Derzeit entwickelt sich das Konzept der Durchführung von Schwarmoperationen aus der Luft, zu Land und auf See mit vielen "leeren" Systemen stetig weiter, da die Streitkräfte vieler Länder dem Einsatz fortschrittlicher autonomer Systeme große Aufmerksamkeit schenken, um Gegner zu besiegen Technologien. Die Entwicklung solcher Technologien konzentriert sich derzeit jedoch hauptsächlich auf Luftschwärme, und es ist unwahrscheinlich, dass sie in naher Zukunft einen signifikanten Einfluss auf den Ausgang militärischer Operationen haben werden.
Nichtsdestotrotz zwingt der Einsatz von Schwärmen von autonomen Luft-, Boden-, Überwasser- und U-Boot-Plattformen das Militär dazu, die gewaltigen Herausforderungen der Aufrechterhaltung und Finanzierung dieser Technologie zu bewältigen, obwohl sie erst relativ kürzlich eingeführt wurde.
Laut Verteidigungsminister Gavin Williamson, der vor einem Jahr am Royal Defense Research Institute sprach, war der Transformationsfonds des britischen Verteidigungsministeriums „mit der Entwicklung von Schwarmgeschwadern vernetzter Drohnen beauftragt, die die feindliche Luftverteidigung verwirren und betäuben können. Wir hoffen, dass die Technologie bis Ende dieses Jahres einsatzbereit ist.“
Hochrangige Beamte des US Special Operations Command stimmen dieser Position grundsätzlich zu. "Die Gesamtheit der unbemannten Systeme, die an einer gemeinsamen Mission arbeiten, bleibt ein integraler Bestandteil der Roadmap des Kommandos für sein vielversprechendes Konzept "Spezialanwendungen für besondere Situationen", - sagte der Leiter der Programme für Flugzeugmustergeräte.
Sein Kommentar stimmt mit dem des Kommandos überein, das davon sprach, wie Schwarmtechnologie das "taktische Informationsbewusstsein" von Spezialeinheiten in einer Kampfsituation unterstützen könnte. Das Konzept des Kommandos, NGIA (Next Generation Information Awareness), integriert „biometrische und technische Fernsensoren, fortschrittliche Datenarchitektur und Analytik, um die traditionelle Informationssammlung in feindlichem Gebiet zu ergänzen“.
Ein Sprecher des Kommandos erläuterte verschiedene Prinzipien des Kampfeinsatzes, darunter auch, wie Schwärme von Senkrechtstart- und Landedrohnen das NGIA-Konzept unterstützen könnten. Unter anderem betrachtete Prinzipien des Kampfeinsatzes der neuen Technologie ist der Einsatz von UAVs aus einer fortgeschrittenen Position zur Durchführung von visueller, akustischer und elektromagnetischer Aufklärung, um dadurch die Spezialeinheiten nicht zu gefährden, für deren Ausbildung viel Geld ausgegeben wurde.
Er sprach auch über den Wunsch des Kommandos, ein Konsortium der "besten Industriepartner" zu bilden, das in den nächsten sechs Jahren eine Lösung für schwärmende UAVs entwickeln und in die Praxis umsetzen kann.
Kontinuierliche Aktivität
Jeder operative Einsatz von Schwarmlösungen kann beginnen, bevor das NGIA-Konzept umgesetzt wird. US-Regierungsbehörden setzen bereits verschiedene Programme um, die darauf abzielen, eng miteinander verbundene Technologien zu nutzen.
Programme wie OFFSET (Offensive Swarm-Enabled Tactics) der DARPA Defense Advanced Research Projects Agency, TOBS (Tactical Offboard Sensing) der US Air Force und LOCUST (Low-Cost UAV Swarming Technology - preiswerte UAV Swarm Technology) der US Navy.
Das TOBS-Konzept basiert auf dem Feuerunterstützungsflugzeug AC-130J Ghostrider, das in der Lage ist, mehrere Area-I ALTIUS (Air-Launched, Tube-Integrated Unmanned System) Rohrstartdrohnen gleichzeitig zu starten, um dem Trägerflugzeug Informationen über mögliche Potenziale zu liefern Ziele.
Die US Air Force konnte keine Details zum TOBS-Programm mitteilen, aber Branchenquellen sagten, dass ALTIUS-Drohnen mit Wärmebildkameras und optoelektronischen Kameras sowie einer Datenverbindung ausgestattet sind, die eine Anleitung zum Rüstungskomplex des Ghostrider bietet. Das TOBS-Konzept ermöglicht es dem Ghostrider, Ziele unter schwierigsten Wetterbedingungen zu bekämpfen.
