Un vehículo de superficie no tripulado , buque de superficie no tripulado o buque de superficie sin tripulación (USV), [2] [3] llamado coloquialmente barco dron , barco dron [4] o dron marino, es un barco o buque que opera en la superficie del agua sin tripulación. [5] Los USV operan con varios niveles de autonomía, desde control remoto [6] hasta vehículos de superficie completamente autónomos (ASV). [7]
El entorno regulatorio para las operaciones de USV está cambiando rápidamente a medida que la tecnología se desarrolla y se implementa con mayor frecuencia en proyectos comerciales. Los Principios de conducta y código de prácticas de la industria de buques de superficie autónomos marítimos del Reino Unido 2020 (V4) [8] han sido preparados por el Grupo de trabajo regulador de sistemas autónomos marítimos del Reino Unido (MASRWG) y publicados por Maritime UK a través de la Sociedad de Industrias Marítimas. Las organizaciones que contribuyeron al desarrollo del Código de prácticas MASS incluyen a la Agencia Marítima y de Guardacostas (MCA), Atlas Elektronik UK Ltd, AutoNaut, Fugro, la Cámara Naviera del Reino Unido , UKHO , Trinity House , Nautical Institute , National Oceanography Centre , Dynautics Limited, SEA-KIT International, Sagar Defence Engineering y muchas más. [ cita requerida ]
A finales de 2017, Sagar Defence Engineering se convirtió en la primera empresa de la India en construir y suministrar USV a una organización gubernamental. [ cita requerida ]
Ya en la Primera Guerra Mundial, Alemania diseñó y utilizó lanchas FL controladas a distancia para atacar buques de guerra británicos. Al final de la Segunda Guerra Mundial , la Marina de los EE. UU. utilizó USV controlados a distancia para aplicaciones de drones objetivo y barrido de minas . [9] : 121 En el siglo XXI, los avances en los sistemas de control de USV y las tecnologías de navegación han dado como resultado USV que un operador puede controlar de forma remota desde tierra o un buque cercano: [10] USV que operan con control parcialmente autónomo y USV (ASV) que operan de forma totalmente autónoma. [9] Las aplicaciones modernas y las áreas de investigación para USV y ASV incluyen el transporte marítimo comercial, [11] el monitoreo ambiental y climático, el mapeo del fondo marino , [11] [12] los transbordadores de pasajeros , [13] la investigación robótica, [14] la vigilancia, la inspección de puentes y otras infraestructuras, [15] las operaciones militares y navales. [9]
El 17 de enero de 2022, el Soleil logró completar el primer viaje marítimo totalmente autónomo en barco. Construido por MHI , la demostración se llevó a cabo en cooperación con Shin Nihonkai Ferry . [16] El viaje de siete horas y 240 kilómetros, desde Shinmoji en el norte de Kyushu hasta el mar de Iyonada , registró una velocidad máxima de 26 nudos. [17]
En agosto de 2022, el MV Mikage de Mitsui OSK Lines navegó 161 millas náuticas durante dos días, desde Tsuruga a Sakai, completando con éxito el primer viaje marítimo sin tripulación que incluyó el atraque de un buque portacontenedores costero autónomo , en una prueba de dos días. [18]
Se han desarrollado varias plataformas de autonomía (software informático) diseñadas específicamente para operaciones con USV. Algunas están vinculadas a buques específicos, mientras que otras son flexibles y se pueden aplicar a diferentes configuraciones mecánicas, eléctricas y de casco.
El diseño y la construcción de buques de superficie sin tripulación (USV) es complejo y supone un reto. Es necesario analizar e implementar cientos de decisiones relacionadas con los objetivos de la misión, los requisitos de carga útil, el presupuesto de energía, el diseño del casco, los sistemas de comunicación y el control y la gestión de la propulsión. Los constructores de buques con tripulación suelen recurrir a proveedores únicos para la propulsión y la instrumentación que ayudan a la tripulación a controlar el buque. En el caso de un buque sin tripulación (o con tripulación parcial), el constructor debe sustituir elementos de la interfaz humana por una interfaz humana remota.
Los buques de superficie sin tripulación varían en tamaño desde menos de 1 metro de eslora total hasta más de 20 metros, con desplazamientos que van desde unos pocos kilogramos a muchas toneladas, por lo que los sistemas de propulsión cubren una amplia gama de niveles de potencia, interfaces y tecnologías.
