無人水中車両

無人水中車両（UUV ）は、無人水中車両や水中ドローンとも呼ばれ、^[1]人間の乗員なしで水中で操作できる潜水車両です。これらの車両は、遠隔操作型水中車両（ROUV）と自律型水中車両（AUV）の2つのカテゴリに分けられます。ROUVは人間のオペレーターによって遠隔操作されます。AUVは自動化されており、人間の直接入力とは独立して動作します。

遠隔操作型水中車両 (ROUV)は UUV のサブクラスであり、水中の困難な状況下での作業において人間に代わることを主な目的としています。ROUV は教育または産業のミッションを実行するように設計されています。^[2] ROUV は、監視や巡回などのタスクを実行するためにオペレーターによって手動で制御されます。^[2] ROUV の構造上、自律的に操作することはできません。^[2]カメラ、アクチュエーター、センサーに加えて、ROUV には「グリッパー」または物体をつかむための何かが含まれていることがよくあります。これにより、車両の重量配分が崩れ、常に手動による支援が必要になる場合があります。実行されるタスクの重要性により、ROUV が追加の支援を必要とする場合があります。米国海軍は、一度に最大 16 人を最大 2000 フィートの水中で救助できる潜水艦救助潜水再圧システム (SRDRS) を開発しました。^[3]人命救助を主な役割とするこのような大型車両では、ミッション中にオペレーターが立ち会う必要があります。^[3]

自律型水中車両（AUV）は、人間のオペレーターなしで操作できる水中車両と定義されます。^[4]サイズは、わずか数キログラムから数千キログラムまでの範囲です。^{[5]最初のAUVは、}ワシントン大学応用Ph研究所のために北極海での研究を行う目的で1957年に作成されました。^[6] 2000年代初頭までに、スクリュー駆動AUV、水中グライダー、バイオニックAUVなど、10種類のAUVが開発されました。^[6]最も初期のモデルはスクリュープロペラスラスタを使用していましたが、最近のモデルは自動浮力制御を利用しています。最も初期のモデルであるSPURVは、重量が484kgで、最大深度3650メートルまで潜ることができ、最大5.5時間移動できました。^[6]最新モデルの1つであるディープグライダーは、重量62kgで、水深6000メートルまで潜ることができ、最長8500kmを航行することができます。^[6]

1957年から、最初の無人水中車両（UUV）は自律型水中車両（AUV）として分類され、北極海の調査のために米国で開発されました。^[6]特殊目的水中調査車両（SPURV）は、1979年までワシントン大学で海洋データの収集に使用されていましたが、その年にSPURV IIの開発が開始され、より優れた移動性能とより優れた感知機能が提供され始めました。^[6]

自律制御プロセス研究所の科学者たちはAUV「SCAT」の開発に興味を持ち、1974年にUUV「L1」と「L2」が導入されました。「L1」と「L2」はそれぞれ技術のさらなる開発と海洋地図作成に使用されるAUVモデルです。^[6]

遠隔操作車両（ROV）のさらなる開発により、1983年にISE社が「国際潜水艦エンジニアリング」と提携して自律型遠隔操作潜水艦（ARCS）が誕生しました。^[6] ARCSは、32ビットのモトローラプロセッサを搭載し、遠隔操作が可能であったため、遠隔操作型水中車両（ROUV）としても分類されました。^[6]このUUVはテストプラットフォームとしても機能し、バッテリー寿命、ナビゲーション、通信システムが改善され、1987年に初潜水が行われました。^[6]

ロシア海洋技術問題研究所がソーラー自律型水中車両（SAUV）を導入したとき、メンテナンスのためにUUVを回収する必要のない、より長期の探査ミッションの始まりでした。^[6] UUVへのソーラーパネルの導入は1987年にSAUVから始まり、SAUV IIの製造中も維持されました。^[6]ソーラーパネルは充電が容易なため、GPSや高ペイロードなどの機能をより頻繁に使用でき、より長いミッションを可能にしました。^[6]

バッテリー寿命の進歩により、1995年に「グライダー」の開発が可能になり、UUVが数週間、あるいは数か月間も水中に留まる長期潜水が可能になりました。^[6]

UUVは、国際的なユーザー数の増加により、他の水中ミッションのテストツール以上の用途で考慮され始めています。^[7] UUV技術開発への資金も増加しました。国際的なユーザーの増加により、政府機関以外でのUUV技術の需要が増加し、UUVの商用販売が開始され、UUVの研究ベースの使用がより産業/商業ベースの使用に拡大しました。^[7]

