Vehículo de superficie no tripulado

Un vehículo de superficie no tripulado, embarcación de superficie no tripulada o embarcación de superficie sin tripulación (USV), coloquialmente llamado barco dron, embarcación dron o dron marino, es un barco o embarcación que opera en la superficie del agua sin tripulación. Los USV operan con varios niveles de autonomía, desde control remoto hasta vehículos de superficie completamente autónomos (ASV).

El entorno regulatorio para las operaciones de USV está cambiando rápidamente a medida que la tecnología se desarrolla y se implementa con mayor frecuencia en proyectos comerciales. Los Principios de conducta y código de prácticas de la industria de buques de superficie autónomos marítimos del Reino Unido 2020 (V4) han sido preparados por el Grupo de trabajo regulador de sistemas autónomos marítimos del Reino Unido (MASRWG) y publicados por Maritime UK a través de la Sociedad de Industrias Marítimas. Entre las organizaciones que contribuyeron al desarrollo del Código de prácticas de MASS se incluyen la Agencia Marítima y de Guardacostas (MCA), Atlas Elektronik UK Ltd, AutoNaut, Fugro, la Cámara Naviera del Reino Unido, UKHO, Trinity House, Nautical Institute, National Oceanography Centre, Dynautics Limited, SEA-KIT International, Sagar Defence Engineering y muchas más.

A finales de 2017, Sagar Defence Engineering se convirtió en la primera empresa de la India en construir y suministrar USV a una organización gubernamental.

Ya en la Primera Guerra Mundial, Alemania diseñó y utilizó lanchas rápidas controladas a distancia para atacar a los buques de guerra británicos. Al final de la Segunda Guerra Mundial, la Marina de los EE. UU. utilizó USV controlados a distancia para aplicaciones de detección de minas y drones. En el siglo XXI, los avances en los sistemas de control de USV y las tecnologías de navegación han dado como resultado USV que un operador puede controlar de forma remota desde tierra o un buque cercano: USV que funcionan con un control parcialmente autónomo y USV (ASV) que funcionan de forma totalmente autónoma. Las aplicaciones modernas y las áreas de investigación para USV y ASV incluyen el transporte marítimo comercial, la vigilancia ambiental y climática, el mapeo del fondo marino, los transbordadores de pasajeros, la investigación robótica, la vigilancia, la inspección de puentes y otras infraestructuras, y las operaciones militares y navales.

El 17 de enero de 2022, el Soleil logró completar el primer viaje marítimo totalmente autónomo en barco. Construido por MHI, la demostración se llevó a cabo en cooperación con Shin Nihonkai Ferry. El viaje de siete horas y 240 kilómetros, desde Shinmoji en el norte de Kyushu hasta el mar de Iyonada, registró una velocidad máxima de 26 nudos.

En agosto de 2022, el MV Mikage de Mitsui O.S.K. Lines navegó 161 millas náuticas durante dos días, desde Tsuruga hasta Sakai, completando con éxito el primer viaje marítimo sin tripulación que incluyó el atraque de un buque portacontenedores costero autónomo, en una prueba de dos días.

Se han desarrollado varias plataformas de autonomía (software informático) diseñadas específicamente para operaciones con USV. Algunas están vinculadas a embarcaciones específicas, mientras que otras son flexibles y se pueden aplicar a diferentes configuraciones mecánicas, eléctricas y de casco.

El diseño y la construcción de buques de superficie sin tripulación (USV) es complejo y desafiante. Es necesario analizar e implementar cientos de decisiones relacionadas con los objetivos de la misión, los requisitos de carga útil, el presupuesto de energía, el diseño del casco, los sistemas de comunicación y el control y la gestión de la propulsión. Los constructores de buques con tripulación a menudo dependen de proveedores únicos para la propulsión y la instrumentación que ayudan a la tripulación a controlar el buque. En el caso de un buque sin tripulación (o con tripulación parcial), el constructor debe reemplazar elementos de la interfaz humana con una interfaz humana remota.

