Pole bitwy staje się cyfrowe, a siły lądowe coraz częściej polegają na komputerach noszonych przez żołnierzy lub wbudowanych w pojazdy. Systemy te muszą wytrzymać ekstremalne warunki, integrując najlepsze rozwiązania projektowe ze świata cywilnego
Komputery pojazdu są wykorzystywane do różnych zadań, od orientacji sytuacyjnej po zbieranie danych i nadzór, od komunikacji po śledzenie własnych sił. Wiele z tych systemów, montowanych w standardowych szafach, działa na różne sposoby niezależnie od użytkownika; często w niczym nie przypominają komputerów z wyświetlaczem i klawiaturami, do których jesteśmy przyzwyczajeni.
Normy
Według Briana Reinharta, CTO for Special Projects w Crystal Group, dostawcy komputerów wbudowanych i powiązanych produktów do zastosowań o znaczeniu krytycznym, istnieje wiele trudnych problemów związanych z osadzaniem komputerów w pojazdach. Na przykład wiele aplikacji musi działać w środowisku, które nie pozwala na tradycyjną technologię chłodzenia, co oznacza, że „musimy stworzyć system, który może przetrwać w podwyższonych temperaturach bez pomocy wentylatorów”. Ponadto komputery często trzeba umieszczać w miejscach, które nie mieszczą się w wymiarach standardowej szafy serwerowej EIA-310 (482,6 mm), co stało się elementem znanym w świecie komputerów komercyjnych. Oznacza to, że firmy takie jak Crystal muszą tworzyć systemy o określonej wielkości lub „współczynniku kształtu”, które mogą działać w ograniczonej ilości. „Muszą być tak ukształtowane, aby pasowały do dowolnej objętości dostępnej na platformie, czy to błotnika, czy komory silnika pojazdu. Można je postawić na podłodze samochodu lub obok zbiornika paliwa.”
Ponadto „niektóre systemy powietrzne muszą działać przy niższych napięciach wejściowych niż zwykle”, wyjaśnił, „aby spełnić wymagania MIL-STD-1275, jednego z zestawu norm wojskowych Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych, które definiują projektowanie i konstrukcję. systemy”. Oznacza to, że firmy muszą projektować dostawy energii tak, aby spełniały te standardy. Jeśli nie ma odpowiedniej, gotowej technologii komercyjnej, którą można by przystosować do działania w niesprzyjających warunkach, to „opracowujemy i wdrażamy własną oraz integrujemy ją w zadaniach, których potrzebujemy”.
Obecnie komputery odgrywają znaczącą rolę w działaniu większości pojazdów naziemnych, zauważył główny technolog amerykańskiej firmy General Micro Systems, która produkuje małe produkty wbudowane, wytrzymałe inteligentne wyświetlacze, szafy serwerowe i inne systemy komputerowe oraz uczestniczy w wielu dużych programów, np. dostarcza swoje produkty do pojazdów opancerzonych rodziny Stryker armii amerykańskiej. Jako przykład podał systemy, które pozwalają operatorowi, patrząc na monitory, sterować maszyną w całkowitej ciemności w czasie rzeczywistym. „Te komputery mieszczą się w małych, wytrzymałych blokach”.
„Ta technologia, wraz z kilkoma innymi, eksplodowała w ostatnich latach” – powiedział David Yedinak, dyrektor ds. technologii w firmie Curtiss-Wright, która dostarcza wbudowane komputery do pojazdów naziemnych i wytrzymałych wyświetlaczy. Zwrócił uwagę na rosnący trend „rozproszonego przetwarzania danych”, w którym komputery są coraz częściej połączone w sieć, zamiast działać jako oddzielne systemy. Programy takie jak brytyjska GVA (Generic Vehicle Architecture) lub amerykański odpowiednik Victory wzmacniają ten trend i w rezultacie doprowadzą do „zmniejszenia rozmiaru, wagi, zużycia energii i kosztów poprzez dystrybucję danych”… Yedinak wskazał na szereg innych ścieżek rozwoju, zwłaszcza odnotowując postęp w technologii przetwarzania danych. Ogólnie rzecz biorąc, jednym z największych wyzwań wojskowych, przed którymi stoją firmy takie jak Curtiss-Wright, jest wyzwanie modernizacji: konieczne jest osadzenie nowych technologii komputerowych, jednocześnie zdając sobie sprawę, że będą one współpracować z innymi, starszymi systemami. kolejna dekada. „Jak łączysz te dwa światy?”
