Los vehículos submarinos no tripulados ( UUV ), también conocidos como vehículos submarinos no tripulados y drones submarinos , [1] son vehículos sumergibles que pueden operar bajo el agua sin un ocupante humano . Estos vehículos pueden dividirse en dos categorías: vehículos submarinos operados a distancia (ROUV) y vehículos submarinos autónomos (AUV). Los ROUV son controlados a distancia por un operador humano. Los AUV están automatizados y funcionan independientemente de la intervención humana directa.
Los vehículos submarinos operados a distancia (ROUV) son una subclase de UUV cuyo objetivo principal es reemplazar a los humanos en tareas submarinas debido a las difíciles condiciones submarinas. Los ROUV están diseñados para realizar misiones educativas o industriales. [2] Son controlados manualmente por un operador para realizar tareas que incluyen vigilancia y patrullaje. [2] La estructura de los ROUV los descalifica para poder operar de forma autónoma. [2] Además de una cámara, actuadores y sensores, los ROUV a menudo incluyen una "pinza" o algo para agarrar objetos. Esto puede alterar la distribución del peso del vehículo, lo que requiere asistencia manual en todo momento. A veces, los ROUV requieren asistencia adicional debido a la importancia de la tarea que se está realizando. La Marina de los EE. UU. desarrolló un sistema de recompresión de buceo de rescate submarino (SRDRS) que puede salvar hasta 16 personas hasta 2000 pies bajo el agua a la vez. [3] Un vehículo tan grande con la función principal de salvar vidas requiere que uno o más operadores estén presentes durante su misión. [3]
Los vehículos submarinos autónomos (AUV) se definen como vehículos submarinos que pueden operar sin un operador humano. [4] Los tamaños pueden variar desde unos pocos kilogramos hasta miles de kilogramos. [5] El primer AUV se creó en 1957 con el propósito de realizar investigaciones en las aguas del Ártico para el Laboratorio de Ph Aplicado de la Universidad de Washington . [6] A principios de la década de 2000, se habían desarrollado 10 AUV diferentes, como AUV impulsados por tornillo, planeadores submarinos y AUV biónicos. [6] Los primeros modelos usaban propulsores de hélice de tornillo, mientras que los modelos más recientes utilizaban control automático de flotabilidad. El primer modelo, SPURV, pesaba 484 kg, llegaba a una profundidad de 3650 metros y podía viajar hasta 5,5 horas. [6] Uno de los modelos más recientes, Deepglider, pesa 62 kg, puede llegar a una profundidad de 6000 metros y puede viajar hasta 8500 km. [6]
A partir de 1957, el primer vehículo submarino no tripulado (UUV) fue clasificado como vehículo submarino autónomo (AUV), y fue creado en los Estados Unidos para investigar las aguas del Ártico. [6] El vehículo de investigación submarina de propósito especial (SPURV), fue utilizado por la Universidad de Washington para recopilar datos oceanográficos hasta 1979, durante el cual comenzó el desarrollo del SPURV II para proporcionar un mejor rendimiento de movimiento y mejores capacidades de detección. [6]
Los científicos del Instituto de Procesos Autónomos y de Control se interesaron por los desarrollos del AUV “SCAT” que condujeron a la introducción de los UUV “L1” y “L2” en 1974. “L1” y “L2” son modelos AUV utilizados para el desarrollo posterior de la tecnología y el mapeo oceanográfico respectivamente. [6]
El desarrollo posterior del vehículo operado a distancia (ROV) dio lugar a la creación del submarino autónomo y controlado a distancia (ARCS) en 1983 por la empresa ISE Ltd. en asociación con “International Submarine Engineering”. [6] El ARCS también se clasificó como un vehículo submarino controlado a distancia (ROUV) debido a su procesador Motorola de 32 bits que permitía el control remoto que presentaba. [6] Este UUV sirvió además como plataforma de pruebas, mejorando la duración de la batería y los sistemas de navegación y comunicación, y realizó su primera inmersión en 1987. [6]
Cuando el Instituto Ruso de Problemas de Tecnología Marina introdujo el vehículo submarino autónomo solar (SAUV), fue el comienzo de misiones de exploración a largo plazo sin la necesidad de recuperar el UUV para su mantenimiento. [6] La introducción de paneles solares en los UUV comenzó con el SAUV en 1987 y se mantuvo durante la fabricación del SAUV II. [6] Los paneles solares permitieron misiones más prolongadas, con la capacidad de utilizar funciones como GPS y cargas útiles elevadas con mayor frecuencia debido a su facilidad de carga. [6]
