Bezzałogowe pojazdy - przyszłość pola walki

Artykuł sponsorowany

Tego typu pojazdy nie zdobyły jednak dużej popularności z uwagi na kosztowną produkcję i stosunkowo prostą ich neutralizację (w przypadku miny Goliat, aby unieruchomić pojazd, wystarczyło przeciąć przewód łączący z operatorem).

Obecnie, dzięki gwałtownemu postępowi technologii automatyzacji pojazdów, robotyki oraz dynamicznemu rozwojowi globalnego rynku zbrojeniowego, obserwuje się znaczący wzrost zainteresowania bezzałogowymi pojazdami lądowymi (BPL, ang. Unmanned Ground Vehicle - UGV) w siłach zbrojnych.

Z wykorzystaniem różnych kanałów komunikacyjnych stale rozpowszechniane są materiały z działań militarnych z wykorzystaniem bezzałogowych statków powietrznych (UAV). Jednocześnie jednak widoczne jest coraz szersze bojowe wykorzystanie BPL. Zarówno przez wojska ukraińskie, jak i rosyjskie lądowe bezzałogowce używane są m.in. do transportu zaopatrzenia dla żołnierzy w okopach, wsparcia ogniowego, realizacji zadań saperskich, walki radioelektronicznej, rozpoznania, czy ewakuacji rannych. Wartym odnotowania zastosowaniem jest również wypełnianie pojazdu ładunkami wybuchowymi i jego detonacja możliwie jak najbliżej pozycji wroga.

Bezzałogowce lądowe a drony

Rosnąca popularność BPL ma związek z szeregiem ich zalet. Kluczowe jest, że zniszczenie bezzałogowego systemu nie skutkuje bezpośrednim narażeniem życia i zdrowia ludzkiego. Mogą one operować w terenach trudno dostępnych i niebezpiecznych dla człowieka. Istotnym aspektem jest także możliwość budowy systemów (rojów) współpracujących pojazdów do realizacji konkretnych zadań. Ponadto, realizacja zadań przez BPL nie jest ograniczona wpływem adrenaliny i emocji ludzkich.

Operujące w przestrzeni powietrznej pojazdy typu UAV (Unmanned Aerial Vehicles), potocznie nazywane dronami, istotnie odmieniły układ sił współczesnego pola działań zbrojnych i rozpoznawczych. Ich zadania są jednak zdecydowanie inne niż te, do których dedykowane są BPL. Wynika to przede wszystkim z ich charakterystyki i możliwości technicznych. W porównaniu z dronami, BPL posiadają np. większe zdolności transportowe. Są w stanie przewozić dużo cięższe ładunki i dostarczać je żołnierzom na stanowiskach bojowych czy wspierać transport wyposażenia w trakcie przemarszu. Te zdolności są powiązane również z możliwościami integracji uzbrojenia o większym kalibrze niż drony (np. działka automatyczne), czy o większym zapotrzebowaniu energetycznym (np. uzbrojenie niekinetyczne do przeciwdziałania dronom). BPL zdecydowanie łatwiej realizuje zadania ewakuacji rannych żołnierzy z pola walki.

Wyzwania technologii BPL

Obecna technologia bezzałogowych pojazdów lądowych jest wysoce złożona. Zwykle BPL jest wyposażony w układy odpowiedzialne za percepcję otoczenia i lokalizację oraz w szereg wyspecjalizowanych narzędzi dedykowanych do realizacji różnych zadań, takich jak:

• wsparcie pojazdów załogowych (lojalny towarzysz);
• wsparcie drużyn piechoty przez zadania logistyczne, wsparcie ogniowe lub ewakuację rannych;
• wykonywanie zadań saperskich - rozminowywanie, neutralizacja ładunków IED (Improvised Explosive Device);
• prowadzenie rozpoznania i dozoru (patrolowanie), np. w zakresie pozycji wroga czy występowania skażeń.

Złożona konstrukcja pojazdów bezzałogowych i nasycenie modułami o wysokiej technologii wynikają z wyzwań, jakie stoją przed konstruktorami starającymi się zapewnić tego typu konstrukcjom wysoki udźwig, odpowiedni zasięg do towarzyszenia oddziałom podczas misji, zdolność do zautomatyzowanego poruszania się i wysoką dzielność terenową. W porównaniu do dronów, które przemieszczają się głównie w wolnej i niezakłóconej przestrzeni powietrznej, BPL poruszają się w terenie, którego charakterystyka jest zmienna, często tylko częściowo zdefiniowana. Teren ten jest pełen różnego rodzaju przeszkód - zapór inżynieryjnych i naturalnych (np. lejów po pociskach), których pojawianie się w otoczeniu pojazdu może być dynamiczne (gwałtowne). Prawidłowe sterowanie bezzałogowymi pojazdami lądowymi w złożonych warunkach dynamicznych stanowi zasadnicze wyzwanie badawcze i jest rozwijane w topowych ośrodkach naukowych. Ma to szczególne znaczenie w aspekcie sterowania BPL o dużej masie i przy wysokich prędkościach jazdy.