Das Projekt LOCUST der US-Luftwaffe konzentriert sich auf die Zusammenarbeit von bis zu 30 Coyote-Drohnen zur Unterstützung von Aufklärungs-, Überwachungs-, Ziel- und Aufklärungsmissionen. Das MIT Perdix UAV wird auch als alternative Plattform für das LOCUST-Programm in Betracht gezogen.
Im Juni 2019 veranstaltete DARPA seine letzte Demonstration im Rahmen des OFFSET-Projekts. Das OFFSET-Konzept soll den gemeinsamen Betrieb von bis zu 250 UAVs und die Integration von automatischen Bodenfahrzeugen (AHAs) in ein einziges Netzwerk gewährleisten können.
Die Juni-Demonstration in Fort Benning, die zweite von sechs geplanten, veranschaulicht das Konzept eines Netzwerks von Drohnen und Bodenfahrzeugen, die Aufklärungsmissionen in Gemeinden mit hohen vertikalen Strukturen, engen Straßen und flachen Blickwinkeln durchführen. Laut DARPA hatten Lockheed Martin und Charles River Analytics im Rahmen des OFFSET-Programms die Aufgabe, "ein Schwarmsystem in Form einer realistischen Spielanwendung zu entwickeln, die in physisch autonome Plattformen eingebettet ist".
Diese Aktivität zielt auch darauf ab, "adaptives, komplexes, kollektives Verhalten zu definieren, um den Informationsaustausch, die Entscheidungsfindung und die Interaktion mit der Umgebung zu verbessern, damit UAVs nahtlos interagieren, sich gegenseitig beeinflussen und korrekte logische Schlussfolgerungen ziehen können".
Inzwischen wurde die dritte Entwicklungsphase laut Dynetics, dem Generalunternehmer für das Gremlins-Projekt, Ende 2019 abgeschlossen. Ziel des Projekts ist es, von einem C-130-Transportflugzeug aus zu starten und einen "Schwarm" von Gremlin-Flugzeugen dorthin zurückzubringen. Das Gremlins-Programm, dessen Konzept vom DARPA-Büro entwickelt wurde, sieht den Einsatz wiederverwendbarer Drohnen vor, die in einer komplexen Kampfumgebung verteilte Luftoperationen durchführen können.
Dynetics sagte in einer Erklärung, dass „Gremlin-Drohnen von bestehenden Flugzeugen außerhalb der Reichweite der feindlichen Luftverteidigung gestartet werden. Nach Abschluss der Mission nimmt das C-130-Flugzeug die Gremlin-Drohnen wieder an Bord und transportiert sie zur Basis, wo sie sich schnell erholen und wieder zum Flug geschickt werden.
An dem Programm nehmen die Sierra Nevada Corporation, Airborne Systems, Applied Systems Engineering, Kutta Technologies, Moog, Systima Technologies, Williams International und Kratos Unmanned Aerial Systems teil.
Technologische Lösungen
Laut Firmenchef Kratos Steve Fendley sollen künftig Hunderte, wenn nicht Tausende Drohnen an Schwärmen teilnehmen können.
Fendley erzählte, wie Schwärme von UAVs in Zukunft mit dem Ziel interagieren können, eine unbegrenzte Anzahl von Angriffs- und Verteidigungsmissionen durch unabhängige Entscheidungen auf "Massenebene" durchzuführen.
"Die Zuverlässigkeit steigt exponentiell, wenn eine große Anzahl von Fahrzeugen eine bestimmte Aufgabe erfüllt", erklärte Fendley und stellte fest, dass der Verlust eines oder mehrerer UAVs in einem großen Systemschwarm die Mission nicht negativ beeinflussen wird.
„Der Schwarm selbst und seine Entscheidungsfähigkeiten sind nicht an ein bestimmtes Flugzeug gebunden, sodass Sie eine oder mehrere Drohnen verlieren können und trotzdem nicht die Fähigkeit verlieren, die Aufgabe zu erfüllen. Das ist besonders wichtig, wenn man gegen fast gleichberechtigte Gegner spielt, wo es auf die Quantität ankommt.
Fendley machte auch darauf aufmerksam, dass sich Schwärme von UAVs über Satellitenkommunikation vernetzen lassen, was es Flugzeugen bei Bedarf ermöglicht, Daten außerhalb der Sichtlinie auszutauschen.
