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Sep 26, 2023

ナイトトレイン: 太平洋作戦を維持するための無人遠征兵站

"Una settimana per suggerire argomenti relativi alle tue capacità" di CDR Todd Greene

自分の能力に関するトピックを提案する週

CDR トッド・グリーン著

「戦闘機能の中で兵站が今最も進歩する必要があることは私には非常に明らかです…私の一番の焦点は兵站、兵站、兵站です。」 –デイビッド・バーガー米海兵隊司令官、2023年5月23日。

将来の紛争中、米海兵隊は西太平洋に分散した島々で複数の遠征前線基地（EAB）を運用する可能性がある。 それぞれの島々のグループ内では、基地の位置が頻繁に変更され、敵の照準が複雑になる場合があります。 これらのEABは、紛争前にアクセスが開かれている間に設立されるか、進軍する海軍資産の共同支援を受けて強制的に設立されることになる。しかし、海軍の支援は、基地を前進させるための安定した後方支援を提供できるほど十分にアクセス可能ではない可能性がある。 これは EAB にとって深刻な課題であり、イノベーションが必要です。

アメリカ海兵隊は、対等敵国に対するドクトリンの変化に伴う兵站上の課題を認識している。 この問題に対処するために多くの取り組みが行われていますが、この問題をエンドツーエンドで一貫して解決できるものはありません。 外洋を横断する競合する長距離輸送の課題に対処するだけでなく、海から海岸までのラストマイルにも対処するための解決策が必要です。 新しい、シンプルで生存可能なシステムとそれに付随する運用概念は、これらの課題に対処し、代役部隊に一貫した後方支援を提供するのに役立つ可能性があります。

鉄の三角形の見直し

さまざまなサイズ、構成、および有機的能力を備えた広範囲に分散された EAB を供給するには、2 つの課題が存在します。それは、数千マイルにわたる争いのある外洋を渡る長距離輸送と、整備されていない海岸線を越えてスタンドの手に渡るラスト戦術マイルの配送です。軍隊で。 今日のシステムは主にどちらか一方に重点を置いていますが、両方をうまく機能させるものはありません。

イノベーションは、これら 2 つの異なる課題の間の機能を橋渡しできるコネクタの設計に向けられる必要があります。 これらは、外洋環境と敵の能力に起因する敵対的な環境を特徴とする海洋空間を通過できなければなりません。 これだけの距離を移動した後、同じ星系は何らかの方法で海岸を越えて補給部隊の手に物資を届けなければなりません。 代役部隊と海上基地や物流拠点との間に重要なリンクを提供するには、革新的なコネクタが必要です。

新しい革新的な物流コネクタの設計を定義するには、まずシステムの特性を明確にして優先順位を付けることが重要です。 歴史的に、ペイロードを運ぶシステムは、範囲、速度、ペイロード重量など、いわゆる「鉄の三角形」によって制約されてきました。 1 つの領域のパフォーマンスを向上させるには、他の 2 つの領域に影響を与える必要があります。 通常、工具は大きな荷重を担持している間は速く遠くまで進むことができません。 デザイナーは強調する属性を 1 つ選択するか、すべての属性について妥協を受け入れる必要があります。 これら 3 つの伝統的な特徴は依然として有効ですが、大洋横断で争われている物流問題の固有の特性は、効率、生存可能性、コストという鉄の三角形の修正につながります。

貨物の輸送中に問題を解決しようとする場合、効率を最優先に考慮する必要があります。 効率は多くの場合、貨物トン効率 (FTE) によって測定され、ガロンあたりの貨物トンマイルで測定されます。 大洋横断レンズの中に収まると、さまざまな貨物を輸送するための最適化されたソリューション、つまり大型コンテナ船がすでに存在します。 残念ながら、コンテナ船は他の 2 つの基準を事実上満たしていません。

単に海を渡るだけでなく、争いのある海を渡るという追加のニーズを重ねることで、生存可能性も考慮する必要があります。 一般的なコンテナ船は戦時中に存続できないため、最も効率的な解決策はもはや実行可能ではありません。 具体的には、ターゲットにされやすく、攻撃を受けやすく、ダメージを受けた後にミッション能力を回復する能力がありません。 デザインのインスピレーションとして歴史的な例に目を向けると、大洋を横断する紛争物流における存続可能な解決策は、歴史的に護衛付きの輸送船団でした。

私たちの改訂された鉄の三角形の最初の 2 つの属性は、さまざまなマルチドメインの脅威に対して地域防御を提供できるさまざまな軍艦によって数千マイルにわたって護衛される大型商船の方向で、争点となっている物流の設計ソリューションを推進します。 利用可能なリソースの現実を考えると、これは実行不可能な解決策となります。 コストを考慮することで、最適なソリューションはシンプルで構築しやすいものとなり、理想的には、敵の探知から交戦までの計算を、システム自体よりも兵站システムを見つけて破壊する方がコストがかかるところに移行します。 この説明に一致するシステムの例は、単純な鋼鉄バージです。

改訂された鉄のトライアングルは、コンテナ船、護衛付き船団、シンプルな鋼鉄バージの最良の特性を備えた革新を推進しています。 これらの属性を組み合わせて海岸線を横断するにはどうすればよいでしょうか?

