CTM pomoże w „okrętowej” samowystarczalności?

Mówienie o samowystarczalności w przypadku okrętów wcale nie oznacza, że Polska powinna przygotować się tylko na wykonywanie podstawowych napraw i remontów. Szczególnie jest to widoczne w przypadku pokładowych systemów informatycznych, które są elementem okrętowym wymagającym ciągłego uaktualniania i modyfikowania w zależności od nagle pojawiających się problemów i potrzeb.

Jeżeli więc okręty: Kormoran II, Miecznik, Czapla i Orka będą kupione z okrętowym systemem walki (OSW) to należy zrobić wszystko, by ustanowić krajową zdolność do ich samodzielnego modyfikowania bez dodatkowych, wysokich opłat. A do tego potrzebny jest polski ośrodek naukowo-badawczy mający odpowiednie narzędzia, specjalistów oraz doświadczenie.

Okrętowy system walki – mózg i układ nerwowy okrętów

Chcąc podnieść efektywność wykorzystania okrętów, konstruktorzy już od dawna zaczęli łączyć ich uzbrojenie i sprzęt techniczny we wspólny, wielofunkcyjny okrętowy system walki. Kupując więc nowe jednostki pływające należy mieć więc pełną świadomość, że takie OSW trzeba będzie później w odpowiedni sposób sprawdzać, naprawiać i modyfikować – w tym zarówno jeżeli chodzi o oprogramowanie jak i sprzęt (np. pamięci, karty graficzne, modemy czy procesory).

Wcześniej poszczególne urządzenia działały samodzielnie, w oparciu o własne konsole operatorskie i w najlepszym wypadku o własny komputer. Tak więc to dostawcy uzbrojenia dbali o ich ewentualne modyfikowanie. Były one przy tym łączone w taki sposób, aby wymieniać informacje z ogniwami nadrzędnymi i otrzymywać dane od ogniw podrzędnych. Później próbowano komasować proces kierowania uzbrojeniem na okręcie poprzez przekazywanie informacji z tych podsystemów do centralnego komputera, który pracował dla okrętowego systemu kierowania i dowodzenia (OSKiD).

Podstawową wadą takiego rozwiązania była mała efektywność współdziałania poszczególnych ogniw, gdyż w tym przypadku dwa dowolne ogniwa należało połączyć przynajmniej dwoma kablami. Przy złożonej strukturze okrętu potrzebna było dużej liczby linii komunikacyjnych, które wykorzystywały kilometry kabla miedzianego. Może to być niebezpieczne o czym świadczy pożar na trafionej rakietą fregacie USS „Stark” (rozprzestrzeniał się on w znacznej mierze poprzez tory kablowe przechodzące przez grodzie wodoszczelne). Ponadto uszkodzenie ogniwa stojącego wyżej w hierarchii „informacyjnej” mogło przerwać działanie kilku lub nawet kilkunastu podsystemów pokładowych.

Dlatego rozpoczęto projektowanie okrętowych systemów walki, w których te podsystemy były by łączone przez magistralę danych, zapewniającą ich centralną komunikację - niezależnie od ich miejsca w organizacji bojowej okrętu. Ponadto sterowanie poszczególnymi podsystemami nie wymagało już oddzielnych stanowisk operatorskich, ale mogło być realizowane na konsolach wielofunkcyjnych OSDiK. Przy dobrze zaprojektowanym systemie dowodzenia i kierowania podłączanie nowych urządzeń powinno przypominać, w dużym uproszczeniu, przypięcie dowolnego urządzenia peryferyjnego (np. drukarki) do komputera.

Okrętowe systemy walki dedykowane są dla każdego typu okrętu i powinny być zaprojektowane niezależnie, jednak wiele z elementów oprogramowania może być wspólnych – szczególnie jeżeli chodzi o obsługę powszechnie wykorzystywanych podsystemów oraz wspomaganie dowodzenia. Tym bardziej, że są tworzone w oparciu o wcześniejsze wnioski z wykonywania zadań przez załogi okrętowe. Stąd tak ważne jest w tym przypadku doświadczenie, które gwarantuje, że nie trzeba będzie wszystkiego budować od początku.

CTM nie zaczyna od zera

Ośrodek Badawczo Rozwojowy Centrum Techniki Morskiej z Gdyni wchodzący w skład Polskiej Grupy Zbrojeniowej S.A., od lat prowadzi prace w dziedzinie systemów dowodzenia przeznaczonych przede wszystkim dla Marynarki Wojennej RP. Analizując poszczególne, wprowadzane dla naszych sił morskich rozwiązania widać ewolucje, jaką one przechodziły zarówno jeżeli chodzi o bazę programową, jak i sprzętową.

