Aktywne systemy ochrony pojazdów. Jak wybrać kierunki modernizacji?

Skuteczność systemów ochronnych, ich zdolność ochronną (protection capacity), determinuje stopień przeżywalności na polu walki, jaki one zapewniają w szerokim spektrum ich wykorzystania. Oczywiście będzie on inny dla poszczególnych systemów uzbrojenia i oprócz parametrów czysto technicznych będzie zależał od wielu innych czynników takich jak zapewnienie wymaganej manewrowości, użyteczności czy uniwersalności.

Rozwijany od setek lat system osłon oparty na pancerzach (passive armour) obecnie daje olbrzymie możliwości w zależności od wymogów użytkowych w stosunku do danego systemu uzbrojenia. Możemy praktycznie wszystko – już nie tylko opancerzamy i dopancerzamy (add on armour) wozy bojowe, ale również statki powietrzne, okręty czy pojedynczych żołnierzy. Technologia produkcji materiałów a w szczególności inżynieria materiałowa stworzyła szerokie spektrum pancerzy odpornych na obecne zagrożenia. Do różnych klas pancerzy stalowych dołączyły kompozyty na bazie nowych materiałów metalowych oraz ceramiki, szkła, tworzyw sztucznych i włókien. Nanotechnologia daje jeszcze większe możliwości budowy skutecznych osłon, niweluje niektóre wady technologii ich tradycyjnego wytwarzania oraz zapewnia zmniejszenie ich masy, obecnie głównego czynnika determinującego zastosowanie pancerzy na różnych systemach uzbrojenia.

Badania przeprowadzone w przeciągu kilkudziesięciu ostatnich lat zaowocowały powstaniem pasywnych i aktywnych systemów osłony. Stanowią one nową jakość a jedynie niektóre państwa mogą pochwalić się pewnymi doświadczeniami czy ich bojowym użyciem. Obecnie ewoluują one z ciężkich i mało efektownych systemów przeznaczonych dla konkretnych pojazdów w lżejsze i uniwersalne rozwiązania dla szeregu systemów walki i zabezpieczenia działań w tym dla pojedynczych żołnierzy.

Elementami zwiększającymi przeżywalność poza tradycyjnymi pancerzami są również specjalistyczne osłony (np. ekrany przeciw-kumulacyjne, pancerze reaktywne (explosive reactive armour) czy wykładziny antyodłamkowe), systemy redukujące skutki wybuchu min i materiałów wybuchowych, powłoki redukujące zobrazowanie optyczne, noktowizyjne, termowizyjne i radiolokacyjne, systemy stawiania zasłon dymnych czy wykrywające wstępnie systemy namierzania przeciwnika w celu skutecznego obezwładnienia przed atakiem z jego strony.

Elementem zwiększającym stopień ochrony zwłaszcza dla współczesnych statków powietrznych i okrętów jest zastosowanie w ich budowie (lub elementach konstrukcji) technologii stealth oraz powłok absorbujących promieniowanie radiolokacyjne oraz zmniejszających emisje cieplną nagrzanych elementów struktury. W konstrukcji tak skomplikowanych systemów jak okręty czy samoloty dubluje się istotne podzespoły i mechanizmy ważne dla przeżywalności na polu walki. Aktywne urządzenia zakłócające mogą nie tylko zakłócić radary i środki łączności przeciwnika, ale również przetwarzać jego sygnały radiolokacyjne i retransmitować je lub ich wierne kopie, by tworzyć fałszywe echa własnych systemów.

Chyba największą wadą tych wszystkich rozwiązań jest to, że w większości powstają one, jako odpowiedź na nowe zagrożenia, niejako nadążają za ich rozwojem i zawsze istnieje pewien stan i obszar, w którym brak jest jakiekolwiek osłony.

Kolejną niedogodnością jest ich ograniczona skuteczność (nawet w wypadku zastosowania najnowszych rozwiązań technologicznych) oraz pewien ściśle określony obszar zastosowania (brak uniwersalności chyba, że w połączeniu kilku różnych rozwiązań). Takie połączenie kilku rozwiązań powoduje powstanie kolejnej wady, już wspomnianego wzrostu masy a więc potencjalnego obniżenia wymaganych parametrów użytkowych systemu, na którym chcemy je zainstalować oraz wzrostu zapotrzebowania na energie niezbędną do ich zasilania.

