JP7048753B2 - 海洋監視用浮体 - Google Patents

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Description

本発明は、海底の所定の定点に係止される複数の浮遊体システムによって支持される甲板を備える自律型無人浮体に関し、かかる浮体を取り外す必要なく、かかる浮体は海面の上方や下方の空中および水中空間ならびに海面を含む所定の海域を継続的かつ持続的に監視するように構成され、浮体は、レーダ、ライダ、ソナー、電気光学装置等の複数のセンサおよび複数の監視システムと、無人水上航走体（ＵＳＶ）、無人航空機（ＵＡＶ）、無人水中航走体（ＵＵＶ）を含む無人航走体とを備え、本発明の浮体は、その監視活動に関する情報を指令通信制御センタに対して継続的に送信するように構成される。
従来技術において様々な海洋監視装置が知られており、これらには船舶、ブイ、航空機、衛星および無人航走体（ＵｘＶ）が含まれるが、何れも本発明の監視要件を満たしていない。
特に、水上艇または潜水艇は、定期的に目標領域へ移動することによって海域を監視可能であるが、一定期間毎にベースに戻らなければならず、また、船上の人員配置が必須であるため、目標領域内の定点に永久に留まることはできず、コストが非常に高くなる。本発明の浮体は、静止し、停留地からの移動が不要であり、他の船舶の浮体に比べて建造コスト、メンテナンスコストおよび運転コストが低く、また無人であるので、これらの難点を解消できる。
ブイの場合、その高さ制限およびサイズ制限により、その監視半径は比較的小さく、望ましくない動きや傾きにしばし見舞われ、また、その変位量の低さ、発電量の制限、および海面に近傍していることにより、多くの監視センサ機器を搭載できない。ブイに無人航走体を載せることはできず、特に、見かけ上近位した地球の曲率に鑑みて、監視センサの搭載高さも低いことから、その監視域も限定される。本発明の浮体は、その多大な排水容積と、非常に高いマスト高さ（通常、海面から４０～５０メートル）とをもって、これらの問題点に対処している。本浮体は、その監視半径を拡大でき、安定性を有しているので、望ましくない傾きが生じることもなく、海水による腐食作用の影響を受けやすいセンサを海面から十分に離れた位置に設置することによって、あらゆる種類のセンサを適切に収納でき、無人航走体を支持でき、その陸揚げベースを提供でき、さらに十分な量のエネルギーを生成および蓄積することによって、エネルギー自律性を確立する。
監視を行うよう構成された航空機は、失速を回避するために移動し続けるように構成されているので、定位置での海洋監視を行えない。さらに、監視領域から離れた場所への着陸毎に、人員の交代や、頻繁な検査およびメンテナンスの実施を要する。さらに、水中監視は行えず、非常に高い運転コストがかかる。本発明の浮体は、その係留地にて静止し、メンテナンスや他の理由による移動を要しないことから、これらの問題を解決し、何年にもわたり、海域の所定位置に係止できるよう設計されており、好ましい実施形態に係れば、自立可能かつ自己修復可能である。さらに、本発明の浮体は、無人であり、水中を継続的に監視できるうえ、航空機の建造、運転およびメンテナンスコストに比べて、低コストである。
衛星のコストは非常に高く、発電量が限られているために放射線エミッタを有しておらず、主に受動的な方法で監視対象領域の遠隔監視を行うので、放射線を放射しない物体の位置確認には不向きである。さらに、海洋監視に使われる衛星は、水中空間の監視が不可能なうえに、目標領域上方において安定してその位置を維持できず、常に移動しなければならず、監視が行われない間隙が生じる。本発明の浮体は、衛星に比べて建造コスト、運転コストおよびメンテナンスコストが非常に低く、高エネルギーセンサを支持できるので、これらの難点を解消することができる。さらに、本発明の浮体は、受動的に監視を行う一方で、放射線を放出／受線し、温度および光学指標を放出／受信することによって、定位置に留まりながら能動的に物体の位置を特定でき、水中、水上、空中領域を同時に監視することによって、目標海域の継続的かつ持続的な監視を行う。
また、無人航走体は移動し、定位置に留まらないので、明確に定めた目標領域の継続的な監視が不可能である一方、修理やメンテナンスのためにベースに戻らねばならず、これによって監視作業が中断される。無人航走体はまた、所定の目標領域における空中および水中領域の監視と同時には、かかる領域における海面の監視ができない。本発明の浮体は、定位置に安定して留まり、移動せず、給油またはメンテナンスために取り除かれる必要はなく、全運転期間中は、常にその監視下領域に留まるので、空中で持続的かつ時間的に継続して海洋監視を行い、海面、空中、および水中空間を同時に監視できるので、これらの問題を解決する。
