, Fugro, Палату судоходства Великобритании , UKHO , Trinity House , Nautical Institute , National Oceanography Centre , Dynautics Limited, SEA-KIT International, Sagar Defence Engineering и многие другие. [ требуется ссылка ]
К концу 2017 года Sagar Defence Engineering стала первой компанией в Индии, которая построила и поставила беспилотные летательные аппараты (USV) правительственной организации. [ необходима цитата ]
Еще во время Первой мировой войны Германия разработала и использовала дистанционно управляемые катера FL для атаки на британские военные корабли. В конце Второй мировой войны дистанционно управляемые USV использовались ВМС США для целей беспилотных летательных аппаратов и траления мин . [9] : 121 В двадцать первом веке достижения в системах управления USV и навигационных технологиях привели к появлению USV, которыми оператор может управлять дистанционно с суши или с близлежащего судна: [10] USV, которые работают с частично автономным управлением, и USV (ASV), которые работают полностью автономно. [9] Современные приложения и области исследований для USV и ASV включают коммерческое судоходство, [11] мониторинг окружающей среды и климата, картографирование морского дна , [11] [12] пассажирские паромы , [13] робототехнические исследования, [14] наблюдение, осмотр мостов и другой инфраструктуры, [15] военные и военно-морские операции. [9]
17 января 2022 года Soleil успешно завершил первое полностью автономное морское путешествие на корабле. Демонстрация была построена MHI и проводилась в сотрудничестве с Shin Nihonkai Ferry . [16] Семичасовое 240-километровое путешествие от Shinmoji на севере Кюсю до моря Иёнада позволило развить максимальную скорость в 26 узлов. [17]
В августе 2022 года судно MV Mikage компании Mitsui OSK Lines за два дня преодолело 161 морскую милю из Цуруги в Сакаи, успешно завершив первое беспилотное морское путешествие, включающее стыковку автономного прибрежного контейнеровоза , в ходе двухдневных испытаний. [18]
Разработан ряд автономных платформ (компьютерное программное обеспечение), специально разработанных для операций USV. Некоторые из них привязаны к конкретным судам, в то время как другие являются гибкими и могут применяться к различным конфигурациям корпуса, механики и электричества.
Проектирование и строительство беспилотных надводных судов (USV) — сложная и трудная задача. Необходимо проанализировать и реализовать сотни решений, касающихся целей миссии, требований к полезной нагрузке, бюджета мощности, конструкции корпуса, систем связи, а также контроля и управления движителями. Строители судов с экипажем часто полагаются на поставщиков из одного источника для движителей и приборов, чтобы помочь экипажу управлять судном. В случае беспилотного (или частично укомплектованного) судна строителю необходимо заменить элементы человеческого интерфейса на удаленный человеческий интерфейс.
Размеры беспилотных надводных судов варьируются от менее 1 метра до 20+ метров, водоизмещение — от нескольких килограммов до многих тонн, поэтому их двигательные установки охватывают широкий диапазон уровней мощности, интерфейсов и технологий.
Типы интерфейсов (в общем) в порядке размера/мощности:
Хотя многие из этих протоколов передают требования к движителю, большинство из них не возвращают никакой информации о состоянии. Обратная связь по достигнутым оборотам может поступать от тахометрических импульсов или от встроенных датчиков, которые генерируют CAN или последовательные данные. Могут быть установлены другие датчики, такие как датчики тока на электродвигателях, которые могут давать указание о поставляемой мощности. Безопасность является критически важной проблемой, особенно при высоких уровнях мощности, но даже небольшой пропеллер может привести к повреждению или травме, и система управления должна быть спроектирована с учетом этого. Это особенно важно в протоколах передачи для опционально пилотируемых судов.
Частой проблемой, с которой сталкиваются при управлении USV, является достижение плавного отклика от полного заднего хода до полного переднего хода. Экипаж судов обычно имеет фиксаторное поведение с широкой мертвой зоной вокруг положения остановки. Чтобы добиться точного управления дифференциальным рулевым управлением, система управления должна компенсировать эту мертвую зону. Двигатели внутреннего сгорания, как правило, работают через коробку передач с неизбежным резким изменением при включении коробки передач, которое система управления должна учитывать. Водометные двигатели являются исключением из этого правила, поскольку они плавно регулируются через нулевую точку. Электроприводы часто имеют похожую встроенную мертвую зону, поэтому снова система управления должна быть спроектирована так, чтобы сохранить это поведение для человека на борту, но сгладить его для автоматического управления, например, для маневрирования на низкой скорости и динамического позиционирования .