Los buques de superficie sin tripulación varían en tamaño desde menos de 1 metro de eslora total hasta más de 20 metros, con desplazamientos que van desde unos pocos kilogramos hasta muchas toneladas, por lo que los sistemas de propulsión cubren una amplia gama de niveles de potencia, interfaces y tecnologías.

Tipos de interfaz (en general) en orden de tamaño/potencia:

• Controladores de velocidad electrónico controlados por PWM para motores eléctricos simples
• Autobús serie, usando comandos codificados por ASCII
• Autobús serie utilizando protocolos binarios
• interfaces Analogue encontradas en muchos vasos más grandes
• Propietarios protocolos CANbus utilizados por varios fabricantes de motores
• Propietarios protocolos CANbus utilizados por los fabricantes de controles genéricos del motor

Si bien muchos de estos protocolos transmiten demandas a la propulsión, la mayoría de ellos no devuelven ninguna información de estado. La retroalimentación de las RPM alcanzadas puede provenir de pulsos de tacómetro o de sensores integrados que generan datos CAN o seriales. Se pueden instalar otros sensores, como sensores de corriente en motores eléctricos, que pueden dar una indicación de la potencia entregada. La seguridad es una preocupación crítica, especialmente a niveles de alta potencia, pero incluso una hélice pequeña puede causar daños o lesiones y el sistema de control debe diseñarse teniendo esto en cuenta. Esto es particularmente importante en los protocolos de entrega para embarcaciones con tripulación opcional.

Un desafío frecuente al que se enfrenta el control de los USV es lograr una respuesta suave desde la posición de marcha atrás total hasta la posición de marcha adelante total. Los buques tripulados suelen tener un comportamiento de retención, con una amplia banda muerta alrededor de la posición de parada. Para lograr un control preciso de la dirección diferencial, el sistema de control debe compensar esta banda muerta. Los motores de combustión interna tienden a funcionar a través de una caja de cambios, con un cambio repentino inevitable cuando se activa la caja de cambios, que el sistema de control debe tener en cuenta. Los motores de chorro de agua son la excepción a esto, ya que se ajustan suavemente a través del punto cero. Los motores eléctricos a menudo tienen una banda muerta similar incorporada, por lo que nuevamente el sistema de control debe diseñarse para preservar este comportamiento para un hombre a bordo, pero suavizarlo para el control automático, por ejemplo, para maniobras a baja velocidad y posicionamiento dinámico.

Los USV son valiosos en oceanografía, ya que son más maniobrables que las boyas meteorológicas amarradas o a la deriva, pero mucho más baratos que los barcos meteorológicos y de investigación equivalentes, y más flexibles que las contribuciones de los barcos comerciales. Los USV utilizados en la investigación oceanográfica tienden a ser propulsados y alimentados por fuentes de energía renovables. Por ejemplo, los planeadores de olas aprovechan la energía de las olas para la propulsión primaria, mientras que los drones de vela utilizan el viento. Otros USV aprovechan la energía solar para alimentar motores eléctricos. Los USV oceánicos persistentes y alimentados con energía renovable tienen células solares para alimentar sus componentes electrónicos. La persistencia de los USV alimentados con energía renovable se mide normalmente en meses.

A principios de 2022, los USV se habían utilizado predominantemente para el monitoreo ambiental y el estudio hidrográfico y se proyectaba que en el futuro su uso probablemente aumentaría en el monitoreo y la vigilancia de lugares muy remotos debido a su potencial para un uso multidisciplinario. El bajo costo operativo ha sido un factor impulsor constante de la adopción de USV en comparación con los buques tripulados. Otros factores impulsores de la adopción de USV han cambiado con el tiempo, incluida la reducción del riesgo para las personas, la eficiencia espacio-temporal, la resistencia, la precisión y el acceso a aguas muy poco profundas.

