Szczecin rozwija skrzydła – Windar i przemysł offshore na Bałtyku

Rozwój bezzałogowych wiropłatów w operacjach ZOP coraz wyraźniej koncentruje się na integracji zaawansowanych sensorów oraz nowych, kompaktowych efektorów. Ograniczenia masowe i energetyczne platform bezpilotowych wymuszają poszukiwanie lżejszych rozwiązań, takich jak miniaturyzowane sonary opuszczane, sensory nieakustyczne czy bardzo lekkie środki rażenia.

W pierwszej części opisałem znaczenie bezzałogowych wiropłatów jako nośników sensorów dozoru akustycznego, ze szczególnym uwzględnieniem pław radio-hydroakustycznych oraz ograniczeń wynikających z analizy pasywnej. Wskazałem również, że mimo dynamicznego rozwoju narzędzi przetwarzania danych, skuteczność tych rozwiązań nadal wyznaczają realia środowiska operacyjnego i złożoność procesu detekcji. W naturalny sposób kieruje to uwagę w stronę sensorów aktywnych, w szczególności sonarów opuszczanych, które w lotnictwie ZOP od lat pozostają narzędziem o najwyższym potencjale lokalizacji celu.

Lekki sonar opuszczany

Sonary opuszczane, które obecnie wykorzystywane są przez morskie śmigłowce ZOP, ze względu na ciężar i zapotrzebowanie na energię, nie nadają się do integracji z większością bezpilotowych wiropłatów. Łączna masa kompletnego urządzenia (antena, wciągarka i blok elektroniczny) to ok 270 kg dla wariantu kompaktowego (np. rodzina AN/AQS-13/18) lub 300-350 kg dla systemów o najwyższym potencjale (jak Thales FLASH, Raytheon AN/ASQ-22 ALFS, DS-100 HELRAS).

Sonar opuszczany jest sensorem o najwyższym potencjale w całej gamie sensorów akustycznych lotnictwa ZOP i obecność tego urządzenia na pokładzie śmigłowca, z punktu widzenia taktyki ZOP, traktowana jest w podobnych kategoriach jak sonar holowany na okręcie. 

Na jednej z wizualizacji brytyjskiego programu PROTEUS, widoczna jest stacja opuszczana we wnęce sekcji zadaniowej. Nie znany jest typ tego urządzenia, prawdopodobnie jest to jedno z lżejszych rozwiązań (jak np. AN/AQS-13/18). Natomiast jeżeli przedstawiona wizja ziści się, PROTEUS będzie prawdopodobnie pierwszym na świecie RUAS wyposażonym w taki sensor.

Komora zadaniowa RUAS programu PROTEUS z sonarem opuszczanym

Zasadność opracowania kompaktowego rozwiązania dla lekkich lotniczych platform bezzałogowych nie umknęła uwadze ekspertów i prace nad jego stworzeniem są w toku. Elementem stanowiącym jedno z największych wyzwań jest kablo-lina i jej wciągarka, które stanowią znaczną część całkowitej masy takiego modułu. W efekcie, jedną z rozważanych koncepcji było urządzenie hybrydowe, oparte na elementach i technologii PRHA, wykorzystujące nieodzyskiwany, odcinany przetwornik. Brak wciągarki, pozwala jednak na dużą oszczędność masy i energii, dzięki czemu opisane rozwiązanie w założeniach rokuje jako moduł nawet dla najlżejszych RUAS.

Wykorzystanie PRHA jako elementu bazowego jest obiecującym kierunkiem (szczególnie dla lekkich nosicieli) ze względu na rozmiary, masę, względnie niskie zapotrzebowanie energetyczne oraz szereg gotowych do adaptacji elementów, takich jak: sensor akustyczny (występujący w kilku wariantach) i blok elektroniczny (obejmujący wstępne przetwarzanie sygnałów akustycznych z modułem łączności). Dlatego też, wykorzystanie tych elementów do zbudowania nowego, lekkiego sonaru opuszczanego może mieć znaczny potencjał koszt-efekt. Zaprojektowania na nowo wymagałoby zasilanie (zamiast baterii) oraz pozornie prosty element jakim jest wciągarka kablo-liny. 