CTM zaczął od budowy systemów, jakie obecnie wchodzą w skład większości OSW na okrętach przeciwminowych. Jako najważniejsze wskazuje się: prace badawczo-rozwojowe pod kryptonimem: „Lodówka” (okręt projektu 255 i budowa systemu czasu rzeczywistego), „CARL 01”, „Pstrokosz-1”, „Gawron-Integracja”, „Wojownik-Integracja”, prace wdrożeniowe „CARL-02” i „LR-4K” oraz prace naukowo – badawcze „Flaming-A” i „Flaming-B”.

Pierwszym poważnym wyzwaniem było opracowanie zautomatyzowanego systemu dowodzenia MW RP Łeba, który powstał w latach 1990-1996 i bazował jeszcze na systemie operacyjnym MS DOS. CTM przez lata poprawiał parametry Łeby szczególnie jeżeli chodzi o szybkość obróbki informacji i sposób jej zobrazowania.

W miarę upływu czasu przechodzono na coraz wydajniejsze systemy operacyjne (Silicon Graphics Unix, X-Windows z interfejsem GUI i Sun Solaris). Od 2005 r. zdecydowano się na wykorzystywaniu w Łebie środowiska Windows oraz języka oprogramowania Java. Ułatwiało to uzyskanie interoperacyjności z podobnymi systemami wykorzystywanymi w NATO i innych rodzajach Sił Zbrojnych RP oraz pomagało w odpowiednim uaktualnianiu oprogramowania.

Ostatecznie w ramach etapu wdrożenia wykonano trzy obiekty szczebla taktycznego oraz jeden obiekt szczebla operacyjnego. Zostały one zainstalowane w centrach dowodzenia 3. Flotylli Okrętów, 8. i 9. Flotylli Obrony Wybrzeża i później podłączone do systemu w Dowództwie Marynarki Wojennej.

Bardzo przydatne przy tworzeniu okrętowych systemów dowodzenia było opracowanie systemu zbierania, opracowania i dystrybucji informacji o sytuacji minowej dla Centrum Danych Wojny Minowej w ramach programu badawczo – rozwojowego Uhla. Praca ta wskazała bowiem kierunek działań, których ostatecznym efektem była budowa okrętowego systemu walki dla niszczyciela min Kormoran II.

OBR CTM zaczął się skupiać na wspomaganiu operacji przeciwminowych tak naprawdę już w 1997 r., gdy pojawiła się potrzeba zmodernizowania niszczycieli min projektu 206FM. Efektem programu „Pstrokosz” było wprowadzenie w latach 1997-2001 na czterech okrętach przeciwminowych pierwszego w Polsce okrętowego systemu dowodzenia i kierowania uzbrojeniem broni podwodnej CMS IG (Combat Management System pierwszej generacji). System umożliwia m.in. zdalne monitorowanie pracy urządzeń nawigacyjnych, ułatwia tworzenie obrazu sytuacji taktycznej wokół okrętu, a jednocześnie wspomaga podejmowanie procesów decyzyjnych pozwalając na optymalne wykorzystanie systemów przeciwminowych: min, trałów, pojazdu podwodnego i sonarów. Daje też możliwość tworzenia bazy danych o zagrożeniu minowym, który zresztą później został wykorzystany w programie Uhla.

OBR CTM kontynuował prace i w ich efekcie już na początku lat 2000 powstał następca „Pstrokosza” – system kierowania uzbrojeniem broni podwodnej „Bełtwa” - CMS IIG (Combat Management System drugiej generacji). Po zamontowaniu jego prototypu na trałowcu projektu 207 w 2004 r. i egzemplarza partii próbnej na trałowcu/niszczycielu min projektu 206FM (ORP „Flaming”) w 2006 r. udoskonalono w nim m.in. system dynamicznego pozycjonowania okrętu (utrzymywanie się na pozycji z wykorzystaniem dziobowego steru strumieniowego i rufowego pędnika azymutalnego bez konieczności rzucania kotwicy), który zwiększał efektywność bezzałogowych systemów podwodnych oraz bezpieczeństwo okrętu podczas rozpoznania i ewentualnego niszczenia min.

Dodatkowo aktualne wersje oprogramowania pozwalają na korzystanie z elektronicznej mapy nawigacyjnej w standardzie S 57 (łącząc zobrazowanie i zarządzanie z tzw. „warstwami wojskowymi”), a proces wspomagania decyzyjnego odbywa się z wykorzystaniem tzw. „sztucznej inteligencji”. „Bełtwa” ma dodatkowo, m.in. możliwość wymiany informacji o sytuacji minowej z Centrum Danych Wojny Minowej MW RP.