初期の潜水艦と麻薬潜水艦

海軍兵学校やその他の施設で行われている新たな研究分野は、半潜水艦 (SSV) の特定の流体力学特性です。1 この研究では、数値流体力学、実験的曳航タンク試験、および過去と現在のパラメトリック解析が組み合わされています。例。

外航船は通常、船体と上部構造の大部分が喫水線より上に存在して運航する水上船、または主に完全に水没して運航する海中船として分類されます。 半潜水艦は、水上艦と潜水艦の特性を組み合わせたハイブリッドであり、部分的に浸水し、常に水面上に留まりながら水線からの外形を最小限に抑えます。 しかし、半潜水艇の体積の約 15 ～ 20 パーセントだけが水面上にあります。

潜水艦とは対照的に、SSV は推進力と構造の両方において大幅に単純です。 大気にアクセスできるため、標準的な内燃エンジンで推進できます。 潜水しないため、高い静水圧に耐える必要がなく、潜水中に海洋圧力に耐えられる船を製造するコストが削減されます。 3次元で地下を操縦するための操縦翼面や機構が必要ないため、コストがさらに削減されます。

船体のかなりの部分を水没させて運用することにより、SSV は水上船舶とは区別されます。 この半水没状態にあることには、観察可能な痕跡を減らすという明らかな利点があります。 さらに、以下で説明するように、適切な条件下では造波抵抗が大幅に減少します。

第一次世界大戦と第二次世界大戦の潜水艦は半潜水状態で運用されることが多く、その運用パラメータと設計パラメータを見直すことは、現代の SSV 設計に有益な指針を提供します。 統計分析の結果、これらの初期の設計では、長さ対ビームの比率および速度対長さの比率を最適化することによって、大きな運用上の利点が実現されたことが明らかになりました。 2 番目の裏付けとなるパラメトリック分析は、今日かなりの数で運用されている半潜水艇の唯一有効な例である麻薬密輸「ナルコサブ」に対して行われました。 結果は初期の潜水艦解析と一致し、潜在的に有利な設計特性を示しました。

これらの歴史的および現代の例を出発点として使用して、一連の計算実験と物理実験が構想され、実施されました。 実験の結果、SSV の形状が最適化され、最高の速度で運用された場合、半潜水艇には確かに効率上の利点があることが確認されました。2 言い換えれば、2 つの同一の船体が与えられた場合、1 つは主に次のように運用されます。水上船、半水没船、半水没船体の場合、最適な速度で抵抗を少なくすることができます。

SSV は同等の水上艦艇よりも効率が高く、痕跡も少ないという知識をもとに、焦点はコストの最適化に移ります。 3 つの特性をすべて満たすことができれば、競合する次の革新的な物流プラットフォームの基礎が築かれます。

輸送用コンテナの物理 (そして美しさ)

複合輸送コンテナについては説明の必要はありません。 名目上、長さ 20 フィート、幅 8 フィート、高さ 8.5 フィートの長方形のコンテナは、TEU (20 フィート等価ユニット) として知られています。 40 フィート コンテナ、10 フィート コンテナ、クアドコン、ハイ キューブなど、さまざまなバリエーションが存在しますが、いずれも標準インターフェイスを保持しており、船、列車、トラック、その他の輸送手段に相互に積み替えることができます。 インターモーダルコンテナは、大洋横断貿易で現在見られるレベルの効率性を解き放ったイノベーションです。 このイノベーションはエンドツーエンドの効率性において非常に強力であり、争点となっている物流問題におけるコストの最適化にも適用する必要があります。

