Le NightTrain : Logistique expéditionnaire sans pilote pour le maintien des opérations dans le Pacifique

Présentez votre semaine thématique sur les capacités

Par CDR Todd Greene

"Il est très clair pour moi que la logistique, parmi les fonctions de combat, est celle sur laquelle nous devons faire le plus de progrès en ce moment… Mon objectif numéro un est la logistique, la logistique, la logistique." –Général David Berger, commandant de l'US Marine Corps, 23 mai 2023.

Lors d'un futur conflit, l'USMC peut exploiter plusieurs bases avancées expéditionnaires (EAB) sur des îles dispersées dans le Pacifique occidental. Au sein de leurs groupes d'îles respectifs, les bases peuvent se repositionner fréquemment pour compliquer le ciblage de l'ennemi. Ces EAB seraient soit établis avant le conflit alors que l'accès était ouvert, soit ils seraient établis de force avec le soutien conjoint des ressources navales qui se frayent un chemin. Mais le soutien naval peut ne pas être suffisamment accessible pour fournir un soutien logistique stable aux bases avancées. Il s'agit d'un problème extrêmement difficile pour les VAE et qui exige de l'innovation.

L'USMC est conscient des défis logistiques qui accompagnent son changement de doctrine face à un adversaire pair. De nombreux efforts sont déployés pour résoudre le problème, mais aucun ne le résout de manière cohérente de bout en bout. Une solution est nécessaire pour relever non seulement les défis du transit contesté sur de longues distances à travers l'océan ouvert, mais aussi le dernier kilomètre de la mer à la côte. Un système nouveau, simple et surviable et les concepts d'opération qui l'accompagnent pourraient relever ces défis et aider à fournir un soutien logistique cohérent aux forces en attente.

Réviser le triangle de fer

L'approvisionnement en EAB largement distribués de taille, de composition et de capacité organique variables présente deux ensembles de défis : les transits à longue distance sur des milliers de kilomètres d'océans ouverts contestés et la livraison du dernier kilomètre tactique sur un littoral non amélioré et entre les mains de stand- en force. Les systèmes d'aujourd'hui se concentrent principalement sur l'un ou l'autre, mais il n'y a rien qui puisse bien faire les deux.

L'innovation doit viser à concevoir des connecteurs capables de faire le pont entre ces deux défis distincts. Ils doivent être capables de traverser des espaces océaniques qui présentent des environnements hostiles issus de l'environnement océanique ouvert et de la capacité de l'adversaire. Après avoir traversé ces nombreux kilomètres, le même système doit d'une manière ou d'une autre acheminer des fournitures à travers une plage et entre les mains de la force de renfort. Des connecteurs innovants sont nécessaires pour assurer le lien vital entre les forces en attente et les bases maritimes ou hubs logistiques.

Pour aider à définir la conception d'un nouveau connecteur logistique innovant, il est important d'abord d'articuler et de hiérarchiser les caractéristiques du système. Historiquement, un système qui transporte une charge utile est limité par ce que l'on appelle le "Triangle de fer" - la portée, la vitesse et le poids de la charge utile. Pour augmenter les performances dans un domaine, les deux autres doivent souffrir. En règle générale, un outil ne peut pas aller vite et loin tout en transportant une charge importante. Les concepteurs doivent choisir un attribut à souligner ou accepter des compromis sur tous. Bien que ces trois caractéristiques traditionnelles soient toujours valables, les attributs uniques du problème logistique contesté transocéanique conduisent à un triangle de fer révisé - efficacité, capacité de survie et coût.

L'efficacité doit être une considération déterminante dans toute tentative de résoudre un problème lors du transport d'une cargaison. L'efficacité est souvent évaluée par l'efficacité de la tonne de fret (ETP) et mesurée en tonnes-miles de fret par gallon. Lorsqu'elle est encadrée dans la lentille transocéanique, la solution optimisée pour déplacer une variété de marchandises existe déjà - le grand porte-conteneurs. Malheureusement, un porte-conteneurs ne répond pas effectivement aux deux autres critères.

