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무인 표면 운반체, 무인 표면 선박 또는 무인 표면 선박([2][3]USV)은 드론 보트, 드론 선박[4] 또는 해상 드론으로 구어체로 불리며 승무원 없이 수면 위에서 작동하는 보트 또는 선박입니다.[5] USV는 원격 제어에서[6] 완전 자율 지상 차량(ASV)에 이르기까지 다양한 수준의 자율성을 가지고 작동합니다.[7]
규제환경
USV 운영에 대한 규제 환경은 기술이 발전하고 상용 프로젝트에 더 자주 배치됨에 따라 빠르게 변화하고 있습니다. Maritime Autonomous Surface Ship UK Industry Conduct Principles and Code of Practice 2020(V4)[8]은 영국 Maritime Autonomous Systems Regulatory Working Group(MASRWG)에서 작성하고 Maritime UK에서 Society of Maritime Industries를 통해 발표했습니다. MASS Code of Practice Agency (MCA), Atlas Elektronik UK Ltd, AutoNaut, Fugro, UK Chamber of Shipping, UKHO, Trinity House, Harry Institute, National Oceanography Center, Dynautics Limited, SEA-KIT International, 사가르 방위 공학 외에도 많은 것들이 있습니다.[citation needed]
2017년 말 Sagar Defense Engineering은 인도에서 처음으로 정부 기관에 USV를 제작하여 공급하는 회사가 되었습니다.[citation needed]
발전
제2차 세계대전이 끝나자마자, 미국 해군은 원격 조종되는 USV를 표적 드론과 지뢰 제거 용도로 사용했습니다.[9]: 121 21세기 들어 USV 제어 시스템과 내비게이션 기술의 발전으로 운영자가 육상 또는 인근 선박에서 원격으로 제어할 수 있는 USV가 탄생했습니다.[10] 부분적으로 자율적인 제어로 동작하는 USV와 완전 자율적으로 동작하는 USV(ASV).[9] USV 및 ASV에 대한 최신 응용 및 연구 분야에는 상업용 선박,[11] 환경 및 기후 모니터링, 해저 지도 작성,[11][12] 여객선,[13] 로봇 연구,[14] 감시, 교량 및 기타 인프라,[15] 군사 및 해군 작업이 포함됩니다.[9]
2022년 1월 17일, 솔레이유호가 최초로 배를 타고 완전 자율 해상 항해를 마치는 데 성공했습니다. MHI가 건설한 이 시위는 신니혼카이 여객선의 협력으로 진행되었습니다.[16] 규슈 북부의 신모지에서 이요나다해까지 7시간 240km에 걸친 항해에서 최고 속도는 26노트를 기록했습니다.[17]
2022년 8월, 미쓰이 O.S.K. 라인의 MV 미카게는 쓰루가에서 사카이까지 이틀에 걸쳐 161해리를 항해하여 2일간의 시험에서 자율 해안 컨테이너선의 도킹을 포함한 최초의 무인 해상 항해를 성공적으로 마쳤습니다.[18]
USV 자율화 플랫폼
USV 운영에 특화된 수많은 자율 플랫폼(컴퓨터 소프트웨어)이 개발되었습니다. 일부는 특정 선박에 연결되어 있고 다른 일부는 유연하여 다양한 선체, 기계 및 전기 구성에 적용할 수 있습니다.
이름. | 노점상 | 유형 | 배치된 선박 | 공급업체 맞춤형 USV | USV/OEM으로 전환 | COLREG |
---|---|---|---|---|---|---|
태풍 | 새트파인더 | 상업의 | 2 | 네. | 네. | 능력있는[19] |
AS뷰 | L3해리스 | 상업의 | 100+[20] | 네. | 네[21] | 능력있는[20] |
무스 | MIT | 오픈소스 | 아니요. | 예(오픈소스) | 능력있는[22] | |
SM300 | 바다 기계 | 상업의 | 7 | 아니요. | 네. | 능력있는[23] |
SDE | 사가르 방위 공사 민간 유한 회사 | 상업의 | 7 | 네. | 네. | 유능한 |
컴퓨터 제어 및 작동되는 USV
무인 표면 선박(USV)의 설계 및 제작은 복잡하고 어렵습니다. 임무 목표, 탑재체 요구사항, 전력 예산, 선체 설계, 통신 시스템 및 추진 제어 및 관리와 관련된 수백 가지 결정 사항을 분석하고 실행해야 합니다. 선원 선박 제작자들은 선원들이 선박을 통제하는 것을 돕기 위해 추진 및 계측을 위해 단일 공급업체에 의존하는 경우가 많습니다. 무인(또는 부분적으로 승무) 선박의 경우, 건조자는 휴먼 인터페이스의 요소를 원격 휴먼 인터페이스로 교체해야 합니다.
