System zwalczania bezzałogowych statków latających (BSL) to efekt współpracy Wojskowej Akademii Technicznej i Zakładów Mechanicznych Tarnów SA – lidera projektu. Pod koniec 2021 roku system z powodzeniem wykonał strzelania doświadczalne na Centralnym Poligonie Sił Powietrznych w Ustce. Ostatnie testy demonstratora technologii odbyły się na przełomie marca i kwietnia 2022 roku i potwierdziły wysoką skuteczność BSL oraz prawidłowe działanie podzespołów.

Główne zadania systemu zwalczania BSL to wykrywanie, rozpoznanie, wskazanie, śledzenie i zwalczanie bezzałogowych statków powietrznych. System skonstruowany został do zwalczania niskiej klasy dronów – nano i mikro – oraz małych obiektów. Stanowi rodzaj obrony przeciwlotniczej bliskiego zasięgu. Tego typu rozwiązania to broń antydronowa bliskich odległości, którą określa się mianem „broni ostatniej szansy” i stosuje, gdy dron jest stosunkowo blisko. System doskonale sprawdzi się jako ochrona infrastruktury krytycznej.

System powstał w ramach wykorzystania środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju z programu „Przyszłościowe Technologie dla Obronności – Konkurs Młodych Naukowców”. Kierownikiem projektu po stronie Wojskowej Akademii Technicznej był starszy specjalista ds. inżynieryjno-technicznych w Instytucie Systemów Informatycznych dr inż. Kamil Wacławik, z którym rozmawia Dominika Naruszko. 

Dominika Naruszko: Skąd pomysł realizacji takiego projektu?

Kamil Wacławik: Z takim pomysłem do Wojskowej Akademii Technicznej zwróciły się Zakłady Mechaniczne „Tarnów”. Ze względu na nasze doświadczenie związane z systemami przeciwlotniczymi, a także z bezzałogowcami różnego typu zgodziliśmy się na współpracę w tym zakresie. Mamy wieloletnią praktykę w systemach monitoringu strzelań przeciwlotniczych, a także w modernizacji zestawów rakietowych, czego świetnym przykładem jest system „Pilica” – to bardzo duża modernizacja i znaczący projekt, którego kierownikiem był płk dr inż. Konrad Sienicki.

Użycie wszelkiego rodzaju broni autonomicznej – m.in. dronów – we wszystkich armiach bardzo szybko postępuje i w związku z tym pojawiają się projekty, systemy, pomysły dotyczące sposobów neutralizacji tego zagrożenia. W tej sytuacji projekty badawcze rozwijające technikę zwalczania dronów są jak najbardziej zasadne.

Nasz projekt powstał w ramach konkursu dla młodych naukowców, do którego przystąpiliśmy razem z Zakładami Mechanicznymi „Tarnów”. Postawiliśmy sobie ambitny cel stworzenia gotowego demonstratora systemu zwalczania dronów. Bardzo dobry zespół młodych inżynierów z Tarnowa, z dużym doświadczeniem w zakresie zarówno rozwiązań wieżowych, jak i zdalnie sterowanych modułów, zwrócił się do nas – jako ekspertów w zakresie śledzenia i zwalczania celów powietrznych oraz integracji systemów przeciwlotniczych, wspólnie przystąpiliśmy do konkursu na realizację projektu badawczego i uzyskaliśmy wysoką ocenę oraz finansowanie projektu. 

Jakie kompetencje są niezbędne, żeby znaleźć się w takim zespole, w jakim Pan pracuje? Jak trafić do takiej ambitnej grupy projektowej?

Na pewno niezbędne jest doświadczenie w zakresie obrony przeciwlotniczej. Ja z wykształcenia jestem przeciwlotnikiem, mam również doświadczenie zdobyte w jednostce wojskowej, koledzy, którzy ze mną współpracowali z ramienia WAT, też mają doświadczenie – czy to naukowe, czy badawcze – w zakresie zwalczania obiektów powietrznych.

Ważne są także umiejętności programowania, symulacji, analizy zagadnień takich jak zwalczanie niekinetyczne dronów – przez zastosowanie broni niekinetycznych, m.in. zakłócenia sterowania czy fale elektromagnetyczne.

