工控产业网

资讯

美开发无人装备进行水下监控 回收可由潜艇负责

工控产业网 2011-09-06

使用无人系统和分布式远程传感器进行战场感知越来越常见。其中有些系统提供有关潜在目标的信息,也有一些系统提供准确的环境数据。在数据源非常有限的海域获取此类信息,是有挑战性的。

当1艘舰船或者潜艇需要到其它地方去时,它们可以利用多种工##和平台,帮助进行兴趣海域的持久水下监测和数据收集。无人水面艇(USV Unmanned surface vehicle)和无人水下航行器(UUV unmanned underwater vehicle)有多种形状和大小,可担负各种任务。

作为监视平台,其效用可能会受到电力、持久性或有效载荷的限制。其中有一些可能是由一个母平台进行部署和回收(或者拖曳或者自动化),另外有些可以在很长一段时间内独立行动。

海洋实时观测网(Argo)

持久性的海洋环境数据收集是分析和预测气候、了解海洋环境的关键,这对研究以及多种作战和教育应用都非常重要。##可以从上面长时间监视。但及时的海洋态势报告,需要专门长时间部署于海上的系统,搜集和送回有用的信息。

根据美国加州大学圣迭戈分校斯克里普斯海洋学研究所(Scripps Institution of Oceanography )的物理海洋学家迪恩 罗欧米奇(Dean Roemmich)的说法,海洋实时观测网络中3000多个行动浮标正在搜集海洋环境垂直剖面的数据:温度、盐度和速度,几乎覆盖世界海洋的每一部分(性冰雪覆盖下的海域除外)。这些数据有助于科学家了解大洋特征的影响和发展预测。所有海洋实时观测网络数据是免费的,可以通过Argo的网站www.argo.net立即获得。

海洋实时观测网络计划汇集了近30个国家的50个研究和业务机构。根据海洋实时观测网站的说法,美国贡献了阵列中大约一半的浮标。该项目由国际海洋实时观测网络指导小组(International Argo Steering Team)和一个数据管理小组(Data Management Team)负责,这两个小组由提供浮标的国家代表组成。海洋实时观测网络从2000年开始部署,阵列建设完成于2007年11月。

根据Argo网站的数字,为了保持该阵列3000以上的浮动能力,该计划每年需要更换部署约800个浮标,总计约2400万美元。浮标更换费用是由其贡献的国家来支付的。

Argo浮标系统是一个漂流浮标,可以潜水、与水流并进,然后可以浮出水面来搜集和传输环境数据用于科学研究。

监测网络阵列中的单位浮标有10天的周期,潜水至1000米,为期9天的漂流,然后下降到2000米,上升的同时获取有关温度和盐度的数据。在水面上,这个单元的天线传输其位置信息和搜集到的2000米深处到水面的数据。这些数据被发送到国家海洋和大气管理局的##上,然后传输到一个数据搜集中心。

当在1000米处漂流的时候,这个浮标一天可以移动1公里,在水流强的时间可以移动30公里。在像环极南大洋急流这样的地方,移动200公里都不止。

下潜漂移可能更安全。罗欧米奇说:Argo浮标在水面的时候可能会遇到很多不##的情况,如撞上了船、被渔民捞起来或者传感器被油染,所以浮标在海面上的时间越少越##。

浮力滑翔器(Buoyancy Gliders)

喷射式滑翔器(Spray gliders)是一种水下自动化载##,就像浮标一样,获得垂直剖面的数据,让科学家更清楚地了解一个特定领域的海洋温度、盐度和浊度。但它们也可以被编程引导到航点,并根据变化的需要重定向。

根据斯克里普斯(Scripps)一位海洋学教授丹 鲁德尼克(Dan Rudnick)的说法,每台喷射滑翔器长2米(6.5英尺),翼展1.2米(3.9英尺)。这种滑翔器没有外部移动部件或电机。相反,它们是根据预编程的航线在水中进行水平和垂直方向移动的,主要通过抽取两个气囊之间的矿物油,一个在内部,另一个在舰体外部。矿物油的移动和外部气囊的后续下沉减少了滑翔器的体积。这一行动改变滑翔器的体积,使其密度高于或者低于周围的水。上载的电子和通信的电源来自锂电池。数据传送到美国国家海洋和大气管理局的国家数据浮标中心位于密西西比州圣路易斯湾斯坦尼斯航天中心。

