Harc az Uran-9 többfunkciós robotkomplexum ellen
Tekintse meg a szárazföldi mobil robotrendszerek (SMRK) technológiáját, fejlesztéseit, jelenlegi helyzetét és kilátásait
Az új működési doktrínák kifejlesztéséhez, különösen a városi hadviselés és az aszimmetrikus konfliktusok esetében, új rendszerekre és technológiákra lesz szükség a katonaság és a civilek áldozatainak csökkentésére. Ez megvalósítható az SMRK területén végzett fejlesztések, a megfigyelés és információgyűjtés fejlett technológiái, valamint a felderítés és a cél észlelése, a védelem és a nagy pontosságú csapás révén. Az SMRK, mint repülő társaik, az ultramodern robottechnológiák széles körű elterjedése miatt nem rendelkeznek emberi kezelővel a fedélzeten.
Ezek a rendszerek elengedhetetlenek a szennyezett környezetben való működéshez vagy más "buta, piszkos és veszélyes" feladatok elvégzéséhez is. A fejlett SMRK kifejlesztésének szükségessége összefügg azzal, hogy pilóta nélküli rendszereket kell használni a közvetlen támogatásra a csatatéren. Egyes katonai szakértők szerint a lakatlan járművek, amelyek autonómiájának szintjét fokozatosan növelni fogják, a modern szárazföldi erők felépítésének egyik legfontosabb taktikai elemévé válnak.
A TERRAMAX M-ATV páncélozott járműveken alapuló robotkomplexum vezeti a pilóta nélküli járművek oszlopát
Az SMRK működési igényei és fejlesztése
2003 végén az Egyesült Államok Központi Parancsnoksága sürgős, sürgős kéréseket tett közzé olyan rendszerekről, amelyek leküzdik a robbanószerkezetek (IED) veszélyeit. A Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) egy olyan tervvel állt elő, amely a kisméretű robotgépek használatával gyorsan jelentősen növelheti a képességeket. Idővel ezek a technológiák fejlődtek, több rendszert telepítettek, és a felhasználók fejlett prototípusokat kaptak értékelésre. Ennek eredményeként nőtt a belső biztonság területén részt vevő katonai személyzet és egységek száma, akik megtanultak fejlett robotrendszerek működtetését.
A Védelmi Fejlett Kutatási Projekt Ügynökség (DARPA) jelenleg a gépi tanulás robottechnológiáját kutatja, a mesterséges intelligencia és a képfelismerés fejlesztéseire építve. Mindezek a technológiák, amelyeket az UPI (pilóta nélküli észlelési integráció) program keretében fejlesztettek ki, képesek a környezet / terep jobb megértésére egy jó mobilitású jármű számára. Ennek a kutatásnak az eredménye egy CRUSHER nevű gép volt, amely még 2009 -ben megkezdte a működési értékelést; azóta több prototípus is készült.
Az MPRS (Man-Portable Robotic System) program jelenleg a kis robotok autonóm navigációs és ütközés-elkerülő rendszereinek fejlesztésére összpontosít. Ezenkívül azonosítja, tanulmányozza és optimalizálja a robotrendszerek autonómiájának és funkcionalitásának fokozására kifejlesztett technológiákat. A RACS (Robotic for Agile Combat Support) program különféle robottechnológiákat fejleszt, amelyek megfelelnek a jelenlegi fenyegetéseknek és működési követelményeknek, valamint a jövőbeli igényeknek és képességeknek. A RACS program automatizálási technológiákat is kifejleszt és integrál különböző harci küldetésekhez és különböző platformokhoz, a közös architektúra koncepciója és az olyan alapvető jellemzők alapján, mint több gép mobilitása, sebessége, irányítása és kölcsönhatása.
A robotok részvétele a modern harci műveletekben lehetővé teszi a fegyveres erők számára, hogy felbecsülhetetlen tapasztalatokat szerezzenek működésük során. Számos érdekes terület merült fel a pilóta nélküli repülőgépek (UAV) és az SMRK -k egy műtőben történő használatával kapcsolatban, és a katonai tervezők gondosan tanulmányozni kívánják őket, beleértve több platform általános kezelését, valamint a cserélhető fedélzeti rendszerek kifejlesztését, amelyek mindkettőt telepíthetik az UAV -okon és az SMRK -n, azzal a céllal, hogy bővítsék a globális képességeket, valamint új technológiákat az ígéretes harci lakatlan rendszerek számára.
