Αυξανόμενες προσδοκίες: Μια εις βάθος ανάλυση των υποβρύχιων οχημάτων

Boxfish AUV. Πίστωση: Boxfish Robotics

Τα υποβρύχια οχήματα έχουν εδραιώσει τη θέση τους, με τις αυτόνομες και τηλεχειριζόμενες πλατφόρμες να γίνονται βασικά επιχειρησιακά εργαλεία σε εφαρμογές ανοικτής θάλασσας, άμυνας, επιθεώρησης και συντήρησης, εξερεύνησης και θαλάσσιας επιστήμης. Καθώς η υποθαλάσσια βιομηχανία εξελίσσεται ραγδαία για να συμβαδίζει με τις παγκόσμιες τάσεις, αναδύονται πολλά καθοριστικά θέματα μεταξύ των κορυφαίων εταιρειών οχημάτων - πολλαπλή χρήση, χρηστικότητα, ορατότητα, αντοχή και, όπως ήταν αναμενόμενο, αυτονομία.

Πολλαπλής χρήσης

Καθώς τα υποβρύχια οχήματα αναλαμβάνουν περισσότερες ευθύνες, υπάρχει μια αισθητή μετατόπιση από τα αυτόνομα, μονοκατευθυνόμενα οχήματα υπέρ των στόλων αυτόνομων πλατφορμών, που μπορούν να αναπτυχθούν στην επιφάνεια, στον αέρα και κάτω από τα κύματα.

«Το πιο συνηθισμένο θέμα που βλέπουμε είναι η δυνατότητα λειτουργίας σε αυτόνομες ομάδες πολλαπλών οχημάτων με άλλες πλατφόρμες», δήλωσε ο Terry Sloane, ιδρυτής, ιδιοκτήτης και διευθύνων σύμβουλος της Planet Ocean και της ecoSUB Robotics, ενός λειτουργικού τμήματος της Plant Ocean. Η ecoSUB επέδειξε έναν στόλο πολλαπλών χρήσεων στο έργο SoAR (Ομάδες Προσαρμοστικών Ρομπότ) 2021-2023, το οποίο συντόνισε μια αποστολή έρευνας και εξερεύνησης μεγάλης κλίμακας που σχεδιάστηκε, παρακολουθήθηκε και προσαρμόστηκε σε πραγματικό χρόνο από μια έξυπνη «Μηχανή Αυτονομίας». Ο στόλος SoAR αποτελούνταν από τα Αυτόνομα Υποβρύχια Οχήματα (AUV) της ecoSUB, την πλατφόρμα Auto-Hover 1 του Εθνικού Κέντρου Ωκεανογραφίας με δυνατότητα αιώρησης και το «Decibel» του μη επανδρωμένου οχήματος επιφανείας (USV) REAV-60 της Sonardyne.

ecoSUB AUV. Τιμή: ecoSUB

Ο Duane Fotheringham, πρόεδρος του ομίλου Unmanned Systems στο τμήμα Mission Technologies της HII, σημείωσε ότι η κλίμακα των υποβρυχίων οχημάτων αυξάνεται. «Οι πελάτες απομακρύνονται από την αγορά ενός ή δύο οχημάτων για πειραματισμό και στρέφονται προς ποσότητες σε επίπεδο στόλου. Αυτή η μετατόπιση σηματοδοτεί ότι τα μη επανδρωμένα υποθαλάσσια συστήματα μεταβαίνουν από τις δοκιμές σε βιώσιμη, επιχειρησιακή χρήση με πραγματικές προσδοκίες εκπαίδευσης, εφοδιαστικής και κύκλου ζωής».

Χρηστικότητα

Η εμπειρία χρήστη έχει τεράστια βαρύτητα για τους πελάτες που αγοράζουν υποβρύχια οχήματα. Τα συστήματα πρέπει να είναι αποτελεσματικά, προσαρμόσιμα και τελικά χρήσιμα για την επιθυμητή εργασία.

«Οι πελάτες επιθυμούν συστήματα που μπορούν να διαχειριστούν την αβεβαιότητα, να λειτουργούν με περιορισμένες επικοινωνίες και να ενσωματώνονται ομαλά σε ευρύτερες ναυτικές δυνάμεις που περιλαμβάνουν επανδρωμένα πλοία, αεροσκάφη και άλλες μη επανδρωμένες πλατφόρμες», δήλωσε ο Fotheringham. «Επίσης, αναζητούν μειωμένο φόρτο για τους χειριστές».

