Polskie systemy dowodzenia i kierowania obroną powietrzną. Cz I. Początki

Artykuł sponsorowany, partner publikacji PGZ S.A.

Początki automatyzacji systemów dowodzenia i kierowania w Polsce

Historia systemów automatyzacji dowodzenia i kierowania w Polsce, w bardzo dużej części wiąże się z PIT‑RADWAR S.A. i jego historią, bo to w tej firmie, a właściwie w Przemysłowym Instytucie Telekomunikacji (PIT), którego następcą prawnym jest PIT-RADWAR S.A, w latach 60-tych XX wieku rozpoczęto prace nad pierwszymi, polskimi informatycznymi systemami wspomagania procesów dowodzenia i kierowania.

Należy wymienić dwa istotne fakty, od których wszystko się zaczęło:

1.     Praca pod kryptonimem „MONAKO" (realizowana na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych), w ramach której przeprowadzono analizę potrzeb wszystkich RSZ w zakresie zautomatyzowanych systemów zbioru i opracowania informacji o sytuacji powietrznej, zdefiniowano kierunki ich rozwoju oraz oceniono możliwość budowy takich systemów w kraju. Wyniki tej analizy były to podstawą do podjęcia decyzji uruchomieniu programu rządowego w tym zakresie. Wnioski z pracy MONAKO utrwaliły przekonanie w przemyśle i wojsku o celowości realizacji prac systemowych w kraju. Należy dodać, że w czasie gdy realizowana była ta praca, mówiło się o tzw. rewolucji cyfrowej.

2.     Pierwsze zastosowanie w sprzęcie wojskowym komputerów (ODRA 1204) z dedykowanym oprogramowaniem, co miało miejsce w pracy pk. HAWANA (1964-1972), w ramach której powstał demonstrator stacji radiolokacyjnej 3D i dla jego realizacji utworzono w PIT zespół informatyków, który później rozpoczął pracę nad informatycznymi systemami wspomagania dowodzenia i kierowania - C2 (Command and Control).

Wymagania na pierwszy polski system klasy C2, któremu nadano kryptonim DUNAJEC zostały zatwierdzone w roku 1972. Projekt ten był realizowany przez Przemysłowy Instytut Telekomunikacji. W ramach programu Dunajec zrealizowano dwuszczeblowy (batalion radiotechniczny, kompania radiotechniczna) podsystem zbioru i opracowania informacji o sytuacji powietrznej dla Wojsk Obrony Powietrznej Kraju (OPK). Na podsystem składały się dwa typy obiektów RPT-11 (kompania) i RPT-21 (batalion). Obiekty wykorzystywały komputer ODRA 1325/RODAN-10 (produkcji ELWRO¹ na licencji ICL) i opracowane w PIT dedykowane dla tego systemu stanowiska pracy oparte o wskaźnik panoramiczno-syntetyczny WPS-10.

Obiekt-RPT‑11 zapewniał wspomaganie procesu opracowania informacji o sytuacji powietrznej w oparciu o dołączone do niego odległościomierze i wysokościomierze radiolokacyjne (śledzenie jednoradarowe tzw. monoradar tracking) i wydawanie tej informacji do obiektu RPT-21. Natomiast obiekt RPT‑21, wykorzystując do opracowania informacji o sytuacji powietrznej informacje z lokalnie dołączonych radarów i informacje z podporządkowanych kompanii (obiekty RPT-11), realizował śledzenie jednoradarowe i fuzję danych radarowych (multiradar tracking). Do wymiany informacji w systemie korzystano z dzierżawionych łącz, a dane wymieniano z prędkością 60/200 bit/s. Dzisiaj, gdy posiadamy wiedzę o analogicznych systemach w NATO (np. NADGE), można stwierdzić, że w systemie zastosowano bardzo nowoczesne, jak na tamte czasy, rozwiązania sprzętowe i programowe. Sam wskaźnik WPS‑10 można uznać za kluczowy element systemu automatyzacji, na którym operator mógł porównywać informację z radaru (obraz analogowy) oraz informację cyfrową (graficzną i tekstową) generowaną przez komputer (patrz Rysunek 1). Dzięki pracy operatora obraz radiolokacyjny był przenoszony do pamięci komputera. Opracowany w komputerze obraz sytuacji powietrznej był przekazywany do szczebla nadrzędnego, do sąsiadów i do podporządkowanych jednostek w postaci cyfrowych meldunków o sytuacji powietrznej.

