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Sep 26, 2023

The NightTrain: logística expedicionaria no tripulada para sostener las operaciones en el Pacífico

Pitch Your Capability Topic Week Por CDR Todd Greene “Es muy claro para mí que

Semana del tema de presentación de su capacidad

Por CDR Todd Greene

"Es muy claro para mí que la logística, entre las funciones de guerra, es en la que más debemos progresar en este momento... Mi enfoque número uno es la logística, la logística, la logística". –General David Berger, Comandante del Cuerpo de Marines de EE. UU., 23 de mayo de 2023.

Durante un conflicto futuro, el USMC puede estar operando múltiples Bases Avanzadas Expedicionarias (EAB) en islas dispersas en todo el Pacífico Occidental. Dentro de sus respectivos grupos de islas, las bases pueden reposicionarse con frecuencia para complicar la selección de objetivos enemigos. Estos EAB se establecerían antes del conflicto mientras el acceso estaba abierto, o se establecerían por la fuerza con el apoyo conjunto de los activos navales que se abren camino. Pero el apoyo naval puede no ser lo suficientemente accesible para proporcionar un apoyo logístico constante para avanzar bases. Este es un problema sumamente desafiante para los EAB y exige innovación.

El USMC es consciente de los desafíos logísticos que acompañan su cambio de doctrina contra un adversario par. Hay muchos esfuerzos para abordar el problema, pero ninguno lo resuelve de manera cohesiva de principio a fin. Se necesita una solución para abordar no solo los desafíos del tránsito disputado de larga distancia a través del océano abierto, sino también la última milla del mar a la costa. Un sistema nuevo, simple y sobreviviente y sus conceptos de operación asociados podrían abordar estos desafíos y ayudar a brindar un apoyo logístico constante a las fuerzas suplentes.

Revisando el Triángulo de Hierro

El suministro de EAB ampliamente distribuidos de tamaño, composición y capacidad orgánica variable presenta dos conjuntos de desafíos: tránsitos de largo alcance a través de miles de millas de océanos abiertos en disputa y entrega de última milla táctica sobre una costa no mejorada y en manos de stand- en fuerzas Los sistemas actuales se enfocan principalmente en uno u otro, pero no hay nada que pueda hacer ambos bien.

La innovación debe estar dirigida al diseño de conectores que puedan unir la capacidad entre estos dos desafíos distintos. Deben poder transitar por espacios oceánicos que presenten entornos hostiles derivados del entorno de mar abierto y la capacidad del adversario. Después de atravesar tantas millas, el mismo sistema de alguna manera debe llevar suministros a través de una playa y en manos de la fuerza suplente. Los conectores innovadores son necesarios para proporcionar el vínculo vital entre las fuerzas suplentes y las bases marítimas o los centros logísticos.

Para ayudar a definir el diseño de un conector logístico nuevo e innovador, es importante articular y priorizar primero las características del sistema. Históricamente, un sistema que transporta una carga útil está limitado por lo que se conoce como el "Triángulo de hierro": alcance, velocidad y peso de la carga útil. Para aumentar el rendimiento en un área, las otras dos deben sufrir. Por lo general, una herramienta no puede ir rápido y lejos mientras lleva una carga grande. Los diseñadores deben elegir un atributo para enfatizar o aceptar compromisos en todos. Si bien estas tres características tradicionales siguen siendo válidas, los atributos únicos del problema logístico transoceánico en disputa conducen a un triángulo de hierro revisado: eficiencia, capacidad de supervivencia y costo.

La eficiencia debe ser una consideración determinante en cualquier intento de resolver un problema cuando se transporta una carga. La eficiencia a menudo se mide por la eficiencia de toneladas de carga (FTE) y se mide en toneladas-millas de carga por galón. Cuando se enmarca dentro de la lente transoceánica, la solución optimizada para mover una variedad de carga ya existe: el gran portacontenedores. Desafortunadamente, un portacontenedores no cumple efectivamente con los otros dos criterios.