기술적 고려사항
무인 표면 선박은 크기가 1미터 미만 LOA에서 20+미터까지 다양하며, 배수량은 수 킬로그램에서 수 톤에 이르기까지 다양하므로 추진 시스템은 광범위한 전력 수준, 인터페이스 및 기술을 다룹니다.
크기/전력 순으로 인터페이스 유형(광범위):
- 단순 전기모터용 PWM제어 전자속도제어기
- ASCII 코드화된 명령을 사용하는 직렬 버스
- 이진 프로토콜을 사용하는 직렬 버스
- 많은 대형 선박에서 발견되는 아날로그 인터페이스
- 다양한 엔진 제조업체에서 사용하는 독점 CANbus 프로토콜
- 범용 엔진 컨트롤 제조업체에서 사용하는 독점 CANbus 프로토콜
이러한 프로토콜 중 대부분은 추진에 대한 요구를 전달하지만 대부분은 상태 정보를 가져오지 않습니다. 달성된 RPM의 피드백은 타코 펄스 또는 CAN 또는 직렬 데이터를 생성하는 내장 센서에서 제공될 수 있습니다. 전기 모터의 전류 감지와 같은 다른 센서가 장착될 수 있으며, 이 센서는 전달되는 전력을 표시할 수 있습니다. 특히 높은 출력 수준에서는 안전이 매우 중요한 관심사이지만 작은 프로펠러라도 손상이나 부상을 일으킬 수 있으므로 이를 염두에 두고 제어 시스템을 설계해야 합니다. 이것은 선택적으로 유인 보트의 인도 프로토콜에서 특히 중요합니다.
USV를 제어할 때 자주 직면하는 과제는 완전한 전방에서 완전한 전방으로의 원활한 대응을 달성하는 것입니다. 선원 선박은 일반적으로 정지 위치 주위에 넓은 데드 밴드가 있는 움푹 들어간 행동을 합니다. 디퍼렌셜 스티어링을 정확하게 제어하려면 제어 시스템이 이 데드밴드를 보상해야 합니다. 내연 기관은 기어박스를 통해 주행하는 경향이 있으며, 기어박스가 체결되면 제어 시스템이 이를 고려해야 합니다. 워터젯은 0점을 통해 부드럽게 조정되기 때문에 여기서 예외입니다. 전기 드라이브에는 비슷한 데드밴드가 내장되어 있는 경우가 많기 때문에, 탑승한 사람이 이 동작을 유지할 수 있도록 제어 시스템을 설계하되, 저속 기동 및 다이내믹 포지셔닝과 같은 자동 제어를 위해 이를 부드럽게 해야 합니다.
