무인 수중 비행체

Unmanned underwater vehicle
"UUV"는 여기서 리다이렉트 됩니다.UUV FAA LID 코드는 Sullivan Regional Airport를 참조하십시오.

때때로 수중 [1]드론으로 알려진 무인 수중 비행체는 사람이 탑승하지 않아도 물속에서 작동할 수 있는 잠수정입니다.이러한 차량은 원격 작동 수중 차량(ROUV)과 자율 수중 차량(AUV)의 두 가지 범주로 나눌 수 있다.RUV는 인간 오퍼레이터에 의해 원격으로 제어됩니다.AUV는 자동화되어 사람의 직접적인 입력과는 독립적으로 동작합니다.

분류

원격조종 수중차량

원격 작동식 수중 차량(ROUV)은 어려운 수중 환경 때문에 수중 작업을 위해 사람을 대체하는 주요 목적을 가진 UUV의 하위 클래스입니다.RUV는 교육 또는 산업 [2]임무를 수행하도록 설계되어 있습니다.감시와 [2]순찰을 포함한 작업을 수행하기 위해 운영자가 수동으로 제어한다.ROUV의 구조에 의해 자율적으로 [2]동작할 수 없게 됩니다.ROUV는 카메라, 액추에이터 및 센서 외에 물체를 잡을 수 있는 "그립퍼" 또는 무언가를 포함합니다.이로 인해 차량의 중량 분배가 흐트러질 수 있으며, 항상 수동 지원이 필요합니다.수행하는 작업의 중요성으로 인해 RUV에 추가 지원이 필요할 수 있습니다.미 해군은 한 [3]번에 최대 16명의 사람들을 물속에서 구할 수 있는 잠수함 구조 잠수 재압축 시스템(SRDRS)을 개발했다.인명 구조라는 일차적 역할을 하는 이러한 대형 차량에서는 작업자가 [3]임무를 수행하는 동안 동석해야 합니다.

자율 수중 탐사선

Autonomous Under Vehicle(AUV; 자율 수중 차량)은 사람 [4]조작자 없이 작동할 수 있는 수중 차량으로 정의된다.크기는 몇 kg에서 수천 [5]kg까지 다양합니다.최초의 AUV는 1957년 워싱턴 대학의 [6]응용 박사 연구소를 위해 북극 해역에서 연구를 수행할 목적으로 만들어졌다.2000년대 초까지 나사 구동 AUV, 수중 글라이더, 바이오닉 AUV [6]등 10개의 AUV가 개발되었습니다.초기 모델은 스크류 프로펠러 스러스터를 사용했고, 최신 모델은 자동 부력 제어를 사용했습니다.최초의 모델인 SPERV는 무게가 484kg이고, 3650m 깊이에 5.5시간 [6]동안 이동할 수 있었다.가장 최근의 모델 중 하나인 딥글라이더는 무게가 62kg이고, 6000m 깊이까지 갈 수 있으며,[6] 8500km까지 이동할 수 있다.

역사

1950년대

1957년부터, 최초의 무인 수중 비행체(UUV)는 자율 수중 비행체(AUV)로 분류되었고 북극 해역을 [6]연구하기 위해 미국에서 만들어졌다.특수 목적 수중 연구선(SPURV)은 1979년까지 워싱턴 대학에서 해양학 데이터를 수집하기 위해 사용되었으며, 이 기간 동안 SPERV II의 개발이 더 나은 이동 성능과 더 나은 감지 [6]능력을 제공하기 시작했다.

1970년대

자율제어과정연구소의 과학자들은 1974년 UUV "L1"과 "L2"의 도입을 이끈 AUV "SCAT"의 개발에 관심을 가졌다.'L1'과 'L2'는 각각 [6]기술 발전과 해양 지도 작성에 사용되는 AUV 모델이다.