Los USV alimentados con energía no renovable son una herramienta poderosa para su uso en estudios hidrográficos comerciales. El uso de un USV pequeño en paralelo a los buques de investigación tradicionales como un "multiplicador de fuerza" puede duplicar la cobertura del estudio y reducir el tiempo en el lugar. Este método se utilizó para un estudio realizado en el mar de Bering, frente a Alaska; el vehículo de superficie autónomo (ASV) ASV Global "C-Worker 5" recopiló 2275 millas náuticas de estudio, el 44% del total del proyecto. Esta fue una novedad para la industria de los estudios y resultó en un ahorro de 25 días en el mar. En 2020, el USV británico Maxlimer completó un estudio no tripulado de 1000 kilómetros cuadrados (390 millas cuadradas) de fondo marino en el océano Atlántico al oeste del Canal de la Mancha.

Un saildrone es un tipo de vehículo de superficie no tripulado que se utiliza principalmente en los océanos para la recopilación de datos. Los saildrones funcionan con energía eólica y solar y llevan un conjunto de sensores científicos e instrumentos de navegación. Pueden seguir un conjunto de puntos de referencia prescritos de forma remota. El saildrone fue inventado por Richard Jenkins, un ingeniero británico, fundador y director ejecutivo de Saildrone, Inc. Los saildrones han sido utilizados por científicos y organizaciones de investigación como la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) para estudiar el ecosistema marino, la pesca y el clima. En enero de 2019, se lanzó una pequeña flota de saildrones para intentar la primera circunnavegación autónoma de la Antártida. Uno de los saildrones completó la misión, recorriendo 12.500 millas (20.100 km) durante el viaje de siete meses mientras recopilaba un conjunto detallado de datos utilizando la instrumentación de monitoreo ambiental a bordo.

En agosto de 2019, el SD 1021 completó la travesía del Atlántico no tripulada más rápida navegando desde Bermudas hasta el Reino Unido, y en octubre completó el viaje de regreso para convertirse en el primer vehículo autónomo en cruzar el Atlántico en ambas direcciones. La Universidad de Washington y la empresa Saildrone iniciaron en 2019 una empresa conjunta llamada The Saildrone Pacific Sentinel Experiment, que colocó seis saildrones a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos para recopilar datos atmosféricos y oceánicos.

Saildrone y la NOAA desplegaron cinco buques modificados de la clase Hurricane en lugares clave del océano Atlántico antes del inicio en junio de la temporada de huracanes de 2021. En septiembre, el SD 1045 estuvo en el lugar para obtener videos y datos del interior del huracán Sam. Fue el primer buque de investigación en aventurarse en medio de un gran huracán.

Los tecnólogos están motivados a comprender nuestras aguas debido a la creciente preocupación por la contaminación del agua como un problema global. La disponibilidad de sensores e instrumentos listos para usar ha estimulado el desarrollo de vehículos de bajo costo. Las nuevas regulaciones y los requisitos de monitoreo han creado una necesidad de tecnologías escalables como robots para el muestreo de la calidad del agua y la recolección de microplásticos.

El uso militar de buques no tripulados, como el barco brulote, se remonta a la antigüedad.

Los USV se utilizaron militarmente ya en la década de 1920 como blancos teledirigidos, tras el desarrollo de los "DCB" en la Primera Guerra Mundial. En la Segunda Guerra Mundial también se utilizaban como dragaminas.

Las aplicaciones militares de los USV incluyen objetivos marítimos motorizados y búsqueda de minas, así como vigilancia y reconocimiento, operaciones de ataque y negación de área o de mar. También se están explorando otras aplicaciones. Algunos USV comerciales pueden utilizar navegación compatible con COLREG.