«Βλέπουμε επίσης ισχυρή ζήτηση για μικρότερες, πιο φορητές πλατφόρμες που δεν απαιτούν μεγάλα σκάφη ή πολύπλοκη εφοδιαστική για την ανάπτυξή τους», δήλωσε η Vera Bronza, διευθύντρια πωλήσεων και μάρκετινγκ στην Boxfish Robotics. Ο ακριβής συγχρονισμός δεδομένων είναι επίσης πολύ σημαντικός, πρόσθεσε, καθώς τα AUV της εταιρείας μπορούν να συγχρονίσουν δεδομένα από όλους τους αισθητήρες, την πλοήγηση και την απεικόνιση.

«Πέρα από αυτό, οι πελάτες ενδιαφέρονται πολύ για την αποτελεσματικότητα και τη χρηστικότητα: πόσο γρήγορα μπορεί να ρυθμιστεί το σύστημα, πόσα άτομα χρειάζονται για τη λειτουργία του και πόσα χρήσιμα δεδομένα μπορούν να συλλεχθούν σε μία μόνο ανάπτυξη. Η ευελιξία είναι επίσης σημαντική, ώστε τα συστήματα να μπορούν να εξελίσσονται καθώς αλλάζουν οι απαιτήσεις του έργου.»

Η ευελιξία είναι ένα ευρέως αναγνωρισμένο στοιχείο για την VideoRay, η οποία δίνει προτεραιότητα στα αρθρωτά οχήματα. «Οι πελάτες θέλουν τα πάντα. Θέλουν τα οχήματα να είναι μικροσκοπικά και φορητά, αλλά και εξαιρετικά ισχυρά και να μπορούν να μεταφέρουν τεράστια ωφέλιμα φορτία. Εκεί είναι που η αρθρωτή τεχνολογία είναι καταπληκτική, επειδή μπορούμε να την προσαρμόσουμε σε μεγαλύτερο βαθμό», δήλωσε ο Marcus Kolb, επικεφαλής τεχνολογίας στην VideoRay, μια εταιρεία AV. Το νεότερο σκάφος τους, το Mission Specialist Wraith, βασίζεται στον προκάτοχό του, Mission Specialist Ally, υπόσχοντας βελτιωμένη ευελιξία και αυξημένους προωθητήρες.

Ειδικός Αποστολής Wraith. Πίστωση: AeroVironment Inc/VideoRay

Ορατότητα

Ενώ τα υποβρύχια οχήματα πρέπει να είναι αποτελεσματικά και φιλικά προς τον χειριστή, πρέπει επίσης να είναι αποτελεσματικά σε αυτό που κάνουν καλύτερα—να βλέπουν ό,τι οι άνθρωποι δεν μπορούν. Η υψηλής ποιότητας απεικόνιση βρίσκεται πάντα στην κορυφή της λίστας των πελατών, τόνισε ο Μπρόνζα. «Η αξιόπιστη πλοήγηση και ο εντοπισμός θέσης είναι επίσης κρίσιμοι παράγοντες, ειδικά για έρευνες που πρέπει να επαναλαμβάνονται με την πάροδο του χρόνου».

Η απεικόνιση υψηλότερης ποιότητας υποδηλώνει επίσης μια στροφή προς αυξημένα εργαλεία και αισθητήρες για ορατότητα και οπτικοποίηση δεδομένων. «Παρατηρούμε επίσης ένα ενδιαφέρον για τη φωτογραμμετρία, όπου οι πελάτες θέλουν να δημιουργήσουν τρισδιάστατα σύννεφα σημείων υψηλής ανάλυσης ή/και «ψηφιακά δίδυμα» υποβρύχιας υποδομής για μακροπρόθεσμη παρακολούθηση», δήλωσε ο Joseph Segato, διευθυντής λογαριασμού στην Deep Trekker. «Τέλος, σε περιβάλλοντα χαμηλής ορατότητας, ένα σόναρ πολλαπλών δεσμών έχει γίνει μια μη διαπραγματεύσιμη απαίτηση λόγω περιορισμών ορατότητας».

