Det gemensamma arbetet mellan bemannade och obemannade system är en effektiv faktor för att öka den amerikanska arméns stridseffektivitet. Utvecklingen pågår inom alla grenar av de väpnade styrkorna lovar en dramatisk kvalitativ förändring i kapacitet. Denna artikel diskuterar några av programmen och nyckelteknologierna inom detta område
Den amerikanska armén var den första som började utveckla konceptet om gemensam drift av bemannade och obemannade system (SRPiBS), för första gången 2007, med ett försök med hjälp av en speciell enhet för att upprätta interaktion mellan obemannade flygbilar (UAV) och helikoptrar. Sedan installerades OSRVT (One System Remote Video Terminal) videoterminaler från Textron Systems (då AAI) på baksidan av UH-60 Black Hawk-helikoptrarna i den amerikanska armén.
Kravet var att 36 helikoptrar skulle få Army Airborne Command and Control System (A2C2S) för att öka nivån på situationsmedvetenhet för helikopterkommandören när man närmar sig landningsområdet. Efter integrationen av A2C2S -systemet började teknik och samarbetsmekanismer gradvis utvecklas.
Även om den inledande utvecklingen av SRPiBS -kapacitet under amerikanernas verksamhet i Irak var installationen av ytterligare utrustning i cockpiten, ersattes detta tillvägagångssätt genom integrering av teknik - genom utvecklingen av SRPiBS 2 -konceptet (möjligheten till interaktion mellan 2: a nivån), som gör det möjligt att visa bilder av utrymmet bakom sittbrunnen på befintliga skärmar. Samtidigt tillåter OSRVT -arkitekturen och delsystemen fullt ut att bevara alla möjligheter att presentera tillgänglig information från sensorerna till piloten.
SRPiBS förmågor har nått en betydande utveckling, och deras betydelse för den amerikanska armén demonstreras av det nuvarande programmet för omorganisation av bataljoner av AN-64 Apache-attackhelikoptrar utrustade med Shadow UAV.
I mars 2015 bytte första bataljonen vid Fort Bliss flagga och blev 3: e skvadron och den första av 10 överfallspaningsenheter som armén var på väg att bilda.
När övergången har slutförts kommer varje stridsflygbrigad inom arméns division att ha en bataljon med 24 Apache-överfallshelikoptrar och ett kompani med 12 MQ-1C Gray Eagle UAV, samt en övervakningspaning med 24 Apache-helikoptrar och 12 Shadow UAV.
De inledande funktionerna gjorde det möjligt för SRPiBS -mekanismerna att nå interaktionsnivå 1 och 2 i enlighet med STANAG 4586 -standarden (indirekt mottagning / överföring av data och metadata till / från UAV och direkt mottagning / överföring av data och metadata till / från UAV, respektive), för närvarande tenderar armén till nivå 3 (kontroll och övervakning av UAV ombordutrustning, men inte sig själv) och på lång sikt syftar till att uppnå nivå 4 (kontroll och övervakning av UAV utom lansering och retur).
Arméns huvuduppgift i processen att upprätta mekanismer för gemensamt arbete är utplacering av RQ-7B Shadow V2 UAV och i synnerhet idrifttagning av dess TCDL (Tactical Common Datalink) gemensamma taktiska dataöverföringskanal. TCDL erbjuder betydande fördelar genom att tillhandahålla ökade nivåer av interoperabilitet och kryptering och flytta trafik från den överbelastade delen av spektrumet till Ku -bandet.
Medan armén är i stånd att kombinera sina Shadow och Gray Eagle UAV med helikoptrar, är det nuvarande fokuset på taktisk luftfart.”Ur denna synvinkel är Shadow ryggraden i interaktionssystemet, och Gray Eagle ökar bara sin förmåga att interagera med andra plattformar. När vi gick från de lägsta till de högsta interaktionsnivåerna fick vi styrka och erfarenhet att gå till nivå 4, säger överste Paul Cravey, chef för Office of Doctrine Development and Combat Training for Unmanned Aircraft Systems.
