Steigende Erwartungen: Ein genauer Blick auf Unterwasserfahrzeuge

Boxfish AUV. Bildnachweis: Boxfish Robotics

Unterwasserfahrzeuge haben sich etabliert und autonome sowie ferngesteuerte Plattformen sind zu unverzichtbaren Einsatzmitteln in den Bereichen Offshore, Verteidigung, Inspektion und Wartung, Exploration und Meeresforschung geworden. Angesichts der rasanten Weiterentwicklung der Unterwasserindustrie, die mit globalen Trends Schritt halten soll, kristallisieren sich bei führenden Fahrzeugherstellern einige zentrale Merkmale heraus: Vielseitigkeit, Benutzerfreundlichkeit, Sichtbarkeit, Ausdauer und – wenig überraschend – Autonomie.

Mehrzweck

Da Unterwasserfahrzeuge immer mehr Verantwortung übernehmen, ist eine deutliche Verlagerung weg von eigenständigen, auf einen einzigen Bereich beschränkten Fahrzeugen hin zu Flotten autonomer Plattformen zu beobachten, die an der Oberfläche, in der Luft und unter den Wellen eingesetzt werden können.

„Das häufigste Merkmal, das wir beobachten, ist die Fähigkeit, in autonomen Teams mit mehreren Fahrzeugen und anderen Plattformen zu operieren“, sagte Terry Sloane, Gründer, Inhaber und Geschäftsführer von Planet Ocean und ecoSUB Robotics, einer operativen Abteilung von Planet Ocean. ecoSUB demonstrierte im Rahmen des Projekts SoAR (Squads of Adaptive Robots) von 2021 bis 2023 eine Mehrzweckflotte. Dieses Projekt koordinierte eine groß angelegte Erkundungsmission, die von einer intelligenten „Autonomie-Engine“ in Echtzeit konzipiert, überwacht und angepasst wurde. Die SoAR-Flotte bestand aus den autonomen Unterwasserfahrzeugen (AUVs) von ecoSUB, der schwebenden Plattform Auto-Hover 1 des National Oceanography Centre und dem unbemannten Oberflächenfahrzeug (USV) REAV-60 „Decibel“ von Sonardyne.

ecoSUB AUV. Cedit: ecoSUB

Duane Fotheringham, Präsident der Gruppe für unbemannte Systeme im Geschäftsbereich Mission Technologies von HII, stellte fest, dass die Größe von Unterwasserfahrzeugen zunimmt. „Kunden kaufen nicht mehr nur ein oder zwei Fahrzeuge für Experimente, sondern ganze Flotten. Diese Entwicklung signalisiert, dass unbemannte Unterwassersysteme vom Testbetrieb in den dauerhaften, operativen Einsatz mit realen Anforderungen an Training, Logistik und Lebenszyklus übergehen.“

Benutzerfreundlichkeit

Die Benutzerfreundlichkeit spielt für Kunden, die Unterwasserfahrzeuge kaufen, eine enorm wichtige Rolle. Die Systeme müssen effizient, anpassbar und letztendlich für die gewünschte Aufgabe geeignet sein.

„Kunden wünschen sich Systeme, die mit Unsicherheiten umgehen können, mit eingeschränkter Kommunikation funktionieren und sich nahtlos in größere maritime Streitkräfte integrieren lassen, die bemannte Schiffe, Flugzeuge und andere unbemannte Plattformen umfassen“, sagte Fotheringham. „Sie suchen außerdem nach einer geringeren Belastung für die Bediener.“

„Wir verzeichnen zudem eine starke Nachfrage nach kleineren, portableren Plattformen, die keine großen Schiffe oder komplexe Logistik für den Einsatz benötigen“, sagte Vera Bronza, Vertriebs- und Marketingleiterin bei Boxfish Robotics. Präzise Datensynchronisation sei ebenfalls sehr wichtig, fügte sie hinzu, da die AUVs des Unternehmens Daten von allen Sensoren, der Navigation und der Bildgebung synchronisieren können.