結論として、従来技術の監視手段および監視方法では、継続的かつ途切れのない形態において、複数の所定海域（水中インフラ、沿岸インフラ、不法入国海域、海賊域、違法漁業域、航海禁止域等）を含む、かかる海域に関する空中および水中領域を同時に監視できず、自律的にエネルギーを生成できず、無人航走体を搭載できず、低コストかつ頻繁なメンテナンスの実現ができない。１つ以上の無人浮体は、海洋空間における定位置に展開し、移動の必要はなく、海面、水中および空中の海洋状況を継続的に調査し、本発明の好ましい実施形態に従って、浮体は、エネルギー要件に関して自律し、メンテナンスまたは修理のために回収される必要はなく、浮体は、自立可能であり、自己修復能力を享受しているので、これらの要件は本発明の浮体によって満たされる。
本発明の目的は、所定海域に停留する１つ以上の自律型無人浮体によって、海洋監視手段およびシステム領域の従来技術の難点および欠点を有利に解消することであり、かかる浮体は、修復またはメンテナンスのために所定海域から移動することなく、かかる領域の海面、空中、水中領域を含む所定海域を継続的に監視するように構成される。この観点から、本発明の各浮体は、レーダ、ライダ、ソナー、電気光学センサ等のセンサおよび監視システムと、無人水上航走体（ＵＳＶ）、無人航空機（ＵＡＶ）および無人水中航走体（ＵＵＶ）等の無人航走体と、全レイアウトの動作および防御に必要な追加機器とを備える。
本発明のこの浮体の利点は、以下に要約される。監視領域から移動する必要なく、継続的な動作態様を提供し、海面、上方の空中、および下方の水中を同時に監視し、浮遊監視手段（水上艇および潜水艇）または空中および空間監視手段（航空機および衛星）と比較して低コストである。
本発明の浮体は、実質的な高さ（典型的に、海面から４０～５０ｍ）に沿って延在するマスト上に搭載されるセンサシステムによって、浮体からの距離が少なくとも１２海里はある小さな物体の監視に対してさえ、地球の曲率が悪影響を及ぼすことはなく、また、２００海里を超え得る距離にある物体を観察可能な水平線越えレーダセンサを使用することによって広大な観察範囲を有利に確保する。本発明の浮体によって得られる広大な監視領域は、高さが低いブイや他の浮遊手段と比べて、大幅に拡大される。浮体の検出可能要素は、上下方向に延在するマストであり、他の監視手段や航空機と比べて、マストは単に低反射性（ＲＣＳ）の水中の鋭利物にしか見えないので、本発明の浮体は、さらに小さな追跡域を有し、かかる低反射性によって、脅威および妨害工作に対して強化される。本発明の浮体には、指令センタと、かかる浮体のネットワーク内において通信ケーブル手段を介して動作可能に接続され得る近傍の浮体への情報送信が可能な通信手段が設けられ、かかる接続によって、ネットワーク内の１つ以上の浮体が故障した場合にも、さらなる安全性が提供される。それによって、情報を空中で送信できるので、ネットワークが通信信号のトランスポンダとして動作し、また情報の空中送信に妨害が発生した場合、ケーブルまたは衛星を介する指令通信制御センタから、および指令通信制御センタへの通信が確立されてもよい。
本発明の１つ以上の浮体を協働で用いる場合、監視装置のネットワークが優位な利点をもって形成される。ネットワーク配列における本発明の近傍に位置する浮体の協働作業によって、通常、目標領域内において、同時かつ極めて高精度の物体監視が可能となり、通常、衛星、船舶、ブイ、無人航走体等の単一の監視装置を用いる従来技術の監視システムでは達成できない作業能力が強化される。少なくとも２つの浮体の協働作業によって、目標領域内において正確かつ検証された物体監視が可能となり、これら少なくとも２つの浮体による検出により、非常に重要な作業能力が提供される。
本発明の浮体の重要な利点は、無人航走体の収容能力であり、無人航走体は、浮体ネットワークにおいて、適切な場所に置かれてもよく、１つの浮体から別の浮体に移動してもよく、エネルギーまたは燃料が供給されてもよい。本発明のさらなる利点は、浮体が無人であるので、コストおよびサイズが減少する一方、数々の浮遊体および固定具によって、浮体に望ましくない回転および傾動が生じることなく、最適な流体力学的性質を呈し、それにより、直面し得る波や悪天候条件に関わらず、略一定の監視域を維持できることである。さらに、自立型および最低限の必要メンテンナンスという設計上の性質により、本発明の浮体は、沖合での監視モードで動作される傾向にある。
本発明は、添付の図面をもって当業者に最も理解されよう。
図１は、本発明の一実施形態に係る、ある一定範囲の海域を監視する浮体を示す図であり、浮体は、上方に延出するマストと、甲板を支持する浮遊体システムと、を備える甲板を有し、かかるシステムは、複数の浮遊体の概念的な箱および係留手段内に描写され、当該図はまた、監視を行い、通信信号の送信を行う機器の様々な構成要素を示す。 図２ａは、図１の実施形態に係る１つの浮体の主要監視域を示す図であり、かかる監視域は、海面の高さによって、また使用する監視手段の技術力によって変位する。 図２ｂは、図１に示す形式の３つの浮体の配列を示す図であり、これら浮体のそれぞれが、異なる主要監視域を有する一方、二次および三次監視域は、かかる配列の浮体による上述の２、３の主要域の一致部分によって定義される。 図３は、図１の浮体の浮遊体システムを示す図であり、かかるシステムは、中央浮遊体と、中央浮遊体の周囲に対称的に配置された３つの周方向浮遊体とを備える。 