En 2016, DARPA lanzó un prototipo de USV antisubmarino llamado Sea Hunter. La empresa turca Aselsan produjo los barcos de blancos móviles ALBATROS-T y ALBATROS-K para que las Fuerzas Navales Turcas los utilicen en ejercicios de tiro. El primer USV armado (AUSV) desarrollado autóctonamente en Turquía es el ULAQ, desarrollado por Ares Shipyard, Meteksan Defence Systems y Roketsan. El ULAQ está armado con 4 Roketsan Cirit y 2 UMTAS. Completó su primera prueba de disparo con éxito el 27 de mayo de 2021. El ULAQ se puede desplegar desde buques de combate. Se puede controlar de forma remota desde vehículos móviles, cuarteles generales, centros de mando y plataformas flotantes. Servirá en misiones como reconocimiento, vigilancia e inteligencia, guerra de superficie, guerra asimétrica, escolta armada, protección de la fuerza y seguridad de instalaciones estratégicas. El director ejecutivo de Ares Shipyard dice que se están desarrollando versiones muy diferentes del ULAQ equipadas con diferentes armas. Su principal usuario serán las Fuerzas Navales Turcas.

Además, las aplicaciones militares de los buques de superficie no tripulados medianos (MUSV) incluyen inteligencia de flotas, vigilancia, reconocimiento y guerra electrónica. En agosto de 2020, L3Harris Technologies recibió un contrato para construir un prototipo de MUSV, con opciones para hasta nueve buques. L3Harris subcontrató a Swiftships, un constructor naval con sede en Luisiana, para construir los buques, con un desplazamiento de aproximadamente 500 toneladas. Se prevé que el prototipo esté terminado a fines de 2022. Es el primer programa de plataforma naval no tripulada en esta clase de buques, que probablemente desempeñará un papel importante en el apoyo a la estrategia de Operaciones Marítimas Distribuidas de la Armada de los EE. UU. Anteriormente, Swiftships se asoció con la Universidad de Luisiana en 2014 para construir la clase Anaconda (AN-1) y, más tarde, la clase Anaconda (AN-2) de USV pequeños.

El 13 de abril de 2022, Estados Unidos envió "buques de defensa costera no tripulados" no especificados a Ucrania en medio de la invasión rusa de Ucrania en 2022 como parte de un nuevo paquete de seguridad.

La BBC ha presentado una teoría según la cual en la explosión del puente de Crimea de 2022 se utilizó un vehículo terrestre no tripulado. Tras las explosiones en este puente en julio de 2023, el Comité Antiterrorista de Rusia afirmó que Ucrania utilizó vehículos terrestres no tripulados para atacar el puente.

En diciembre de 2023, Rusia presentó su primer USV kamikaze llamado "Oduvanchik". Se informa que el dron marino puede transportar hasta 600 kg de explosivos, tiene un alcance de 200 km y una velocidad de 80 km/h.

En una ceremonia celebrada el 9 de enero de 2024, el TCB Marlin entró en servicio en las Fuerzas Navales Turcas como el primer USV armado, con el número de casco TCB-1101 y el nombre Marlin SİDA.

En 2024, Sagar Defence Engineering Pvt Ltd demostró el tránsito autónomo de 850 millas náuticas del buque de superficie autónomo Matangi a la Armada de la India. El tránsito autónomo comenzó en Mumbai y terminó en Toothukudi. Esta demostración fue parte del concurso de autosuficiencia tecnológica Swavalamban 2024 de la Armada de la India para permitir el desarrollo de buques autónomos para diversas aplicaciones militares. Estos barcos están equipados con un cañón SRCG de 12,7 mm y son capaces de patrullar de día y de noche a una velocidad superior a los 50 nudos. La Armada de la India adquirirá 12 de estos barcos autónomos que también se utilizarán para patrullar el lago Pangong Tso.

Durante la guerra civil yemení, el 30 de enero de 2017, una fragata de la clase Al Madinah fue atacada por las fuerzas hutíes. La fragata fue alcanzada en la popa, lo que provocó una explosión y un incendio. La tripulación pudo extinguir el fuego, pero dos miembros de la tripulación del barco murieron en el ataque, mientras que otros tres resultaron heridos. Las fuerzas hutíes afirmaron haber atacado el barco con un misil, pero las fuerzas saudíes afirman que el barco fue alcanzado por tres "lanchas suicidas".