해양학, 수로학 및 환경 모니터링
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e8/Autonomousresearchvess.jpg/170px-Autonomousresearchvess.jpg)
USV는 계류되거나 표류하는 기상 부표보다 기동성이 뛰어나지만 동등한 기상 선박 및 연구 선박보다 훨씬 저렴하고 [3][24]상업 선박 기여보다 유연하기 때문에 해양학에서 가치가 있습니다.[3] 해양학 연구에 사용되는 USV는 재생 가능한 에너지원에 의해 구동되고 추진되는 경향이 있습니다. 예를 들어, 웨이브 글라이더는 1차 추진을 위해 웨이브 에너지를 활용하는 반면,[25] 세일드론과 세일부이는 바람을 사용합니다. 오픈 오션 로보틱스의 제품인 Data Xplorer와 Xocean과 같은 다른 USV는 태양 에너지를 이용하여 전기 모터에 동력을 공급합니다. 재생 가능하고 지속적인 USV에는 전자 제품에 전원을 공급할 태양 전지가 있습니다. 재생 가능한 USV 지속성은 일반적으로 몇 달 단위로 측정됩니다.[26]
2022년 초에 USV는 주로 환경 모니터링 및 수로 조사에[3] 사용되었으며 향후 사용은 다학제적 사용 가능성으로 인해 매우 원격지의 모니터링 및 감시에서 증가할 것으로 예상되었습니다.[3] 선원 선박과 비교할 때 낮은 운영 비용은 USV 도입의 일관된 동인이 되었습니다.[3] USV 도입을 위한 다른 동인들은 사람들에 대한 위험 감소, 시공간적 효율성, 내구성, 정밀도 및 매우 얕은 물에 접근하는 것을 포함하여 시간이 지남에 따라 변화했습니다.[3]
비재생 동력 USV는 상업용 수문 조사에 사용할 수 있는 강력한 도구입니다.[14] 기존 측량선과 병렬로 소형 USV를 '포스 승수'로 사용하면 측량 범위가 두 배로 늘어나고 현장 시간이 단축될 수 있습니다. 이 방법은 알래스카에서 떨어진 베링해에서 수행된 조사에 사용되었습니다. ASV Global 'C-Worker 5' 자율 지표면 차량(ASV)은 프로젝트 전체의 44%인 2,275해리의 조사를 수집했습니다. 이것은 조사 업계 최초이며 바다에서 25일을 절약하는 결과를 낳았습니다.[27] 2020년 영국 USV 맥슬리머는 영국 해협 서쪽 대서양 해저 1,000 평방 킬로미터(390 평방 마일)에 대한 무인 탐사를 완료했습니다.[28]
세일드론
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6e/Saildrone_in_2019_NOAA_Arctic_mission.jpg/210px-Saildrone_in_2019_NOAA_Arctic_mission.jpg)
세일드론은 데이터 수집을 위해 주로 해양에서 사용되는 무인 표면 운반체의 한 종류입니다.[29] 세일드론은 풍력 및 태양광 발전이며 과학 센서와 항법 기기 제품군을 갖추고 있습니다. 원격으로 지정된 웨이포인트 세트를 따를 수 있습니다.[30] 세일드론은 영국 엔지니어이자 [31]세일드론 주식회사의 설립자이자 CEO인 리차드 젠킨스에 의해 발명되었습니다. 세일드론은 해양 생태계, 어업, 날씨를 조사하기 위해 국립해양대기청(NOAA)과 같은 과학자와 연구 기관에 의해 사용되었습니다.[32][33] 2019년 1월, 남극 대륙 최초의 자율적인 일주를 시도하기 위해 작은 세일드론 함대가 발사되었습니다.[34] 세일드론 중 한 명은 기내 환경 모니터링 기기를 사용하여 상세 데이터 세트를 수집하는 동안 7개월 동안 12,500마일(20,100km)을 여행하며 임무를 완수했습니다.[35]
SD 1021은 2019년 8월 버뮤다에서 영국으로 항해하는 가장 빠른 무인 대서양 횡단을 완료했으며,[36] 10월에는 귀환 여행을 완료하여 자율주행차 최초로 대서양을 양방향으로 횡단했습니다.[37] 워싱턴 대학교와 세일드론 회사는 2019년에 세일드론 태평양 센티넬 실험(The Saildrone Pacific Sentinel Experiment)이라는 합작 투자를 시작했는데, 이 실험은 미국 서부 해안을 따라 6대의 세일드론을 배치하여 대기 및 해양 데이터를 수집했습니다.[38][39]
세일드론과 NOAA는 2021년 허리케인 시즌이 6월에 시작되기 전에 수정된 허리케인급 선박 5척을 대서양의 주요 지점에 배치했습니다. 지난 9월, SD 1045는 Hurricane Sam 내부에서 비디오와 데이터를 확보하기 위한 위치에 있었습니다. 그것은 대형 허리케인의 한가운데를 모험한 최초의 연구선이었습니다.[40][41]
군용
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군사적으로 소방함의 형태로 무인함을 사용한 것은 고대로 거슬러 올라갑니다.
