Боен многофункционален роботизиран комплекс "Уран-9"
Поглед към технологиите, развитието, текущото състояние и перспективите на наземните мобилни роботизирани системи (SMRK)
Разработването на нови оперативни доктрини, особено за градска война и асиметрични конфликти, ще изисква нови системи и технологии за намаляване на жертвите сред военните и цивилните. Това може да бъде постигнато чрез разработки в областта на SMRK, използването на съвременни технологии за наблюдение и събиране на информация, както и за разузнаване и откриване на цели, защита и високоточен удар. SMRK, подобно на техните летящи колеги, поради широкото използване на свръхмодерни роботизирани технологии, нямат човешки оператор на борда.
Тези системи също са незаменими за работа в замърсена среда или за изпълнение на други „тъпи, мръсни и опасни“задачи. Необходимостта от разработване на усъвършенствана SMRK е свързана с необходимостта от използване на безпилотни системи за директна поддръжка на бойното поле. Според някои военни експерти необитаемите превозни средства, чието ниво на автономност постепенно ще се повишава, ще се превърнат в един от най -важните тактически елементи в структурата на съвременните сухопътни сили.
Роботизиран комплекс, базиран на бронирана машина TERRAMAX M-ATV, води колона безпилотни превозни средства
Оперативни нужди и развитие на SMRK
В края на 2003 г. Централното командване на САЩ изпрати спешни, спешни искания за системи за противодействие на заплахата от импровизирани взривни устройства (IED). Съвместното наземно предприятие по роботика (JGRE) излезе с план, който може бързо да осигури значително увеличаване на възможностите чрез използването на малки роботизирани машини. С течение на времето тези технологии се развиха, бяха внедрени повече системи и потребителите получиха усъвършенствани прототипи за оценка. В резултат на това се е увеличил броят на военния персонал и подразделенията, ангажирани в областта на вътрешната сигурност, които са се научили да управляват модерни роботизирани системи.
Агенцията за напреднали изследователски проекти в областта на отбраната (DARPA) в момента изследва роботизираните технологии в машинното обучение, надграждайки своите разработки в областта на изкуствения интелект и разпознаването на изображения. Всички тези технологии, разработени по програмата UPI (Unmanned Perception Integration), са в състояние да осигурят по -добро разбиране на околната среда / терена за превозно средство с добра мобилност. Резултатът от това изследване беше машина, наречена CRUSHER, която започна оперативна оценка през 2009 г.; оттогава са направени още няколко прототипа.
Програмата MPRS (Man-Portable Robotic System) в момента се фокусира върху разработването на автономна навигация и системи за избягване на сблъсъци за малки роботи. Той също така идентифицира, изучава и оптимизира технологии, разработени за повишаване нивото на автономност и функционалност на роботизираните системи. Програмата RACS (Robotic for Agile Combat Support) разработва различни роботизирани технологии, за да отговори на настоящите заплахи и оперативни изисквания, както и на бъдещите нужди и възможности. Програмата RACS също така разработва и интегрира технологии за автоматизация за различни бойни мисии и различни платформи, базирани на концепцията за обща архитектура и такива основни характеристики като мобилност, скорост, управление и взаимодействие на няколко машини.
Участието на роботи в съвременните бойни операции позволява на въоръжените сили да придобият безценен опит в своята операция. Появиха се няколко интересни области по отношение на използването на безпилотни летателни апарати (БЛА) и SMRK в един оперативен театър и военните планиращи възнамеряват да ги проучат внимателно, включително общото управление на няколко платформи, разработването на взаимозаменяеми бордови системи, които могат да бъдат инсталирани и двете на БЛА и на SMRK с цел разширяване на глобалните възможности, както и нови технологии за обещаващи бойни необитаеми системи.
Според експерименталната програма ARCD (Active Range Clearance Developments) ще бъде разработен т. Нар. Сценарий за „осигуряване на сигурността на зоната чрез автоматични средства“, при който няколко SMRK ще работят заедно с няколко БЛА. Освен това ще бъде извършена оценка на технологичните решения относно използването на радарни станции на безпилотни платформи, оценка на интеграцията на системите за управление и наблюдение и цялостната ефективност на системите. Като част от програмата ARCD ВВС на САЩ планират да разработят технологии, необходими за повишаване на ефективността на съвместните действия на SMRK и безпилотни летателни апарати (както самолетни, така и хеликоптерни схеми), както и алгоритми за „безпроблемна“работа на сензорите на всички участващи платформи, обмен на навигационни данни и данни за определени препятствия.
