Onbemand oppervlaktevaartuig: hoe drones de zee opgaan
Een onbemand oppervlaktevaartuig, in het Engels een unmanned surface vessel of USV, is een boot of scheepje dat over het water vaart zonder dat er iemand aan boord is. Vergelijk het met een zelfrijdende auto, maar dan op zee: sensoren, camera's en satellietverbindingen vervangen de ogen en handen van een schipper, en software bepaalt de koers. Sommige varianten worden vanaf de wal of vanaf een moederschip op afstand bestuurd, andere varen grotendeels zelfstandig langs een vooraf bepaalde route.
Het onderscheid met een onderwaterdrone is belangrijk: een USV blijft aan het oppervlak, terwijl een unmanned underwater vehicle (UUV) juist onder water opereert. Denk bij een USV aan een torpedobootachtig scheepje dat wekenlang metingen doet in de Grote Oceaan, of aan een klein, snel vaartuig dat wordt ingezet om mijnen op te sporen of, zoals recent in de Zwarte Zee, om schepen aan te vallen. De techniek wordt zowel voor vreedzame als voor militaire doeleinden gebruikt, en die twee werelden lopen in de praktijk vaak door elkaar.
Wat is het precies?
De basis van elk onbemand oppervlaktevaartuig is een romp die zichzelf drijvend en stabiel houdt, aangevuld met een aandrijving. Die aandrijving verschilt sterk per type: sommige USV's hebben een gewone dieselmotor of elektromotor, andere gebruiken een starre zeilvin die energie uit de wind haalt, aangevuld met zonnepanelen voor de elektronica. Hoe minder brandstof een vaartuig nodig heeft, hoe langer het zelfstandig op zee kan blijven.
Voor de navigatie combineert een USV meestal gps met radar, camera's en soms lidar (een soort laserradar die afstanden meet). Een boordcomputer verwerkt die gegevens en herkent obstakels zoals andere schepen, boeien of drijfhout. Bij eenvoudige systemen grijpt een operator op afstand in zodra het lastig wordt; bij geavanceerdere systemen neemt de software zelf beslissingen volgens de internationale vaarregels die ook voor bemande schepen gelden, de zogeheten COLREGs.
Communicatie loopt via satelliet, radio of, dichter bij de kust, via mobiele netwerken. Dat is meteen een kwetsbaar punt: valt de verbinding weg, dan moet het vaartuig zelfstandig veilig kunnen blijven varen of terugkeren. Ten slotte draagt een USV vrijwel altijd een nuttige lading mee: meetapparatuur voor wetenschappelijk onderzoek, sonar om de zeebodem in kaart te brengen, of, in militaire uitvoeringen, explosieven of wapensystemen.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste argument voor onbemande vaartuigen is veiligheid: er hoeft geen bemanning het water op in gevaarlijke, saaie of vervuilende omstandigheden. Denk aan het monitoren van orkanen, het patrouilleren in mijnenvelden of het maandenlang varen in afgelegen zeegebieden waar weinig mensen naartoe willen.
Daarnaast spelen kosten een grote rol. Een bemand marineschip heeft honderden opvarenden nodig, met bijbehorende voorzieningen zoals slaapruimtes, keukens en veiligheidssystemen. Een USV heeft niets van dat alles nodig, waardoor het kleiner, goedkoper en makkelijker in grote aantallen inzetbaar kan zijn.
Voor wetenschappers is er nog een derde motivatie: uithoudingsvermogen. Een windgedreven meetvaartuig kan, in tegenstelling tot een bemand onderzoeksschip, maandenlang onafgebroken data verzamelen over oceaanstromingen, temperatuur of visbestanden, zonder dat bemanning hoeft te worden afgelost. Voor defensie geldt bovendien dat onbemande vaartuigen risico's kunnen verleggen: verlies van materieel is minder ingrijpend dan verlies van mensenlevens.
Voorbeelden uit de praktijk
Saildrone is een Amerikaans bedrijf dat sinds 2012 windaangedreven USV's bouwt die de oceaan oversteken om oceanografische data te verzamelen, onder meer voor Amerikaanse overheidsinstanties. Sinds 2022 zet de Amerikaanse marine dezelfde vaartuigen ook in voor surveillance in de Perzische Golf, als onderdeel van de Vijfde Vloot.