En superposant le besoin supplémentaire de non seulement traverser un océan, mais de traverser un océan contesté, la capacité de survie doit également être prise en compte. La solution la plus efficace n'est plus viable, car le porte-conteneurs typique ne peut pas survivre en temps de guerre. Plus précisément, il est sensible au ciblage, vulnérable aux attaques et n'a aucune capacité à récupérer les capacités de mission après avoir subi des dommages. En regardant vers des exemples historiques d'inspiration de conception, la solution de survie à la logistique contestée transocéanique a toujours été un convoi escorté.

Les deux premiers attributs de notre triangle de fer révisé poussent la solution de conception pour la logistique contestée vers la grande navigation commerciale, escortée sur des milliers de kilomètres par un assortiment de navires de guerre capables de fournir une défense de zone contre une variété de menaces multi-domaines. La réalité des ressources disponibles en fait une solution non viable. En prenant en compte le coût, la solution optimale devient quelque chose de simple, facile à construire, et déplace idéalement le calcul de la détection à l'engagement de l'ennemi là où il devient plus coûteux de trouver et de tuer le système logistique que le système lui-même. Un exemple de système correspondant à cette description est une simple barge en acier.

Le triangle de fer révisé pousse à une innovation qui présente les meilleurs attributs d'un porte-conteneurs, d'un convoi escorté et d'une simple barge en acier. Comment combiner au mieux ces attributs et traverser le littoral ?

Sous-marins et Narco-Subs de la première ère

Un nouveau domaine de recherche en cours à l'Académie navale et dans d'autres installations concerne les attributs hydrodynamiques spécifiques des navires semi-submersibles (SSV)1. exemples.

Les navires de mer sont généralement classés comme un navire de surface, la majorité de la coque et de la superstructure existant et fonctionnant au-dessus de la ligne de flottaison, ou comme un navire sous-marin qui opère principalement complètement submergé. Un navire semi-submersible est un hybride qui combine les propriétés d'un navire de surface et d'un sous-marin pour s'immerger partiellement, minimisant son profil au-dessus de la ligne de flottaison, tout en restant à la surface à tout moment. Pourtant, seulement 15 à 20 % environ du volume d'un semi-submersible se trouve au-dessus de la surface.

Contrairement aux sous-marins, un SSV est considérablement plus simple en termes de propulsion et de structure. En raison de son accès à l'air atmosphérique, il peut être propulsé par des moteurs à combustion interne standard. Il n'a pas besoin de résister à des pressions hydrostatiques élevées car il ne plonge pas, éliminant ainsi les coûts de production d'un navire capable de résister à la pression océanique lorsqu'il est immergé. Il n'a pas besoin de surfaces de contrôle et de mécanismes pour manœuvrer sous la surface en trois dimensions, ce qui réduit encore les coûts.

En opérant avec une fraction importante de la coque immergée, le SSV se différencie d'un navire de surface. Être dans ce régime semi-submergé présente des avantages évidents dans la réduction de sa signature observable. De plus, il existe des réductions significatives de la résistance à la création de vagues, dans les bonnes conditions, décrites ci-dessous.

Les sous-marins de la Première et de la Seconde Guerre mondiale opéraient fréquemment dans un état semi-immergé, et un examen de leurs paramètres opérationnels et de conception fournit des indications instructives pour une conception SSV moderne. Une analyse statistique a révélé que des avantages opérationnels significatifs ont été réalisés dans ces premières conceptions en optimisant le rapport longueur/poutre et le rapport vitesse/longueur. Une deuxième analyse paramétrique à l'appui a été menée sur le seul exemple valable d'un semi-submersible opérant en nombre significatif aujourd'hui - le "narco-sub" de contrebande de stupéfiants. Les résultats concordaient avec l'analyse des sous-marins de la première ère et indiquaient des caractéristiques de conception potentiellement avantageuses.

En utilisant ces exemples historiques et modernes comme point de départ, un ensemble d'expériences informatiques et physiques ont été envisagées et menées. Les résultats des expérimentations ont confirmé qu'il y a bien un avantage d'efficacité pour un semi-submersible si la géométrie du SSV est optimisée et qu'il est exploité à la meilleure vitesse.2 Autrement dit, étant donné deux coques identiques, l'une exploitée principalement comme un navire de surface, l'autre fonctionnant semi-immergé, la coque semi-immergée peut avoir moins de traînée à la vitesse optimale.