Badania państwowe systemu Dunajec odbyły się w roku 1976. Partię próbną (tzw. dostawę specjalną) zrealizowano w roku 1978. Dostawy, w latach 1979-1983, zrealizował WZR RAWAR (którego tradycje również kontynuuje PIT‑RADWAR). Łącznie system składał się z 14 obiektów batalionowych i 37 obiektów kompanijnych.

W latach 1982-1986, w ramach programu DUNAJEC-Z, obiekty RPT-21/11 zostały zmodernizowane i otrzymały nowe nazwy: RPT-10 i RPT-20 (patrz Rysunek 2). Ta modernizacja wprowadziła do systemu następujące nowości:

• zwiększono liczbę stanowisk pracy (nowe stanowiska wyposażono we wskaźniki WPS-11 – nową wersję wskaźnika WPS-10);
• wprowadzono zautomatyzowany zestaw pomiaru wysokości obiektów powietrznych;
• dodano ekstraktor w torze przetwarzania informacji z odległościomierza – co poskutkowało wprowadzenie automatycznego śledzenia obiektów powietrznych z ręczną inicjacją śledzenia (korekty śledzenia i kasowanie tras było realizowane automatycznie);
• pamięci ferrytowe w maszynach cyfrowych RODAN-10 zastąpiono półprzewodnikowymi;
• w obiektach RPT-10 wprowadzono urządzenie ASM-10 jako rezerwę dla komputera RODAN-10.

Warto dodać, że ASM-10 był specjalizowanym mikrokomputerem zbudowanym jako wieloprocesorowy system ze wspólną pamięcią (oparty na 8-śmio bitowych mikroprocesorach INTEL 8080), który realizował dwa podstawowe procesy:

• opracowywanie informacji o sytuacji powietrznej z dwóch zestawów radarów (odległościomierz i wysokościomierz),
• wydawanie informacji o sytuacji powietrznej.

Było to, jak na owe czasy, bardzo nowoczesne i pionierskie rozwiązanie wykorzystujące dostępną w kraju bazę elementową wysokiej skali integracji.

Obiekty RPT-20/10 były eksploatowane do roku 2004, gdy zostały zastąpione przez komponenty systemu DUNAJ. Warto dodać, że w latach 80, na wydziale Cybernetyki WAT, opracowano system automatyzacji na szczebel Korpusu OPK i Brygady Radiotechnicznej o nazwie CYBER, który uzupełniał system Dunajec zapewniając dostarczenie informacji o sytuacji powietrznej na szczebel Centralnego Stanowiska Dowodzenia Obroną Powietrzną (OP). Należy podkreślić, że wchodząc do NATO posiadaliśmy w Wojskach Lotniczych i Obrony Kraju w pełni zautomatyzowany system zbioru i opracowania informacji o sytuacji powietrznej, który został opracowany przez krajowe zaplecze naukowo-badawcze.

Druga generacja systemów automatyzacji – centralny komputer i peryferia produkcji polskiej zbudowane na bazie układów scalonych wysokiej skali integracji

Na bazie doświadczeń zdobytych przy realizacji pierwszego systemu, wykorzystując nowsze technologie, opracowano w pewnym sensie jego mutację. W latach 1981-86 opracowano podsystem wspomagania dowodzenia dla OPL Wojsk Lądowych pod kryptonimem DUNAJEC-P. Był to system transportowalny, jego aparatura została zabudowana w kontenerach 20ft (patrz Rysunek 3). O ile komponenty pierwszego systemu Dunajec wykorzystywały bazę elementową małej skali integracji to w systemie Dunajec-P masowo była już stosowana baza elementowa średniej i dużej skali integracji (podzespoły rodziny mikroprocesora Intel 8080).

Należy również podkreślić, że system Dunajec-P, obiekty DP‑10, DP‑20 i DP‑40, oprócz funkcji zbioru i opracowania informacji o sytuacji powietrznej były pierwszymi, które miały zaimplementowane funkcje wspomagania kierowania środkami walki (OPL i lotnictwem). Wymiana informacji w systemie realizowana była przy wykorzystaniu środków radiowych (radiostacje produkcji byłego ZSSR) i kablowych. Protokółem wymiany danych był rozszerzony przez PIT protokół stosowany w systemie PASUW² (opracowanie byłego ZSSR), który funkcjonalnie był podobny do natowskiego protokołu LINK-11. W systemie zastosowano komputer UMJS³ (komputer o architekturze zbliżonej do PDP‑11 opracowany i produkowany przez IKSAiP⁴), a stanowiska pracy wyposażono we wskaźniki WPS‑11. Obiekty zostały wdrożone do SZ RP na początku lat 90‑tych. Implementując, w systemie Dunajec-P funkcje wspomagania kierowania środkami walki, byliśmy również pionierami. Gdy w roku 1999 wstąpiliśmy do NATO, system CSI⁵ wtedy pod nazwą CRS SAM Interface, który uzupełniał system NADGE⁶ o funkcje wsparcia działań OPL, był dopiero w fazie wdrożenia.