Вътрешно разположение на механични, електрически и електронни компоненти SMRK SPINNER
Изследователската лаборатория на американската армия ARL (Army Research Laboratory) провежда експерименти като част от своите изследователски програми, за да оцени зрялостта на технологиите. Например ARL провежда експерименти, които оценяват способността на напълно автономен SMRK да открива и избягва движещи се автомобили и хора в движение. Освен това Центърът за космическо и морско оръжие на ВМС на САЩ провежда изследвания на новите роботизирани технологии и свързаните с тях ключови технически решения, включително автономно картографиране, избягване на препятствия, усъвършенствани комуникационни системи и съвместни мисии SMRK и UAV.
Всички тези експерименти с едновременно участие на няколко наземни и въздушни платформи се извършват в реалистични външни условия, характеризиращи се със сложен терен и набор от реалистични задачи, по време на които се оценяват възможностите на всички компоненти и системи. Като част от тези пилотни програми (и свързаната с тях технологична стратегия) за разработване на усъвършенствани SMRCs са идентифицирани следните насоки, за да се увеличи максимално възвръщаемостта на бъдещите инвестиции:
- технологичното развитие ще осигури технологична основа за подсистеми и компоненти и подходяща интеграция в прототипи на SMRK за тестване на производителността;
- водещи компании в тази област ще разработят съвременни технологии, необходими за разширяване на обхвата на роботизацията, например чрез увеличаване на обхвата на SMRK и увеличаване на обхвата на комуникационните канали; и
- програмата за намаляване на риска ще осигури развитието на съвременни технологии за конкретна система и ще позволи да се преодолеят някои технологични проблеми.
Благодарение на развитието на тези технологии SMRK са потенциално способни да осигурят революционен скок напред във военната сфера, използването им ще намали човешките загуби и ще увеличи бойната ефективност. За да постигнат това обаче, те трябва да могат да работят независимо, включително да изпълняват сложни задачи.
Пример за въоръжен SMRK. AVANTGUARD на израелската компания G-NIUS Unmanned Ground Systems
Разширена модулна роботизирана система MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), въоръжена с картечница и гранатомети
Разработен от НАСА SMRK GROVER върху заснежен терен
Технически изисквания за усъвършенстван SMRK
Разширените SMRK са проектирани и разработени за военни мисии и работят предимно при опасни условия. Днес много страни предлагат изследвания и разработки в областта на роботизираните безпилотни системи, способни да работят в повечето случаи на неравен терен. Съвременните SMRK могат да изпращат видео сигнали до оператора, информация за препятствия, цели и други променливи, които са интересни от тактическа гледна точка, или, в случай на най -модерните системи, да вземат напълно независими решения. Всъщност тези системи могат да бъдат полуавтономни, когато се използват навигационни данни заедно с данни на бордовия сензор и команди на отдалечен оператор за определяне на маршрута. Напълно автономно превозно средство определя своето собствено движение, като използва само бордови сензори за разработване на маршрут, но в същото време операторът винаги има възможност да вземе необходимите конкретни решения и да поеме контрол в критични ситуации или в случай на повреда към машината.
Днес съвременните SMRK могат бързо да откриват, идентифицират, локализират и неутрализират много видове заплахи, включително дейността на противника в условия на радиационно, химическо или биологично замърсяване на различни видове терени. При разработването на модерен SMRK основният проблем е създаването на функционално ефективен дизайн. Ключовите моменти включват механичен дизайн, набор от бордови сензори и навигационни системи, взаимодействие човек-робот, мобилност, комуникации и консумация на енергия / енергия.
Изискванията за взаимодействие робот-човек включват изключително сложни интерфейси човек-машина и затова трябва да се разработят мултимодални технически решения за безопасни и приятелски интерфейси. Съвременната технология за взаимодействие робот-човек е много сложна и ще изисква много тестове и оценки при реалистични условия на работа, за да се постигнат добри нива на надеждност, както при взаимодействие човек-робот, така и при взаимодействие робот-робот.
Въоръжен SMRK, разработен от естонската компания MILREM
Целта на проектантите е успешното разработване на SMRK, способна да изпълнява задачата си ден и нощ на труден терен. За да се постигне максимална ефективност във всяка конкретна ситуация, SMRK трябва да може да се движи по всички видове терени с препятствия при висока скорост, с висока маневреност и бързо да променя посоката без значително намаляване на скоростта. Проектните параметри, свързани с мобилността, включват и кинематични характеристики (преди всичко способността да се поддържа контакт със земята при всякакви условия). SMRK има, освен предимството, че няма ограниченията, присъщи на хората, и недостатъка на необходимостта от интегриране на сложни механизми, които могат да заменят човешките движения. Изискванията за проектиране за изпълнение на возенето трябва да бъдат интегрирани с технологията за наблюдение, както и с разработването на сензори и софтуер, за да се постигне добра мобилност и възможност за избягване на различни видове препятствия.