2016年12月16日、南シナ海で中国の軍艦が、米海軍の 調査船 USNSボウディッチが回収中だった水中ドローンを拿捕した。翌日、中国国防省はドローンを米国に返還すると発表した。国防総省もこれを認め、気象や気温のデータ収集に使われていたドローンは武装していないと述べた。^[8]ドローンは数日後に返還された。^[9]

2023年初頭、 2022年10月と11月にウクライナが黒海で無人水上艇（USV）の軍事使用に成功したことを受けて、 ^[10]ウクライナ海軍は無人水中艇（UUV）、海上ドローン「トロカTLK-150」の運用を開始した。小型ロボット潜水艦TLK-150は全長2.5メートル（8フィート2インチ）で、翼のようなスタビライザーにツインスラスターが搭載されている。「これまでのウクライナの海上ドローンよりも小型で、航続距離もはるかに短く、速度も遅いが、その分ステルス性が高く、生存性も高いはずだ」^{[11] 。}

TLK-150は、2つのより大型のUUVの設計を持つBrave1によって開発されました。TLK-400は4〜6メートル（13〜20フィート）と長く、「より大きな範囲とペイロードを示唆するより大きな直径のボディを持っています。TLK-1000はさらに大きく、最大12メートル（40フィート）の長さと4つのスラスターを備えています。」^[11]

2024年4月、ウクライナは、弾頭、ステルス機能、センサーを搭載し、最大10人のダイバーを乗せ、6発の魚雷またはミサイルを搭載し、1000kmあたり54時間の航続距離と水中での最高時速50kmの「無人潜水艦」の試験を行っていると発表した。^[12]

2024年5月、ノースロップ・グラマンは国防高等研究計画局（ DARPA ）向けに開発されたマンタレイという名の水中ドローンを発表した。マンタをモデルにしたこのドローンは、この海洋生物の動きを模倣するために4年の開発期間を経た。この製品は、人間の介入を最小限に抑えた長期にわたる長距離軍事作戦向けに設計されている。さらに、海洋からエネルギーを活用する機能も備えている。^[13]マンタレイは、2024年2月と3月に南カリフォルニア沖で本格的な海上試験を無事に完了した。 ^{[14] [15]} DARPAによると、マンタレイは「国をまたぐモジュール式輸送、現場での組み立て、その後の展開」により、超大型UUVとしては初めての能力を発揮するという。^{[16] [17]}

UUVのフレームに垂直な外部フィンにより、UUVの直線的な動きと、より深く制御された潜水が可能になりました。^[5]これらのグライダーは浮力を利用した推進力を使用しており、海中での上下運動により潜水時間と範囲が広がります。^{[5] [18]}

2021年9月、中国の大学の研究者らは、西沙諸島周辺の情報収集を目的として、マンタ型のUUVを開発した。^[19]一部のUUVは、移動を容易にし、発見されないように動物のシルエットを模倣するように設計されている。^[19]マンタ型のデザインにより、UUVは海洋生物にカモフラージュすることができ、水中を泳ぎやすくなっている。^[19]

2024年5月、ノースロップ・グラマンはマンタ・レイと名付けられた水中ドローンを発表した。^[13] DARPA向けに製造されたこのドローンは、2020年から開発が進められている。^[14]マンタ・レイは、人間の監視を可能な限り少なくして、長期間、長距離の軍事任務を遂行するために開発された、新しいクラスの無人水中車両（UUV）である。この機体は、海からエネルギーを採取することもできる。

UUVは酸素に依存した乗り物であり、浮上する必要がある。酸素や水素を必要としない推進装置の開発により、UUVが継続的に水中に留まる能力は大幅に向上する。^[20]

UUVの最新の動力源は、リチウムと水の自由エネルギー反応で、8530Wh/kgのエネルギーを生み出す。このエネルギーの5%は、今日のUUVに見られる既存のエネルギー密度源を上回る。^{[5] [21]}この動力源は、基本的にUUVの周囲の水を消費し、化学反応を通じてエネルギーを生成してUUVに動力を与える。^[5]

米海軍は1990年代にUUVを水中機雷の探知と無効化に使用し始めた。^[22] UUVは2010年代のイラク戦争中に米海軍によってイラク南部の港であるウンムカスル周辺の機雷除去に使用された。^[22]

中国軍は主にデータ収集と偵察の目的でUUVを使用している。^[23]

2020年12月20日、インドネシアの漁師が南スラウェシ島のスラヤル島付近でグライダー型のUUVを発見した。 ^[23]インドネシア軍関係者は、この車両を中国の海上航空団（Haiyi）と分類しており、最適な潜水艦航路の計画に役立つ水温、塩分、濁度、酸素レベルなどのデータを収集する目的で作られたとしている。^[23]