Sachant qu'un SSV peut être à la fois plus efficace et plus discret qu'un navire de surface comparable, l'accent est mis sur l'optimisation des coûts. Si ces trois caractéristiques peuvent être remplies, les bases sont posées pour la prochaine plate-forme logistique contestée innovante.

La physique (et la beauté) des conteneurs maritimes

Le conteneur maritime intermodal n'a plus besoin d'être présenté. Nominalement, un conteneur rectangulaire, mesurant 20 pieds de long, 8 pieds de large et 8,5 pieds de haut, est connu sous le nom de TEU (unité équivalente vingt pieds). De nombreuses variantes existent - conteneurs de 40 pieds, conteneurs de 10 pieds, Quadcons, High Cubes - mais toutes conservent les interfaces standard qui leur permettent d'être chargés de manière interchangeable sur un navire, un train, un camion et d'autres formes de transport. Le conteneur intermodal est l'innovation qui a déclenché le niveau d'efficacité actuellement observé dans le commerce transocéanique. Cette innovation est très puissante dans son efficacité de bout en bout et doit également être appliquée pour optimiser les coûts dans le cadre du problème logistique contesté.

Les mêmes caractéristiques qui rendent les conteneurs TEU précieux pour le commerce en temps de paix les rendent essentiels pour résoudre les litiges logistiques. Les tailles et les interfaces standardisées simplifient non seulement le chargement, mais signifient également que l'équipement de manutention pour charger, décharger et manœuvrer la cargaison est mature et universellement disponible. En ce qui concerne le coût et la production, les conteneurs maritimes ne sont pas difficiles à acquérir et ils peuvent être fabriqués dans de nombreuses installations industrielles à petite échelle. De nombreux systèmes militaires existants sont déjà conçus pour être conteneurisés et des dizaines de milliers de conteneurs sont immédiatement disponibles pour le DoD. Des millions de conteneurs sont aujourd'hui accessibles dans les ports du monde entier.

Malheureusement, il n'est pas rare que des conteneurs maritimes soient perdus par-dessus bord. Bien que cela ne soit pas bon pour le commerce, cela nous donne un aperçu d'un autre attribut qui peut être mis à profit pour l'innovation. Comme un navire, un conteneur immergé dans l'eau de mer coulera au point où le poids de l'eau déplacée par le conteneur est égal au poids du conteneur. C'est ce qu'on appelle le principe d'Archimède. Par conséquent, un conteneur sec de 20 pieds entièrement chargé flottera pendant un certain temps. En effet, le volume d'un conteneur de 20 pieds est d'environ 1 300 pieds cubes. S'il devait être complètement immergé, il produirait environ 83 000 livres de force de flottabilité le poussant vers le haut, ce qui est supérieur aux 53 000 livres de poids brut autorisé du conteneur. Tout comme un semi-submersible, un conteneur de 20 pieds entièrement chargé flottera donc avec environ 15 à 20 % de sa surface au-dessus de la ligne de flottaison, jusqu'à ce qu'il se remplisse d'eau et coule.

Les conteneurs se présentent sous de nombreuses formes et tailles, mais ne s'emboîtent que dans certains agencements standard. Les logisticiens peuvent choisir les blocs de construction nécessaires pour résoudre le problème logistique contesté, tout en optimisant l'efficacité de la tonne de fret et en garantissant la compatibilité avec la capacité de manutention de l'unité de réception. S'appuyant sur des variantes de conteneurs conventionnels, plusieurs conceptions de conteneurs uniques peuvent optimiser l'opportunité offerte par ces systèmes.

Figure 1 : Un échantillon des variantes de conteneurs standard disponibles dans le commerce. (De gauche à droite : Quadcon, conteneur ISO de 20 pieds, conteneur ISO de 10 pieds. Graphique de l'auteur.)

Figure 2 : Conteneurs uniques envisagés pour ce système. (De gauche à droite : coin de flottabilité, demi-conteneur de 20 pieds, coin de propulsion. Graphique de l'auteur.)