Tipos de interfaz (en términos generales) en orden de tamaño/potencia:
Si bien muchos de estos protocolos transmiten demandas a la propulsión, la mayoría de ellos no devuelven ninguna información de estado. La retroalimentación de las RPM alcanzadas puede provenir de pulsos de tacómetro o de sensores integrados que generan datos CAN o seriales. Se pueden instalar otros sensores, como sensores de corriente en motores eléctricos, que pueden dar una indicación de la potencia entregada. La seguridad es una preocupación crítica, especialmente a niveles de alta potencia, pero incluso una hélice pequeña puede causar daños o lesiones y el sistema de control debe diseñarse teniendo esto en cuenta. Esto es particularmente importante en los protocolos de entrega para embarcaciones con tripulación opcional.
Un desafío frecuente al que se enfrenta el control de los USV es lograr una respuesta suave desde la posición de marcha atrás total hasta la posición de marcha adelante total. Los buques tripulados suelen tener un comportamiento de retención , con una amplia banda muerta alrededor de la posición de parada. Para lograr un control preciso de la dirección diferencial, el sistema de control debe compensar esta banda muerta. Los motores de combustión interna tienden a funcionar a través de una caja de cambios, con un cambio repentino inevitable cuando se activa la caja de cambios, que el sistema de control debe tener en cuenta. Los motores de chorro de agua son la excepción a esto, ya que se ajustan suavemente a través del punto cero. Los motores eléctricos a menudo tienen una banda muerta similar incorporada, por lo que nuevamente el sistema de control debe diseñarse para preservar este comportamiento para un hombre a bordo, pero suavizarlo para el control automático, por ejemplo, para maniobras a baja velocidad y posicionamiento dinámico .
Los USV son valiosos en oceanografía , ya que son más maniobrables que las boyas meteorológicas amarradas o a la deriva , pero mucho más baratos que los barcos meteorológicos y los buques de investigación equivalentes , [3] [27] y más flexibles que las contribuciones de los barcos comerciales . [3] Los USV utilizados en la investigación oceanográfica tienden a ser propulsados por fuentes de energía renovables. Por ejemplo, los planeadores de olas aprovechan la energía de las olas para la propulsión primaria, [28] mientras que los Saildrones usan el viento. Otros USV aprovechan la energía solar para alimentar motores eléctricos. Los USV oceánicos persistentes y alimentados con energía renovable tienen células solares para alimentar su electrónica. La persistencia de los USV alimentados con energía renovable generalmente se mide en meses. [29]
A principios de 2022, los USV se habían utilizado predominantemente para el monitoreo ambiental y el estudio hidrográfico [3] y se proyectaba que su uso futuro probablemente aumentaría en el monitoreo y la vigilancia de ubicaciones muy remotas debido a su potencial para un uso multidisciplinario. [3] El bajo costo operativo ha sido un impulsor constante de la adopción de USV en comparación con los buques tripulados. [3] Otros impulsores de la adopción de USV han cambiado con el tiempo, incluida la reducción del riesgo para las personas, la eficiencia espacio-temporal, la resistencia, la precisión y el acceso a aguas muy poco profundas. [3]
Los USV que funcionan con energía no renovable son una herramienta poderosa para su uso en estudios hidrográficos comerciales . [14] El uso de un USV pequeño en paralelo a los buques de investigación tradicionales como "multiplicador de fuerza" puede duplicar la cobertura de la investigación y reducir el tiempo en el sitio. Este método se utilizó para una investigación realizada en el mar de Bering, frente a Alaska; el vehículo de superficie autónomo (ASV) ASV Global "C-Worker 5" recopiló 2275 millas náuticas de investigación, el 44% del total del proyecto. Esta fue una novedad para la industria de la investigación y resultó en un ahorro de 25 días en el mar. [30] En 2020, el USV británico Maxlimer completó una investigación no tripulada de 1000 kilómetros cuadrados (390 millas cuadradas) de fondo marino en el Océano Atlántico al oeste del Canal de la Mancha. [31]
