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無人水上車両、無人水上艦または無人水上艦（USV）[2] [3]は、通称ドローンボート、ドローン船[4]またはシードローンと呼ばれ、乗組員なしで水上で運航するボートまたは船舶です。[5] USVは、遠隔操作[6]から完全自律型水上車両（ASV）[7]まで、さまざまなレベルの自律性で運航します。
規制環境
USV の運用に関する規制環境は、技術が発展し、商業プロジェクトでより頻繁に導入されるにつれて急速に変化しています。英国海事自律水上船業界行動原則および行動規範 2020 (V4) [8]は、英国海事自律システム規制ワーキンググループ (MASRWG) によって作成され、海事英国協会を通じて発行されました。MASS 行動規範の開発に貢献した組織には、海事沿岸警備庁(MCA)、Atlas Elektronik UK Ltd、AutoNaut、Fugro、英国海運会議所、UKHO、Trinity House、Nautical Institute、National Oceanography Centre、Dynautics Limited、SEA-KIT International、Sagar Defence Engineering などがあります。[要出典]
2017年末までに、サガール ディフェンス エンジニアリングはインドで初めて USV を製造し、政府機関に供給する企業となった。[要出典]
発達
第一次世界大戦の初めには、ドイツはイギリスの軍艦を攻撃するために遠隔操作のFLボートを設計し、使用していた。第二次世界大戦の終わりには、遠隔操作のUSVがアメリカ海軍によって標的ドローンや掃海に使用された。[9] : 121 21世紀には、USV制御システムとナビゲーション技術の進歩により、オペレーターが陸上または近くの船から遠隔操作できるUSVが実現した。[10]部分的に自律制御で動作するUSVと、完全に自律的に動作するUSV（ASV）である。[9] USVとASVの現代の用途と研究分野には、商船、[11]環境と気候の監視、海底マッピング、[11] [12]旅客フェリー、[13]ロボット研究、[14]監視、橋梁やその他のインフラストラクチャの検査、[15]軍事、海軍作戦などがある。[9]
2022年1月17日、ソレイユ号は船舶による初の完全自律航海に成功した。三菱重工が建造し、新日本海フェリーの協力を得て実証が行われた。[16]九州北部の新門司から伊予灘までの7時間240キロメートルの航海では、最高速度26ノットを記録した。[17]
2022年8月、商船三井のMVみかげは敦賀から堺まで2日間かけて161海里を航行し、2日間の試験航海で自律型沿岸コンテナ船の入港を含む初の無人航海を成功させた。 [18]
USV自律プラットフォーム
USV 運用専用にカスタマイズされた自律プラットフォーム (コンピュータ ソフトウェア) が数多く開発されています。特定の船舶に結び付けられているものもあれば、柔軟性が高く、さまざまな船体、機械、電気構成に適用できるものもあります。
コンピュータ制御・操作されるUSV
無人水上艦艇 (USV) の設計と建造は複雑で困難です。ミッションの目標、積載量要件、電力予算、船体設計、通信システム、推進制御と管理に関する何百もの決定を分析し、実行する必要があります。有人船の建造者は、船員が船を制御できるように推進装置と計器を単一の供給元に頼ることがよくあります。無人 (または部分的に有人) 船の場合、建造者はヒューマン インターフェイスの要素をリモート ヒューマン インターフェイスに置き換える必要があります。
技術的な考慮事項
無人水上船のサイズは全長 1 メートル未満から 20 メートル以上までさまざまで、排水量は数キログラムから数トンに及ぶため、推進システムは幅広い出力レベル、インターフェース、テクノロジーをカバーします。
インターフェースの種類（大まかに）サイズ/電力順:
- シンプルな電動モーター用のPWM制御電子速度コントローラ
- シリアルバス、ASCIIコードコマンドを使用
- バイナリプロトコルを使用するシリアルバス
- 多くの大型船舶に見られるアナログインターフェース
- さまざまなエンジンメーカーが使用する独自のCANbusプロトコル
