Zycraft, un'azienda con sede a Singapore specializzata nella progettazione e produzione di imbarcazioni automatiche di superficie (ANC) per applicazioni civili e militari, continua a migliorare il prototipo di classe Longrunner della classe Vigilant ANC Independent Unmanned Surface Vessel (IUSV) aggiungendo nuove funzionalità.
A marzo, Zycraft ha installato un ugello antincendio telecomandato e una pompa antincendio elettrica insieme a hardware e software ausiliari per testare i concetti di lotta antincendio a distanza. L'attrezzatura antincendio autonoma ha dimostrato la sua capacità di fornire acqua a una distanza massima di 40 metri, anche se l'azienda prevede di aggiornare il sistema per aumentare la portata.
La piattaforma antincendio senza equipaggio è uno dei numerosi concetti esplorati sulla piattaforma Longrunner, secondo il presidente di Zycraft James Sun. Ha aggiunto che altre opzioni specializzate sono in diverse fasi di progettazione o costruzione, ad esempio: guerra antisommergibile, ricognizione e sorveglianza navale, azione contro le mine e ricerca e salvataggio.
“Gli ANC più piccoli dipendono dal veicolo di lancio e da metodi di lancio e recupero appropriati e, con l'evoluzione dei sistemi, i problemi operativi persisteranno, specialmente in alto mare. Inoltre, l'aumento della portata riduce il carico utile dell'ANC e aumenta i costi del veicolo di lancio. Con il concetto IUSV coinvolto, anche le flotte non hanno bisogno di costruire navi più grandi solo per trasportare ANC più piccole, invece possono fare affidamento sulla capacità di carico dell'IUSV più grande e sul lungo tempo di navigazione intrinseco per trasportare l'equipaggiamento bersaglio richiesto … le navi da guerra dovrebbero concentrarsi su dove sono navi nemiche, e non sono gravate dalla gestione di un piccolo ANC."
"Dopo aver lasciato la sua base, IUSV può recarsi nella zona di operazione e poi rimanervi a lungo, necessitando solo di rifornimenti poco frequenti per aumentare la durata della permanenza in mare", Ha aggiunto.
Costruzione e centrale elettrica
Secondo Zycraft, il Vigilant IUSV è stato progettato fin dall'inizio come una piattaforma disabitata, in modo che il prodotto finale potesse essere facilmente ottimizzato per vari compiti, in contrasto con il perfezionamento delle barche o delle navi tradizionali. Tuttavia, può essere abitata facoltativamente, la timoneria in tandem può ospitare fino a due operatori, seduti su sedili ammortizzati SHOXS standard militari ammortizzanti.
La costruzione è iniziata all'inizio del 2010 con la nave principale Longrunner varata nell'ottobre 2011. L'intera linea si basa su uno scafo leggero lungo 16,5 metri e largo 3,6 metri, con un peso a vuoto di circa 8500 kg e un dislocamento totale di 16000 kg, compreso un carico utile e 7000 kg di carburante.
Il corpo Longrunner ha un elevato rapporto di allungamento, che riduce la resistenza al flusso. È realizzato con il composito in fibra di carbonio rinforzato con nanotubi di carbonio proprietario di Arovex. Secondo Zycraft, lo scafo è del 40% più resistente e il 75% più leggero di uno scafo di dimensioni simili realizzato in alluminio o fibra di vetro di grado marino tradizionale, consentendo all'ANC di raggiungere alte velocità senza la necessità di motori grandi e pesanti. La combinazione di uno scafo leggero e motori a bassa cilindrata consente di trasportare a bordo più carico utile e carburante per una maggiore autonomia e capacità di crociera.
Il Vigilant IUSV ha una velocità massima di 40 nodi e una durata di navigazione di oltre 30 giorni, secondo le specifiche fornite dalla compagnia, con un'autonomia di crociera fino a 1.500 miglia nautiche in configurazione standard ad una velocità economica di 12 nodi.
"Riteniamo che la durata della navigazione sia una caratteristica chiave per l'ANC, poiché il veicolo deve osservare a bassa velocità per lunghi periodi di tempo durante lo spiegamento", ha affermato Song. "Una velocità massima di 40 nodi è abbastanza adeguata per l'ANC, poiché un'imbarcazione di queste dimensioni con velocità più elevate non può essere utilizzata efficacemente con onde di altezza superiore al metro".