Sea Hunter is een groter, dieselaangedreven vaartuig dat is ontwikkeld door het Amerikaanse defensie-onderzoeksbureau DARPA onder het programma ACTUV, gericht op het volgen van onderzeeërs. Het prototype werd in 2016 gepresenteerd en wordt sindsdien door de Amerikaanse marine gebruikt om te testen hoe onbemande schepen kunnen samenwerken met bemande vloten, onder meer binnen het zogeheten Overlord-programma.
In de oorlog in Oekraïne zijn onbemande oppervlaktevaartuigen zoals de Magura V5 wereldwijd bekend geworden. Vanaf 2023 heeft Oekraïne deze relatief goedkope, met explosieven beladen speedboten meerdere malen ingezet tegen Russische marineschepen in de Zwarte Zee, met aanzienlijke schade tot gevolg. Het is een van de eerste conflicten waarin dit type wapen op grote schaal en met zichtbaar effect is gebruikt.
Het Amerikaanse bedrijf MARTAC bouwt met zijn Devil Ray-serie snelle, veelzijdige USV's die door de Amerikaanse marine en marines van andere landen worden getest voor onder meer verkenning en het opsporen van zeemijnen.
Ook onderzoeksinstituten zoals het Amerikaanse Woods Hole Oceanographic Institution gebruiken kleinere onbemande oppervlaktevaartuigen om samen met onderwaterdrones metingen te doen, bijvoorbeeld naar walvissen of naar veranderingen in de poolgebieden.
Hoe ver is de techniek?
De technologie is in de afgelopen tien jaar snel volwassen geworden, maar volledig zelfstandig varen op de open oceaan, zonder enige menselijke tussenkomst, is nog geen dagelijkse praktijk. De meeste operationele systemen werken met een vorm van toezicht op afstand: een operator kan ingrijpen, ook al voert het vaartuig het grootste deel van de reis zelfstandig uit.
Een belangrijk obstakel is het betrouwbaar herkennen van andere scheepvaart en het correct toepassen van vaarregels in drukke of onvoorspelbare situaties, zoals havens of gebieden met veel kleine vissersboten. Ook de communicatieverbinding blijft een zwak punt: op grote afstand van de kust is de bandbreedte beperkt en kan een vaartuig tijdelijk buiten bereik raken.
Op regelgevend gebied loopt de discussie nog. De Internationale Maritieme Organisatie (IMO), het VN-orgaan dat internationale scheepvaartregels opstelt, werkt al enkele jaren aan een apart regelkader voor wat zij Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) noemt. Een niet-bindende leidraad is in voorbereiding, maar een volledig bindende, wereldwijde regelgeving voor onbemande koopvaardijschepen bestaat nog niet en zal naar verwachting nog jaren op zich laten wachten.
Militair gezien is de ontwikkeling verder versneld door het conflict in de Zwarte Zee, waar onbemande vaartuigen hun waarde in de praktijk hebben bewezen. Dat heeft andere marines, waaronder de Amerikaanse en Britse, aangespoord om sneller te investeren in zowel kleine aanvalsdrones als grotere, langer inzetbare patrouillevaartuigen.
Wie werken eraan?
In de Verenigde Staten investeert de marine actief in onbemande oppervlaktevaartuigen, onder meer via DARPA en het zogeheten Ghost Fleet-programma, met bedrijven als Saildrone, MARTAC, L3Harris en Textron als belangrijke leveranciers. Het Amerikaanse ministerie van Defensie ziet onbemande systemen als een speerpunt om met minder mensen en lagere kosten toch een grote vloot operationeel te houden.
Oekraïne heeft, gedreven door de oorlog met Rusland, in korte tijd eigen expertise opgebouwd in de bouw en inzet van gewapende USV's, vaak in samenwerking met particuliere technologiebedrijven binnen het land. Ook Rusland en andere landen met een marine, waaronder China en het Verenigd Koninkrijk, ontwikkelen eigen programma's.
Op wetenschappelijk terrein zijn instituten als Woods Hole Oceanographic Institution in de Verenigde Staten en verschillende Europese onderzoeksinstellingen actief met onbemande meetvaartuigen voor klimaat- en oceaanonderzoek. Daarnaast houdt de IMO zich, als internationale scheepvaartautoriteit, bezig met de regelgeving die deze ontwikkelingen in goede banen moet leiden.