Αντοχή

Η απόδοση και η λειτουργικότητα ενός υποβρύχιου οχήματος είναι τόσο σημαντικές όσο και η αντοχή του, με τους πελάτες σε όλους τους τομείς να επιδιώκουν μεγαλύτερες αποστολές. Ενώ αυτό δεν βασίζεται αποκλειστικά στην χωρητικότητα της μπαταρίας — η διαχείριση ενέργειας και η διαμόρφωση της αποστολής είναι επίσης παράγοντες — οι υποθαλάσσιες μπαταρίες αποτελούν τη δική τους ταχέως εμπλεκόμενη βιομηχανία, εξισορροπώντας την ενεργειακή πυκνότητα, την ασφάλεια, την αρθρωτή κατασκευή και τη συμμόρφωση με τους κανονισμούς.

Πολλές υποθαλάσσιες μπαταρίες είναι ιόντων λιθίου (Li-ION), οι οποίες προσφέρουν μια ιδανική ισορροπία μεταξύ ενεργειακής πυκνότητας, βάρους, όγκου και απόδοσης κύκλου ζωής, εξήγησε ο Sören Johannsen, διευθύνων σύμβουλος λειτουργίας και επικεφαλής μάρκετινγκ στην SubCtech. «Για τα υποβρύχια οχήματα, η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα μεταφράζεται άμεσα σε μεγαλύτερη διάρκεια ζωής αποστολής ή αυξημένη χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου. Οι μπαταρίες Li-ION παρέχουν επίσης υψηλή απόδοση, σταθερά χαρακτηριστικά εκφόρτισης και καλή επεκτασιμότητα σε διαφορετικά μεγέθη συστημάτων». Το REVOLUTION Remotely Operated Vehicle (ROV) της Deep Trekker και τα AUV και ROV της Boxfish τροφοδοτούνται όλα από Li-ION.

Τα SmartPowerBlocks της SubCtech είναι επίσης Li-ION, συνδυάζοντας έναν αρθρωτό μηχανικό σχεδιασμό με ενσωματωμένες λειτουργίες διαχείρισης, παρακολούθησης και ασφάλειας μπαταριών για υποθαλάσσιες εφαρμογές. «Η αρθρωτή τους μορφή επιτρέπει στους πελάτες να κλιμακώνουν την χωρητικότητα και την τάση χωρίς να επανασχεδιάζουν ολόκληρο το σύστημα ισχύος», δήλωσε ο Johannsen. Τα SmartPowerBlocks είναι επίσης προσαρμόσιμα, προσαρμόζοντας τη γεωμετρία, την χωρητικότητα, τα επίπεδα τάσης και τις διεπαφές της μπαταρίας ώστε να ταιριάζουν με τους συγκεκριμένους περιορισμούς του οχήματος και τις απαιτήσεις της αποστολής. «Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει βελτιστοποίηση του συντελεστή μορφής για στενούς χώρους κύτους, έννοιες πλεονασμού για εφαρμογές κρίσιμες για την ασφάλεια, προσαρμοσμένα προφίλ εκφόρτισης ή ενσωμάτωση με συστήματα επικοινωνίας και παρακολούθησης ειδικά για το όχημα. Προσαρμόζουμε επίσης λύσεις για διαφορετικά ρυθμιστικά περιβάλλοντα, είτε πρόκειται για αμυντικές πλατφόρμες, επιστημονικά οχήματα είτε για ηλεκτρικά συστήματα πετρελαίου και φυσικού αερίου, διατηρώντας παράλληλα μια κοινή, εξειδικευμένη τεχνολογική βάση».

Ανάπτυξη αντιολισθητικής μπαταρίας για πελάτη πετρελαίου και φυσικού αερίου. Πίστωση: SubCtech

Deep Trekker's REVOLUTION ROV. Πίστωση: Deep Trekker

Η πλατφόρμα μπαταριών SeaPower της Kraken Robotics βασίζεται επίσης στην τεχνολογία Li-ION, ενσωματώνοντας κυψέλες σε θύλακες και ηλεκτρονικά σε μια πολυμερική μήτρα σιλικόνης και λειτουργώντας έως και 6.000 μέτρα. Διαθέτει μια ανθεκτική στην πίεση, γλαστρωμένη αρχιτεκτονική που εξαλείφει την ανάγκη για άκαμπτα περιβλήματα πίεσης ή αντιστάθμιση λαδιού και βασίζεται σε αρθρωτό σχεδιασμό, επιτρέποντας την προσαρμογή της τάσης, του μεγέθους και της ενέργειας στις ανάγκες του έργου. «Βλέπουμε μια ισχυρή αύξηση της ζήτησης για μπαταρίες SeaPower, ιδιαίτερα για αμυντικές εφαρμογές και εξαιρετικά μεγάλα μη επανδρωμένα υποβρύχια οχήματα (XLUUV), όπου η αντοχή, η αξιοπιστία και η ασφάλεια είναι κρίσιμες για την αποστολή», δήλωσε ο Patrick Paranhos, Αντιπρόεδρος Συστημάτων Μπαταριών. «Αυτή η ανάπτυξη αντανακλά μια ευρύτερη στροφή προς υποθαλάσσιες πλατφόρμες μεγαλύτερης εμβέλειας και υψηλότερης ισχύος που λειτουργούν σε ολοένα και πιο πολύπλοκα περιβάλλοντα».