Az ARCD (Active Range Clearance Developments) kísérleti program szerint kidolgozzák az úgynevezett "zóna biztonságának automatikus eszközökkel történő biztosítása" forgatókönyvet, amelyben több SMRK együttműködik több UAV-val. Ezenkívül értékelik a radarállomások pilóta nélküli platformokon történő felhasználásával kapcsolatos technológiai megoldásokat, a vezérlő- és felügyeleti rendszerek integrációját, valamint a rendszerek általános hatékonyságát. Az ARCD program részeként az amerikai légierő tervezi az SMRK és az UAV közös fellépésének hatékonyságának növeléséhez szükséges technológiák kifejlesztését (mind repülőgépek, mind helikopterek), valamint algoritmusokat az összes érintett érzékelőinek "zökkenőmentes" működéséhez. platformok, a navigációs adatok és bizonyos akadályokkal kapcsolatos adatok cseréje.
Mechanikus, elektromos és elektronikus alkatrészek belső elrendezése SMRK SPINNER
Az American Army Research Laboratory ARL (Army Research Laboratory) kutatási programja keretében kísérleteket végez a technológia érettségének felmérése érdekében. Például az ARL kísérleteket végez, amelyek értékelik a teljesen autonóm SMRK azon képességét, hogy felismerje és elkerülje a mozgó autókat és a mozgásban lévő embereket. Ezenkívül az amerikai haditengerészet űr- és tengeri fegyverek központja kutatásokat végez az új robottechnológiák és a kapcsolódó kulcsfontosságú műszaki megoldások terén, beleértve az autonóm feltérképezést, az akadályok elkerülését, a fejlett kommunikációs rendszereket, valamint a közös SMRK és UAV küldetéseket.
Mindezeket a kísérleteket, több földi és légplatform egyidejű részvételével, realisztikus külső körülmények között hajtják végre, amelyeket összetett terep és reális feladatok jellemeznek, amelyek során minden komponens és rendszer képességeit értékelik. A fejlett SMRC -k fejlesztésére irányuló kísérleti programok (és a kapcsolódó technológiai stratégia) részeként a következő irányokat határozták meg a jövőbeli befektetések megtérülésének maximalizálása érdekében:
- a technológiafejlesztés technológiai alapot biztosít az alrendszerekhez és komponensekhez, valamint megfelelő integrációt az SMRK prototípusaihoz a teljesítmény teszteléséhez;
- az ezen a területen vezető vállalatok fejlett technológiákat fejlesztenek ki, amelyek szükségesek a robotizálás körének bővítéséhez, például az SMRK hatótávolságának növelésével és a kommunikációs csatornák szélesítésével; és
- a kockázatcsökkentési program biztosítja a fejlett technológiák kifejlesztését egy adott rendszerhez, és lehetővé teszi bizonyos technológiai problémák leküzdését.
Ezen technológiák fejlesztésének köszönhetően az SMRK -k potenciálisan képesek forradalmi előrelépésre a katonai szférában, használatuk csökkenti az emberi veszteségeket és növeli a harci hatékonyságot. Ennek eléréséhez azonban képesnek kell lennie önálló munkavégzésre, beleértve az összetett feladatok elvégzését is.
Példa egy fegyveres SMRK -ra. AVANTGUARD az izraeli G-NIUS Unmanned Ground Systems cégtől
Fejlett moduláris robotrendszer MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), géppisztollyal és gránátvetőkkel felfegyverkezve
A NASA SMRK GROVER fejlesztette ki havas terepen
A fejlett SMRK műszaki követelményei
A fejlett SMRK -kat katonai feladatokra tervezték és fejlesztették ki, és elsősorban veszélyes körülmények között működnek. Napjainkban sok ország kínál kutatást és fejlesztést a robot nélküli pilóta nélküli rendszerek területén, amelyek a legtöbb esetben képesek egyenetlen terepen dolgozni. A modern SMRK -k videojeleket küldhetnek a kezelőnek, információkat az akadályokról, célpontokról és egyéb, taktikai szempontból érdekes változókról, vagy a legfejlettebb rendszerek esetében teljesen független döntéseket hozhatnak. Valójában ezek a rendszerek félig autonómak lehetnek, ha a navigációs adatokat a fedélzeti érzékelőadatokkal és a távoli kezelői parancsokkal együtt használják az útvonal meghatározásához. A teljesen autonóm jármű maga határozza meg saját útját, csak a fedélzeti érzékelőket használja az útvonal kialakításához, ugyanakkor a kezelőnek mindig lehetősége van a szükséges konkrét döntések meghozatalára és az irányításra kritikus helyzetekben vagy sérülés esetén a géphez.