Pisząc o historii nie można zapomnieć o systemie ŁOWCZA (ZWD-10R), którego historia zaczyna się w roku 1978, a którego wdrożenie do SZ nastąpiło dopiero w końcu lat 90 XX wieku. Realizacja tego systemu napotykała na wiele przeszkód – wybór platformy (pierwsze próby realizowano na podwoziu gąsienicowym MT-LB a w wersji produkcyjnej zastosowano nadwozie Sarna (patrz Rysunek 4), wybór komputera i narzędzi programowych (zaczęto na komputerze E1010 opracowanym przez IKSAiP z systemem operacyjnym firmy Intel - iRMX, a skończyło się na klasycznym Intel PC z systemem operacyjnym Windows). Program był wstrzymany, ze względu na planowane wdrożenie radzieckiego systemu dla Wojsk Lądowych.

Mimo tych trudności do OPL Wojsk Lądowych wdrożono system Łowcza/Rega, jako wieloszczeblowy, mobilny system wspomagania dowodzenia, który automatyzował struktury dowodzenia pułku lub samodzielnego dywizjonu plot. System ten eksploatowany jest do dnia dzisiejszego i czeka na proces modernizacji. Na szczeblu Stanowiska Dowodzenia (SD) pułku przeciwlotniczego i Stanowiska Dowodzenia (SD) dywizjonu przeciwlotniczego wykorzystywany jest wóz ZWD-Łowcza, na szczeblu baterii plot REGA‑1, a przy środkach ogniowych dedykowane Rega-2 (Kub, Osa), Rega-3 (ZSu-23-2) i REGA-4 (Grom/Piorun). W systemie wykorzystywana jest informacja z mobilnych radarów N-21 produkcji RADWAR. System Łowcza/Rega to pierwszy zrealizowany w Polsce system, w którym wymiana informacji była oparta wyłącznie o środki radiowe (radiostacje rodziny PR4G produkcji Radmor na licencji Thales). W oprogramowaniu systemu zaimplementowano algorytmy rozdziału celów pomiędzy środki ogniowe, a wymiana informacji obejmowała również informacje o gotowości bojowej i organizacji pola walki (polskie rozszerzenie protokołu PASUW).

Komputer E1010, na bazie którego wykonano prototyp systemu ŁOWCZA, był ostatnim polskim opracowaniem, które było wykorzystywane jako centralny komputer do przetwarzania danych w systemach automatyzacji. Transformacja gospodarki roku 1989 pociągnęła za sobą likwidację polskiego przemysłu komputerowego. Dostęp do rynków zachodnich spowodował, że rozpoczęły się czasy korzystania z gotowych produktów informatycznych – komputerów, systemów operacyjnych i narzędzi do wytwarzania oprogramowania.

Nie wymieniono tu wszystkich systemów jakie były opracowane w tych latach np. systemu RUDNIA dla walki elektronicznej, systemów dla lotnictwa cywilnego GAMA oraz systemów, które były przedmiotem eksportu do Rumunii, NRD i Libii, a bazowały na rozwiązaniach krajowych.

Podsumowując tę drugą generację systemów C2 opracowywanych w Polsce należy podkreślić, że:

• pierwsze środki automatyzacji wspomagały procesy rozpoznania i kierowania środkami walki w systemie obrony powietrznej, gdzie decyzje są podejmowane w dużym deficycie czasu – były to systemy czasu rzeczywistego;
• systemy bazowały na środkach wymiany informacji o małej przepustowości, a mimo to ich funkcjonalność była bardzo przydatna.

Z realizacji tych produktów płynęły bardzo istotne wnioski dotyczące przyszłej realizacji systemów C2, które są wykorzystywane do dzisiaj:

• projektowanie systemów powinno być realizowane przy bliskiej współpracy z przyszłym użytkownikiem;
• projekt systemu powinien uwzględniać planowaną i nieplanowaną degradację systemu (dzisiaj odnosimy to do tzw. zdolności przeżycia (survive to operate);
• o użyteczności systemu decyduje jego interfejs operatora (HMI).