Podsumowując, osoby, które pracują w tym zespole, mają doświadczenie i wiedzę z zakresu wykrywania, śledzenia i zwalczania obiektów powietrznych.

Obecnie pracuję na Wydziale Cybernetyki, co pozwoli w przypadku kontynuacji projektu rozszerzyć zespół o świetnych programistów. W zakresie broni przeciwlotniczej współpracuję z kolegami z Wydziału Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa. 

Wspomniał Pan o niekinetycznym zwalczaniu dronów. W jaki sposób wykorzystano to w projekcie?

W projekcie założyliśmy dokonanie analizy możliwości zwalczania dronów w sposób niekinetyczny i wykonaliśmy opracowania teoretyczne na ten temat. Przygotowaliśmy szczegółowy przegląd rozwiązań i możliwości zwalczania niekinetycznego stosowanych na całym świecie. Uwzględniał on m.in. przechwyt i zakłócenia sterowania, niszczenie na odległość za pomocą skupionej wiązki energii skierowanej czy zakłócanie sygnału GPS. 

W czasie pokoju czy przy lotniskach lub nawet w warunkach wojennych, ale w sytuacji ryzyka, iż komuś mogłoby się coś stać, nie możemy zaczynać zwalczania od użycia broni, dlatego przygotowaliśmy analizę dotyczącą innych możliwości i w przyszłości chcielibyśmy takie rozwiązania wdrożyć. Na obecnym etapie projekt jeszcze nie zakładał wykonania demonstratora i wdrożenia. 

Czyli opracowane przez zespół symulacje i rozwiązania przyczynią się do rozwoju systemu zwalczania BSL w przyszłości?

Jak najbardziej – w ramach konkursu Szafir 4 złożyliśmy wnioski o dwa różne warianty użycia tego systemu. Czekamy na rozstrzygnięcie z nadzieją na kontynuację, bo ostatnie badania poligonowe zakończyły się sukcesem. Mamy wyniki potwierdzające, że zwalczamy drony na założonych odległościach, śledzimy je nawet na 1300 metrów, także w nocy, w termowizji. 

A skąd wybór akurat takiego zasięgu? Dlaczego nie jest on większy lub mniejszy?

Ten wybór wynika z naszych analiz. Karabin 12,7 mm pracujący w systemie Gatlinga, czyli systemie z obrotowym zespołem luf, ma bardzo dużą szybkostrzelność, bo 3600 pocisków na minutę. To powoduje, że w powietrzu powstaje chmura pocisków. Rozrzut takiego karabinu sprawia, że na odległości na przykład jednego kilometra mamy chmurę pocisków o 5-metrowej średnicy rozlotu. Oznacza to, że system nadaje się znakomicie do zwalczania takich obiektów w przestrzeni. Z analiz wynika, że ten zasięg determinuje właśnie użycie środka. Wyjaśniając prościej – nie możemy strzelać na odległość na przykład 20 kilometrów, bo te pociski tam po prostu nie dolecą. To nie jest broń przeciwlotnicza, tylko antydronowa bliskich odległości, którą określa się mianem „broni ostatniej szansy” i stosuje, gdy dron jest stosunkowo blisko.

Mamy też koncepcję systemu wielowarstwowego – mogą powstać systemy oparte o większe kalibry, rakiety na wyższych pułapach, na wyższych poziomach, na dalszych odległościach, ale generalnie wokół baz, stanowisk dowodzenia czy lotnisk powinna być rozmieszczona właśnie „broń ostatniej szansy”. Gdy dron jest już bardzo blisko, możemy go skutecznie zwalczać, wykorzystując tanią amunicję 12,7 mm, a nie strzelając do małego drona, quadrocoptera rakietami za miliony dolarów. To rozwiązanie to doskonałe przełożenie kosztu na efekt. Nie można zwalczać wszystkiego rakietami – przykładowo – systemu Patriot. 

Koszt nie wydaje się niski, jeżeli wyliczymy koszty amunicji, uwzględniając na przykład czas, na jaki ona wystarcza.

