FLEET CLASS (MCM USV)

Sviluppato dalla AAI Corporation, General Dynamics Robotic Systems e Maritime Applied Physics, il Fleet class Unmanned Surface Vessel (USV) sono una classe di navi costituite da un piccolo scafo semi-planante destinato a operare in una configurazione con equipaggio opzionale per condurre missioni di guerra antisommergibile , guerra alle mine e guerra elettronica. Questa classe di navi è costruita utilizzando un design modulare per consentire rapidi cambiamenti di missione attraverso la sostituzione dei moduli.

Con una lunghezza di 12m e un dislocamento di 7,7 tonnellate, la classe Fleet è in grado di raggiungere velocità di oltre 35 nodi e può trasportare fino a 2.300 kg di attrezzature. La classe Fleet è progettata per funzionare fino a 48 ore senza interruzioni.

Progettato per adattarsi ai limiti di peso e manovrabilità di un gommone convenzionale a scafo rigido, lo scafo della classe Fleet USV è progettato per una buona tenuta di mare nella maggior

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parte degli stati marini e le navi sono dotate di controlli avanzati per la navigazione e il

funzionamento autonomo. Sono inoltre progettati per essere convertiti in operazioni con equipaggio mediante la sostituzione dei moduli di missione entro un periodo di 24 ore.

Le navi di questa classe sono le prime navi senza equipaggio ad essere annoverate come navi della Marina degli Stati Uniti.

Come parte del pacchetto di missione LCS Mine Countermeasures (MCM), le barche agiranno come Unmanned Influence Sweep System (UISS) (precedentemente Unmanned Surface sweep system (USSS)), dove rimorchieranno un sistema di contromisure che emette segnali acustici e magnetici per innescare e far esplodere mine di influenza a distanza di sicurezza. È anche in grado di trasportare altri carichi utili contro mine, tra cui un sonar a scansione laterale e veicoli

sottomarini senza equipaggio per la caccia alle mine e lo spazzamento, nonché armi non letali e pacchetti di intelligence, sorveglianza e ricognizione (ISR).

A causa di problemi di affidabilità con il Remote Multimission Vehicle (RMMV), il CUSV viene considerato come un'alternativa per eseguire la caccia alle mine oltre allo sminamento. Inoltre, è in fase di test per il dispiegamento di altre navi oltre alla LCS, compreso un test da un Expeditionary Transfer Dock nell'autunno 2015.

Nel gennaio 2018, Textron ha annunciato che la Marina degli Stati Uniti stava studiando come armare il CUSV per un ruolo di guerra di superficie. Sono stati presi in considerazione vari carichi utili, inclusi piccoli missili, torrette di cannoni remoti e sensori e designatori per agire come un nodo di puntamento in avanti per navi più grandi.

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Storia

Il primo ROV conosciuto, chiamato "Poddle", è stato creato da uno scienziato, ingegnere ed esploratore francese Dimitri Rebikoff nel 1953. Il primo tentativo di finanziamento della prima tecnologia ROV è stato effettuato dalla Marina degli Stati Uniti negli anni '60. Hanno inventato il cosiddetto "veicolo per il recupero subacqueo controllato da cavi" o anche conosciuto come CURV. Il CURV è stato in grado di eseguire serie di operazioni di salvataggio in acque profonde, oltre a recuperare oggetti dal fondo dell'oceano. Un altro sviluppo tecnologico dei ROV è stato fatto da società commerciali che hanno visto il futuro nel supporto ROV dei giacimenti petroliferi offshore. Questi ROV sono stati utilizzati per la prima volta come veicoli di ispezione e un decennio dopo come veicoli per la manutenzione dei giacimenti petroliferi offshore. Oggigiorno i ROV sono responsabili di numerose attività in molti campi. I ROV possono fare qualcosa di semplice come un'ispezione di una struttura sottomarina, ma anche un lavoro più impegnativo, come l'ispezione e la manutenzione delle condutture fino al collegamento delle condutture e al posizionamento di collettori sottomarini. Tutto sommato, i ROV possono lavorare in tutte le fasi, dalla costruzione alla manutenzione.