ANK è equipaggiato con due motori diesel turbocompressi Yanmar 6LY3-ETP con un volume di 5, 8 litri e un peso a secco di 640 kg ciascuno, che generano una potenza totale di 960 CV. I motori sono accoppiati tramite un cambio ZF Marine ZF 280-1 ai piedi poppieri Konrad Marine 680 con eliche coassiali controrotanti, che sono stati appositamente selezionati per la loro capacità di fornire un'efficienza ottimale su una gamma di velocità fino a 40 nodi.
"Abbiamo anche esperienza con il sistema di trasmissione diretta Arneson ASD10 dotato di eliche Rolla a cinque pale in una barca con una forma di scafo simile", ha spiegato Sun. “Entrambe le configurazioni forniscono una buona efficienza del carburante, specialmente durante le operazioni di pattugliamento a bassa velocità, che sono una delle missioni principali dell'ANC.
Con un tale sistema di propulsione, abbiamo un consumo di carburante di circa 10-15 litri all'ora alla velocità di 6 nodi in condizioni favorevoli, ovvero il tempo di navigazione aumenta notevolmente con il volume esistente dei serbatoi di carburante."
Equipaggiamento
Il dispositivo Vigilant 1USV è dotato di un kit di sensori, che include un sistema di riconoscimento automatico, una stazione di sorveglianza optoelettronica sul tetto Current Corporation Night Navigator 3 e un radar da albero Simrad Broadband 4G con un raggio di rilevamento dichiarato di 36 miglia nautiche, nonché stabilizzato tutto -telecamere rotonde.
La stazione elettro-ottica di rilievo comprende una termocamera non raffreddata ad alta risoluzione con una dimensione matrice di 640x480 e un doppio campo visivo di 20° e 6,8°, oltre a zoom ottico 3x e zoom digitale continuo 12x; convertitore di immagini notturne ad alta risoluzione con campo visivo di 20° e ingrandimento digitale continuo 12x; telecamera diurna ad alta risoluzione con risoluzione 1080i/720p e campi visivi da 50° a 5,4°, zoom ottico 10x e zoom digitale 12x.
Nel frattempo, il 360° Surround System è composto da sei telecamere AXIS Communications Q16 da 4 MP per condizioni di scarsa illuminazione con frame rate fino a 120 fps, collegate in rete. Le telecamere sono alloggiate in un modulo autopulente che utilizza getti d'aria per pulire le lenti per garantire un'eccellente visibilità in tutte le condizioni atmosferiche, ha affermato Sun.
“Il video è stabilizzato da algoritmi software in modo che l'immagine in uscita rimanga stabile anche quando l'IUSV sta girando. In questo modo è più facile rilevare gli oggetti. Utilizziamo il software per ingrandire istantaneamente l'immagine dell'oggetto automaticamente al fine di ridurre il carico per l'operatore."
L'alimentazione a bordo è fornita da un generatore da 12 kW di Fischer Panda, mentre un generatore da 5 kW fornisce energia aggiuntiva per i sistemi funzionali e garantisce il funzionamento continuo in caso di guasto del generatore principale.
L'IUSV è dotato di uno stabilizzatore giroscopico Seakeeper Modello 7000A progettato per stabilizzare navi con una massa totale da 15 a 25 tonnellate. Secondo la specifica, il modello 7000 A con dimensioni 910x990x710 mm e peso di 455 kg può fornire una coppia di smorzamento fino a 15000 Nm e compensare momenti cinetici fino a 7000 Nm / s. Per la sua piena promozione sono necessari 45 minuti (sebbene possa raggiungere le modalità operative circa 20 minuti dopo l'accensione) e una potenza di 3000 W, in modalità stabile, una potenza di 1500-2000 W e 8 l/min di acqua di mare è necessaria per il raffreddamento.
Song ha osservato che tali sistemi di stabilizzazione sono generalmente utilizzati nelle navi marittime con equipaggio per ridurre l'ampiezza del rollio e migliorare il comfort dell'equipaggio e dei passeggeri, sebbene offrano vantaggi significativi per le piattaforme disabitate. Ad esempio, un ANC stabile può aiutare a ottimizzare l'output e le prestazioni di tracciamento di accoppiatori ottici e radar a livelli del mare più alti.