Un saildrone es un tipo de vehículo de superficie no tripulado utilizado principalmente en los océanos para la recopilación de datos. [32] Los saildrones funcionan con energía eólica y solar y llevan un conjunto de sensores científicos e instrumentos de navegación. Pueden seguir un conjunto de puntos de referencia prescritos de forma remota. [33] El saildrone fue inventado por Richard Jenkins , un ingeniero británico, [34] fundador y director ejecutivo de Saildrone, Inc. Los saildrones han sido utilizados por científicos y organizaciones de investigación como la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) para estudiar el ecosistema marino, la pesca y el clima. [35] [36] En enero de 2019, se lanzó una pequeña flota de saildrones para intentar la primera circunnavegación autónoma de la Antártida. [37] Uno de los saildrones completó la misión, recorriendo 12.500 millas (20.100 km) durante el viaje de siete meses mientras recopilaba un conjunto de datos detallados utilizando la instrumentación de monitoreo ambiental a bordo. [38]
En agosto de 2019, el SD 1021 completó la travesía atlántica no tripulada más rápida navegando desde Bermudas hasta el Reino Unido, [39] y en octubre, completó el viaje de regreso para convertirse en el primer vehículo autónomo en cruzar el Atlántico en ambas direcciones. [40] La Universidad de Washington y la empresa Saildrone comenzaron una empresa conjunta en 2019 llamada The Saildrone Pacific Sentinel Experiment, que posicionó seis saildrones a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos para recopilar datos atmosféricos y oceánicos. [41] [42]
Saildrone y la NOAA desplegaron cinco buques modificados de clase huracán en lugares clave del océano Atlántico antes del inicio en junio de la temporada de huracanes de 2021. En septiembre, SD 1045 estuvo en el lugar para obtener videos y datos del interior del huracán Sam . Fue el primer buque de investigación en aventurarse en medio de un gran huracán . [43] [44]
Los tecnólogos están motivados a comprender nuestras aguas debido a la creciente preocupación por la contaminación del agua como un problema global. La disponibilidad de sensores e instrumentos listos para usar ha estimulado el desarrollo de vehículos de bajo costo. Las nuevas regulaciones y requisitos de monitoreo han creado una necesidad de tecnologías escalables como robots para el muestreo de la calidad del agua y la recolección de microplásticos . [45]
El uso militar de barcos no tripulados en forma de buques de guerra se remonta a la antigüedad.
Los USV se utilizaron militarmente ya en la década de 1920 como blancos teledirigidos , tras el desarrollo de los "DCB" en la Primera Guerra Mundial . En la Segunda Guerra Mundial también se utilizaban como dragaminas.
Las aplicaciones militares de los USV incluyen objetivos marítimos motorizados y búsqueda de minas, [46] así como vigilancia y reconocimiento, operaciones de ataque y negación de área o negación de mar . [47] También se están explorando otras aplicaciones. Algunos USV comerciales pueden utilizar navegación compatible con COLREG . [20]
En 2016, DARPA lanzó un prototipo de USV antisubmarino llamado Sea Hunter . La empresa turca Aselsan produjo los barcos de objetivo móvil ALBATROS-T y ALBATROS-K para que las Fuerzas Navales Turcas los utilicen en ejercicios de tiro. [48] [49] El primer USV armado (AUSV) desarrollado autóctonamente por Turquía es el ULAQ , [50] desarrollado por Ares Shipyard , Meteksan Defence Systems y Roketsan . El ULAQ está armado con 4 Roketsan Cirit y 2 UMTAS . Completó su primera prueba de disparo con éxito el 27 de mayo de 2021. [51] El ULAQ se puede desplegar desde buques de combate. Se puede controlar de forma remota desde vehículos móviles, cuarteles generales, centros de mando y plataformas flotantes. Servirá en misiones como reconocimiento, vigilancia e inteligencia, guerra de superficie, guerra asimétrica, escolta armada, protección de la fuerza y seguridad de instalaciones estratégicas. El director general del Astillero Ares afirma que se están desarrollando versiones muy diferentes del ULAQ equipadas con diferentes armas. [52] Su principal usuario serán las Fuerzas Navales Turcas.