Armén fasar in Shadow V2 -plattformarna i etapper och kommer att fortsätta att göra det till slutet av 2019, sade Cravey och tillade att "armén utvecklar taktik, metoder och sekvensering och doktrin parallellt med denna utplacering. SRPiBS är fortfarande bara i början av sin resa, men underenheterna börjar inkludera denna taktik i sin stridsträning … en av underenheterna använde alla sina system i en stridsoperation, vilket visar de inledande förmågorna för gemensamt arbete."
Från augusti 2015 till april 2016 distribuerades skvadron 3 till Mellanöstern för att stödja Operations Spartan Shield och Unwavering Determination, vilket gjorde det möjligt att utvärdera samarbetsmekanismen under verkliga förhållanden. Men begränsningar i driften av Apache -helikoptrar tillät inte enheter att använda hela spektrumet av funktioner. Cravey förklarade: "Den här helikopterskvadronen för attacker har utfört många fler oberoende UAV -sorteringar än de har gemensamma operationer med dem … På det här stadiet i verklig strid har vi verkligen inte möjlighet att se hela utbudet av närstrid eller få tillräckligt med erfarenhet av att arbeta tillsammans."
Överste Jeff White, chef för spanings- och överfallsoperationer vid Office of Doctrine Development and Combat Training, sa att betydande ansträngningar gjordes för att lära av de erfarenheter som gjorts och analysera resultaten av arbetet som utförts efter övningarna, samt att utveckla en bekämpa utbildningsplan och infrastruktur för SRPiBS -operationer.
”Ett av de områden där vi arbetar med alla intressenter är utbyggnaden av utbildningsbasen. Möjligheten att lära sig på riktiga plattformar, liksom på virtuella system med individuell och teamträning, sa White. - En del av utbildningen sker på vår Longbow Crew Trainer [LCT] och Universal Mission Simulator [UMS]. Användningen av LCT och UMS är ett viktigt steg i rätt riktning."
Dessa system hjälper till att delvis lösa problemet med att begränsa tillgången till det kombinerade luftrummet och tillgången till "riktiga" plattformar, samt minska utbildningskostnaderna.
Överste Cravey noterade att mycket av utvecklingen av SPS & BS -konceptet fortskrider i linje med förväntningarna och bidrar till att förstärka exakt de funktioner som det var utformat för.”På enhetsnivå genomförs det i enlighet med vad vi har tänkt oss. När möjligheterna att flytta till högre nivåer av interaktion växer kan vi se några nya tekniker som våra killar kan använda. Och för närvarande använder de dem för att göra grundläggande saker som vi tänkt oss."
Även om användningen av inbyggd UAV-utrustning för övervakning, spaning och informationsinsamling är den mest tillgängliga funktionen och kan bli en självklar faktor i den snabba kapacitetsökningen, konstaterade Cravey att det finns en växande medvetenhet bland alla typer av krafter om att annan hårdvara kan ge bredare fördelar.”Det finns en stor efterfrågan på krig med användning av elektroniska / radiotekniska medel och målbeteckning med hjälp av UAV -plattformar, vilket gör att vi kan utveckla mekanismer för gemensamma åtgärder för bemannade och obemannade system. Vi lanserar en UAV som detekterar radiofrekvenssignaler från fiendens positioner och överför dem direkt till Apache -helikoptrar, som sedan räknar ut dessa positioner."
Som White noterade blir potentialen för att använda SRPiBS: s kapacitet, förutom de redan befintliga systemen, allt mer erkännande i andra typer av väpnade styrkor.”Ett av de områden som vi vill fokusera på är kombinerade vapenstridsoperationer baserade på markstyrkor. Men kanske kan sfären, vars kontinuerliga expansion vi observerar, verka ganska oväntad - gemensamma kombinerade vapenåtgärder … det vill säga gemensamt arbete, inte bara med användning av endast arméstyrkor och medel, utan också med inblandning av gemensamma krafter och medel. Vi strävar efter att utarbeta denna riktning för att öka effektiviteten för alla grenar och grenar av de väpnade styrkorna."
Nyckeln till att förbättra SRPiBS är också förbättringen av Shadow V2 -plattformen, varav ett antal redan har distribuerats eller planeras distribueras.
"Den mest synliga förbättringen som redan implementerats på Shadow-plattformen är högupplöst avionik", säger Cravey. "Detta hjälper till att lösa Shadows största problem - starka akustiska signaturer för plattformssynlighet."
