DARPA programma ‘Manta Ray’: il drone militare subacqueo

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La DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), nonché l’agenzia governativa per i progetti di ricerca avanzata di difesa del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti d’America, incaricata dello sviluppo di nuove tecnologie per uso militare, con sede nella contea di Arlington (Virginia), ha assegnato due contratti per la fase 2 del nuovo progetto: il drone militare subacqueo “Manta Ray”, iniziato nel 2020. Le due aziende vincitrici sono le famose “Northrop Grumman Corporation” e la “Martin Defense Group“.

COS’E’ IL PROGRAMMA “MANTA RAY”?

Il suddetto programma mira a dimostrare tecnologie innovative, che consentano ai veicoli subacquei droni (senza pilota e autonomi), con capacità di carico utile, di operare in missioni di lunga durata in ambienti oceanici.

Attualmente, le due aziende “Northrop Grumman Corporation” e la “Martin Defense Group” stanno sviluppando dei veicoli dimostrativi, con lo scopo di testare le nuove tecnologie. La DARPA, che ha da poco concluso la fase 1 del progetto (la fase in cui ha condotto test preliminari sui nuovi approcci nella gestione dell’energia, dell’affidabilità della guida autonoma, e della navigazione e prevenzione degli ostacoli sottomarini) ha come obiettivo l’inizio della fase 2. Questa si concentrerà sullo sviluppo di un mezzo subacqueo drone, che abbia la capacità di funzionare per periodi prolungati, senza la necessità di un supporto logistico umano in loco, o di un qualche tipo di manutenzione.

LE SFIDE DA AFFRONTARE

Come sappiamo gli oceani coprono il 71% del pianeta Terra, e la maggior parte di tutto ciò che sappiamo su di esso, proviene dall’utilizzo di veicoli sottomarini senza equipaggio (i cosiddetti UUV), i quali ci forniscono la mappatura del fondo oceanico, gli studi scientifici sui pesci e sull’habitat sottomarino, e persino le missioni militari di ricognizione lungo le coste nemiche. I veicoli UUV trovano quindi un impiego in ambito commerciale, scientifico e militare.

Le suddette missioni subacquee condividono una sfida comune: sono vincolate dalla quantità di energia immagazzinata che possono trasportare a bordo, il che limita il raggio e la durata della missione. Inoltre, è estremamente complicato ricaricare le loro batterie direttamente sul fondale marino. Sono quindi costretti a ritornare indietro per ricaricarsi.

NUOVE IDEE PER RICARICARE LE BATTERIE

Affinché il programma “Manta Ray” possa realizzare un veicolo drone sottomarino, capace di ricaricarsi strada facendo, rimanendo sul fondale marino, gli ingegneri della DARPA e il team della “Northrop Grumman Corporation” hanno collaborato con la “Seatrec”. Si tratta di una società che si occupa di tecnologie per le energie rinnovabili, per trovare un modo efficiente ed economico per raccogliere l’energia oceanica.

La “Seatrec” ha inventato un metodo per la raccolta di energia subacquea, sfruttando il gradiente termico dell’oceano.

Credit: Northrop Grumman

COS’E’ IL GRADIENTE TERMICO DELL’OCEANO

E’ la differenza di temperatura tra l’acqua più calda, presente in superficie, e l’acqua più fredda presente in profondità. Per essere precisi, viene sfruttato il calore dell’acqua calda, presente in superficie, per scaldare ammoniaca e alimentare così una turbina a vapore. Successivamente viene pompata acqua fredda, presente in profondità, per far condensare il vapore in liquido. In questo modo si ottiene un circolo: l’acqua calda scalda l’ammoniaca, forma il vapore che fa ruotare la turbina, e l’acqua fredda fa poi ritornare liquido il vapore, che a sua volta è pronto per far ricominciare il ciclo.

Per il funzionamento di questa tecnologia è sufficiente avere un’acqua calda di circa 25-28°C, e un’acqua fredda di circa 6-7°C. E’ quindi fattibile, perché negli oceani si possono trovare queste temperature.

E non è tutto: per far funzionare il concetto, il team aveva bisogno di un modo per trasferire l’energia immagazzinata in modo efficiente e affidabile, nonché un modo rapido e sicuro per il trasferimento di elettricità e dati dalla piattaforma sottomarina (o dal veicolo drone), a un satellite, nave o stazione di Terra. In pratica, un qualcosa di simile ad una boa dovrebbe sganciarsi dal veicolo drone, e raggiungere la superficie per poter comunicare con l’esterno, tramite un’antenna; il problema è il cavo che collegherà la boa con il veicolo drone. Proprio questo cavo trasporterà energia e dati, e dovrà essere isolato dall’acqua marina.

Per isolare i cavi, sommersi negli oceani, si cerca oggi di inserire più isolanti possibili per non far penetrare l’acqua. Il team della DARPA ha invece pensato ad un sistema completamente controintuitivo: anziché cercare di escludere l’acqua, loro vogliono che l’acqua penetri.

Credit: DARPA

Infatti, gli ingegneri della “Northrop Grumman Corporation” hanno utilizzato il “NiobiCon”, una tecnologia rivoluzionaria di connettori elettrici autoisolanti, i quali possono essere accoppiati o disaccoppiati mentre si trovano sott’acqua (è come se noi agganciassimo il cavo per ricaricare il cellulare ad una presa a muro, situata sott’acqua).

Il successo di questa tecnologia, chiamata “NiobiCon”, deriva dalle proprietà uniche di un elemento: il niobio. Quando il niobio entra in contatto con l’acqua, forma istantaneamente un film molto sottile e passivo che funge da isolante, Il quale impedisce alla corrente di fuoriuscire.

Quando le due metà del connettore sono accoppiate, la pellicola isolante viene “raschiata”, consentendo alla corrente di fluire senza impedimenti attraverso il connettore.

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Quando il connettore viene scollegato, la pellicola isolante si riforma istantaneamente sui suoi contatti, prevenendo la corrosione. Grazie a questa tecnologia, i futuri droni sottomarini (UUV), saranno in grado di ricaricarsi, inviare informazioni tramite antenne boa e ricevere comandi dall’esterno, senza mai risalire in superficie o ritornare indietro per ricaricarsi.

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Sicuramente saranno molto utili in ambito militare, poiché saranno dei veri e propri droni sottomarini spia, in grado di navigare in sicurezza, silenziosamente e, soprattutto, senza fermarsi mai, rimanendo costantemente sul fondale oceanico, continuando, ugualmente, a inviare e ricevere dati dall’esterno.

Articolo a cura di Fabio Meneghella