Al superponer la necesidad adicional de no solo cruzar un océano, sino cruzar un océano en disputa, también se debe considerar la capacidad de supervivencia. La solución más eficiente ya no es viable, ya que el típico portacontenedores no puede sobrevivir en tiempos de guerra. Específicamente, es susceptible a los objetivos, vulnerable a los ataques y no tiene la capacidad de recuperar las capacidades de la misión después de sufrir daños. Mirando hacia ejemplos históricos para inspirarse en el diseño, la solución de supervivencia para la logística transoceánica disputada históricamente ha sido un convoy escoltado.

Los primeros dos atributos de nuestro triángulo de hierro revisado impulsan la solución de diseño para la logística disputada en la dirección de grandes envíos comerciales, escoltados durante miles de millas por una variedad de buques de guerra capaces de brindar defensa de área contra una variedad de amenazas de múltiples dominios. La realidad de los recursos disponibles hace que esta sea una solución inviable. Al tener en cuenta el costo, la solución óptima se convierte en algo simple, fácil de construir e idealmente cambia el cálculo de detección para atacar del enemigo a donde se vuelve más costoso encontrar y matar el sistema logístico que el sistema mismo. Un ejemplo de un sistema que coincide con esta descripción es una barcaza de acero simple.

El triángulo de hierro revisado está impulsando una innovación que presenta los mejores atributos de un portacontenedores, un convoy escoltado y una barcaza de acero simple. ¿Cómo combinamos mejor estos atributos y cruzamos la costa?

Submarinos y narcosubmarinos de la era temprana

Un área emergente de investigación que se está realizando en la Academia Naval y otras instalaciones son los atributos hidrodinámicos específicos de las embarcaciones semisumergibles (SSV).1 Esta investigación ha combinado la dinámica de fluidos computacional, las pruebas experimentales de tanques de remolque y el análisis paramétrico del pasado y el presente. ejemplos

Los buques de navegación marítima suelen clasificarse como buques de superficie, con la mayor parte del casco y la superestructura existentes y operando por encima de la línea de flotación, o como buques submarinos que operan principalmente completamente sumergidos. Una embarcación semisumergible es un híbrido que combina las propiedades de un barco de superficie y un submarino para sumergirse parcialmente, minimizando su perfil por encima de la línea de flotación, mientras permanece en la superficie en todo momento. Sin embargo, solo alrededor del 15-20 por ciento del volumen de un semisumergible está sobre la superficie.

En contraste con los submarinos, un SSV es dramáticamente más simple tanto en propulsión como en estructura. Debido a su acceso al aire atmosférico, puede ser propulsado por motores de combustión interna estándar. No necesita soportar altas presiones hidrostáticas ya que no se sumerge, eliminando así los costos de producir una embarcación que pueda soportar la presión oceánica mientras está sumergida. No necesita superficies de control ni mecanismos para maniobrar bajo la superficie en tres dimensiones, lo que reduce aún más los costos.

Al operar con una fracción significativa del casco sumergido, el SSV se diferencia de un buque de superficie. Estar en este régimen semisumergido tiene ventajas obvias en la reducción de su firma observable. Además, hay reducciones significativas en la resistencia a la formación de olas, en las condiciones adecuadas, que se analizan a continuación.

Los submarinos de la Primera y Segunda Guerra Mundial operaron con frecuencia en un estado semisumergido, y una revisión de sus parámetros operativos y de diseño proporciona una guía instructiva para un diseño SSV moderno. Un análisis estadístico reveló que se lograron importantes ventajas operativas en estos primeros diseños al optimizar la relación longitud/manga y la relación velocidad/longitud. Se realizó un segundo análisis paramétrico de apoyo en el único ejemplo válido de un semisumergible que opera en cantidades significativas en la actualidad: el "narco-sub" de contrabando de narcóticos. Los resultados coincidieron con el análisis submarino de la era temprana y señalaron características de diseño potencialmente ventajosas.

Usando estos ejemplos históricos y modernos como punto de partida, se imaginó y llevó a cabo un conjunto de experimentos computacionales y físicos. Los resultados de los experimentos confirmaron que un semisumergible tiene una ventaja de eficiencia si se optimiza la geometría del SSV y se opera a la mejor velocidad.2 En otras palabras, dados dos cascos idénticos, uno opera principalmente como un barco de superficie, el otro que opera semisumergido, el casco semisumergido puede tener menos resistencia a la velocidad óptima.

