Roje dronów nawodnych – nowa koncepcja działania US Navy

Sama idea wykorzystania dronów nawodnych do nadzoru akwenów morskich nie jest niczym nowym. Jednak pomimo wieloletnich prac nie udało się jak dotąd wprowadzić na szeroką skalę tego rozwiązania do służby operacyjnej. Wyjątkiem stała się wojna na Ukrainie, jednak tam wykorzystano drony nie do „rozumnego”, kilkudniowego działania, ale do punktowych i szybkich ataków kamikaze na różnego rodzaju jednostki nawodne rosyjskiej Floty Czarnomorskiej.

Działania Ukraińców oraz także Irańczyków w Zatoce Perskiej i Omańskie są bardzo uważnie obserwowane na całym świecie, w tym również w Stanach Zjednoczonych. Amerykanie są przy tym w o tyle dobrej sytuacji, że już od wielu lat pracowali nad dronami nawodnymi przygotowując dla nich odpowiednie technologie, a nawet w pełni już gotowe rozwiązania. Prawdopodobnie na bazie doświadczeń ukraińskich zdecydowano się jednak obecnie na próbę zmienienia charakteru działań bezzałogowych systemów nawodnych.

Obecnie nie mówi się już bowiem o wykorzystaniu pojedynczych bezzałogowców, ale o zastosowaniu wielu dronów nawodnych jednocześnie i to dodatkowo działających w roju. A to oznacza autonomiczną współpracę i wymianę danych pomiędzy systemami – i to w czasie gwałtownych manewrów, na podobieństwo tego, co widać w przypadku stad ptaków, rojów owadów oraz ławic ryb.

Jest to szczególnie ważne na akwenach, gdzie utrzymywanie dużych okrętów jest bardzo niebezpieczne lub niemożliwe ze względu na sytuację geopolityczną. Naprzeciw takim ograniczeniom wychodzi realizowany w Stanach Zjednoczonych program budowy tzw. gotowego do produkcji, niedrogiego, morskiego, ekspedycyjnego małego bezzałogowego pojazdu nawodnego PRIME sUSV (Production-Ready, Inexpensive, Maritime Expeditionary Small Unmanned Surface Vehicle).

Projekt jest prowadzony przez Jednostkę ds. Innowacji Obronnych DIU (Defense Innovation Unit), która została założona w 2015 roku z zadaniem „przyspieszenie przejmowania technologii komercyjnych i podwójnego zastosowania, w celu szybkiego i na dużą skalę rozwiązywania problemów operacyjnych”. Ponieważ DIU dopiero opublikowała zaproszenie do składania propozycji w projekcie PRIME, to o docelowym rozwiązaniu wiadomo jedynie tyle, ile znalazło się w oficjalnych wymaganiach amerykańskiej marynarki wojennej.

A z tych założeń przedstawionych przez Departament US Navy wynika, że potrzebne są małe, bezzałogowe, nawodne pojazdy przechwytujące (interceptory), „zdolne do autonomicznego przemierzania setek mil przez sporną przestrzeń wodną, krążących po wyznaczonym obszarze operacyjnym podczas monitorowania zagrożeń na powierzchni morza, zdolne do nagłego sprintu, aby powstrzymać niechętne do współpracy, manewrujące jednostki pływające.” Wskazuje się dodatkowo, że nawodne drony przechwytujące będą musiały „działać w spójnych grupach i wykonywać złożone, autonomiczne manewry, dostosowane do dynamicznych, wymijających ruchów ściganego statku”.

Projekt jest o tyle ciekawy, że Amerykanie pozostawili zaintbezzałogowcóweresowanym firmom dużą dowolności jeżeli chodzi o wymiary i kształt proponowanych bezzałogowców. Będzie więc na pewno szeroki przegląd rozwiązań w zależności od cech, które poszczególni producenci będą chcieli wyróżnić wygrywając z konkurencją.

