Λαμβάνοντας UUVs πιο γρήγορα, περαιτέρω & βαθύτερα

Εικόνα 1: Η οικογένεια Riptide των συμπαγών UUVs (Φωτογραφία: Riptide)

Σχήμα 2. Επιλογή διαμόρφωσης οχήματος (Φωτογραφία: Riptide)

Σχήμα 3. Αποτελέσματα δοκιμής αποτυχίας του κύτους Micro-UUV. (Φωτογραφία: Riptide)

Εικόνα 4. Τυποποιημένο τυπωμένο 3D νάυλον (300 m) και νέο τρισδιάστατο εκτυπωμένο τιτάνιο (1500 m) 7.5 "τμήμα ουράς. (Φωτογραφία: Riptide)

Εικόνα 5: Τυπικό αλκαλικό πακέτο μπαταριών για μικρο-UUV (Φωτογραφία: Riptide)

Εικόνα 6: Ένας βαθύς οριζόντιος, προσαρμοσμένος, συμπαγής UUV (Φωτογραφία: Riptide)

Previous Next

Η τεχνολογία Micro-UUV είναι ευέλικτη
Το 2015, βετεράνοι του συμβατικού τομέα UUV θέλησαν να αλλάξουν τη δυναμική της βιομηχανίας, ιδρύοντας Riptide Autonomous Solutions. Το πρώτο προϊόν της Riptide ήταν το μικρο-UUV, ένα νέο, εξαιρετικά ευέλικτο, ανοιχτού κώδικα αυτόνομο υποθαλάσσιο όχημα που παρέχει μια υπερσύγχρονη, χαμηλού κόστους λύση ιδανική για προγραμματιστές αυτονομίας και συμπεριφοράς, συστήματα ισχύος, υποθαλάσσιους αισθητήρες και άλλα νέα ωφέλιμα φορτία. Το micro-UUV διαθέτει ανοικτές διεπαφές υλικού και λογισμικού, παρέχοντας στους χρήστες μια αξιόπιστη και ισχυρή πλατφόρμα για την προώθηση της τεχνολογικής ανάπτυξης. Ο σχεδιασμός του οχήματος είναι βελτιστοποιημένος για υψηλή απόδοση με την καλύτερη υδροδυναμική υπογραφή στην κατηγορία του. Η βάση micro-UUV έχει διάμετρο 4 7/8 ίντσες, μήκους 42 ίντσες και ζυγίζει 23 λίβρες. Το πρότυπο σύστημα βαθμολογείται σε βάθος 300 μέτρων.

Το Riptide micro-UUV ξεκίνησε μια σειρά από οχήματα, όπως η UUV με διαμέτρημα 7,5 ίντσας, φορητή (1 MP) UUV και φορητή (2 MP) UUV με διάμετρο 9,375 ιντσών, 120 λιβρών και 2 άτομα. Η βασική τεχνολογία που επιτρέπει αυτή την οικογενειακή προσέγγιση, συμπεριλαμβανομένων των προηγμένων τεχνικών κατασκευής και μηχανικής, είναι βασική για την αποστολή Riptide να παίρνει UUVs γρηγορότερα, περαιτέρω και βαθύτερα.

Βαθύτερη: Προηγμένη Βιομηχανία
Το μικρο-UUV αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας πολλαπλές τεχνικές κατασκευής προσθέτων. Αυτό επέτρεψε την προσιτή και γρήγορη αξιολόγηση πολλών παραμέτρων σχεδιασμού. Αυτή η γρήγορη ικανότητα παραγωγής επέτρεψε επίσης στην Riptide να πετάξει γρήγορα οχήματα παραγωγής. Αυτή η προσέγγιση δεν αφορά μόνο μοντέλα μηχανικής. Παρέχει προϊόν ικανό να αντέξει τις πιέσεις και το σκληρό περιβάλλον των λειτουργιών UUV. Η χρήση σύγχρονων τεχνικών σχεδιασμού και κατασκευής επέτρεψε επίσης την ανάπτυξη και την παράδοση πολλών μικρο-UUV διαμορφώσεων της ευέλικτης αρχιτεκτονικής του Riptide όπως φαίνεται στο σχήμα 2.