Con el conocimiento de que un SSV puede ser más eficiente y de menor firma que un buque de superficie comparable, el enfoque cambia a la optimización de costos. Si se pueden cumplir las tres características, se sientan las bases para la próxima plataforma logística innovadora en disputa.

La física (y la belleza) de los contenedores marítimos

El contenedor de transporte intermodal no necesita presentación. Nominalmente, un contenedor rectangular, que mide 20 pies de largo, 8 pies de ancho y 8,5 pies de alto, se conoce como TEU (unidad equivalente a veinte pies). Existen muchas variaciones (contenedores de 40 pies, contenedores de 10 pies, Quadcons, High Cubes), pero todos conservan las interfaces estándar que les permiten cargarse indistintamente en un barco, tren, camión y otras formas de transporte. El contenedor intermodal es la innovación que desató el nivel de eficiencia que ahora se ve en el comercio transoceánico. Esta innovación es muy poderosa en su eficiencia de extremo a extremo y también debe aplicarse para optimizar los costos dentro del problema de logística en disputa.

Las mismas características que hacen que los contenedores TEU sean valiosos para el comercio en tiempos de paz, los hacen vitales para resolver problemas logísticos. Los tamaños e interfaces estandarizados no solo simplifican la carga, sino que significan que el equipo de manejo de materiales para cargar, descargar y maniobrar la carga es maduro y está disponible universalmente. Cuando se trata de costos y producción, los contenedores de envío no son difíciles de adquirir y se pueden fabricar en muchas instalaciones industriales a pequeña escala. Muchos sistemas militares existentes ya están diseñados para ser transportados en contenedores y decenas de miles de contenedores están disponibles de inmediato para el Departamento de Defensa. Hoy en día se puede acceder a millones de contenedores en los puertos de todo el mundo.

Desafortunadamente, no es raro que los contenedores de envío se pierdan por la borda. Si bien no es bueno para el comercio, esto nos da una idea de otro atributo que se puede aprovechar para la innovación. Al igual que un barco, un contenedor sumergido en agua de mar se hundirá hasta el punto en que el peso del agua desplazada por el contenedor sea igual al peso del contenedor. Esto se conoce como Principio de Arquímedes. Por lo tanto, un contenedor seco de 20 pies completamente cargado flotará por un tiempo. Esto se debe a que el volumen de un contenedor de 20 pies es de aproximadamente 1300 ft3. Si estuviera completamente sumergido, produciría alrededor de 83 000 libras de fuerza de flotación empujándolo hacia arriba, que es más que las 53 000 libras de peso bruto permitido del contenedor. Al igual que un semisumergible, un contenedor de 20 pies completamente cargado flotará con alrededor del 15-20 por ciento de su superficie por encima de la línea de flotación, hasta que se llene de agua y se hunda.

Los contenedores vienen en muchas formas y tamaños, pero solo encajan en ciertos arreglos estándar. Los especialistas en logística pueden elegir los componentes básicos necesarios para resolver el problema logístico en disputa, mientras optimizan la eficiencia de las toneladas de carga y aseguran la compatibilidad con la capacidad de manejo de materiales de la unidad receptora. Sobre la base de las variantes de contenedores convencionales, varios diseños de contenedores únicos pueden optimizar la oportunidad que presentan estos sistemas.

Figura 1: Una muestra de las variantes de contenedores estándar disponibles comercialmente. (De izquierda a derecha: Quadcon, contenedor ISO de 20 pies, contenedor ISO de 10 pies. Gráfico del autor).

Figura 2: Contenedores únicos previstos para este sistema. (De izquierda a derecha: cuña de flotabilidad, contenedor de medio 20 pies, cuña de propulsión. Gráfico del autor).