Zastosowanie najnowszych rozwiązań w dziedzinie pasywnych pancerzy warstwowych współczesnych czołgów czy ciężkich transporterów opancerzonych również nie gwarantuje zapewnienia ciągłości działania tym pojazdom. Uderzenie poruszającego się z prędkością do ok. 1800 m/s pocisku nawet w wypadku braku penetracji pancerza spowoduje wyeliminowanie pojazdu a już na pewno jego załogi z walki. Tak duża energia uderzenia będzie niszcząca szczególnie dla elementów instalacji wewnętrznej, optoelektroniki a przede wszystkim dla człowieka, zarówno w postaci fizycznych urazów jak i oddziaływania psychicznego.

Paradoksalnie rozwijane i wprowadzane na wyposażenie aktywne systemy ochrony pojazdów wykazują dużą skuteczność przeciw pociskom kumulacyjnym (wystrzeliwanym z różnych systemów uzbrojenia i mającym w najnowszych rozwiązaniach wysoką przebijalność) natomiast ich skuteczność przeciw pociskom podkalibrowym jest znikoma (a one charakteryzują się niższą przebijalnością). Większość aktywnych systemów obrony opiera się na radiolokacyjnym sposobie śledzenia i naprowadzania, co czyni je wykrywalnymi i podatnymi na obezwładnienie.

Lawinowy wzrost możliwości optoelektronicznych systemów wykrywania i naprowadzania powoduje również zmniejszenie skuteczności systemów ochrony takich jak pokrycia z wykorzystaniem technologii stealth czy aktywnych urządzeń zakłócających.

Wobec obecnie stosowanych pancerzy istnieją jeszcze pewne ograniczenia użytkowe związane z ich odpornością eksploatacyjną w postaci odporności na narażenia klimatyczne, mechaniczne czy udar termiczny.

Przesłankami przemawiających za rozwojem i wprowadzaniem nowych rozwiązań w dziedzinie systemów osłon na uzbrojenie są nowe wyzwania w zakresie taktyki walki, rozwój metod ataku z zastosowaniem coraz bardziej skutecznego uzbrojenia precyzyjnego w tym broni wysokoenergetycznych, systemów namierzania i lokalizacji oraz rosnący, niekorzystny ekonomicznie stosunek system chroniony – system jego zwalczania. Do istotnych czynników zaliczyć należy także:

• ograniczenia dalszego rozwoju pancerzy pasywnych i reaktywnych, których ciężar dla współczesnych systemów bojowych osiągnął poziom krytyczny;

• zwiększenie intensywności prowadzenia działań w terenie zurbanizowanym, górzystym, pustynnym, co wymaga zapewnienia praktycznie tego samego poziomu obrony dla całego systemu ze względu na wielokierunkowość możliwego ataku (np. z tyłu, z górnej półsfery);

• zapewnienie efektywnego środka ochrony wobec zaawansowanych systemów optoelektronicznego wykrywania i kierowania;

• autonomiczność działania w zakresie wykrywania zagrożenia i jego zwalczania;

• możliwość zwiększenia stopnia obrony poprzez wprowadzanie nowych rozwiązań bez konieczności ingerencji w klasyczne rozwiązania;

• możliwość rozwoju systemów pozwalająca na jednoczesne zwalczanie kilku różnych zagrożeń na różnych kierunkach;

• koszt nowoczesnych urządzeń, zwłaszcza zapewniających aktywną osłonę systemu.

Wyzwania

Nowe pomysły i badania związane z zwiększeniem skuteczności osłon różnych systemów walki doprowadziły do powstania i rozwoju kilkunastu propozycji rozwiązań. Ich działanie jest oparte na wykorzystaniu różnych nowo poznanych zjawisk fizycznych czy połączeniu nowych zdolności z zastosowaniem już istniejących i sprawdzonych.

Częstym elementem wykorzystywanym w nowych rodzajach systemów osłony jest radiolokacyjny system do wykrywania, śledzenia i naprowadzania. Wobec nich powinno się zapewnić pełną obserwację w azymucie i elewacji wokół osłanianego systemu. Jednocześnie powinny one dokonywać rozpoznania np. pocisku na tle zakłóceń (powstających na skutek odbicia fal radarowych od powierzchni ziemi czy innych obiektów), co jest utrudnione ze względu na bardzo małą powierzchnię pocisku (<100 cm2) widzianą od strony bronionego obiektu. Radarowy podsystem obserwacji musi mieć zdolność do szybkiego dokonywania klasyfikacji stopnia zagrożenia.  Impuls radarowy powinien być krótkotrwały, aby uniknąć potencjalnego ataku pocisku naprowadzanego na źródło fal radarowych bronionego pojazdu a sam radar odporny na systemy zakłócania. Skokowe możliwości dałoby zastąpienie radiolokacyjnego systemu wykrywania systemem optoelektronicznym, trudniejszym obecnie do wykrycia.