"In realtà rimuove il rollio, aumentando così in modo significativo le capacità del radar e dei dispositivi optoelettronici a scapito di una maggiore stabilità", ha spiegato. “Poiché è probabile che la nave utilizzi un sistema satellitare per le comunicazioni oltre l'orizzonte, l'ammortizzatore Seakeeper aiuta anche ad aumentare l'affidabilità della connessione riducendo il carico sul sottosistema di stabilizzazione del sistema di comunicazione satellitare.
Inoltre, qualsiasi ANC che svolga missioni di controllo o sminamento sottomarini deve necessariamente muoversi lentamente e necessitare di una buona stabilizzazione durante la discesa e il ritorno del carico bersaglio. Lo IUSV può ora operare in condizioni di mare significativamente più elevate. Abbiamo scoperto che anche uno IUSV stazionario si comporta in modo relativamente calmo quando colpisce il lato di un'onda con un'altezza di 1,5 metri, perché semplicemente sale e scende dolcemente, il che sarebbe impossibile senza il sistema di stabilizzazione.
Comando e controllo
Il Longrunner è in genere gestito da un centro di comando dedicato situato presso lo stabilimento di Zycraft nella parte occidentale di Singapore. L'IUSV può essere utilizzato utilizzando radio a banda larga standard o modem cellulari, mentre il sistema di comunicazione satellitare a banda L Cobham SAILOR500 FleetBroadBand500 (FBB500) supporta operazioni oltre l'orizzonte in qualsiasi condizione atmosferica.
"Con una singola antenna, tutti i controlli e i set di dati vengono crittografati e passati tra l'ANC e la stazione costiera", ha spiegato Sun. "Il throughput del canale di trasmissione dati consente la trasmissione dell'immagine radar, delle immagini della stazione optoelettronica e di tutte le telecamere, delle informazioni del sistema di riconoscimento automatico e dei parametri dell'imbarcazione stessa senza indugio".
"La limitazione della larghezza di banda adattiva viene utilizzata per controllare le comunicazioni in modo che la connessione rimanga affidabile", ha aggiunto. "L'attuale soluzione di controllo dei veicoli oltre l'orizzonte è stata testata in prove estese nel 2013 e nel 2017, quando lo IUSV è stato utilizzato per 22 giorni per operazioni continue senza equipaggio".
L'azienda ha sviluppato un software proprietario di comando e controllo che viene caricato sul computer di bordo IUSV. Utilizza algoritmi di rilevamento e prevenzione delle collisioni integrati per consentire alla nave di navigare autonomamente nei porti e nei corsi d'acqua trafficati.
Computer civili e schermi di grandi dimensioni sono stati utilizzati per equipaggiare il centro di comando. Tre schermi visualizzano le informazioni dal radar, dalla stazione optoelettronica e dalle telecamere a tutto tondo e dalle operazioni di controllo ANC.
"Abbiamo un'immagine radar di alta qualità sul nostro display, che mostra anche le informazioni di tracciamento", ha continuato Sun. "Siamo orgogliosi dell'immagine radar perché dà all'operatore un'ottima percezione dell'ambiente IUSV: l'operatore ha la sensazione quasi completa di essere a bordo di una vera barca".
Nel frattempo, i sottosistemi IUSV interagiscono tramite una rete locale e sono controllati da un computer host che scambia informazioni e invia pacchetti di dati alla stazione costiera tramite un collegamento radio o satellitare. Il principio dell'architettura aperta consente a Zycraft di integrare e configurare facilmente nuove funzionalità nella nave, ha affermato Sun.
Il computer host offre anche una funzione separata di rilevamento e prevenzione delle collisioni, ricevendo informazioni da un sistema di riconoscimento automatico, lidar, radar e dispositivi di imaging e quindi analizzandole. Per migliorare la precisione e l'affidabilità, il software anticollisione è stato aggiornato nel 2013-2016.