Cravy förklarade att Shadow V2 UAV: s utrustning ombord inkluderar L-3 Wescam MX-10 optisk spaningsstation, som tar högupplösta foto- och videoinspelningar, vilket gör att drönaren kan arbeta på ett större avstånd från mål, medan nivån av maskeringsbrus.
Vidareutveckling av V2 -flygplanet syftar till möjligheten att upprätta kommunikation med hjälp av Voice over Internet Protocol (röst över Internet -protokollet) och vidarebefordran via programmerbara VHF -radiostationer JTRS. För speciella uppgifter är Shadow V2 UAV också utrustad med IMSAR syntetisk bländarradar.
Kraftverket är fortfarande en flaskhals för Shadow UAV, och därför planeras ytterligare uppgraderingar tillsammans med åtgärder som syftar till att öka motståndskraften mot väderförhållanden, vilket gör att enheten kan fungera under samma förhållanden som Apache -helikoptern.
Bill Irby, chef för obemannade system på Textron Systems, sa att version 3-programvara för Shadow för närvarande rullas ut, med version 4 planerad för mitten av 2017.
”Vi har utvecklat en mycket hård plan för implementering av programvara med armén, tidigare har unika individuella förbättringar och uppdateringar implementerats när de var redo. Det vi gjorde var att utveckla ett strikt system för att lägga till flera ändringar samtidigt, förklarade Irbi.
”Systemet kan för närvarande köra programvaruversion 3 på Interop Level 2 så att Apache -helikopterpiloter utan dröjsmål kan ta emot bilder och data i sitt cockpit direkt från UAV, de kan se mål i realtid. Implementeringen av programvaran i mitten av 2017 kommer att göra det möjligt för oss att nå interaktionsnivåer 3/4, vilket gör att piloter kan styra kameran på UAV, tilldela nya waypoints för den att följa, ändra dess flygväg och också ge bättre synlighet när man utför spaningsuppgifter”, tillade han.
Enligt Irby kommer Shadow drones också att kunna arbeta tillsammans med andra plattformar i ett bredare stridsutrymme.”Eftersom funktionerna hos SRPiBS och dataöverföringskanalen för drönaren är digitala och har utmärkt kompatibilitet kan alla system som är kompatibla med STANAG 4586 -standarden integreras i Shadow UAV. Detta innebär att vi kan upprätta kommunikation med hjälp av SRPiBS -mekanismen och teknik med rörliga pansarfordon, flygplan och bemannade och obemannade ytfartyg."
Irby sa att företaget har utvecklat koncept som länkar CUSV (Common Unmanned Surface Vessel) automatiska ytfordon till Shadow UAV, vilket utökar plattformens räckvidd för en rad offshore -uppdrag. Han noterade också att M2 -varianten av Shadow drone kommer att ha en TCDL -datalänk som standard och kommer att kunna SRPiBS från början.
Utanför USA har andra Shadow drone -operatörer uttryckt intresse för SRSA: s kapacitet, sade Irby, inklusive Australien, Italien och Sverige.
Förbättring av markkontrollkomponenterna bör utöka användarutbudet av SRP & BS -mekanismerna. Det övergripande skalbara gränssnittet, som kommer att bli en av grunden för den professionella tillväxten för US Army UAV -operatören, kommer att se mer ut som en "applikation" än någon specifik utrustning. Operatörer kommer att kunna ansluta till vilket styrsystem de vill använda, och beroende på kraven i stridsuppdraget kommer de att ha olika nivåer av kontroll över plattformen de arbetar med. Till exempel, om infanteriet utplacerat i front arbetar via detta gränssnitt, då kommer de bara att få grundläggande åtkomst och kontroll över utrustningen ombord på en liten UAV för att öka sin kommandonivå över situationen på nära håll, medan artillerienheter eller helikopterbesättningar kommer att kunna ha en högre kontrollnivå för flygplanet och dess system ombord.
OSRVT-terminaltekniken går också framåt och den nyligen utvecklade Increment II har ett nytt gränssnitt mellan människa och maskin och förbättrad funktionalitet.
OSRVT Increment II är ett dubbelriktat system med förbättrade funktioner som Textron Systems kallar Interoperability Level 3+. Systemet tillåter soldater på slagfältet att styra utrustningen för drönaren, de kommer att kunna ange intressanta områden och erbjuda en flygväg till UAV -operatörer.
