Zycraft, singapurska firma specjalizująca się w projektowaniu i produkcji automatycznych łodzi powierzchniowych (ANC) do zastosowań cywilnych i wojskowych, kontynuuje ulepszanie prototypu klasy Longrunner klasy ANC Independent Unmanned Surface Vessel (IUSV) poprzez dodawanie nowych możliwości.
W marcu firma Zycraft zainstalowała zdalnie sterowaną dyszę przeciwpożarową i elektryczną pompę przeciwpożarową wraz z pomocniczym sprzętem i oprogramowaniem do testowania koncepcji zdalnego gaszenia. Samowystarczalny sprzęt gaśniczy wykazał swoją zdolność dostarczania wody na maksymalną odległość 40 metrów, chociaż firma planuje zmodernizować system w celu zwiększenia zasięgu.
Bezzałogowa platforma ogniowa jest jedną z kilku koncepcji badanych na platformie Longrunner, według prezesa Zycraft Jamesa Suna. Dodał, że inne specjalistyczne opcje są na różnych etapach projektowania lub budowy, na przykład: walka z okrętami podwodnymi, rozpoznanie i obserwacja marynarki, akcja minowa oraz poszukiwanie i ratownictwo.
„Mniejsze ANC są zależne od pojazdu nośnego i odpowiednich metod startu i wyprowadzania, a wraz z rozwojem systemów problemy operacyjne będą się utrzymywać, zwłaszcza na pełnym morzu. Ponadto zwiększenie zasięgu zmniejsza ładowność ANC i zwiększa koszty pojazdu startowego. Biorąc pod uwagę koncepcję IUSV, floty nie muszą również budować większych statków tylko po to, aby przewozić mniejsze ANC, zamiast tego mogą polegać na nośności większego IUSV i nieodłącznym długim czasie żeglugi, aby przewozić wymagany sprzęt docelowy… okręty wojenne powinny koncentrować się na tym, gdzie są wrogimi statkami i nie są obciążane przez kierownictwo małego ANC”.
„Po opuszczeniu bazy IUSV może udać się w rejon operacji, a następnie pozostać tam przez długi czas, wymagając jedynie nieczęstego tankowania w celu wydłużenia czasu pobytu na morzu”
on dodał.
Budowa i elektrownia
Według Zycrafta, Vigilant IUSV od początku był projektowany jako niezamieszkana platforma, aby finalny produkt mógł być łatwo zoptymalizowany pod kątem różnych zadań, w przeciwieństwie do udoskonalania tradycyjnych łodzi czy statków. Może być jednak opcjonalnie zamieszkana, sterówka tandemowa może pomieścić do dwóch operatorów, siedzących na amortyzujących, wojskowych fotelach amortyzowanych SHOXS.
Budowa rozpoczęła się na początku 2010 roku, a główny statek Longrunner zwodowano w październiku 2011 roku. Cała linia oparta jest na lekkim kadłubie o długości 16,5 metra i szerokości 3,6 metra, o masie własnej około 8500 kg i wyporności całkowitej 16000 kg, w tym ładowności i 7000 kg paliwa.
Korpus Longrunnera ma wysoki współczynnik wydłużenia, co zmniejsza opory przepływu. Jest on wykonany z opatentowanego przez firmę Arovex kompozytu z włókna węglowego wzmocnionego nanorurkami węglowymi. Według Zycrafta kadłub jest o 40% mocniejszy i o 75% lżejszy niż kadłub o podobnych rozmiarach, wykonany z tradycyjnego morskiego aluminium lub włókna szklanego, dzięki czemu ANC może osiągać duże prędkości bez potrzeby stosowania dużych, ciężkich silników. Połączenie lekkiego kadłuba i silników o małej pojemności skokowej pozwala na przewóz większej ładowności i paliwa na pokładzie, co zwiększa zasięg i możliwości.
Vigilant IUSV ma maksymalną prędkość 40 węzłów i czas żeglugi ponad 30 dni, zgodnie ze specyfikacją dostarczoną przez firmę, z zasięgiem do 1500 mil morskich w standardowej konfiguracji przy ekonomicznej prędkości 12 węzłów.
„Uważamy, że czas trwania żeglugi jest kluczową cechą ANC, ponieważ pojazd musi obserwować przy niskich prędkościach przez dłuższy czas podczas wdrażania”, powiedział Song. „Prędkość maksymalna 40 węzłów jest całkiem adekwatna dla ANC, ponieważ statek tej wielkości o większych prędkościach nie może być efektywnie używany przy wysokości fal powyżej metra”.