Niesprzyjające warunki
Wytrzymałe komputery są zaprojektowane tak, aby wytrzymać ekstremalne warunki i dlatego muszą spełniać szereg rygorystycznych norm. Oprócz standardu MIL-STD-1275, Departament Obrony USA ma w swoim arsenale również standard MIL-STD-810, który określa wymagania dotyczące odporności na wstrząsy i wibracje, oraz MIL-STD-461, który określa odporność na promieniowanie elektromagnetyczne. „Te trzy standardy leżą u podstaw wszystkich testów, chociaż istnieje również wiele konkretnych testów, które są przeprowadzane w razie potrzeby” - powiedział Mike Southworth, kierownik projektu ds. wytrzymałych komputerów o niewielkich rozmiarach w firmie Curtiss-Wright. Jeśli chodzi o komputery wbudowane o niewielkich rozmiarach, uważa, że wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na autonomię komputery wojskowe będą w coraz większym stopniu wykorzystywać uczenie maszynowe i inne formy sztucznej inteligencji. Przewiduje on pojawienie się wbudowanych komputerów o „znacznie silniejszej inteligencji”, o większych możliwościach gromadzenia danych. Solidna i niezawodna konstrukcja to także integralna cecha wyświetlaczy służących do prezentowania obrazów i informacji załodze pojazdu. Argon ma w swoim portfolio kilka takich wyświetlaczy i niedawno zakończył testy trzech nowych produktów, które planuje wkrótce wprowadzić do masowej produkcji.
Reinhart powiedział, że spodziewa się wyższego poziomu bezpieczeństwa komputerów, zwłaszcza gdy staną się one częścią szerszej sieci. „Wraz ze wzrostem przepustowości sieci istnieje potrzeba poprawy jej bezpieczeństwa”. Zwrócił również uwagę na powszechne stosowanie dysków półprzewodnikowych lub dysków flash (angielski Solid State Drive, SSD). W przeciwieństwie do konwencjonalnych dysków twardych nie mają ruchomych części, dzięki czemu są mniej podatne na uszkodzenia spowodowane silnymi uderzeniami, takimi jak upuszczenie. Dyski SSD były początkowo wyceniane wyżej, ale ceny znacznie spadły w ostatnich latach, a same dyski stały się mniejsze, a ich pojemność wzrosła. „Ma to ogromne znaczenie w przypadku aplikacji takich jak gromadzenie i przechowywanie danych” – dodał. Dysk SSD jest również integralną częścią wzmocnionych laptopów i tabletów, które są obecnie podstawowym narzędziem żołnierza i mogą być również zintegrowane z pojazdami. Wielu głównych producentów komputerów osobistych rozwija się również dla wojska. Na przykład firma Dell oferuje szereg wytrzymałych komputerów Latitude Rugged o różnych kształtach i rozmiarach. „W ciągu ostatnich pięciu do dziesięciu lat branża poczyniła ogromne postępy w dziedzinie technologii SSD” - powiedział Umang Patel, dyrektor Dell Rugged, zauważając, że dyski SSD są odporne na środowisko i zapewniają doskonałą wydajność. „Mogę zainstalować więcej na mniejszej przestrzeni dzięki zużywa mniej energii i szybciej uruchamia aplikacje.”