TEU コンテナを平時の通商にとって価値あるものにするのと同じ特性により、物流紛争を解決するために TEU コンテナが不可欠になります。 標準化されたサイズとインターフェイスにより、積み込みが簡単になるだけでなく、貨物の積み込み、積み降ろし、操作を行うためのマテリアルハンドリング機器が成熟し、広く普及していることを意味します。 コストと生産の点から見ると、輸送用コンテナを入手するのは難しくなく、多くの小規模産業施設で製造できます。 既存の軍事システムの多くはすでにコンテナ化できるように設計されており、国防総省は数万個のコンテナをすぐに利用できるようになります。 現在、世界中の港で何百万ものコンテナにアクセスできます。

残念ながら、輸送用コンテナが船外で紛失することは前例のないことではありません。 商業には良くありませんが、これにより、イノベーションに活用できる別の属性についての洞察が得られます。 船と同様に、海水に浸されたコンテナは、コンテナによって押しのけられた水の重量がコンテナの重量に等しくなるまで沈みます。 これはアルキメデスの原理として知られています。 したがって、完全に荷物を積んだ 20 フィートの乾燥コンテナは、しばらくの間浮くことになります。 これは、20 フィートのコンテナの体積が約 1,300 ft3 であるためです。 完全に水没した場合、容器を押し上げる浮力は約 83,000 ポンド発生し、これは容器の許容総重量 53,000 ポンドを超えます。 したがって、半潜水艇と同様に、満載の 20 フィートのコンテナは、水で満たされて沈むまで、表面の約 15 ～ 20 パーセントが喫水線の上に現れた状態で浮きます。

コンテナにはさまざまな形やサイズがありますが、特定の標準的な配置でのみ適合します。 物流担当者は、貨物トンの効率を最適化し、受け入れユニットの資材運搬能力との互換性を確保しながら、物流上の問題を解決するために必要な構成要素を選択できます。 従来のコンテナのバリエーションを基にして、いくつかの独自のコンテナ設計を行うことで、これらのシステムがもたらす機会を最適化できます。

図 1: 標準的な市販のコンテナのサンプル。 (左から右へ: Quadcon、20 フィート ISO コンテナ、10 フィート ISO コンテナ。著者のグラフィック。)

図 2: このシステム用に想定される固有のコンテナ。 (左から右へ: 浮力ウェッジ、ハーフ 20 フィート コンテナ、推進ウェッジ。著者のグラフィック。)

まとめ: エンドツーエンドのソリューション

このシステムの機能目的は、分散した代役部隊の補給です。 提案されている革新的な物流プラットフォームは、NightTrain と呼ばれています。 これは、無人コア半潜水艦、ストロングバックシャーシ、および標準化されたコンテナの各種で構成されています。 このコア船は、現在および過去の研究から得られた流体力学の知見を利用して、さまざまな海域を長距離航行できるように形状と速度が最適化されていますが、大部分が水没しているため特徴が低いものです。 ナビゲーションおよび推進システムを収容しながら、自律型で再利用可能です。 ストロングバックを介して貨物セクションに取り付けられ、結合船を推進します。

複数の貨物コンテナがコア SSV を強化します。 コンテナは連結して大きな船の船体を形成するように配置されています。 積載されたコンテナは、標準的な商用コンテナ トレーラー シャーシに配置されます。 レゴと同様に、トレーラーの荷台上の位置決めピンにより、コンテナの位置が標準化された配置に制約されます。 荷物を積んだトレーラーは倉庫から港までトラックで運ばれ、そこで貨物コンテナが NightTrain SSV のストロングバックセクションに置かれます。 このストロングバックは標準的なフラットベッド トレーラーに似ています。 統合ナイトトレインは、長さの前部 3 分の 2 がストロングバックの上に支えられたコンテナ貨物で、後部の 3 分の 1 が推進システムとなっており、出発のために水中に降ろされるか、さらなる展開のために母船に乗せられます。

コンテナ輸送技術と半潜水型船体のこの組み合わせは、効率的で生存可能で低コストであるという当社の設計目標を満たしています。 共通の積み込み、積み下ろし、マテリアルハンドリングシステムとインターフェースなど、ISO 標準化されたコンテナの利点をすべて備えています。 流体力学的に最適化された形状と速度を示し、同様の水上船と比較して抵抗が軽減されます。 すべてのシステムのサブコンポーネントは高速道路を使用して輸送可能です。 コアとなる SSV は、ローテクで手頃な価格の船舶であり、受動的バラストを備えた従来の空気呼吸型ディーゼル船舶であり、争点となっている物流上の課題に対応できます。

戦術的な最後のマイルを越える

このシステムの機能的な目的は、必要な物資を代役部隊の手に届ける一方で、受け取り側で物資を処理するために必要な特殊な機器と訓練を最小限に抑えることです。 多くの場合、ビーチから 1,000 メートルも離れたところに 20 フィートのコンテナを漂流させることは、実際的な価値はゼロです。 真のエンドツーエンドのソリューションを提供するには、ビーチを横断できる必要があります。

