Bekämpa multifunktionellt robotkomplex "Uran-9"
En titt på teknik, utveckling, aktuella situationer och utsikterna för landmobilrobotsystem (SMRK)
Utvecklingen av nya operativa doktriner, särskilt för urbana krigföring och asymmetriska konflikter, kommer att kräva nya system och teknik för att minska dödsoffer bland militärer och civila. Detta kan realiseras genom utvecklingen inom området SMRK, användning av avancerad teknik för observation och insamling av information, samt spaning och måldetektering, skydd och strejk med hög precision. SMRK, liksom deras flygande motsvarigheter, har på grund av den utbredda användningen av ultramodern robotteknik ingen mänsklig operatör ombord.
Dessa system är också oumbärliga för drift i en förorenad miljö eller för att utföra andra "dumma, smutsiga och farliga" uppgifter. Behovet av utveckling av avancerat SMRK är förknippat med behovet av att använda obemannade system för direkt stöd på slagfältet. Enligt vissa militära experter kommer obebodda fordon, vars autonomin gradvis kommer att ökas, att bli en av de viktigaste taktiska elementen i strukturen för moderna markstyrkor.
Ett robotkomplex baserat på det pansarfordonet TERRAMAX M-ATV leder en kolumn med obemannade fordon
Operativa behov och utveckling av SMRK
I slutet av 2003 utfärdade USA: s centralkommando brådskande, brådskande förfrågningar om system för att motverka hotet från improviserade explosiva enheter (IED). Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) har tagit fram en plan som snabbt kan ge betydande kapacitetsökningar genom användning av små robotmaskiner. Med tiden har denna teknik utvecklats, fler system har distribuerats och användare har fått avancerade prototyper för utvärdering. Som ett resultat har det skett en ökning av antalet militärer och enheter som är inblandade inom intern säkerhet, som har lärt sig att använda avancerade robotsystem.
Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) forskar för närvarande på robotteknologi inom maskininlärning och bygger vidare på utvecklingen inom artificiell intelligens och bildigenkänning. Alla dessa tekniker, utvecklade under UPI (Unmanned Perception Integration) -programmet, kan ge en bättre förståelse av miljö / terräng för ett fordon med god rörlighet. Resultatet av denna forskning var en maskin som kallades CRUSHER, som inledde operativ utvärdering redan 2009; sedan den tiden har flera prototyper gjorts.
MPRS-programmet (Man-Portable Robotic System) fokuserar för närvarande på utvecklingen av autonoma navigations- och kollisionsundvikande system för små robotar. Det identifierar, studerar och optimerar också teknik som utvecklats för att öka autonomi och funktionalitet för robotsystem. RACS -programmet (Robotic for Agile Combat Support) utvecklar olika robottekniker för att möta nuvarande hot och operativa krav, samt framtida behov och kapacitet. RACS -programmet utvecklar och integrerar också automationsteknik för olika stridsuppdrag och olika plattformar, baserat på konceptet med en gemensam arkitektur och sådana grundläggande egenskaper som rörlighet, hastighet, kontroll och interaktion mellan flera maskiner.
Robots deltagande i moderna stridsoperationer gör att de väpnade styrkorna kan få ovärderlig erfarenhet av sin operation. Flera intressanta områden har dykt upp när det gäller användning av obemannade flygbilar (UAV) och SMRK i en operativteater, och militära planerare tänker noggrant studera dem, inklusive den allmänna hanteringen av flera plattformar, utveckling av utbytbara system ombord som kan installeras både på UAV och på SMRK i syfte att utöka den globala kapaciteten, liksom ny teknik för lovande bekämpande obebodda system.
Enligt experimentprogrammet ARCD (Active Range Clearance Developments) kommer det så kallade scenariot att "säkerställa zonens säkerhet med automatiska medel" att utvecklas, där flera SMRK kommer att arbeta tillsammans med flera UAV: er. Dessutom kommer en utvärdering av tekniska lösningar avseende användning av radarstationer på obemannade plattformar, en utvärdering av integrationen av kontroll- och övervakningssystem och systemens övergripande effektivitet att genomföras. Som en del av ARCD -programmet planerar det amerikanska flygvapnet att utveckla teknik som är nödvändig för att öka effektiviteten i gemensamma insatser för SMRK och UAV (både flygplan och helikoptersystem), liksom algoritmer för "sömlös" drift av sensorer för alla inblandade plattformar, utbyte av navigationsdata och data om vissa hinder.
Intern layout av mekaniska, elektriska och elektroniska komponenter SMRK SPINNER
American Army Research Laboratory ARL (Army Research Laboratory) genomför experiment som en del av sina forskningsprogram för att bedöma teknikens mognad. Till exempel genomför ARL experiment som utvärderar förmågan hos en helt autonom SMRK att upptäcka och undvika att röra bilar och människor i rörelse. Dessutom forskar den amerikanska marinens rymd- och marinvapencenter om ny robotteknologi och relaterade viktiga tekniska lösningar, inklusive autonom kartläggning, hinderundvikande, avancerade kommunikationssystem och gemensamma SMRK- och UAV -uppdrag.