図４は、図１の浮体の浮遊体システムを示す図であり、かかるシステムは、中央浮遊体と、中央浮遊体の周囲に対称的に配置された４つの周方向浮遊体とを備える。 図５は、完全潜水位置における図３の浮遊体システムを示す図であり、浮遊体システムの各々の周方向浮遊体は、海底に置かれた固定具に接続されている。 図６は、半潜水位置における図３の浮遊体システムを示す図であり、浮遊体システムの各々の周方向浮遊体は、海底に置かれた固定具に接続されている。 図７は、完全潜水位置における図４の浮遊体システムを示す図であり、浮遊体システムの各々の周方向浮遊体は、海底に置かれた固定具に接続されている。 図８は、半潜水位置における図４の浮遊体システムを示す図であり、浮遊体システムの各々の周方向浮遊体は、海底に置かれた固定具に接続されている。 図９は、図１の実施形態に係る浮体の操作部品を格納するコンパートメントを示すブロック図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係る浮体の監視、通信および自律型エネルギー生成手段を示すブロック図である。 図１１は、本発明の複数の浮体の配列を示す図であり、複数の浮体は、電磁通信信号を介して空中で接続され、海底ケーブルを介してさらに接続され、かかる浮体は、指令通信管制センタおよび本発明の実施形態にかかる各々の複数の浮体に対して監視関連情報を送受信するように構成される。
添付の図面に表される実施形態を参照して、本発明を以下に説明する。
図１は、本発明に係る海域監視用の浮体の一実施形態を示す。浮体は、無人かつ自律型であり、定位置に維持されるよう構成されることにより、海面領域と、監視下にある海域の、この海面領域に関連する空中および水中空間とを継続して監視するよう構成される。給油またはメンテナンスのための浮体の取り除きが不要であり、その動作期間にわたって、監視下にある海域内に常にとどまり得るので、継続的な監視が可能である。
図１の浮体は、いかなる状況においても海面６０のはるか上方に維持される甲板１と、浮遊体システム２と、海底に置かれ、定位置に浮遊体システム２を維持する固定具３と、を備える。
図１の浮体は、指令通信制御センタ４３（図１１）および他の利用可能な監視手段（図１１に図示する）に対して監視関連情報を送受信するよう構成された電気通信手段を備え、電気通信手段は、通信衛星４８、ＧＰＳ衛星５３、飛翔レーダ５４、飛翔リレー５５、航空機５６、水上艇５７、潜水艇５８および無人航走体５９を含むグループから選択される。
監視空間としては、主に、浮体または本発明の浮体ネットワークの監視域内の領域が考えられるが、さらに、浮体または本発明の浮体ネットワークの監視域外の領域も考えられる。浮体または浮体ネットワーク１０の主要目的は、目標領域に対応する、監視下にある海域の領域内において出入りする物体を完全に管理することである。
図１に示す実施形態の浮体の甲板１には、動作要件に従って設定される所定の監視目標によって変動する実質的な高さまで延出する、上下方向に向いたマスト６が設けられ、かかる高さは通常、海面の上方４０～５０ｍの範囲である。海面領域と、その上方の空中空間とを監視するよう構成された機器５，７，８が使用され、かかる機器５，７，８は、例えば、様々なレーダ、ライダ、ソーダ、電気光学センサ、熱センサ、および通信システムを組み合わせるよう選択される。機器５が甲板１上に搭載される一方、機器７および機器８はそれぞれ、マスト６の上端および長手方向に沿って搭載される。
甲板１は、甲板１に搭載された機器を海水の腐食作用から保護するため、本発明の浮体の設計時に用いられた、海面６０の予想される波の高さの少なくとも半分に５メートルを加算した距離に位置決めされる。
マスト６は、高位置での機器７，８の搭載を可能にする構造を提供するとともに、信号およびそれに含まれる情報を送受信するアンテナの役目を果たしてもよく、それにより、この場合、適当な金属材料で製造される必要がある。マスト６が情報アンテナとして使用されず、浮体を追跡するレーダ能力の低下が望まれる場合、マスト６を合成材料で製造する必要があり、伸縮自在であってもよく、これによって差し迫った脅威への曝露のおそれが軽減する。
各浮体には、機器の種類、その使用によって満たされる目標、重量および技術特性によって、監視および通信機器５，７，８の選択された構成要素を搭載できる。特に、甲板１に搭載された機器５は、例えば、通信機器、電気光学センサ、ライダ、ソーダおよび、モノスタティックまたはマルチスタティック構成（特に水平線越えレーダ―ＯＴＨ）の電磁場（例えば、ブロードバンドルーター、Ｘバンド、Ｓバンド）の全域に作動する融合ビーム変調技術を使用した、回転式の従来の受動的または能動的電子走査等の、あらゆる可能な形式のレーダを全て含む、利用可能な機器であってもよく、特に重量があり、高所での位置決めが推奨されないレーダ形式であってもよい。なぜなら、浮体の安定性に関する問題およびマストに印加される応力に関する問題が生じ得るからである。マスト６の上部に搭載された機器７は、重量のあるレーダ機器を除く、上述の全種類のレーダを適宜備えてもよい。一方、高所に電気光学センサを搭載すると、その監視範囲が大幅に拡大するので、マスト６の上部は、電気光学センサの搭載に好ましい領域である。機器８は、比較的軽量の機器の選択を重視する等、機器７と略同一の選択基準から適宜選択されてもよく、最低限の空力抗力が印加され、マスト６に沿って長手方向の所定位置に機能的に格納される。