„In der Luft tauschen diese Geräte für unterschiedliche Zwecke alle verfügbaren Informationen miteinander aus, das heißt, jedes von ihnen besitzt mehr Informationen, als wenn es alleine fliegen würde. Folglich werden die Fähigkeiten jedes einzelnen Elements im Schwarm stark verbessert.“
Gleichzeitig wurde das Potenzial von Schwarm-UAVs trotz des Vorhandenseins von "Hunderten" technologischer Programme in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern noch nicht vollständig ausgeschöpft.
Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen in Drohnen-Entscheidungsprozessen sowie die Bereitstellung und Modifikation kognitiver Entscheidungsschleifen sind Bereiche, die noch sorgfältig untersucht werden müssen. Laut Fendley „ist die Forschung in diesen Bereichen jetzt enorm gefragt“, aber die meisten Schwarmdisplays müssen noch die KI-Software vollständig integrieren und optimieren. Die Darstellung von UAV-Schwärmen basiert heute eher auf Logik als auf KI.
Im Mai letzten Jahres kündigte Kratos im Rahmen seiner schwärmenden Roadmap eine strategische Partnerschaft mit dem Drohnenhersteller Aerovironment an. Ziel dieser Kooperation ist die Entwicklung des Konzepts "Integrierte Fähigkeiten hocheffektiver taktischer UAVs und taktischer Flugkörper". Es sieht den Einsatz des taktischen Rohrabschuss-Raketensystems Switchblade von Aerovironment über schnelle und größere unbemannte Fahrzeuge vor, darunter die MQM-178 Firejet-Drohne von Kratos. Der 3 Meter lange Firejet-Träger, ursprünglich als umfassender Waffenabwurftrainer entwickelt, ist eine Miniaturkopie des BQM-167A Subscale Aerial Target, das von der US Air Force geliefert wird.
Andere Angriffsdrohnen von Kratos sind auch die UTAP-22 Mako und die XQ-58A Valkyrie.
Der 2015 entwickelte Mako-Jetträger 6 mit einer Länge von 13 Metern ist in der Lage, UAV-Schwärme zum Standort zu bringen und deren Aktionen zu koordinieren, ihre Aufgaben anzupassen und Informationen an die Bodenkontrollstation zu senden. Am 23. Januar 2020 wurde auf dem Trainingsgelände Yuma der vierte erfolgreiche Flug des unbemannten Fluggeräts XQ-58A durchgeführt. Die Tests wurden im Rahmen des US Air Force Research Laboratory Programms für einen kostengünstigen Technologiedemonstrator mit LCASD (Low Cost Attritable Strike Demonstrator)-Fähigkeiten durchgeführt.
Während der Tests erfüllte das multitasking- und startbahnunabhängige Flugzeug XQ-58A alle seine Aufgaben, einschließlich des Höhenflugs und der Datenerfassung unter realen Bedingungen. Fendley sagte, dass die ersten Flüge von Trägerraketen mit dem Switchblade UAV Anfang 2020 durchgeführt werden sollten.
Eine solche Kombination kann die Betriebseffizienz des Switchblade-Jets, der im Einzelmodus eine maximale Reichweite von 20 km hat, erheblich steigern. "In Kombination mit der Trägerrakete erhöht sich die Reichweite der Switchblade um zusätzliche 270 km, wenn Sie das Fahrzeug zurückgeben möchten, und 540 km für die Mission in eine Richtung", sagte Fendley und stellte fest, dass jeder Firejet in der Lage sein wird, bis zu vier Switchblades. "Traditionelle Schwärme sind mit kleinen Systemen einfacher zu realisieren, und wir wollen mit dem Firejet in Richtung Schwarmkonzepte gehen."
Schwarmfähigkeiten
Kratos nimmt auch am Gremlins-Programm von DARPA teil, das die Grundlage für Dutzende von Schwarmkonzepten bilden könnte, darunter "Lufteinsatz und große Wiedereintritte von UAVs".
Ende 2019 führten Kratos und DARPA den noch nicht enthüllten Erstflug des Flugzeugs C-130 durch, das eine Zwischenlösung zwischen den Fahrzeugen Firejet und 167A darstellt. Dieser nicht gekennzeichnete Träger verfügt über klappbare Flügel, die den Transport im Frachtraum eines C-130-Flugzeugs ermöglichen.
Nach Erledigung der Aufgabe erfolgt die Rückführung der Träger in den Frachtraum mit einer an Luftbetankung erinnernden Technik. Auf diese Weise kann das C-130-Flugzeug an den Träger "andocken", um es in das Fach zurückzubringen und zur Lagerung zur Wiederverwendung in das Rack zu transportieren.
