無人水中車両
Uly x自律型水中ロボット

無人水中車両（UUV）は、水中ドローン[ 1 ]または無人潜水艦とも呼ばれ、遠隔操作型水中車両（ROUV）または自律型水中車両（AUV）のいずれかであり、人間の乗員なしで水中で操作できる潜水車両です。

無人水中車両が走行を開始しようとしています。

分類

遠隔操作型水中車両

遠隔操作型水中車両（ROUV）は、主に困難な水中環境で人間に代わって、教育または産業ミッションを実行します。[ 2 ]監視やパトロールなどのタスクを実行するために手動で制御されます。[ 2 ] ROUVは自律的に動作できません。[ 2 ]カメラ、アクチュエータ、センサーに加えて、ROUVには「グリッパー」または物体をつかむためのものが含まれることがよくあります。これにより、車両の重量配分が崩れる可能性があり、常に手動による支援が必要になります。実行されるタスクの重要性により、ROUVに追加の支援が必要になる場合があります。米国海軍は、一度に最大2000フィートの深さまで最大16人を救助できる潜水艦救助潜水再圧システム（SRDRS）を開発しました。[ 3 ]人命救助を主な役割とするこのような大型車両には、オペレーターが必要です。[ 3 ]

自律型水中車両

自律型水中車両（AUV）は、操縦者なしで操作できる水中車両です。[ 4 ]サイズは、わずか数キログラムから数千キログラムまであります。最初のAUVは1957年にワシントン大学応用物理学研究所の北極海での研究を行うために作られました。[ 5 ] 2000年代初頭までに、スクリュー駆動AUV、水中グライダー、バイオニックAUVなど10種類のAUVが開発されました。[ 5 ]最も初期のモデルはスクリュープロペラスラスタを使用していましたが、最近のモデルは自動浮力制御を使用しています。最も初期のモデルであるSPURVは重量が484kgで、最大深度3650メートルまで潜行でき、最大5.5時間航行できました。[ 5 ]最新モデルの1つであるディープグライダーは、重量が62kgで、水深6000メートルまで潜ることができ、最長8500キロメートルを航行することができます。[ 5 ]

歴史

1950年代

1957年から、最初の無人水中車両（UUV）は、自律型水中車両（AUV）として分類され、北極海の調査のために米国で開発されました。[ 5 ]特殊目的水中調査車両（SPURV）は、1979年までワシントン大学で海洋学データを収集するために使用されていましたが、その年にSPURV IIの開発が開始され、より優れた移動性能と優れた感知機能が提供され始めました。[ 5 ]

1970年代

自律制御プロセス研究所の科学者たちは、AUV「SCAT」の開発に興味を持ち、1974年にUUV「L1」と「L2」を導入しました。「L1」と「L2」は、それぞれ技術のさらなる開発と海洋地図作成に使用されるAUVモデルです。[ 5 ]

1980年代

遠隔操作車両（ROV）のさらなる開発により、1983年にISE社は国際潜水艦エンジニアリング社と提携して自律遠隔操作潜水艦（ARCS）を開発しました。[ 5 ] ARCSは、32ビットのモトローラプロセッサを搭載し、遠隔操作が可能であったため、遠隔操作水中車両（ROUV）としても分類されました。[ 5 ]このUUVはさらにテストプラットフォームとしても機能し、バッテリー寿命、航行システム、通信システムを改良し、1987年に初潜航しました。[ 5 ]

1990年代

ロシア海洋技術問題研究所がソーラー自律型水中車両（SAUV）を導入したとき、UUVをメンテナンスのために回収する必要がない、より長期の探査ミッションの始まりでした。[ 5 ] UUVへのソーラーパネルの導入は1987年にSAUVで始まり、SAUV IIの製造中も維持されました。[ 5 ]ソーラーパネルは、充電が容易なため、GPSや高ペイロードなどの機能をより頻繁に使用して、より長いミッションを可能にしました。[ 5 ]