Los avances en la duración de las baterías permitieron la creación de “planeadores” en 1995, que permitirían inmersiones de larga duración en las que los UUV permanecerían sumergidos durante semanas o incluso meses seguidos. [6]
Los UUV comienzan a ser considerados para algo más que herramientas de prueba para otras misiones submarinas debido al aumento del número de usuarios a nivel internacional. [7] También hubo un aumento en la financiación para el desarrollo de la tecnología UUV. El aumento de usuarios a nivel internacional llevó a una mayor demanda de tecnología UUV fuera de las agencias gubernamentales y comenzó la venta comercial de UUV, expandiendo el uso basado en investigación del UUV a un uso más industrial/comercial. [7]
El 16 de diciembre de 2016, un buque de guerra chino en el Mar de China Meridional se apoderó de un dron submarino que estaba siendo recuperado por el buque de reconocimiento USNS Bowditch de la Armada estadounidense . Un día después, el Ministerio de Defensa chino dijo que devolvería el dron a Estados Unidos. El Pentágono lo confirmó y dijo que el dron, utilizado para recopilar datos meteorológicos y de temperatura, no está armado. [8] El dron fue devuelto varios días después. [9]
A principios de 2023, tras el uso militar exitoso de vehículos de superficie no tripulados (USV) por parte de Ucrania en el Mar Negro en octubre y noviembre de 2022, [10] la Armada ucraniana comenzó a emplear un vehículo submarino no tripulado (UUV), un dron marítimo, llamado Toloka TLK-150 . Un pequeño submarino robótico, el TLK-150 tiene 2,5 m (8 pies 2 pulgadas) de largo, con propulsores gemelos montados en estabilizadores en forma de ala. Aunque "es más pequeño que los drones marítimos ucranianos anteriores [y con un] alcance mucho más corto y una velocidad más lenta, [debería] compensarlo siendo más sigiloso y con mayor capacidad de supervivencia". [11]
El TLK-150 está desarrollado por Brave1 , que tiene diseños para dos UUV más grandes. El TLK-400 es más largo, de 4 a 6 m (13 a 20 pies) y "tiene un cuerpo de diámetro mucho mayor, lo que implica un mayor alcance y carga útil. El TLK-1000 sería mucho más grande, de hasta 12 metros (40 pies) de longitud y con cuatro propulsores". [11]
En abril de 2024, Ucrania anunció que estaba probando un “submarino no tripulado” que puede equiparse con una ojiva, funciones de sigilo y sensores, transportar hasta 10 buzos, llevar seis torpedos o misiles y tiene una autonomía de 54 horas/1000 km, con una velocidad de hasta 50 km/h bajo el agua. [12]
En mayo de 2024, Northrop Grumman presentó un dron submarino llamado Manta Ray, desarrollado para la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ( DARPA ). Este dron, inspirado en la manta raya, se desarrolló durante cuatro años para imitar los movimientos de esta criatura oceánica. El producto está diseñado para operaciones militares de larga duración y largo alcance con una mínima intervención humana. Además, tiene la capacidad de aprovechar la energía del océano. [13] Manta Ray completó con éxito pruebas a gran escala en el mar frente a la costa del sur de California en febrero y marzo de 2024. [14] [15] Según DARPA, Manta Ray demuestra una capacidad única en su tipo para un UUV extragrande debido a su "transporte modular de campo a través, ensamblaje en el campo y posterior despliegue". [16] [17]
Aletas externas perpendiculares al marco del UUV que permiten un movimiento lineal del UUV y inmersiones más profundas y controladas. [5] Estos planeadores utilizan propulsión derivada de la flotabilidad que aumenta la duración de las inmersiones y su alcance a través del movimiento hacia arriba y hacia abajo en el océano. [5] [18]
En septiembre de 2021, investigadores de una universidad china desarrollaron un UUV con forma de manta raya con el propósito de recopilar información alrededor de las Islas Paracel . [19] Algunos UUV están diseñados para imitar las siluetas de los animales para facilitar el movimiento y evitar la detección. [19] El diseño de manta raya permite que el UUV se camufle con la vida marina y contribuye a la facilidad con la que la embarcación nada a través del agua. [19]
En mayo de 2024, Northrop Grumman presentó un dron submarino llamado Manta Ray. [13] El dron, construido para DARPA, ha estado en desarrollo desde 2020. [14] El Manta Ray representa una nueva clase de vehículos submarinos no tripulados (UUV), que se desarrollaron para realizar misiones militares de larga duración y largo alcance con la menor supervisión humana posible. La nave también es capaz de recolectar energía del océano.