Uppdateringen innehåller ny hårdvara och mjukvara, inklusive en dubbelriktad antenn och kraftfullare radioapparater. Den nya HMI kommer i form av en pekskärm Toughbook laptop.
För det amerikanska försvarsdepartementet och en annan kund körs nu programvaran på Android. Bilder och data från Increment II -systemet kan också distribueras mellan noder i ett nätverk, även om detta inte är en del av den amerikanska militärens planer. Den australiensiska militären avser att implementera en dubbelriktad OSRVT-terminal på sina skuggplattformar.
Överste Cravey noterade också att laddning av ny programvara i systemet ger operatörer en nivå 3 -interaktion.
Förbättrad SRPiBS
Den amerikanska armén utvärderar för närvarande de så kallade kapaciteterna hos SRPiBS-X, som de tror kommer att tillåta AN-64E Apache Guardian-helikoptern att arbeta tillsammans inte bara med sina skugg- och gråörn UAV, utan också med alla kompatibla UAV drivs av flygvapnet, marinen och av marinkåren.
SRPiBS-X kommer att stödja Layer 4-interaktion med flygplan utrustade med kommunikationskanaler för C-, L- och S-banden. 2019 år. I januari slutfördes testning under verkliga förhållanden av SRPiBS-X-konceptet och en rapport publicerades baserat på deras resultat.
Den mest ambitiösa utvecklingen av den amerikanska armén inom SRPiBS-teknik utlovar kapacitet till viss del ännu mer avancerad i jämförelse med funktionerna i SRPiBS-X-konceptet.
Programmet Synergistic Unmanned Manned Intelligent Teaming (SUMIT) för synergistiskt intelligent samarbete mellan bemannade och obemannade system hanteras av US Army Aviation and Missile Research Center. Programmet syftar till att utveckla sådana förmågor som till exempel operatörens förmåga att styra och koordinera flera drönare samtidigt för att öka det säkra avståndet (utan att behöva gå in i fiendens luftvärnszon) och öka överlevnadsförmågan hos bemannade flygplan. Dessutom kommer det gemensamma arbetet med olika system i framtiden att bli en av faktorerna för att öka stridsförmågan.
SUMIT-programmet syftar till att bedöma effekterna av den uppnådda nivån av autonomi, beslutsverktyg och teknik i gränssnittet mellan människa och maskin på mekanismerna i SRPS. Flerstegsarbetet börjar med utvecklingen av speciella simuleringssystem, som kommer att följas av en oberoende bedömning av systemen med hjälp av simuleringar, och eventuellt demoflygningar under de följande åren. Erfarenheterna från SUMIT -programmet förväntas hjälpa till att bestämma tidpunkten och behoven som är förknippade med implementeringen av de autonoma och teamwork -koncepten i Future Vertical Lift -projektet.
År 2014 tecknade den amerikanska armén ett kontrakt med Kutta Technologies (nu en division av Sierra Nevada Corporation) för att utveckla en flyginformationskomponent för SUIVIIT -programmet. Företaget utnyttjar också sin expertis här i utvecklingen av den utbredda Bi -Directional Remote Video Terminal (BDRVT - en förbättrad version av OSRVT) och ett kontrollpaket för ARMS, utvecklat i samarbete med Office of Applied Aviation Technology.
Ett uppdragssystem för SUIVIIT gör att piloten kan flyga sina egna flygplan eller helikopter, se vilka drönare som finns tillgängliga, välja de som behövs och gruppera dem med en intelligent typ av interaktion som tillhandahålls av kognitiva beslutsfattande hjälpmedel.
SRPiBS -styrsatsen stöder redan Interoperability Level 4 och har ett pekskärmsgränssnitt. Systemet tillåter operatören att minimera mängden information som han matat in för att utföra en uppgift till plattformen, processen implementeras genom metoder (beröring, gest, huvudposition).
Avancerade kontrollfunktioner gör det möjligt för piloten att använda sin pekskärmsdisplay för att beordra drönarens sensor att fånga och spåra ett objekt eller övervaka en del av en väg med en indikation på dess start- och slutpunkter. Sedan ställer systemet in parametrarna för UAV -flygningen och kontrollen av dess system för att erhålla nödvändig information som ett resultat. Kutta Technologies tillkännagav också utvecklingen av funktioner för röst, huvudrörelse och gestkontroll.