Kratos entwickelt auch die Wolf-Krebs-Technologie für Schwarmoperationen von UAVs. Im Rahmen des Wolf-Pak-Konzepts wird eine Kommunikationstechnologie untersucht, die es ermöglicht, mehrere Flugsysteme zu einem Hochfrequenznetz zusammenzufassen und damit die Qualität des Datenaustauschs zu verbessern.
Die Wolf Pak-Technologie ermöglicht es Schwärmen auch, sich dezentral anzupassen und neu zu konfigurieren, sodass Drohnenschwärme in einer vorbestimmten Entfernung voneinander fliegen können. Diese Software wird auf Wunsch eines unbekannten Kunden der US-Armee entwickelt. Es wurden keine weiteren Details angegeben, obwohl Branchenexperten vermuten, dass es verwendet werden könnte, um eine Reihe von Betriebsanforderungen zu unterstützen, die von der Aufklärung bis zur Zielerfassung reichen.
Die Wolf Pak-Software, die sich derzeit in der Kundenevaluierung befindet, läuft auf UWB-Verbindungen, die die elektromagnetische Signatur des UAVs bei Verwendung einer einzigen Kontrollstation reduzieren.
Kratos sagte, die Wolf Pak-Lösung ernenne einen „Anführer“, der den Rest des Schwarms aus der Ferne oder autonom kontrolliert. Das System ist zudem redundant, der Betrieb des Schwarms wird durch die Abschaltung oder Beschädigung einer separaten Drohne nicht beeinträchtigt. Jedes UAV arbeitet im Schwarm an einer eigenen integrierten Software, die Konflikte mit Drohnen und anderen Hindernissen vermeidet.
Laut Kratos ist die Wolf Pak-Software heute in der Lage, bis zu 10 UAVs in einem Schwarm zu steuern. Flugzeuge können sich auch für einzelne Operationen vom Netz trennen und sich danach wieder mit dem Schwarm verbinden. Fendley sagte:
„Wolf Pak ermöglicht die schnelle Integration von UAV-Teams für die Zusammenarbeit, obwohl es keine KI- oder Entscheidungsfunktionen enthält. Wir verwenden das Wolf Pak heute nicht mehr, es wurde jedoch ein Prototypsystem erstellt, um zu verstehen, wie das Konzept funktionieren könnte. Das Programm enthält keinen verschlüsselten Kommunikationskanal, aber heutzutage wird ein sicheres System benötigt, um in einer Kampfsituation Überwachung durchzuführen.
Kratos verwendet ein noch namenloses autonomes System, um seine aktuellen Demonstrationsprogramme zu unterstützen und eine gemeinsame Schnittstelle mit Schwarm-UAVs bereitzustellen, die angepasst werden können, um bestimmte Flugzeugtypen zu integrieren. Es enthält eine Datenverbindung zur Fernsteuerung und -überwachung; zusätzlicher Kommunikationskanal zwischen Fahrzeugen, die in unmittelbarer Nähe fliegen; Autopilot-Software zur Sicherstellung der "grundlegenden" Flugleistung; sowie ein Zielcomputer für die Entscheidungsfindung auf höherer Ebene. Die Technologie umfasst auch KI-Software, die von Kratos und anderen ungenannten Partnern aus dem zivilen Sektor entwickelt wurde.
„Unser Ziel ist es, offene Schnittstellen und unterschiedliche Ansätze zu haben, die sich an jeden Hardware- / Softwareteil anpassen. Kratos möchte sich an allen von ihnen ausrichten und andere Lösungen in unsere Drohnen integrieren. Autonomy kann in Basissysteme mit Schnittstellen eingebettet werden, die es uns ermöglichen, mit autonomen und KI-Subsystemen anderer Entwickler zu interagieren und zu koordinieren , - bemerkte Fendley.
Der europäische Raketenhersteller MBDA präsentierte derweil auf einer Flugschau in Paris im Sommer 2019 mehrere Konzepte und Systeme zur Unterstützung des UAV-Schwarmbetriebs.
Schwarmlieferung
Ein Vertreter der Firma MBDA sagte, dass eine aktive Entwicklung eines eigenen Konzepts des Future Air Systems und seiner Komponenten - Schwarmfähigkeiten im Gange ist. Es umfasst insbesondere die Lieferung eines Schwarms von UAVs durch den sogenannten Remote Carrier, der "kompakt und unauffällig" sein wird und in Verbindung mit anderen Plattformen und Waffen arbeiten kann.