ANK jest wyposażony w dwa turbodoładowane silniki wysokoprężne Yanmar 6LY3-ETP o pojemności 5,8 litrów i suchej masie 640 kg każdy, które generują łączną moc 960 KM. Silniki są sprzężone przez skrzynię biegów ZF Marine ZF 280-1 z napędami rufowymi Konrad Marine 680 z przeciwbieżnymi śrubami współosiowymi, które zostały specjalnie wybrane ze względu na ich zdolność do zapewnienia optymalnej wydajności w zakresie prędkości do 40 węzłów.
„Mamy również doświadczenie z systemem napędu bezpośredniego Arneson ASD10 wyposażonym w pięciołopatowe śruby Rolla w łodzi o podobnym kształcie kadłuba” – wyjaśnił Sun. „Obie konfiguracje zapewniają dobrą oszczędność paliwa, zwłaszcza podczas operacji patrolowych z małą prędkością, które są jedną z głównych misji ANC.
Przy takim układzie napędowym mamy zużycie paliwa około 10-15 litrów na godzinę przy prędkości 6 węzłów w sprzyjających warunkach, czyli czas żeglugi znacznie się wydłuża wraz z istniejącą objętością zbiorników paliwa.”
Zestaw sprzętu
Urządzenie Vigilant 1USV jest wyposażone w zestaw czujników, w skład którego wchodzi system automatycznego rozpoznawania, optoelektroniczna stacja dozorowa na dachu Current Corporation Night Navigator 3 oraz radar masztowy Simrad Broadband 4G o deklarowanym zasięgu wykrywania 36 mil morskich, a także stabilizowany okrągłe kamery.
Stanowisko elektrooptyczne do pomiarów zawiera niechłodzoną kamerę termowizyjną o wysokiej rozdzielczości o rozmiarze matrycy 640x480 i podwójnym polu widzenia 20° i 6,8° oraz 3-krotnym zoomem optycznym i 12-krotnym zoomem cyfrowym ciągłym; konwerter obrazu nocnego o wysokiej rozdzielczości z polem widzenia 20° i ciągłym powiększeniem cyfrowym 12x; kamera dzienna wysokiej rozdzielczości o rozdzielczości 1080i/720p i polach widzenia od 50° do 5,4°, zoom optyczny 10x oraz zoom cyfrowy 12x.
Tymczasem system dźwięku przestrzennego 360° składa się z sześciu połączonych ze sobą w sieć kamer 4MP AXIS Communications Q16 z szybkością klatek do 120 kl./s. Kamery są umieszczone w module samoczyszczącym, który wykorzystuje strumień powietrza do czyszczenia soczewek, aby zapewnić doskonałą widoczność w każdych warunkach pogodowych, powiedział Sun.
„Wideo jest stabilizowane przez algorytmy programowe, dzięki czemu obraz wyjściowy pozostaje stabilny nawet podczas jazdy IUSV. Ułatwia to wykrywanie obiektów. Używamy oprogramowania do natychmiastowego automatycznego powiększania obrazu obiektu w celu zmniejszenia obciążenia operatora.”
Zasilanie na pokładzie zapewnia generator o mocy 12 kW firmy Fischer Panda, natomiast generator o mocy 5 kW zapewnia dodatkową energię dla funkcjonalnych systemów i zapewnia ciągłą pracę w przypadku awarii głównego generatora.
IUSV jest wyposażony w stabilizator żyroskopowy Seakeeper Model 7000A przeznaczony do stabilizacji statków o łącznej masie od 15 do 25 ton. Zgodnie ze specyfikacją model 7000 A o wymiarach 910x990x710 mm i wadze 455 kg może zapewnić moment tłumienia do 15000 Nm i kompensować moment kinetyczny do 7000 Nm/s. Do jego pełnej promocji wymagane jest 45 minut (choć tryby pracy może osiągnąć po około 20 minutach po włączeniu) i moc 3000 W, w trybie stabilnym moc 1500-2000 W i 8 l/min wody morskiej wymagane do chłodzenia.
Song zauważył, że takie systemy stabilizacji są zwykle stosowane na załogowych statkach morskich w celu zmniejszenia amplitudy kołysania i poprawy komfortu załogi i pasażerów, chociaż oferują znaczne korzyści dla niezamieszkałych platform. Na przykład stabilny ANC może pomóc zoptymalizować wydajność i wydajność śledzenia transoptorów i radarów na wyższych poziomach morza.
