La scorsa settimana l’agenzia DARPA ha assegnato contratti a Northrop Grumman Systems Corporation e Martin Defense Group (ex Navatek) per costruire versioni dimostrative del sottomarino robot Manta Ray.
DARPA ha inoltre assegnato un contratto separato a Metron per la caratteristica più importante del Manta Ray: un sistema di raccolta di energia per alimentarlo indefinitamente, che permetterà al sottomarino robot di completare missioni della durata di mesi o anni senza fare ritorno alla base e senza fare rifornimento.
Manta Ray dimostrerà le tecnologie che renderanno possibili una nuova classe di sottomarini robot “a lunga durata, a lungo raggio e con capacità di carico utile”, in grado di “operazioni persistenti in ambienti avanzati”.
Il Manta Ray potrebbe trasportare qualsiasi cosa, un piccolo array di sonar per il rilevamento di sottomarini, sensori acustici da posizionare sul fondo del mare, apparecchiature per la guerra elettronica.
Questo è il secondo finanziamento per il sottomarino robot Manta Ray dopo i contratti assegnati lo scorso anno, e questo suggerisce che il programma è ben avviato.
Il sottomarino robot Manta Ray sarà dotato di l’intelligenza artificiale in grado di comunicare con altre navi e sottomarini.
Altri sviluppi includono la mitigazione del biofouling marino, che è stato un problema sin da quando i cirripedi hanno incontrato per la prima volta le navi di legno, ed è ancora un problema per le navi moderne in dispiegamento prolungato.
La sfida più grande però è la potenza. Mentre i nuovi sottomarini robotici giganti come l’Orca della Marina degli Stati Uniti, in servizio entro il 2023 , effettueranno missioni della durata di 90 giorni utilizzando fonti di energia convenzionali, Manta Ray avrà la possibilità di operare molto più a lungo raccogliendo energia dal mare per ricaricarsi.
Questo è uno dei motivi della sua forma insolita che gli consente di una generare resistenza minima per sfruttare al meglio le limitate riserve di energia. Inoltre la sua forma lo rende molto furtivo.
Il concetto di energy harvesting è già stato collaudato con le navi di superficie senza equipaggio della US Navy Wave Glider. Questi veicoli utilizzano una combinazione di energia solare ed energia prodotta dalle delle onde per la propulsione e per alimentare la loro elettronica.
Nel 2020, un Wave Glider è arrivato in Australia dopo aver viaggiato per più di un anno e dopo aver percorso oltre 16.000 chilometri partendo da San Francisco. Tali navi sono utilizzate per pattugliamenti antisommergibili a lungo raggio e altre missioni clandestine.
Alimentare un sottomarino robot
Alimentare un sottomarino robot è molto più impegnativo, poiché non ha accesso né all’energia solare né a quella delle onde. Il metodo migliore è il motore termico, come quello sviluppato da Teledyne Webb con il finanziamento dell’Office of Naval Research nei primi anni 2000.
Il calore dell’acqua circostante riscalda una serie di tubi riempiti di cera installati sul sottomarino robot. La cera riscaldandosi si espande, producendo una forza sufficiente per comprimere un serbatoio di azoto ad alta pressione.
Il serbatoio può essere usato per modificare la galleggiabilità o per generare elettricità.
I contendenti Manta Ray Northrop Grumman recentemente hanno lavorato con Seatrec su un concetto simile per la generazione di energia sott’acqua e questo potrebbe influenzare il loro progetto.
Altri possibili metodi di energy harvesting includono i moduli termoelettrici, recentemente dimostrati dai ricercatori dell’Università di Glasgow.
Questi sistemi usano la differenza di temperatura tra le diverse parti del sommergibile robot per produrre una corrente elettrica in grado di alimentare un veicolo subacqueo senza pilota.
Boeing, che sta costruendo il sottomarino robot Orca della Marina, è noto per essere attivo in queste aree.
Un’immagine rilasciata dal team del progetto Manta Ray suggerisce un’altra possibile fonte di alimentazione, che mostra l’imbarcazione ancorata al fondo del mare mentre un veicolo più piccolo scivola sopra di essa su un cavo.
Questo è l’aquilone sottomarino sviluppato alla North Carolina State University per DARPA in associazione con Navatek, un altro dei contendenti Manta Ray.
Come gli aquiloni per la generazione di energia che vengono sviluppati come alternativa alle turbine eoliche, il dispositivo utilizza il diverso flusso d’acqua a diverse “altitudini”.
Il capo investigatore Chris Vermillion di NC State ha trascorso un decennio a sviluppare modelli e sistemi di controllo per sistemi di raccolta di energia e il suo team sta lavorando con gli oceanografi per garantire che l’aquilone trovi sempre la corrente più forte.
Tuttavia, potrebbe non esserci un vincitore definitivo e diversi metodi di raccolta di energia potrebbero essere efficaci.
“Ciascuno degli artisti di Manta Ray ha adottato approcci unici per risolvere l’ampia gamma di sfide legate alla resistenza agli UUV”, ha detto il responsabile del programma, il comandante Kyle Woerner, nella dichiarazione che descrive gli ultimi contratti.
“Per me, questo è un chiaro segno che stiamo affrontando un problema complesso senza una chiara soluzione”
Ciò suggerisce che la DARPA potrebbe portare avanti diversi progetti del Manta Ray per diverse missioni: oceano profondo contro litorale o temperato contro artico.
In ogni caso, la sfida di alimentare un sottomarino robotico a tempo indeterminato sta per essere superata.
È probabile che questo trasformi il campo della guerra sottomarina, poiché significa che non è necessario un sottomarino grande, con equipaggio e a propulsione nucleare per mantenere una presenza permanente nelle acque contese.
In futuro la minaccia più grande potrebbe non essere costituita dai sottomarini con equipaggio, ma da banchi di mante robot in agguato.