USV는 제1차 세계 대전에서 'DCB'를 개발한 후, 1920년대에 원격 조종 표적기로 군사적으로 사용되었습니다. 제2차 세계 대전까지 그들은 또한 광산 탐사의 목적으로 사용되었습니다.
USV에 대한 군사적 응용에는 동력이 공급되는 해상 표적과 지뢰 찾기,[42] 감시 및 정찰, 타격 작전, 지역 거부 또는 해상 거부가 포함됩니다.[43] 그 외에도 다양한 응용 프로그램들이 탐색되고 있습니다. 일부 상용 USV는 COLREGs 준수 내비게이션을 사용할 수 있습니다.[20]
2016년 DARPA는 Sea Hunter라고 불리는 대잠수함 USV 시제품을 출시했습니다. 터키 회사인 아셀산은 터키 해군이 사격 훈련에 사용할 ALBATROS-T와 ALBATROS-K 이동 표적 보트를 생산했습니다.[44][45] 튀르키예 최초의 원주민 무장 USV(AUSV)는 아레스 조선소, 메테산 디펜스 시스템즈 및 로케산이 개발한 ULAQ입니다. ULAQ는 로케산 시릿 4개와 UMTAS 2개로 무장하고 있습니다. 2021년 5월 27일 첫 발사 시험을 성공적으로 마쳤습니다.[47] ULAQ는 전투함에서 배치할 수 있습니다. 모바일 차량, 본사, 명령 센터 및 플로팅 플랫폼에서 원격으로 제어할 수 있습니다. 정찰, 감시 및 정보, 지상전, 비대칭전, 무장 호위, 병력 보호 및 전략 시설 보안과 같은 임무를 수행하게 됩니다. 아레스 조선소 대표는 서로 다른 무기를 장착한 매우 다른 버전의 ULAQ가 개발 중이라고 말했습니다.[48] 주요 사용자는 터키 해군입니다.
또한 중형 무인 표면 선박(MUSV)에 대한 군사 응용 분야에는 함대 정보, 감시, 정찰 및 전자전이 포함됩니다. 2020년 8월, L3Harris Technologies는 최대 9척의 선박에 대한 옵션이 있는 MUSV 시제품 제작 계약을 체결했습니다. L3Harris는 루이지애나에 본사를 둔 조선업체인 Swiftships에 배수량 약 500톤의 선박을 건조하도록 하청을 주었습니다.[49] 프로토타입은 2022년 말까지 완료되는 것이 목표입니다. 이는 이러한 종류의 함정 중 최초의 무인 해군 플랫폼 프로그램으로, 미국 해군의 분산 해상 작전[50] 전략을 지원하는 데 큰 역할을 할 것으로 보입니다. 앞서 스위프트십은 2014년 루이지애나 대학과 제휴해 아나콘다(AN-1)와 이후 아나콘다(AN-2) 클래스의 소형 USV를 제작했습니다.[51]
2022년 4월 13일, 미국은 새로운 안보 패키지의 일환으로 2022년 러시아의 우크라이나 침공 속에서 우크라이나에 불특정 "무인 해안 방어선"을 보냈습니다.[52]
BBC는 2022년 크림대교 폭발 사고에 무인 지표면 차량이 사용됐다는 이론을 내놓았습니다.[53] 2023년 7월 이 다리에서 폭발이 일어난 후, 러시아 반테러 위원회는 우크라이나가 무인 지상 차량을 사용하여 다리를 공격했다고 주장했습니다.[54]
2023년 12월, 러시아는 "Oduvanchik"이라는 첫 번째 가미카제 USV를 공개했습니다. 해상 드론은 최대 600kg의 폭발물을 실을 수 있고, 사거리는 200km, 속도는 시속 80km인 것으로 알려졌습니다.[55]
2024년 1월 9일 열린 기념식에서 TCB 말린은 최초의 무장 USV로 터키 해군에 입대했으며, 선체 번호는 TCB-1101이며 이름은 말린 SI ̇DA입니다.