„To faktycznie usuwa przechylenie, znacznie zwiększając możliwości radaru i urządzeń optoelektronicznych kosztem dodatkowej stabilności” – wyjaśnił. „Ponieważ statek prawdopodobnie będzie korzystał z systemu satelitarnego do komunikacji poza horyzontem, amortyzator Seakeeper pomaga również zwiększyć niezawodność połączenia, zmniejszając obciążenie podsystemu stabilizacyjnego systemu łączności satelitarnej.
Ponadto każdy ANC wykonujący misje kontroli okrętów podwodnych lub rozminowywania musi poruszać się powoli i potrzebować dobrej stabilizacji podczas zanurzania i powrotu ładunku docelowego. IUSV może teraz działać w znacznie wyższych warunkach morskich. Dowiedzieliśmy się, że nawet stacjonarny IUSV zachowuje się stosunkowo spokojnie przy uderzeniu w bok fali o wysokości 1,5 metra, ponieważ po prostu unosi się i opada płynnie, co byłoby niemożliwe bez systemu stabilizacji.”
Dowodzenie i kontrola
Longrunner jest zwykle obsługiwany z dedykowanego centrum dowodzenia zlokalizowanego w zakładzie Zycraft w zachodnim Singapurze. IUSV może być obsługiwany za pomocą standardowych radiotelefonów szerokopasmowych lub modemów komórkowych, podczas gdy system łączności satelitarnej Cobham SAILOR500 FleetBroadBand500 (FBB500) w paśmie L obsługuje operacje poza horyzontem w każdych warunkach pogodowych.
„Dzięki jednej antenie wszystkie elementy sterujące i zestawy danych są szyfrowane i przesyłane między ANC a stacją przybrzeżną” - wyjaśnił Sun. „Przepustowość kanału transmisji danych pozwala na bezzwłoczne przesyłanie obrazu radarowego, obrazów ze stacji optoelektronicznej i wszystkich kamer, informacji systemu automatycznego rozpoznawania oraz parametrów samej łodzi”.
„Adaptacyjne ograniczanie przepustowości służy do kontrolowania komunikacji, dzięki czemu połączenie pozostaje niezawodne” – dodał. „Obecne rozwiązanie do kontroli pojazdów poza horyzontem zostało przetestowane w rozszerzonych testach w latach 2013 i 2017, kiedy IUSV był wdrażany na 22 dni do ciągłych operacji bezzałogowych”.
Firma opracowała własne oprogramowanie dowodzenia i kontroli, które jest ładowane do komputera pokładowego IUSV. Wykorzystuje wbudowane algorytmy wykrywania kolizji i unikania, aby umożliwić statkowi autonomiczną nawigację w portach i ruchliwych drogach wodnych.
Do wyposażenia centrum dowodzenia wykorzystano komputery cywilne i duże wyświetlacze. Trzy ekrany wyświetlacza wyświetlają informacje z radaru, ze stacji optoelektronicznej i kamer dookoła oraz operacji sterowania ANC.
„Mamy wysokiej jakości obraz radarowy na naszym wyświetlaczu, który pokazuje również informacje o śledzeniu” – kontynuował Sun. „Jesteśmy dumni z obrazu radarowego, ponieważ daje on operatorowi bardzo dobre wyczucie środowiska IUSV – operator ma prawie pełne poczucie, że znajduje się na pokładzie prawdziwej łodzi”.
Tymczasem podsystemy IUSV współdziałają za pośrednictwem sieci lokalnej i są sterowane przez komputer główny, który wymienia informacje i wysyła pakiety danych do stacji brzegowej za pośrednictwem łącza radiowego lub satelitarnego. Zasada otwartej architektury pozwala firmie Zycraft na łatwą integrację i konfigurację nowych funkcji na statku, powiedział Sun.
Komputer główny oferuje również osobną funkcję wykrywania i unikania kolizji, odbierając informacje z systemu automatycznego rozpoznawania, lidar, radar i urządzenia obrazujące, a następnie je analizując. Aby poprawić dokładność i niezawodność, w latach 2013-2016 zaktualizowano oprogramowanie do unikania kolizji.