USV ценны в океанографии , так как они более маневренны, чем заякоренные или дрейфующие метеорологические буи , но гораздо дешевле, чем эквивалентные метеорологические суда и исследовательские суда , [3] [27] и более гибкие, чем коммерческие суда . [3] USV, используемые в океанографических исследованиях, как правило, питаются и приводятся в движение возобновляемыми источниками энергии. Например, волновые планеры используют энергию волн для первичного движения, [28] тогда как Saildrones используют ветер. Другие USV используют солнечную энергию для питания электродвигателей. Работающие на возобновляемых источниках энергии и постоянные, океанские USV имеют солнечные элементы для питания своей электроники. Устойчивость USV с возобновляемыми источниками энергии обычно измеряется месяцами. [29]
Еще в начале 2022 года USV в основном использовались для мониторинга окружающей среды и гидрографических исследований [3] , и прогнозировалось, что в будущем их использование, вероятно, будет расти в мониторинге и наблюдении за очень удаленными местами из-за их потенциала для многопрофильного использования. [3] Низкие эксплуатационные расходы были постоянным фактором использования USV по сравнению с судами с экипажем. [3] Другие факторы использования USV со временем изменились, включая снижение риска для людей, пространственно-временную эффективность, выносливость, точность и доступ к очень мелководью. [3]
USV, работающие на невозобновляемых источниках энергии, являются мощным инструментом для использования в коммерческой гидрографической съемке . [14] Использование небольшого USV параллельно с традиционными исследовательскими судами в качестве «умножителя силы» может удвоить охват съемки и сократить время на месте. Этот метод использовался для съемки, проведенной в Беринговом море у берегов Аляски; автономное надводное транспортное средство (ASV) ASV Global «C-Worker 5» собрало 2275 морских миль съемки, что составляет 44% от общего объема проекта. Это было первым случаем для исследовательской отрасли и привело к экономии 25 дней в море. [30] В 2020 году британское USV Maxlimer завершило беспилотную съемку 1000 квадратных километров (390 квадратных миль) морского дна в Атлантическом океане к западу от Ла-Манша. [31]
Парусный дрон — это тип беспилотного надводного транспортного средства, используемого в основном в океанах для сбора данных. [32] Парусные дроны работают на энергии ветра и солнца и несут на себе набор научных датчиков и навигационных приборов. Они могут следовать набору дистанционно заданных путевых точек. [33] Парусный дрон был изобретен Ричардом Дженкинсом , британским инженером, [34] основателем и генеральным директором Saildrone, Inc. Парусные дроны использовались учеными и исследовательскими организациями, такими как Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA), для обследования морской экосистемы, рыболовства и погоды. [35] [36] В январе 2019 года был запущен небольшой флот парусных дронов для попытки первого автономного кругосветного плавания вокруг Антарктиды. [37] Один из парусных дронов завершил миссию, пройдя 12 500 миль (20 100 км) за семь месяцев путешествия, собирая при этом подробный набор данных с помощью бортовых приборов для мониторинга окружающей среды. [38]
В августе 2019 года SD 1021 совершил самое быстрое беспилотное пересечение Атлантики, проплыв из Бермудских островов в Великобританию [39] , а в октябре он завершил обратный путь, став первым автономным транспортным средством, пересекшим Атлантику в обоих направлениях. [40] В 2019 году Вашингтонский университет и компания Saildrone начали совместное предприятие под названием The Saildrone Pacific Sentinel Experiment, в рамках которого шесть парусных дронов были размещены вдоль западного побережья Соединенных Штатов для сбора данных об атмосфере и океане. [41] [42]
Saildrone и NOAA разместили пять модифицированных судов класса «Ураган» в ключевых точках Атлантического океана перед началом сезона ураганов в июне 2021 года . В сентябре SD 1045 находился на месте, чтобы получить видео и данные изнутри урагана «Сэм» . Это было первое исследовательское судно, когда-либо попавшее в центр крупного урагана . [43] [44]
Технологи мотивированы изучать наши воды из-за растущей обеспокоенности загрязнением воды как глобальной проблемой. Доступность готовых датчиков и приборов стимулировала рост разработок недорогих транспортных средств. Новые правила и требования к мониторингу создали потребность в масштабируемых технологиях, таких как роботы для отбора проб качества воды и сбора микропластика . [45]
Военное использование беспилотных судов в виде брандеров восходит к глубокой древности.
USV использовались в военных целях еще в 1920-х годах в качестве дистанционно управляемых мишеней , после разработки 'DCB's в Первой мировой войне . Ко Второй мировой войне они также использовались в качестве минных тральщиков.