Los UUV son vehículos que dependen del oxígeno y que necesitan salir a la superficie. Con el desarrollo de una unidad de propulsión que no requiere oxígeno ni hidrógeno, la capacidad de los UUV de permanecer continuamente bajo el agua aumenta drásticamente. [20]
La nueva fuente de energía para los UUV podría ser la reacción de energía libre de litio/agua, ya que produce 8530 Wh/kg. El 5% de esta energía superaría las fuentes de densidad de energía ya establecidas que se encuentran en los UUV actuales. [5] [21] La fuente de energía consumiría esencialmente el agua alrededor del UUV y la manipularía para producir energía a través de reacciones químicas que alimentarían al UUV. [5]
La Marina de los EE. UU. comenzó a utilizar UUV en la década de 1990 para detectar y desactivar minas submarinas. [22] Los UUV fueron utilizados por la Marina de los EE. UU. durante la Guerra de Irak en la década de 2010 para eliminar minas alrededor de Umm Qasr , un puerto en el sur de Irak. [22]
El ejército chino utiliza UUV principalmente para fines de recopilación de datos y reconocimiento. [23]
El 20 de diciembre de 2020, un pescador en Indonesia avistó un UUV con forma de planeador cerca de la isla Selayar en el sur de Sulawesi. [23] Las personas del ejército indonesio han categorizado el vehículo como un Sea Wing chino (Haiyi), creado con el propósito de recopilar datos que incluyen temperatura del agua, salinidad, turbidez y niveles de oxígeno que pueden ayudar a trazar rutas submarinas óptimas. [23]
Las armadas de varios países, incluidos los EE. UU., el Reino Unido, Francia, la India, Rusia y China [24], están creando actualmente vehículos no tripulados que se utilizarán en la guerra oceánica para descubrir y eliminar minas submarinas. Por ejemplo, el REMUS es un robot de un metro de largo que se utiliza para limpiar minas en una milla cuadrada en 16 horas. [25] Esto es mucho más eficiente, ya que un equipo de buzos humanos necesitaría más de 21 días para realizar la misma tarea.
Una encuesta realizada por la Corporación RAND para el ejército estadounidense analizó las misiones que podían llevar a cabo los vehículos submarinos no tripulados, entre las que se incluían inteligencia, reconocimiento , contramedidas contra minas y guerra submarina . La revisión las enumeró de la más importante a la menos importante. [26]
En noviembre de 2022, el Eurasian Times informó que la Universidad de Ingeniería de Harbin de China ha desarrollado drones transmediales " submarinos voladores " capaces de viajar tanto bajo el agua como por aire, y destacó las posibles aplicaciones militares de los vehículos. [27]
Estos ejemplos de aplicaciones se llevaron a cabo durante los ejercicios de Tecnología Naval Avanzada de 2018, en agosto en el Centro de Guerra Submarina Naval de la División Newport. El primer ejemplo de vehículos submarinos no tripulados fue exhibido por Northrop Grumman con sus sonoboyas de lanzamiento aéreo desde un avión de reconocimiento de incendios. A lo largo de la demostración, la compañía utilizó el Iver3-580 ( Northrop Grumman AUV) para mostrar la capacidad de sus vehículos para buscar minas, al mismo tiempo que mostraba su sistema de reconocimiento automático de objetivos en tiempo real. Otra empresa, Huntington Ingalls Industries , presentó su versión de un vehículo submarino no tripulado llamado Proteus. El Proteus es un vehículo submarino de modo dual desarrollado por Huntington y Battelle, la compañía durante la presentación mostró sus capacidades de vehículo submarino no tripulado al realizar una demostración de destrucción total en la guerra en el fondo del mar. Durante la demostración, el vehículo utilizó