Classificazione

I ROV sommergibili possono essere classificati in categorie in base alle loro dimensioni, peso, abilità e potenza.

- I ROV Micro-Class sono di dimensioni e peso molto ridotti. Solitamente pesano fino a 3 Kg e sono comunemente usati in luoghi dove non è possibile o pratico l’intervento umano , come ad esempio le fognature, le condutture e I luoghi con piccole cavità.

- I ROV Mini-Class possono pesare fino a 15 kg. Possono completare un lavoro senza bisogno di aiuto esterno.

- I ROV Light Work-Class vengono utilizzati per lavori più pesanti e la maggior parte di essi sono manipolatori (pinze piccole a tre dita). Il loro telaio è realizzato in polimeri o leghe di alluminio. La massima profondità di lavoro per la categoria dei ROV è fino a 1000 metri.

- I ROV Heavy Work-Class sono utilizzati principalmente dalle compagnie petrolifere offshore e trasportano almeno 2 manipolatori e un'unità sonar.

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- I Trenching & Burial ROV sono in grado di trasportare una slitta posacavi e lavorare in profondità fino a 6000 m

Sistema di propulsione

Come parte di qualsiasi sistema robotico mobile, alcuni mezzi di locomozione sono necessari per muovere il sistema robotico. Per questo motivo, i propulsori vengono utilizzati per il movimento del ROV. I propulsori sono una considerazione di progettazione critica per qualsiasi sistema ROV. Senza la spinta adeguata, il ROV può essere sopraffatto dalle condizioni ambientali e quindi incapace di eseguire i compiti desiderati. I propulsori possono essere elettrici, idraulici, a getto canalizzato o una combinazione di questi quattro. Di seguito sono elencate le considerazioni più importanti che un progettista di ROV deve tenere in considerazione per la scelta delle dimensioni e del tipo di propulsore utilizzato.

- Il compito che il ROV deve svolgere e quindi il sistema di lavoro e gli strumenti necessari per esso.

- Il sistema di alimentazione necessario per supportare il sistema di lavoro, il sistema di controllo degli strumenti, le luci e le telecamere.

- Le dimensioni del telaio e la quantità di galleggiabilità per supportare il sistema di alimentazione e di lavoro.

- Le condizioni fisiche e ambientali come la profondità e la corrente marina. - La resistenza sul veicolo e sul cavo.

Come accennato prima, ci sono quattro tipi di propulsori che oggi vengono utilizzati per la

propulsione dei ROV. Ci sono eliche azionate elettricamente, eliche azionate idraulicamente, eliche a getto canalizzato o una combinazione di queste. Questi diversi tipi sono sviluppati per adattarsi alle dimensioni del veicolo e ai compiti che deve svolgere. In alcuni casi la posizione in cui opera il ROV determina il tipo di propulsione utilizzata.

Il tipo di eliche ad azionamento idraulico è usato raramente nei ROV di piccola scala. Questo perché funzionano tramite pompe idrauliche e la conversione dell'energia (da elettrica a meccanica a idraulica) lo rende inefficiente. Infine, l'obiettivo principale per la progettazione di un sistema di propulsione ROV è quello di avere un'elevata spinta rispetto alle dimensioni fisiche / resistenza e ai rapporti di potenza in ingresso.

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Progettazione dei cavi

Una delle parti più importanti del ROV sono i cavi utilizzati per la comunicazione del ROV con il mondo esterno. Alcuni ROV possono raggiungere una profondità di sei chilometri, quindi è

importante che il ROV sia adeguatamente alimentato e possa anche trasferire diverse misurazioni e dati che potrebbe richiedere. La pressione che i cavi devono sopportare è enorme. Le dimensioni del veicolo, il peso, la temperatura, la durata dell'operazione e la profondità operativa, nonché i motori, i sottosistemi e i carichi utili del veicolo, si combinano per determinare il design del cavo del ROV. Esistono due diverse categorie per il cavo utilizzato, ombelicale e laccio.