Едно от изключително важните изисквания за висока мобилност е способността да се използва информация за естествената среда (изкачвания, растителност, скали или вода), създадени от човека обекти (мостове, пътища или сгради), времето и вражеските препятствия (минни полета или препятствия). В този случай става възможно да се определят собствените и вражеските позиции и чрез прилагане на значителна промяна в скоростта и посоката шансовете на SMRK за оцеляване под вражески огън се увеличават значително. Такива технически характеристики дават възможност за разработване на въоръжено разузнавателно SMRK, способно да изпълнява задачи за разузнаване, наблюдение и заснемане на цели, огневи мисии в присъствието на комплекс от оръжия, а също така способно да открива заплахи за целите на самоотбраната (мини, оръжейни системи на противника) и др.).
Всички тези бойни способности трябва да бъдат приложени в реално време, за да се избегнат заплахите и да се неутрализира врагът, като се използват или техните собствени оръжия, или комуникационни канали с дистанционни оръжейни системи. Високата мобилност и способността за локализиране и проследяване на вражески цели и активност в трудни бойни условия са изключително важни. Това изисква разработването на интелигентен SMRK, способен да проследява дейността на противника в реално време поради вградените сложни алгоритми за разпознаване на движения.
Разширените възможности, включително сензори, алгоритми за сливане на данни, проактивна визуализация и обработка на данни, са от съществено значение и изискват модерна хардуерна и софтуерна архитектура. При изпълнение на задача в съвременния SMRK, GPS системата, инерционната единица за измерване и инерционната навигационна система се използват за оценка на местоположението.
Използвайки навигационните данни, получени благодарение на тези системи, SMRK може независимо да се движи в съответствие с командите на бордовата програма или системата за дистанционно управление. В същото време SMRK може да изпраща навигационни данни до дистанционно управление на кратки интервали, така че операторът да знае за точното му местоположение. Напълно автономните SMRK могат да планират своите действия и за това е абсолютно необходимо да се разработи маршрут, който изключва сблъсъците, като същевременно минимизира такива основни параметри като време, енергия и разстояние. Навигационен компютър и компютър с информация могат да се използват за начертаване на оптималния маршрут и коригирането му (лазерни далекомери и ултразвукови сензори могат да се използват за ефективно откриване на препятствия).
Компоненти на прототип въоръжен SMRK, разработен от индийски студенти
Проектиране на навигационни и комуникационни системи
Друг важен проблем при разработването на ефективен SMRK е проектирането на навигационно -комуникационната система. Цифрови фотоапарати и сензори са инсталирани за визуална обратна връзка, докато инфрачервените системи са инсталирани за нощна работа; операторът може да види видеоизображението на компютъра си и да изпрати някои основни навигационни команди до SMRK (надясно / наляво, стоп, напред), за да коригира навигационните сигнали.
В случай на напълно автономен SMRK, системите за визуализация са интегрирани с навигационни системи, базирани на цифрови карти и GPS данни. За да се създаде напълно автономен SMRK, за такива основни функции като навигация, ще е необходимо да се интегрират системи за възприемане на външни условия, планиране на маршрута и комуникационен канал.
Докато интеграцията на навигационни системи за единичен SMRK е в напреднал етап, разработването на алгоритми за планиране на едновременната работа на няколко SMRK и съвместни задачи на SMRK и UAV е на ранен етап, тъй като е много трудно да се установи комуникационно взаимодействие между няколко роботизирани системи едновременно. Текущите експерименти ще помогнат да се определи какви честоти и честотни диапазони са необходими и как изискванията ще варират за конкретно приложение. След като тези характеристики бъдат определени, ще бъде възможно да се разработят усъвършенствани функции и софтуер за няколко роботизирани машини.
Безпилотен хеликоптер K-MAX превозва роботизирано превозно средство SMSS (Squad Mission Support System) по време на тестовете за автономност; докато пилотът беше в кабината на K-MAX, но не го контролираше
Комуникационните средства са много важни за функционирането на SMRK, но безжичните решения имат доста значителни недостатъци, тъй като установената комуникация може да бъде загубена поради смущения, свързани с терена, препятствия или дейността на системата за електронно потискане на противника. Последните разработки в комуникационните системи машина към машина са много интересни и благодарение на това изследване може да се създаде достъпно и ефективно оборудване за комуникация между роботизирани платформи. Стандартът за специална комуникация на къси разстояния DRSC (Специална комуникация на къси разстояния) ще се прилага в реални условия за комуникация между SMRK и между SMRK и UAV. Понастоящем се отделя много внимание на гарантирането на сигурността на комуникацията при мрежово-ориентирани операции и затова бъдещите проекти в областта на пилотираните и необитаемите системи трябва да се основават на усъвършенствани решения, които отговарят на общите стандарти за интерфейс.