Alla dessa experiment med samtidig deltagande av flera mark- och luftplattformar utförs under realistiska yttre förhållanden, kännetecknade av komplex terräng och en uppsättning realistiska uppgifter under vilka kapaciteten hos alla komponenter och system utvärderas. Som en del av dessa pilotprogram (och den tillhörande teknikstrategin) för utveckling av avancerade SMRC har följande riktlinjer identifierats för att maximera avkastningen på framtida investeringar:
- teknikutveckling kommer att ge en teknisk grund för delsystem och komponenter och lämplig integration i SMRK -prototyper för prestandatestning.
- ledande företag inom detta område kommer att utveckla avancerad teknik som är nödvändig för att utöka omfattningen av robotisering, till exempel genom att öka SMRK: s räckvidd och öka utbudet av kommunikationskanaler. och
- Riskminskningsprogrammet kommer att säkerställa utvecklingen av avancerad teknik för ett specifikt system och kommer att göra det möjligt att övervinna vissa tekniska problem.
Tack vare utvecklingen av denna teknik är SMRK potentiellt kapabla att ge ett revolutionerande steg framåt på det militära området, deras användning kommer att minska mänskliga förluster och öka stridseffektiviteten. För att uppnå detta måste de dock kunna arbeta självständigt, inklusive att utföra komplexa uppgifter.
Ett exempel på en beväpnad SMRK. AVANTGUARD från det israeliska företaget G-NIUS Unmanned Ground Systems
Avancerat modulärt robotsystem MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), beväpnat med ett maskingevär och granatkastare
Utvecklad av NASA SMRK GROVER på snöig terräng
Tekniska krav för avancerad SMRK
Avancerade SMRK är konstruerade och utvecklade för militära uppdrag och fungerar främst under farliga förhållanden. Idag tillhandahåller många länder forskning och utveckling inom området robotlösa obemannade system, som i de flesta fall kan fungera i ojämn terräng. Moderna SMRK kan skicka videosignaler till operatören, information om hinder, mål och andra variabler som är intressanta ur taktisk synvinkel, eller, när det gäller de mest avancerade systemen, fatta helt oberoende beslut. Faktum är att dessa system kan vara semi-autonoma när navigationsdata används tillsammans med inbyggda sensordata och fjärroperatörskommandon för att bestämma rutten. Ett helt autonomt fordon bestämmer själv sin kurs genom att bara använda inbyggda sensorer för att utveckla en rutt, men samtidigt har operatören alltid möjlighet att fatta nödvändiga specifika beslut och ta kontroll i kritiska situationer eller vid skada till maskinen.
Idag kan moderna SMRK snabbt upptäcka, identifiera, lokalisera och neutralisera många typer av hot, inklusive fiendens aktivitet vid strålningsförhållanden, kemisk eller biologisk kontaminering på olika typer av terräng. Vid utvecklingen av moderna SMRK är huvudproblemet att skapa en funktionellt effektiv design. Viktiga punkter inkluderar mekanisk design, en serie inbyggda sensorer och navigationssystem, interaktion mellan människa och robot, mobilitet, kommunikation och ström / energiförbrukning.
Krav på robot-människa-interaktion inkluderar mycket komplexa gränssnitt mellan människa-maskin och därför måste multimodala tekniska lösningar utvecklas för säkra och vänliga gränssnitt. Modern teknik för robot-människa-interaktion är mycket komplex och kommer att kräva många tester och utvärderingar under realistiska driftsförhållanden för att uppnå god tillförlitlighet, både i människa-robot-interaktion och i robot-robot-interaktion.
Armed SMRK utvecklat av det estniska företaget MILREM
Designernas mål är en framgångsrik utveckling av en SMRK som kan utföra sin uppgift dag och natt på svår terräng. För att uppnå maximal effektivitet i varje specifik situation, bör SMRK kunna röra sig på alla typer av terräng med hinder i hög hastighet, med hög manövrerbarhet och snabbt ändra riktning utan en betydande hastighetsminskning. Rörlighetsrelaterade designparametrar inkluderar också kinematiska egenskaper (främst förmågan att behålla kontakten med marken under alla förhållanden). SMRK har, förutom fördelen att det inte har de begränsningar som finns hos människor, också nackdelen med behovet av att integrera komplexa mekanismer som kan ersätta mänskliga rörelser. Designkraven för körprestanda måste integreras med sensingteknik samt sensor- och mjukvaruutveckling för att få god rörlighet och möjligheten att undvika olika typer av hinder.