Adaptacja elementów aktywnej PRHA na rzecz kompaktowego sonaru opuszczanego (rysunek nie jest w skali)

Biorąc pod uwagę szeroką gamę PRHA standardu NATO, nawet w tak kompaktowym rozwiązaniu, możliwa jest skalowalność potencjału sensora, przez wybór pomiędzy wariantami opartymi na standardowych PRHA (np. DIFAR/HIDAR, DICASS), a pławami wysokiego potencjału (jak np. Thales SonoFLASH). Wybór tych ostatnich wiąże się jednak z koniecznością rozwoju kolejnej brakującej w PRHA funkcjonalności jaką jest mechanizm składania/rozkładania anteny o poziomie komplikacji skalowalnym do pożądanych zasięgów detekcji.

Analiza wariantów anten opuszczonych na bazie dostępnych rozwiązań w gamie PRHA standardu NATO wymagałaby osobnego opracowania. Nie mniej, wyposażony w taki sonar opuszczany RUAS w praktyce funkcjonowałby jako „mobilna PRHA”, co jednocześnie upraszcza przebieg dozoru podwodnego. Kontrola nad tym procesem odbywałaby się przez kolejny już istniejący komponent jakim jest procesor akustyczny na załogowym statku powietrznym, okręcie lub stanowisku na lądzie.

Sensory nieakustyczne

Dozór akustyczny pozostaje główną metodą dozoru do poszukiwania okrętów podwodnych, lecz osiągnięcia technologiczne pozwoliły też na rozwój kompaktowych, nie-akustycznych sensorów, wspomagających świadomość sytuacji w działaniach ZOP. Wiele z tych urządzeń powstaje docelowo pod kątem instalacji na lekkich jednostkach bezzałogowych, z ukierunkowaniem na niską masę i zapotrzebowanie na energię. W rosnącej grupie tych urządzeń znajdują się między innymi sensory radiolokacyjne i elektro-optyczne.

Lekkim RUAS (250 kg MTOW) typu AW HERO. Widoczne zamienne moduły części nosowej w tym (po prawej) radar z anteną rastrową

Większe konstrukcje jak VSR-700 (Airbus) oznaczają mniej kompromisów umożliwiając np. instalację radaru o większym zasięgu i z anteną obserwacji domokrążnej

O ile w działaniach ZOP, faktycznie odgrywają one istotną rolę, tak środowisko to zdecydowanie nie jest ich wiodącą domeną. Detektor anomalii magnetycznych tzw. MAD (Magnetic Anomaly Detector) natomiast, jest nieakustycznym sensorem dedykowanym do tej roli.

MAD kojarzony często jako stopniowo znikający w nowoczesnych siłach ZOP relikt zimnej wojny, wbrew wszelkim pozorom jest nadal respektowanym sensorem, dającym informacje wysokiej wiarygodności. Wąski pas dozoru jaki pokrywa MAD, pozwala efektywnie używać go głównie do przeszukania niewielkiego sektora (np. po szumo-namiarze lub emisji ESM), jako narzędzie potwierdzenia kontaktu. Nie mniej, uzyskana w ten sposób detekcja zapewnia wysoką precyzję lokalizacji celu oraz odgrywa znaczącą rolę w procesie klasyfikacji kontaktu.

CAE MAD-XR

W porównaniu z dotychczasowymi detektorami, aparatura nowej generacji MAD-XR waży 1,5 kg (zamiast 25-30 kg urządzenia poprzedniej generacji), przy tych samych parametrach czułości. Względem większości załogowych statków powietrznych, w/w rozwiązanie nie generuje kolosalnej oszczędności, jednak w przypadku platform bezzałogowych, gdzie liczy się każdy kilogram i każdy element wymagający zasilania, sytuacja zmienia się diametralnie.