Loyal Wingman -programmet
Trots att armén redan använder en del av SRPiBS: s kapacitet i verklig operation vill det amerikanska flygvapnet utveckla ett mer avancerat samarbetsbegrepp för sina plattformar, vilket kommer att inkludera högre nivåer av autonomi för den obemannade komponenten (i för att utföra de avsedda typerna av stridsuppdrag) och kommer att kräva avancerade drönare för att uppfylla de uppsatta målen. Chefen för Loyal Wingman -programmet är US Air Force Research Laboratory (AFRL).
"Vi fokuserar vårt program på att skapa inbyggd programvara och algoritmer som gör att systemet kan bestämma hur man flyger och vad som måste göras för att uppnå ett uppdrag", säger Chris Kearns, AFRL -programchef för autonoma system.
Kearns sa att förutom att bedöma den teknik som behövs för att flyga, undersöker de också vad som krävs för att flyga säkert i delat luftrum och utföra uppgifter på egen hand.”Hur drönaren kan ändra rutten under flygningen för att slutföra sin uppgift och hur den förstår var den befinner sig i det fysiska rummet, samt i vilket skede av sin uppgift det är. Låt oss lösa dessa frågor, och det kommer att bli ett oersättligt inslag i militära operationer."
Kerne noterade dock samtidigt att flygplanet kommer att fungera inom gränserna för det utsedda uppdraget.”Detta uppdrag är det som föreskrivs för honom och inget mer. Det är flygvapnets befälhavares ansvar att sätta gränserna för att förstå drönaren, det vill säga vad det är, vad som är tillåtet och vad som inte får göra det.”
Kearns pratade om sitt labbs algoritmiska aktiviteter, inklusive rekrytering av F-16-krigare som flyglaboratorier, där vanliga piloter flög tillsammans med piloter från flygskolan. "Vi utförde flera testflygningar för att visa vår förmåga att integrera programvarealgoritmer i ett flygplan och visa att vi vet hur vi ska flyga och hur vi kan hålla ett säkert avstånd i formation med ett annat flygplan", förklarade hon. - Vi tog av två F-16-krigare, en av dem som styrdes av piloten, och den andra med piloten bara som ett skyddsnät. Det bevingade flygplanet styrdes av algoritmer, på grund av vilket det kunde manövrera i olika stridsformationer. Vid lämpligt tillfälle gav piloten för den första F-16-jägaren kommandot till den andra för att utföra den uppgift som tidigare laddats i omborddatorn. Piloten var tvungen att övervaka systemens korrekthet, men i själva verket var hans händer fria och han kunde bara njuta av flyget."
”Att göra detta på kommandonivå är ett kritiskt steg som visar vår förmåga att flyga säkert; det vill säga att vi kan lägga till mer avancerade logik och kognitiva verktyg för att hjälpa oss att "göra känsla" av miljön och förstå hur vi kan anpassa oss till förändringar under flygning."
Kearns redogjorde för planerna för programmets första fas, som kommer att visa flygplanets förmåga att flyga säkert innan han påbörjar studiet av högre autonomi. Loyal Wingman -programmet kommer att hjälpa flygvapnet att förstå de potentiella utmaningar som de kan tillämpa teknik på. En form av stridsanvändning för Loyal Wingman kan vara användningen av ett obemannat flygplan som det Kearns kallar en "bombbil".”Det obemannade slavflygplanet kommer att kunna leverera vapen till målet som identifierats av huvudpiloten. Detta är anledningen till utvecklingen av en samarbetsmekanism - människor som fattar beslut är på säkert avstånd och obemannade fordon slår till."
AFRL: s Loyal Wingman Request for Information har identifierat kraven för en teknik som når sina mål, som måste integreras i en eller två utbytbara enheter som kan distribueras mellan flygplan efter behov. En demonstration som är bevisad för konceptet är för närvarande planerad till 2022, när det kombinerade laget kommer att simulera strejker mot markmål i det omtvistade utrymmet.
Gremlins program
Det är inte förvånande att utvecklingen av teknik och koncept för SRPiBS inte gick förbi American Defense Advanced Research Projects Agency DARPA, som, som en del av sitt Gremlins -program, testar begreppen små UAV som kan starta från en luftburen plattform och återkommer till det.