1980년대

리모트 조작 차량(ROV)의 한층 더 개발에 의해, ISE 주식회사로부터 「국제 잠수함 엔지니어링」[6]과 제휴해 1983년에 자율·원격 제어 잠수함(ARCS)을 창설했다.ARCS는 [6]또한 32비트 Motorola 프로세서를 탑재하여 원격 제어를 가능하게 했기 때문에 원격 제어 수중 차량(ROUV)으로 분류되었습니다.이 UUV는 배터리 수명, 내비게이션 및 통신 시스템이 1987년에 처음으로 [6]급강하하여 테스트 플랫폼 역할을 했습니다.

1990년대

러시아 해양기술문제연구소가 태양자율 수중탐사선(SAUV)을 도입했을 때 [6]정비를 위해 UUV를 회수할 필요 없이 장기적인 탐사 임무의 시작이었다.UUV에 태양 전지판의 도입은 1987년 SAUV에서 시작되었고, SAUV [6]II를 만드는 동안 유지되었다. 태양 전지판은 [6]충전의 용이성 때문에 GPS와 높은 페이로드와 같은 기능을 더 자주 사용할 수 있는 더 긴 미션을 가능하게 했다.

배터리 수명의 진보는 1995년에 "글라이더"를 만들 수 있게 해 주거나 심지어 한 번에 몇 달 동안 [6]UUV가 물에 잠기는 장기 잠수도 가능하게 했다.

2000년대

UUV는 국제적으로 [7]사용자 수가 증가함에 따라 다른 수중 임무를 위한 테스트 도구보다 더 많이 고려되기 시작했다.UUV 기술 개발을 위한 자금도 증가했습니다.국제적인 사용자 증가로 정부 기관 이외의 UUV 기술에 대한 수요가 증가하고 UUV의 상업적 판매가 시작되어 UUV의 연구 기반 사용이 산업/상업 [7]기반 용도로 확대되었습니다.

2016년 사건

2016년 12월 16일 남중국해의 중국 군함이 미 해군 조사선 USNS 보디치가 회수하던 수중 드론을 나포했다.하루 후, 중국 국방부는 무인기를 미국에 반환할 것이라고 말했다.미 국방부는 이를 확인했으며 날씨와 기온 데이터를 수집하기 위해 사용되는 무인기는 [8]무장을 하지 않았다고 밝혔습니다.그 드론은 며칠 [9]후에 돌아왔다.

설계.

글라이더

UUV 프레임에 수직인 외부 핀으로 UUV의 선형 이동 및 보다 깊고 제어된 [5]다이빙을 가능하게 합니다.이 글라이더는 [5][10]부력에 의해 유도되는 추진력을 사용하여 바다에서 다이빙의 지속 시간과 상하 운동을 통해 그 범위를 증가시킵니다.

쥐가오리

2021년 9월 중국의 한 대학 연구진은 시샤 [11]제도 주변의 정보 수집을 목적으로 쥐가오리 모양의 UUV를 개발했다.일부 UUV는 움직임을 용이하게 하고 [11]탐지를 방지하기 위해 동물의 실루엣을 모방하도록 설계되어 있습니다.쥐가오리 디자인은 UUV가 해양 생물과 함께 위장할 수 있게 해 주며,[11] 이 배가 물 속을 헤엄치는 데 도움을 준다.

산소/수소 공기 비의존 추진

UUV는 다시 표면화해야 하는 산소에 의존하는 차량입니다.산소나 수소를 필요로 하지 않는 추진 장치가 개발됨에 따라 UUV의 지속적인 수중 체류 능력이 [12]급격히 향상된다.

리튬 및 수자원

UUV의 최신 전력 공급원은 리튬/수분의 자유 에너지 반응일 수 있습니다. 리튬/수분이 8530 Wh/kg을 생성하기 때문입니다. 이 에너지의 5%는 오늘날 UUV에서 [5][13]이미 확립된 에너지 밀도원을 능가합니다.이 전원은 기본적으로 UUV 주변의 물을 소비하고 UUV에 [5]전력을 공급하는 화학 반응을 통해 에너지를 생산하기 위해 그것을 조작할 것이다.