Napjainkban a modern SMRK -k gyorsan felismerik, azonosítják, lokalizálják és semlegesítik a fenyegetések sok típusát, beleértve az ellenséges tevékenységet sugárzás, vegyi vagy biológiai szennyeződés körülményei között, különböző típusú terepeken. A modern SMRK fejlesztésekor a fő probléma egy funkcionálisan hatékony kialakítás. A legfontosabb pontok közé tartozik a mechanikai tervezés, a fedélzeti érzékelők és navigációs rendszerek, az ember-robot interakció, a mobilitás, a kommunikáció és az energia / energiafogyasztás.
A robot-ember interakciós követelmények között rendkívül bonyolult ember-gép interfészek szerepelnek, ezért multimodális technikai megoldásokat kell kifejleszteni a biztonságos és barátságos interfészek érdekében. A modern robot-ember interakciós technológia nagyon összetett, és sok tesztelést és értékelést igényel reális működési körülmények között annak érdekében, hogy jó szintű megbízhatóságot érjünk el, mind az ember-robot interakcióban, mind a robot-robot interakcióban.
Fegyveres SMRK, amelyet az észt MILREM cég fejlesztett ki
A tervezők célja egy olyan SMRK sikeres fejlesztése, amely képes feladatát éjjel -nappal nehéz terepen is ellátni. A maximális hatékonyság elérése érdekében minden egyes helyzetben az SMRK -nak képesnek kell lennie arra, hogy minden típusú, akadályokkal rendelkező terepen nagy sebességgel, nagy manőverezőképességgel és gyors irányváltással járjon, anélkül, hogy jelentősen csökkentené a sebességet. A mobilitással kapcsolatos tervezési paraméterek magukban foglalják a kinematikai jellemzőket is (elsősorban az a képesség, hogy minden körülmények között fenntartsák a kapcsolatot a talajjal). Az SMRK azon előnye mellett, hogy nem rendelkezik az emberben rejlő korlátokkal, hátránya az emberi mozgásokat helyettesítő komplex mechanizmusok integrálásának szükségessége is. Az utazási teljesítményre vonatkozó tervezési követelményeket integrálni kell az érzékelési technológiával, valamint az érzékelő- és szoftverfejlesztéssel annak érdekében, hogy jó mobilitást és különböző típusú akadályok elkerülését lehessen elérni.
A magas mobilitás egyik rendkívül fontos követelménye a természeti környezetre (mászásokra, növényzetre, sziklákra vagy vízre), mesterséges tárgyakra (hidak, utak vagy épületek), időjárásra és ellenséges akadályokra (aknamezők vagy akadályok) vonatkozó információk felhasználásának képessége.. Ebben az esetben lehetővé válik saját pozíciók és ellenséges pozíciók meghatározása, és a sebesség és az irány jelentős megváltoztatásával jelentősen megnő az SMRK túlélési esélye az ellenséges tűz alatt. Ezek a műszaki jellemzők lehetővé teszik a felderített, felderítési és megfigyelési feladatok elvégzésére alkalmas fegyveres felderítő SMRK, tűzfegyverek kifejlesztését fegyverkomplexum jelenlétében, valamint önvédelmi célú fenyegetések észlelését (bányák, ellenséges fegyverrendszerek) stb.).
Mindezeket a harci képességeket valós időben kell megvalósítani a fenyegetések elkerülése és az ellenség semlegesítése érdekében, saját fegyvereik vagy távoli fegyverrendszerekkel való kommunikációs csatornák használatával. Rendkívül fontos a nagy mobilitás és az ellenséges célok lokalizálásának és nyomon követésének képessége nehéz harci körülmények között. Ehhez intelligens SMRK kifejlesztésére van szükség, amely valós időben képes nyomon követni az ellenséges tevékenységet a beépített összetett mozgásfelismerő algoritmusok miatt.
A fejlett képességek, beleértve az érzékelőket, az algoritmusokat az adatfúzióhoz, a proaktív vizualizációt és az adatfeldolgozást, elengedhetetlenek, és modern hardver- és szoftver architektúrát igényelnek. Amikor egy feladatot végez a modern SMRK -ban, a GPS -rendszert, egy tehetetlenségi mérőegységet és egy inerciális navigációs rendszert használják a hely becsléséhez.