船舶が EAB に近づくと、一定数のコンテナが解放されると想像してください。 コア船舶は次の EAB まで続行し、最終的には物流ハブまで往復します。 コンテナは波線のすぐ外側の航行可能な水域に放たれ、代役部隊の有機的な能力に応じて、次の 3 つの方法のいずれかで最後の戦術マイルを通過します。

実例

考えられる EAB 物流需要の範囲にわたる実例として 3 つのシナリオが提供され、システムの多用途性が示されています。

EAB #1 – 海兵隊沿岸連隊 (MLR/F-35 FARP)

サン クレメンテ島と地形的には似ているが、南カリフォルニアの沖合にあるとは言えない島への補給の課題を考えてみましょう。 むしろ、最も近い主要な物流結節点は 4,500 マイル以上離れています。 島の面積は約 50 平方マイルで、主に岩だらけの海岸線があり、はしけや LCU を係留できる桟橋のある小さな比較的浅い港があります。 これは大量の長距離航海です。 最も制約のある物流ニーズは、クラス III: 航空燃料、およびクラス V: 航空兵器です。 幸いなことに、この EAB は再供給を促進する有機的な機能を備えています。 これらの回収資産には、回転翼航空機、小型ボートユニット、重量物運搬装置、兵站要員（レッドパッチ着陸支援、航空兵器技術者、給油技術者）が含まれます。

グアムの商業港近くの何の変哲もない倉庫で活動している海兵隊の兵站部隊は、12,000 ガロンのジェット燃料とさまざまな航空機修理部品の需要信号を受信して​​います。 2 つの 20 フィートのコンテナにそれぞれ 6,000 ガロンの燃料ブラダーが積載され、ブラダーは満杯になります。 重量を測定した後、物流担当者は各コンテナの浮力袋の 1 つの区画に圧縮空気を充填し、ハッチを閉じ、天井クレーンを使用してコンテナを平台コンテナのシャーシに積み込みます。 追加の 2 つの Quadcon コンテナには、シュリンクラップされた航空機部品が梱包されています。 これらのコンテナの重量も測定され、浮力袋に空気が充填されてから、トレーラーに積み込まれます。

積載されたトレーラー (長さ 50 フィートの結合積載物) は地元の港に輸送され、すでにコア SSV に取り付けられている待機中のストロングバックに持ち上げられます。 標準のコンテナハードウェアを使用して、結合された NightTrain SSV が水中に持ち上げられ、浮力が調整され、ディーゼルが始動し、航行命令が読み込まれます。 EABまでの2,300海里の旅が始まります。

約7日後、係争中の海洋通過を完了したが、島に1海里以上近づくことができず、NightTrain SSVは貨物コンテナを沖合に放出した。 コンテナは浮き、視覚ロケーター ビーコンが点灯します。 小型ボート部隊の海兵隊と航空部隊のCH-53Kが浮遊コンテナを回収する。 NightTrain は燃料を補給して再積載するために出発した港に戻ります。

EAB #2 – EAB を発射（NMESIS 分遣隊）

黒海のスネーク島に似た島を考えてみましょう。 戦術的に重要な島ではありますが、面積は 1 平方マイルにも満たず、遮蔽物はほとんどありません。 この島には、車でアクセスできる短いビーチがあります。 最も近い後方支援ノードは約 100 海里離れています。 最も制限的な兵站上の需要はクラス V: 兵器、特にキャニスター入りの海軍攻撃ミサイルです。 受信ユニット側で利用できる唯一の有機処理資産は、NMESIS 兵器技術者です。

8 個のキャニスター入り海軍攻撃ミサイルに対する物流需要が物流ハブで受け取られます。 4 つの「ハーフ 20」コンテナには、それぞれ 2 つのシュリンク包装された NSM キャニスターが装填されます。 積載されたコンテナの重量を量り、浮力表を参照した後、物流担当者は、コンテナの梱包に含まれる浮力袋の 2 つの区画に水を充填します。 ハーフ 20 はフラットベッド シャーシに搭載されます。 シャーシには 4 つの推進ウェッジも搭載されており、各ハーフ 20 の端に 1 つずつ取り付けられています。 総積載量は長さ50フィート、幅8フィートです。 トレーラーは港に運ばれ、NightTrain SSV と連結されて進水します。