Istnieje również kilka obszarów, które należy wziąć pod uwagę podczas produkcji wytrzymałych urządzeń komputerowych. Patel zwrócił uwagę na odwieczne problemy związane z temperaturą; Zainstalowanie wentylatora do chłodzenia systemu komputerowego stwarza źródło zanieczyszczeń i mechanicznych ruchomych części, na których system polega. Dlatego producenci wytrzymałych komputerów powinni rozważyć inne sposoby chłodzenia systemu, w tym systemy pasywne, a także mocniejsze wentylatory zaprojektowane do pracy w trudnych warunkach. „Muszę schłodzić system, ale jednocześnie muszę go chronić przed kurzem, wodą i innymi szkodliwymi czynnikami. Muszę to zapewnić na bardzo długi okres czasu z większą niezawodnością.” Według Jacksona White'a, dyrektora firmy Getac, produkującej wytrzymałe tablety, laptopy i inne systemy, przed rozważeniem jakiegokolwiek urządzenia do użytku wojskowego należy sprawdzić, czy spełnia ono określone normy. „Ochrona danych jest niewątpliwie priorytetem, ale niezawodność i odporność są również wymagane, aby wytrzymać trudne, a nawet ekstremalne warunki środowiskowe, a także kompatybilność z innymi niezbędnymi technologiami używanymi przez personel. Istnieją inne czynniki, takie jak koszt, łatwość użytkowania, przydatność do zamierzonego zastosowania i wreszcie żywotność”.
White wierzy, że wzmocnione urządzenia muszą wytrzymać nie tylko upadki, wstrząsy, wibracje, wodę i chemikalia, ale także ekstremalne scenariusze, takie jak pustynia z gorącymi temperaturami. Ogłosił, że produkty jego firmy mają stopień ochrony IP67 (Międzynarodowy Znak Ochrony) lub wyższy; oznacza to, że „są testowane zgodnie ze standardami wojskowymi i są w stanie wytrzymać upadki i temperatury określone przez klienta wojskowego”. Zwrócił uwagę na szereg innych aspektów technologii związanych z użytkownikami wojskowymi. Na przykład żołnierze zsiadający z konia często muszą nosić odzież ochronną, w tym rękawice, więc ekrany dotykowe muszą być na nich wrażliwe. Dodatkowo ekran musi być dobrze widoczny w różnych warunkach oświetleniowych lub kompatybilny z goglami noktowizyjnymi. White zwrócił uwagę na kilka kierunków ewolucji technologii w ostatnich latach. Np. w ostatnich latach w urządzeniach cywilnych wprowadzono wiele innowacji, wdrożono przełomowe rozwiązania, a zatem „wojsko chce, aby przemysł w opracowanych dla nich systemach wykorzystywał to wszystko śmielej w celu osiągnięcia lepszej interakcji i zwiększenia skuteczność w sytuacji bojowej.”
Technologia baterii
Tymczasem baterie stają się coraz wydajniejsze, wytrzymują od ośmiu do dziesięciu godzin, a jednocześnie poprawiają łączność i, według White, „Dzięki różnym częstotliwościom i metodom połączeń do dyspozycji personel może szybciej uzyskiwać dostęp do danych i wprowadzać je z wyższym poziomem bezpieczeństwa.”. Następuje pewien postęp w technologii ekranów dotykowych, a zastosowanie tworzywa kompozytowego pozwala „znacznie zmniejszyć grubość i wagę urządzeń przy zachowaniu cech wytrzymałościowych”.
John Tucker, dyrektor firmy Panasonic na Europę, zauważył, że do produkcji swoich wytrzymałych laptopów i notebooków Toughbook używa się różnych materiałów, takich jak stopy magnezu. Są 20 razy mocniejsze od plastiku ABS (ABS, Acrylonitrile Butadiene Styrene – akrylonitryl butadien styren), ale stosunkowo lekkie. Ponadto istnieją materiały zaprojektowane w celu zmniejszenia obciążeń udarowych. Wśród nich wymienił polimer elastomerowy, który na przykład pochłania większość uderzenia po upuszczeniu. Producenci zwracają również dużą uwagę na wnętrze swoich systemów. Na przykład szeroko wykorzystują pozłacane złącza, aby uniknąć rdzy o wysokiej wilgotności i innych problemów. „Nawet jeśli używasz swoich systemów w niskich i wysokich temperaturach, wysokiej wilgotności, deszczu i śniegu, nie powinieneś mieć najmniejszej korozji”.