Nie, nie, absolutnie. System ma tani karabin i tanią amunicję. Nie można powiedzieć, że jest to bardzo tanie, bo koszt pocisku to około 20-30 złotych, ale w porównaniu z rakietami za tysiące lub nawet miliony złotych jest to bardzo korzystne ekonomicznie rozwiązanie. Można porównać to choćby z kosztami wizyt na strzelnicy, gdy strzela się ze zwykłego karabinu. 

Warto dodać, że system jest nastawiony na efektywne prowadzenie ognia – podpowiada operatorowi najlepszy moment na oddanie strzału. Wpływa to bardzo pozytywnie na redukcję ilości amunicji potrzebnej do zwalczania celu, a tym samym na koszt działania systemu. 

Wojskowa Akademia Techniczna przygotowała także aplikację doboru środków neutralizacji na podstawie symulowanych ataków BSL. Jak taka aplikacja działa?

Problemem wyjściowym było znalezienie najlepszego rozwiązania na zwalczanie autonomiczne – w jaki sposób ten system powinien reagować, gdy nie ma czasu na podejmowanie decyzji przez operatora. Aplikacja uwzględnia szereg warunków i kryteriów, np. czas wojny lub pokoju, informacje, czy obiekt jest groźny, czy jest strategiczny, z jaką prędkością się porusza, czy mamy zezwolenie na prowadzenie ognia w danym sektorze. Po analizie aplikacja ocenia, czy system powinien zwalczać dany obiekt.

W aplikacji można wybrać różne opcje: atak, rozpoznanie, zakłócenia, przechwytywanie, co robi dany dron, czego się spodziewamy, jaki jest scenariusz – i ona nam pozwala zdecydować, jakie działania wdrożyć. Można zobaczyć także symulacje nalotu poszczególnych dronów i dowiedzieć się, jaką decyzję najlepiej podjąć – czy zwalczać, czy nie.

Na dalszym etapie projektu aplikacja może zostać zaimplementowana do rzeczywistego demonstratora i być elementem podejmującym decyzję za operatora. Obecnie wykonano ją do celów szkoleniowych, do celów analizy możliwości. 

A jak system radzi sobie z rojem?

Opracowaliśmy również analizy dotyczące tego, czy system będzie zwalczać rój dronów. I z analiz szczegółowych wynika, że jak najbardziej. Jeżeli rój dronów znajdowałby się w bliskiej odległości, to chmura pocisków byłaby bardzo skuteczna. Ponadto w przypadku celów rozmieszczonych na różnych odległościach system po zwalczeniu jednego celu natychmiast może przejść do kolejnego. Radar pozwala na śledzenie wielu obiektów, więc umożliwia natychmiastowe przełączanie się na inny cel. Podobnie video tracker, czyli układ śledzenia, który obserwuje kilka celów i również umożliwia natychmiastowe przełączanie i zwalczanie – dynamika systemu jest bardzo duża. 

Chmura pocisków może mieć średnicę nawet 5 metrów.

Na odległości kilometra ma właśnie taką średnicę, ale jednocześnie oznacza to, że pociski rozmieszczone są rzadziej i mogą nie trafić w małego drona. W naszym rozwiązaniu istotne jest to, że zwalcza drony bardzo małe, klasy nano, klasy mikro czy małych rozmiarów quadrocoptery. Gdy cel jest duży, łatwiej go trafić – i oczywiście lepiej go widać. Małe drony to pewnego rodzaju problem. Na pewno nie można strzelać do nich drogimi rakietami.

Taki mały dron z ładunkiem nad zbiornikami czy magazynem paliwa lub nad lotniskiem może wyrządzić ogromne szkody. Tani system zwalczania BSL, który opracowaliśmy, na zwykłe pociski, a nie na rakiety, mógłby znacząco wspierać dostępne rozwiązania. 

Amunicja szybko się kończy, do tego dochodzi czas przeładowywania. Jak rozwiązać ten problem?