Όταν η Riptide ξεκίνησε το σχεδιασμό και την αναπτυξιακή προσπάθεια του πρώτου micro-UUV στα μέσα του 2015, διαπραγματεύτηκε τα υλικά του σκάφους για την ευελιξία του σχεδιασμού, την ευκολία κατασκευής, το κόστος και τις ιδιότητες των υλικών όπως η αναλογία δύναμης προς βάρος. Καθορίστηκε ένα κατώτατο όριο σχεδιασμού για το micro-UUV των 200 μέτρων (2-3 φορές το βάθος του πλησιέστερου ανταγωνισμού μικρών οχημάτων την εποχή εκείνη). Επιλέγει τις ίνες άνθρακα για το κυλινδρικό μέσο του αμαξώματος, κατασκευασμένο από ένα καλούπι ιστιοφόρου, το οποίο είναι τόσο ευέλικτο σε μήκος. Για τις υδροδυναμικές μύτες και τις ουρές, η Riptide επέλεξε το 3D τυπωμένο νάιλον, παρέχοντας μεγάλη ευελιξία στο σχήμα και προσθέτοντας θύρες ή χαρακτηριστικά τοποθέτησης για νέους αισθητήρες. Η Μοντελοποίηση Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM) πραγματοποιήθηκε με επιθυμητούς παράγοντες ασφάλειας και πρόσθετο συντηρητισμό ενσωματωμένο για παραλλαγές υλικού και κατασκευής. Μέσω της δοκιμής επικύρωσης και αστοχίας (που παρουσιάζεται στην Εικόνα 3, στη σελίδα 44), ο αρχικός σχεδιασμός καθορίστηκε ότι υπερβαίνει κατά πολύ την τιμή βάθους κατωφλίου, η οποία στη συνέχεια αυξήθηκε στα 300 μέτρα για το πρότυπο όχημα διατηρώντας παράλληλα έναν επαρκή παράγοντα ασφάλειας.

Η Riptide χρησιμοποίησε τις τελευταίες μεθόδους ταχείας κατασκευής που στηρίζονται σε μεγάλο βαθμό στην παραγωγή τρισδιάστατων εκτυπώσεων ή προσθέτων στις πρώτες παραδόσεις παραγωγής. Η Riptide προμηθεύτηκε πρόσφατα καλούπια ρητίνης έγχυσης για όλα τα τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη για το micro-UUV με επιχορήγηση κατασκευής από τη Μασαχουσέτη, αλλά διατηρεί την ικανότητα να εκτυπώνει 3D οποιοδήποτε στοιχείο για ευελιξία σχεδιασμού. Στο πλαίσιο της SBAR Φάσης II της DARPA, η Riptide δημιούργησε ένα βαθύτερο διαβαθμισμένο UUV (διάμετρος 7.5 ") με στόχο σχεδιασμού 1.500m. Η αρχική δοκιμή σφράγισης και η δοκιμή πίεσης των τμημάτων του κύτους ολοκληρώθηκαν επιτυχώς και το πρώτο από τα διάφορα οχήματα υποβλήθηκε σε πρώτη δοκιμή του αντικειμένου. Το σχήμα 4 δείχνει την πρότυπη ουρά ενότητα σε σχέση με το πρώτο τμήμα του τιτανίου 3D που έχει τυπωθεί με το τιτάνιο. Ο όγκος μειώθηκε για λόγους κόστους. Με τον συνδυασμό της εκτύπωσης 3-D και των παραδοσιακών καλουπιών, καθώς και των νέων σχεδίων, η Riptide εκπληρώνει την υπόσχεσή της να λάβει βαθύτερα συμπαγή UUV.

Περαιτέρω: Διαχείριση ενέργειας και ενέργειας
Το micro-UUV σχεδιάστηκε για χαμηλή εφοδιαστική. Η βασική διαμόρφωση χρησιμοποιεί 144 αλκαλικές μπαταρίες AA ακριβώς όπως ένα τηλεχειριστήριο τηλεόρασης αλλά σε μεγαλύτερη ποσότητα. Μπορούν να αντικατασταθούν μέσα σε λίγα λεπτά. Η χρήση αλκαλικών μπαταριών αποφεύγει πολλούς περιορισμούς και περιορισμούς στη ναυτιλία, την ασφάλεια και την κρατική πιστοποίηση μπαταριών λιθίου, παρέχοντας παράλληλα αρκετή ενέργεια για να λειτουργούν αυτά τα αποδοτικά οχήματα για μία ή περισσότερες ημέρες, ανάλογα με την ταχύτητα λειτουργίας και την ισχύ του ωφέλιμου φορτίου. Εκτός από την ευελιξία στη ναυτιλία, η ανάπτυξη απλοποιείται δραματικά με ένα τέτοιο μικρό όχημα. Δεν χρειάζεται να βασίζεστε σε μεγάλα, ακριβά σκάφη επιφανείας. Είναι δυνατές οι επιχειρήσεις από την αποβάθρα, από τα ναυπηγεία και ακόμη και από τα πετονιές.

Συνολικά, 144 αλκαλικές μπαταρίες ΑΑ παρείχαν το αρχικό μικρο-UUV περίπου 300 Wh, το οποίο, χωρίς ωφέλιμο φορτίο, που τρέχει με μέγιστη απόδοση αποδίδει το μικρο-UUV σε ένα εύρος λίγο περισσότερο από 100 ναυτικά μίλια σε 33 ώρες. Αυτό υποτίθεται ότι έχει ταχύτητα λειτουργίας 3,0 κόμβων. Σε 0,5 κόμβους η ίδια διαμόρφωση του οχήματος θα μπορούσε να λειτουργήσει για τρεις ημέρες.