Efektor

W obecnych programach rozwoju bezzałogowego lotnictwa ZOP, zdolności rażenia pełnią rolę drugoplanową lub schodzą na drugi plan. Świadomość sytuacji jest traktowana jako priorytet, będąc warunkiem koniecznym do podjęcia jakiejkolwiek reakcji uchylania się od zagrożenia lub jego neutralizacji. Mimo to, podjęto też prace nad zdolnościami rażenia, które w przypadku systemów bezzałogowych można podzielić na dwa kierunki:

• adaptację jednostki bezzałogowej do przenoszenia już istniejących typów uzbrojenia (jak np. lekkie torpedy ZOP),
• rozwój nowego kompaktowego efektora, który może być przenoszony przez lekkie jednostki.

Projekt wspólny BAE Systems i Malloy Aeronautics: demonstrator T-600 z podwieszoną lekką torpedą ZOP typu Stingray

Trudno jednoznacznie powiedzieć tu o dominującym kierunku. Odnosząc się do ewoluującego przeciwnika, trwają prace nad efektorami nowej generacji, zdolnymi sprostać dzisiejszym i przyszłym realiom. Poza klasycznym celem działań ZOP jakim jest okręt podwodny, nową grupę zagrożenia zaczynają stanowić autonomiczne pojazdy podwodne, w szczególności te należące do klasy XLUUV (Extra-Large Unmanned Underwater Vechicle).

Ten problem istnieje już dziś, a ilość programów rozwojowych XLUUV na świecie świadczy o szybkim wzroście jego skali w niedalekiej przyszłości. Ponadto, współczesne uzbrojenie ZOP, oparte głównie na lekkich torpedach kalibru 324/400mm, nie przystaje do tego rodzaju celów ze względu na sposób działania układu naprowadzania oraz przede wszystkim czynnik ekonomiczny. Wyjątkiem od tego są nadal jeszcze stosowane „klasyczne” bomby głębinowe lub rakietowe bomby głębinowe (np. RBU-6000 na KoZOP ORP „Kaszub”).

Z wyżej opisanych przyczyn, podjęte zostały prace nad rozwiązaniami dedykowanymi tej nowej kategorii celów, przy czym część z nich rokuje także jako efektor zdolny do integracji z lekkimi platformami latającymi. Przykładami nowych kierunków są np. bardzo lekkie torpedy VLWT (Very Lightweight Torpedo), stanowiące nową kategorię w gamie efektorów ZOP oraz nowej generacji bomby głębinowe.

Black Scorpion – bardzo lekka torpeda (VLWT)

Rozwijana przez Northrop Grumman inicjatywa CVLWT miała mieć szerokie zastosowanie w nowych realiach działań ZOP. Problemy związane z pracami nad wariantem przeciwtorpedowym CAT (Countermeasure Anti-Torpedo) negatywnie wpłynęły jednak na tempo i zakres realizacji programu.

Równolegle podejmowane są inne próby wyodrębnienia kategorii bardzo lekkich torped (VLWT), w tym konstrukcje bazujące na wcześniejszych projektach, które napotykały trudności integracyjne oraz problemy z osiągnięciem zakładanej nisko-kosztowości. Pomimo tych ograniczeń, przeprowadzono obiecujące testy integracji wybranych efektorów z platformami bezzałogowymi, w tym z wiropłatami MQ-8C.

Northrop Grumman – Common Very Lightweight Torpedo (CVLWT)

Wymienione przykłady nowych efektorów mają bardzo ograniczony efekt rażenia w przypadku, gdy celem jest okręt podwodny, głównie ze względu na lekkie głowice bojowe oraz małą prędkość, jak w przypadku bardzo lekkich torped nowej generacji. Część z tych konstrukcji rozwijana jest jako kolejna próba wyodrębnienia kategorii VLWT, przy czym wcześniejsze inicjatywy napotykały istotne problemy integracyjne oraz trudności z osiągnięciem zakładanej nisko-kosztowości. Pomimo tych ograniczeń, systemy te pozostają adekwatnym środkiem bojowym do zwalczania bezzałogowych pojazdów podwodnych, a kluczowymi czynnikami decydującymi o powodzeniu ich rozwoju będą efektywność bojowa oraz możliwie niski koszt.