un sonar de apertura sintética que estaba conectado tanto a babor como a estribor de la nave, lo que permitió al vehículo submarino no tripulado identificar los objetivos colocados bajo el agua y finalmente eliminarlos. Ross Lindman (director de operaciones del grupo de soporte de flota de soluciones técnicas de la empresa) afirmó que "la gran importancia de esto es que ejecutamos la cadena de destrucción completa". [28] "Realizamos una versión abreviada de una misión real. No dijimos: 'Bueno, estamos haciendo esta parte y tienes que imaginar esto o aquello'. Ejecutamos todo para ilustrar una capacidad que se puede utilizar en el corto plazo". [28] La demostración final de los vehículos submarinos no tripulados fue realizada por General Dynamics , la empresa mostró su UUV multiplataforma de dominio cruzado a través de una herramienta de planificación de guerra de simulación de teatro. Mediante la utilización de esta simulación, mostraron un buque de combate litoral junto con dos vehículos submarinos no tripulados. El objetivo de este ejercicio era demostrar la velocidad de comunicación entre el operador y el UUV. James Langevin, DR.I., miembro de alto rango del subcomité sobre amenazas emergentes del Comité de Servicios Armados de la Cámara de Representantes, afirmó en relación con este ejercicio: "Lo que todo esto pretende es que el comandante de guerra pueda tomar decisiones basadas en lo que él cree que es información de alta confianza más rápido que su adversario", dijo. "Ese es el objetivo: queremos poder... dejar que tomen decisiones relacionadas con la guerra más rápido que cualquier otra persona". [28] Estos ejercicios se llevaron a cabo para mostrar las aplicaciones de los vehículos submarinos no tripulados dentro de la comunidad militar, junto con las innovaciones que cada empresa creó para adaptarse mejor a estos tipos de misiones específicas. [28]
Los UUV también se utilizaron para filmar un documental reciente de National Geographic llamado "Los oscuros secretos" del Lusitania , el transatlántico británico que los alemanes hundieron durante la Primera Guerra Mundial . [29] Para capturar imágenes de los restos, el equipo de cámara utilizó una combinación de submarinos, vehículos submarinos operados a distancia (ROUV) y trajes submarinos llamados Newtsuits. [29]
Argo , un UUV desarrollado por el Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI) , ayudó a encontrar los restos del Titanic y estaba equipado con un conjunto de cámaras de televisión para capturar vistas del barco. [30] El vehículo tenía la capacidad de capturar películas de gran angular y hacer zoom para obtener vistas cercanas de los restos. [30] Las imágenes capturadas por Argo se incluyeron en el documental de National Geographic de 1986 Secretos del Titanic que detalla una expedición dirigida por el Dr. Robber Ballard y permite a los espectadores observar más de cerca los restos del barco. [30]
Los vehículos submarinos no tripulados pueden utilizarse para la exploración e investigación de las profundidades marinas. Por ejemplo, se han utilizado vehículos operados a distancia para recoger muestras del fondo marino y medir su contenido de microplásticos [31] , para explorar la fauna y las estructuras de las profundidades marinas y descubrir nuevas especies submarinas [32] [33]
Los UUV se utilizan habitualmente en la investigación oceánica, con fines como la medición de corrientes y temperaturas, el mapeo del fondo oceánico y la detección de respiraderos hidrotermales . Los vehículos submarinos no tripulados utilizan el mapeo del fondo marino , la batimetría , cámaras digitales, sensores magnéticos e imágenes ultrasónicas.