Στις αρχές του 2018, η Riptide ανακοίνωσε έναν σχεδόν συνολικό επανασχεδιασμό εσωτερικών ηλεκτρονικών με αποτέλεσμα ένα νέο μUUV MKII. Αυτό επέτρεψε μείωση κατά 60% της ισχύος φορτίου του ξενοδοχείου στα 3,8 W από τις κάρτες πρώτης γενιάς του. Επίσης, μείωσε τον αριθμό των εσωτερικών καλωδίων στο όχημα κατά 80%, απλοποιώντας το όχημα περαιτέρω. Αυτή η παραδοσιακή απόδοση που βασίζεται στην μπαταρία είναι περισσότερο από αρκετή για πολλές εφαρμογές. Αλλά μπορεί να βελτιωθεί. Το Riptide απελευθερώνει την επαναφορτιζόμενη μπαταρία λιθίου που διπλασιάζει την ενεργειακή χωρητικότητα (και αντοχή) του βασικού οχήματος. Επιπλέον, η κανονική στοίβα αλκαλικών μπαταριών σχεδιάστηκε για να φιλοξενεί χημικές διεπαφές πολλαπλών μπαταριών, συμπεριλαμβανομένων των κυττάρων λιθίου και κυττάρων νικελίου-μετάλλου-υδριδίου. Με τα λιθίου πρωτογενή κύτταρα, το πρότυπο micro-UUV μπορεί να λειτουργήσει για πάνω από μία εβδομάδα σε ταχύτητα.

Μέσω μιας αποκλειστικής συνεργασίας με την L-3-Open Water Power, το micro-UUV θα πρωτοπορήσει στη χρήση μπαταριών αλουμινίου θαλασσινού νερού. Αυτή η νέα τεχνολογία αξιοποιεί την ενέργεια μιας χημικής αντίδρασης μεταξύ θαλασσινού νερού και ειδικά ανεπτυγμένων κραμάτων αλουμινίου υψηλής καθαρότητας. Το αποτέλεσμα είναι μια εγγενώς ασφαλή λύση αποθήκευσης ενέργειας με δραματική αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας. Αυτή η τεχνολογία θα δοκιμαστεί το 2018 και αναμένεται να είναι διαθέσιμη στο εμπόριο σε Riptide UUVs το 2019.

Μέσω τόσο της βελτιστοποίησης των ηλεκτρονικών συστημάτων όσο και των νέων ενεργειακών τεχνολογιών, η Riptide λαμβάνει συμπαγή UUVs περισσότερο από ποτέ.

Ταχύτερη: Ταχύτερη παράδοση UUVs με εστίαση στο χρήστη
Τα ταχύτερα UUVs μπορούν να προτείνουν οχήματα υψηλής ταχύτητας. Ενώ αυτό είναι αλήθεια, το micro-UUV μπορεί να υπερβαίνει τους 10 κόμβους, ένα ακόμη σημαντικότερο μέτρο είναι ο χρόνος παράδοσης. Η ανοιχτή αρχιτεκτονική και η αρθρωτή σχεδίαση των UUV Riptide διασφαλίζουν ότι οι μονάδες με εστίαση στον πελάτη μπορούν να διαμορφωθούν και να παραδοθούν γρήγορα. Το αρχικό micro-UUV παρέδωσε σε αυτή την υπόσχεση με δεκάδες διαμορφώσεις που χτίστηκαν κατά το πρώτο έτος παραγωγής.

Έκτοτε, καθώς οι σειρές προϊόντων επέκτειναν την ευελιξία και η γρήγορη παράδοση επέτρεψε άλλες διακριτές διαμορφώσεις.

Ένα παράδειγμα ταχύτερης και βαθύτερης UUV είναι το βαθύ όχημα που αναπτύχθηκε για το DARPA.

Μελέτη περίπτωσης: βαθιά ακουστική UUV
Σύμφωνα με ένα πρόγραμμα SBIR, η Riptide έχει τροποποιήσει το UUV 1 MP για την υποστήριξη προγραμμάτων έρευνας ακουστικής τηλεμετρίας.