Az ezeknek a rendszereknek köszönhetően kapott navigációs adatok felhasználásával az SMRK önállóan mozoghat a fedélzeti program vagy a távirányító rendszer parancsainak megfelelően. Ugyanakkor az SMRK képes navigációs adatokat küldeni egy távvezérlő állomásra rövid időközönként, hogy a kezelő tudjon pontos helyéről. A teljesen autonóm SMRK -k meg tudják tervezni cselekedeteiket, és ehhez feltétlenül szükséges olyan útvonalat kidolgozni, amely kizárja az ütközéseket, miközben minimalizálja az olyan alapvető paramétereket, mint az idő, az energia és a távolság. Egy navigációs számítógép és egy információs számítógép használható az optimális útvonal ábrázolásához és kijavításához (lézeres távolságmérők és ultrahangos érzékelők használhatók az akadályok hatékony észlelésére).
Az indiai diákok által kifejlesztett fegyveres SMRK prototípusának összetevői
Navigációs és kommunikációs rendszerek tervezése
Egy másik fontos probléma a hatékony SMRK kifejlesztésében a navigációs / kommunikációs rendszer kialakítása. A vizuális visszacsatoláshoz digitális fényképezőgépeket és érzékelőket, míg az éjszakai működéshez infravörös rendszereket telepítenek; a kezelő láthatja a számítógépen lévő videoképet, és néhány alapvető navigációs parancsot küldhet az SMRK -nak (jobb / bal, leállítás, előre) a navigációs jelek kijavításához.
A teljesen autonóm SMRK esetében a vizualizációs rendszereket integrálják a digitális térképeken és GPS -adatokon alapuló navigációs rendszerekkel. A teljesen autonóm SMRK létrehozásához olyan alapvető funkciókhoz, mint a navigáció, integrálni kell a külső feltételek érzékelésére, az útvonaltervezésre és a kommunikációs csatornára szolgáló rendszereket.
Míg az egyetlen SMRK navigációs rendszereinek integrálása előrehaladott állapotban van, az algoritmusok kidolgozása a több SMRK egyidejű működésének megtervezésére, valamint az SMRK és az UAV közös feladatai korai szakaszban vannak, mivel nagyon nehéz kommunikációs interakciót kialakítani több robotrendszer egyszerre. A folyamatban lévő kísérletek segítenek meghatározni, hogy milyen frekvenciákra és frekvenciatartományokra van szükség, és hogyan változnak a követelmények egy adott alkalmazáshoz. Miután ezeket a jellemzőket meghatározták, több robotgéphez lehet fejlett funkciókat és szoftvereket fejleszteni.
A pilóta nélküli K-MAX helikopter az SMSS (Squad Mission Support System) robotjárművet szállítja az autonómiavizsgálatok során; miközben a pilóta a K-MAX pilótafülkében tartózkodott, de nem irányította
A kommunikációs eszközök nagyon fontosak az SMRK működése szempontjából, de a vezeték nélküli megoldásoknak meglehetősen jelentős hátrányai vannak, mivel a kialakított kommunikáció elveszhet a terephez, az akadályokhoz vagy az ellenség elektronikus elnyomó rendszerének tevékenységéhez kapcsolódó interferencia miatt. A gépek közötti kommunikációs rendszerek legújabb fejlesztései nagyon érdekesek, és ennek a kutatásnak köszönhetően megfizethető és hatékony berendezések hozhatók létre a robotplatformok közötti kommunikációhoz. A speciális rövid hatótávolságú kommunikáció szabványát, a DRSC-t (Dedicated Short-Range Communication) valós körülmények között kell alkalmazni az SMRK, valamint az SMRK és az UAV közötti kommunikációban. Jelenleg nagy figyelmet fordítanak a kommunikáció biztonságának biztosítására a hálózatközpontú műveletekben, ezért a személyzettel és lakatlan rendszerekkel kapcsolatos jövőbeli projekteknek a közös interfész-szabványoknak megfelelő fejlett megoldásokon kell alapulniuk.
Ma a rövid távú, kis fogyasztású feladatokra vonatkozó követelmények nagyrészt teljesülnek, de problémák vannak a platformokkal, amelyek hosszú távú feladatokat hajtanak végre nagy energiafogyasztással, különösen az egyik legégetőbb probléma a video streaming.