バッテリー寿命の進歩により、1995年には「グライダー」の開発が可能になり、UUVが数週間、あるいは数ヶ月にわたって水中に留まる長期潜水が可能になりました。[ 5 ]

2000年代

UUVは、国際的なユーザー数の増加に伴い、他の水中ミッションの試験ツールとしてだけでなく、様々な用途で検討されるようになりました。[ 6 ] UUV技術開発への資金提供も増加しました。国際的なユーザー数の増加は、政府機関以外でのUUV技術の需要の増加につながり、UUVの商用販売が開始され、UUVの研究用途から産業・商業用途へと拡大しました。[ 6 ]

2016年の事件

2016年12月16日、南シナ海で中国の軍艦が、米海軍の調査艦USNSボウディッチが回収中だった水中ドローンを拿捕した。翌日、中国国防省はドローンを米国に返還すると発表した。国防総省もこれを認め、気象・気温データの収集に使用されていたこのドローンは武装していないと述べた。[ 7 ]ドローンは数日後に返還された。[ 8 ]

2020年代

2022年10月と11月にウクライナが黒海で無人水上艇（USV）の軍事使用に成功したことを受けて、2023年初頭に ウクライナ海軍はトロカTLK-150と呼ばれる無人水中艇（UUV）の運用を開始しました。TLK-150は全長2.5メートル（8フィート2インチ）の小型ロボット潜水艦で、翼のようなスタビライザーに2つのスラスターが搭載されています。これまでのウクライナの海上ドローンよりも小型で、航続距離もはるかに短く、速度も遅いものの、ステルス性と生存性が向上することでその欠点を補うことができるはずだ。[ 10 ]改良型は航続距離が2000キロメートル、爆薬のペイロードは5000キロ近くに達し、船舶やケルチ橋などのインフラの破壊に効果的である。[ 11 ]

TLK-150はBrave1によって開発されており、同社は2機の大型UUVの設計を保有しています。TLK-400は全長4～6メートル（13～20フィート）と長く、「機体直径がはるかに大きいため、航続距離とペイロードが大きくなります。TLK-1000はさらに大型で、全長は最大12メートル（40フィート）で、4基のスラスターを搭載します。」[ 10 ]

2024年4月、ウクライナは、弾頭、ステルス機能、センサーを搭載し、最大10人のダイバーを乗せ、6発の魚雷またはミサイルを搭載し、1000kmあたり54時間の航続時間、水中最大時速50kmの「無人潜水艦」の試験を行っていると発表した。[ 12 ]

2024年5月、ノースロップ・グラマンは国防高等研究計画局（ DARPA ）向けに開発された水中ドローン「マンタレイ」を発表しました。マンタをモデルにしたこのドローンは、この海洋生物の動きを模倣するために4年間の開発期間を費やしました。この製品は、人間の介入を最小限に抑えながら、長期間にわたる長距離軍事作戦を実行できるように設計されています。さらに、海洋からのエネルギーを活用する機能も備えています。[ 13 ]マンタレイは、2024年2月と3月に南カリフォルニア沖で実規模の海上試験を成功裏に完了しました。[ 14 ] [ 15 ] DARPAによると、マンタレイは「大陸間モジュール輸送、現場での組み立て、そしてその後の展開」により、超大型UUVとしては初の能力を発揮しています。[ 16 ] [ 17 ]

2025年4月、アンドゥリル・インダストリーズは、徘徊型兵器を含む自律型無人水中車両「コッパーヘッド（UUV）」シリーズを発表しました。 [ 18 ]

2025年12月、ウクライナは水中ドローンを用いてロシアの潜水艦を攻撃する軍事作戦を実施したと主張した。SBUはこの作戦がこの種のものとしては初となると述べた。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]潜水艦は厳重に警備されたノヴォロシースク港で攻撃を受けた。 [ 23 ] [ 24 ]

デザイン

グライダー

UUVのフレームに垂直に配置された外部フィンにより、UUVの直線的な移動と、より深く制御された潜航が可能になりました。これらのグライダーは浮力を利用した推進力を利用しており、海中での上下運動によって潜航時間と航続距離を延長します。[ 25 ]