Μπαταρία SeaPower της Kraken Robotics. Πίστωση: Kraken Robotics.

REMUS UUV. Πίστωση: HII Στο HII, το μη επανδρωμένο υποβρύχιο όχημα (UUV) REMUS προσφέρει επίσης μια αρθρωτή ενεργειακή αρχιτεκτονική, επιτρέποντας στο όχημα να μεταφέρει μία, δύο ή τρεις μπαταρίες και η αντοχή να κλιμακώνεται ανάλογα με την ταχύτητα, το ωφέλιμο φορτίο και το προφίλ λειτουργίας. Ενώ οι μπαταρίες Li-ION είναι οι πιο συνηθισμένες, οι αλκαλικές μπαταρίες είναι επίσης μια επιλογή για ορισμένες εξειδικευμένες αποστολές. Τα AUV της ecoSUB είναι επίσης στάνταρ εξοπλισμένα με επαναφορτιζόμενες μπαταρίες Li-ION, αλλά μπορούν να φιλοξενήσουν και αλκαλικά στοιχεία.

Η VideoRay πήρε τις ανάγκες των μπαταριών στα χέρια της. «Παλεύαμε μεταξύ νικελίου-υδριδίου μετάλλου επειδή είναι εύκολο να μεταφερθούν, και ιόντων λιθίου, οι οποίες είναι πραγματικά δύσκολο να μεταφερθούν. Αναπτύξαμε από κοινού τις δικές μας απλώς επειδή δεν μπορούσαμε να βρούμε κανέναν άλλο που να τις έφτιαχνε», είπε ο Kolb. «Οι μπαταρίες μας, όπως όλες οι μονάδες μας, έχουν ενσωματωμένο εγκέφαλο. Έχουν έναν κόμβο που μπορεί να επικοινωνήσει για να ζητήσει πληροφορίες. Αλλά περισσότερο από αυτό, στην πραγματικότητα παράγουν ρυθμιζόμενη ισχύ στα 48 βολτ ονομαστικής τάσης, η οποία στη συνέχεια μειώνεται στην τάση αποκοπής του λιθίου».

Αυτονομία

Η αυτονομία αποτελεί ένα αυξανόμενο αίτημα, αν όχι απαίτηση, στον κλάδο των υποθαλάσσιων δοκιμών και όχι μόνο, για να καταστεί δυνατή η ταχύτερη και σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα ολοκλήρωση της εργασίας από ό,τι όταν λειτουργεί από άνθρωπο. Με απλά λόγια, περισσότερα σημεία δεδομένων μπορούν να συλλεχθούν, να υποστούν επεξεργασία και να οπτικοποιηθούν. Σε εφαρμογές ανοικτής θάλασσας, εξερεύνησης και άμυνας, τα αυτόνομα συστήματα εξαλείφουν ένα επίπεδο κινδύνου μειώνοντας τις επικίνδυνες ή ακραίες καταστάσεις. Αυτό που είναι κρίσιμο, τόνισε ο Fotheringham, είναι τα υποβρύχια οχήματα να είναι ικανά για αυτονομία πέρα από τις θαλάσσιες δοκιμές. «Η αυτονομία αναμένεται να λειτουργεί σε πραγματικές συνθήκες, όχι μόνο σε ελεγχόμενα σενάρια».

Τα υποβρύχια οχήματα εξελίσσονται από εξειδικευμένα εργαλεία σε συνηθισμένα, δικτυωμένα περιουσιακά στοιχεία, καθοδηγούμενα από τις ανάγκες του έργου και τις απαιτήσεις των πελατών. Ενώ η πολλαπλή χρήση, η χρηστικότητα, η ορατότητα, η αντοχή και η αυτονομία ξεχωρίζουν ως κοινές τάσεις για τα οχήματα επόμενης γενιάς, χρησιμεύουν επίσης ως δείκτες για τις φαινομενικά απεριόριστες δυνατότητες που υπάρχουν ακόμη.