Określono jednak, że każdy pojazd ma być zdolny do przepłynięcia „od 500 do 1000 mil morskich (926 do 1852 m) przy umiarkowanych stanach morza i przy całkowitym ładunku wraz z paliwem ważącym 1000 funtów (454 kg). Wyznaczono także minimalną prędkość maksymalną 35 węzłów (65 km/h) i nakazano, by zastosowany został układ napędowy z silnikiem diesla z zapasem paliwa wystarczającym na kilkudniowe działanie w wyznaczonym obszarze przed powrotem do punktu startu. To odzyskiwanie dronów będzie o tyle łatwe, że wyspecjalizowane „okręty-matki” będą mogły w międzyczasie podejść bliżej rejonu działań, co automatycznie zwiększy zakładany promień operacyjny.

Dojście do akwenu operacyjnego i powrót dronów mają być w pełni autonomiczne. Interceptory muszą więc być zdolne do: samodzielnego prowadzenia nawigacji (według wcześniej zadanej trasy), wykonywania manewrów antykolizyjnych i reagowania na nagle pojawiające się problemy (np. wykrywając przeszkody i je samodzielnie omijając). Rozwiązania proponowane przez chętnych do wzięcia udziału w programie, mają też potrafić samodzielnie śledzić cele, w tym nawet w sytuacji, gdy działają one na zatłoczonych szlakach morskich.

Pomóc w tym może zastosowanie na bezzałogowych łodziach nawodnych dronów powietrznych, wypuszczane na uwięzi wysoko w górę, by zwiększyć zasięg prowadzonej obserwacji. Z kolei skrytość działania ma być zapewniona odpowiednią konstrukcją części nawodnej kadłuba, jak również kontrolą emisji EMCON (emissions control) w pobliżu określonych okrętów i samolotów posiadających systemy rozpoznania radioelektronicznego. Z kolei dużym utrudnieniem jest wymaganie, by takie zadania były realizowane nawet przy braku dostępu do sygnału GPS (np. w sytuacji, gdy przechwytywana jednostka pływająca stosuje aktywne zakłócenia) oraz przy zerwaniu łączności z operatorem nadzorującym całą operację.

DIU zwróciła szczególną uwagę na interoperacyjność rozwiązań, a w tym na zastosowane oprogramowania systemowego. Wskazano bowiem, że wszystkie projekty „muszą umożliwiać łatwą integrację oprogramowania i/lub sprzętu stron trzecich w celu wspólnego działania, niezależnie od tego, czy jest to oprogramowanie rządowe, czy komercyjne, poprzez wykorzystanie otwartych architektur, standardowych lub wspólnych interfejsów bądź innych metod”.

Jest to potrzebne, ponieważ w systemie dowodzenia i kontroli dronów trzeba będzie zastosować wiele już istniejących rozwiązań systemowych np. związanych z rozpoznaniem obrazowym. Jednym z zadań łodzi PRIME ma być bowiem autonomiczna klasyfikacja i identyfikacja napotykanych jednostek pływających. Drony nawodne będą więc musiały posiadać zdolność do rozpoznawania kształtu kadłuba, nadbudówek i masztów oraz odczytywania oznaczeń znajdujących się na burtach (zawierających litery i cyfry). Tego typu oprogramowania nie trzeba opracowywać od początku, ale wystarczy zaadoptować to, co już jest dostępne. A to przyśpieszy prace, zmniejszy ryzyko i ograniczy koszty.

Z wstępnych wymagań, jakie ujawniono w momencie ogłoszenia zaproszeń do programu wynika, że amerykańska marynarka wojenna myśli przede wszystkim o systemie ekspedycyjnym, który nie będzie służył do ochrony własnych baz w Stanach Zjednoczonych. Wskazuje się więc na dostosowanie dronów do różnorodnych metod wodowania (np. z wykorzystaniem żurawików, ramp i dźwigów) oraz na zdolność do łatwego i bezpiecznego transportu systemów drogą lądową i morską „bez konieczności stosowania specjalnego sprzętu do obsługi lub transportu, specyficznego dla danej platformy”. Drony mają być także zdolne do długoterminowego przechowywania w „kontenerze transportowym, z możliwością ich szybkiego przygotowania do operacji wymagających szybkiego reagowania”.