적용들

AUV REMUS(전면) 및 Seafox(후면)

군사의

미 해군은 1990년대에 수중 [14]기뢰를 탐지하고 무력화하기 위해 UUV를 사용하기 시작했다.UUV는 2010년대 이라크 전쟁 당시 이라크 [14]남부 항구 움 카스르 주변의 지뢰를 제거하기 위해 미 해군에 의해 사용되었다.

중국군은 UUV를 주로 데이터 수집과 정찰 [15]목적으로 사용한다.

2020년 12월 20일 인도네시아의 한 어부가 술라웨시 [15]남부의 셀라야르 섬 근처에서 글라이더 모양의 UUV를 발견했다.인도네시아 군 당국은 잠수함 [15]항로를 최적화하는 데 도움이 되는 수온, 염도, 혼탁도, 산소 농도 등의 데이터를 수집하기 위해 만들어진 이 차량을 중국해익(海),)으로 분류했다.

현재 미국, 영국, 프랑스, 러시아[16], 중국 등 여러 나라의 해군은 수중 기뢰를 발견하고 끝내기 위해 해양전에 사용될 무인기를 만들고 있다.예를 들어,[17] REMUS는 16시간 이내에 1평방마일의 지뢰를 제거하는 데 사용되는 3피트 길이의 로봇이다.이것은 인간 잠수부들로 구성된 팀이 같은 작업을 수행하는 데 21일 이상이 필요하기 때문에 훨씬 더 효율적입니다.

랜드코퍼레이션이 실시한 미군 대상 조사에서는 무인 잠수정이 수행할 수 있는 임무에 대해 정보, 정찰, 기뢰 대응, 잠수함 전투 등을 분석했다.이 리뷰는 가장 중요한 [18]것부터 가장 중요하지 않은 것까지 열거했다.

데이터 수집 및 분석 회사인 OODA Technologies는 캐나다 연안의 UUV 활용에 관심이 높다.OODA에 [19]따르면, 이 무인 탐사선은 유인 탐사선에 비해 훨씬 저렴한 비용으로 그 지역을 훨씬 더 많이 커버할 수 있다.무인 해양 비행체가 반환하는 데이터의 질 또한 전통적인 유인 [citation needed]우주선보다 훨씬 더 높다고 명시되어 있다.

실장

이 응용 사례들은 8월 해군 수중전 센터 사단 뉴포트에서 열린 제4차 첨단 해군 기술 훈련에서 이루어졌다.무인 수중 비행기의 첫 번째 예는 노스롭 그루먼에 의해 화재 정찰기의 공기 투하 소노부이와 함께 전시되었다.데모 기간 내내 이 회사는 e Iver3-580(Northrop Grumman AUV)을 사용하여 차량의 지뢰 제거 능력을 보여주는 동시에 실시간 표적 자동 인식 시스템을 표시했습니다.또 다른 회사인 Huntington Ingalls Industries는 Proteus라는 이름의 무인 수중 비행체를 선보였다.프로테우스는 헌팅턴과 바텔이 개발한 듀얼 모드 해저 차량으로 발표회에서 해저전 풀킬 시연을 통해 무인 수중차의 능력을 과시했다.시연 중에 이 차량은 인공 개구 음파 탐지기를 사용했는데, 이 음파 탐지기는 무인 수중 차량이 물 속에 있는 목표물을 식별하고 궁극적으로 제거할 수 있도록 했다.Ross Lindman(이 회사의 기술 솔루션 함대 지원 그룹의 운영 책임자)은 "이것의 가장 큰 의의는 우리가 완전한 킬 체인(kill-chain)[citation needed]을 실행했다는 것입니다."라고 말했습니다."실제 미션의 단축 버전을 실행했습니다.우리는 '음, 우리는 이 부분을 하고 있고 당신은 이것저것 상상해야 한다'라고 말하지 않았다.단기간에 [citation needed]사용할 수 있는 기능을 설명하기 위해 모든 것을 실행했습니다."General Dynamics는 무인 수중 비행체에 대한 최종 시연회를 개최했으며, 이 회사는 극장 시뮬레이션 전쟁 계획 도구를 통해 교차 도메인 멀티 플랫폼 UUV를 선보였다.그들은 이 시뮬레이션을 이용하여 연안 전투함과 두 대의 무인 수중 비행체를 보여주었다.이 훈련의 목표는 작전자와 UV 사이의 통신 속도를 보여주는 것이었다. 하원 군사위원회 신흥위협 소위원회 소속 제임스 랭그빈 D-R.I는 이 훈련과 관련하여 "이 모든 것이 전쟁 지휘관이 결정을 내릴 수 있도록 유도하는 것이다.그는 "상대방이 할 수 있는 것보다 더 빨리 높은 신뢰도를 얻을 수 있다고 생각한다"고 말했다.그것이 목표입니다.우리는 그들이 전쟁 관련 결정을 다른 누구보다 빨리 [citation needed]내릴 수 있도록 하고 싶습니다.이러한 훈련은 이러한 특정 임무 유형을 보다 [citation needed]잘 충족시키기 위해 각 회사가 개발한 혁신과 함께 군사 공동체 내에서 무인 수중 비행체의 응용을 보여주기 위해 실시되었습니다.