監視機器５，７，８の位置に応じて、３つの個別の観察半径は、利用可能な水平線によって区別される。対応する監視半径ｒ１，ｒ２，ｒ３（図２ａ）を割り当てることによって、ＸバンドまたはＳバンドの同一のレーダ機器を位置５，７，８のいずれかに設置できる。また、電気光学センサ、ＸバンドまたはＳバンドレーダ、水平線越えレーダ等の異なる種類の監視機器は、その技術特徴により、異なる監視半径ｒ４，ｒ５，ｒ６を監視する。
一実施形態によると、図１の浮体の甲板１は、対応する数の無人航空機（ＵＡＶ）１２を収納し、それにエネルギー供給または給油を行うように構成された１つ以上の基体１２ａをさらに備え、一方、対応する数の無人水中航走体（ＵＵＶ）１３を収納し、それにエネルギー供給または給油を行うように構成された１つ以上の基体１３ａは、水位線下において、浮遊体システム２に適宜搭載され、対応する数の無人水上航走体（ＵＳＶ）１４を収納し、それにエネルギー供給または給油を行うように構成された１つ以上の基体１４ａは、海面６０の水位線上において、浮遊体システム２の非潜水部分上または上方に甲板１を有する浮遊体システム２を接続する、以下に記載の上下方向に延在する部材に沿って、適宜搭載される。
上述の無人航走体（ＵＡＶ１２，ＵＵＶ１３，ＵＳＶ１４）は、浮体の上述の位置に固定されて搭載され、各々が浮体の監視範囲を大幅に拡大する監視および識別機器を有し、監視および識別機器が浮体の監視上限まで動作できるために、遠方に位置する対象物体を精度よく識別および制御できるようにすることにより、海域の監視を強化するのに用いられる。例えば、浮体の機器５，７または８のレーダセンサが、電気光学センサが精度よく判別できないような、浮体から遠距離にある物体を検出した場合、無人ＵＡＶ１２が、対象物体に向けて航走でき、自身の電気光学センサを通して、適当な近距離から対象物体を確認（偵察）できる。かかる確認（偵察）の精度は、さらに高くなり、疑念を抱く物体の特徴をさらに捉えることができる。近距離の偵察および物体識別はともに、水中監視を強化するソナーおよび電気光学センサが適宜設けられたＵＳＶ１４およびＵＵＶ１３によって提供される。
なお、複数の浮体の配列を用いる場合、監視が強化され、協働する浮体の重複活動および浮体ネットワーク内の情報交換によってその監視が実証される。各浮体は、個別にその機能を発揮するよう構成されてもよく、またネットワーク内の他の浮体とともに機能を発揮するよう構成されてもよい。例えば、浮体ネットワーク１０は、ケーブル５０（図１１）または電磁通信信号を介して相互接続されてもよい。
ネットワーク配列における浮体の協働作業は、図２ｂの３つの浮体１０のネットワークに例示されるように、目標領域に対応する、監視海域内の物体を、同時に高精度で監視できる。かかる協働作業によって、通常、衛星、船舶、ブイ、無人航走体等の単一の監視装置を用いる従来技術の監視システムでは達成できない動作能力が強化される。図２ａに示すように、ネットワークの各浮体１０の監視範囲および主要監視領域Ｃは、浮体１０の仕様および能力によって最小半径ｒ１から最大半径ｒ６の間で異なる半径を有する監視浮体１０の周囲に描写された円によって定義される。図２ｂは、３つの監視浮体１０の利用を示す図であり、これら監視浮体１０のそれぞれが、主要監視領域Ｃを有する一方、その二次領域Ｂが２つの浮体１０によって監視され、三次監視領域Ａが、協働して監視情報を提供する３つの浮体１０によって監視される。
なお、浮体１０の主要監視領域Ｃは、監視センサの技術仕様によって決定される、その動作半径と等しい半径によって形成される点の幾何学的な軌跡として定義される。三次監視領域Ａと重複し、これを形成する主要監視領域Ｃを有する、図２ｂの浮体ネットワーク内の３つの浮体１０の協働作業により、同時の三角測量が可能となり、その結果、三次監視領域Ａ内の物体を最適精度で特定できる。別の例では、海域の監視動作要件によって、四角形、多角形または直列等の他の構成に、浮体１０が置かれてもよい。
図１の浮体１０は、第１接続部材１１を有する浮遊体システム２を備え、第１接続部材１１は、金属または合成材料で製造でき、浮遊体システム２を甲板１に接続し、予想される波の高さを超える海面上方で、浮体１０の設置位置に甲板１を維持するように構成される。この構造の利点は、波によって生じる揺動に大きく影響される従来技術の監視船舶と比べて、波によって生じる揺動に甲板１が影響を受けず、それによって生じる望ましくない回転や傾動が甲板１に生じないことである。したがって、この構造によって達成される甲板１の安定性によって、浮体１０の監視センサの動作が最適化される。