Assemblage : une solution de bout en bout

L'objectif fonctionnel du système est le réapprovisionnement des forces de réserve réparties. La plate-forme logistique contestée innovante proposée s'appelle NightTrain. Il se compose d'un noyau semi-submersible sans pilote, d'un châssis renforcé et d'un assortiment de conteneurs standardisés. Le navire principal utilise les découvertes hydrodynamiques de la recherche actuelle et historique pour optimiser sa forme et sa vitesse pour un transit à longue distance à travers une variété d'états de la mer, tout en étant principalement submergé et donc à faible signature. Il est autonome et réutilisable, tout en abritant les systèmes de navigation et de propulsion. Il est attaché à une section de cargaison à travers le renfort et propulse le navire combiné.

Plusieurs conteneurs de fret augmentent le SSV de base. L'agencement des conteneurs est tel qu'ils se relient pour créer la coque du plus grand navire. Les conteneurs chargés sont placés sur un châssis de remorque porte-conteneurs commercial standard. Comme les Legos, les goupilles de positionnement sur le lit de la remorque contraignent l'emplacement des conteneurs dans des arrangements standardisés. La remorque chargée est transportée par camion de l'entrepôt à un port où les conteneurs de fret sont placés sur la section de renfort du NightTrain SSV. Ce renfort ressemble à une remorque à plateau standard. Le NightTrain consolidé, les deux tiers avant de sa longueur étant une cargaison conteneurisée soutenue au-dessus du renfort, et le tiers arrière étant le système de propulsion, est abaissé dans l'eau pour le départ ou sur un vaisseau mère pour un déploiement ultérieur.

Cette combinaison de technologie d'expédition conteneurisée et d'une coque semi-submersible répond à nos objectifs de conception d'efficacité, de survie et de faible coût. Il présente tous les avantages des conteneurs normalisés ISO, y compris les systèmes et interfaces communs de chargement, de déchargement et de manutention des matériaux. Il présente une géométrie et une vitesse hydrodynamiquement optimisées, offrant une résistance réduite par rapport à un navire de surface similaire. Tous les sous-composants du système sont transportables sur l'autoroute. Le SSV de base est un navire low-tech et abordable qui constitue un navire diesel à ballast passif et traditionnel à respiration d'air qui peut relever le défi logistique contesté.

Franchir le dernier kilomètre tactique

L'objectif fonctionnel de ce système est de livrer les fournitures nécessaires entre les mains des forces de réserve tout en minimisant l'équipement spécialisé et la formation nécessaires pour traiter les fournitures à la réception. Dans de nombreux cas, laisser un conteneur de 20 pieds à la dérive à mille mètres de la plage n'a aucune valeur pratique. Afin d'offrir une véritable solution de bout en bout, il doit pouvoir traverser la plage.

Imaginez que lorsque le navire s'approche d'un EAB, un certain nombre de conteneurs sont libérés. Le navire principal continue jusqu'au prochain EAB et fait finalement l'aller-retour vers le hub logistique. Les conteneurs sont largués dans les eaux navigables juste à l'extérieur de la ligne de surf et traversent le dernier kilomètre tactique de l'une des trois manières, en fonction des capacités organiques de la force de renfort :

Cas illustratifs

Trois scénarios sont proposés à titre illustratif sur tout le spectre de la demande logistique possible de l'EAB, démontrant la polyvalence du système.

EAB # 1 - Marine Littoral Regiment (MLR / F-35 FARP)

Considérez les défis liés au réapprovisionnement d'une île dont la topologie est similaire à celle de l'île de San Clemente, mais qui n'est pas idéalement située au large de la côte sud de la Californie. Au contraire, le nœud logistique majeur le plus proche se trouve à plus de 2 500 miles. L'île mesure environ 50 miles carrés, avec un littoral principalement rocheux et un petit port relativement peu profond avec une jetée capable d'amarrer des barges et des LCU. Il s'agit d'un grand volume de voyages longue distance. Les besoins logistiques les plus contraignants sont : Classe III : carburant aviation, et Classe V : munitions aviation. Heureusement, cet EAB présente des capacités organiques qui peuvent aider à faciliter le réapprovisionnement. Ces actifs de récupération comprennent des aéronefs à voilure tournante, une petite unité de bateaux, du matériel de manutention de matériel lourd et du personnel logistique (assistance à l'atterrissage Red Patch, techniciens de l'artillerie aéronautique et techniciens de ravitaillement).