Zdalne sterowanie

Obecny stan technologiczny sprawia, że większość znanych praktycznych zastosowań bezzałogowych pojazdów lądowych obserwowanych na polu walki oparta jest na zdalnym sterowaniu. Pozwala ono na stopniowe wprowadzanie i testowanie nowych technologii oraz algorytmów w kontrolowanych warunkach, zanim będą one w pełni zautomatyzowane. To podejście umożliwia zbieranie cennych danych, które są wykorzystywane do usprawnienia autonomicznych systemów. W odróżnieniu od dronów latających, które mogą szybko i łatwo przemieszczać się, przelatując nad lub omijając przeszkody, pojazdy lądowe muszą mieć zdolność operowania w trudnym terenie i planować trasę przejazdu na podstawie bieżącej oceny sytuacji. Operatorzy zdalni mogą dostosować działania BPL do zmieniających się warunków w czasie rzeczywistym, co jest istotne w dynamicznych sytuacjach, gdzie autonomiczne systemy jeszcze nie są w pełni efektywne.

Przyszłość to autonomia

Ważne jest podkreślenie wysokiej wartości działań na rzecz wdrażania bezzałogowych pojazdów lądowych jako platform do rozwoju technologii autonomicznych. Autonomiczne pojazdy potrzebują wysoce zaawansowanych algorytmów sztucznej inteligencji (ang.artificial intelligence, AI) do nawigacji, rozpoznawania obiektów i dobierania scenariuszy działania. Obejmuje to uczenie maszynowe, głębokie uczenie i przetwarzanie wizyjne, które umożliwiają pojazdom samodzielne planowanie tras i podejmowanie podstawowych decyzji. Rozległe testowanie i walidacja są kluczowe dla oceny wydajności, bezpieczeństwa i niezawodności autonomicznych BPL. Każde kolejne badanie technologii to bezcenne dane zebrane z różnego rodzaju sensorów, na podstawie których technologia jest doskonalona, szczególnie w zakresie dynamicznej adaptacji systemów do zmieniających się warunków operacyjnych.

Równolegle rozwijane są systemy rojowe. Praca w roju umożliwia grupie bezzałogowych pojazdów współdziałanie w zintegrowanej sieci, gdzie poszczególne BPL mogą realizować różne, uzupełniające się zadania. Zapewnia to również redundancję, co jest ważne w przypadku uszkodzenia jednego lub kilku pojazdów w grupie. Dla efektywnego operowania grupą pojazdów, wymagane są mechanizmy komunikacji oraz synchronizacji pomiędzy pojazdami. Stosuje się sieci typu mesh, polegające na komunikacji bezpośredniej pomiędzy BPL. Pozwala to na zmniejszenie obciążenia operatora oraz umożliwia lepsze wykorzystanie dostępnych pojazdów. Możliwe jest również skalowanie operacji w zależności od potrzeb. Liczba pojazdów może być dostosowana do wielkości zadania lub warunków operacyjnych, co daje elastyczność w planowaniu i wykonaniu misji. Wymiana danych pomiędzy pojazdami umożliwia podział odpowiedzialności za zadania.

Systemy obserwacyjne dla pojazdów lądowych

Wraz z rozwojem technologii bezzałogowych systemów, rośnie zapotrzebowanie na coraz bardziej zaawansowane systemy obserwacyjne, które oferują wysoką jakość obrazu i szeroki zakres działania. Obecne technologie w tej dziedzinie muszą sprostać wymaganiom związanym z identyfikacją obiektów w trudnych warunkach, takich jak ograniczona widoczność, zmienne warunki atmosferyczne czy złożone środowisko operacyjne.