전투시 사용
2022년 10월 29일, 러시아의 우크라이나 침공 당시 우크라이나군은 세바스토폴 해군기지에서 러시아 해군 함정에 대한 다중 미군 공격을 감행했습니다. 러시아 국방부에 따르면, 7대의 미군이 8대의 무인 항공기를 지원하여 공격에 참여했습니다. 이 행사는 해상 전쟁에서 무인 지상 차량을 처음으로 사용한 것입니다.[58] Naval News는 소형 USV에 의해 타격을 입은 두 군함, 러시아 호위함, 그리고 지뢰 탐지기에 의해 거의 손상이 발생하지 않았다고 보도했습니다. 그러나 보호 항구인 세바스토폴에 대한 공격의 군사적 효과는 러시아 해군이 "본질적으로 그들을 항구에 가두는" 보호 모드로 전환했기 때문에 직접적인 피해를 초과했습니다. 새로운 방어가 신속하게 추가되었고, 새로운 절차가 도입되었으며, 활동이 훨씬 적었습니다. 전쟁에서 러시아의 가장 강력한 군함들은 대부분 항구에 묶여 있었습니다."[59] 미 해군 연구소는 2022년 12월까지 "러시아 해군은 현재 주요 해군 기지에서 취약하다는 것을 알고 있으며, 이로 인해 포탄 안으로 더 후퇴하여 방어력을 높이고 외부 활동을 감소시키고 있습니다."라고 보고했습니다.[60] 두 번째 USV 공격은 11월 중순 노보로시스크에서 발생했으며, 흑해에서도 발생했지만 세바스토폴보다 러시아 점령지에서 훨씬 더 멀리 떨어진 곳에서 발생했습니다.[61]
2023년 1월까지 SpaceX는 스타링크 위성-인터넷 통신 기술의 라이선스를 무기 시스템에 대한 직접적인 군사적 사용을 제외하고 상업적 사용으로 제한했습니다. 이 제한으로 인해 2022년 말 우크라이나에서 사용한 USV 디자인을 한 번 사용할 수 없게 되었습니다. 동시에 러시아는 2023년 2월 10일 우크라이나 다리를 공격하는 데 사용되었던 소형 폭발물 USV에 대한 능력을 높였습니다. 2월까지, 러시아의 새로운 능력과 이전 우크라이나의 미군에 대한 통신 제한이 해전의 균형에 영향을 미칠 수 있습니다. 네이벌뉴스에서 "흑해가 다시 러시아 친화적으로 변해가는 것 같습니다."[62] 그러나 기존 기술에 대한 물리적 제약과 새롭게 등장하는 대(對)USV 능력 모두 이러한 선박을 취약하게 만들 수 있기 때문에 분쟁의 결과에 영향을 미칠 수 있는 USV의 광범위한 사용 가능성은 해결되지 않았습니다.[63]
2023년 8월 4일, 흑해 노보로시스크 해군 기지에서 450kg의 TNT를 실은 우크라이나 해상 드론에 맞아 로푸차급 상륙함 올레네고르스키 고르냐크호가 심각한 손상을 입었습니다.[64] 다시 항구로 예인되는 동안 한쪽으로 무겁게 나열된 사진이 찍혔습니다.[65] 당시 약 100명의 서비스 직원이 탑승하고 있었습니다.[66]
2024년 2월 1일, 타란툴-III급 미사일 코르벳 이바노베츠 ]가 우크라이나 미군의 공격을 받아 도누슬라프 만에 침몰했습니다.[67][68][69]
2024년 2월 14일, 루파차급 상륙함인 체자르 쿠니코프가 마구라 V5 USV를 이용한 우크라이나 HURMO "13군"에 의해 알룹카 앞바다에 침몰했습니다.[70][71]
전투에 사용되는 대책
러시아의 우크라이나 전쟁 중 흑해에서 일어난 해전으로 우크라이나 무인기의 위협에 대한 여러 가지 대응책이 시도되었습니다.