Makiety poglądowe nowej generacji bomby głębinowej i jej zasobnika lotniczego

Programy RUAS-ASW

Warianty morskie śmigłowca MQ-8 w wersjach B i C mają ponad 10 lat stażu operacyjnego w US Navy, przy czym każda z nich opiera się na odmiennej bazowej konstrukcji wiropłata. Pierwotnym przeznaczeniem tych maszyn było wskazywanie celów oraz wsparcie rozpoznania sytuacji nawodnej. Dla śmigłowców MQ-8 planowano również opracowanie modułów do wykrywania min morskich, jednak wraz z rosnącym zainteresowaniem szerszym zakresem użycia pojawiła się koncepcja ich zaangażowania w zadania ZOP. Inicjatywa ta była naturalnym kierunkiem rozwoju, między innymi z racji równoległego użytkowania MQ-8 obok śmigłowców pokładowych MH-60 Seahawk, stanowiących jeden z filarów zdolności ZOP US Navy.

MQ-8C Sea Scout na pokładzie okrętu US Navy

Na ujawnionych materiałach można zobaczyć MQ-8C, przenoszący dwa zasobniki PRHA, mieszczące 24 szt. rozmiaru „G” (na zdjęciach z prób morskich da się faktycznie dostrzec zrzut pław „G-size”), brakuje jednak informacji o ostatecznym kierunku rozwoju. Wybór PRHA rozmiaru „G” oznaczałby dążenie do przenoszenia znacznej ilości pław (48 szt. przy dwóch zasobnikach), lecz na obecną chwilę nie można też wykluczyć, że w przyszłości powstaną również rozwiązania wspólne dla MQ-8 i MQ-9B SeaGuardian.

Wizualizacja MQ-8C z dwoma zasobnikami SMP (Sonobuoy Mission Pod) rozwijanymi przez firmę Ultra, największego obecnie producenta PRHA. Firma oferuje skalowalność swojego rozwiązania dla różnej wielkości nosicieli.

Podobnie jak US Navy, lotnictwo morskie Wielkiej Brytanii również stawia na duże platformy. Jest to wyraźna analogia do przyjętej w Royal Navy koncepcji wykorzystania ciężkich śmigłowców ZOP typu AW-101 Merlin, które pośród morskich wiropłatów wyróżniają się połączeniem wysokiego potencjału bojowego z długotrwałością lotu. Z uwagi na te cechy, odpowiadające brytyjskim wymaganiom operacyjnym, AW-101 Merlin pozostaje jedynym typem śmigłowca wykorzystywanym w Royal Navy do zadań ZOP.

Skala potrzeb operacyjnych przekracza jednak dostępne zasoby każdej marynarki wojennej, co doprowadziło do uruchomienia, we współpracy z koncernem Leonardo, programu bezzałogowego wiropłata PROTEUS. Równolegle firma rozwija także mniejsze platformy bezzałogowe z tej samej rodziny rozwiązań, jednak bez deklarowanego ukierunkowania na zadania ZOP. Na prezentowanych wizualizacjach PROTEUS widoczna jest modułowa struktura kadłuba z wydzieloną sekcją zadaniową, umożliwiającą adaptację do misji ZOP, w tym integrację pław radio-hydroakustycznych oraz bloków przetwarzania sygnałów.

RUAS PROTEUS – widoczna sekcja zadaniowa

Potencjał adaptacji opisywanego wiropłatu stanowi nie tylko znaczące uzupełnienie i wsparcie (w ramach np. współdziałania z AW-101 Merlin) dla lotnictwa morskiego ZOP UK Royal Navy, ale również oferuje możliwość wprowadzenia zdolności ZOP np. na pokład jednostek nie posiadających tych zdolności. W UK Royal Navy przykładem takich okrętów są np. obecnie budowane fregaty T31, oparte na tym samym jak program Miecznik, projekcie ArrowHead 140. 