W demonstratorze dostępnych jest 400 sztuk pocisków na taśmie. W przeprowadzanych badaniach w przypadku stosowania ciągłego ognia wyniki dla 400 sztuk były satysfakcjonujące – to jest bardzo duża chmura pocisków wynikająca z dużej szybkostrzelności. Może ona zniszczyć co najmniej kilkanaście obiektów w bardzo krótkim czasie. Natomiast to był demonstrator – spokojnie możemy tę liczbę zwiększać. Nowy projekt zakłada ustawienie systemu na pojeździe, chętnie rodzimej produkcji, i dodanie większego układu dosyłania – zamiast 400 pocisków może być na przykład 1600, a dodatkowo magazyny, które można wymieniać. Owszem, zastosowany karabin jest amunicjożerny, ale to jest jego zaleta, bo chmura pocisków ma być jak największa. 

Czym jeszcze system wyróżnia się spośród tego typu rozwiązań?

Przede wszystkim jest to wyłącznie polska myśl techniczna. System zrealizowany przez polskich inżynierów w Zakładach Mechanicznych „Tarnów” przy współpracy Wojskowej Akademii Technicznej wyróżnia się wysoką skutecznością zwalczania niskiej klasy dronów i małych obiektów.

Zastosowanie oryginalnego systemu Gatlinga oznacza bardzo dużą szybkostrzelność, a samo rozwiązanie to także świetna relacja koszt – efekt, ponieważ bazuje na niedrogiej amunicji. System BSL osiąga bardzo dobre wyniki śledzenia. Obiekt jest w pierwszej kolejności wykrywany przez radar, system w trybie autonomicznym naprowadzany jest na obserwowany punkt, a następnie video tracker „chwyta” obiekt i śledzi stabilnie cel. Jest to nowatorskie w tym sensie, że małe cele widzimy na dosyć dużych odległościach, możemy je śledzić, zwłaszcza w warunkach nocnych, czyli w sytuacji, gdy dron jest kompletnie niewidoczny – my natomiast widzimy go z wykorzystaniem kamery termowizyjnej i w razie potrzeby możemy go zwalczać. 

Czy video tracker śledzi jeden cel?

Operator widzi kilka obiektów, ale w danym momencie video tracker śledzi jeden obiekt i system jest naprowadzany na jeden cel. 

Jak to wygląda w praktyce?

Operator może przełączać się na poszczególne cele, bo video tracker je rozpoznaje. Wybieramy jeden i go śledzimy. Po zwalczeniu celu możemy natychmiastowo przełączyć się na kolejny i wtedy video tracker „chwyta” go, przestawia karabin na ten cel i podąża cały czas za tym obiektem. 

Co w przypadku ekstremalnie złej pogody?

Przede wszystkim warto zauważyć, że w przypadku bardzo złej pogody drony – zwłaszcza takiej klasy – nie latają. Jeżeli byłaby kompletna mgła, to oczywiście w trybie dziennym w przypadku video trackera niewiele zobaczymy, ale świetną widoczność uzyskujemy dzięki kamerze termowizyjnej. Natomiast przy umiarkowanie złej pogodzie system bardzo dobrze sobie radzi właśnie dzięki wspomnianej termowizji. Widzimy wtedy termicznie – nie obraz, a temperaturę. Obiekt wówczas świeci niczym żarówka. Najlepiej widać to w warunkach nocnych, gdy jest chłodno, a dron jest lekko ciepły. 

Do czego w tym rozwiązaniu służy dalmierz laserowy?

Dalmierz laserowy służy do określania odległości od obiektu za pomocą promienia lasera. Pociski zachowują się zgodnie z prawami fizyki, więc konieczne są poprawki balistyczne. Aby je wprowadzić, musimy znać odległość od celów w przestrzeni. System ma korektę balistyczną, czyli wie, że musi podnieść wyżej lufę, bo pociski nie lecą w przestrzeni po linii prostej, tylko przemieszczają się po torze balistycznym.

Musimy wiedzieć, czy dron jest mały czy duży, czy jest daleko czy blisko. Potencjalnie może być zagrożeniem. Gdy widzimy obiekt w termowizji, nie wiemy, w jakiej on jest odległości, a tym samym, czy powinniśmy go zwalczać, czy jeszcze poczekać. 

Zespół przygotował także analizę możliwości rozwoju.