Poniendo todo junto: una solución de extremo a extremo

El objetivo funcional del sistema es el reabastecimiento de fuerzas suplentes distribuidas. La innovadora plataforma logística impugnada que se propone se llama NightTrain. Consiste en un núcleo semisumergible no tripulado, un chasis reforzado y una variedad de contenedores estandarizados. El buque principal utiliza los hallazgos hidrodinámicos de la investigación actual e histórica para optimizar su forma y velocidad para el tránsito de largo alcance a través de una variedad de estados del mar, mientras está sumergido en su mayoría y, por lo tanto, de baja firma. Es autónomo y reutilizable, al tiempo que alberga los sistemas de navegación y propulsión. Se adjunta a una sección de carga a través del strongback y propulsa la embarcación combinada.

Múltiples contenedores de carga aumentan el SSV central. La disposición de los contenedores es tal que se unen para crear el casco de la embarcación más grande. Los contenedores cargados se colocan en un chasis de remolque de contenedores comercial estándar. Al igual que los Legos, los pasadores de posicionamiento en la plataforma del remolque restringen la ubicación de los contenedores en arreglos estandarizados. El tráiler cargado se transporta desde el almacén hasta un puerto donde los contenedores de carga se colocan en la sección trasera del NightTrain SSV. Este strongback se asemeja a un remolque de plataforma estándar. El NightTrain consolidado, con las dos terceras partes delanteras de su longitud como carga en contenedores apoyada sobre la estructura trasera, y el tercio trasero como sistema de propulsión, se baja al agua para la salida o en una nave nodriza para su posterior despliegue.

Esta combinación de tecnología de envío en contenedores y un casco semisumergible cumple con nuestros objetivos de diseño de ser eficiente, resistente y de bajo costo. Cuenta con todos los beneficios de los contenedores estandarizados ISO, incluidos los sistemas e interfaces comunes de carga, descarga y manejo de materiales. Exhibe geometría y velocidad optimizadas hidrodinámicamente, lo que proporciona una resistencia reducida en comparación con un buque de superficie similar. Todos los subcomponentes del sistema son transportables por carretera. El SSV central es una embarcación asequible y de baja tecnología que lo convierte en una embarcación diésel de respiración de aire tradicional y con lastre pasivo que puede enfrentar el desafío logístico disputado.

Cruzando la última milla táctica

El objetivo funcional de este sistema es entregar los suministros necesarios a las manos de las fuerzas suplentes mientras se minimiza el equipo especializado y la capacitación requerida para procesar los suministros en el extremo receptor. En muchos casos, dejar un contenedor de 20 pies a la deriva a mil metros de la playa tiene un valor práctico nulo. Para ofrecer una verdadera solución de extremo a extremo, debe poder cruzar la playa.

Imagine que a medida que el buque se acerca a un EAB, se libera una cierta cantidad de contenedores. El buque principal continúa hasta el siguiente EAB y, finalmente, hace el viaje de ida y vuelta al centro logístico. Los contenedores se liberan en aguas navegables justo fuera de la línea de surf y cruzan la última milla táctica de una de tres maneras, según las capacidades orgánicas de la fuerza suplente:

Casos Ilustrativos

Se ofrecen tres escenarios como casos ilustrativos en todo el espectro de la posible demanda logística de EAB, demostrando la versatilidad del sistema.

EAB # 1 - Regimiento de Marina Litoral (MLR / F-35 FARP)

Considere los desafíos de reabastecer una isla similar en topología a la isla de San Clemente, pero no está convenientemente fuera de la costa sur de California. Más bien, el nodo logístico importante más cercano está a más de 2500 millas de distancia. La isla tiene unas 50 millas cuadradas, con una costa principalmente rocosa y un pequeño puerto relativamente poco profundo con un muelle capaz de amarrar barcazas y LCU. Este es un viaje de gran volumen y larga distancia. Las necesidades logísticas más restrictivas son: Clase III: combustible de aviación y Clase V: artillería de aviación. Afortunadamente, este EAB presenta capacidades orgánicas que pueden ayudar a facilitar el reabastecimiento. Estos activos de recuperación incluyen aeronaves de ala giratoria, una unidad de botes pequeños, equipos de manejo de materiales pesados ​​y personal de logística (soporte de aterrizaje de Red Patch, técnicos de artillería de aviación y técnicos de reabastecimiento de combustible).