- 汎用エンジン制御メーカーが使用する独自のCANbusプロトコル
これらのプロトコルの多くは推進装置に要求を伝えますが、そのほとんどはステータス情報を返しません。達成された RPM のフィードバックは、タコパルスから、または CAN またはシリアルデータを生成する内蔵センサーから得られます。電気モーターの電流センサーなど、供給された電力を示すその他のセンサーが取り付けられる場合もあります。安全性は、特に高電力レベルでは重大な懸念事項ですが、小さなプロペラでも損傷や怪我を引き起こす可能性があるため、制御システムはこの点を考慮して設計する必要があります。これは、オプションで有人ボートのハンドオーバー プロトコルで特に重要です。
USV の制御で頻繁に直面する課題は、完全後進から完全前進までのスムーズな応答の実現です。有人船舶は通常、停止位置の周囲に広いデッドバンドを伴うデテント動作をします。差動操舵の正確な制御を実現するには、制御システムがこのデッドバンドを補正する必要があります。内燃機関はギアボックスを介して駆動する傾向があり、ギアボックスが作動すると必然的に突然の変化が発生するため、制御システムはこれを考慮する必要があります。ウォータージェットは例外で、ゼロ ポイントを介してスムーズに調整されます。電気駆動装置には多くの場合同様のデッドバンドが組み込まれているため、この場合も制御システムは、乗員に対してこの動作を維持しながら、低速操縦やダイナミックポジショニングなどの自動制御に対しては滑らかになるように設計する必要があります。
海洋学、水路学、環境モニタリング
USVは海洋学において貴重である。係留または漂流する気象ブイよりも機動性に優れているが、同等の気象船や研究船よりもはるかに安価であり、[3] [27] 、商用船の貢献よりも柔軟性が高いからである。[3] 海洋学研究で使用されるUSVは、再生可能エネルギー源によって駆動および推進される傾向がある。たとえば、ウェーブグライダーは波力エネルギーを主な推進力として利用し、[28]セイルドローンは風力を利用する。他のUSVは太陽エネルギーを利用して電動モーターに電力を供給している。再生可能エネルギーで駆動し持続的な海洋USVには、電子機器に電力を供給するための太陽電池が搭載されている。再生可能エネルギーで駆動するUSVの持続性は通常、数か月単位で測定される。[29]
2022年初頭の時点では、USVは主に環境モニタリングと水路測量に使用されており[3]、将来的には多分野にわたる使用が可能であることから、非常に遠隔地のモニタリングと監視での採用が拡大する可能性が高いと予測されていました。[3]乗組員を乗せた船舶と比較した場合、運用コストが低いことがUSV採用の一貫した推進力となっています。[3] USV採用の他の推進力は、人へのリスクの軽減、時空間効率、耐久性、精度、非常に浅い水域へのアクセスなど、時間の経過とともに変化しています。[3]
非再生可能エネルギーで動くUSVは、商業用水路測量に使用できる強力なツールです。[14]従来の調査船と並行して小型USVを「戦力増強装置」として使用すると、調査範囲を2倍にし、現場での時間を短縮できます。この方法は、アラスカ沖のベーリング海で実施された調査に使用されました。ASV Globalの「C-Worker 5」自律型水上車両（ASV）は、プロジェクト全体の44％にあたる2,275海里の調査を実施しました。これは調査業界では初めてのことで、海上で25日間の節約につながりました。[30] 2020年には、英国のUSV Maxlimerがイギリス海峡西側の大西洋で1,000平方キロメートル（390平方マイル）の海底の無人調査を完了しました。[31]
環境研究車両
セイルドローン
セイルドローンは、主に海洋でデータ収集のために使用される無人水上車両の一種です。[32]セイルドローンは風力と太陽光で駆動し、一連の科学センサーと航法機器を搭載しています。遠隔で指定された一連のウェイポイントをたどることができます。[33]セイルドローンは、英国のエンジニアであり、[34] Saildrone, Inc.の創設者兼CEOであるリチャード・ジェンキンスによって発明されました。セイルドローンは、海洋生態系、漁業、気象の調査に米国海洋大気庁（NOAA）などの科学者や研究機関によって使用されています。 [35] [36] 2019年1月、セイルドローンの小規模な艦隊が打ち上げられ、南極大陸の初の自律周回航海を試みました。[37]セイルドローンの1機がミッションを完了し、7か月の旅で12,500マイル（20,100 km）を移動しながら、搭載された環境モニタリング機器を使用して詳細なデータセットを収集しました。[38]