Además, las aplicaciones militares de los buques de superficie no tripulados medianos (MUSV) incluyen inteligencia de flotas, vigilancia, reconocimiento y guerra electrónica. En agosto de 2020, L3Harris Technologies recibió un contrato para construir un prototipo de MUSV, con opciones para hasta nueve buques. L3Harris subcontrató a Swiftships , un constructor naval con sede en Luisiana, para construir los buques, con un desplazamiento de aproximadamente 500 toneladas. [53] Se prevé que el prototipo esté terminado a fines de 2022. Es el primer programa de plataforma naval no tripulada en esta clase de buques, que probablemente desempeñará un papel importante en el apoyo a la estrategia de Operaciones Marítimas Distribuidas [54] de la Armada de los EE. UU. Anteriormente, Swiftships se asoció con la Universidad de Luisiana en 2014 para construir la clase Anaconda (AN-1) y más tarde la clase Anaconda (AN-2) de pequeños USV. [55]
El 13 de abril de 2022, Estados Unidos envió "buques de defensa costera no tripulados" no especificados a Ucrania en medio de la invasión rusa de Ucrania en 2022 como parte de un nuevo paquete de seguridad. [56]
La BBC presentó una teoría de que se utilizó un vehículo de superficie no tripulado en la explosión del Puente de Crimea de 2022. [ 57] Después de las explosiones en este puente en julio de 2023, el Comité Antiterrorista de Rusia afirmó que Ucrania utilizó vehículos de superficie no tripulados para atacar el puente. [58]
En diciembre de 2023, Rusia presentó su primer USV kamikaze llamado "Oduvanchik". Se informa que el dron marino puede transportar hasta 600 kg de explosivos, tiene un alcance de 200 km y una velocidad de 80 km/h. [59]
En una ceremonia celebrada el 9 de enero de 2024, el TCB Marlin entró en servicio en las Fuerzas Navales Turcas como el primer USV armado, con el número de casco TCB-1101 y el nombre Marlin SİDA. [60] [61]
Durante la guerra civil yemení, el 30 de enero de 2017, una fragata de la clase Al Madinah fue atacada por fuerzas hutíes . La fragata fue alcanzada en la popa, lo que provocó una explosión y un incendio. La tripulación pudo extinguir el fuego, pero dos miembros de la tripulación del barco murieron en el ataque, mientras que otros tres resultaron heridos. Las fuerzas hutíes afirmaron haber atacado el barco con un misil, pero las fuerzas saudíes afirman que el barco fue alcanzado por tres "barcos suicidas". [62] [63]
El 29 de octubre de 2022, durante la invasión rusa de Ucrania , las fuerzas armadas ucranianas realizaron un ataque con varios USV contra buques de guerra rusos en la Base Naval de Sebastopol . Según el Ministerio de Defensa ruso , siete USV participaron en el ataque con el apoyo de ocho UAV . [64] Naval News informó que se habían producido pocos daños en ninguno de los dos buques de guerra que fueron alcanzados por los pequeños USV, una fragata rusa y un dragaminas. Sin embargo, el efecto militar del ataque al puerto protegido de Sebastopol superó el daño directo porque llevó a la Armada rusa a entrar en modo protector, "esencialmente encerrándolos en el puerto. ... Se añadieron rápidamente nuevas defensas, se impusieron nuevos procedimientos y hubo mucha menos actividad. Los buques de guerra más poderosos de Rusia en la guerra [estaban a mediados de noviembre] en su mayoría amarrados en el puerto". [65] El Instituto Naval de Estados Unidos informó que, para diciembre de 2022, la "Armada rusa ahora sabe que es vulnerable en su base naval principal, lo que hace que se retire más hacia su caparazón, aumentando las defensas y reduciendo la actividad en el exterior". [66] Un segundo ataque USV ocurrió a mediados de noviembre en Novorossiysk , también en el Mar Negro pero mucho más lejos del territorio ocupado por Rusia que Sebastopol. [67]
En enero de 2023, SpaceX restringió la concesión de licencias para su tecnología de comunicación por satélite e Internet Starlink a usos comerciales, excluyendo el uso militar directo en sistemas de armas. La limitación restringió un uso del diseño USV utilizado por Ucrania a finales de 2022. Al mismo tiempo, Rusia aumentó sus capacidades en pequeños USV explosivos que se habían utilizado para embestir un puente ucraniano el 10 de febrero de 2023. En febrero, la nueva capacidad rusa con USV y las restricciones de comunicación en los USV ucranianos anteriores podrían afectar el equilibrio de la guerra naval. En opinión de Naval News, "el Mar Negro parece estar volviéndose más amigable con Rusia de nuevo". [68] Sin embargo, la posibilidad de un uso más amplio de USV para influir en el resultado del conflicto no está resuelta, ya que tanto las limitaciones físicas de la tecnología existente como las nuevas capacidades contra los USV pueden hacer que estos buques sean vulnerables. [69]
El 4 de agosto de 2023, el Olenegorsky Gornyak , un buque de desembarco de la clase Ropucha , resultó gravemente dañado en la base naval de Novorossiysk en el Mar Negro después de ser alcanzado por un dron marítimo ucraniano que transportaba 450 kilogramos de TNT. [70] Fue fotografiado escorándose fuertemente hacia un lado mientras era remolcado de regreso al puerto. [71] Unos 100 efectivos de servicio estaban a bordo en ese momento. [72]
El 1 de febrero de 2024, la corbeta de misiles clase Tarantul-III Ivanovets se hundió en la bahía de Donuzlav después de ser atacada por vehículos estadounidenses ucranianos. [73] [74] [75]
El 14 de febrero de 2024, el Tsezar Kunikov , un buque de desembarco de clase Ropucha , fue hundido frente a Alupka por fuerzas ucranianas del HUR MO "Grupo 13" utilizando el USV MAGURA V5 . [76] [77]
Durante la guerra naval en el Mar Negro durante la guerra rusa contra Ucrania se han probado varias contramedidas contra la amenaza de los drones no tripulados ucranianos.
