المركبات غير المأهولة: 25 سنة من المعالم

إطلاق Hugin AUV (بإذن من Kongsberg)

QinetiQ North America's SEAScout Mk2 UUV at ANTX 2018 (Courtesy QinetiQ North America)

تستخدم UUVs Riptide أبنية مفتوحة لتمكين المستخدمين (Courtesy Riptide)

نموذج أولي مبكر لـ ASV (Courtesy J. Manley)

Previous Next

مع بداية عام 2019 ، يحتفل مجتمع تكنولوجيا المحيطات بـ 50 عامًا من علم المحيطات الدولي ، وهو عبارة عن تجمع عالمي وعرض للأدوات والتقنيات المستخدمة في الصناعة البحرية والعلوم والدفاع. في هذه الروح بأثر رجعي ، من المفيد أن ننظر إلى تاريخ مجتمع المركبات البحرية غير المأهولة (UMV). وبينما توجد سجلات للتطورات في هذا المجال تعود إلى عام 1957 ، تعود جذور العصر الحديث إلى أوائل التسعينات. ومن أهم مصادر التطورات التكنولوجية مختبر MIT Sea Grant Autonomous Underwater Vehicle (AUV) الذي أنتج العديد من المركبات ، وأطلق شركة رائدة في هذا المجال ، وقام بتدريب العديد من المهندسين الذين يقومون الآن بتشكيل المجال حول العالم.

إن تطور الـ AUVs ، والذي يُعرف أحيانًا باسم UUVs ، والمركبات السطحية المستقلة (ASVs) ، المعروفة أحيانًا و USVs ، يوضح كلا التأثيرات الفنية والتجارية. كما نضجت التكنولوجيا التطبيقات وتزايد تأثير الأعمال أيضا.

بعد ذلك
في أوائل التسعينات ، كان مختبر MIT AUV يعمل مع سلسلة سيارات تعرف باسم فئة أوديسي. هذه كانت تقريبا 21 بوصة في القطر وطول 2 متر. وقد صممت لتغوص في عمق يصل إلى 6000 متر ولكنها تكون ميسورة التكلفة نسبياً وسهلة النشر. هذه المركبات دعمت العديد من المهمات العلمية بما في ذلك العمل تحت الجليد في القطب الشمالي وعلم المحيطات في القطب الجنوبي. كان برنامج رئيسي تدعمه هذه المركبات ، برعاية مكتب البحوث البحرية (ONR) ، يعرف باسم شبكة أخذ عينات المحيط المستقل. هذا رائدة التصاميم لرسو AUVs. وأجريت تجارب في رسم خرائط قاع البحر وعمليات صيد الألغام خلال السنوات العشر الأولى من مختبر AUV. في عام 1997 ، تم تأسيس Bluefin Robotics لتحويل هذه الأفكار إلى صناعة ، وهي أول مجموعة من العديد من صانعي منتجات AUV التجارية الذين يتبعونها.
تطورت تطورات التكنولوجيا أوديسي على جميع المجالات. ألهمت التطورات الأساسية في التحكم بالسيارة بدون طيار مجتمعات البرمجيات اليوم. على وجه الخصوص ، تم إطلاق جناح التشغيل الموجه للبعثة (MOOS) في مختبر MIT AUV في أوائل عام 2000. التطورات التقنية الأخرى التي أجريت كانت تجارب على أجهزة المودم الصوتية المبكرة وسجلات دوبلر للسرعة (DVLs). كما تم دمج وتقييم أنظمة الحمولة. كانت الموجات الصوتية الرقمية المبكرة للمسح الجانبي خطوة مهمة نحو استقصاءات المسح اليوم. تم إكمال أول تكامل لملف التعريف أسفل القاع على AUV من قبل مختبر MIT AUV خلال العقد الأول.

A Odyssey AUV مجهز بملف التعريف أسفل القاع المبكر (Courtesy J. Manley) AUVs اليوم

يأتي AUVs في العديد من الأشكال والأحجام. التكنولوجيات التي كانت بعيدة عن الوصول قبل 25 عاما شائعة. تعتبر سيارة Hugin واحدة من السيارات التجارية الرائدة في الخدمة اليوم. إنها توضيحية للمجتمع بأكمله ، حيث تقدم مجموعة شاملة من أجهزة استشعار الحمولة الصافية بما في ذلك سونار المسح الجانبي ، وموضع التعريف أسفل القاع ، ومصدري ecosounders متعددة الاتجاهات ، وأجهزة قياس المغناطيسية والكاميرات. تشمل الحمولات الناشئة في Hugin سونار الفتحة الاصطناعية وأجهزة المسح الضوئي بالليزر. يستخدم حل الملاحة في Hugin AUVs خرجًا أوليًا من وحدة قياس بالقصور الذاتي (IMU) إلى جانب أجهزة استشعار أخرى متوفرة في الموقع تتم معالجتها في الوقت الفعلي باستخدام فلتر Kalman. هذه كلها تحسينات مهمة من سيارات أوديسي الأولى التي حملت أكثر بقليل من جهاز استشعار درجة الحرارة ومروحة معدّة تتحول إلى أغراض تحديد المواقع تحت البحر.