2019年8月、SD 1021はバミューダから英国まで無人による最速大西洋横断を完了し[39]、10月には復路も完了し、大西洋を双方向で横断した初の自律走行車となった。[40]ワシントン大学とセイルドローン社は2019年にセイルドローン太平洋センチネル実験と呼ばれる合弁事業を開始し、米国西海岸沿いに6機のセイルドローンを配置して大気と海洋のデータを収集した。[41] [42]
セイルドローンとNOAAは、2021年のハリケーンシーズンが6月に始まる前に、大西洋の重要な場所に5隻の改造されたハリケーン級船を配備した。9月には、SD 1045がハリケーン・サムの内部からビデオとデータを取得するために現場にいた。これは、大型ハリケーンの真っ只中に進出した初の研究船であった。[43] [44]
低コスト開発
水質汚染が世界的課題として懸念される中、技術者たちは水質を理解しようと意欲的になっている。市販のセンサーや計測機器が利用できるようになったことで、低価格の車両の開発が加速している。新たな規制や監視要件により、水質サンプル採取やマイクロプラスチック収集用のロボットなど、拡張可能な技術の必要性が高まっている。 [45]
軍事用途
火船という形の無人船の軍事利用は古代にまで遡ります。
USV は、第一次世界大戦で「DCB」が開発された後、1920 年代初頭から遠隔操作標的艇として軍事的に使用されていました。第二次世界大戦までには、掃海艇としても使用されていました。
USVの軍事用途としては、動力付き海上目標の探知や機雷掃討[46]のほか、監視・偵察、攻撃作戦、エリア拒否や海上拒否などがある。[47]その他にも様々な用途が検討されている。一部の商用USVはCOLREGs準拠のナビゲーションを利用する可能性がある。[20]
2016年にDARPAはSea Hunterと呼ばれる対潜USVのプロトタイプを発表しました。トルコの企業Aselsanは、トルコ海軍が射撃訓練で使用するためにALBATROS-TとALBATROS-Kの移動標的艇を製造しました。 [48] [49]トルコ初の国産武装USV（AUSV）はULAQで、[50] Ares Shipyard、Meteksan Defence Systems、Roketsanによって開発されました。ULAQは4つのRoketsan Ciritと2つのUMTASで武装しています。2021年5月27日に最初の発射テストを無事完了しました。[51] ULAQは戦闘艦から展開できます。移動車両、司令部、指揮センター、浮体式プラットフォームから遠隔操作できます。偵察、監視・情報収集、水上戦、非対称戦、武装護衛、部隊防護、戦略施設警備などの任務に従事します。アレス造船所のCEOは、異なる武器を搭載した非常に異なるバージョンのULAQが開発中であると述べた。[52]その主な使用者はトルコ海軍となるだろう。
さらに、中型無人水上艦（MUSV）の軍事用途には、艦隊情報収集、監視、偵察、電子戦などがある。2020年8月、L3ハリス・テクノロジーズは、最大9隻のオプションを備えたMUSVプロトタイプの建造契約を獲得した。L3ハリスは、排水量約500トンの船舶の建造をルイジアナ州に拠点を置く造船会社であるスウィフトシップスに下請け委託した。 [53]プロトタイプは2022年末までに完成する予定。これは、このクラスの船舶における初の無人海軍プラットフォームプログラムであり、米海軍の分散型海上作戦[54]戦略を支援する上で大きな役割を果たす可能性が高い。それ以前に、スウィフトシップスは2014年にルイジアナ大学と提携して、アナコンダ（AN-1）クラス、後にアナコンダ（AN-2）クラスの小型USVを建造した。[55]
2022年4月13日、米国は新たな安全保障パッケージの一環として、2022年のロシアによるウクライナ侵攻を受け、名前を明かさない「無人沿岸防衛艦」をウクライナに派遣した。 [56]