滑翔器是通过岸上或才通过1艘佐迪亚克(Zodiac)船来进行部署的。一次任务可能会持续三至五个月。

鲁德尼克说:我们把它们放出去持续几个月的时间。他们不是消耗品。我们回收它们,经过处理之后再把它们放出去。每一次我们收回一个的同时,放出一个。

这种滑翔器已经在太平洋海域广泛使用,从美国西海岸的蒙特里海湾(Monterey Bay)、所罗门海(Solomons Sea)再到帕劳群岛(Palauan Islands),去年深水地平线漏油事件中在墨西哥湾在海水中寻找石油。

无人值守的后果

根据位于马萨诸塞州贝德福特(Bedford)的iRobot海事系统公司的业务发展总监,##迪生 哈德森(Edison Hudson)透露,滑翔机用于提供持久监视。iRobot公司海洋滑翔器(Sea Glider)可以提供超过9个月的持续海上无人值守检测。由于其固有的静变量浮力推进,它有一个非常低的噪音特征,是一个很##听的任务平台,记录和跟踪海洋哺乳动物。

哈德森说:滑翔器作为声学传感器平台非常##用,它装备了包括多普勒廓线仪和回声测深仪在内的多种设备。几个滑翔器的声学传感器现在正在开发当中,几个已经在滑翔器上进行了研究应用。

哈德森说:我们正在为海洋滑翔器开发##的被动声学监听系统,使用了低功耗数字信号处理技术,可以区分声学特征,并与多个配备精密计时器的滑翔器相配合,可以探测和测量从0到500 kHz的声源。类似的逆作法使用多个已知的声源,如固定的位置、水下和冰下航行声信标。

滑翔器也能够使用电场和磁场检测方法,大部分靠的是低功耗、高增益传感器。由于传感器缩小,并提高能源效率,它们成为了一种更##吸引力的平台。滑翔器部署正在测试一系列##的化学传感器。

哈德森表示,滑翔器可作为声通信网关和中继节点与其他类型的自主水下航行器,或在水柱中或##部的传感器一起使用。

他说:滑翔器可以接收来自其他自主水下航行器的数据,并通过##中继和传输数据。垂直移动时,它翼展产生的升力使其水面移动,所以潜的越深,其潜的水平距离越远。深度可设置,以避免触及##部,但可能根据任务需求调节深度。

斯克里普斯海洋物理实验室的研究地球物理学家杰拉尔德 斯班(Gerald DSpain)说:滑翔器就像一个纸飞机。它进入海水,下沉然后向前飞行。当我们把水抽出的时候,它就上升了。

但是,并非所有的滑翔器都是一样的。

斯班提到的ZRay滑翔器是世界上飞行翼展大的滑翔器。其设计目标是在每个水平漂泊的轨迹上尽可能地远。许多滑翔机有较短的翼展,横向到纵向移动的比率是2-1或者4-1。这已到35比1的比例。它有很大的翼展。它可以移动很远的距离,并在机翼前缘携带像声纳这样的传感器。它目前正用于对海洋哺乳动物的实时监测,在板载信号处理器帮助下可以检测和区分。

波能滑翔器

波能滑翔器,由位于加利福尼亚州硅谷的液体机器人公司(Liquid Robotics)开发,利用波浪能源进行推进,太阳能发电为平台提供电力。和使用电池和燃料的平台相比,其续航力将增加一倍。

在一般的海洋条件下,波能滑翔器可以保持1到1.5节的前进速度。尽管推进力来自波能,但是其行动方向是不受制于波流方向的。太阳能电池板和可充电电池为电子通信和传感器提供电力。波能滑翔器是通过##通过或者一个Internet连接进行远程控制的。

目前海军正在试验一种称为SHARC的军用型,全称是传感器承载自动化远程艇(Sensor Hosting Autonomous Remote Craft)。这种无人水下航行器不同于浮力驱动滑翔器,它的浮动水面浮标同一个水下滑翔器相连,轮流向上和向下的平台升沉向前地推动运动的浮标。这意味着它有可能无限期地不依靠电池或其他电源的驱动浮标。