浮遊体システム２は、中央浮遊体１７と、中央浮遊体１７の周囲に対称的に配置された周方向浮遊体１８とを備える。管状部材２１，２２は、浮遊体１８の上部および底部近傍に設けられて隣接するかかる周方向浮遊体１８を接続し、管状部材１９，２０は、これら周方向浮遊体１８のそれぞれを中央浮遊体１７に接続するよう設けられる。浮遊体１７，１８および管状部材１９，２０，２１，２２に使用される材料は、金属（例えば、鉄またはアルミニウム）、適当な耐久性を有する合成材料（例えば、カーボンファイバー）、またはその組み合わせである。
甲板１の流体力学的性質が、監視センサの精度に悪影響を及ぼし得る甲板１およびマスト６の大幅な傾きおよび回転を許容しない一方で、甲板１およびそれに搭載されたマスト６の望ましくない傾きを回避するように、甲板１が低頻度で僅かに揺動するように、浮遊体システム２が、十分な変位量を有する甲板１に正の浮力を印加する。なぜなら、かかる僅かな傾動により、波によって生じる揺動との望ましくない同期化を回避でき、目標物を特定し、継続的に監視可能であるような十分に安定した浮体を得られるからである。図３に示す浮遊体システム２の一例においては、浮遊体システム２が中央浮遊体１７と、中央浮遊体１７の周囲に対称的に三角配置された３つの周方向浮遊体１８とを備える。また、図３は、３つの隣接する周方向浮遊体１８を接続するよう設けられた管状部材２１，２２と、周方向浮遊体１８のそれぞれを中央浮遊体１７に接続するよう設けられた管状部材１９，２０とを示す。具体的に、図３の浮遊体システム２は、３つの周方向浮遊体１８の上部に近接して固定された３つの管状部材２１と、３つの周方向浮遊体１８の底部に近接して固定された３つの管状部材２２と、３つの周方向浮遊体１８および中央浮遊体１７の上部に近接して固定された３つの管状部材１９と、３つの周方向浮遊体１８および中央浮遊体１７の底部に近接して固定された３つの管状部材２０と、を備える。
図１の浮体１０は、特に、浮体１０にエネルギー自律性を提供するよう構成された発電手段を備える。発電手段が、発電ユニット２６と、中央浮遊体１７内に設置された少なくとも１つの燃料貯蔵庫１５とを備える一方、再生可能エネルギー源２７からの発電ユニットと、これら発電ユニット２７が生成したエネルギーを貯蔵する貯蔵ユニット２８とは甲板１に設置される。さらに、発電手段は、浮体１０のエネルギー要件を満たすために、再生可能エネルギー源、エネルギー貯蔵ユニット２８および発電ユニット２６（図９）の何れからエネルギーを供給するように構成されたエネルギー管理ユニット２９を備える。
さらに、図３（および以下に記載する図４）は、発電ユニット２６と、中央浮遊体１７の内部に設置された２つの燃料貯蔵ユニット１５とを示す。図３または図４には図示しないが、別の例において、単一の燃料貯蔵ユニット１５を有する発電ユニット２６が、中央浮遊体１７の内部に設置される。この例によれば、燃料貯蔵ユニット１５は、オイル、メタノール、水素、ガス状炭化水素等の液体燃料または気体燃料を含む。
図３の例において、発電ユニット２６は、燃料貯蔵ユニット１５の下方に配設されることで、海面６０の下方に置かれる。これによって浮体の熱的形跡を減少することができ、敵のレーダまたは妨害物による検知を困難にする。風力タービンおよび／または甲板１に設置された光起電装置２７からの再生可能エネルギー源によるエネルギー生成では、エネルギー消費をカバーするのに不十分である場合には、燃料貯蔵ユニット１５は、発電ユニット２６が供給する必要年間エネルギーを、浮体が満たすのに十分な量の燃料を貯蔵してもよい。浮体に定期的に近づく浮遊手段（燃料積載）によって、浮体に燃料を供給してもよい。
浮遊体システム２の別例を図４に示す。図４の浮遊体システム２は、図３の三角配置された３つの周方向浮遊体１８の代わりに、四角配置された４つの周方向浮遊体１８を備える点で、図３の浮遊体システムと異なる。
図１の浮遊体システム２は、第２接続部材９をさらに備え、第２接続部材９は、各周方向浮遊体１８の底側から海底に搭載された固定具３へと延出するように設けられる。図５および６は、３つの第２接続部材９を示し、３つの第２接続部材９は、３つの周方向浮遊体１８のそれぞれの底側から海底に置かれた３つの固定具３へと延出するように設けられる。
図１の浮遊体システム２は、水中空間を監視するよう構成された複数の送受信ソナー装置４２（図１に３つの送受信ソナー装置を示す）をさらに備える。送受信ソナー装置４２は、各周方向浮遊体１８の底側および／または各第２接続部材９に沿って長手方向に設けられる。かかる送受信ソナー装置４２を２つの異なる高さに設置することによって、密度が異なる領域の反射の影響を受けることなく水中環境を監視でき、それによって監視効果が大幅に高まる。
図５または図７に示すように、浮遊体システム２は、張力係留式浮体として動作する完全潜水位置にあってもよく、または図６または図８に例示するように、半潜水型浮体として動作する一部潜水位置にあってもよい。浮遊体システム２の完全潜水位置または一部潜水位置は、監視の必要性、浮体を設置するのに利用可能な浮上手段、海底の状態および設置領域における水深に応じて選択される。