Ett av de extremt viktiga kraven för hög rörlighet är förmågan att använda information om den naturliga miljön (stigningar, vegetation, stenar eller vatten), konstgjorda föremål (broar, vägar eller byggnader), väder och fiendens hinder (minfält eller hinder). I detta fall blir det möjligt att bestämma sina egna positioner och fiendens positioner, och genom att tillämpa en betydande förändring i hastighet och riktning ökar SMRK: s chanser att överleva under fiendens eld avsevärt. Sådana tekniska egenskaper gör det möjligt att utveckla beväpnad rekognosering SMRK som kan utföra spanings-, observations- och målförvärvningsuppgifter, branduppdrag i närvaro av ett komplex av vapen och även kunna upptäcka hot för självförsvar (gruvor, fiendens vapensystem), etc.).
Alla dessa stridsförmågor måste implementeras i realtid för att undvika hot och neutralisera fienden, antingen med egna vapen eller kommunikationskanaler med fjärrvapensystem. Hög rörlighet och förmågan att lokalisera och spåra fiendens mål och aktivitet under svåra stridsförhållanden är oerhört viktigt. Detta kräver utveckling av intelligent SMRK som kan spåra fiendens aktivitet i realtid på grund av de inbyggda komplexa algoritmerna för att känna igen rörelser.
Avancerade funktioner, inklusive sensorer, algoritmer för datafusion, proaktiv visualisering och databehandling, är viktiga och kräver en modern maskin- och mjukvaruarkitektur. När du utför en uppgift i moderna SMRK används GPS -systemet, en tröghetsmätningsenhet och ett tröghetsnavigationssystem för att uppskatta platsen.
Med hjälp av navigationsdata som erhållits tack vare dessa system kan SMRK självständigt flytta i enlighet med kommandona i det inbyggda programmet eller fjärrkontrollsystemet. Samtidigt kan SMRK skicka navigationsdata till en fjärrkontrollstation med korta intervall så att operatören vet om sin exakta plats. Helt autonoma SMRK kan planera sina handlingar, och för detta är det absolut nödvändigt att utveckla en rutt som utesluter kollisioner, samtidigt som man minimerar sådana grundläggande parametrar som tid, energi och avstånd. En navigationsdator och en dator med information kan användas för att plotta den optimala rutten och korrigera den (laseravståndsmätare och ultraljudssensorer kan användas för att effektivt upptäcka hinder).
Komponenter av en prototyp beväpnad SMRK utvecklad av indiska studenter
Design av navigations- och kommunikationssystem
Ett annat viktigt problem i utvecklingen av ett effektivt SMRK är utformningen av navigations- / kommunikationssystemet. Digitalkameror och sensorer installeras för visuell återkoppling, medan infraröda system är installerade för nattdrift; operatören kan se videobilden på sin dator och skicka några grundläggande navigeringskommandon till SMRK (höger / vänster, stopp, framåt) för att korrigera navigeringssignalerna.
När det gäller helt autonomt SMRK är visualiseringssystem integrerade med navigationssystem baserade på digitala kartor och GPS -data. För att skapa en helt autonom SMRK, för grundläggande funktioner som navigering, kommer det att vara nödvändigt att integrera system för uppfattning av yttre förhållanden, ruttplanering och en kommunikationskanal.
Medan integrationen av navigationssystem för enstaka SMRK är i ett avancerat skede, är utvecklingen av algoritmer för att planera samtidig drift av flera SMRK och gemensamma uppgifter för SMRK och UAV i ett tidigt skede, eftersom det är mycket svårt att upprätta kommunikationsinteraktion mellan flera robotsystem samtidigt. De pågående experimenten hjälper till att avgöra vilka frekvenser och frekvensområden som behövs och hur kraven kommer att variera för en viss applikation. När dessa egenskaper är fastställda kommer det att vara möjligt att utveckla avancerade funktioner och programvara för flera robotmaskiner.
Obemannad K-MAX-helikopter transporterar SMSS (Squad Mission Support System) robotfordon under autonomitester; medan piloten var i K-MAX cockpit, men inte kontrollerade den
Kommunikationsmedel är mycket viktiga för SMRK: s funktion, men trådlösa lösningar har ganska betydande nackdelar, eftersom den etablerade kommunikationen kan gå förlorad på grund av störningar i samband med terrängen, hinder eller aktiviteten i fiendens elektroniska undertryckningssystem. Den senaste utvecklingen inom maskin-till-maskin-kommunikationssystem är mycket intressant, och tack vare denna forskning kan prisvärd och effektiv utrustning för kommunikation mellan robotplattformar skapas. Standarden för särskild kortdistanskommunikation DRSC (Dedicated Short-Distance Communication) kommer att tillämpas under verkliga förhållanden för kommunikation mellan SMRK och mellan SMRK och UAV. Mycket uppmärksamhet ägnas för närvarande åt att säkerställa kommunikationssäkerheten i nätverkscentrerad verksamhet och därför bör framtida projekt inom bemannade och obebodda system baseras på avancerade lösningar som överensstämmer med gemensamma gränssnittsnormer.