Aktywny system obrony dla lądowych systemów walki pomimo ciągłego udoskonalania nie jest w stanie przeciwdziałać wszystkim obecnym zagrożeniom. Zakładając, że czas reakcji systemu na odpalenie pocisku wynosi tylko 1 ms, a zniszczenie nadlatującego EFP lub pocisku podkalibrowego powinno nastąpić w odległości około 1 m od powierzchni atakowanego pojazdu, to antypociski powinny osiągać następujące prędkości:

• do zwalczania EFP – od kilkudziesięciu do ponad 300 m/s (odległość odpalenia EFP od 50 do 10 m od celu);

• do zwalczania pocisków podkalibrowych – rzędu 0,5÷1,5 m/s (odległość odpalenia pocisku podkalibrowego od 2500 do 1500 m od celu).

Podane parametry wskazują, że zniszczenie nadlatującego EFP wydaje się obecnie mało prawdopodobne i jest znacznie trudniejsze niż zniszczenie pocisku podkalibrowego. Taki system pozostaje praktycznie bez szans w przypadku zastosowania broni wysoko energetycznej.

Jednym z proponowanych rozwiązań jest zastosowanie aktywnego systemu osłony, w którym w charakterze „ochronnego parasola” wykorzystane będą termobaryczne ładunki wybuchowe. Ich zadaniem było by wytwarzanie lokalnego bardzo wysokiego ciśnienia i temperatury, które to powodowałoby neutralizację lub zredukowanie energii nadlatującego zagrożenia. Zaletą takiego rozwiązania jest to, że ładunki termobaryczne umożliwiają określenie promienia ich działania (jest on proporcjonalny do masy ładunku), co w połączeniu z krótkim czasem reakcji ułatwia ich wykorzystanie w skomplikowanym lub zurbanizowanym terenie. Istnieją również próby zastąpienia ładunków termobarycznych innymi wysokoenergetycznymi systemami obezwładniania (np. laserowe), których działanie oparte było by na bezpośrednim zwalczania lub wytworzeniu wysoko energetycznej „tarczy ochronnej”.

Kolejnym rozwijanym kierunkiem badań jest stworzenie systemów wykrywania optoelektroniki służącej do naprowadzania uzbrojenia przeciwnika. Takie systemy powinny cechować się dużym zasięgiem działania (przewyższającym obecnie wykorzystywane rozwiązania), krótkim czasem reakcji i przekazywania danych dla własnego systemu namierzania i zwalczania.

Mając powyższe na uwadze należy w zakresie samodzielnego poszukiwania rozwiązań problemów technicznych związanych z aktywnymi systemami obrony:

• prowadzić prace w dziedzinie radiolokacji w celu opracowania nowych małogabarytowych stacji radiolokacyjnych, o wysokiej czułości i odporności na zneutralizowanie różnymi środkami, pozwalających na szybkie i niezawodne wykrycie oraz identyfikację zagrożenia;

• rozszerzać badania nad systemami wykrywania i zakłóceń układów namierzania i kierowania ogniem;

• rozwijać prace prowadzone nad systemami posługującymi się technologią laserową, zdolnymi wykryć soczewkę optyczną (np. celownika optycznego lub lornetki), które mogłyby być w przyszłości zastosowane w różnych systemach osłony.

• zainicjować prace nad systemami „samouczącymi się”, zdolnymi do adaptowania się do zmiennych warunków pola walki.

Wobec skokowo rosnących zdolności penetracji automatycznej broni średniego kalibru (obecnie uzyskuje się przebicia dochodzące do 140 mm RHA, a więc odpowiadające opancerzeniu czołgów II generacji), rozwijania broni elektromagnetycznej i laserowej oraz zastosowania przez pojedynczych żołnierzy lekkich precyzyjnych systemów zwalczania, zastosowanie tradycyjnych pancerzy stalowych a nawet warstwowych kompozytów (o dużej masie) wydaje się niecelowe. Lepszym rozwiązaniem będzie połączenie różnych aktywnych i pasywnych systemów osłon w jeden integralny blok osłony umożliwiającej przeciwdziałanie całemu spektrum zagrożeń w całej półsferze lub sferze otaczającej ochraniany obiekt.