Requisiti di alimentazione

Il cavo deve essere in grado di sopportare la potenza che sta per essere trasferita. La potenza si traduce in ampere. È necessario che il cavo abbia materiale sufficiente per condurre questa potenza fino all'estremità opposta. Un calcolo importante che il progettista deve tenere in considerazione è che il cavo ha una resistenza al flusso di energia elettrica, che crea una caduta di tensione. Per questo motivo viene utilizzato il rame, noto per la sua bassa resistenza. Un'altra considerazione è l'isolamento dei conduttori per contenere l'energia elettrica. Il materiale più comune utilizzato per isolare i conduttori è costituito da materiali termoplastici come TEFLON. Tuttavia, poiché i

termoplastici si ammorbidiscono o si sciolgono con il calore, è importante conoscere sia l'ambiente operativo che i requisiti attuali. La limitazione della tensione sull’isolamento è un fattore

importante. Se la tensione attraverso il cavo è troppo alta può causare un guasto dell'isolatore e l'energia elettrica può uscire dal conduttore prima di raggiungere il suo obiettivo. Per evitare una condizione pericolosa in caso di guasto dell'isolatore, vengono utilizzati conduttori separati come messa a terra di emergenza.

Requisiti del segnale

Il fattore più importante nei requisiti del segnale sono le perdite di attenuazione. Il segnale, sia elettrico che ottico, viene attenuato sia dal conduttore che dall'isolante. La quantità di attenuazione

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varia ed è direttamente collegata alla frequenza del segnale. La trasmissione del segnale può variare, a seconda del tipo di segnali che i cavi trasportano. I segnali possono essere analogici, digitali, elettrici o ottici. In questo caso vengono utilizzati cavi schermati, in modo che i segnali siano protetti dalle interferenze elettromagnetiche e di radiofrequenza. Inoltre, i cavi che trasportano segnali sono separati dai cavi che trasportano alimentazione. Altri parametri che un progettista di cavi deve tenere in considerazione sono l'impedenza e la capacità del cavo e anche la frequenza del segnale. Infine, per la trasmissione di un segnale possono essere utilizzate fibre ottiche. In questo caso i parametri da considerare sono l'attenuazione, la larghezza di banda e la lunghezza d'onda del segnale.

Requisiti di resistenza

Un altro fattore importante nella progettazione del cavo sono i requisiti di resistenza. L'elemento di forza è un filo di armatura d'acciaio che fornisce il collegamento meccanico al ROV. Supporterà anche il peso del cavo, il ROV e qualsiasi carico utile aggiuntivo. La dimensione del cavo può influenzare il carico sul cavo a causa della resistenza. Il materiale del membro di resistenza più comune utilizzato per i cavi ombelicali è l'acciaio. L'acciaio è in carbonio e ha un rivestimento esterno galvanizzato per proteggere l'acciaio al carbonio dalla corrosione. Un altro materiale

utilizzato per l'elemento di resistenza del cavo sono le fibre sintetiche, come il KEVLAR. KEVLAR è un materiale resistente in grado di sopportare forze enormi. Viene utilizzato anche per la sua leggerezza. La differenza di prezzo tra questi due diversi materiali è notevole. Il progettista deve scegliere il materiale corretto a seconda delle esigenze del ROV. Per i sistemi ultra-profondi

vengono utilizzate fibre sintetiche, al fine di arrivare alla profondità necessaria. Infine, il design del cavo del ROV è fondamentale per il buon funzionamento del ROV. Tuttavia, la tecnologia è

avanzata al punto che è davvero un problema di progettazione e cavi eccellenti sono disponibili praticamente per qualsiasi applicazione.