El 29 de octubre de 2022, durante la invasión rusa de Ucrania, las fuerzas armadas ucranianas realizaron un ataque con varios USV contra buques de guerra rusos en la base naval de Sebastopol. Según el Ministerio de Defensa ruso, siete USV participaron en el ataque con el apoyo de ocho UAV. Naval News informó que se habían producido pocos daños en ninguno de los dos buques de guerra que fueron alcanzados por los pequeños USV, una fragata rusa y un dragaminas. Sin embargo, el efecto militar del ataque al puerto protegido de Sebastopol superó el daño directo porque llevó a la Armada rusa a entrar en modo de protección, "básicamente encerrándolos en el puerto... Se añadieron rápidamente nuevas defensas, se impusieron nuevos procedimientos y hubo mucha menos actividad. Los buques de guerra más poderosos de Rusia en la guerra [estaban a mediados de noviembre] en su mayoría amarrados en el puerto". El Instituto Naval de Estados Unidos informó que, para diciembre de 2022, la "Armada rusa ahora sabe que es vulnerable en su base naval principal, lo que hace que se retraiga más hacia el interior de su caparazón, aumente las defensas y reduzca la actividad en el exterior". Un segundo ataque con USV ocurrió a mediados de noviembre en Novorossiysk, también en el Mar Negro, pero mucho más lejos del territorio ocupado por Rusia que Sebastopol.

En enero de 2023, SpaceX restringió la concesión de licencias para su tecnología de comunicación por satélite e Internet Starlink a usos comerciales, excluyendo el uso militar directo en sistemas de armas. La limitación restringió un uso del diseño USV utilizado por Ucrania a finales de 2022. Al mismo tiempo, Rusia aumentó sus capacidades en pequeños USV explosivos que se habían utilizado para embestir un puente ucraniano el 10 de febrero de 2023. En febrero, la nueva capacidad rusa con USV y las restricciones de comunicación en los USV ucranianos anteriores podrían afectar al equilibrio de la guerra naval. En opinión de Naval News, "el mar Negro parece estar volviéndose más amigable con Rusia". Sin embargo, la posibilidad de un uso más amplio de USV para influir en el resultado del conflicto no está resuelta, ya que tanto las limitaciones físicas de la tecnología existente como las nuevas capacidades contra los USV pueden hacer que estos buques sean vulnerables.

El 4 de agosto de 2023, el buque de desembarco de la clase Ropucha, el Olenegorsky Gornyak, resultó gravemente dañado en la base naval de Novorossiysk en el mar Negro tras ser alcanzado por un dron marítimo ucraniano que transportaba 450 kilogramos de TNT. En la imagen se ve que se inclina fuertemente hacia un lado mientras es remolcado de vuelta al puerto. En ese momento había a bordo unos 100 militares.

El 1 de febrero de 2024, la corbeta misilística de clase Tarantul-III Ivanovets se hundió en la bahía de Donuzlav tras ser atacada por vehículos blindados de combate ucranianos.

El 14 de febrero de 2024, el buque de desembarco de la clase Ropucha, el Tsezar Kunikov, fue hundido frente a Alupka por las fuerzas ucranianas del grupo 13 de la unidad de operaciones especiales HUR que utilizaban un USV MAGURA V5.

En la guerra naval en el Mar Negro, durante la guerra rusa contra Ucrania, se han probado numerosas contramedidas contra la amenaza de los drones no tripulados ucranianos.

Debido al ataque con drones a la Base Naval de Sebastopol en octubre de 2022, las fuerzas rusas desplegaron varias contramedidas tempranas. Entrenaron a delfines para proteger la Base Naval, mientras usaban varias barreras o redes para detener futuros ataques. Un cambio inicial importante a mediados de 2023 fue el uso de camuflaje deslumbrante, que según Reuters está "diseñado para disfrazar el rumbo y la velocidad de un barco en el mar; tiene como objetivo confundir a los operadores modernos de drones suicidas y satélites y evitar que identifiquen fácilmente barcos importantes", mientras que los disparos desde helicópteros se pueden utilizar para destruir drones ucranianos durante un ataque.