Opérant à partir d'un entrepôt indéfinissable près d'un port commercial à Guam, un élément logistique de Marine Corp reçoit le signal de demande pour 12 000 gallons de carburéacteur ainsi que diverses pièces de rechange pour avions. Deux conteneurs de 20 pieds sont chargés chacun d'une vessie de carburant de 6 000 gallons, et les vessies sont remplies. Après avoir été pesés, les logisticiens remplissent un compartiment de la vessie de flottabilité de chaque conteneur avec de l'air comprimé, ferment les écoutilles et les chargent sur un châssis de conteneur à plateau à l'aide d'un pont roulant. Deux conteneurs Quadcon supplémentaires sont emballés avec des pièces d'avion sous film rétractable. Ces conteneurs sont également pesés et les sacs de flottabilité remplis d'air, puis chargés sur la remorque.

La remorque chargée (une charge combinée de 50 pieds de long) est transportée au port local, soulevée sur le renfort en attente, qui est déjà attaché au noyau SSV. À l'aide de matériel de conteneur standard, le SSV NightTrain combiné est mis à l'eau, la flottabilité est ajustée, les diesels sont démarrés, les ordres de navigation sont chargés. Il commence le voyage de 2 300 milles marins vers l'EAB.

Environ sept jours plus tard, après avoir terminé le transit océanique contesté, mais incapable de s'approcher de l'île à moins d'un mile nautique, le NightTrain SSV libère les conteneurs de fret au large. Les conteneurs flottent et les balises de localisation visuelle sont alimentées. Les marines de l'unité de petits bateaux et les CH-53K du détachement d'aviation récupèrent les conteneurs flottants. NightTrain retourne au port où il a été lancé pour faire le plein et recharger.

EAB #2 – Fires EAB (détachement NMESIS)

Considérez une île similaire à Snake Island dans la mer Noire. Bien qu'il s'agisse d'une île importante sur le plan tactique, sa superficie est inférieure à un mile carré, sans beaucoup de couverture. Cette île possède une courte plage accessible en véhicule. Le nœud de soutien logistique le plus proche est à environ 100 milles marins. La demande logistique la plus contraignante est la classe V : les munitions, en particulier les missiles de frappe navale canisterisés. Les seuls actifs de traitement organique disponibles du côté de l'unité de réception sont les techniciens d'artillerie NMESIS.

La demande logistique de huit missiles de frappe navale en cartouche est reçue au centre logistique. Quatre conteneurs « Half-20 » sont chargés de deux conteneurs NSM sous film rétractable chacun. Après avoir pesé les conteneurs chargés et s'être référé au tableau de flottabilité, les logisticiens remplissent deux compartiments des vessies de flottabilité incluses dans l'emballage du conteneur. Les demi-20 sont chargés sur un châssis à plateau. Quatre cales de propulsion sont également chargées sur le châssis, une fixée à l'extrémité de chaque demi-20. La charge totale est de 50 pieds de long et huit pieds de large. La remorque est amenée au port, accouplée au NightTrain SSV, et mise à l'eau.

À leur arrivée à proximité de l'île, les quatre demi-20 sont libérés, chacun avec son propre coin de propulsion attaché. Lorsqu'ils sont à flot, ils s'installent sur leurs côtés, ressemblant à une barge en acier rectangulaire (20 pieds de long, 8,5 pieds de large et quatre pieds de profondeur). Ils sont lâchés au sud-est de la plage sur l'île et à un quart de mille au large. Les unités de propulsion électrique démarrent, fournissant suffisamment de poussée et de contrôle de la direction pour déplacer les demi-20 conteneurs à quatre nœuds. Le système de navigation les entraîne sur le relèvement magnétique 333 jusqu'à ce qu'ils s'échouent sur la plage. À ce stade, les équipes du NMESIS récupèrent les conteneurs avec leurs véhicules, les traînent jusqu'à la plage et récupèrent les conteneurs de missiles. Les batteries des coins de propulsion sont également récupérées et réutilisées.