To był demonstrator 6. poziomu, złożyliśmy już wniosek, mamy wizję rozwoju tego systemu, poprawienia jego parametrów, umieszczenia na podwoziach różnego typu, najlepiej produkowanych w kraju, podniesienia skuteczności zwalczania dzięki udoskonaleniu algorytmów śledzenia, video trackingu i zwiększenia – jeżeli byłoby takie zapotrzebowanie – ilości amunicji przewożonej na tym pojeździe lub dosyłanej. Planujemy także przeprowadzenie dalszych kompleksowych badań oraz wykonanie koncepcji w kilku wariantach: stacjonarnym, na pojeździe, na okręcie. 

A czym ostatnie badania poligonowe różniły się od poprzednich?

To były ostateczne badania po dopracowaniu m.in. algorytmu sterowania, video trackingu. Podczas realizacji projektu i poszczególnych badań wykrywaliśmy błędy, dokonywaliśmy poprawek, korekty oprogramowania, zmieniliśmy także aplikację, jej funkcjonalności, aby operator miał prostszy interfejs, wykonaliśmy także ostateczne dla tego etapu badania. 

Wróćmy jeszcze do tematu scenariuszy symulacyjnych.

Przygotowaliśmy różne typowe scenariusze wraz z analizą zachowania się dronów przeciwnika, rodzajem atakowanych obiektów, informacją, na jakich wysokościach się to dzieje. W aplikacji wykorzystaliśmy te przykładowe scenariusze, aby rozstrzygnąć, czy powinniśmy zwalczać i jak zwalczać, odnośnie do różnych wariantów, m.in. ataku cyberfizycznego. 

Co to znaczy cyberfizyczny? Czy oznacza to wspomagany atak fizyczny?

Tak, wspomagany wojną informacyjną, zakłóceniami. Możemy o nim mówić, gdy obiekt komunikuje się z innymi samolotami i ma środki łączności, które pozwalają mu być sterowanym na odległość. To są groźne cele, bo takie drony nie mają zadanej misji – akcja jest na bieżąco korygowana zgodnie z pozyskiwanymi informacjami. To są cyberfizyczne ataki BSL, nowa technologia nadzoru, niedawno wprowadzona w nawigacji lotniczej. Takie urządzenia mają m.in. transpondery. To są już bardzo zaawansowane scenariusze realizowane przez zaawansowane armie, które korzystają z dronów i środków rozpoznania powietrznego.

Uwzględniliśmy w scenariuszach takie działania, na przykład: nadzór, atak BSL na stację wspomagającą infrastrukturę krytyczną, atak na sieć bezprzewodową portu lotniczego, i opracowaliśmy rozwiązania dotyczące tego, jak nasz system powinien zadziałać. 

WAT dokonał także analizy porównawczej środków wykrywania i śledzenia BSL?

Tak, to było porównanie różnych środków wykrywania dronów, które są stosowane na świecie. Kolega z zespołu przygotował opracowanie, wybrał wszystkie liczące się na świecie systemy, zrobił zestawienie uwzględniające sposób wykrywania, klasyfikacje tych systemów i przykłady systemów radarowych, dokonał klasyfikacji i porównania naszych rodzimych środków z tym, co się wykorzystuje na świecie do śledzenia dronów. 

Choć przed zespołem jeszcze wiele pracy, to już teraz efekty są naprawdę imponujące.

System na tym poziomie demonstratora spełnia wszystkie wymagania, audyt wykazał wynik pozytywny, odbiór nadzoru także, system wzbudza duże zainteresowanie. Otrzymał także nagrodę w kategorii „Innowacyjny produkt” podczas Międzynarodowego Salonu Przemysłu Obronnego. 

Na produkcję na masową skalę trzeba jeszcze poczekać?

To demonstrator szóstego poziomu, więc jest po naszych wewnętrznych badaniach. Gdy realizuje się projekt, trzeba osiągnąć tak zwany dziewiąty poziom. Rozwiązanie musi przejść wszystkie badania kompleksowe, narodowe, termiczne, wytrzymałościowe, na broń elektromagnetyczną. Kompleksowe badania dopuszczające do uzbrojenia są jeszcze przed nami, jeżeli prace będą kontynuowane. Bardzo liczymy na realizację tego projektu. 

 

Dominika Naruszko
fot. Katarzyna Puciłowska