Trzecia generacja systemów automatyzacji – era komputerów PC z systemem operacyjnym WINDOWS i QNX na bazie procesorów INTEL i komputerów SUN z systemem operacyjnym SOLARIS na bazie procesorów SPARC⁷

Koniec ubiegłego wieku, gdy Polska już nie była w Układzie Warszawskim, a jeszcze nie była w NATO, to okres, w którym nie przerwano prac nad systemami C2. Transformacje polityczne roku 1989 i wyjście z Układu Warszawskiego otworzyły nam dostęp do zachodnich rynków i technologii. W tym czasie PIT‑RADWAR realizował system ORZYC dla Wojsk Lotniczych i rozpoczął prace nad systemem DUNAJ następcą systemu DUNAJEC dla Wojsk Obrony Powietrznej Kraju (OPK).

System ORZYC przeznaczony był do automatyzacji realizacji zadań w strukturach kierowania lotnictwem – wieży portu lotniczego, punkcie naprowadzania i SD pułku lotnictwa myśliwskiego. Program wystartował w drugiej połowie lat 80-tych poprzedniego stulecia. Wysoka inflacja, jaka panowała w tym czasie, spowodowała, że program miał problemy finansowe i nie został zrealizowany w pełnym zakresie. Na kształt efektów programu miały również wpływ zmiany organizacyjne w strukturach wojsk lotniczych (powstanie w 1990 r. WLOP).

Pierwszym elementem, jaki w wyniku tego programu wdrożono do Sił Zbrojnych w roku 1999, był Terminal TU-20L – element automatyzujący procesy kierowania lotnictwem na wieży Wojskowego Portu Lotniczego, który zapewniał:

-       kontrolę strefy odpowiedzialności lotniska,

-       kontrolę procesu startu,

-       kontrolę procesu lądowania (patrz Rysunek 5).

Terminal współpracował ze stacjami radiolokacyjnymi kontroli zbliżania AVIA-W i wsparcia lądowania RSL-10 oraz z punktem naprowadzania na Połączonym Stanowisku Dowodzenia Obrony Powietrznej (PłSD) - obiekt DL-25/15. Ponieważ finalizacja tego projektu nastąpiła w trakcie prac nad systemem DUNAJ, wyprzedzająco warto przekazać informację, że Terminal został on przystosowany do współpracy z tym systemem (do współpracy z siecią WAN „OP‑NET" – odbioru z sieci informacji RAP⁸ i wydawaniu do sieci informacji o sytuacji powietrznej ze stacji AVIA-W). Badania państwowe Terminalu TU-20L odbyły się 1999 roku, a pierwszy terminal zainstalowano na lotnisku w Mińsku Mazowieckim w roku 2000. Siedem Terminali TU-20L pracuje do dzisiaj w systemie dowodzenia OP.

Drugim elementem był Obiekt Automatyzacji Punktu Naprowadzania Lotnictwa Myśliwskiego obiekt DL-25/15. Obiekt miał zastąpić eksploatowane w punktach naprowadzania na PłSD obiekty WP-11 (produkcji byłego ZSRR) tzw. Aparaturę Przyrządowego Naprowadzania (APN). W obiektach WP-11 naprowadzanie samolotów było wspomagane przez maszyny analogowe, krajowe rozwiązanie bazowało na maszynach cyfrowych, korzystając z tych samych algorytmów. Prototypy obiektów DL25/15 były zrealizowane jako transportowalne – ich aparatura była zamontowana w nadwoziach kontenerowych 20ft. Badania państwowe zakończyły się w roku 2000. Wdrożenie tego obiektu do Sił Zbrojnych było procesem długotrwałym. Ostatecznie obiekt automatyzacji punktu naprowadzania (patrz Rysunek 6) został wdrożony do SZ, jako element systemu DUNAJ w wyniku jego modernizacji w latach 2007-2008 i obecnie stanowi wyposażenie stanowisk dowodzenia Sektorów Obrony Powietrznej.

Na bazie rozwiązań zastosowanych w obiekcie automatyzacji punku naprowadzania, w 2010 r. PIT‑RADWAR opracował symulator do szkolenia nawigatorów naprowadzania RDS‑15. Symulator wspomaga szkolenie nawigatorów naprowadzania na bazie symulowanej sytuacji powietrznej. W procesie szkolenia instruktor pełni jednocześnie rolę pseudopilota, który wykonuje komendy naprowadzania. Symulator ten jest wykorzystywany w Lotniczej Akademii Wojskowej (dawnej Wyższej Oficerskiej Szkole Sił Powietrznych) w Dęblinie i na Punktach Naprowadzania Sektorów OP.