Kluczowym elementem w projektowaniu systemów optoelektronicznych jest wykorzystanie różnych pasm elektromagnetycznych, z których każde umożliwia uchwycenie innych szczegółów otoczenia. W zależności od długości fali, obiekty naturalne przyjmują różne cechy wizualne, co pozwala na precyzyjniejsze rozpoznawanie przeszkód do ominięcia czy obiektów do zlokalizowania przez bezzałogowe pojazdy. Systemy, które integrują kamery pracujące w różnych zakresach spektralnych, stają się podstawą nowoczesnych głowic optoelektronicznych wykorzystywanych w takich platformach.

Jednym z bardziej innowacyjnych rozwiązań w systemach obserwacyjnych jest wykorzystanie podczerwieni krótkofalowej (SWIR). Technologia ta charakteryzuje się zdolnością przenikania przez smog, mgłę i dym znacznie skuteczniej niż światło widzialne oraz inne zakresy podczerwieni. Dzięki temu, SWIR jest mniej podatna na rozproszenie światła przez cząstki zawieszone w powietrzu, co pozwala na skuteczną obserwację w trudnych warunkach atmosferycznych. Systemy oparte na SWIR umożliwiają także obserwację w ciemności bez konieczności używania sztucznego oświetlenia, co redukuje ryzyko wykrycia przez inne jednostki.

Z kolei promieniowanie ultrafioletowe (UV) w systemach obserwacyjnych staje się coraz bardziej istotne. UV pozwala na wykrywanie obiektów niewidocznych w innych pasmach oraz rozpoznawanie materiałów kamuflażu, które mogą reagować na promieniowanie UV w sposób niewidoczny w świetle widzialnym. Dzięki tej technologii możliwe jest skuteczne wykrycie ukrytych obiektów lub osób, a także identyfikacja słabych punktów w maskowaniu, co ma istotne znaczenie w systemach detekcji.

Aby sprostać specyficznym wymaganiom, takim jak modyfikowanie pola widzenia czy zwiększanie głębi ostrości, projektowane są dedykowane elementy optyczne. W tym celu coraz częściej stosuje się struktury dyfrakcyjne, które znacząco zwiększają efektywność systemów obrazowania i detekcji, zapewniając wysoką rozdzielczość i rozszerzony zakres obrazowania bez utraty jasności. Tego rodzaju rozwiązania pozwalają również na uzyskanie widoczności w obszarach, które w tradycyjnych systemach optycznych byłyby niedostępne.

Innowacyjnym zastosowaniem w systemach optoelektronicznych są również ograniczniki promieniowania, które chronią urządzenia obserwacyjne przed uszkodzeniem spowodowanym przypadkowym lub celowym oświetleniem. Aktywne limitery mocy optycznej, które działają bez zewnętrznego zasilania, zmieniają swoje właściwości optyczne w odpowiedzi na zbyt silne światło, ograniczając jego przepuszczanie. To rozwiązanie stanowi istotny element ochrony systemów obserwacyjnych w platformach bezzałogowych.

Nowoczesne technologie obrazowania, oparte na integracji kamer działających w różnych zakresach spektralnych, oferują elastyczność w doborze komponentów, które mogą spełniać szeroką gamę wymagań operacyjnych. Takie rozwiązania stają się fundamentem nowoczesnych głowic optoelektronicznych, które są kluczowe dla platform bezzałogowych. Zastosowanie zaawansowanych matryc, takich jak SPAD (Single Photon Avalanche Diode), umożliwia uzyskanie obrazów o wysokiej czułości, które działają w ekstremalnych warunkach oświetleniowych, zapewniając lepszą jakość obrazu w porównaniu do tradycyjnych noktowizorów.

Dzięki zaawansowanej technologii rozpoznawania w różnych pasmach długości fali, drony zyskują zdolność wykrywania kamuflaży, schronień oraz analizowania terenu w sposób bardziej precyzyjny. Celem projektowania nowych głowic optoelektronicznych jest stworzenie uniwersalnych rozwiązań, które będą mogły być zastosowane w różnych typach bezzałogowych pojazdów – zarówno naziemnych, jak i powietrznych. Integracja takich systemów z istniejącymi technologiami i ich kompatybilność z nowymi systemami pozwala na dalszy rozwój technologii w Polsce i wspiera krajowy przemysł obronny.

