Ein ganz besonderer Mantarochen: DARPAs Unterwasserdrohnen-Revolution

(Di Andrea Mucedola)
15/05/24

Warum ändern oder sich nicht von erfolgreichen evolutionären Lösungen inspirieren lassen, die die Natur über Millionen von Jahren entwickelt hat? Dieses technologische Konzept, das im Laufe der Zeit verloren gegangen ist, wird seit dem letzten Jahrhundert in vielen wissenschaftlichen Forschungslabors übernommen, die erfolgreiche technische Lösungen sowohl im Luftfahrt- als auch im Marinebereich geschaffen haben. Es handelt sich um das Gebiet der Biomimikry (im Englischen „Biomimikry“) Biomimik), eine Disziplin, die die mechanischen Prozesse der Natur untersucht, um „neue Inspirationen“ zu finden und unsere Technologien effizienter zu machen.

Viele Lösungen basieren auf der Kombination von Technologien, die von der Natur inspiriert sind: Beispielsweise wurden die ersten sich verjüngenden Schiffsrümpfe von der Form von Fischen inspiriert, und die Flossen von Tauchern (zuerst von Leonardo da Vinci entworfen) sind eine Ableitung von Beobachtungen, die auf dem Schiff gemacht wurden Anatomie von Amphibien und Fischen. In jüngerer Zeit sind einige Mikrodrohnen, die in vielen Disziplinen Anwendung finden, vom Flug von Insekten inspiriert.

Ein technologischer „Manta“.

Northrop Grumman, ein amerikanisches Unternehmen, das seit über 50 Jahren führend in der Unterwasserindustrie ist, entwickelt eine neue Klasse unbemannter Unterwasserdrohnen (UUV – Ungeschraubtes Unterwasserfahrzeug), dessen Name nicht überraschend vom Manta stammt, dem riesigen „geflügelten“ Fisch, den wir alle kennen.

Das Programm MantaDas im Jahr 2020 gestartete Ziel zielt darauf ab, eine neue Klasse von UUV für dauerhafte Einsätze in dynamischen Meeresumgebungen auf Langstreckenmissionen in Meeresumgebungen zu entwickeln, die auf von der DARPA erstellten Spezifikationen basieren (Verteidigung Advanced Research Projects Agency, Regierungsbehörde des US-Verteidigungsministeriums, zuständig für die Entwicklung neuer Technologien für militärische Zwecke, Hrsg.). Zusätzlich zu Northrop Grumman Systems Corporation Die Entwicklung des Fahrzeugs wurde beauftragt Martin Defence Group, LLC und die Metron, Inc. während die energetischen Aspekte a PacMar.

Das Programm zielt darauf ab, UUVs zu entwickeln, die über längere Zeiträume ohne menschliche logistische Unterstützung oder Wartung vor Ort betrieben werden können, indem ihr Energiemanagement optimiert wird und die benötigte Energie tatsächlich vor Ort produziert wird. Das Ziel besteht in der Zuverlässigkeit des Fahrzeugs und seiner Fähigkeit, auf vorab festgelegten Routen zu navigieren (unter Vermeidung von Unterwasserhindernissen).

Ursprünglich für militärische Zwecke konzipiert (obwohl seine Verwendung im zivilen Bereich für die ozeanografische Forschung gleichermaßen attraktiv erscheint), wurde das Manta werden Befehls-, Kontroll- und Kommunikationsfähigkeiten (C3) soll Langzeiteinsätze mit minimaler menschlicher Aufsicht ermöglichen und mit einer großen Ladekapazität ausgestattet sein, was es zu einem äußerst nützlichen Werkzeug bei maritimen Überwachungseinsätzen macht, das es diskret und effektiv durchführen kann.

Ein Prototyp dieses neuen Fahrzeugs in Originalgröße wurde von der Northrop Grumman Systems Corporation gemäß den DARPA-Richtlinien entwickelt, um die Machbarkeit seines Einsatzes bei maritimen Sicherheitsmissionen zu ermitteln.

Il Manta zusammenfassend:

– Es wird über eine ausreichende Ladekapazität verfügen, um je nach Art der Mission unterschiedliche Instrumente zu transportieren, und über eine lange Autonomie verfügen.

– Es kann so programmiert werden, dass es sich auf dem Meeresboden ausruhen und „Winterschlaf“ halten und sich in einen Zustand mit geringem Verbrauch versetzen kann, in dem es seine Batterien aufladen kann;

– wird in modularer Form für den einfachen Versand (in fünf Standardcontainern) weltweit verfügbar sein.