米国、英国、フランス、インド、ロシア、中国を含む複数の国の海軍^[24]は現在、海洋戦争で海中の機雷を発見し、除去するために使用する無人車両を開発しています。たとえば、REMUSは長さ3フィートのロボットで、1平方マイルの機雷を16時間以内に除去します。^[25]これははるかに効率的です。人間のダイバーのチームが同じタスクを実行するには21日間以上かかります。

ランド研究所が米軍のために実施した調査では、無人水中機が実行できる情報収集、偵察、機雷対策、潜水艦戦などの任務を分析した。この調査では、これらを最も重要なものから最も重要でないものの順にリストアップした。^[26]

2022年11月、ユーラシアタイムズは、中国のハルビン工科大学が水中と空中の両方を移動できる中距離飛行型の「飛行潜水艦」ドローンを開発したと報じ、この車両の軍事的応用の可能性を指摘した。^[27]

これらの応用例は、8月に海軍水中戦闘センター部門ニューポートで行われた2018年先進海軍技術演習中に行われました。無人水中車両の最初の例は、ノースロップ・グラマン社が火偵察機から空中投下ソノブイとともに展示しました。デモンストレーションを通じて、同社はIver3-580（ノースロップ・グラマンAUV）を使用して、車両の機雷掃討能力を展示し、リアルタイムのターゲット自動認識システムも展示しました。別の会社、ハンティントン・インガルス・インダストリーズは、プロテウスという名前の無人水中車両のバージョンを発表しました。プロテウスはハンティントンとバテルによって開発されたデュアルモードの水中車両で、同社はプレゼンテーション中に海底戦闘での完全破壊デモンストレーションを実施して無人水中車両の機能を披露しました。デモ中、この車両は合成開口ソナーを利用しました。合成開口ソナーは船の左舷と右舷の両方に取り付けられており、これにより無人水中車両は水中に配置されたターゲットを識別し、最終的にそれらを排除することができました。ロス・リンドマン（同社の技術ソリューションの艦隊サポートグループの運用ディレクター）は、「これの大きな意義は、完全なキルチェーンを実行したことです」と述べています。 ^[28]「実際のミッションの短縮版を実行しました。『この部分を実行しますので、これを想像してください』とは言いませんでした。近い将来に使用できる機能を示すために、すべてを実行しました。」^{[28]無人水中車両の最後のデモは}ジェネラルダイナミクスによって展示され、同社は劇場シミュレーション戦争計画ツールを通じてクロスドメインマルチプラットフォームUUVを披露しました。このシミュレーションを利用して、彼らは沿岸戦闘艦と2台の無人水中車両を披露しました。この演習の目的は、オペレーターとUUV間の通信速度を実証することでした。下院軍事委員会の新たな脅威に関する小委員会の筆頭委員であるジェームズ・ランジェビン博士は、この演習について次のように述べている。「この演習の目的は、戦闘指揮官が敵よりも早く、自分が確信度の高い情報だと考える情報に基づいて決定を下せるようにすることです。それが目標です。私たちは、彼らが他の誰よりも早く戦闘関連の決定を下せるようにしたいのです。」 [ ^28]これらの演習は、軍事コミュニティにおける無人水中車両の応用と、各企業がこれらの特定のミッションタイプにより適したように作成したイノベーションを紹介するために実施されました。^[28]

UUVは、第一次世界大戦中にドイツ軍が沈めた英国の豪華客船ルシタニア号の「暗い秘密」というナショナルジオグラフィックの最近のドキュメンタリーの撮影にも使用された。^[29] 残骸の映像を撮影するために、カメラクルーは潜水艦、遠隔操作式水中ビークル（ROUV）、ニュートスーツと呼ばれる水中スーツを組み合わせて使用​​した。^[29]

ウッズホール海洋研究所（WHOI）が開発した無人探査機アルゴは、タイタニック号の残骸の発見に貢献し、船の映像を撮影するためのテレビカメラ一式を搭載していた。 [ ^{30 ]}この無人探査機は、広角フィルムを撮影し、ズームして残骸を間近に見る機能を備えていた。 [30]アルゴで撮影された映像は、1986年のナショナルジオグラフィックのドキュメンタリー「タイタニック号の秘密」に収録され、ロバー・バラード博士が率いる探検隊の詳細が紹介され、視聴者は船の残骸をより詳しく見ることができる。^[30]

無人潜水艇は深海の探査や研究に利用することができます。例えば、遠隔操作の潜水艇は海底からサンプルを採取してマイクロプラスチック含有量を測定したり、^[31]深海の動物相や構造を探査したり、新しい水中生物を発見したりするために使用されています。^{[32] [33]}