マンタ

2021年9月、中国の大学の研究者らは、西沙諸島周辺の情報収集を目的として、マンタ型のUUVを開発した。[ 26 ]一部のUUVは、移動を容易にし、発見されないように動物のシルエットを模倣するように設計されている。[ 26 ]マンタ型のデザインにより、UUVは海洋生物にカモフラージュすることができ、水中を泳ぎやすくなっている。[ 26 ]

2024年5月、ノースロップ・グラマンは「マンタレイ」と名付けられた水中ドローンを発表しました。[ 13 ] DARPA向けに開発されたこのドローンは、2020年から開発が進められています。[ 14 ]マンタレイは、ボーイングが開発したオルカと共に、人間の監視を可能な限り少なくして、長期間・長距離の軍事任務を遂行するために開発された、新しいクラスの無人水中機（UUV）です。マンタレイは、海からエネルギーを採取することも可能です。

酸素/水素非大気依存推進

内燃機関を搭載したUUVは酸素依存型の機体であり、浮上する必要がある。酸素や水素を必要としない推進装置の開発により、UUVの水中継続滞在能力は飛躍的に向上する。[ 27 ]

リチウムと水力発電

UUVの最新の動力源は、リチウムと水の自由エネルギー反応である可能性があります。これは8530Wh/kgのエネルギーを生み出します。このエネルギーの5%は、今日のUUVに見られる既存のエネルギー密度源を上回ります。[ 28 ]この動力源は基本的にUUVの周囲の水を消費し、それを操作して化学反応を通してエネルギーを生み出し、UUVに動力を与えます。

アプリケーション

AUV REMUS（前）とSeafox（後）

軍隊

米海軍は1990年代に水中機雷の探知と無効化のためにUUVを使い始めた。[ 29 ] UUVは2010年代のイラク戦争中に米海軍によってイラク南部の港湾都市ウム・カスル周辺の機雷除去に使用された。[ 29 ]

中国軍はUUVを主にデータ収集と偵察の目的で使用している。[ 30 ] 2025年5月14日、NavalNewsウェブサイトは、おそらく超大型の無人水中車両がラップ輸送されている写真を公開した。この車両は、魚雷、ミサイル、機雷を搭載できる武装UUV-300設計ではないかとの憶測が流れている。[ 31 ]イギリス海軍のP​​roject Cetus車両とカナダのCellula Robotics Solus-XRは同程度の大きさである。

2020年12月20日、インドネシアの漁師が南スラウェシ州のスラヤル島付近でグライダー型のUUVを発見した。 [ 30 ]インドネシア軍関係者は、この車両を中国海上航空団（Haiyi）に分類しており、最適な潜水艦航路の決定に役立つ水温、塩分濃度、濁度、酸素濃度などのデータを収集する目的で製造されたとしている。[ 30 ]

米国、英国、フランス、インド、ロシア、中国を含む複数の国の海軍[ 32 ]は現在、海洋戦において海中の機雷を発見・除去するための無人機を開発中です。例えば、REMUSは全長3フィート（約90cm）のロボットで、1平方マイル（約1.6km）の機雷を16時間以内に除去することができます[ 33 ] 。これははるかに効率的であり、人間のダイバーチームでは同じ作業を行うのに21日以上かかります。

ランド研究所が米軍のために実施した調査では、無人潜水艇が遂行可能な任務（情報収集、偵察、機雷対策、潜水艦戦など）を分析した。この調査では、これらの任務を重要度の高い順にリストアップしている。[ 34 ]

2022年11月、ユーラシアタイムズは、中国のハルビン工程大学が水中と空中の両方で移動可能な中距離飛行型の「飛行潜水艦」ドローンを開発したと報じ、この車両の軍事的応用の可能性を指摘した。[ 35 ]

ステータス6海洋多目的システム

後ろのポンプジェットがぼやけているポセイドンUUV

ステータス6海洋多目的システム（愛称ポセイドン）は、ロシアが開発した核弾頭搭載可能な原子力UUVです。ロシア国営メディアによると、最高速度50ノット、水深3,000フィート（約900メートル）以上の航行が可能とされています。[ 36 ]