En diciembre de 2023, el esfuerzo ruso para contrarrestar los USV ucranianos en el Mar Negro se había ampliado para incluir:

• Se han formado unidades oficiales dedicadas a la aviación antidrona en Crimea para atacar a los VNU con cohetes y ametralladoras sin guía, utilizando helicópteros Mi-8 Hip y Ka-27 Helix. Más ocasionalmente, Sukhoi Su-27 aviones de combate Flanker se han utilizado.
• Las contramedidas de ruido electromagnético han sido tratadas para interponer comunicaciones de drones USV ofensivos.
• Los buques de escolta se han utilizado para objetivos de alto valor. Rusia ha comenzado recientemente a escoltar buques y buques de transporte de armas de alto valor; las escoltas suelen ser fragatas o buques de patrulla. Los "convoyes han sido atacados por los USV en varias ocasiones, con las escorts que enfrentan el brunte de los ataques".
• Rusia ha probado volar un dron FPV desde un barco de patrulla en un blanco fijo. El uso en combate naval todavía no había sido reportado para diciembre de 2023.

En enero de 2024, las contramedidas rusas se habían vuelto cada vez más eficaces y la Armada ucraniana indicó que algunas tácticas ofensivas de los USV "que se elaboraron en 2022 y 2023 no funcionarán en 2024", y que esta realidad militar estaba impulsando el cambio en el lado ucraniano. Ucrania está desarrollando vehículos submarinos autónomos (AUV) para aumentar la capacidad ofensiva contra las defensas mejoradas de los USV rusos.

Un campo de investigación emergente examina si la proliferación de buques de superficie no tripulados puede afectar la dinámica de las crisis o la escalada dentro de una guerra. Un informe exploratorio sobre el tema del Centro de Análisis Navales sugiere siete posibles preocupaciones para la competencia militar, incluyendo la escalada accidental, deliberada e inadvertida. Si bien los estudios recientes han examinado el impacto de los sistemas aéreos no tripulados en la gestión de crisis, el registro empírico de los sistemas no tripulados de superficie y subsuelo es más delgado, ya que estas tecnologías aún no se han utilizado ampliamente. Según un artículo publicado por Reuters, estos drones se fabrican a un costo de 250.000 dólares cada uno. Utilizan dos detonadores de impacto tomados de bombas rusas. Con una longitud de 5,5 metros, tienen una cámara que permite que un humano los opere y utilizan un chorro de agua para la propulsión con una velocidad máxima de 80 kilómetros por hora y una autonomía de 60 horas. Dado su costo relativamente bajo, en comparación con los misiles o bombas, pueden desplegarse en un ataque masivo. Su bajo perfil también los hace más difíciles de alcanzar.

En el futuro, se espera que muchos buques de carga no tripulados crucen las aguas. En noviembre de 2021, se botó en Noruega el primer buque de carga autónomo, el MV Yara Birkeland. Se espera que el barco totalmente eléctrico reduzca sustancialmente la necesidad de viajes en camión.

En 2021, los primeros barcos autónomos urbanos del mundo, los Roboats, se desplegaron en los canales de Ámsterdam, Países Bajos. Los barcos desarrollados por tres instituciones podrían transportar hasta cinco personas, recoger residuos, entregar mercancías, monitorear el medio ambiente y proporcionar "infraestructura a pedido".

Los vehículos terrestres no tripulados también pueden ayudar en el cultivo de algas y ayudar a reducir los costos operativos.

• Equipo de autoadhesión
• Spartan Scout
• Robótica de cigarro
• Nave de prueba de autodefensa
• USV RSV (Marine Tech)