Üzemanyag
Az energiaforrások lehetőségei a rendszer típusától függenek: a kis SMRK -k esetében az energiaforrás lehet egy fejlett újratölthető akkumulátor, de a nagyobb SMRK -k esetében a hagyományos tüzelőanyag képes előállítani a szükséges energiát, ami lehetővé teszi egy rendszer elektromos rendszerrel történő megvalósítását. motorgenerátor vagy új generációs hibrid elektromos meghajtórendszer. Az energiaellátást befolyásoló legnyilvánvalóbb tényezők a környezeti feltételek, a gép súlya és méretei, valamint a feladat végrehajtásának ideje. Bizonyos esetekben az áramellátó rendszernek fő üzemanyag -rendszerből és újratölthető akkumulátorból kell állnia (csökkent látótávolság). A megfelelő típusú energia kiválasztása minden olyan tényezőtől függ, amely befolyásolja a feladat elvégzését, és az energiaforrásnak biztosítania kell a szükséges mobilitást, a kommunikációs rendszer, az érzékelőkészlet és a fegyverkomplexum (ha van ilyen) megszakítás nélküli működését.
Ezenkívül meg kell oldani a nehéz terepen való mobilitással, az akadályok észlelésével és a hibás cselekvések önjavításával kapcsolatos technikai problémákat. A modern projektek részeként új, fejlett robottechnológiákat fejlesztettek ki a fedélzeti érzékelők és az adatfeldolgozás integrálása, az útvonalválasztás és navigáció, az akadályok észlelése, osztályozása és elkerülése, valamint a kommunikáció és a kommunikáció elvesztésével kapcsolatos hibák kiküszöbölése tekintetében. platform destabilizálása. Az autonóm terepjáró navigáció megköveteli a járműtől a terep megkülönböztetését, amely magában foglalja a terep 3D-s orográfiáját (terep leírása) és az akadályok azonosítását, például sziklákat, fákat, állóvizeket stb. Az általános képességek folyamatosan nőnek, és ma már beszélhetünk a terep képének kellően magas szintű meghatározásáról, de csak nappal és jó időben, de a robotplatformok képességei ismeretlen térben és rossz időben a feltételek még mindig nem kielégítőek. E tekintetben a DARPA számos kísérleti programot hajt végre, ahol a robotplatformok képességeit tesztelik ismeretlen terepen, bármilyen időjárásban, éjjel -nappal. A DARPA program, amelyet Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence) elnevezésű programnak nevez, intelligens döntéshozatalt és más fejlett technológiai megoldásokat kutat az autonóm rendszerekhez speciális alkalmazásokhoz a fejlett robotrendszerekben, valamint önálló multi-robot tanulási algoritmusokat fejleszt. közös feladatok, amelyek lehetővé teszik a robotcsoportok számára az új feladatok automatikus feldolgozását és a szerepek újbóli felosztását.
Amint már említettük, a működési feltételek és a feladat típusa határozzák meg a modern SMRK kialakítását, amely egy mobil platform, amely tápegységgel, érzékelőkkel, számítógépekkel és szoftver architektúrával rendelkezik az érzékelés, a navigáció, a kommunikáció, a tanulás / adaptáció, a robot és egy személy. A jövőben többoldalúak lesznek, fokozottabb lesz az egyesülés és a kölcsönhatás szintje, és gazdasági szempontból is hatékonyabbak lesznek. Különösen érdekesek a moduláris hasznos terhelésű rendszerek, amelyek lehetővé teszik a gépek különböző feladatokhoz való igazítását. A következő évtizedben a nyílt architektúrára épülő robotjárművek elérhetővé válnak a taktikai műveletekhez, valamint a bázisok és egyéb infrastruktúrák védelméhez. Jelentős egységesség és önállóság, nagy mobilitás és moduláris fedélzeti rendszerek jellemzik őket.
A katonai alkalmazásokhoz használt SMRK technológia gyorsan fejlődik, amely lehetővé teszi sok fegyveres erő számára, hogy eltávolítsa a katonákat a veszélyes feladatokból, beleértve az IED -k felderítését és megsemmisítését, a felderítést, az erők védelmét, az aknamentesítést és még sok mást. Például az amerikai hadsereg brigád harci csoportjainak koncepciója fejlett számítógépes szimulációk, harci kiképzések és valós harci tapasztalatok révén bebizonyította, hogy a robotjárművek javították a legénység szárazföldi járműveinek túlélését és jelentősen javították a harci hatékonyságot. Az olyan ígéretes technológiák fejlesztése, mint a mobilitás, az autonómia, a fegyverekkel való felszerelés, az ember-gép interfészek, a mesterséges intelligencia a robotrendszerekhez, az integráció más SMRK-val és az ember által üzemeltetett rendszerekkel, növelni fogja a lakatlan földi rendszerek képességeit és szintjét. autonómia.
Orosz Platform-M ütős robotkomplexum, amelyet a NITI "Progress" fejlesztett ki