„Przy projektowaniu programu unikania kolizji najwięcej wysiłku poświęcono na zwiększenie możliwości adaptacji platformy do warunków zewnętrznych, co pozwala na poruszanie się w obszarach o dużym natężeniu ruchu, a także na otwartych wodach bez ingerencji operatora. Dodał, że podstawą podejmowania decyzji są międzynarodowe przepisy o zapobieganiu kolizjom statków na morzu, ale najważniejszą zasadą jest samozachowawczość. „Minimalna bezpieczna odległość określa odpowiedź ANC, nawet jeśli ma priorytet przejścia”.
Rozwój statków
Zycraft zakończył wstępny rozwój Vigilant IUSV we wrześniu 2013 r., po czym Longrunner pokonał 2000 mil morskich podczas 24-miesięcznych prób morskich na wodach Singapuru. Według Zycrafta, jednostka wzięła udział w demonstracji dla nienazwanej floty, a także wzięła udział w kilku operacjach trwających ponad 48 godzin, w tym w teście na morzu w maju 2013 roku na odległości 150 mil morskich.
Firma przeprowadziła również szereg rzeczywistych ocen morskich właściwości kadłuba, z naciskiem na czas trwania żeglugi, zasięg i zdatność do żeglugi projektu kadłuba, przy użyciu statków dalekiego zasięgu klasy Shomari, załogowych IUSV, które oferuje Zycraft firmom żeglugowym w regionie w celu zwalczania piratów oraz zaopatrzenia materiałowego i technicznego.
Statki Shomari mają taki sam kształt kadłuba jak Vigilant IUSV, taką samą całkowitą wyporność 16 ton i podobne wyważenie, co pozwala firmie używać statków załogowych jako platform testowych.
Od 2014 roku Shomari LRV przeszły szereg testów wytrzymałościowych, w tym siedmiodniowy rejs na dystansie 1100 mil morskich. LRV przeszły również testy stabilności przy wysokości fali do 4 metrów, podczas których osiągnęły maksymalną prędkość 34 węzłów pod pełnym obciążeniem.
Wiosną 2017 roku firma przetestowała IUSV na Morzu Południowochińskim, podczas którego płynął non-stop przez 22 dni ze średnią prędkością 6 węzłów z okresowymi przyspieszeniami, ostatecznie pokonując łączny dystans 1900 mil morskich. Statek wyszedł na próby z nieco ponad 6000 litrami oleju napędowego i wrócił do portu z 2800 litrami.
IUSV był obsługiwany przez dwóch operatorów na lądzie, monitorujących statek 24 godziny na dobę, chociaż firma zapewniła również łódź eskortową, aby rozwiązać wszelkie powstałe problemy.
Zrozumiałe jest, że ostatnie testy żywotności wzmocniły oczekiwania Zycrafta dotyczące oszczędności paliwa IUSV, niezawodności jego układów elektronicznych i mechanicznych. Song powiedział, że te testy wytrzymałościowe dostarczyły danych na temat działania czujników i systemów nawigacyjnych w warunkach rzeczywistych.
„Ponieważ IUSV miał okazję przez długi czas obserwować ruch morski i inne zdarzenia podczas testów, byliśmy w stanie rozpoznać wyraźne wzorce żeglugi, a nawet byliśmy świadkami kilku niebezpiecznych podejść statków handlowych”
- Sun udostępnił, ale odmówił podania szczegółów.
„Było kilka wyzwań, ale udało nam się znaleźć sposoby na ich pokonanie i zoptymalizowanie możliwości IUSV w czasie rzeczywistym dzięki aktualizacjom oprogramowania”.
Przyszłe możliwości
Firma przywiązuje dużą wagę do poszerzenia zakresu zadań statku poprzez wykorzystanie jego uszczelnionego przedziału modułowego o ładowności 3x3x2 metry o maksymalnej ładowności 3 ton.
„Ten przedział jest specjalnie zaprojektowany, aby pomieścić ładunek, który wymaga specjalistycznego sprzętu do przenoszenia” – powiedział Sung. „Aby obsłużyć ten docelowy ładunek, w wyznaczonej ładowni można zainstalować sprzęt pomocniczy, taki jak szafki z elektroniką”.
W proponowanej taniej koncepcji obrony przeciw okrętom podwodnym IUSV będzie wyposażony w kompletny sonar aktywno-pasywny dostarczony przez jednego z partnerów technologicznych Zycrafta. Łódź będzie zastępować platformę do zwalczania okrętów podwodnych, umożliwiając załogowym okrętom bojowym unikanie rozpraszania uwagi i wykonywanie innych zadań.