Doch wie begann dieses ehrgeizige Programm?

In den ersten Jahren des dritten Jahrtausends wurden zahlreiche Arbeitsgruppen gegründet, um die Machbarkeit einer möglichst autonomen Entwicklung unbemannter Fahrzeuge zu prüfen. Begünstigt durch die Miniaturisierung elektronischer Komponenten und neue Kommunikationstechnologien wurden Flug- und Marinedrohnen aller Formen und Größen geboren. Die Idee bestand darin, diese Mittel so autonom wie möglich zu machen, um die menschliche Präsenz in Krisengebieten zu reduzieren. Besonders spannend war dies in der Unterwasserwelt, wo sich Fahrzeuge, die mittlerweile auch im zivilen Bereich weit verbreitet sind, als zuverlässig erwiesen. Von relativ kleinen Fahrzeugen sind wir zu immer größeren Fahrzeugen wie dem LUUV und jetzt dem XLUUV übergegangen.

Unter den laufenden Programmen wurde Anfang 2021 das Programm genehmigt Manta das nach einer ersten Machbarkeitsstudie mit der folgenden Phase zur Herstellung eines Prototyps und der Durchführung der ersten Tests begann.

Der futuristische Prototyp hat nun zwischen Februar und März 2024 die Wassertests vor der Küste Südkaliforniens und Hawaiis abgeschlossen und dabei seine hervorragende hydrodynamische Leistung sowohl an der Oberfläche als auch unter Wasser unter Beweis gestellt. Das multidisziplinäre Programm wird von der DARPA geleitet, die seit einiger Zeit aktiv mit der US-Marine zusammenarbeitet, um das Design zahlreicher Schiffe und autonomer Fahrzeuge zu entwickeln.

USN-Fregattenkapitän Dr. Kyle Woerner, DARPA-Programmmanager für das Projekt Manta, sagte in einer Notiz: „Die erfolgreichen Tests, die wir mit dem Manta Ray durchgeführt haben, bestätigen die Bereitschaft des Fahrzeugs für den Einsatz in der realen Welt, nachdem es vor Ort schnell aus modularen Unterabschnitten zusammengebaut wurde. Sobald das Unterwasserfahrzeug (das sich wie ein Segelflugzeug verhält) wieder eingesetzt wird, nutzt es einen effizienten Gleitflug und verändert seine Fluglage wie ein Mantarochen, um sich elegant durch das Wasser zu bewegen. Der Rumpf ist sowohl in der Größe als auch in der Typologie für unterschiedliche Ladekapazitäten ausgelegt, um eine Vielzahl von Marineeinsätzen zu ermöglichen.“. Aber nicht nur militärisch: Laut Woerner und der Forscherin Kelley Ruehl vom Sandia National Laboratory, die Beratung zu Energieaspekten anbietet, „Das Manta Ray-Projekt entstand … aus dem Bedürfnis heraus, die Meeresumwelt besser zu verstehen und über Unterwasserfahrzeuge zu verfügen, die länger als die [übliche] Messgröße von ein paar Stunden oder ein paar Tagen halten.“, wodurch ein autonomes Unterwasserfahrzeug geschaffen wird, das alleine arbeitet und autonom die Energie sammelt, die für die Erfüllung jeder ihm anvertrauten Mission erforderlich ist. In dieser Hinsicht verfolgt PacMar den Energieteil und entwickelt Energiesammel- und -speichersysteme mit geringem Energieverbrauch, wichtige Komponenten für die Entwicklung autarker Technologien, die für erforderlich sind Manta.

Zusammenfassend das Programm Manta geht erfolgreich voran. Die United States Navy entwickelt wie andere amerikanische Verteidigungskommandos mit Hilfe von Robotik und künstlicher Intelligenz neue Technologien, die sich bewährt haben Multiplikatoren erzwingen in Forschung und Entwicklung, um eine zukünftige „hybride“ Flotte von Plattformen unterschiedlicher Art (bemannt und unbemannt) zu schaffen.

Manta Es ist nicht das einzige Programm im Bereich UUVs (vor Kurzem erhielt die US-Marine den ersten Orca für den Langstreckeneinsatz zur Überwachung und/oder ozeanografischen Forschungseinsätze).

Wir reden noch einmal darüber...

Foto: Northrop Grumman / web

(Artikel ursprünglich veröffentlicht am https://www.ocean4future.org)