„Darüber hinaus legen Kunden großen Wert auf Effizienz und Benutzerfreundlichkeit: Wie schnell lässt sich das System einrichten, wie viele Personen werden für den Betrieb benötigt und wie viele nützliche Daten können in einem einzigen Einsatz erfasst werden? Flexibilität ist ebenfalls wichtig, damit sich die Systeme an veränderte Projektanforderungen anpassen können.“

Flexibilität ist ein bekanntes Merkmal von VideoRay, das modulare Fahrzeuge in den Vordergrund stellt. „Unsere Kunden wollen alles. Sie wollen Fahrzeuge, die klein und tragbar sind, aber gleichzeitig extrem leistungsstark und für große Nutzlasten geeignet. Genau da liegt der Vorteil der modularen Technologie, denn wir können diese Anforderungen in großem Umfang erfüllen“, so Marcus Kolb, Chief Technology Officer von VideoRay, einem Unternehmen der AV-Branche. Ihr neuestes Fahrzeug, der Mission Specialist Wraith, baut auf seinem Vorgänger, dem Mission Specialist Ally, auf und verspricht verbesserte Wendigkeit und mehr Triebwerke.

Mission Specialist Wraith. Bildnachweis: AeroVironment Inc/VideoRay

Sichtweite

Unterwasserfahrzeuge müssen zwar effizient und bedienerfreundlich sein, aber vor allem in ihrer Kernaufgabe – dem Sichtbarmachen von Dingen, die dem Menschen verborgen bleiben – überzeugen. Hochwertige Bildgebung steht bei Kunden stets ganz oben auf der Prioritätenliste, betonte Bronza. „Zuverlässige Navigation und Positionierung sind ebenfalls entscheidend, insbesondere bei Untersuchungen, die regelmäßig wiederholt werden müssen.“

Hochwertigere Bildgebung deutet auch auf einen Trend hin zu mehr Werkzeugen und Sensoren für bessere Sichtbarkeit und Datenvisualisierung. „Wir beobachten zudem ein wachsendes Interesse an Photogrammetrie, bei der Kunden hochauflösende 3D-Punktwolken und/oder digitale Zwillinge von Unterwasserinfrastrukturen für die Langzeitüberwachung erstellen möchten“, so Joseph Segato, Account Executive bei Deep Trekker. „In Umgebungen mit eingeschränkter Sicht ist ein Fächerecholot aufgrund der Sichtverhältnisse mittlerweile unverzichtbar.“

Ausdauer

Die Leistungsfähigkeit und Funktionalität eines Unterwasserfahrzeugs hängen maßgeblich von seiner Einsatzdauer ab, weshalb Kunden branchenweit längere Einsatzzeiten anstreben. Dies basiert zwar nicht ausschließlich auf der Batteriekapazität – Energiemanagement und Missionskonfiguration spielen ebenfalls eine Rolle –, doch bilden Unterwasserbatterien einen eigenen, schnell wachsenden Industriezweig, der Energiedichte, Sicherheit, Modularität und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften in Einklang bringen muss.

Viele Unterwasserbatterien sind Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion), die ein optimales Verhältnis von Energiedichte, Gewicht, Volumen und Lebensdauer bieten, erklärte Sören Johannsen, COO und Marketingleiter bei SubCtech. „Bei Unterwasserfahrzeugen bedeutet eine hohe Energiedichte direkt längere Einsatzdauer oder höhere Nutzlastkapazität. Li-Ion-Akkus zeichnen sich zudem durch hohe Effizienz, stabile Entladecharakteristik und gute Skalierbarkeit für verschiedene Systemgrößen aus.“ Das ferngesteuerte Unterwasserfahrzeug (ROV) REVOLUTION von Deep Trekker sowie die AUVs und ROVs von Boxfish werden alle mit Li-Ion-Akkus betrieben.

Die SmartPowerBlocks von SubCtech basieren ebenfalls auf Lithium-Ionen-Technologie und kombinieren ein modulares mechanisches Design mit integrierten Batteriemanagement-, Überwachungs- und Sicherheitsfunktionen für Unterwasseranwendungen. „Dank ihrer Modularität können Kunden Kapazität und Spannung skalieren, ohne das gesamte Stromversorgungssystem neu entwickeln zu müssen“, so Johannsen. SmartPowerBlocks sind zudem individuell anpassbar: Batteriegeometrie, Kapazität, Spannungspegel und Schnittstellen lassen sich an spezifische Fahrzeugbeschränkungen und Missionsanforderungen anpassen. „Dies umfasst Formfaktoroptimierung für beengte Platzverhältnisse im Rumpf, Redundanzkonzepte für sicherheitskritische Anwendungen, maßgeschneiderte Entladeprofile oder die Integration mit fahrzeugspezifischen Kommunikations- und Überwachungssystemen. Wir passen unsere Lösungen auch an unterschiedliche regulatorische Rahmenbedingungen an – ob für Verteidigungsplattformen, Forschungsfahrzeuge oder vollelektrische Systeme in der Öl- und Gasindustrie – und erhalten dabei eine gemeinsame, qualifizierte Technologiebasis.“