2022년 10월 세바스토폴 해군기지에 대한 드론 공격으로 인해 러시아군은 몇 가지 초기 대응 조치를 배치했습니다. 그들은 더 이상의 공격을 막기 위해 다양한 붐이나 그물을 사용하는 한편, 돌고래들을 해군 기지를 보호하도록 훈련시켰습니다. 2023년 중반까지 주요 초기 변화는 눈을 부신 위장을 사용한 것인데, 로이터 통신에 따르면 "해상에서 배의 방향과 속도를 위장하기 위해 고안된 것으로 현대 자살 드론과 위성 운영자를 혼란스럽게 하고 중요한 선박을 쉽게 식별하지 못하도록 하기 위한 것"이라고 합니다. 공격 중에 우크라이나 드론을 파괴하기 위해 헬리콥터의 총성이 사용될 수 있습니다.[72][73]
2023년 12월까지 흑해에서 우크라이나의 미군에 대항하기 위한 러시아의 노력은 다음과 같이 확대되었습니다.[74]
- 미-8 힙과 Ka-27 헬릭스 헬기를 이용하여 유도되지 않은 로켓과 기관총으로 미군을 공격하기 위한 공식 전용 드론 헬기 항공 부대가 크림반도에 구성되었습니다. 수호이 Su-27 Flanker 전투기를 사용하는 경우가 더 많습니다.
- 전자파 소음 대책은 공격적인 USV 드론의 통신을 방해하기 위해 시도되었습니다.
- 호위함은 높은 가치의 표적을 위해 사용되었습니다. 러시아는 최근 고부가가치 무기 수송선과 유조선을 호위하기 시작했습니다. 호위함은 일반적으로 호위함 또는 초계함입니다. 호송대는 여러 차례에 걸쳐 미군의 표적이 되었으며, 호위대는 공격의 전면에 직면해 있습니다."[74]
- 러시아는 경비정에서 FPV 드론을 고정된 목표물로 비행하는 실험을 했습니다. 2023년 12월까지 해군 전투에서의 사용은 아직 보고되지 않았습니다.
2024년 1월까지 러시아의 대응 능력은 점점 더 커졌고 우크라이나 해군은 일부 공격적인 USV "2022년과 2023년에 해결된 전술은 2024년에는 작동하지 않을 것"이라며 이러한 군사적 현실이 우크라이나 측의 변화를 주도하고 있음을 시사했습니다. 우크라이나는 개선된 러시아의 미군 방어에 대한 공격 능력을 높이기 위해 자율 수중 차량(AUV)을 개발하고 있습니다.[75]
전략학
무인 표면 선박의 확산이 위기 역학 또는 전쟁 내 확대에 영향을 미칠 수 있는지 여부를 조사하는 새로운 연구 분야가 있습니다. 이 주제에 대한 미국 해군 분석 센터의 탐사 보고서는 우발적, 의도적, 의도적 상승을 포함한 군사적 경쟁에 대한 7가지 잠재적 우려를 제시하고 있습니다.[76] 최근 학자들은 무인 항공 시스템이 위기 관리에 미치는 영향을 조사했지만, 무인 지표 및 지하 시스템에 대한 경험적 기록은 아직 널리 사용되지 않았기 때문에 더 얇습니다.[77] 로이터 통신이 게재한 기사에 따르면 이 드론들은 각각 25만 달러의 비용을 들여 제작된다고 합니다. 그들은 러시아 폭탄에서 가져온 두 개의 충격 기폭장치를 사용합니다. 길이 5.5m로 사람이 조작할 수 있는 카메라를 갖추고 있으며, 최고 시속 80km, 내구성 60시간의 추진력을 갖춘 워터제트를 사용합니다. 미사일이나 폭탄에 비해 상대적으로 저렴한 비용을 감안할 때 대량 공격에 배치할 수 있습니다. 그들의 낮은 프로필은 또한 치기를 더 어렵게 만듭니다.[72]
화물
앞으로 많은 무인 화물선이 이 해역을 횡단할 것으로 예상됩니다.[78] 2021년 11월 노르웨이에서 최초의 자율 화물선 MV 야라 버클랜드가 취항했습니다. 완전 전기 선박은 트럭 여행의 필요성을 상당히 줄일 것으로 예상됩니다.[79]
도시 선박 및 소규모 물류
2021년 네덜란드 암스테르담의 운하에 세계 최초의 도시형 자율운항선박인 로보트가 배치되었습니다. 3개 기관이 개발한 선박은 최대 5명을 태울 수 있고, 폐기물 수집, 물품 배송, 환경 모니터링 및 "온디맨드 인프라"를 제공할 수 있습니다.[80][81][needs update]
김 양식
무인 수상 차량은 또한 해조류 양식을 돕고 운영 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.[82][83]
참고문헌
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