„Da sich Bedrohungen weiterentwickeln und Abwehrstrategien ausgefeilter werden, wird es notwendig sein, eine lokale und vorübergehende Luftüberlegenheit zu schaffen“, sagte das Unternehmen in einer Erklärung. "Bei diesen blitzschnellen Operationen werden vernetzte Exekutivelemente einen erheblichen Teil der Battle Cloud einnehmen und taktische Informationen und Zielkoordinaten in Echtzeit mit Plattformen und anderen Netzwerkknoten austauschen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen."
MBDA nennt seine von Kampf- und Transportflugzeugen und Überwasserschiffen gestarteten Remote-Trägerraketen "Plattform- und Waffenerweiterungen, die sie begleiten".
Nach Angaben eines Unternehmensvertreters umfasst das Projekt "Remote Media" Netzwerk-Infrarot- und Hochfrequenzsensoren mit der Funktion der Datenfusion und der automatischen Identifizierung von Zielen in schwierigen Umgebungen; Funktionen zur Bedrohungserkennung; und die Entwicklung fortschrittlicher Planungs- und Entscheidungshilfen.
Spezifische von MBDA untersuchte Systeme verfügen über taktische Angriffsfähigkeiten mit "kompakten, vernetzten Waffen, die außerhalb der Reichweite von Waffen eingesetzt werden, die in der Lage sind, hochpräzise Einschläge zu erzielen und die feindliche Verteidigung durch Gruppen- und Schwarmverhalten zu desorganisieren".
Auch das polnische Unternehmen WB Electronics untersucht die Schwarmfähigkeiten seiner Drohnen und Herumlungermunition (BB). Das Unternehmen sprach über zukünftige Pläne für autonome Plattformen, die in Schwarmkonfigurationen betrieben werden. Laut Martin Masievski, Direktor von WB Electronics, wird der zukünftige operative Erfolg dieser autonomen Technologien auf der Funktionalität basieren, die sie dem Militär bieten können.
Dies ist beispielsweise die Fähigkeit von BB und UAVs, ohne GPS-Signal zu fliegen und bei Schwarmmissionen mit anderen bemannten und unbemannten Flugzeugen Nachrichten auszutauschen.
Masievski sagte, WB Electronics entwickle Schwarmtechnologien, um den Bedarf des Militärs an unbewohnten Systemen zu decken, insbesondere bei der Unterstützung von Operationen unter Kampfbedingungen, konnte jedoch keine detaillierteren Informationen liefern. Er merkte an, dass WB Electronics daran arbeitet, bis zu sechs Warmate LM Herumlungermunition zu vernetzen, obwohl sich dieses Projekt noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet. Er äußerte auch seine Vision der LM-Schwarmfähigkeiten, die den Einsatz von bis zu 20 Drohnen in einem einzigen Netzwerk zur Aufklärung und Informationssammlung vorsehen.
Die meisten Schwarmtechnologien werden heute für den Luftraum entwickelt. Langfristige Roadmaps können jedoch durch ähnliche Fähigkeiten für Land- und Landfahrzeuge ergänzt werden.
„Diese Möglichkeiten sind noch nicht gut entwickelt. Geschäftsentscheidungen konzentrieren sich jetzt jedoch auf Flugzeuge“, sagte Masievski. "Aber mit der Entwicklung der Technologie, der Zunahme der Autonomie und dem Aufkommen künstlicher Intelligenz, um Operationen im dreidimensionalen Raum zu unterstützen, wird es möglich, sie auf die Oberflächen- oder Bodensphäre zu übertragen."
„Aber das Potenzial ist unglaublich groß, zumal sich die KI-Technologie weiterentwickelt und praktischer wird. In Zukunft werden wir erstaunliche Dinge sehen können, zum Beispiel einen Drohnenschwarm, der sich wie ein Vogelschwarm verhält. Das Potenzial für diese Möglichkeiten ist enorm.“
Neben der Möglichkeit, Scharen autonomer Fahrzeuge zu starten und zurückzubringen, sollen Benutzer auch eine große Anzahl von Drohnen, Bodenrobotern oder Oberflächenfahrzeugen fernsteuern können.
Operatoren müssen mit Bodenkontrollsoftware der nächsten Generation und Endbenutzergeräten ausgestattet sein, um Schwärme optimal zu manipulieren und gleichzeitig die kognitive Belastung des Personals zu reduzieren. Hervorzuheben ist die Firma Pison, die im Interesse der US-amerikanischen MTR Gestensteuerungstechnologie entwickelt. Es ermöglicht den Bedienern, den Betrieb des UAV mit Handgesten mithilfe eines am Handgelenk getragenen Geräts zu steuern. Nach Angaben des Unternehmens ist die nächste Phase der Demonstrationen für Juni 2020 geplant.