Rzecznik firmy Xplore, producenta wzmocnionych tabletów, powiedział, że warunki bojowe dyktują potrzebę niezawodności i odporności na ekstremalne temperatury, deszcz i kurz. Wymienił również zakres zadań, które wojskowy tablet powinien rozwiązać. „Musi robić prawie wszystko, co możesz sobie wyobrazić, na przykład transport samochodowy, logistykę i budownictwo”. W ostatnich latach klienci militarni poszukiwali mniejszych, bardziej funkcjonalnych urządzeń. Patrząc w przyszłość, „integrują tablety i inne urządzenia komputerowe do noszenia w zintegrowany supersystem komunikacyjny i informacyjny”. W związku z tym Tucker zwrócił uwagę na pojawienie się koncepcji „połączonego żołnierza” oraz na fakt, że Panasonic współpracuje w tym kierunku z kilkoma europejskimi strukturami wojskowymi. W rzeczywistości pozwoli to dowódcom uzyskać wyczerpujące informacje o strefie działań wojennych, aż do stanu zdrowia każdego żołnierza. Może to pobudzić popyt na technologię ubieralną, a nawet aktywowaną głosem.
Jednym z głównych kierunków rozwoju wojskowych systemów komputerowych jest oczywiście wykorzystanie nowoczesnych technologii komercyjnych przy zachowaniu niezawodności wymaganej na polu walki. Istotna jest na przykład łatwość korzystania ze smartfonów, laptopów i tabletów, z których żołnierz mógłby korzystać w swoim cywilnym życiu. Tucker powiedział, że istnieje rodzaj wymiany między sferą wojskową i cywilną, chociaż obecnie w wielu przypadkach technologia napływa do sektora obronnego. „Ważne jest, aby technologie, które są popularne w sferze cywilnej, nadawały się do zadań wojskowych. Jednak proces ten musi być niezwykle znaczący. Wygląda na to, że zajmuje złącze USB (Universal Serial Bus). Co jest w nim specjalnego? Ale wojsko potrzebuje niezawodnych, pyłoszczelnych i wodoodpornych złączy USB.”
Poza kosztami
Getac integruje wygodę i funkcjonalność systemów komercyjnych ze wszystkimi swoimi wzmocnionymi urządzeniami mobilnymi. White zauważył, że „jest to jedno z głównych wymagań klientów wojskowych przy wyborze dostawców”. Powiedział, że potrzebna jest równowaga, ponieważ urządzenia cywilne „nieuchronnie nie będą wystarczająco wytrzymałe i trwałe, aby sprostać wymaganiom żołnierzy lub warunków, w których muszą pracować”. Z drugiej strony niektóre specyficzne urządzenia z dużym marginesem bezpieczeństwa mogą być zbyt ciężkie i nieporęczne. „Aby naprawdę dopasować wojskowe zadania operacyjne (funkcje dowodzenia i kontroli) oraz cele ponownego wyposażenia technicznego, zamówienia obronne powinny koncentrować się na nabyciu nowego, gotowego do użytku komercyjnego sprzętu i oprogramowania, a nawet aplikacji, takich jak Internet Rzeczy (możliwość do nawiązania komunikacji między urządzeniami elektronicznymi bez udziału komputerów). Nowa generacja gotowych urządzeń komercyjnych o zwiększonej niezawodności może osiągnąć odpowiednią równowagę, ponieważ są lekkie, wydajne, łatwe w użyciu i spełniają rygorystyczne standardy bezpieczeństwa i przesyłania danych”.