Przedstawiciel środkowej grupy MTOW 500-700 kg, VSR-700 w 2022 r przeszedł pomyślnie szereg testów kwalifikacyjnych na okrętach francuskiej MW. Wybór platformy tej wielkości jest ciekawym rozwiązaniem, łączącym kompaktową konstrukcję z szerokim zakresem możliwości bojowych. W 2023 roku zaprezentowano zdolność przystosowania do zadań ZOP, rozwijaną we współpracy z koncernem Thales. Moduł PRHA, obejmujący funkcje zrzutu, odbioru i transferu sygnałów, umożliwia działanie z 4 szt. PRHA rozmiaru „A-size”. Opisywany element ma związek z prowadzonym przez koncern programem rozwojowym nowej generacji PRHA wysokiego potencjału SonoFLASH (Thales), która wchodzi do służby w Marynarce Wojennej Francji.

VSR-700 prezentowany na targach Euronaval 2024. Widoczny na burcie zasobnik PRHA i lekkich bomb głębinowych oraz leżący obok czterokomorowy zasobnik PRHA rodziny A-size (producent bada różne rozwiązania)

W opinii Airbus, proponowane przez firmę rozwiązanie stanowi bardzo korzystny kompromis pomiędzy masą startową platformy a masą zabieranego ładunku i długotrwałością lotu. W przedstawionym porównaniu, skonfrontowano wszystkie trzy z wyżej wymienione kategorii: 

S-100 Camcopter zapewnia długotrwałość lotu do 6 h z ładunkiem 34 kg (źródło: Schiebel), natomiast MQ-8C Firescout może operować do 12 h z 136 kg ładunku (źródło: Navair). Dla porównania, VSR-700 jest zdolny do 10 h długotrwałości lotu ze 100 kg ładunku.

Zgodność tych argumentów odzwierciedla kilka innych programów. Przykładem może być Schiebel, który zamierza również być obecny w tym sektorze z najnowszym S-300 (660 kg MTOW), większym „bratem” popularnego S-100 Camcopter.

Schiebel S-100 na tle większego S-300

Rodzina śmigłowców Schebiel powiązana jest prawdopodobnie z największą różnorodnością rozwiązań, jaką można obecnie obserwować pośród modułów zadaniowych ZOP, dedykowanych bezzałogowym wiropłatom. Dotyczy to zarówno popularnego S-100 Camcopter, jak również jego większego „brata” S-300. Podobnie jak z opisanym VSR-700 (Airbus), w rozważaniach nt. konfiguracji S-300 do ZOP, ujawnione materiały przedstawiają dwa warianty zrzutni PRHA w układzie: 8 x A-size lub 12 x G-size.

Bezpilotowe wiropłaty najlżejszej grupy, tj. o masie rzędu 200-250 kg (MTOW) również dołączają do gamy potencjalnych jednostek ZOP. Inspiracją do podjęcia tej inicjatywy było przede wszystkim to, że opisywane śmigłowce, weszły lub wchodzą obecnie do służby w siłach morskich oraz wyniki analiz, które wykazały, że istnieje możliwość rozszerzenia zakresu ich zadań także o ten obszar. Z oczywistych względów wyzwaniem jest masa zabieranego ładunku (45-50 kg), której zapas nawet w przypadku PRHA rozmiaru „G”, bardzo szybko ulega wyczerpaniu. Przenoszenie PRHA rodziny „A-size”, w szczególności aktywnych o masie powyżej 15 kg, z tak małym zapasem nośności jest tu bardzo utrudnione.

Na demonstratorach na bazie Schiebel S-100 i UMS Skeldar V-200, zastosowano wyrzutniki PRHA, umożliwiające przenoszenie odpowiednio 4 lub 6 pław rozmiaru „G”. Ograniczenia masy wymusiły rozdzielenie funkcji jednostki zrzucającej PRHA i obierającej/przekazującej sygnał na dwa statki powietrzne (jak na zdjęciach poniżej). Wymienione śmigłowce w wariancie ZOP od 2022 roku biorą udział między innymi w ćwiczeniu REPMUS (Robotic Experimentation and Prototyping using Maritime Uncrewed Systems).