Военные применения для USV включают в себя морские цели и поиск мин, [46] а также наблюдение и разведку, ударные операции и блокирование зон или моря . [47] Различные другие приложения также изучаются. Некоторые коммерческие USV могут использовать навигацию, соответствующую COLREG . [20]
В 2016 году DARPA запустило прототип противолодочного USV под названием Sea Hunter . Турецкая фирма Aselsan произвела катера-мишени ALBATROS-T и ALBATROS-K для Военно-морских сил Турции для использования в учебных стрельбах. [48] [49] Первым вооруженным USV (AUSV) собственной разработки Турции является ULAQ , [50] разработанный Ares Shipyard , Meteksan Defence Systems и Roketsan . ULAQ вооружен 4 Roketsan Cirit и 2 UMTAS . Он успешно завершил свои первые огневые испытания 27 мая 2021 года. [51] ULAQ может быть развернут с боевых кораблей. Им можно управлять дистанционно с мобильных транспортных средств, штабов, командных центров и плавучих платформ. Он будет использоваться в таких миссиях, как разведка, наблюдение и разведка, надводная война, асимметричная война, вооруженное сопровождение, защита сил и безопасность стратегических объектов. Генеральный директор верфи Ares Shipyard заявил, что в разработке находятся совершенно разные версии ULAQ, оснащенные различным оружием. [52] Основным пользователем будут турецкие военно-морские силы.
Кроме того, военные приложения для средних беспилотных надводных судов (MUSV) включают разведку флота, наблюдение, рекогносцировку и радиоэлектронную борьбу. В августе 2020 года L3Harris Technologies получила контракт на строительство прототипа MUSV с возможностью установки до девяти судов. L3Harris заключила субподряд со Swiftships , судостроителем из Луизианы, на строительство судов водоизмещением около 500 тонн. [53] Прототип планируется завершить к концу 2022 года. Это первая программа беспилотных военно-морских платформ в этом классе судов, которая, вероятно, сыграет важную роль в поддержке стратегии распределенных морских операций [54] ВМС США. Ранее Swiftships сотрудничала с Университетом Луизианы в 2014 году для строительства класса малых USV Anaconda (AN-1), а затем класса Anaconda (AN-2). [55]
13 апреля 2022 года США отправили неуказанные «беспилотные суда береговой обороны» на Украину в ходе российского вторжения на Украину в 2022 году в рамках нового пакета мер безопасности. [56]
BBC выдвинула теорию о том, что при взрыве Крымского моста в 2022 году использовался беспилотный надводный транспорт . [57] После взрывов на этом мосту в июле 2023 года Антитеррористический комитет России заявил, что Украина использовала беспилотные надводные транспортные средства для атаки на мост. [58]
В декабре 2023 года Россия представила свой первый беспилотный летательный аппарат-камикадзе под названием «Одуванчик». Сообщается, что морской беспилотник может нести до 600 кг взрывчатки, имеет дальность полета 200 км и скорость 80 км/ч. [59]
На церемонии, состоявшейся 9 января 2024 года, TCB Marlin поступил на вооружение ВМС Турции в качестве первого вооруженного USV с бортовым номером TCB-1101 и названием Marlin SİDA. [60] [61]
Во время гражданской войны в Йемене 30 января 2017 года фрегат класса «Аль-Мадина» был атакован силами хуситов , фрегат получил попадание в корму, что привело к взрыву и пожару. Экипажу удалось потушить пожар, но два члена команды корабля погибли в результате атаки, а еще трое получили ранения. Силы хуситов заявили, что нацелились на корабль ракетой, но саудовские силы утверждают, что корабль был поражен тремя «катерами-самоубийцами». [62] [63]
29 октября 2022 года во время российского вторжения на Украину украинские вооруженные силы совершили многократную атаку USV на российские военные корабли на Севастопольской военно-морской базе . По данным Министерства обороны России , в атаке участвовало семь USV при поддержке восьми БПЛА . [64] Naval News сообщило, что незначительный ущерб был нанесен обоим из двух военных кораблей, которые были поражены небольшими USV, российским фрегатом и тральщиком. Однако военный эффект атаки на защищенную гавань Севастополя превысил прямой ущерб, поскольку это привело к тому, что российский флот перешел в защитный режим, «по сути, заперев их в порту. ... Были быстро добавлены новые средства защиты, введены новые процедуры, и активность была гораздо ниже. Самые мощные военные корабли России в войне [к середине ноября] в основном были пришвартованы в порту». [65] Военно-морской институт США сообщил, что к декабрю 2022 года «российский флот теперь знает, что уязвим в своей главной военно-морской базе, что заставляет его отступать еще дальше в свою оболочку, усиливая оборону и снижая активность за ее пределами». [66] Вторая атака USV произошла в середине ноября в Новороссийске , также в Черном море , но гораздо дальше от оккупированной Россией территории, чем Севастополь. [67]