2022年のクリミア橋爆発では無人水上車両が使用されたという説がBBCによって提唱された。[57] 2023年7月にこの橋で爆発が発生した後、ロシアの対テロ委員会はウクライナが橋を攻撃するために無人水上車両を使用したと主張した。[58]
2023年12月、ロシアは「オドゥヴァンチク」と呼ばれる初の神風USVを公開した。この海上ドローンは最大600kgの爆発物を搭載でき、航続距離は200km、速度は時速80kmと報告されている。[59]
2024年1月9日に行われた式典で、TCBマーリンは船体番号TCB-1101、マーリンSİDAの名称でトルコ海軍初の武装USVとして就役した。[60] [61]
2024年、サガール・ディフェンス・エンジニアリング社は、インド海軍に対し、マタンギ自律水上艦艇による850海里の自律航行を実演した。自律航行はムンバイから始まり、トゥートゥクディで終了した。この実演は、インド海軍のスワヴァランバン2024自立技術コンテストの一環であり、さまざまな軍事用途の自律船の開発を可能にするものであった。[62]これらの船は12.7mm SRCG砲を装備しており、50ノット以上の速度で昼夜を問わずパトロールすることができる。インド海軍はこのような自律船12隻を取得し、パンゴン湖のパトロールにも使用する予定である。[63]
戦闘で初めて使用される可能性あり
イエメン内戦中の2017年1月30日、アル・マディーナ級フリゲート艦がフーシ派の攻撃を受け、艦尾を被弾して爆発と火災が発生した。乗組員は火を消し止めることができたが、攻撃により乗組員2名が死亡、3名が負傷した。フーシ派は同艦をミサイルで狙ったと主張したが、サウジアラビア軍は同艦が3隻の「自爆艇」に襲われたと主張している。[64] [65]
戦闘でのさらなる使用
2022年10月29日、ロシアのウクライナ侵攻の最中、ウクライナ軍はセヴァストポリ海軍基地でロシア海軍艦艇に対し複数のUSVによる攻撃を行った。ロシア国防省によると、この攻撃には7機のUSVが関与し、8機のUAVが支援した。[66] Naval Newsは、小型USV、ロシアのフリゲート艦、掃海艇のいずれにもほとんど被害はなかったと報じた。しかし、セヴァストポリの防護港に対する攻撃の軍事的影響は直接的な被害を上回った。ロシア海軍が防御モードに入り、「基本的に艦艇を港内に閉じ込めた。…新たな防御がすぐに追加され、新たな手順が課され、活動は大幅に減少した。戦争中のロシアの最も強力な艦艇は[11月中旬までに]ほとんどが港内に係留されていた。」[67]米海軍研究所は、2022年12月までに「ロシア海軍は主要な海軍基地が脆弱であることを認識しており、さらに退却して防衛を強化し、外部の活動を減らすことになる」と報告した。 [ 68] 2回目のUSV攻撃は11月中旬にノヴォロシースクで発生したが、これも黒海沿岸だが、セヴァストポリよりもロシア占領地からはるかに遠い場所であった。[69]
2023年1月までに、スペースXはスターリンク衛星インターネット通信技術のライセンスを、兵器システムへの直接的な軍事利用を除き、商業利用に限定した。この制限により、2022年後半にウクライナが使用したUSV設計の使用が1回に制限された。同時に、ロシアは2023年2月10日にウクライナの橋に体当たりするために使用された小型爆発性USVの能力を強化した。2月までに、USVに関するロシアの新しい能力と、以前のウクライナUSVの通信制限は、海戦のバランスに影響を与える可能性がある。Naval Newsの見解では、「黒海は再びロシアに友好的になりつつあるようだ」。[70]しかし、既存の技術に対する物理的な制約と、出現しつつある対USV能力の両方がこれらの船舶を脆弱にする可能性があるため、USVのより広範な使用が紛争の結果に影響を与える可能性は決まっていない。[71]
2023年8月4日、ロプチャ級揚陸艦オレネゴルスキー・ゴルニャクが黒海のノヴォロシースク海軍基地で、TNT火薬450キロを積んだウクライナの海上ドローンの攻撃を受け、深刻な被害を受けた。[72]港まで曳航されている最中に、大きく傾いている様子が撮影された。[73]当時、約100名の軍人が乗船していた。[74]
2024年2月1日、タラントゥルIII級ミサイルコルベット「イヴァノヴェツ」はウクライナの米艦艇の攻撃を受けてドヌズラフ湾で沈没した。 [75] [76] [77]
