Polska stoi nowymi technologiami? [KOMENTARZ]

MIĘDZYNARODOWY SALON PRZEMYSŁU OBRONNEGO - SERWIS SPECJALNY DEFENCE24.PL

Rozwój nowych technologii przeznaczonych do eksploatacji w wojsku lub możliwych do zastosowania w sprzęcie wojskowym jest ważnym kierunkiem działań nie tylko dużych placówek naukowo-badawczych, jak np. Wojskowej Akademii Technicznej (WAT), Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych (ITWL), czy Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia (WITU), ale i poszczególnych państwowych i prywatnych firm, takich jak np. WB Electronics SA, Autocomp Management, PCO SA, Mesko SA, ZM Tarnów, PIAP czy TELDAT. Oczywiście, takich podmiotów jest dużo więcej i nie sposób ich wymienić wszystkich. Również wszystkich realizowanych w naszym kraju projektów o różnym stopniu zaawansowania technologicznego nie da się opisać na paru stronach, więc wybrano tylko niektóre z nich.

Odnoszą się one do szerokiego obszaru zastosowań nie tylko w wojsku, ale i w innych formacjach mundurowych. Ich cechą szczególną jest zapewnienie zwiększonego stopnia automatyzacji procesu wypracowania decyzji przez człowieka, wyręczenie go w wykonywaniu niektórych trudnych/niebezpiecznych zadań, ułatwienie mu działania i zmniejszenie jego wysiłku, czy zapewnienie odpowiedniej ilości energii systemom przez niego wykorzystywanym.

Co również warte jest podkreślenia, ze stopniowym wzrostem nakładów przeznaczonych na obronność w naszym kraju rosą też środki przeznaczane na badania i rozwój w obszarze technologii militarnych. Podczas gdy te pierwsze w 2018 roku wzrosły o 10% w stosunku do 2017 roku, to drugie urosły już o 14% i zamknęły się kwotą blisko 826 mln zł. Dodatkowo nakłady na uczelnie wojskowe w analogicznym okresie  zwiększono aż o 50% do poziomu 409 mln zł. Na pewno stan taki przyczynia się do zwiększenia kreatywności instytutów badawczych i uczelni wyższych (w tym głównie wojskowych), biorących udział w nowych programach  badawczych.

Kilka wybranych projektów wartych zainteresowania ze strony MON i innych służb

Automatyzacja procesu sterowania/nadzoru nad skomplikowanymi systemami uzbrojenia, wsparcie w procesie wypracowania najbardziej efektywnych decyzji, zapewnienie sieciocentryczności, czy analiza zebranych danych to obecnie jedna z ważniejszych dróg w procesie unowocześniania niemal każdej armii na świecie. Te zagadnienia są również dostrzegane i przez polskie firmy, które mogą zaoferować swoje rozwiązania w tym obszarze.

Platforma informatyczna systemu IT Wega 3D V-Battlefield opracowana przez spółkę Agit z Katowic ma za zadanie wspomaganie wypracowania decyzji  zarówno tej występującej na współczesnym polu walki, jak i podejmowanej w sytuacji kryzysowej często istniejącej w  środowisku cywilnym. Umożliwia ona interdyscyplinarne i interaktywne łączenie programów specjalistycznych (zarówno tych cywilnych jak i wojskowych) w jeden zintegrowany system nadzoru/dowodzenia.

Wersja cywilna V-FIRE&AT (przeznaczona też do monitoringu dużych obiektów i wsparcia system ich ochrony) zachowuje zdolność do jednoczesnego zarządzania w sytuacji wystąpienia np. zagrożenia pożarowego, terrorystycznego, czy np. nielegalnego zbierania informacji przez obce/wrogie BSP. Przy czym samo działanie analityczne może być znacznie rozszerzone o zupełnie nowe funkcje jak np. analizę infrastruktury obszaru zainteresowania, czy panujących na nim warunków pogodowych.

Sam system militarny może bazować na nowej koncepcji oprogramowania wirtualnego i analitycznego modeli 3D o wysokiej złożoności. Stworzono dla niego  oryginalny algorytm operacyjny i unikatowe menu funkcjonalne zachowując przy tym łatwy i intuicyjny zarazem sposób ich wykorzystania. Do systemu wprowadzona są dane otrzymywane np. z różnej klasy i przeznaczenia bezzałogowców, systemów rozpoznania optoelektronicznego, skanerów laserowych, georadarów, radiolokatorów szerokopasmowych, czy kamer hiperspektralnych itp.

Ponadto modułowa budowa pozwala na kolejne przechodzenie w stan półautomatycznego lub w pełni automatycznego sposobu zarządzania, a dodatkowo na projekcje obrazów 3D (na specjalnych ekranach, przy użyciu okularów 3D lub wymaganej aplikacji na dostosowany do takich zadań sprzęt). Jest to doskonałe narzędzie do prowadzenia symulacji i treningu różnych sytuacji, będące jednocześnie swego rodzaju symulatorem-trenażerem nie tylko dla obsług, ale i nowo szkolonych operatorów.