具体的に、図５は、海面下で完全に潜水した図３の浮遊体システム２を示し、第１エラストマ接合具２３が、３つの周方向浮遊体１８のそれぞれの底部に設けられ、第２エラストマ接合具２４が、３つの固定具３のそれぞれの上部に設けられる。さらに、各第２接続部材９は、各周方向浮遊体１８の第１エラストマ接合具２３と、それに対応する固定具３の第２エラストマ接合具２４との間で延在する。第１および第２エラストマ接合具２３，２４は、第２接続部材９に働く力を吸収するよう構成される一方、かかる第２接続部材９の長さを動的に調整する。浮遊体システムが完全に潜水すると、第２接続部材９は、浮遊体の下方に上下方向に延びて張力係留式浮体の態様を採り、この観点からすると、第２接続部材９は、非可撓性管部材、可撓ワイヤ、または合成ロープである。
図７は、図３の浮遊体２の配列の代わりに、完全潜水位置にある図４の浮遊体２の配列を示し、したがって図５の３つの固定具３の代わりに、４つの固定具３を示していることのみが図５と異なる。
図６は、海面６０下で部分的に潜水した図３の浮遊体システム２を示し、第３エラストマ接合具２５は、海面６０の水位線上方の高さにおいて、３つの周方向浮遊体１８のそれぞれの外周に沿って長手方向に設けられている。さらに、各第２接続部材９は、各周方向浮遊体１８の第３エラストマ接合具２５の間を延在し、対応する固定具３に固定して搭載される。第３エラストマ接合具２５は、第２接続部材９に働く力を吸収し、その長さを動的に調整するよう構成される。浮遊体システムが部分的に潜水すると、第２接続部材９は、固定具３までの湾曲路を延びるように見受けられ、固定具３は、完全に潜水した浮遊体システムの実施形態において対応する周方向浮遊体１８の上下方向の真下に置かれていないが、その上方にある浮遊体に対して角度方向に置かれている。この場合、第２接続部材９は、常に可撓性を有し、鎖、ワイヤロープ、合成ロープ、またはその組み合わせである。
図８は、図３の浮遊体システム２の代わりに、半潜水位置にある図４の浮遊体システム２を示し、図６の３つの固定具３の代わりに、４つの固定具３を示している点が図６と異なる。
固定具３は、海底の状態に応じて、重力型、摩擦型または吸引型であり得る。
図９は、甲板１（図１を参照）に固定して搭載されたコンパートメント４を示し、コンパートメント４は、上述したエネルギー貯蔵ユニット２８およびエネルギー管理ユニット２９を格納する一方、浮体１０の操作部品をさらに格納し、浮体１０の操作部品には、受動的自己防御ユニット３０と、情報処理ユニット３１と、通信ユニット３２と、暗号化ユニット３３と、センサ信号から得られる情報を処理するよう構成されたユニット３４と、ＧＰＳユニット３５と、浮体１０の状態と動作とを監視するよう構成された計器セット３６とが含まれる。
一例では、図１１に示すように、浮体１０は、浮体１０を指令通信制御センタ４３と接続するよう構成された海底ケーブル５０をさらに備える。海底ケーブル５０は、単一の浮体１０に対して、または協働して使用される複数の浮体１０に対して、通信信号の送受信および／または電力供給のリンクを提供する。各浮体１０は、甲板１へのエネルギー転送および通信信号の送信用追加ケーブルをさらに備えてもよく、かかる追加ケーブルは、図１に示す中央浮遊体１７の底端に設けられたコネクタ１６に搭載される。この追加ケーブルは、通信ネットワークから浮体への情報送信、または相互接続された浮体ネットワーク内の複数の浮体１０間のエネルギーおよび／または通信信号の送信に使用され、それにより、エネルギー自給自足能力の改善、浮体間の安全な情報送信および通信における空気干渉の排除が確保される。
この追加ケーブルが海底ケーブル５０に接続される場合、浮体と指令通信制御センタ４３との間の通信がより安全かつ高速になり、ケーブルの故障が生じた場合、浮体は、無線通信を確立し、少なくとも情報一式の一部を送信するよう構成されてもよい。
別の例では、浮体は、以下を含む群から選択される追加機器を備える：
気象、海洋および大気パラメータ（図１０を参照）を監視するよう構成された気象観測機器３７であって、かかる機器は、浮体の維持に役立つ一方、浮体の監視センサおよび通信機器から送受信される信号の品質に影響を及ぼし得る環境情報を提供する点で役立つ気象観測機器３７と、
浮体の保護に用いられる閃光装置および衝突回避システムを備える、ナビゲーション安全機器３８と、
自己防御システムであって、弾道（例えば、ミサイル、銃または大砲）の能動的自己防御システム３９と、またはレーザまたはマイクロ波等のエネルギー集中システム（甲板１の外周に４つの能動的自己防御システム３９が配設された、図１を参照）と、または電子戦闘システム（図９を参照）の受動的自己防御システム３０、警報、電気光学装置、偽装システム、上述の第２接続部材９の長さを修正することによる浮体変位、および他の自己防御自動化システムを備える、自己防御システムと、
自衛および自己修復システム４０（自衛および自己修復システム４０が甲板１に配設された図１を参照）であって、交換またはメンテナンスを要する浮体の部品の３Ｄプリントを提供する３Ｄプリンタ、無人制御修復手段、工具およびメンテナンス機器を備える、自衛および自己修復システム４０と、遭難者用の必需品、ボートまたはいかだ、乾燥食品と、捜索およびかかる機器の割り当てを行うよう構成された無人航走体とを備える捜索救助システム４１。