传感器承载自动化远程艇组装了一个由下潜的百叶帘装置拉动的滑水板。和浮力的滑翔器一样,它总体安静的推进机制,使其成为多种声学传感器和拖曳阵列的主要搭载平台。

传感器承载自动化远程艇可以担负海上拦截作战和反潜任务,如探测自走式半潜式和全潜式毒品运送行为,也可以作用其它水面上或者水下的传感器的通信中继器。

根据液体机器人公司##技师斯科特威尔考克斯(Scott Willcox)的说法,传感器承载自动化远程艇续航力很强,##备低可探测性,是搭载特定任务载荷和提供持久通信网关服务(向一系列舰外传感器、有人和无人平台)的理想平台。它可以分散地部署濒海战场传感器阵列,并作为一个通信网关。

液体机器人公司已经设计了一套系统,让一艘导弹潜艇在一个导弹发射管携带多达16 套传感器承载自动化远程艇,在下潜状态和航行中时发射出去。这时传感器承载自动化远程艇无人水下航行器形成一个声学外围网络,当它们检测到一个目标时,可以提供潜艇。

威尔考克斯说:实践已经证明,传感器承载自动化远程艇无人水下航行器的执行任务范围和续航力是其它无人系统没有办法相比的。的波浪式推进系统成就了这一长续航力,可以连续运行一年之久,这是一个简单的而纯粹的机械机制。这意味着它是高度可靠和更实惠的。

近海军斯坦尼斯航天中心(Stennis Space Center)的滑翔器行动中心(Glider Operations Center)进行的一次验证活动中,传感器承载自动化远程艇的遥控性能已经得到成功验证。

由潜艇回收

瑞典萨伯公司的AUV62 无人水下航行器像鱼雷,可以由潜艇发射和回收。潜艇可以发射AUV62到一个更安全的地区,或去进行另一项任务,稍后再回收。

中性浮力、模块化的AUV62无人水下航行器有着几种不同的配置,如AUV62机动声学目标用于反潜训练或系统校准它有一个尾巴,使目标的大小看起来很真实;AUV62 MR则用于水雷侦察。

瑞典萨伯水下系统公司负责市场和销售的主官卡尔 马科斯 若门(Carl-Marcus Remen)说:该系统可以放在一个集装箱里进行船运,可以由舰船、潜艇或者从岸上发射出去。

当从潜艇发射时,AUV62可以使用萨伯公司的潜艇遥控航行器(SUBROV submarine-based remotely operative vehicle)来进行回收,这是一种可以由潜艇发射和回收的系留系统。潜艇遥控航行器可以由发射管发射,潜艇可以通过一个开放式的鱼雷发射管来捕捉和回收AUV62,然后返回到初的发射管中。那么潜艇遥控航行器和AUV62可以被移掉装进舰船中,那么发射管就可以装载鱼雷了。

美国海军研制了AN/BLQ-11长期水雷侦察系统,从688级潜艇的鱼雷发射管中发射和回收。其续航力在40小时以上。

海军海上系统司令部一位发言人莫妮卡 麦考伊(Monica McCoy)表示,其他的发射和回收方法也得到了验证。直升机回收是使用一##Mk-30箱##来验证的;水面舰艇的发射是通过1个A型起重机或伸缩式鱼雷完成的;水面舰艇回收是使用是A型起重机完成的。

该系统的载##、回收系统和其它装置占据了潜艇大量的空间,这些空间本可以用来装载鱼雷。此外该系统及其锂亚硫酰氯电也非常昂贵。所以主承包商波音公司2010年放弃了这个方案。

根据若门的说法,萨伯公司的双头鹰(Double Eagle)潜艇遥控航行器是一种半自式航行器,可以转移到一个无人水下航行器中,实现真正的双用途功能。

若门表示,目前有许多国家的海军正将双头鹰航行器用于反水面作战,##的无人水下航行器功能使它在对抗海中的水雷时,更为灵活。

他说:丹麦海军是个将这种##功能投入作战的,以一个自动化模式使用双头鹰航行器,丹麦人通过两种模式来使用它,使他们能够使用同样的载##来执行反水雷任务。

相关推荐

进入资讯首页查看更多内容 >