Problemy klasyfikacji bezzałogowych pojazdów lądowych

Dedykowane środowisko operacyjne i zadania realizowane przez pojazdy bezzałogowe determinują ich parametry techniczno-funkcjonalne. W rezultacie opracowywane są pojazdy różniące się zarówno masą, jak i rozmiarami. Widoczny jest przy tym brak spójnej klasyfikacji BPL, stosowanej przez armie różnych krajów i sojuszy. Przykładowo znaczne różnice są w klasyfikacjach spotykanych w U.S. Army i U.S. Navy. W tej pierwszej średni BPL to pojazd o masie od 90 do 1 500 kg, natomiast w amerykańskiej marynarce od 1 000 aż do 15 000 kg. Jak już wspomniano, masa BPL jest jednym z parametrów krytycznych w kontekście operacyjności i sterowania. Duża masa pojazdu wpływa negatywnie nie tylko na naciski jednostkowe i dzielność terenową, ale ma też kluczowe znaczenie przy wspomnianym sterowaniu dla wysokich prędkości jazdy. Na pojazd wykonujący gwałtowne manewry (np. celem uniknięcia przeszkód lub ataku) oddziałują siły, które mogą prowadzić np. do jego wywrócenia.

Pojazd załogowy też może być zautomatyzowany

Poza przygotowaniem i wdrażaniem do zadań operacyjnych bezzałogowych pojazdów lądowych, w siłach zbrojnych różnych państw prowadzone są działania związane z modernizacją i przystosowywaniem konwencjonalnych pojazdów załogowych do zautomatyzowanego poruszania się (np. niemiecki Wiesel czy amerykański M113). Dzięki takiemu podejściu można stosunkowo niewielkim kosztem uzyskać flotę zautomatyzowanych pojazdów gotowych do realizacji różnego rodzaju misji. Wiele z demonstratorów technologii i prototypów pojazdów, które pojawiły się w ostatnim czasie dysponuje rozwiązaniami umożliwiającymi zautomatyzowane realizowanie zadań przemarszu (jednym z przykładów może być tu amerykański Abrams X. Wyposażenie pojazdów w tego typu rozwiązania pozwala na odciążanie i redukcję załogi oraz sprawia, że funkcje i zadania bezzałogowych pojazdów lądowych mogą pełnić wszystkie pojazdy użytkowane w wojsku, nawet czołgi podstawowe.

Przyszłość bezzałogowców lądowych - podsumowanie

Bezzałogowe pojazdy lądowe stanowią naturalny krok w rozwoju sił zbrojnych. Redukcja zaangażowania człowieka w prowadzenie działań o charakterze zbrojnym stanowi przesłankę do rozwoju i wdrażania technologii BPL. Technologia ta oferuje szereg zalet względem technologii pojazdów latających (dronów). Istotnym problemem badawczym dla BPL są zagadnienia związane z ich sterowaniem w kontekście przemieszczania w terenie o różnej charakterystyce, w tym w środowisku dynamicznie zmiennym. Ma to szczególne znaczenie dla pojazdów o wysokiej masie i prędkości przemieszczania się. Widoczna jest potrzeba działań w obszarach związanych z ujednoliceniem klasyfikacji bezzałogowych platform lądowych, a w tym norm i procedur badania technologii przed jej wdrożeniem operacyjnym. Wynika to w dużej mierze z faktu, że BPL operują i będą operować w towarzystwie człowieka.

Charakterystyka BPL będzie kształtować zatem możliwości i operacyjność całego systemu.

W przyszłości pojazdy bezzałogowe mogą odgrywać kluczową rolę nie tylko w misjach rozpoznawczych, ale także w precyzyjnych atakach na cele wroga, minimalizując jednocześnie ryzyko dla własnych sił. Wprowadzenie systemów BPL wymaga także opracowania demonstratorów technologicznych, które pozwolą na testowanie i doskonalenie rozwiązań. Prace te umożliwią pokazanie, jak różne rodzaje pojazdów mogą współdziałać w systemie, zapewniając interoperacyjność i kompleksowe możliwości integracji.

Technologia i systemy zarządzania zespołem bezzałogowych pojazdów lądowych do wsparcia rozpoznania, walki i logistyki stanowią jeden z obszarów działań interdyscyplinarnego zespołu naukowo-badawczego zawiązanego pomiędzy Wydziałem Inżynierii Mechanicznej Wojskowej Akademii Technicznej, Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii Politechniki Warszawskiej oraz Chema Defense Systems. Rozwój bezzałogowych pojazdów lądowych to krok w kierunku nowoczesnej armii, która łączy technologię z innowacyjnym podejściem do prowadzenia działań wojskowych. Dzięki temu Polska może stać się liderem w wykorzystaniu autonomicznych systemów w obronności.

Autorzy: Wojskowa Akademia Techniczna, CEZAMAT PW, Chema DS

Artykuł sponsorowany