Το βαθύ UUV βαθμολογείται για βάθος 1.500 μέτρων, αλλά εξακολουθεί να έχει μόνο 7,5 ίντσες σε διάμετρο. Τα ωφέλιμα φορτία της περιλαμβάνουν CTD, ακουστικό μόντεμ και συρόμενη συστοιχία ακουστικών δεκτών. Με το κορυφαίο φορτίο ξενοδοχειακής μονάδας χαμηλού δυναμικού, αυτό το σύστημα μπορεί να προσφέρει πάνω από 48 ώρες ανθεκτικότητας για δοκιμές σε αγρούς. Σκοπός του οχήματος είναι να αποδείξει ακουστικές υποβρύχιες επικοινωνίες μεγάλης εμβέλειας, με μεσαίες ταχύτητες, για ένα κρίσιμο έργο αποστολής. Για να επιτευχθεί αυτό, ο πελάτης χρειάζεται να λειτουργεί για μεγάλες χρονικές περιόδους στο βαθύ κανάλι ήχου. Αυτά τα ύδατα, περίπου 1.000 μέτρα βάθος, είναι συνήθως μακριά από μικρότερα, πιο προσιτά UUVs. Το λογισμικό ανοιχτού κώδικα της Riptide και ο ευέλικτος μηχανικός σχεδιασμός επέτρεψαν την ταχεία ανάπτυξη αυτού του προσαρμοσμένου UUV και εξασφάλισαν ότι το ερευνητικό πρόγραμμα θα μπορούσε να εκτελεστεί όπως είχε προγραμματιστεί. Το Σχήμα 6 δείχνει αυτό το όχημα όπως παραδόθηκε.

Μελέτη περίπτωσης: Ανοικτή αρχιτεκτονική
Εκτός από την ευελιξία του υλικού, η προσέγγιση Riptide επιτρέπει επίσης την ευελιξία του λογισμικού. Εργαζόμενοι με το Draper, η Riptide συμφώνησε να εφαρμόσει την Αυτονομία Αρχιτεκτονικής Ανοιχτής Θαλάσσης (MOAA) σε όλες τις μονάδες Riptide UUV που παραδόθηκαν στην κυβέρνηση των ΗΠΑ. Ο Draper ανέπτυξε το MOAA για την κυβέρνηση των ΗΠΑ. Οι δυνατότητες του MOAA έχουν αποδειχθεί σε θαλάσσια βάση σε διάφορες κατηγορίες αυτόνομων υποθαλάσσιων οχημάτων (AUV) με εφαρμογή σε διάφορες περιοχές υποθαλάσσιων αποστολών. Το έργο αυτό αποτελεί σημαντική επένδυση, εκατομμύρια δολάρια και δεκαετίες έρευνας και ανάπτυξης.

Ο Draper ζήτησε και έλαβε έγκριση από το Ναυτικό Κέντρο Παρακολούθησης Υποβρύχιας Ναυτιλίας (NUWC) για να παρέχει MOAA ως επιλογή σε όλα τα RUUs Riptide που πωλούνται στην Κυβέρνηση των ΗΠΑ ή στην κυβέρνηση των ΗΠΑ. Αυτή θα είναι μια επιλογή χωρίς κόστος για όλα τα UIPs Riptide για τους επιλέξιμους πελάτες. Η διαθεσιμότητα του MOAA σε UIPs Riptide είναι άμεσο αποτέλεσμα της ευέλικτης και ανοιχτής αρχιτεκτονικής λογισμικού. Το MOAA προσθέτει σημαντική αξία για τους κυβερνητικούς πελάτες UUV και τα Riptide UUVs με το MOAA θα είναι διαθέσιμα για παράδοση το δεύτερο τρίμηνο του 2018.

Πιο γρήγορα πιο βαθιά
Η αγορά μη επανδρωμένων οχημάτων υπόκειται σε μια περίοδο ταχείας εξέλιξης. Οι πάροχοι κληροδοσίας έχουν αποκτηθεί από μεγάλα αμυντικά πρωταθλήματα, για να υποστηρίξουν την αύξηση των προγραμμάτων εγγραφής. Εν τω μεταξύ, τα εμπόδια στην είσοδο μειώθηκαν μέσω νέων τεχνικών κατασκευής, ηλεκτρονικών συστημάτων τελευταίας τεχνολογίας και αρχιτεκτονικών λογισμικού ανοιχτού κώδικα. Η Riptide αξιοποίησε όλες αυτές τις τάσεις για να προσφέρει μια ευέλικτη οικογένεια λύσεων. Η τεχνολογική προσέγγιση έχει εξασφαλίσει ταχύτερη παράδοση UUV που μπορεί να κυμανθεί περαιτέρω, ενώ κατάδυση βαθύτερα, από ποτέ άλλοτε, στα συμπαγή οχήματα. Με σχεδόν 100 αυτοκίνητα Riptide που έχουν παραδοθεί μέχρι σήμερα, η αγορά έχει δείξει σαφώς ότι κινούνται ταχύτερα.

(Όπως δημοσιεύθηκε στην έκδοση του Ιουνίου 2018 του Reporter για τη θαλάσσια τεχνολογία )