“Nella progettazione del programma di prevenzione delle collisioni, la maggior parte dello sforzo è stato dedicato alla maggiore adattabilità della piattaforma alle condizioni esterne, che consente di spostarsi in aree con traffico intenso, nonché in acque libere senza l'intervento dell'operatore. Le regole internazionali per prevenire le collisioni di navi in mare sono utilizzate come base per il processo decisionale, ma la regola più importante è l'autoconservazione, ha aggiunto. "La distanza minima di sicurezza determina la risposta dell'ANC anche quando ha la priorità di passaggio".
Sviluppo della nave
Zycraft ha completato lo sviluppo iniziale del Vigilant IUSV nel settembre 2013, dopo di che Longrunner ha completato 2.000 miglia nautiche in 24 mesi di prove in mare nelle acque di Singapore. Secondo Zycraft, l'unità ha preso parte a una dimostrazione per una flotta senza nome e ha anche preso parte a diverse operazioni della durata di oltre 48 ore, tra cui un test in mare nel maggio 2013 a una distanza di 150 miglia nautiche.
La società ha anche intrapreso una serie di valutazioni marine reali delle proprietà dello scafo, con particolare attenzione alla durata della navigazione, all'autonomia e alla navigabilità del design dello scafo, utilizzando le navi a lungo raggio di classe Shomari, le opzioni IUSV con equipaggio offerte da Zycraft alle compagnie di navigazione della regione per combattere i pirati e l'approvvigionamento materiale e tecnico.
Le navi Shomari hanno la stessa forma dello scafo della Vigilant IUSV, lo stesso dislocamento totale di 16 tonnellate e un bilanciamento simile, che consente alla compagnia di utilizzare le navi dell'equipaggio come piattaforme di prova.
Dal 2014, gli LRV Shomari sono stati sottoposti a una serie di test di resistenza, tra cui una navigazione di sette giorni a un raggio di 1.100 miglia nautiche. Gli LRV hanno anche superato i test di stabilità ad altezze d'onda fino a 4 metri, durante i quali hanno raggiunto una velocità massima di 34 nodi a pieno carico.
Nella primavera del 2017, la compagnia ha testato lo IUSV nel Mar Cinese Meridionale, durante il quale ha navigato senza scalo per 22 giorni a una velocità media di 6 nodi con accelerazioni periodiche, coprendo infine una distanza totale di 1.900 miglia nautiche. La nave è uscita per le prove con poco più di 6.000 litri di gasolio ed è rientrata in porto con 2.800 litri.
Lo IUSV era gestito da due operatori a terra, che monitoravano la nave 24 ore su 24, sebbene la compagnia fornisse anche una barca di scorta per risolvere eventuali problemi.
Resta inteso che i recenti test di vita hanno rafforzato le aspettative di Zycraft per il risparmio di carburante dello IUSV, l'affidabilità dei suoi sistemi elettronici e meccanici. Song ha affermato che questi test di resistenza hanno fornito dati sulle prestazioni del sensore e dei sistemi di navigazione in condizioni reali.
“Poiché IUSV ha avuto l'opportunità di osservare a lungo il traffico marittimo e altri eventi durante i test, siamo stati in grado di riconoscere schemi di navigazione chiari e abbiamo persino assistito a diversi approcci pericolosi di navi commerciali”, - Sun ha condiviso, ma si è rifiutato di fornire dettagli.
"Ci sono state alcune sfide, ma siamo stati in grado di trovare modi per superarle e ottimizzare le capacità in tempo reale di IUSV attraverso aggiornamenti software".
Opportunità future
L'azienda presta grande attenzione all'ampliamento della gamma di compiti per la nave utilizzando il suo vano modulare sigillato per un carico utile di 3x3x2 metri con una capacità massima di 3 tonnellate.
"Questo compartimento è progettato specificamente per ospitare un carico utile che richiede attrezzature di movimentazione specializzate", ha affermato Sung. "Per supportare questo carico target, è possibile installare apparecchiature ausiliarie, come armadietti per l'elettronica, nella stiva designata".
Nel proposto concetto di difesa antisommergibile a basso costo, l'IUSV sarà dotato di un sonar completo attivo/passivo fornito da uno dei partner tecnologici di Zycraft. La barca funzionerà in sostituzione della piattaforma antisommergibile, consentendo alle navi da combattimento con equipaggio di evitare distrazioni e svolgere altri compiti.