EAB # 3 - Équipe de reconnaissance de la force de 6 hommes

Une équipe de reconnaissance est chargée de l'observation ES à l'aide d'un capteur passif au sol pour fournir des informations de ciblage aux armes d'interdiction de zone MLR. Cette unité est positionnée sur l'île de Koto (Xiao-Iam Yu), adjacente à l'île Orchidée, à environ 40 milles marins au sud-est de Taïwan. Il n'y a pas d'installations améliorées sur l'île, bien qu'elle ait une plage de sable protégée sur son côté ouest et soit accessible à environ 60 pieds de profondeur d'eau. Le nœud de soutien logistique le plus proche se situe entre 200 et 500 milles marins. Les principales exigences logistiques sont la classe III (carburant, 50 gal/jour) et la classe I. Les ressources organiques dont dispose l'équipe pour participer au réapprovisionnement ne sont qu'une embarcation pneumatique et des plongeurs de combat.

Les demandes logistiques de 100 gallons de carburant diesel et de divers magasins d'alimentation sont prévues par le dépôt logistique. Un seul conteneur Quadcon de cinq pieds de long est rempli de fournitures et de carburant. Après avoir été pesés, les logisticiens remplissent trois des compartiments de flottabilité avec de l'eau, aucun avec de l'air. Une bouteille d'air comprimé est également fixée au sac de flottabilité.

Le Quadcon est inclus avec un chargement de sept autres quadcons sur une remorque, emmené au port et chargé sur le NightTrain SSV. Le SSV effectue le transit contesté à 11 nœuds, s'arrêtant à cinq points de passage différents le long de son chemin pour larguer divers bidons. Lorsqu'il arrive sur l'île, il lâche le Quadcon à 250 mètres au large, qui coule au fond dans 80 pieds d'eau. Lorsqu'ils sont prêts, les plongeurs de combat Force Recon se rendent sur place, plongent sur la cartouche, ouvrent la trappe et activent la cartouche d'air comprimé pour faire flotter les fournitures à la surface.

Covoiturage mais pour les bases expéditionnaires

Le modèle de covoiturage a montré sa valeur par rapport au taxi traditionnel centralisé. Un client publie son besoin spécifique et une flotte décentralisée de fournisseurs évalue sa propre capacité à répondre à ce besoin. Le fournisseur le mieux placé et le plus compétent est automatiquement envoyé pour répondre au besoin.

Appliquez maintenant ce concept à notre problème logistique contesté. En utilisant une combinaison de types de conteneurs standardisés et nouveaux, de nombreux besoins de toutes formes, tailles et capacités peuvent être satisfaits. Il y aura certainement de nombreuses demandes et capacités logistiques différentes des clients EAB. En utilisant un système qui permet à une unité de publier ses besoins (tels que des quantités spécifiques de nourriture et de carburant) et ses conditions et capacités de récupération (par exemple, côte rocheuse, pas de port amélioré ou de plage protégée, petite unité de bateau), les fournisseurs capables peuvent auto- désigner pour répondre à la demande. Il en résulte finalement un réseau logistique distribué et résilient.

Le connecteur innovant qui rend cette vision possible est un semi-submersible sans pilote qui sert à transporter des conteneurs de la source d'approvisionnement à la réserve. Ce véhicule est efficace, survivable et relativement peu coûteux. Il exploite le meilleur des efficacités logistiques et hydrodynamiques modernes. Nous l'appelons le SSV NightTrain.

Le commandant Todd Greene, USN, est un officier de service du génie servant d'instructeur d'architecture navale à l'US Naval Academy. Il est diplômé de la Naval Postgraduate School et de l'US Naval Academy. Les points de vue et opinions exprimés ici sont les siens et ne reflètent pas nécessairement ceux de l'US Navy.

Les références

1. Sung, LP, Matveev, KI, Morabito, MG "Étude exploratoire des paramètres de conception et des prévisions de résistance pour les navires semi-submersibles." Journal des ingénieurs navals, mars 2023.

2. Sung, LP, Laun, A., Leavy, A., Ostrowski, M., Postma, M., "Conception préliminaire de forme de coque pour un navire semi-submersible à l'aide d'un modèle numérique basé sur la physique." Naval Engineers Journal, décembre 2022.

Image en vedette : un transporteur de conteneurs tout terrain (RTCH) déplaçant une cargaison. (Photo USMC)