El Instituto Oceanográfico Woods Hole emplea un vehículo llamado Sentry, que está diseñado para cartografiar el fondo del océano a profundidades de seis mil metros. El vehículo está diseñado para minimizar la resistencia al agua durante las inmersiones y utiliza sistemas de comunicación acústica para informar sobre el estado del vehículo mientras está en funcionamiento. Los vehículos submarinos no tripulados son capaces de registrar las condiciones y el terreno debajo del hielo marino, ya que el riesgo de enviar un vehículo no tripulado a formaciones de hielo inestables es mucho menor que el de un buque tripulado. Los vehículos no tripulados tipo planeador se utilizan a menudo para medir las temperaturas del océano y las intensidades de las corrientes a distintas profundidades. Su simplicidad y los costes operativos reducidos permiten desplegar más UUV con mayor frecuencia, lo que aumenta la precisión y el detalle de los informes meteorológicos oceánicos. Muchos UUV diseñados con el propósito de recoger muestras o imágenes del fondo marino son del tipo remolcado, que se arrastra mediante un cable de barco a lo largo del fondo marino o por encima de él. Los vehículos remolcados pueden seleccionarse para tareas que requieren grandes cantidades de energía y transmisión de datos, como pruebas de muestras e imágenes de alta definición, ya que su cable de remolque sirve como método de comunicación entre el controlador y la nave. En 2021, los científicos demostraron un robot blando autopropulsado de inspiración biológica para operaciones en aguas profundas que puede soportar la presión en la parte más profunda del océano en la Fosa de las Marianas . El robot cuenta con músculos y alas artificiales hechos de materiales flexibles y componentes electrónicos distribuidos dentro de su cuerpo de silicona y podría usarse para exploración y monitoreo ambiental . [34] [35] [36]
Science Direct afirma que el uso de vehículos submarinos no tripulados ha aumentado de forma constante desde que se introdujeron en la década de 1960 y que su uso más frecuente se encuentra en la investigación científica y la recopilación de datos. Oceanservice describe los vehículos operados a distancia (ROV) y los vehículos submarinos autónomos (AUV) como dos variantes de UUV, cada uno capaz de realizar las mismas tareas, siempre que la embarcación esté diseñada adecuadamente. [ cita requerida ]
Empresas como Duro AUS ofrecen UUV que pueden recopilar y transmitir datos de agua de forma remota para los gobiernos locales. [37] Duro ayuda al gobierno de la ciudad de Nueva York a recopilar datos sobre Randall's Island Park Alliance para monitorear la calidad del agua y la salud de los humedales en los ríos East y Harlem . [37] Otro proyecto que Duro está llevando a cabo es en conjunto con Bronx River Alliance para ayudar a rejuvenecer la vida silvestre del río. [37] Usando estos datos, los gobiernos estatales y locales han tomado decisiones clave con respecto a las políticas bajo el Plan de Acción Oceánica de Nueva York para océanos, ríos y estuarios adyacentes. [38]
Una de las principales preocupaciones de los vehículos submarinos no tripulados es la comunicación. La comunicación entre el piloto y el vehículo no tripulado es crucial, sin embargo, hay múltiples factores que dificultan la conexión entre ambos. Uno de los principales problemas implica la distorsión de las transmisiones bajo el agua, porque el agua puede distorsionar las transmisiones submarinas y retrasarlas, lo que puede ser un problema muy importante en una misión sensible al tiempo. Las comunicaciones suelen verse perturbadas debido al hecho de que los vehículos submarinos no tripulados utilizan ondas acústicas en lugar de las ondas electromagnéticas más convencionales . Las transmisiones de ondas acústicas suelen retrasarse entre 1 y 2 segundos, ya que se mueven más lentamente que otros tipos de ondas. Otras condiciones ambientales también pueden dificultar las comunicaciones, como la reflexión, la refracción y la absorción de la señal. Estos fenómenos submarinos en general dispersan y degradan la señal, lo que hace que los sistemas de comunicación UUV tengan bastante retraso en comparación con otras fuentes de comunicación. [39]
Un sistema de navegación popular a bordo de estos vehículos submarinos no tripulados es el posicionamiento acústico , que también enfrenta los mismos problemas que la comunicación acústica porque utilizan el mismo sistema. La Marina Real de los Países Bajos ha publicado un artículo [40] que detalla sus preocupaciones en torno a los vehículos marinos no tripulados. La Marina Real de los Países Bajos está muy preocupada por la capacidad de los UUV para evadir la detección y completar tareas que no son posibles en buques tripulados. La adaptabilidad y utilidad de los vehículos submarinos no tripulados significa que será difícil predecir y contrarrestar sus acciones futuras. [ cita requerida ] En los últimos años, proyectos como TWINBOT están desarrollando nuevas formas de comunicación entre varios AUV GIRONA500. [41]
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