Gremlins-programmet, som först tillkännagavs av DARPA 2015, undersöker möjligheten till en säker och pålitlig lansering från en flygplattform och återvändande av en "flock" UAV: er som kan bära och returnera olika spridda nyttolaster (27, 2-54, 4 kg) i "massmängder" … Konceptet föreskriver lansering av en flock med 20 obemannade fordon från militära transportflygplanet C-130, som var och en kan flyga till ett visst område på 300 nautiska mil, patrullera där i en timme och återvända till flygningen C-130 och "docka" till den. Den beräknade kostnaden för Gremlin UAV med släpp av 1000 enheter är cirka $ 700 000, exklusive lasten ombord. För närvarande planeras 20 lanseringar och returer för en drönare.
Fyra företag, Lockheed Martin, General Atomics, Kratos och Dynetics, tilldelades fas 1 -kontrakt i mars 2016. I enlighet med dessa kontrakt kommer de att utforma systemarkitekturen och analysera designen för att utveckla ett konceptuellt system, analysera lanserings- och returmetoder, förfina arbetskoncept och designa demosystemet och planera för möjliga nästa steg.
DARPA planerar att utfärda fas 2 -kontrakt under första halvåret 2017, var och en värd 20 miljoner dollar. Efter en preliminär designgranskning som planeras för mitten av 2018 planerar DARPA att välja en vinnare och tilldela ett fas 3-kontrakt på 35 miljoner dollar. Allt ska sluta med en testflygning 2020.
Huvuduppgiften för Gremlin UAV är att fungera som plattformar för spaning och insamling av information på ett stort avstånd, och därmed befria bemannade fordon eller dyrare drönare från behovet av att utföra riskfyllda uppgifter. För att utöka sina möjligheter kommer drönare att kunna arbeta i ett enda nätverk, och i slutändan kommer Gremlin UAV att kunna lansera andra bemannade flygbilar.
Hög autonomi
Kerns noterade att Loyal Wingman har en robust simulerings- och modelleringskomponent.”Eftersom vi utvecklar dessa algoritmer med en högre logiknivå kan modellering, inklusive simulering, testa dem. Våra planer är att testa mjukvaran i kontrollslingan, integrera algoritmerna i plattformen som ska flyga, testa den med den i kontrollslingan på marken innan du går ut med den och skickar den flygande. Det vill säga, efter simuleringen kommer vi att få testdata som visar systemets prestanda, liksom de brister som ska elimineras."
Operatörer ingår i den kombinerade gruppen bemannade och obemannade system och deras kommentarer och förslag, det vill säga regelbunden feedback, är oerhört viktiga under utvecklingen. Att utvärdera den kognitiva och fysiska belastningen på piloten och ta itu med eventuella relaterade frågor är också mycket viktigt, förklarade Kearns. "När vi pratar om ett team av bemannade och obemannade system som arbetar tillsammans, ligger tyngdpunkten verkligen på att arbeta tillsammans … hur man stärker den gruppen."
SRPS-konceptet har potential att radikalt ändra kapacitet på slagfältet, men om detta ska gå utöver att bara ta emot data från en sensor, vilket redan har visats under verkliga förhållanden, är det mycket viktigt att öka autonomins nivå.
Att styra ett flygplan är en ganska svår uppgift även utan ytterligare flygkontrollfunktioner och utrustning ombord på de drönare som är kopplade till det. Om arbetet med stora grupper av UAV blir verklighet, kommer en högre nivå av autonomi att krävas, medan den kognitiva belastningen under UAV -operation bör hållas på ett minimum. Den ytterligare förstärkningen av ESS & BS: s kapacitet beror också till stor del på pilotgemenskapens åsikt, vilket kan vara negativt om ansvaret för kontrollen över UAV: er påverkar deras arbete negativt.
Militären måste avgöra var förmågan hos bemannade och obemannade system att samarbeta bäst kan tillämpas. Oundvikligen är utvecklingen av teknik som syftar till att säkerställa att piloten i flygplanet fullt ut kan styra hans drönare. Men bara för att det kan uppnås behöver det inte nödvändigtvis betyda att sådan kapacitet bör antas.