W obszarze systemów kamuflażu prace podążają do stworzenia materiałów „adaptacyjnych” do warunków otaczającego środowiska i zapewniających ukrycie wobec całego spektrum systemów wykrywania włącznie z zniekształceniem cienia sylwetki ochranianego obiektu. System taki zapewniał będzie chłodzenie lub ogrzewanie elementów lub całości obiektów osłanianych w zależności od potrzeb i wykrytych zagrożeń oraz adaptacji do elementów otaczającego środowiska działania.

W nieco innym kierunku podążają prace nad wyposażeniem systemów walki w pokrycie podobne do np. ludzkiej skóry, umożliwiające wykrycie uszkodzenia lub zniszczenia i zdolne do wyczuwania parametrów otoczenia. Takie inteligentne osłony składające się z tysięcy wtopionych w nie mikroczujników umożliwią pozyskiwanie wielu przydatnych w walce danych (jak np. prędkości wiatru, temperaturę, naprężenia i przemieszczeń struktury, paletę otaczających barw itp). Dane te umożliwiają szybszą adaptację systemu do zmian otoczenia, ciągły monitoring czy wypracowanie przeciwdziałania (również wobec systemów zakłócania) w połączeniu z systemem zarzadzania. Istotne jest również zmniejszenie kosztów eksploatacji systemu poprzez ograniczenie jego logistycznego zabezpieczenia do niezbędnego minimum.

Głównie dla lotnictwa pracuje się nad technologią umożliwiającą szybkie autonomiczne usuwanie uszkodzeń doznanych podczas lotu. Jego istota polega na zastosowaniu węglowych nanoprzewodów zawierających specjalne spoiwo uszczelniające uszkodzoną np. podczas ostrzału strukturę. Adaptacja tego rozwiązania do innych systemów walki umożliwi w przyszłości ograniczenie ich masy i skokowe zwiększenie przeżywalności.

Te wszystkie działania są ukierunkowane na zapewnienie:

• zwiększonej przeżywalności i mobilności na różnych poziomach zastosowania bojowego systemu;

• wysokiej odporności na wykrycie i zakłócenie działania;

• ograniczenia masy systemu osłony;

• zmniejszenia kosztów związanych z pozyskaniem i eksploatacją;

• łatwej i szybkiej adaptacji pod nowe zagrożenia związane przede wszystkim z wprowadzeniem broni wysokoenergetycznych.

Jednym z ostatnio prowadzonych badań jest znalezienie metod pozyskiwania nici przędnych (dorównujących parametrami niciom pajęczym) w manipulacjach genetycznych dokonanych na jedwabnikach. Okazuje się, że powszechnie znana nić pajęcza jest elastyczna, nie rozpuszcza się w wodzie oraz ma bardzo dobre własności mechaniczne. Może zwiększyć swoją długość o 40% bez rozerwania się. Charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną, najwyższą wśród naturalnych włókien. Nici przędne większości pająków cechuje wytrzymałość dwukrotnie, a chruścików 1,5 razy wyższa niż wytrzymałość stali o tym samym przekroju. Te parametry stawiają wyroby z ww. materiałów na znacznie wyższym poziomie doskonałości od obecnie stosowanych a w zastosowaniach militarnych mogą przyczynić się do zmian w sposobie projektowania i użycia sprzętu wojskowego na przyszłym polu walki.

Omawiane założenia są powiązane z wymaganiami dotyczącymi zastosowania poszczególnych systemów uzbrojenia na obecnym i przyszłym polu walki. Można z dużym prawdopodobieństwem przyjąć, że nastąpi ograniczenie użycia wojsk lądowych w przyszłych konfliktach o charakterze interwencyjnym lub niskiej intensywności a i charakter pełno-skalowego konfliktu nie będzie przypominał tych z końca ubiegłego i początku obecnego wieku.

Działania zbrojne będą ograniczone do oddziaływania za pomocą broni precyzyjnych, lotnictwa i marynarki a użycie oddziałów lądowych nastąpi po uzyskaniu dużej pewności ich niezbędności i ograniczenia strat. Z czasem część zadań żołnierzy przejmą roboty bojowe i inne systemy bezzałogowe. Takie podejście spowoduje odejście od klasycznych osłon na rzecz systemów zwiększających świadomość sytuacyjną a przede wszystkim dającym przewagę (czasu, odległości i skuteczności) wykrycia potencjalnego zagrożenia. Zintensyfikuje je również rozwój systemów adaptacyjnych i samo naprawczych wobec nowych zagrożeń i zmian środowiska, w którym prowadzone są działania.  

Marek Dąbrowski