Energia dla współczesnej armii oznacza być albo nie być. Dla pojedynczego żołnierza ma ponadto i inny wymiar – masowo-gabarytowy.

Problem niedostatecznego bilansu energetycznego dla żołnierzy, pododdziału, czy funkcjonariuszy rozwiązać może zastosowanie elastycznych pokryć fotowoltaicznych (EPF). Chodzi o element półprzewodnikowy, w którym następuje zamiana energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną w wyniku zaistnienia zjawiska fotowoltaicznego. Nad takim rozwiązaniem pracuje konsorcjum kilku podmiotów pod  kierownictwem firmy Lubawa SA.

Wytworzone zostaje złącze typu p-n, na które padają fotony, w wyniku czego powstaje napięcie elektryczne (działanie ogniwa elektrycznego). Po łączeniu szeregowym kilku ogniw mamy odpowiednie baterie, a przy większej ilości całe panele. Docelowo cały taki układ będzie miał też zdolność do gromadzenia energii (będzie źródłem prądu przy braku światła słonecznego).

Zachowanie odpowiednich właściwości mechanicznych i użytkowych (czas pracy ponad 20 lat) uzyskano m.in. poprzez zastosowanie elastycznego materiału z wbudowanymi ogniwami (w układzie mozaiki) umieszczonymi na specjalnym podłożu i zabezpieczone szkłem hartowanym. Niewielka grubość (do 1.5 mm)  i masa pozwala na dowolne ich umieszczenie na kontenerach, namiotach czy powierzchniach górnych pojazdów mechanicznych. Podstawowy segment EFP ma napięcie wyjściowe 36 V, maksymalną moc 30 W, wymiary 1,6 na 0,5 metra i masę do 1,6 kg. Dodatkowo w skład kompletu zestawu może wchodzić akumulator i system zarządzania.

Obecnie przenoszone wyposażenie ma coraz większą masę, co zmniejsza efektywność działania żołnierza na polu walki, powoduje u niego szybsze zmęczenie i prowadzi do powstania kontuzji, urazów oraz nawet trwałego inwalidztwa. Wobec powyższego  opracowano egzoszkielety - czyli wspomagające ciało ludzkie „roboty” przenoszone przez samego człowieka.

Polski żołnierz wyposażony w krajowy egzoszkielet jest w stanie przenosić ładunek o masie 50 kg na odległość do 20 km z prędkością 5 m/sek. Prace nad nim są elementem rozwoju indywidualnego systemu walki TYTAN. Również w tym przypadku realizację projektu podjęło się konsorcjum, któremu przewodzi PSO Maskpol S.A. Założenia są podobne do tych, które powstały i w innych krajach -  wzmocnienie wytrzymałości siły żołnierza, tak by efektywniej działał na polu walki.

Sam demonstrator konstrukcji składa się z kończyn oraz plecaka (dostosowanego do krzywizny pleców żołnierza), jest on połączony z użytkownikiem za pomocą specjalnych szelek, pasa biodrowego oraz zapięć na buty.

Zasada działania opiera się za tzw. podążaniem z wykorzystaniem czujników położenia, siły i przyspieszenia oraz predykcyjnego układu sterowania. Konstrukcja jako nowatorskie rozwiązanie zawiera w sobie wiele nowych systemów kinematycznych, czy rozwiązań napędu. Sam egzoszkielet powstawał dzięki wydrukowi 3D z proszków metali (zapewniło to uzyskanie skomplikowanych, ażurowych kształtów, czy zabudowę poszczególnych czujników w ich wnętrzu). Wykorzystano też stopy tytanu, by z jednej strony obniżyć masę a z drugiej zwiększyć wytrzymałość.

Sterowaniem i obliczaniem algorytmów zajmuje się platforma VENTANA GW5400 z jednostką obliczeniową i.MX6 1GHzQuad Core. W przegubach umieszczono czujniki położenia kątowego AM4096 sprzęgnięte z tą ostatnią za pomocą magistrali CAN/CANOpen. Jako źródło napędu wykorzystano układ elektrohydrauliczny (bezszczotkowe silniki elektryczne (BLDC) napędzają dwukierunkowe pompy zębate a ciśnienie w nich wytwarzane jest proporcjonalne do momentu wytwarzanego przez silniki). Z kolei siłowniki hydrauliczne połączono bezpośrednio z pompą,  co ograniczyło masę i poprawiło sprawność działania.

Robot odciąży człowieka w przenoszeniu ekwipunku, może wykonać zadanie tam gdzie zagrożenie dla życia i zdrowia żołnierza (lub innego funkcjonariusza) jest bardzo wysokie, a ponadto dostarcza informacje, energię i poprawia świadomość sytuacyjną (dzięki zamontowanym sensorom).

Opracowana w WAT platforma bazowa ekstremalnej mobilności EXMOT jest w stanie zachować wysoką mobilność terenową i poruszać się z prędkością od 0 do 15 km/h. Osiągalny czas pracy dochodzi do 8 godzin bez uzupełniania paliwa a możliwości to przewożenie ładunku o masie do 200 kg.