Jednym z interesujących pomysłów jakie poddawane są badaniom w przypadku S-100 jest zrzutnia dla pojedynczej PRHA rozmiaru A. Z powodu opisanych wcześniej limitów masy ładunku, mało prawdopodobne wydawało się nawet rozważanie samej możliwości zabrania tych pław. Nie mniej, mimo liczby ograniczonej do zaledwie jednej sztuki, to rozwiązanie nie jest pozbawione sensu. Sięgnięcie po PRHA rodziny A-size jest efektem współpracy z koncernem Thales, który rozwija własną, wysokiego potencjału pławę SonoFLASH. Potencjał tej nowej generacji PRHA (szczególnie w działaniach sieci multi-statycznej) jest powodem, dla którego S-100 w widocznej na zdjęciu poniżej konfiguracji ma szanse znaleźć zastosowanie w przyszłych działaniach ZOP.

Bezzałogowe wiropłaty w systemie wsparcia działań ZOP

Lotnicze systemy bezzałogowe mają pewną przyszłość w operacjach ZOP. Celem rozwoju tych systemów nie jest wyparcie jednostek załogowych, nie taka jest przynajmniej obecna perspektywa. Proces wdrażania jednostek bezpilotowych idzie w parze z badaniami nad koncepcją działań obok „klasycznych” sił jako ich element wsparcia.

Elementem łączącym większość wymienionych programów przystosowania RUAS do zadań ZOP są PRHA ze zróżnicowanym podejściem ich wykonawców do adaptacji tej zdolności. Dotyczy to przede wszystkim grupy rozmiarowej i ilości pław zabieranych na pokład. Z racji natury masowego użycia PRHA, ilość w znacznym zakresie działań jest i zawsze będzie czynnikiem dominującym. Z drugiej jednak strony, wiodącą ideą operacyjnego użycia opisywanych systemów bezzałogowych jest funkcjonowanie jako element wsparcia.

Przykładem może być współdziałanie np. z załogowym MPA, gdzie rolą bezzałogowej jednostki może być wydłużenie czasu monitorowania postawionego przez samolot patrolowy MPA pola pław, zachowując niewielki zapas pław do potwierdzenia kontaktu. Inny przykład może odnieść się do operacji ZOP obejmujących współdziałanie z własnymi siłami podwodnymi, które są wymagające z punktu widzenia koordynacji sił w górnej i dolnej półsferze. Zdolność szybkiego nawiązania nawet jednostronnej łączności z własnym okrętem podwodnym jest szczególnie ważna dla utrzymania świadomości sytuacyjnej sił. Opisywana zdolność odgrywa szczególnie ważną rolę w sytuacji konieczności użycia uzbrojenia, związanej z implementacją procedur WSM (Water Space Management) niezbędnych dla skutecznego i bezpiecznego użycia środków bojowych ZOP, gdy własny okręt podwodny znajdzie się w sąsiedztwie wrogiego.

Wizja współdziałania fregaty Miecznik z okrętem podwodnym Orka – komunikacyjna PRHA umożliwia jednostronny przesył danych dla koordynacji sił

Podsumowując, nie można jednoznacznie przekreślić udziału w działaniach ZOP najlżejszych z wymienionych jednostek. Faktem natomiast jest, że np. ilość zabieranych PRHA będzie decydować o potencjale i skali zaangażowania danej jednostki w misje ZOP.

Mimo że żaden z opisanych, obecnie rozwijanych systemów RUAS w konfiguracji ZOP nie osiągnął jeszcze gotowości operacyjnej, są elementem wpisującym się w rozwój współczesnych sił morskich. Zatem, są one wartym dalszej uwagi komponentem dla fregat Miecznik, nie tylko z samej przyczyny jaką jest problem braku śmigłowca pokładowego. Przede wszystkim, rola RUAS nie ogranicza się do głównego obszaru na jakim skupiony jest artykuł. Moduły zadaniowe jak np. kompaktowy radar czy głowice elektrooptyczne powodują, że już dziś bezpilotowe wiropłaty pokładowe są cennymi jednostkami wspierającymi proces rozpoznania sytuacji na morzu czy identyfikacji i wskazania celów na zasięgach poza horyzontem.