تجارياً ، تخدم هوجن ومنافسيها العديد من الأسواق. يستخدم المشترون العسكريون قنابل الصيد من أجل صيد الألغام وعلم البحار الطبيعي. يبحث مستخدمو العلوم عن حطام السفن والفتحات الحرارية المائية. لكن القطاع التجاري الأكثر حيوية في سيارات AUVs هو الطاقة البحرية. وتستخدم كل من النفط والغاز والمصادر المتجددة مثل الرياح البحرية أمواجًا متقطعة في الوقود لأنواع عديدة مختلفة من المهمة بدءًا من توصيف الموقع والتفتيش إلى فحص خط الأنابيب. إن الهيدروغرافيا البحرية والزلازل الزائفة ثلاثية الأبعاد وكذلك الدراسات الأثرية هي أيضا تطبيقات تجارية شائعة. اليوم لا يتم قبول المسح AUV فقط ، ولكن من المتوقع ، في العديد من التطبيقات البحرية.

مع الاستطلاعات الاستطلاعية لـ AUVs ، أصبحت الحدود الناشئة لـ AUVs تتضمن مفاهيم جديدة مكّنتة من تقنيات الإلكترونيات والتصميم والتصنيع الحديثة. في QinetiQ SEAScout في أمريكا الشمالية ، نرى نهجًا مضغوطًا وبسيطًا. تقدم Teleynde Gavia نمطية لمكونات الحمولة ومكونات النظام ، وتقوم عائلة Riptide UUV برفع نهج المصدر المفتوح ليكون سهل الاستعمال بشكل خاص.

QASETIQ أمريكا الشمالية SEAScout هو UUV خفيفة الوزن ، A ، حجم صغير جدا يضم قدرة الحمولة القابلة لإعادة التكوين التي تمكنها من أداء مهام بحرية متعددة مثل شرك ، عوامات بوابة ، محايد ، جمع البيانات ، والاستخبارات ، والمراقبة ، والاستطلاع. أحدث جيل من SEAScout ، يوفر تحسنا متقدما ، والاتصالات ، ودقة الملاحة ، فضلا عن الحمولات الجديدة. يعتمد هذا العمل على الدمج الناجح للحمولة الصوتية التي تم عرضها في ANTX 2018. تم تصميم وحدة UUV الجديدة هذه ليتم تشغيلها بسهولة وبسهولة من قبل البحارة البحريين الأمريكيين دون تدريب متخصص ، مما يسهل التوظيف في مهام العالم الحقيقي.

تستخدم شركة Teledyne's Gavia تصميمًا ميكانيكيًا / كهربائيًا فريدًا يسمح بتفكيك السيارة إلى مكونات أصغر. يسمح ذلك بانتشار السيارة المقدرة التي تبلغ 1000 متر في جميع أنحاء العالم بسهولة. كما يوفر أيضًا الفرصة لمستخدمي السيارة لتوسيع عملياتهم المستقبلية باستخدام وحدات الحمولة الجديدة التي تتوافق مع الإصدارات السابقة التي تم إنشاؤها قبل توفر مستشعرات الحمولة. وقد تم إثبات ذلك من خلال برامج AUV التي تم تسليمها في عام 2008 باستخدام وحدات حمولة جديدة تم بناؤها في عام 2018 ، بعد عشر سنوات كاملة.

Teledyne's Gavia Modular AUV (Courtesy Teledyne Marine)

قامت Riptide Autonomous Solutions ببناء عائلة من AUVs. بدأت مع microUUV وتوسعت إلى المتغيرات أكبر وعميقة. ولكن ما هو في الداخل هو المهم. توظيف أحدث التطورات في مجال الالكترونيات والبرمجيات يجعل المركبات Riptide مرنة للغاية. يتميز التصميم الهندسي بواجهات الأجهزة والبرامج المفتوحة لتزويد المستخدمين بمنصة موثوقة وقوية لتعزيز تطوير التكنولوجيا. كما سمح هذا النهج نفسه للشركة بالتكيف بسرعة وإطلاق منتجات قياسية جديدة في غضون 14 شهرًا. في حين أن هذا ليس تماما وتيرة الإلكترونيات الاستهلاكية ، إلا أنه تطور المنتجات سريع للغاية. المجتمع AUV يتحرك بسرعة في السنوات ال 25 المقبلة.