필름 사용

UUV는 또한 최근 내셔널 지오그래픽 다큐멘터리 영화인 루시타니아호의 "다크 시크릿"을 촬영하는데도 사용되었다.[20]사고 장면을 촬영하기 위해 카메라 제작진은 잠수함, 원격조종 수중차량(ROUV),[20] 뉴트슈트라고 불리는 수중복을 함께 사용했다.

WHOI에 의해 개발된 UUV인 아르고는 타이타닉호의 잔해를 찾는데 도움을 주었고 [21]배의 모습을 포착하기 위한 텔레비전 카메라를 갖추고 있었다.이 차량은 광각 필름을 포착하고 [21]잔해를 가까이 보기 위해 확대하는 기능을 가지고 있었다.아르고가 포착한 영상은 1986년 내셔널 지오그래픽 다큐멘터리 '타이타닉호의 비밀'에 포함되었는데, 이 다큐멘터리는 강도 발라드 박사가 이끄는 탐험대를 상세히 묘사하고 관람객들이 배의 [21]잔해를 더 자세히 볼 수 있게 해준다.

심해 탐사 및 연구

주요 기사:심해 탐사 unmanned 무인 잠수정
심해 연구에서 원격조종차량(ROV)의 작동과 사용을 설명하는 동영상.
수심 1,067미터의 ROV.

무인 수중 비행체는 심해 탐사 및 연구에 사용될 수 있다.예를 들어, 원격 조작 차량은 해저에서 샘플을 채취하여 미세 플라스틱 [22]함량을 측정하고, 심해 동물군과 구조를 탐색하고, 새로운 수중 [23][24]종을 발견하는 데 사용되었습니다.

UUV는 일반적으로 해양 연구에 사용되며, 조류 및 온도 측정, 해저 지도 작성, 열수 분출구 검출 등의 목적으로 사용됩니다.무인 잠수정은 해저 지도 제작, 수심 측정, 디지털 카메라, 자기 센서, 초음파 영상 등을 활용한다.

부분 자율형 심해 소프트 로봇을 보여주는 동영상

Woods Hole Oceanographic Institute는 Sentry라고 불리는 수심 6,000미터의 해저 지도를 만들도록 설계된 운송 수단을 사용한다.이 차량은 잠수 중 물의 저항을 최소화하도록 설계되었으며, 작동 중 차량 상태를 보고하기 위해 음향 통신 시스템을 활용했습니다.무인 잠수정은 해빙 아래 조건과 지형을 기록할 수 있는데, 무인 잠수정을 불안정한 얼음 형상으로 보낼 위험이 유인 선박보다 훨씬 낮기 때문이다.글라이더형 무인 자동차는 다양한 수심에서의 해수 온도와 전류 강도를 측정하기 위해 종종 사용된다.단순성과 운영 비용 절감으로 더 많은 UUV를 더 자주 배치하여 해양 기상 보고의 정확성과 상세도를 높일 수 있습니다.해저 샘플이나 이미지 수집을 목적으로 설계된 많은 UUV는 견인된 유형으로 해저 또는 그 이상을 따라 선박의 케이블로 끌어당긴다.견인된 차량은 견인 케이블이 컨트롤러와 항공기 간의 통신 수단 역할을 하기 때문에 샘플 테스트 및 고해상도 영상과 같이 대량의 동력 및 데이터 전송이 필요한 작업을 위해 선택할 수 있다.2021년, 과학자들은 마리아나 해구에서 해양의 가장 깊은 곳의 압력을 견딜 수 있는 심해 작업을 위한 생체 영감을 받은 자체 동력 소프트 로봇을 시연했다.이 로봇은 실리콘 몸체에 분포된 유연한 재료와 전자제품으로 만들어진 인공 근육과 날개를 특징으로 하며 탐사 및 환경 [25][26][27]모니터링에 사용될 수 있다.