OBR CTM przechodząc przez te wszystkie zmiany nabierał doświadczenia, które teraz może się przydać przy realizowaniu współczesnego programu modernizacji technicznej sił zbrojnych.

W kierunku Miecznika i Kormorana

Równolegle z pracami dotyczącymi działań minowych CTM realizował badania pozwalające na tworzenie OSW dla okrętów realizujących o wiele szersze spektrum zadań bojowych – w tym przede wszystkim dla małych okrętów rakietowych oraz korwet. Sygnałem gotowości do tego rodzaju wyzwań był założenie w 2005 r. konsorcjum zadaniowego polskich firm i instytucji w celu zaprojektowania i wykonania systemu walki na korwetę wielozadaniową Gawron. W skład tego konsorcjum wchodziły: OBR CTM z Gdyni (lider), Akademia Marynarki Wojennej z Gdyni, Przemysłowy Instytut Telekomunikacji z Warszawy, Centrum Naukowo-Produkcyjne Elektroniki Profesjonalnej Radwar S.A. z Warszawy oraz Politechnika Gdańska.

W ramach wspólnych prac wykonano ofertę techniczną i cenową na OSW korwety typu 621, która z powodu braku zainteresowania MON utraciła jednak swoją ważność z końcem czerwca 2006 r. Przełom jednak już został zrobiony i prace dotyczące systemu walki na inne okręty niż zwalczania min nie zostały już przerwane. Pojawienie się konkretnych rozwiązań zasygnalizowało:

• rozpoczęcie na początku 2008 r. nowej pracy badawczej Oszmin (wykonanie demonstratora technologii „Systemu zarządzania walką okrętu obrony przeciwminowej”);
• budowa systemu SCOS przeznaczonego dla korwetu ORP „Kaszub”;
• wykonanie eksportowego systemu zarządzania walką SCOT-MGS1241 (Ship Combat Tactical System) dla małych okrętów rakietowych projektu 1241RE (według oznaczenia NATO – Tarantul I).

Zweryfikowane wyniki pracy Oszmin były później bazą dla systemu zarządzania walką SCOT-M opracowanego dla potrzeb programu niszczyciela min projektu 258 Kormoran II, który jest obecnie budowany w stoczni Remontowa Shipbuilding.

W przypadku SCOS skupiono się na zautomatyzowaniu procesu zwalczania okrętów podwodnych. Był to system trzeciej generacji CMS IIIG, który został wprowadzony na jednym okręcie w latach 2005-2009.

Później powstałe SCOT-MGS 1241, który był dowodem na możliwość integracji przez OBR CTM rakietowych i artyleryjskich systemów uzbrojenia w ramach okrętowego systemu kierowania i dowodzenia. Zaliczany on już jest do czwartej generacji (CMS IVG). Powstała wersja eksportowa SCOT-W, która przeszła próby morskie SAT (Sea Acceptance Tests) w 2014 r., oraz trzy instalacje okrętowe SCOT-M.

W SCOT-ach można zawsze wyróżnić trzy główne elementy: podsystem dowodzenia i wspomagania taktycznego (TCS1241), kierowania uzbrojeniem artyleryjskim (GS1241) i rakietowym (M1241). Pracą TCS1241 kieruje się z konsol opracowania sytuacji taktycznej, które łączą się z systemem nawigacyjnym, łączności i walki elektronicznej.

W przypadku systemu rakietowego zachowano część analogowej aparatury systemu kierowania strzelaniem Koral-E rakiet przeciwokrętowych typu P-21 i P-22, dodając jednak nowe rozwiązania w technologii cyfrowej, co upraszcza diagnostykę i serwis oraz pozwoliło m.in. na:

• Przyśpieszenie procedury startowej rakiet do dwóch minut (od stanu wyłączenia) lub pięciu sekund (przy uruchomionej konsoli);
• Komputerowe sterowanie wyborem celu i procesem przedstartowym rakiet (z kontrolą stanu obwodów odpalania pocisków);
• Odpalanie rakiet autoryzowane z konsoli operatora;
• Strzelanie do celów wskazanych przez własne stacje radiolokacyjne jak i przez dane przekazane środkami łączności radiowej z innych platform – okrętów i statków powietrznych (tzw. tryb teletransmisyjny);
• Komputerowe obliczanie danych ataku;
• Szkolenie dzięki wbudowanym programom symulacyjnym.