Днес изискванията за краткосрочни задачи с ниска мощност са изпълнени до голяма степен, но има проблеми с платформите, изпълняващи дългосрочни задачи с висока консумация на енергия, по-специално един от най-належащите проблеми е стриймингът на видео.
Гориво
Опциите за енергийни източници зависят от вида на системата: за малки SMRK, източникът на енергия може да бъде усъвършенствана акумулаторна батерия, но за по -големи SMRK, конвенционалното гориво може да генерира необходимата енергия, което прави възможно прилагането на схема с електрически мотор-генератор или хибридна електрическа задвижваща система от ново поколение. Най -очевидните фактори, влияещи върху снабдяването с енергия, са условията на околната среда, теглото и размерите на машината, както и времето за изпълнение на задачата. В някои случаи захранващата система трябва да се състои от горивна система като основен източник и акумулаторна батерия (намалена видимост). Изборът на подходящ вид енергия зависи от всички фактори, които влияят върху изпълнението на задачата, а източникът на енергия трябва да осигурява необходимата мобилност, непрекъсната работа на комуникационната система, сензорния комплект и оръжейния комплекс (ако има такъв).
Освен това е необходимо да се решат технически проблеми, свързани с мобилността на труден терен, възприемането на препятствия и самокорекцията на грешни действия. Като част от съвременните проекти са разработени нови усъвършенствани роботизирани технологии по отношение на интегрирането на бордови сензори и обработка на данни, избор на маршрут и навигация, откриване, класифициране и избягване на препятствия, както и премахване на грешки, свързани със загуба на комуникация и дестабилизиране на платформата. Автономната офроуд навигация изисква превозното средство да различава терена, което включва 3D орография на терена (описание на терена) и идентифициране на препятствия като скали, дървета, застояли водни басейни и др. Общите възможности непрекъснато се увеличават и днес вече можем да говорим за достатъчно високо ниво на дефиниция на изображението на терена, но само през деня и при хубаво време, но възможностите на роботизираните платформи в неизвестно пространство и при лошо време условията все още са недостатъчни. В тази връзка DARPA изпълнява няколко експериментални програми, където възможностите на роботизираните платформи се тестват на непознат терен, при всяко време, ден и нощ. Програмата DARPA, наречена Applied Research in AI (Приложни изследвания в изкуствения интелект), изследва интелигентното вземане на решения и други напреднали технологични решения за автономни системи за специфични приложения в съвременни роботизирани системи, както и разработване на автономни мулти-роботизирани алгоритми за обучение за изпълнение съвместни задачи, които ще позволят на групи роботи автоматично да обработват нови задачи и да преразпределят ролите помежду си.
Както вече беше споменато, условията на работа и видът на задачата определят дизайна на съвременна SMRK, която е мобилна платформа със захранване, сензори, компютри и софтуерна архитектура за възприемане, навигация, комуникация, учене / адаптация, взаимодействие между робот и човек. В бъдеще те ще бъдат по -многостранни, ще имат повишено ниво на обединение и взаимодействие, а също така ще бъдат по -ефективни от икономическа гледна точка. Особен интерес представляват системи с модулни полезни товари, които позволяват машините да бъдат адаптирани за различни задачи. През следващото десетилетие роботизираните превозни средства, базирани на отворена архитектура, ще станат достъпни за тактически операции и защита на бази и друга инфраструктура. Те ще се характеризират със значително ниво на еднородност и автономност, висока мобилност и модулни бордови системи.
Технологията SMRK за военни приложения се развива бързо, което ще позволи на много въоръжени сили да отстраняват войниците от опасни задачи, включително откриване и унищожаване на IED, разузнаване, защита на техните сили, разминиране и много други. Например концепцията за бойните групи на британската армия чрез усъвършенствани компютърни симулации, бойна подготовка и боен опит в реалния свят показа, че роботизираните превозни средства са подобрили оцеляването на наземните превозни средства с екипаж и значително подобрили бойната ефективност. Развитието на обещаващи технологии, като мобилност, автономност, оборудване с оръжия, интерфейси човек-машина, изкуствен интелект за роботизирани системи, интеграция с други SMRK и пилотирани системи, ще осигури увеличаване на възможностите на ненаселените наземни системи и тяхното ниво на автономия.
Руски перкусионен роботизиран комплекс Platform-M, разработен от NITI "Progress"