島の近くに到着すると、4 つのハーフ 20 がすべて解放され、それぞれに独自の推進ウェッジが取り付けられています。 浮かんでいるときは横向きに座り、長方形の鋼鉄はしけ (長さ 20 フィート、幅 8.5 フィート、深さ 4 フィート) に似ています。 島のビーチの南東、４００メートル沖合で放流される。 電気推進ユニットが作動し、ハーフ 20 コンテナを 4 ノットで移動させるのに十分な推力とステアリング制御を提供します。 ナビゲーション システムは、彼らを海岸に座礁するまで、333 の磁気方位を下っていきます。 その時点で、NMESISチームは車両でコンテナを回収し、海岸まで引きずり込み、ミサイル弾を回収します。 推進ウェッジのバッテリーも回収され、再利用されます。

EAB #3 – 6人からなる強制偵察チーム

偵察チームは、MLR エリア拒否兵器に照準情報を提供するために、パッシブ地上センサーを使用して ES を観測する任務を負っています。 この部隊は、台湾の南東約 40 海里、蘭嶼に隣接する江東島に位置しています。 島には改善された施設はありませんが、西側には保護された砂浜があり、水深約 60 フィートまで近づくことができます。 最も近い後方支援ノードは 200 ～ 500 海里離れています。 主な兵站需要はクラス III (燃料、1 日あたり 50 ガロン) とクラス I です。補給に参加するためにチームが利用できる有機物資源は、ゴムボート 1 台と戦闘ダイバーだけです。

100 ガロンのディーゼル燃料とさまざまな食料品店の物流需要が物流拠点によって予測されます。 長さ 5 フィートの Quadcon コンテナ 1 つが補給品と燃料で満たされています。 計量後、物流担当者は浮力室のうち 3 室に水を充填し、空気は 1 室も充填しません。 圧縮空気のシリンダーも浮力袋に取り付けられています。

クアッドコンは、他の 7 台のクアッドコンとともにトレーラーに積まれて港に運ばれ、NightTrain SSV に積み込まれます。 SSV は 11 ノットで係争中の航行を行い、途中 5 つの異なるウェイポイントで停止してさまざまなキャニスターを解放します。 島に到着すると、沖合250ヤードでクアドコンを放ち、水深80フィートの底に沈む。 準備ができたら、フォース・リコンの戦闘ダイバーはその場所に行き、キャニスターに潜り、ハッチを開け、圧縮空気キャニスターを作動させて物資を水面に浮かべます。

遠征基地を除くライドシェアリング

相乗りモデルは、従来の中央配車タクシーと比較してその価値を示しています。 顧客が具体的なニーズを公表すると、分散型サプライヤーがそのニーズを満たす自社の能力を評価します。 ニーズを満たすために、最も最適な場所に配置され、有能なサプライヤーが自動的に派遣されます。

この概念を、争点となっている物流問題に今すぐ適用してください。 標準化されたコンテナタイプと新しいコンテナタイプを組み合わせて使用​​することで、あらゆる形状、サイズ、機能の多くのニーズに応えることができます。 EAB の顧客にはさまざまな要求と物流能力があることは間違いありません。 部隊が必要量（食料や燃料の具体的な量など）や回収条件や能力（岩だらけの海岸線、改良された港や保護された浜辺がない、小型ボート部隊など）を公表できるシステムを利用することで、有能な供給者は自主的に情報提供を行うことができる。需要を満たすために指名します。 これにより、最終的に分散型で回復力のある物流ネットワークが実現します。

このビジョンを可能にする革新的なコネクタは、コンテナを供給源から待機場所まで輸送する無人半潜水艇です。 この車両は効率的で生存可能であり、比較的安価です。 最新の物流効率と流体力学的効率を最大限に活用しています。 私たちはそれをSSVナイトトレインと呼んでいます。

米国海軍のトッド グリーン司令官は、米国海軍兵学校で海軍建築の講師を務める技術士官です。 彼は海軍大学院と米国海軍士官学校を卒業しています。 ここで表明された見解や意見は彼自身のものであり、必ずしも米国海軍の見解や意見を反映しているわけではありません。

参考文献

1. Sung、LP、Matveev、KI、Morabito、MG「半潜水艦の設計パラメータと抵抗予測の探索的研究」。 海軍工兵ジャーナル、2023 年 3 月。

2. Sung, LP、Laun, A.、Leavy, A.、Ostrowski, M.、Postma, M.、「物理ベースのデジタル モデルを使用した半潜水艦の予備的な船体形状設計」。 海軍工兵ジャーナル、2022 年 12 月。

注目の画像: 貨物を移動する不整地コンテナ ハンドラー (RTCH)。 (アメリカ海兵隊の写真)