なお、捜索救助活動の際に、浮体の監視能力に対する捜索救助活動の影響を回避するため、捜索救助システム４１と浮体の監視手段との組み合わせが望まれない場合、捜索救助システム４１は、浮体の監視手段から独立して動作可能である。
図１は、浮体の機械部品を示し、図９は、浮体のエネルギーおよび情報処理部品を示す。この機械部品およびエネルギー部品の組み合わせ構造によって、自律型浮体が提供される。
図１０は、浮体のエネルギーおよび情報処理部品をさらに示す。特に、図１０は、再生可能エネルギー源２７、発電ユニット２６、貯蔵ユニット２８およびエネルギー管理ユニット２９を含む発電ユニット等のエネルギー部品と、気象観測機器３７、機器５，７，８、送受信ソナー装置４２、無人航走体（ＵＡＶ１２、ＵＵＶ１３、ＵＳＶ１４）に配設されたセンサ、情報処理ユニット３１、センサ信号から得られる情報（例えば、人工知能、自動化、ビッグデータ解析、データ統合）を処理するよう構成されたユニット３４等の情報処理部品とを示す。ライダ監視機器は、排気（ガス／排ガスの種類および濃度）および気流速度での形跡（例えば、タービンエンジンまたは大気の排ガス速度計測）を介して、監視領域内の物体の存在を検出する。
図１１に示すように、浮体１０は、浮体配列内において相互に通信し、また外部の指令通信制御システム（Ｃ３）を介して指令制御センタ４３と通信し、後者は図１１には図示されない。各浮体は、無線モード４７または海底ケーブル５０を介した有線モードで、他の浮体と通信し、無線モードで通信衛星４８、ＧＰＳ衛星５１、飛翔レーダ５４、飛翔リレー５２、水上艇５５、潜水艇５６、無人航走体５７と通信し、指令制御センタ４３と通信し、その後、無線通信４６，４９を介して、他の監視システムおよび他の浮体からの監視情報を提供する。また、浮体は、無線通信４７または有線通信（海底ケーブル）５０を介して、指令制御センタ４３からの通信を受信し、無線通信４６，４７を介して、指令制御センタ４３に対して監視データを送信する。

Claims (11)

  1. 海域監視用の浮体であって、前記浮体は、指令通信制御センタと、通信衛星、ＧＰＳ衛星、飛翔レーダ、飛翔リレー、航空機、水上艇、潜水艇および無人航走体を含むグループから選択される他の利用可能な監視手段と、監視関連情報を送受信するよう構成された通信手段を備え、以下を特徴とする、
    前記浮体は、無人、自律型かつ定位置に維持されるよう構成され、
    監視下にある海域の海面領域および前記海面領域に関する空中および水中空間を継続的かつ持続的に監視するように構成され、
    前記浮体は、組み合わせにより
    海面の上方４０～５０ｍの範囲内の実質的な長さを有する上下方向に向いたマストが設けられた甲板であって、海面領域およびその上方の空中空間を監視するよう構成された機器が、甲板、前記マストの上端および前記マストに沿って長手方向に搭載され、前記機器は、レーダ、ライダ、ソーダ、電気光学センサ、熱センサおよび通信システムを含む様々な監視機器を組み合わせるよう選択される甲板と、
    第１接続部材を有する浮遊体システムであって、第１接続部材は、前記浮遊体システムを前記甲板に接続し、浮体の設置位置において、予想される波の高さを超える海面上方に甲板を維持するように構成され、前記浮遊体システムは、中央浮遊体と、中央浮遊体の周囲に対称的に配置された周方向浮遊体と、隣接する周方向浮遊体を接続するよう設けられた管状部材と、前記周方向浮遊体のそれぞれを中央浮遊体に接続するよう設けられた管状部材と、各周方向浮遊体の底側から海底に搭載された固定具へ延在するように設けられた第２接続部材と、各周方向浮遊体の底側および／または各前記第２接続部材に沿って長手方向に設けられ、水中空間を監視するよう構成された複数の送受信ソナー装置と、前記浮体にエネルギー自律性を提供するよう構成された発電手段とを備え、前記発電手段が、中央浮遊体の内部に設置された発電ユニットおよび燃料貯蔵ユニットと、再生可能エネルギー源からの発電ユニットと、甲板に設置された前記発電ユニットが生成したエネルギーを貯蔵する貯蔵ユニットと、前記浮体のエネルギー要件を満たすために、択一的に、前記再生可能エネルギー源からの前記発電ユニットから、および／または貯蔵ユニットから、または前記発電ユニットからエネルギーを供給するように構成されたエネルギー管理ユニットとを備える、浮遊体システム。
  2. 請求項１に記載の浮体であって、前記浮体の操作部品を格納するコンパートメントを備え、前記操作部品には、前記貯蔵ユニットと、前記エネルギー管理ユニットと、受動的自己防御ユニットと、情報処理ユニットと、通信ユニットと、暗号化ユニットと、センサ信号から得られる情報を処理するよう構成されたユニットと、ＧＰＳユニットと、浮体の状態と動作とを監視するよう構成された計器セットとが含まれることを特徴とする、浮体。