Podobną filozofię zastosowano przy kierowaniu strzelaniem artyleryjskim i to zarówno w odniesieniu do dziobowej armaty AK-176M kalibru 76 mm jak i do dwóch sześciolufowych działek AK-630M kalibru 30 mm. Podsystem GS1241 pozwala na prowadzenie strzelania w oparciu o dane z systemu obserwacji technicznej (w tym radarów nawigacyjnych) jak i w sposób manualny (z kolumienki celowniczej Kołonka lub przyrządu celowniczego Kondiensor 221/A w wieży armaty Ak-176M). Zwiększono jednak precyzję, niezawodność i bezpieczeństwo poprzez cyfrowe sterowanie napędami i siecią odpalania.

Kormoran II - najnowszy system dowodzenia na polskich okrętach

Ostatecznie OBR CTM skupił się na dwóch wariantach systemu zarządzania walką, które różnią się funkcjonalnościami charakterystycznymi dla danej klasy okrętu. W przypadku niszczyciela min jest to system SCOT-M, w przypadku okrętów uderzeniowych jest to SCOT-W. W obu wariantach chodzi jednak o to samo - o integrację wszystkich podsystemów okrętowych, wymianę informacji z zewnętrznymi systemami dowodzenia i kierowania, tworzenie rozpoznanego obrazu sytuacji taktycznej, przetwarzanie otrzymanej informacji i proponowanie różnych wariantów realizacji zadań, symulację działań oraz ich rejestrację.

W przypadku SCOT-M (który ma być gotowy do końca 2016 r.) integrowane są  m.in.:

• system nawigacyjny;
• system łączności, a szerzej system wymiany danych;
• Sonary – podstawowe sensory podwodne;
• System zwalczania min (pojazdy Morświn i Głuptak oraz system ładunków Toczek);
• System szybkiego rozpoznania torów wodnych oparty o autonomiczne pojazdy podwodne;
• Urządzenia obserwacji sytuacji nawodnej;
• Inne systemy okrętowe.

Ponadto SCOT – M ma być przygotowany do integracji w przyszłości z różnego rodzaju bezzałogowymi systemami nawodnymi w tym z bezzałogowym systemem trałowym.

Dzięki temu będzie można z konsol m.in.: kierować poszukiwaniem (wykrywaniem, klasyfikacją i identyfikacją obiektów podwodnych), zwalczaniem i stawianiem min, prowadzić precyzyjną nawigację i sterować okrętem (z dynamicznym pozycjonowaniem włącznie), tworzyć aktualny obraz sytuacji minowej archiwizując go i przekazując od nadrzędnych systemów dowodzenia i kierowania oraz kierować działaniami grup płetwonurków minerów.

Zastosowano przy tym otwartą architekturę systemu w oparciu o szerokopasmową, redundantną sieć wymiany danych LAN (poszczególne podsystemy są do niej łączone za pomocą gniazd SISP).

Cel - Miecznik i Czapla

W przypadku postępowania na okręty obrony wybrzeża (Miecznik) i okręty patrolowe z funkcją zwalczania min (Czapla) można zastosować dwa rozwiązania.

Najprostszym jest kupienie okrętu wraz z systemem walki i pozostawienie problemu przyszłej eksploatacji producentowi OSW. Będzie to jednak związane z utratą samowystarczalności i koniecznością płacenia za każdą modyfikację systemu i jego częste uaktualnianie (co jest związane przede wszystkim z ciągłym i szybkim rozwijaniem się technologii komputerowych). Może się więc okazać, że za kilka lat nie będzie można już dostać części do wykorzystywanego na okręcie sprzętu i trzeba będzie zapłacić za wprowadzenie zupełnie nowych podzespołów.

Drugim rozwiązaniem jest oparcie się na polskim ośrodku badawczo-rozwojowym, który będzie odpowiadał za przyszłą eksploatacje OSW na polskich okrętach. Biorąc pod uwagę wcześniejsze prace w tej dziedzinie OBR CTM może być tutaj najlepszym kandydatem. Tym bardziej, że sam zbudował system zarządzania walką na okręty rakietowe (SCOT-MGS1241) jak również uczestniczył w modernizacji okrętów rakietowych typu Orkan, na których zamontowano system dowodzenia TACTICOS.

W ramach samych tylko prac na Orkanach CTM pozyskał m.in. wiedzę na temat integrowania w jednym OSW takich urządzeń jak: radary SMART-S, LW-08, SCANTER DA08, system walki elektronicznej ESM ALTESSE, system identyfikacji radiolokacyjnej NAVRAD, system przekazywania informacji taktycznej Link 11 czy chociażby torpedy SST4.