Zycraft ha sviluppato l'YZDDS-920 DDS (sonar di rilevamento subacqueo). Il sistema sonar compatto, alto 300 mm e diametro 425 mm, può essere installato a bordo del Vigilant IUSV, di altre navi ANC e marine, o utilizzato come dispositivo fisso per proteggere porti o infrastrutture costiere.
Secondo la società, il DDS è progettato per rilevare subacquei a circuito aperto a distanze fino a 600 metri e subacquei dotati di autorespiratore a distanze fino a 400 metri in tutte le direzioni fino a una profondità massima di 50 metri. Il sistema include un'antenna del peso di 45 kg, un'unità di elaborazione e un'interfaccia utente grafica su un laptop. Può tracciare contemporaneamente fino a 100 oggetti ed emettere in modo indipendente un segnale di avviso quando viene rilevata una minaccia.
L'azienda è attualmente alla ricerca di un partner per integrare il sistema sonar nello IUSV, con l'intenzione di condurre un altro lungo viaggio di prova nel prossimo futuro, concentrandosi sulla ricerca e l'osservazione subacquea. Song ha osservato che il lavoro sull'integrazione del sonar potrebbe aprire la strada all'introduzione di tecnologie di guerra antisommergibile in futuro. Zycraft prevede anche un aumento della domanda per le operazioni di ricerca e soccorso.
L'azienda ha osservato che il dispositivo IUSV, dotato di opportuni sistemi di sensori e rilevatori per la trasmissione delle coordinate in situazioni di emergenza, potrebbe essere un'ottima scelta per i paesi con lunghe coste e vaste aree marine.
Il dispositivo IUSV, configurato per la ricerca e il soccorso, durante tali operazioni può rimanere in mare per lungo tempo, mentre un modulo appositamente progettato consente all'operatore di soccorrere a distanza i sopravvissuti utilizzando un braccio robotico e di trasportare fino a sette barelle con i feriti.
I dispositivi di monitoraggio dei pazienti possono essere incorporati nelle apparecchiature per monitorare lo stato psicologico delle vittime e inviare informazioni al servizio costiero anche prima di arrivare a terra.
Per la ricognizione e la raccolta di informazioni, Zycraft sta valutando l'implementazione di sensori esterni come i droni collegati per la sorveglianza visiva a lungo termine. Tuttavia, è possibile implementare moduli payload personalizzati per soddisfare i requisiti specifici dei clienti per scopi sia civili che militari.
L'azienda vuole anche entrare nel mercato della formazione e della simulazione, in relazione al quale ha iniziato lo sviluppo di un nuovo progetto M75 Unmanned Target Boat. Il bersaglio AHK del peso di 0,9 tonnellate ha una lunghezza totale di 5,8 metri, una larghezza di 1,6 metri e un pescaggio di 0,33 metri. La barca è dotata di un motore fuoribordo Yamaha F115, che permette di raggiungere una velocità di 35 nodi, un serbatoio di carburante con una capacità di 220 litri permette di stare in mare fino a 23 ore alla velocità di 12 nodi o 5 ore a velocità massime stabili.
ANK Vigilant IUSV fa parte di una linea piccola ma in espansione di piattaforme disabitate versatili e di grande cilindrata in fase di sviluppo nella regione Asia-Pacifico.
Tra i paesi con piattaforme ANC di lunghezza superiore agli 11 metri, spiccano Cina e Singapore, che hanno sviluppato rispettivamente la barca multi-task JARI del peso di 20 tonnellate (China Shipbuilding Industry Corporation) e la barca Venus 16 (ST Engineering) da 22 tonnellate, ottimizzata per mia azione.
Le grandi navi di superficie senza equipaggio offrono numerosi vantaggi alle flotte. Ad esempio, gli scafi più grandi tendono ad avere più volume di carico utile e capacità di carburante, offrendo agli operatori maggiore flessibilità e raggio di controllo. Le piattaforme più grandi possono essere gestite facoltativamente per attività che richiedono una migliore consapevolezza della situazione e un processo decisionale complesso.
Tuttavia, a causa delle loro grandi dimensioni e dislocamento, le grandi navi automatiche, di regola, operano da basi costiere, poiché per la maggior parte delle navi, ad eccezione delle navi anfibie universali, che hanno grandi banchine di sbarco, sono troppo ingombranti e pesanti per il varo e sollevamento a bordo.