実装

これらのアプリケーションの例は、8月に海軍水中戦闘センター部門ニューポートで行われた2018年先進海軍技術演習中に行われました。無人水中車両の最初の例は、ノースロップ・グラマン社によって、火偵察機からの空中投下ソノブイとともに展示されました。デモンストレーション全体を通して、同社はIver3-580 (ノースロップ・グラマンAUV) を使用して、車両の機雷掃討能力を展示し、またリアルタイムのターゲット自動認識システムも展示しました。別の会社であるハンティントン・インガルス・インダストリーズは、プロテウスという名前の無人水中車両のバージョンを発表しました。プロテウスはハンティントンとバテルによって開発されたデュアルモードの水中車両で、同社はプレゼンテーション中に海底戦闘での完全破壊デモンストレーションを実施することにより、無人水中車両の機能を披露しました。デモンストレーションでは、無人潜水艇は左右舷に取り付けられた合成開口ソナーを使用し、水中に配置された標的を識別し、最終的に排除することができました。ロス・リンドマン氏（同社の技術ソリューション艦隊支援グループの運用責任者）は、「この演習の大きな意義は、キルチェーン全体を実行したことです」と述べています。 [ 37 ]「実際のミッションの短縮版を実行しました。『この部分を実行します。皆さんはあれこれ想像してください』といった指示はしませんでした。近い将来に使用できる能力を示すために、全体を実行しました。」[ 37 ]潜水艇の最後のデモンストレーションはジェネラル・ダイナミクス社によって行われました。同社は、戦域シミュレーションツールを用いて、クロスドメイン・マルチプラットフォームUUVを披露しました。このシミュレーションを利用して、沿海域戦闘艦と2台の無人潜水艇が展示されました。この演習の目的は、オペレーターとUUV間の通信速度を実証することでした。下院軍事委員会の新たな脅威に関する小委員会の筆頭委員であるジェームズ・ランジェビン博士は、この演習について次のように述べています。「この演習の目的は、戦闘指揮官が敵よりも早く、確信度の高い情報に基づいて意思決定を行えるようにすることです。それが目標です。指揮官が誰よりも早く戦闘に関する意思決定を行えるようにしたいのです。」[ 37 ]これらの演習は、軍事コミュニティにおける無人水中車両の活用方法と、各企業がこれらの特定のミッションタイプにより適した技術革新を紹介するために実施されました。[ 37]

映画での使用

UUVは、第一次世界大戦中にドイツ軍によって沈没したイギリスの豪華客船「ルシタニア号」を題材にしたナショナルジオグラフィックのドキュメンタリー「ルシタニア号の暗い秘密」で使用された。[ 38 ] カメラクルーは潜水艦、ROUV、ニュートスーツを使用した。[ 38 ]

ウッズホール海洋研究所（WHOI）が開発した無人探査機アルゴは、タイタニック号の残骸を発見し、広角と狭角の両方で撮影するのに役立ちました。[ 39 ] [ 39 ]この映像は、1986年のナショナルジオグラフィックのドキュメンタリー「タイタニック号の秘密」に収録されており、ロバー・バラード博士が率いる探検隊の詳細が紹介されています。[ 39 ]

深海探査と研究

深海調査における遠隔操作型探査機 (ROV) の操作と使用方法を説明したビデオ。
深さ1,067メートルのROV。

無人潜水艇は深海の探査や研究に利用することができます。例えば、遠隔操作型潜水艇は海底からサンプルを採取し、マイクロプラスチック含有量を測定したり、[ 40 ]深海の動物相や構造を探査したり、新たな水中生物を発見したりするために使用されています。[ 41 ] [ 42 ]

UUV は、海流や温度の測定、海底地図作成、熱水噴出孔の検出などの目的で海洋研究によく使用されます。無人潜水艇は、海底地図作成、水深測定、デジタル カメラ、磁気センサー、超音波画像化 を利用します。