Laser line scanner

Il laser line scanners, abbreviato come LLS, da una piattaforma trainata o mobile è un dispositivo che funziona eccezionalmente per ricerche o rilievi. LLS nella sua forma più semplice è un sensore che sfrutta un laser per concentrare la luce intensa su una piccola area, illuminando bersagli distanti

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ed estendendo le immagini subacquee. Una serie di punti sul fondo del mare costituisce

un'immagine ottica, ogni raggio laser di diametro illuminato in sequenza che scansiona il fondo. I dati raccolti sono visualizzati dal monitor come un'immagine continua che può essere registrata su un normale videoregistratore. Il sensore ottico è costituito da diversi sottogruppi per l'elettronica di controllo del sensore integrato, il laser, uno scanner e un rilevatore. Tutti i sottogruppi sono integrati in una singola unità, installata all'interno di un alloggiamento a pressione a tenuta stagna per

rimanere impermeabile. Il laser line scanner può essere collegato al ROV o essere come una custodia del dispositivo individuale che è collegato al ROV. La dimensione tipica di un sistema LLS è di circa 35 cm di diametro e 1,6 m di lunghezza. Il prezzo da pagare per LLS può arrivare fino a 550000 euro. La maggior parte degli strumenti utilizzati da un ROV hanno anche i loro svantaggi. Nel caso del sistema LLS, lo scanner richiede movimento per acquisire e generare immagini. Ciò significa che l'LLS dovrebbe spostarsi continuamente attraverso il mare e vicino al fondo del mare.

Sonar

In ambiente sottomarino la luce ha una capacità di propagazione molto contenuta in termini di distanza. Lavorando sott'acqua la mancanza di visione a lungo raggio è un importante fattore limitante. In precedenza, quando i subacquei facevano i lavori come la riparazione e la

manutenzione in immersione, la visione degli oggetti era difficile e lo spostamento da un luogo all'altro era lento. Con l'arrivo in cantiere della robotica e dell'intervento strumentale, la necessità di una visione estesa è diventata più vitale. Per questo motivo gli ingegneri si sono allontanati dallo spettro della luce visibile e sono passati a un'altra forma di energia trasmissibile sott'acqua: il suono. Il suono si attenua in acque dense come la luce, ma non a breve distanza come la luce. I dispositivi che utilizzano la propagazione del suono per comunicare o rilevare oggetti sotto la superficie

dell'acqua sono chiamati sonar. Esistono due diversi tipi di sonar, passivo e attivo. Il sonar passivo è essenzialmente utilizzato per ascoltare il suono prodotto dalle navi. I sonar attivi emettono impulsi di suoni e vengono utilizzati per ascoltare gli echi. Nel caso dei ROV, vengono utilizzati sonar attivi. Negli ultimi decenni questi strumenti sono diventati più sofisticati e precisi. Anche la trasmissione del suono sott'acqua ha i suoi limiti. La frequenza utilizzata dal sonar influisce sulla capacità di raccogliere i dati. Gli ecoscandagli che utilizzano frequenze elevate sono efficaci su brevi distanze (fino a 1 Km), ma hanno un'ottima immagine. D'altra parte, i sonar che utilizzano le basse frequenze hanno una distanza operativa più lunga (molti chilometri), ma l'immagine non è buona come nel sonar ad alta frequenza. Una frequenza tipica per l'imaging del sonar è di circa 300

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KHz. Al giorno d'oggi, i sonar utilizzati dai ROV hanno anche molte altre applicazioni, come la mappatura e la prevenzione delle collisioni.

Manipolazione

Un'altra caratteristica che tutti i ROV hanno sono i manipolatori. I manipolatori sono bracci meccanici in grado di eseguire vari lavori sott'acqua. Poiché l'ambiente sottomarino è

intrinsecamente inospitale per gli esseri umani, l'uso di braccia meccaniche manipolate a distanza è un modo naturale per eseguire lavori sottomarini. La manipolazione remota è anche chiamata teleoperazione. Consente agli operatori umani che lavorano dalla superficie di manipolare oggetti sottomarini. Il posto abituale per i manipolatori è il lato anteriore del ROV. Un'ampia varietà di tipi di manipolatori si è evoluta nel corso degli anni per coprire una gamma molto ampia di applicazioni sottomarine. I rov possono svolgere con i manipolatori attività più semplici, come il sollevamento di un oggetto, o più complesse, come collegare e scollegare i connettori elettrici e idraulici. Il progettista del veicolo dovrebbe considerare quanto segue quando progetta i manipolatori: numero e tipo richiesti, loro posizione, tipo di controllo richiesto, sollevamento, portata massima e minima e infine posizioni della telecamera.

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3.5.1. SERIE PLUTO