Najważniejsze i nowatorskie wymagania dotyczą jednak zdolności bezzałogowców PRIME do działania w roju. Nikt tak naprawdę nie wie przecież, co rzeczywiście jest możliwe oraz w jaki sposób można to wykorzystać do realizowania konkretnych zadań. Wszyscy zdają sobie więc sprawę, że dopiero przetestowanie na morzu autonomicznie współdziałających dronów może pokazać, do czego taki rój może zostać wykorzystany. Jak na razie mówi się o konieczności:

• wykonywania zsynchronizowanych i gwałtownych zmian prędkości i kursu;
• manewrowania grupowego na zatłoczonych akwenach, w tym z ukrywaniem się pomiędzy statkami cywilnymi;

• współdziałania wielu dronów w zadaniach związanych np. z rozpoznaniem obiektu (obserwacja prowadzona z różnych kierunków i odległości) lub jego skutecznym zaatakowaniem (co przy jednoczesnym uderzeniu może doprowadzić do przeciążenia systemów obrony);
• samodzielnego przystosowywania się do utraty jednego lub nawet kilku dronów z przejmowaniem ich zadań oraz wyznaczaniem nowych misji (np. gdy główny cel zostanie już wyeliminowany);
• zapewnienia współdziałania pomiędzy dronami o różnych możliwościach bojowych i zróżnicowanych sensorach (co może być związane np. z rozdziałem zadań w grupie i tworzeniem jej z bardzo różnych systemów bezzałogowych).

Z tak postawionych wymagań wynika, że rój dronów, który ma być wykorzystywany w przyszłości przez amerykańską marynarkę wojenną, nie będzie się składał z tak samo wyposażonych bezzałogowców. Może to znacznie ograniczyć koszty misji, ponieważ każdy, pojedynczy dron nie będzie musiał zabierać wszystkich systemów potrzebnych do zrealizowania określonej misji. Wystarczy tylko, że te potrzebne systemy będą zabrane przez cały, współdziałający rój.

W ten sposób będzie można wydzielić drony uderzeniowe (z ładunkiem wybuchowym, ale bez wyrafinowanych sensorów i systemów łączności), drony rozpoznawcze (które będą zawsze wracały do bazy), drony będące retlanslatorem w systemie przekazywania danych, drony walki elektronicznej, drony-wabiki z najtańszym wyposażeniem ( które mają odciągnąć uwagę przeciwnika od rzeczywistego kierunku ataku) a nawet drony transportowe (pozwalające np. na uzupełnienie paliwa w pozostałych jednostkach).

Co ciekawe DIU nie precyzuje jaka powinna być maksymalna cena drona, albo jak powinien być tani. Zwraca się jednak uwagę by potencjalny dostawca mógł szybko zapewnić produkcję interceptorów minimum na poziomie 10 sztuk miesięcznie lub 120 sztuk rocznie. Wprowadzano więc nawet wymaganie by przyszły producent wykazał się zróżnicowanym i odpornym na zakłócenia łańcuchem dostaw oraz przedstawił informację na temat posiadanych zakładów produkcyjnych, dostępnej siły roboczej i planów rozwojowych.

Warto tutaj zaznaczyć, że prace nad dronem nawodnym, przydatnym do realizowania tego rodzaju misji były również realizowane w polskich Siłach Zbrojnych. Opracowano nawet prototyp systemu o nazwie Edredon zbudowany w latach 2009-2011 na bazie kadłuba sztywnego łodzi hybrydowej RIB (Rigid Inflatable Boat) o długości 5,7 m. Prace były realizowane przez konsorcjum, w składzie: Akademia Marynarki Wojennej z Gdyni, Politechnika Gdańska oraz firma SPORTIS S.A., jednak ostatecznie nie zdecydowano się na wprowadzenie tego rozwiązania do służby operacyjnej.

Teraz być może zrobią to Amerykanie.