Operando desde un depósito anodino cerca de un puerto comercial en Guam, un elemento de logística del Cuerpo de Infantería de Marina recibe la señal de demanda de 12 000 galones de combustible para aviones, así como varias piezas de reparación de aeronaves. Se cargan dos contenedores de 20 pies cada uno con una vejiga de combustible de 6,000 galones y se llenan las vejigas. Después de ser pesados, los logísticos llenan un compartimento de la vejiga flotante en cada contenedor con aire comprimido, cierran las escotillas y los cargan en un chasis de contenedor de plataforma usando una grúa puente. Dos contenedores Quadcon adicionales están empacados con piezas de aeronaves envueltas en plástico retráctil. Estos contenedores también se pesan y las bolsas de flotación se llenan de aire y luego se cargan en el remolque.

El tráiler cargado (una carga combinada de 50 pies de largo) se transporta al puerto local, se levanta sobre la estructura de espera, que ya está conectada al SSV central. Usando hardware de contenedor estándar, el NightTrain SSV combinado se eleva al agua, se ajusta la flotabilidad, se encienden los motores diésel y se cargan las órdenes de navegación. Comienza el viaje de 2.300 millas náuticas al EAB.

Aproximadamente siete días después, habiendo completado el tránsito oceánico en disputa, pero incapaz de acercarse a la isla a menos de una milla náutica, el NightTrain SSV libera los contenedores de carga en alta mar. Los contenedores flotan y las balizas de localización visual se activan. Los infantes de marina de la unidad de botes pequeños y los CH-53K del destacamento de aviación recuperan los contenedores flotantes. NightTrain transita de regreso al puerto donde fue lanzado para repostar y recargar.

EAB #2 - Incendios EAB (desprendimiento NMESIS)

Considere una isla similar a la Isla de las Serpientes en el Mar Negro. Si bien es una isla tácticamente significativa, tiene menos de una milla cuadrada de área, sin mucha cobertura. Esta isla tiene un tramo corto de playa accesible en vehículo. El nodo de apoyo logístico más cercano está a unas 100 millas náuticas de distancia. La demanda logística más restrictiva es la Clase V: artillería, específicamente Misiles de Ataque Naval encapsulados. El único activo de procesamiento orgánico disponible en el extremo de la unidad receptora son los técnicos de artillería NMESIS.

La demanda logística de ocho misiles de ataque naval encapsulados se recibe en el centro logístico. Se cargan cuatro contenedores "Half-20" con dos botes NSM envueltos en plástico cada uno. Después de pesar los contenedores cargados y consultar la tabla de flotabilidad, los encargados de logística llenan dos compartimentos de las vejigas de flotación incluidas en el empaque del contenedor. Los medios 20 se cargan en un chasis de plataforma. También se cargan cuatro cuñas de propulsión en el chasis, una unida al final de cada medio-20. La carga total es de 50 pies de largo y ocho pies de ancho. El remolque se lleva al puerto, se acopla con el NightTrain SSV y se bota.

Al llegar a las cercanías de la isla, se liberan los cuatro medios 20, cada uno con su propia cuña de propulsión adjunta. Cuando están a flote, se asientan sobre sus costados, asemejándose a una barcaza de acero rectangular (20 pies de largo, 8,5 pies de ancho y cuatro pies de profundidad). Se liberan al sureste de la playa en la isla y a un cuarto de milla de la costa. Las unidades de propulsión eléctrica se ponen en marcha, proporcionando suficiente empuje y control de dirección para mover los medios 20 contenedores a cuatro nudos. El sistema de navegación los conduce por el rumbo magnético de 333 hasta que encallan en la playa. En ese momento, los equipos de NMESIS recuperan los contenedores con sus vehículos, los arrastran por la playa y recuperan los botes de misiles. Las baterías de las cuñas de propulsión también se recuperan y reutilizan.