2024年2月14日、ロプチャ級揚陸艦ツェザル・クニコフが、ウクライナのHUR MO「グループ13」部隊のMAGURA V5 USVによってアルプカ沖で沈没した。[ 78 ] [79]
戦闘で使用される対抗手段
ロシアのウクライナ戦争中の黒海での海戦では、ウクライナの無人ドローンの脅威に対する数々の対抗策が試みられた。
2022年10月のセヴァストポリ海軍基地へのドローン攻撃を受けて、ロシア軍はいくつかの早期対抗策を展開した。彼らは海軍基地を守るためにイルカを訓練し、さらなる攻撃を阻止するためにさまざまなブームやネットを使用している。2023年半ばまでの主な初期変更はダズル迷彩の使用であり、ロイターによると「海上での船の方向と速度を偽装するように設計されており、自爆ドローンと衛星の現代のオペレーターを混乱させ、重要な船を簡単に識別できないようにすることを目的としている」一方、ヘリコプターからの銃撃は攻撃中にウクライナのドローンを破壊するために使用できる。[80] [81]
2023年12月までに、黒海におけるウクライナのUSVに対抗するためのロシアの取り組みは次のように拡大した。[82]
- クリミア半島では、 Mi-8ヒップやKa-27ヘリックスヘリコプターを使用し、無誘導ロケットや機関銃で攻撃してくる米艦艇と交戦するための正式な専用対ドローンヘリコプター航空部隊が編成されている。より稀に、スホーイSu-27フランカー戦闘機が使用されることもある。
- 攻撃的なUSVドローンの通信を妨害するために、電磁ノイズ対策が試みられてきた。
- 護衛艦は高価値目標の護衛に使用されている。ロシアは最近、高価値兵器輸送船やタンカーの護衛を開始した。護衛艦は通常、フリゲート艦または巡視船である。「船団は何度かUSVの標的となり、護衛艦が攻撃の矢面に立たされた。」[82]
- ロシアは、巡視船から固定目標に向けてFPVドローンを飛行させるテストを行った。2023年12月時点では、海軍戦闘での使用はまだ報告されていない。
2024年1月までにロシアの対抗手段はますます有能になり、ウクライナ海軍は、一部の攻撃用USVの「2022年と2023年に考案された戦術は2024年には機能しない」と示唆し、この軍事的現実がウクライナ側の変化を推進していると述べた。ウクライナは、ロシアのUSV防御の強化に対する攻撃能力を高めるために、自律型水中車両（AUV）を開発している。 [83]
戦略研究
新たな研究分野では、無人水上艦艇の増殖が危機のダイナミクスや戦争中の激化に影響を与えるかどうかが検討されている。海軍分析センターによるこのテーマに関する調査報告書は、偶発的、意図的、不注意によるエスカレーションなど、軍事競争における7つの潜在的な懸念を示唆している。[84]最近の研究では無人航空システムが危機管理に与える影響が検討されているが、無人水上・水中システムに関する実証的な記録は乏しい。これは、これらの技術がまだ広く採用されていないためである。[85]ロイターが発表した記事によると、これらのドローンは1機あたり25万ドルのコストで製造されている。ロシアの爆弾から採取した2つの起爆装置を使用している。全長5.5メートルで、人間が操作できるようにカメラが付いており、推進にはウォータージェットを使用し、最高時速80キロメートル、持続時間は60時間である。ミサイルや爆弾に比べてコストが比較的低いため、大量攻撃に投入することができる。また、目立たないため攻撃されにくい。[80]
貨物
将来的には、多くの無人貨物船が海域を横断することが予想されます。[86] 2021年11月、ノルウェーで初の自律型貨物船MV Yara Birkelandが進水しました。この完全電動船は、トラックによる移動の必要性を大幅に削減すると期待されています。[87]
都市船舶と小規模物流
2021年、世界初の都市型自律型船舶「ロボート」がオランダのアムステルダムの運河に配備された。3つの機関が開発したこの船舶は最大5人を乗せることができ、廃棄物の収集、商品の配送、環境の監視、「オンデマンドインフラ」の提供が可能だった。[88] [89] [更新が必要]
海藻養殖
無人水上艇は海藻養殖にも役立ち、運用コストの削減にも役立ちます。[90] [91]
参照
参考文献
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