К январю 2023 года SpaceX ограничила лицензирование своей технологии спутниковой интернет-связи Starlink коммерческим использованием, исключив прямое военное использование в системах оружия. Ограничение ограничило одно использование конструкции USV, использованной Украиной в конце 2022 года. В то же время Россия увеличила свои возможности в небольших взрывных USV, которые использовались для тарана украинского моста 10 февраля 2023 года. К февралю новые российские возможности с USV и ограничения связи на предыдущие украинские USV могут повлиять на баланс в морской войне. По мнению Naval News, «Черное море, похоже, снова становится более дружественным к России». [68] Однако потенциал более широкого использования USV для влияния на исход конфликта не решен, поскольку как физические ограничения на существующие технологии, так и появляющиеся возможности противодействия USV могут сделать эти суда уязвимыми. [69]
4 августа 2023 года десантный корабль класса «Ропуча» « Оленегорский горняк » получил серьезные повреждения на военно-морской базе Новороссийск в Черном море после того, как в него попал украинский морской беспилотник, перевозивший 450 килограммов тротила. [70] На снимке он был запечатлен сильно накренившимся на одну сторону во время буксировки обратно в порт. [71] В тот момент на борту находилось около 100 военнослужащих. [72]
1 февраля 2024 года в заливе Донузлав после атаки украинских беспилотных катеров затонул ракетный корвет класса «Тарантул-III» «Ивановец» . [73] [74] [75]
14 февраля 2024 года десантный корабль класса «Ропуча» « Цезарь Куников » был потоплен у берегов Алупки силами украинского ГУР МО «Группа 13» с использованием беспилотного летательного аппарата MAGURA V5 . [76] [77]
В ходе военно-морской войны на Черном море во время войны России с Украиной был опробован ряд мер противодействия угрозе украинских беспилотных летательных аппаратов.
Из-за атаки беспилотников на Севастопольскую военно-морскую базу в октябре 2022 года российские силы развернули несколько ранних контрмер. Они обучили дельфинов защищать военно-морскую базу, одновременно используя различные боны или сети для предотвращения дальнейших атак. Главным ранним изменением к середине 2023 года стало использование ослепляющего камуфляжа , который, по данным Reuters , «предназначен для маскировки курса и скорости корабля в море — призван сбить с толку современных операторов дронов-смертников и спутников и помешать им легко идентифицировать важные корабли», в то время как огонь с вертолетов может использоваться для уничтожения украинских беспилотников во время атаки. [78] [79]
К декабрю 2023 года российские усилия по противодействию украинским беспилотным катерам в Черном море расширились и теперь включают: [80]
К январю 2024 года российские контрмеры стали более эффективными, и ВМС Украины указали, что некоторые наступательные тактики USV, «отработанные в 2022 и 2023 годах, не будут работать в 2024 году», и что эта военная реальность является движущей силой изменений на украинской стороне. Украина разрабатывает автономные подводные аппараты (AUV) для повышения наступательных возможностей против усовершенствованных российских USV-защит. [81]
Новая область исследований изучает, может ли распространение беспилотных надводных судов повлиять на динамику кризиса или внутривоенную эскалацию. Исследовательский отчет по этой теме от Центра военно-морского анализа предлагает семь потенциальных проблем для военного соревнования, включая случайную, преднамеренную и непреднамеренную эскалацию. [82] Хотя недавние исследования изучали влияние беспилотных воздушных систем на управление кризисами, эмпирические данные для беспилотных надводных и подводных систем слабее, поскольку эти технологии еще не получили широкого распространения. [83] Согласно статье, опубликованной Reuters , эти беспилотники производятся по цене 250 000 долларов каждый. Они используют два ударных детонатора, взятых из российских бомб. При длине 5,5 метра они имеют камеру, позволяющую человеку управлять ими, и используют водяную струю для движения с максимальной скоростью 80 километров в час и продолжительностью полета 60 часов. Учитывая их относительно низкую стоимость по сравнению с ракетами или бомбами, их можно использовать в массированной атаке. Их низкий профиль также затрудняет попадание по ним. [78]
В будущем ожидается, что многие беспилотные грузовые суда будут пересекать воды. [84] В ноябре 2021 года в Норвегии было спущено на воду первое автономное грузовое судно MV Yara Birkeland . Ожидается, что полностью электрическое судно существенно сократит потребность в поездках на грузовиках. [85]
В 2021 году первые в мире городские автономные суда Roboats были спущены на воду в каналах Амстердама , Нидерланды. Разработанные тремя институтами суда могли перевозить до пяти человек, собирать отходы , доставлять товары , контролировать окружающую среду и предоставлять «инфраструктуру по требованию». [86] [87] [ требуется обновление ]
Беспилотные надводные транспортные средства также могут помочь в выращивании морских водорослей и помочь сократить эксплуатационные расходы. [88] [89]