W Terminalach TU-20L i obiektach DL-15/25 po raz pierwszy zastosowano:

• sieć LAN do integracji komputerów stanowisk pracy i serwerów;
• oprogramowanie zrealizowane w języku C, C++ i JAVA;
• kolorowe wskaźniki rastrowe do zobrazowania informacji na stanowiskach pracy - obraz analogowy stacji radiolokacyjnych był prezentowany na tych monitorach dzięki wykorzystaniu scanconwerterów;
• transmisję światłowodową analogowego sygnału radiolokacyjnego w relacji radar – system C2.

Podsumowanie trzech generacji systemów automatyzacji – globalizacja i przystąpienie do NATO wymusza zmianę filozofii podejścia do systemów automatyzacji

Podsumowując te trzy generacje systemów C2 warto podkreślić, że:

• osiągniecia przemysłu w zakresie budowy systemów C2 to efekt doskonałej współpracy z ich Użytkownikiem tzn. z przedstawicielami MON – prace były prowadzone przy bezpośredniej współpracy z oddelegowanymi do tych prac konsultantami;
• gdy 12.03.1999 r Polska została przyjęta do NATO w naszym kraju eksploatowano przede wszystkim systemy C2 opracowane i wyprodukowane w Polsce. Należy tu wymienić DUNAJEC-Z (WLOP) i DUNAJEC-P (WLąd), ZWD-ŁOWCZA (WLąd), RUDNIA (WLOP) opracowane i wyprodukowane w PIT‑RADWAR oraz systemy CYBER (WLOP) i WIDŁAK (WLOP) opracowane przez WAT i system ŁEBA (Marynarka Wojenna) opracowany przez OBR‑CTM;
• od roku 1998 eksploatowany był system ASOC¹⁰, będący funkcjonalnym odpowiednikiem systemem NADGE eksploatowanego w CRC państw NATO, który zapewnił, w pierwszych latach naszego udziału w NATO, wymianę informacji o sytuacji powietrznej z systemem OP NATO (NATINADS¹¹);

Warto wymienić bardzo ważną przesłankę projektową dla systemów C2, jaka powstała w zespołach projektowych przy realizacji tych systemów - systemy powinny automatyzować funkcje/procedury i być w minimalny sposób uzależnione od struktur dowodzenia. Dzisiaj ta przesłanka jest wymaganiem: system powinien być modułowy, posiadać architekturę otwartą i być skalowalny.

W kolejnych częściach artykułu zostaną przedstawione polskie zdolności C2 wdrażane po wejściu do Sojuszu Północnoatlantyckiego

Artykuł sponsorowany, partner publikacji PGZ S.A.

 PRZYPISY:

1. ELWRO - Wrocławskie Zakłady Elektroniczne „ELWRO" firma istniejąca do 1993 r. która produkowała komputery ODRA\ i RIAD, od 1978 r. funkcjonująca jako Centrum Komputerowych Systemów Automatyki i Pomiarów MERA-ELWRO
2. PASUW - Polowaja Awtomatyczeskaja Systema Uprawliania Wojskami
3. UMJS - Uniwersalna Mikroprogramowalna Jednostka Sterująca
4. IKSAiP - Instytut Komputerowych Systemów Automatyki i Pomiarów firma istniejąca do dzisiaj we Wrocławiu.
5. CSI - CRC SAM Interface, który wraz rozwojem swojej funkcjonalności pod katem wsparcia działań lotnictwa został nazwany CRC System Interface.
6. NADGE – NATO Air Defence Ground Environment – system odpowiedzialny za opracowanie informacji RAP na szczeblu natowskiego CRC.
7. W tym czasie w świecie rozwijane były komputery MAC firmy APPLE, jednak nie były one stosowane w polskich systemach automatyzacji.
8. RAP – Recognised Air Picture – rozpoznana informacja o sytuacji powietrznej
9. PAR – Precision Approach Radar
10. ASOC - Air Sovereignty Operation Center – system zbioru i opracowania informacji o sytuacji powietrznej, przeznaczony do przekazywanie informacji z krajów byłego Układu Warszawskiego do natowskiego systemu OP w Europie. System był sfinansowany przez rząd USA w ramach programu Partnership for Peace (Partnerstwo dla Pokoju).
11. NATINADS - NATO INtegrated Air Defence System