Zycraft opracował YZDDS-920 DDS (sonar do wykrywania nurków). Kompaktowy system sonarowy o wysokości 300 mm i średnicy 425 mm może być instalowany na pokładzie Vigilant IUSV, innych statków ANC i okrętów lub używany jako urządzenie stacjonarne do ochrony portów lub infrastruktury przybrzeżnej.
Według firmy, DDS jest przeznaczony do wykrywania nurków z obiegiem otwartym z odległości do 600 metrów oraz nurków wyposażonych w aparat oddechowy regeneracyjny z odległości do 400 metrów we wszystkich kierunkach do maksymalnej głębokości 50 metrów. System składa się z jednostki antenowej o wadze 45 kg, jednostki przetwarzającej oraz graficznego interfejsu użytkownika na laptopie. Może jednocześnie śledzić do 100 obiektów i niezależnie emitować sygnał ostrzegawczy w przypadku wykrycia zagrożenia.
Firma poszukuje obecnie partnera, który zintegrowałby system sonaru z IUSV, a w najbliższej przyszłości planuje przeprowadzić kolejny test w długiej podróży, koncentrując się na badaniach i obserwacjach podwodnych. Song zauważył, że prace nad integracją sonaru mogą otworzyć drogę do wprowadzenia w przyszłości technologii zwalczania okrętów podwodnych. Zycraft spodziewa się również zwiększonego zapotrzebowania na operacje poszukiwawczo-ratownicze.
Firma zauważyła, że urządzenie IUSV, wyposażone w odpowiednie systemy czujników i detektory do przekazywania współrzędnych w sytuacjach awaryjnych, może być doskonałym wyborem dla krajów o długich liniach brzegowych i rozległych obszarach morskich.
Urządzenie IUSV, skonfigurowane do działań poszukiwawczo-ratowniczych, podczas takich operacji może długo przebywać na morzu, a specjalnie zaprojektowany moduł pozwala operatorowi na zdalne ratowanie rozbitków za pomocą zrobotyzowanego ramienia i przenoszenie z rannym nawet siedmiu noszy.
Urządzenia monitorujące pacjentów można włączyć do sprzętu, aby monitorować stan psychiczny ofiar i wysyłać informacje do służby przybrzeżnej jeszcze przed przybyciem na ląd.
W celu prowadzenia zwiadu i zbierania informacji wywiadowczych Zycraft rozważa wdrożenie czujników zewnętrznych, takich jak drony na uwięzi, do długoterminowego nadzoru wizualnego. Można jednak wdrożyć niestandardowe moduły ładunku, aby spełnić określone wymagania klientów zarówno do celów cywilnych, jak i wojskowych.
Firma chce również wejść na rynek szkoleń i symulacji, w związku z czym rozpoczęła prace nad nowym projektem M75 Bezzałogowa łódź docelowa. Ważący 0,9 tony cel AHK ma całkowitą długość 5,8 metra, szerokość 1,6 metra i zanurzenie 0,33 metra. Łódź wyposażona jest w silnik zaburtowy Yamaha F115, który pozwala osiągnąć prędkość 35 węzłów, zbiornik paliwa o pojemności 220 litrów pozwala na przebywanie na morzu do 23 godzin z prędkością 12 węzłów lub 5 węzłów godzin przy stabilnych maksymalnych prędkościach.
ANK Vigilant IUSV jest częścią małej, ale rozwijającej się linii dużych, wszechstronnych niezamieszkanych platform, które są opracowywane w regionie Azji i Pacyfiku.
Wśród krajów z platformami ANC o długości ponad 11 metrów na szczególną uwagę zasługują Chiny i Singapur, które opracowują odpowiednio łódź wielozadaniową JARI o wadze 20 ton (China Shipbuilding Industry Corporation) i 22-tonową łódź Venus 16 (ST Engineering), zoptymalizowane pod kątem moje działanie.
Duże bezzałogowe statki nawodne oferują flotom kilka zalet. Na przykład większe kadłuby mają zwykle większą ładowność i pojemność paliwa, co zapewnia operatorom większą elastyczność i promień kontroli. Większe platformy mogą być opcjonalnie obsługiwane w przypadku zadań, które wymagają lepszej świadomości sytuacyjnej i złożonego podejmowania decyzji.
Jednak ze względu na duże rozmiary i wyporność duże statki automatyczne z reguły operują z baz przybrzeżnych, ponieważ w przypadku większości statków, z wyjątkiem uniwersalnych statków amfibii, które mają duże doki do lądowania, są one zbyt nieporęczne i ciężkie do wodowania i podnoszenia na pokładzie.