EAB #3 – Equipo Force Recon de 6 hombres

Un equipo de reconocimiento tiene la tarea de la observación ES utilizando un sensor terrestre pasivo para proporcionar información de orientación a las armas de negación del área MLR. Esta unidad está ubicada en la isla Koto (Xiao-Iam Yu), adyacente a la isla Orquídea, aproximadamente a 40 millas náuticas al sureste de Taiwán. No hay instalaciones mejoradas en la isla, aunque tiene una playa de arena protegida en su lado occidental y es accesible a unos 60 pies de profundidad del agua. El nodo de apoyo logístico más cercano está entre 200 y 500 millas náuticas de distancia. Las principales demandas logísticas son Clase III (combustible, 50 gal/día) y Clase I. Los recursos orgánicos disponibles para que el equipo participe en el reabastecimiento son solo una embarcación neumática y buzos de combate.

El depósito de logística pronostica demandas logísticas de 100 galones de combustible diesel y varias tiendas de alimentos. Un solo contenedor Quadcon de cinco pies de largo se llena con los suministros y el combustible. Después de ser pesados, los logísticos llenan tres de los compartimentos de flotabilidad con agua, ninguno con aire. También se adjunta un cilindro de aire comprimido a la bolsa de flotación.

El Quadcon se incluye con una carga de otros siete quadcons en un remolque, se lleva al puerto y se carga en el NightTrain SSV. El SSV realiza el tránsito en disputa a 11 nudos, deteniéndose en cinco puntos de ruta diferentes a lo largo de su camino para liberar varios botes. Cuando llega a la isla, suelta el Quadcon a 250 yardas de la costa, que se hunde hasta el fondo en 80 pies de agua. Cuando están listos, los buzos de combate Force Recon van al lugar, se sumergen en el bote, abren la escotilla y activan el bote de aire comprimido para hacer flotar los suministros a la superficie.

Viajes compartidos pero para bases expedicionarias

El modelo de viaje compartido ha demostrado su valor en comparación con el taxi tradicional despachado centralmente. Un cliente publica su necesidad específica y una flota descentralizada de proveedores evalúa su propia capacidad para satisfacer esa necesidad. El proveedor mejor situado y capaz se envía automáticamente para satisfacer la necesidad.

Aplique este concepto ahora a nuestro problema de logística en disputa. Mediante el uso de una combinación de tipos de contenedores estandarizados y novedosos, se pueden satisfacer muchas necesidades de todas las formas, tamaños y capacidades. Sin duda habrá muchas demandas diferentes y capacidades logísticas de los clientes de EAB. Utilizando un sistema que permite a una unidad publicar su necesidad (como cantidades específicas de alimentos y combustible) y sus condiciones y capacidad de recuperación (p. ej., costa rocosa, puerto sin mejoras o playa protegida, unidad de botes pequeños), los proveedores capaces pueden nominar para cubrir la demanda. En última instancia, esto da como resultado una red logística distribuida y resiliente.

El conector innovador que hace posible esta visión es un semisumergible no tripulado que sirve para transportar contenedores desde la fuente de suministro hasta el stand-in-force. Este vehículo es eficiente, resistente y relativamente económico. Aprovecha lo mejor de las modernas eficiencias logísticas e hidrodinámicas. Lo llamamos el tren nocturno SSV.

El comandante Todd Greene, USN, es un oficial de servicio de ingeniería que se desempeña como instructor de arquitectura naval en la Academia Naval de EE. UU. Es graduado de la Escuela Naval de Posgrado y de la Academia Naval de EE.UU. Los puntos de vista y opiniones expresados ​​aquí son suyos y no reflejan necesariamente los de la Marina de los EE. UU.

Referencias

1. Sung, LP, Matveev, KI, Morabito, MG "Estudio exploratorio de parámetros de diseño y predicciones de resistencia para embarcaciones semisumergibles". Revista de Ingenieros Navales, marzo de 2023.

2. Sung, LP, Laun, A., Leavy, A., Ostrowski, M., Postma, M., "Diseño preliminar de la forma del casco para una embarcación semisumergible utilizando un modelo digital basado en la física". Revista de Ingenieros Navales, diciembre de 2022.

Imagen destacada: Carga en movimiento de un manipulador de contenedores para terrenos irregulares (RTCH). (Foto USMC)