Debido al ataque con drones a la Base Naval de Sebastopol en octubre de 2022, las fuerzas rusas habían desplegado varias contramedidas tempranas. Han entrenado a delfines para proteger la Base Naval, mientras utilizan varias barreras o redes para detener futuros ataques. Un cambio inicial principal a mediados de 2023 fue el uso del camuflaje deslumbrante , que según Reuters está "diseñado para disfrazar el rumbo y la velocidad de un barco en el mar; tiene como objetivo confundir a los operadores modernos de drones suicidas y satélites y evitar que identifiquen fácilmente barcos importantes", mientras que los disparos desde helicópteros se pueden utilizar para destruir drones ucranianos durante un ataque. [78] [79]
En diciembre de 2023, el esfuerzo ruso para contrarrestar los USV ucranianos en el Mar Negro se había ampliado para incluir: [80]
En enero de 2024, las contramedidas rusas se habían vuelto cada vez más eficaces y la Armada ucraniana indicó que algunas tácticas ofensivas de los USV "que se elaboraron en 2022 y 2023 no funcionarán en 2024" y que esta realidad militar estaba impulsando el cambio en el lado ucraniano. Ucrania está desarrollando vehículos submarinos autónomos (AUV) para aumentar la capacidad ofensiva contra las defensas mejoradas de los USV rusos. [81]
Un campo de investigación emergente examina si la proliferación de buques de superficie no tripulados puede afectar la dinámica de las crisis o la escalada dentro de la guerra. Un informe exploratorio sobre el tema del Centro de Análisis Navales sugiere siete posibles preocupaciones para la competencia militar, incluida la escalada accidental, deliberada e inadvertida. [82] Si bien los estudios recientes han examinado el impacto de los sistemas aéreos no tripulados en la gestión de crisis, el registro empírico para los sistemas no tripulados de superficie y subsuperficie es más delgado, ya que estas tecnologías aún no se han empleado ampliamente. [83] Según un artículo publicado por Reuters , estos drones se fabrican a un costo de $ 250,000 cada uno. Usan dos detonadores de impacto tomados de bombas rusas. Con una longitud de 5,5 metros, tienen una cámara para permitir que un humano los opere, y usan un chorro de agua para propulsión con una velocidad máxima de 80 kilómetros por hora y una autonomía de 60 horas. Dado su costo relativamente bajo, en comparación con los misiles o bombas, pueden desplegarse en un ataque masivo. Su bajo perfil también hace que sea más difícil golpearlos. [78]
En el futuro, se espera que muchos buques de carga no tripulados crucen las aguas. [84] En noviembre de 2021, se botó en Noruega el primer buque de carga autónomo, el MV Yara Birkeland . Se espera que el barco totalmente eléctrico reduzca sustancialmente la necesidad de viajes en camión. [85]
En 2021, los primeros barcos autónomos urbanos del mundo, los Roboats , se desplegaron en los canales de Ámsterdam , Países Bajos. Los barcos desarrollados por tres instituciones podrían transportar hasta cinco personas, recoger residuos , entregar mercancías , monitorear el medio ambiente y proporcionar "infraestructura a pedido". [86] [87] [ necesita actualización ]
Los vehículos de superficie no tripulados también pueden ayudar en el cultivo de algas y ayudar a reducir los costos operativos. [88] [89]
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