Jej cechą szczególną jest zastosowany rodzaj napędu w postaci hydrostatycznego układu połączonego z silnikiem spalinowym o zapłonie samoczynnym KUBOTA D722 E38. Inna nowość to układ zawieszenia 6x6, ze sterowaną przednią i tylną osią co umożliwia m.in. pokonywanie przeszkód o wysokości 80% średnicy koła, wykonanie nawrotu w miejscu, czy manewrowanie na wzniesieniach o nachyleniu do 60%.

Sterowanie pojazdem odbywa się za pomocą przenośnego panelu lub modułu stacjonarnego na maksymalnym  zasięgu do 1000 metrów. Wymiary i masa platformy pozwalają na jej transport na przyczepie o nośności do 600 kg lub we wnętrzu różnych pojazdów, kontenerów czy śmigłowców transportowych. Platforma ta stanowi na obecnym etapie uniwersalną bazę do budowy specjalistycznych robotów wysokiej mobilności z zaimplementowaną funkcją follow-me lub z zapewnioną częściową autonomicznością działania.

Na WAT w konsorcjum z PSO Maskpol powstał też demonstrator technologii innowacyjnego hełmu zintegrowanego z systemem termowizyjnym dla straży pożarnej (po pewnych modyfikacjach może on też być wykorzystywany przez inne służby).    

Czerep tego hełmu wykonano w zaawansowanej technologii wtryskowej i zintegrowano z modułami elektronicznymi w postaci obserwacyjnej kamery termowizyjnej i czujników przekazujących pomiar parametrów życiowych strażaka. O samej złożoności projektu niech świadczy chociażby fakt konieczności opracowania miniaturowej kamery na bazie najnowszej generacji niechłodzonej matrycy detektorów mikrobolometrycznych wykonanych z amorficznego krzemu. Zachowanie wymaganego bilansu energetycznego, a przy tym masy i wymiarów hełmu, wymusiło zastosowanie specjalnych technologii z zakresu układów elektronicznych (matryca detektorów podczerwieni posiada 384x288 pojedynczych elementów o wymiarze 17 µm), optycznych czy mechanicznych. Do zasadniczych elementów hełmu możemy zaliczyć:

• moduł sterowania i przetwarzania danych - sterujący całością, rejestrujący i przetwarzający dane;
• obiektyw zakresu 8÷12 µm;
• zintegrowany czujnik pomiaru temperatury;
• moduł czujników monitorowania funkcji życiowych (temperatury, tętna) montowany na nadgarstku;
• moduł wyświetlacza – miniaturowy monitor-monokl z wyświetlaczem LED.

Hełm taki został już poddany ocenie przez strażaków z Centralnej Szkoły Państwowej Straży Pożarnej w Częstochowie. Twórcy uzyskali w ten sposób bezpośrednią opinię użytkowników co do kierunku wprowadzenia dalszych zmian i ulepszeń jego konstrukcji. 

I na koniec trochę nietypowe rozwiązanie. W naszym kraju na Wydziale Nowych Technologii i Chemii WAT opracowano też technologie wytwarzania średnio- i długofalowych detektorów pracujących bez chłodzenia kriogenicznego HOT (High Operating Temperature) o krótkiej stałej czasowej (rejestracja impulsów o bardzo krótkim czasie narastania a więc mamy i krótki czas reakcji na sygnał).

Chodzi tu o detektory zdolne do pracy w temperaturze otoczenia a chłodzone za pomocą prostych chłodziarek termoelektrycznych. Detektory HOT charakteryzują się podwyższonymi parametrami funkcjonalnymi i niezawodnością. Opracowano też fotodiodę monolityczną zintegrowaną z mikrosoczewką immersyjną, która spełnia rolę koncentratora optycznego.

Detektory podczerwieni z fotodiodami pracujące bez chłodzenia kriogenicznego opracowane w naszym kraju są już w świecie rozpoznawalne. W PCO instalowane są w wojskowych systemach ostrzegawczych. Można też produkować moduły optoelektroniczne przeznaczone do analizy gazów i materiałów niebezpiecznych, urządzeń antykolizyjnych, lidarów czy urządzeń komunikacji optycznej.

Mamy więc pewne, nowoczesne  rozwiązania i to w obszarach takich jak automatyzacja, robotyka, sterowanie, wykrywanie czy analiza danych - tych, które powoli stają się domeną współczesnych armii i w niedalekiej przyszłości mogą świadczyć o ich sile. Dobrze by było, by tym programom towarzyszył równolegle prowadzony duży program rozwoju broni wysokoenergetycznych, nadzorowany nie tylko przez MON, ale i inne ministerstwa. Pomysły już są, chęci też, natomiast brak jest wyraźnej koordynacji działań i wsparcia finansowego.

MIĘDZYNARODOWY SALON PRZEMYSŁU OBRONNEGO - SERWIS SPECJALNY DEFENCE24.PL