UUV は、海流や温度の測定、海底の地図作成、熱水噴出孔の検出などの目的で海洋研究によく使用されます。無人水中車両は、海底地図作成、水深測定、デジタル カメラ、磁気センサー、超音波画像化 を利用します。

ウッズホール海洋研究所は、セントリーと呼ばれる車両を採用しています。これは、6,000 メートルの深さの海底を地図化するために設計されています。この車両は、潜水中の水抵抗を最小限に抑えるように形作られており、作動中の車両の状態を報告するために音響通信システムを利用しています。無人潜水車両は、不安定な氷層に無人車両を送り込むリスクが有人船よりもはるかに低いため、海氷の下の状況と地形を記録できます。グライダー型の無人車両は、さまざまな深さの海水温と海流の強さを測定するためによく使用されます。そのシンプルさと運用コストの低さにより、より多くの UUV をより頻繁に展開でき、海洋気象レポートの精度と詳細さが向上します。海底のサンプルや画像を収集する目的で設計された多くの UUV は、海底または海上に沿って船のケーブルで引っ張られる牽引型です。牽引車両は、サンプルのテストや高解像度の画像など、大量の電力とデータ伝送を必要とするタスクに選択される場合があります。牽引ケーブルがコントローラーと船舶間の通信手段として機能するためです。 2021年、科学者たちはマリアナ海溝の海洋最深部の圧力に耐えられる、深海での活動のための生物に着想を得た自己駆動型ソフトロボットを実証した。このロボットは柔軟な素材でできた人工筋肉と翼、シリコン製の本体内に分散された電子機器を備えており、探査や環境モニタリングに使用できる可能性がある。^{[34] [35] [36]}

サイエンス ダイレクトは、無人潜水艇の使用は 1960 年代に導入されて以来一貫して増加しており、科学研究とデータ収集に最も頻繁に使用されていると主張しています。オーシャンサービスは、遠隔操作型潜水艇 (ROV) と自律型潜水艇(AUV) を UUV の 2 つのバリエーションとして説明しており、適切に設計されていれば、どちらも同じタスクを実行できます。^{[引用が必要]}

Duro AUSのような企業は、遠隔地から水データを収集し、地方自治体に送信することができるUUVを提供しています。^[37] Duroは、ニューヨーク市政府がイースト川とハーレム川の水質と湿地の健康状態を監視するために、ランドールズアイランド公園同盟周辺のデータを収集するのを支援しています。^[37] Duroが取り組んでいる別のプロジェクトは、ブロンクス川同盟と共同で川の野生生物の再生を支援することです。^[37]このデータを使用して、州政府と地方自治体は、ニューヨーク海洋行動計画に基づく近隣の海、川、河口に関する政策に関する重要な決定を下しました。^[38]

無人水中機の大きな懸念は通信である。パイロットと無人機の間の通信は重要であるが、両者の接続を妨げる要因は複数ある。大きな問題の 1 つは水中での通信の歪みである。水は水中での通信を歪ませて遅延させる可能性があり、これは時間に敏感なミッションでは非常に大きな問題となる可能性がある。通信が妨害されるのは、無人水中機が従来の電磁波ではなく音波を使用しているためである。音波の送信は通常 1～2 秒遅れるが、これは他の種類の波よりも遅いためである。反射、屈折、信号の吸収など、他の環境条件も通信を妨げる可能性がある。これらの水中現象は全体的に信号を散乱させて劣化させるため、UUV 通信システムは他の通信源と比較してかなり遅延する。^[39]

これらの無人潜水艇に搭載されている一般的なナビゲーション システムは音響測位ですが、音響通信と同じシステムを使用しているため、音響通信と同じ問題に直面しています。オランダ海軍は、無人海洋艇を取り巻く懸念を詳述した記事^[40]を発表しました。オランダ海軍は、UUV が探知を回避し、有人船では不可能なタスクを完了する能力を強く懸念しています。無人潜水艇の適応性と有用性は、将来の行動を予測して対抗することが困難であることを意味します。^[要出典] 過去数年間、TWINBOT などのプロジェクトでは、複数の GIRONA500 AUV 間の新しい通信方法を開発しています。^[41]

• 無線操縦潜水艦、無線操縦で操作する
• ケーブルを介して操作される遠隔操作型水中車両

• ロシアは、あらゆる潜水艦を模倣できるドローンを開発中と発表 - The Surrogat - Saint 2017-11-27 にWayback Machineでアーカイブ
• TWINBOTプロジェクト
• ジローナ500