Idag uppfylls kraven för kortsiktiga, lågeffektsuppgifter till stor del, men det finns problem med plattformar som utför långsiktiga uppgifter med hög strömförbrukning, särskilt en av de mest angelägna frågorna är videostreaming.
Bränsle
Alternativen för energikällor beror på typen av system: för små SMRK kan energikällan vara ett avancerat laddningsbart batteri, men för större SMRK kan konventionellt bränsle generera den nödvändiga energin, vilket gör det möjligt att genomföra ett schema med en elektrisk motorgenerator eller en ny generation hybrid elektrisk framdrivningssystem. De mest uppenbara faktorerna som påverkar energiförsörjningen är miljöförhållanden, maskinvikt och dimensioner och tid för utförande av uppgifter. I vissa fall måste strömförsörjningssystemet bestå av ett bränslesystem som huvudkälla och ett laddningsbart batteri (minskad synlighet). Valet av lämplig energityp beror på alla faktorer som påverkar uppgifternas utförande, och energikällan måste tillhandahålla den nödvändiga rörligheten, oavbruten drift av kommunikationssystemet, sensorset och vapenkomplex (om sådana finns).
Dessutom är det nödvändigt att lösa tekniska problem i samband med rörlighet på svår terräng, uppfattningen av hinder och självkorrigering av felaktiga handlingar. Som en del av moderna projekt har nya avancerade robottekniker utvecklats avseende integrering av inbyggda sensorer och databehandling, ruttval och navigering, upptäckt, klassificering och undvikande av hinder, samt eliminering av fel i samband med förlust av kommunikation och plattformsdestabilisering. Autonom terrängnavigering kräver att fordonet skiljer terrängen, som inkluderar 3D-orografi över terrängen (terrängbeskrivning) och identifiering av hinder som stenar, träd, stillastående vattenmassor etc. Den allmänna kapaciteten ökar ständigt och idag kan vi redan tala om en tillräckligt hög definition av terrängbilden, men bara på dagtid och i bra väder, men robotplattformars kapacitet i ett okänt utrymme och i dåligt väder villkoren är fortfarande otillräckliga. I detta avseende genomför DARPA flera experimentella program, där robotplattformars kapacitet testas i okänd terräng, i alla väder, dag och natt. DARPA-programmet, kallat Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence), forskar om intelligent beslutsfattande och andra avancerade tekniska lösningar för autonoma system för specifika applikationer i avancerade robotsystem, samt utvecklar autonoma multirobotiska inlärningsalgoritmer för att utföra gemensamma uppgifter, vilket gör att grupper av robotar automatiskt kan bearbeta nya uppgifter och omfördela roller sinsemellan.
Som redan nämnts bestämmer driftsförhållandena och typen av uppgift utformningen av en modern SMRK, som är en mobil plattform med strömförsörjning, sensorer, datorer och mjukvaruarkitektur för perception, navigation, kommunikation, lärande / anpassning, interaktion mellan en robot och en person. I framtiden kommer de att vara mer multilaterala, kommer att ha en ökad nivå av enighet och interaktion, och kommer också att vara mer effektiva ur ekonomisk synvinkel. Av särskilt intresse är system med modulära nyttolaster, som gör att maskinerna kan anpassas för olika uppgifter. Under det närmaste decenniet kommer robotfordon baserade på öppen arkitektur att bli tillgängliga för taktiska operationer och skydd av baser och annan infrastruktur. De kommer att kännetecknas av en betydande nivå av enhetlighet och autonomi, hög rörlighet och modulära system ombord.
SMRK -tekniken för militära applikationer utvecklas snabbt, vilket gör att många väpnade styrkor kan ta bort soldater från farliga uppgifter, inklusive att upptäcka och förstöra IED, spaning, skydda sina styrkor, bryta ner och mycket mer. Till exempel har konceptet med amerikanska arméns brigadstridsgrupper genom avancerade datasimuleringar, stridsträning och verklig stridserfarenhet visat att robotfordon har förbättrat överlevnadsförmågan hos bemannade markfordon och avsevärt förbättrat stridseffektiviteten. Utvecklingen av lovande teknik, såsom rörlighet, autonomi, utrustning med vapen, gränssnitt mellan människa-maskin, artificiell intelligens för robotsystem, integration med andra SMRK och bemannade system, kommer att ge en ökning av förmågan hos obebodda marksystem och deras nivå av autonomi.
Ryskt slagverk robotkomplex Platform-M utvecklat av NITI "Progress"