  3. 請求項１または２のいずれか一つに記載の浮体であって、海面下で完全に潜水した浮遊体システムとともに動作するよう構成され、前記第２接続部材は、非可撓性管部材、可撓ワイヤ、または合成ロープであって、第１エラストマ接合具が各周方向浮遊体の底部に設けられ、第２エラストマ接合具が各固定具の上部に設けられ、前記第２接続部材のそれぞれは、周方向浮遊体の前記第１エラストマ接合具と、固定具の第２エラストマ接合具との間を延在し、前記第１および第２エラストマ接合具は、前記第２接続部材に働く力を吸収し、その長さを動的に調整するよう構成されることを特徴とする浮体。
  4. 請求項１または２のいずれか一つに記載の浮体であって、海面下で部分的に潜水した浮遊体アレイとともに動作するよう構成され、前記第２接続部材は、可撓性を有するチェーン、ワイヤロープ、合成ロープまたはその組み合わせであって、第３エラストマ接合具は、海面上方の高さにおいて、各周方向浮遊体の外周に沿って長手方向に設けられ、前記第２接続部材のそれぞれは、周方向浮遊体の前記第３エラストマ接合具と、固定具との間を延在し、前記第３エラストマ接合具は、前記第２接続部材に働く力を吸収し、その長さを動的に調整するよう構成されることを特徴とする浮体。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の浮体であって、３つの周方向浮遊体を備えることを特徴とする浮体。
  6. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の浮体であって、４つの周方向浮遊体を備えることを特徴とする浮体。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の浮体であって、前記浮体は、
    対応する数の無人航空機（ＵＡＶ）を収納し、それにエネルギー供給または給油を行うように構成された１つ以上の基体および／または
    対応する数の無人水中航走体（ＵＵＶ）を収納し、それにエネルギー供給または給油を行うように構成された１つ以上の基体および／また
    対応する数の無人水上航走体（ＵＳＶ）を収納し、それにエネルギー供給または給油を行うように構成された１つ以上の基体を備えることを特徴とする浮体。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一つに記載の浮体であって、前記浮体はさらに、
    前記浮体を指令通信制御センタに接続するよう構成された海底ケーブルであって、通信信号の送受信および／または前記浮体への電力供給のリンクを提供する前記海底ケーブルと、
    前記甲板へのエネルギー転送および通信信号の送信を行うよう構成された追加ケーブルと、
    前記追加ケーブルを接続するよう構成され、前記中央浮遊体の上に設けられたコネクタとを備えることを特徴とする浮体。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一つに記載の浮体であって、浮体は、以下を含む群から選択される追加機器を備えることを特徴とする；
    気象、海洋および大気パラメータを監視するよう構成された気象観測機器と、
    閃光装置および衝突回避システムを備えるナビゲーション安全機器と、
    自己防御システムであって、弾道の能動的自己防御システム、および／またはエネルギー集中システム、および／または電子戦闘システムの受動的自己防御システム、警報、電気光学装置、偽装システム、前記第２接続部材の長さを修正することによる浮体変位、および他の自己防御自動化システムを備える、自己防御システムと、
    自衛および自己修復システムであって、交換またはメンテナンスを要する浮体の部品の３Ｄプリントを提供する３Ｄプリンタ、無人制御修復手段、工具およびメンテナンス機器を備える、自衛および自己修復システムと、
    遭難者用の必需品、ボートまたはいかだ、乾燥食品と、探索およびかかる機器の割り当てを行うよう構成された無人航走体とを備える捜索救助システム。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一つに記載の浮体であって、前記浮体は、電磁通信信号を介して、少なくとも１つの隣接する浮体と空中で接続され、それにより、複数の浮体の相互の多極ネットワークを形成し、ネットワークの浮体はそれぞれ、前記浮体周囲に描写された円によって定義される主要監視領域（Ｃ）と、２つおよび３つの近接した浮体の主要監視領域（Ｃ）と一致する領域において、それぞれ定義される二次監視領域（Ｂ）および三次監視領域（Ａ）とを有することを特徴とする浮体。
  11. 請求項１０に記載の海域監視用の浮体の相互の多極ネットワークであって、ネットワークの前記浮体は、通信信号の送受信および／または前記浮体それぞれへの電力供給のリンクを提供するよう構成された海底ケーブルを介して、相互に接続され、前記海底ケーブルは、さらに前記浮体を指令通信制御センタに接続することを特徴とするネットワーク。


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