사이언스 다이렉트는 무인 수중 잠수정의 사용이 1960년대 도입된 이후 지속적으로 증가해왔으며, 과학 연구와 데이터 수집에서 가장 빈번하게 사용되고 있다고 주장한다.Oceanservice는 원격 작동식 차량(ROV)과 자율 수중 차량(AUV)을 UUV의 두 가지 변종이라고 설명하며, 각 UUV가 적절하게 [citation needed]설계될 경우 동일한 작업을 수행할 수 있습니다.

생태계 재생

Duro AUS와 같은 회사는 지방 [28]정부를 위해 원격으로 물 데이터를 수집하고 전송할 수 있는 UUV를 제공합니다.듀로는 뉴욕시 정부가 랜달스 아일랜드 파크 얼라이언스 주변의 데이터를 수집하여 동부와 할렘 [28]강의 수질과 습지 건강 상태를 감시하는 것을 돕고 있습니다.두로가 맡고 있는 또 다른 프로젝트는 브롱크스 리버 얼라이언스와 협력하여 강의 [28]야생동물을 되살리는 것을 돕는 것입니다.주정부와 지방정부는 이 데이터를 사용하여 인접한 해양, 하천 및 [29]강 하구에 대한 뉴욕 해양 행동 계획에 따른 정책에 관한 중요한 결정을 내렸다.

걱정

무인 수중 비행기의 주요 관심사는 의사소통이다.조종사와 무인항공기의 소통은 중요하지만 두 사람의 연결을 방해하는 요인은 여러 가지가 있다.주요 문제 중 하나는 수중 송신의 왜곡과 관련이 있는데, 이는 물이 수중 송신을 왜곡하고 지연시킬 수 있으며, 이는 시간에 민감한 임무에서 매우 큰 문제가 될 수 있기 때문이다.무인 수중차는 기존의 전자파보다 음파를 이용하기 때문에 통신이 방해되는 경우가 많다.음파 전송은 일반적으로 다른 유형의 파보다 느리게 이동하기 때문에 1-2초 정도 지연됩니다.다른 환경 조건도 반사, 굴절, 신호 흡수 등의 통신을 방해할 수 있습니다.이러한 수중 현상은 전체적으로 신호를 산란시키고 열화시켜 UUV 통신 시스템을 다른 통신 [30]소스에 비해 상당히 지연시킨다.음파를 이용한 또 다른 시스템은 무인자동차의 내비게이션에서 찾을 수 있다.이러한 무인 수중 비행체에 탑재된 인기 있는 내비게이션 시스템은 음향 위치 결정이며, 음향 통신과 같은 문제에 직면하기도 한다.네덜란드 해군은 무인 해양 차량을 둘러싼 그들의 우려를 상세히 기술한 기사를 발표했다[31].네덜란드 해군은 UUV가 유인선에서는 불가능한 탐지를 회피하고 임무를 완수하는 능력을 크게 우려하고 있다.무인 수중 비행체의 적응성과 유용성은 그들의 미래 [citation needed]행동을 예측하고 대항하는 것이 어려울 것이라는 것을 의미한다.지난 몇 년간 TWINBOT와 같은 프로젝트에서는 여러 [32]GIRONA500 AUV 간에 새로운 통신 방식을 개발하고 있습니다.

레퍼런스

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외부 링크