部分的に自律的な深海ソフトロボットを紹介するビデオ

ウッズホール海洋研究所は、水深 6,000 メートルの海底地図を作成するために設計されたセントリーと呼ばれる無人潜水艇を採用しています。この無人潜水艇は、潜水中の水抵抗を最小限に抑えるように形作られており、作動中は音響通信システムを使用して無人潜水艇の状態を報告します。無人潜水艇は、有人船に比べて不安定な氷層に突入するリスクがはるかに低いため、海氷下の状況と地形を記録できます。グライダー型の無人潜水艇は、さまざまな水深の海水温と海流の強さを測定するためによく使用されます。そのシンプルさと運用コストの低さから、より多くの UUV をより頻繁に展開することができ、海洋気象報告の精度と詳細さが向上します。海底のサンプルや画像を収集する目的で設計された多くの UUV は、海底または海上に沿って船舶のケーブルで引っ張られる曳航型です。曳航艇は、サンプル検査や高解像度画像撮影など、大量の電力とデータ伝送を必要とする作業に選定される可能性があります。曳航ケーブルが操縦者と曳航艇間の通信手段として機能するためです。2021年には、科学者たちがマリアナ海溝の最深部における水圧に耐えられる、深海作業用の生物に着想を得た自己駆動型ソフトロボットを実証しました。このロボットは、柔軟な素材で作られた人工筋肉と翼、そしてシリコン製のボディ内に分散された電子機器を備えており、探査や環境モニタリングに使用できる可能性があります。[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]

Science Directによると、無人潜水艇（UUV）は1960年代の導入以来、着実に利用が増加しており、科学研究やデータ収集に最も多く利用されているとのことです。Oceanserviceは、遠隔操作型無人潜水艇（ROV）と自律型無人潜水艇（AUV）をUUVの2つのバリエーションとして説明しており、適切に設計されていれば、どちらも同じタスクを達成できます。

生態系の修復

Duro AUSのような企業は、遠隔地から水データを収集し、地方自治体に送信することができるUUVを提供しています。[ 46 ] Duroは、ニューヨーク市政府がイースト川とハーレム川の水質と湿地の健康状態を監視するために、ランドールズアイランド公園同盟周辺のデータ収集を支援しています。[ 46 ] Duroが行っている別のプロジェクトは、ブロンクス川同盟と共同で川の野生生物の再生を支援することです。[ 46 ]このデータを使用して、州および地方自治体は、隣接する海、川、河口に対するニューヨーク海洋行動計画に基づく政策に関する重要な決定を下しました。[ 47 ]

懸念事項

無人潜水艇の大きな懸念事項は通信である。操縦者と無人潜水艇間の通信は不可欠であるが、両者の接続を妨げる要因が複数存在する。大きな問題の一つは水中での通信の歪みである。水は水中での通信を歪ませ、遅延させる可能性があり、これは時間的制約のあるミッションにおいて非常に大きな問題となり得る。通信が妨害されるのは、無人潜水艇が従来の電磁波ではなく音波を利用するためである。音波の伝送は他の種類の波よりも遅いため、通常1～2秒の遅延が生じる。反射、屈折、信号の吸収といった他の環境条件も通信を妨げる可能性がある。これらの水中現象は信号を散乱させ、劣化させるため、UUV通信システムは他の通信源と比較してかなりの遅延を生じる。[ 48 ]

これらの無人水中車両に搭載されている一般的なナビゲーションシステムは音響測位であるが、音響通信と同じシステムを使用しているため、音響通信と同じ問題に直面している。オランダ海軍は、無人海洋車両を取り巻く懸念を詳述した記事[ 49 ]を発表している。オランダ海軍は、UUVが探知を回避し、有人船では不可能な任務を遂行する能力を強く懸念している。無人水中車両の適応性と有用性は、その将来の行動を予測して対抗することが困難であることを意味する。ここ数年、TWINBOTなどのプロジェクトでは、複数のGIRONA500 AUV間で通信を行う新しい方法を開発している。[ 50 ]

参照

参考文献

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