Einsatz von Batterie-Skids für einen Öl- und Gaskunden. Bildnachweis: SubCtech

REVOLUTION ROV von Deep Trekker. Bildnachweis: Deep Trekker

Die SeaPower-Batterieplattform von Kraken Robotics basiert ebenfalls auf Lithium-Ionen-Technologie. Sie integriert Pouchzellen und Elektronik in eine Silikonpolymermatrix und ist für Tiefen bis zu 6.000 Metern geeignet. Dank ihrer drucktoleranten, vergossenen Architektur sind keine starren Druckgehäuse oder Ölkompensation erforderlich. Der modulare Aufbau ermöglicht die Anpassung von Spannung, Größe und Energie an die jeweiligen Projektanforderungen. „Wir verzeichnen eine stark steigende Nachfrage nach SeaPower-Batterien, insbesondere für Verteidigungsanwendungen und extra große unbemannte Unterwasserfahrzeuge (XLUUVs), bei denen Ausdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit von entscheidender Bedeutung sind“, so Patrick Paranhos, Vice President Battery Systems. „Dieses Wachstum spiegelt den allgemeinen Trend hin zu Unterwasserplattformen mit größerer Reichweite und höherer Leistung wider, die in immer komplexeren Umgebungen operieren.“

Die SeaPower-Batterie von Kraken Robotics. Bildnachweis: Kraken Robotics.

REMUS UUV. Bildnachweis: HII. Das unbemannte Unterwasserfahrzeug (UUV) REMUS von HII bietet zudem eine modulare Energiearchitektur. Dadurch kann das Fahrzeug ein, zwei oder drei Akkus mitführen, und die Reichweite lässt sich je nach Geschwindigkeit, Nutzlast und Einsatzprofil anpassen. Lithium-Ionen-Akkus sind zwar am weitesten verbreitet, Alkalibatterien sind jedoch für bestimmte Spezialmissionen ebenfalls eine Option. Die AUVs von ecoSUB sind standardmäßig mit wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus ausgestattet, können aber auch mit Alkalibatterien betrieben werden.

VideoRay nahm die Batterieversorgung selbst in die Hand. „Wir schwankten zwischen Nickel-Metallhydrid-Akkus, weil sie leicht zu transportieren sind, und Lithium-Ionen-Akkus, deren Transport sehr aufwendig ist. Wir entwickelten schließlich unsere eigenen Akkus, weil wir keinen anderen Hersteller fanden“, sagte Kolb. „Unsere Akkus, wie alle unsere Module, verfügen über eine integrierte Steuerung. Sie haben einen Knotenpunkt, der Informationen anfordern kann. Darüber hinaus liefern sie geregelte Leistung mit einer Nennspannung von 48 Volt, die dann auf die Abschaltspannung von Lithium-Akkus absinkt.“

Autonomie

Autonomie ist in der Unterwasserindustrie und darüber hinaus eine zunehmend gefragte, wenn nicht gar zwingende Voraussetzung, um Arbeiten schneller und über einen längeren Zeitraum als mit menschlicher Bedienung durchführen zu können. Vereinfacht gesagt: Es können mehr Datenpunkte erfasst, verarbeitet und visualisiert werden. In Offshore-, Explorations- und Verteidigungsanwendungen reduzieren autonome Systeme Risiken, indem sie gefährliche oder extreme Situationen minimieren. Entscheidend, betonte Fotheringham, ist, dass Unterwasserfahrzeuge auch nach Seeerprobungen autonom agieren können. „Autonomie muss unter realen Bedingungen funktionieren, nicht nur in kontrollierten Szenarien.“

Unterwasserfahrzeuge entwickeln sich von Spezialwerkzeugen zu vernetzten Standardausrüstungen, deren Einsatz sich an Projektanforderungen und Kundenwünschen orientiert. Während Mehrfachnutzung, Benutzerfreundlichkeit, Sichtbarkeit, Ausdauer und Autonomie als gemeinsame Trends für Fahrzeuge der nächsten Generation hervorstechen, deuten sie gleichzeitig auf die scheinbar grenzenlosen Möglichkeiten hin, die noch vor uns liegen.