Polscy inżynierowie dodali do tej wiedzy unikalną umiejętność integrowania okrętowych systemów rosyjskiego uzbrojenia (analogowych) z nowoczesnymi, zachodnimi systemami informatycznymi.

Niezależność – przez odpowiednio postawione wymagania

Oparcie się na polskich ośrodkach naukowo-badawczych wcale nie musi oznaczać, że to one mają wykonać całą pracę. Jednak dla zachowania bezpieczeństwa i niezależności trzeba dopilnować, by przy kupowaniu nowych systemów za granicą:

• projekt architektury był zgodny z polskimi wymaganiami bezpieczeństwa,
• OSW był kompatybilny z rozwiązaniami narodowymi;
• kluczowe komponenty oprogramowania mogły być wytwarzane w polskich przedsiębiorstwach;
• utrzymanie i rozwój były realizowane przez polskie podmioty;
• dostawy gwarantowały maksymalny poziom obsługiwania w Polsce;
• Polska miała możliwość samodzielnego wprowadzania zmian do zakupywanego oprogramowania, co gwarantuje krótki czas reakcji na nagle pojawiające się potrzeby operacyjne (wynikające np. z doświadczeń nabytych podczas wykonywania zadań).

Wiele firm nie chce się zgodzić na taką samodzielność, ale w tym przypadku to klient stawia wymagania i od tego powinny zostać uzależnione dalsze negocjacje. Przez zmiany restrukturyzacyjne Marynarka Wojenna RP nie posiada jednak własnego ośrodka, który byłby zdolny do przejęcia takiego zakresu informacji i dlatego współpraca z OBR CTM może w tej dziedzinie przynieść oczekiwane efekty.

Przy takim podejściu nie będzie w ogóle miało znaczenia, jaki system zostanie zintegrowany na przyszłych okrętach, ponieważ znane będzie „jądro” informatyczne - integrujące urządzenia w jednolity OSW. I co najważniejsze zachowamy wpływ na to, co i w jaki sposób to: „jądro” będzie robiło.

Przygotowanie techniczne OBR CTM do budowy nowych systemów zarządzania walką na okrętach W ramach wdrażania nowoczesnych metod wytwarzania oprogramowania dział informatyki OBR CTM wypracował zaawansowane techniki wytwarzania oprogramowania określane jako AGILE. Charakteryzują się one znaczącą przewagą w porównaniu do klasycznego podejścia charakterystycznego dla metodologii lat dziewięćdziesiątych ze względu na elastyczność, szybkość i sprawność pracy programistów oraz jakość wytwarzanego oprogramowania. Obecnie CTM posiada nowoczesną bazę narzędziową przeznaczoną do automatyzacji procesów tworzenia, testowania oraz kontroli jakości oprogramowania. Bazując na wieloletnich doświadczeniach opracowana została również bogata baza bibliotek programowych dedykowanych systemom kierowania uzbrojeniem, procesom uogólniania, fuzji danych, dowodzenia i zarządzania w systemach militarnych. Biblioteki te wykonane w oparciu o nowoczesne narzędzia i technologie są podstawą do budowy polskich systemów IT w obszarze bezpieczeństwa państwa. Warto zaznaczyć, że szczególnie bogate spektrum dotyczy bibliotek funkcjonalnych dedykowanych na platformy okrętowe tzw. „frameworku okrętowych systemów walki CMS - SEFCOM” (Combat Management Systems). To baza do budowania funkcjonalności dedykowanego systemu walki dla np. nowego niszczyciela min Kormoran II. Unikalną cechą wspomnianych bibliotek, w porównaniu do oferowanych przez innych dostawców, jest takie ich zaprojektowanie i wykonanie, by sprostać specyficznym wymaganiom stawianym przez Siły Zbrojne w zakresie ochrony informacji niejawnej. Opracowana architektura zapewnia zdolność systemu do przetwarzania informacji o różnych klauzulach. To gwarantuje (za pomocą urządzeń typu dioda i deklasyfikator) możliwość łączenia w kontrolowany sposób różnych domen tajności. Warto zauważyć, iż wytworzone w CTM oprogramowanie spełnia wymóg „otwartości”. Daje to tej spółce zdolność (o ile zachodzi taka potrzeba) do elastycznego działania na rynku poprzez pozyskiwanie lub podzlecanie wykonania modułów funkcjonalnych wybranym podmiotom w ramach kooperacji krajowej czy też zagranicznej.