ASVs ثم
كما هو الحال مع AUVs ، كان MIT مصدرا لتطوير المركبات السطحية المستقلة في وقت مبكر (ASV). كان هناك توازنات كبيرة مع عمل AUV. لم تستخدم النماذج الأولية في التسعينات نظام تحديد المواقع ، وكانت تفتقر إلى شبكة WiFi ، وتكافح مع الحمولات. مثل أوديسي AUVs استخدمت هذه المركبات نهجا مستقلا بالكامل دون أي تفاعل السيارة بمجرد إطلاق البعثة. أحد مجالات الابتكار المبكرة على السطح كان استخدام محركات الاحتراق الداخلي للدفع. وقد استلهمت هذه الدراسات المبكرة بداية من بحوث مصائد الأسماك ، والتي كانت تهدف إلى تتبع الأسماك المعلمة. وفي النهاية تحول التركيز إلى المسح الهيدروغرافي ، الذي أصبح أحد أكثر المهام شيوعا اليوم.

ASVs الآن
في السنوات الأخيرة انتشرت مضادات الفيروسات القهقرية (ASVs) ، خاصة الأنظمة الصغيرة للاستخدام على الشواطئ. في مجال النظم المحيطية هناك عدد أقل من اللاعبين. ASV Global ، الآن L3 ASV ، رائدة في هذا المجال ، وهي متخصصة في تطوير وتوريد وتكامل تكنولوجيا السفن السطحية غير المأهولة. أنها توفر مجموعة من نظم USV كاملة من طول متر إلى خمسة عشر متر. بالإضافة إلى مجموعة منتجات L3 ASVs ، تقوم الشركة بمشاريع لتحويل السفن والحرف الصغيرة للعمليات غير المأهولة. تسمح مجموعة المنتجات الواسعة لـ ASV بتوفير حلول متنوعة ومثبتة للسوق للعمليات في البيئات الداخلية والساحلية والبيئية. لقد قاموا بتسليم أكثر من 100 نظام مستقل لأكثر من 60 عميل في 15 دولة. مثل المسح AUVs ، ASVs هي الآن أداة أثبتت جدواها.
تبقى مهمة مسح قاع البحر تطبيقًا أساسيًا لهذه التقنية. في هذا المجال أعلنت شركة ASV مؤخراً عن شراكة مع شركة Fugro ، وهي شركة رائدة في مجال المسح العالمي ، لإنشاء الجيل التالي من السفن المستقلة لسوق المسح التجاري. سيساعد تطوير هذا الحل الجديد المستقل للسفن في صناعة المسح على الحد من تعرض الموظفين في الخارج وزيادة الكفاءة التشغيلية من خلال جعل العمليات أكثر أمانًا وأكثر فعالية من حيث التكلفة.
L3 ASV C-Worker 5 سفينة ذاتية الحكم (Courtesy: L3 ASV)
الأنظمة غير المأهولة تتحرك المحيطات في المستقبل
منذ منتصف تسعينات القرن العشرين ، حول الإنترنت والبرمجيات والالكترونيات المتطورة الحياة على الشاطئ. في البحر كانت هناك تطورات تحويلية على حد سواء. أثبتت الاختبارات المبكرة AUVs و ASVs إمكانات الأنظمة غير المأهولة لتحويل عمليات المحيطات في جميع قطاعات الاقتصاد الأزرق. قدمت نتائج الاختبارات الأولية المبكرة نتائج علم الأوقيانوغرافيا ، واليوم تخدم قطاعات متنوعة وتشكل عنصرا أساسيا في المسح البحري. لقد تطورت ASVs من الأدوات البدائية القريبة من الشاطىء إلى المنصات ذات الصلة على مستوى العالم والمتصلة بشبكات إلى المشغلين على بعد آلاف الأميال. في 25 سنة تم تطوير المئات من المركبات البحرية الجديدة بدون طيار. لقد عبروا المحيطات ، واكتشفوا حطام السفن ، ووجدوا الألغام ، ومسحوا مئات الآلاف من الأميال من قاع البحر.
نُشر مقالة هنري ستومل ذات الرؤية المستقبلية ، وهي مهمة "سلوكوم" ، في عام 1989. وتوقع أساطيل من المركبات ذاتية الخدمة تجوب المحيط عبر مقاييس زمنية طويلة وجمع مجموعات بيانات أوقيانوغرافية جديدة غير مسبوقة. والآن وبعد مرور 30 عامًا ، مع النجاح المستمر الذي تحققه المركبات البحرية غير المأهولة ، والمركبات السطحية ، تم إثبات رؤية ستوميل ، إن لم يتم تحقيقها.

نبذة عن الكاتب
جستن مانلي هو تقني ومدير تنفيذي له خبرة في الشركات الناشئة والشركات والأوساط الأكاديمية والحكومية. في شركة Just Innovation Inc. ، يدعم العملاء مع التركيز على الأنظمة غير المأهولة.