Przyszłość leży w oprogramowaniu
Hardware w łączności i walce radioelektronicznej jest bardzo ważny. Parametry toru odbiorczego i nadawczego, anteny, procesory sygnałowe, wzmacniacze mocy – to bardzo ważny element każdego nadajnika, odbiornika czy radiostacji. Jeśli będą kiepskie żadne cuda nie uratują systemu. Dziś jednak hardware nie decyduje aż tak bardzo o efekcie końcowym. Potęga drzemie w software, bo to software determinuje większość użytecznych parametrów w dzisiejszym sprzęcie elektronicznym. Dziś nikt nie patrzy z ukosa na układy definiowane programowo, bo stały się one standardem w szeroko pojętej elektronice, w tym w nowoczesnej WRE. To oprogramowanie definiuje czy system jest w stanie wykryć i zdefiniować dostatecznie prawidłowo zagrożenie w spektrum elektromagnetycznym, czy jego czas reakcji jest akceptowalny oraz czy można w nim dostatecznie szybko implementować zmiany wynikające z ewolucji systemów przeciwnika.
W 2023 roku US Air Force z delikatnym przerażeniem odkryły prowadząc dziesiątki lotów rozpoznawczych wokół Ukrainy, że charakterystyki rosyjskich systemów OP (waveformy, sygnatury impulsowe radarów czy operacyjne wzorce użycia SpW) potrafią zmieniać się w ciągu zaledwie tygodni. Co ciekawsze nie zauważyli tego od razu, bo ilość danych do przeanalizowania była ogromna (trochę więcej na ten temat w tym wpisie Nie marnuj danych lub tutaj Informacja jako wyzwanie). Brwi sztabowych planistów z dziedziny WRE podniosły się jeszcze bardziej, gdy dotarło do nich, że szczególnie w starszym sprzęcie WRE czas od wykrycia nowych sygnatur do implementacji aktualizacji na samolotach USAF potrafił rozciągnąć się nawet do sześciu miesięcy! Te pół roku to nie jest jakaś biurokratyczno-analityczna niedogodność i bezwładność systemu. To pół roku latania z upośledzonym systemem samoobrony samolotu i rosnące prawdopodobieństwo utraty cennych maszyn i jeszcze bardziej wartościowych pilotów.
Ten skrajny przypadek sześciu miesięcy nie dotyczy oczywiście całego sprzętu USAF. Nie ma na ziemi takiej armii, która ma 100% nowoczesnego sprzętu. Ten nowy zawsze jest wprowadzany partiami i powoli wypiera starsze rozwiązania. Starsza generacja sprzętu WRE budowana była w oparciu o filozofię hardware. W skrajnych przypadkach wymiany wymagają całe moduły, w innych konieczne jest opracowanie nowej wersji oprogramowani, jego kompilacja i wgranie do pamięci operacyjnej systemu WRE (np. do RWR – radar warning receiver) przez wykwalifikowany personel, który musi fizycznie podłączyć komputer z oprogramowaniem aktualizacyjnym do każdego egzemplarza sprzętu. Ten model, szczególnie w zakresie WRE lotniczego nie sprawdza się już na współczesnym polu walki. O problemach z tym związanych i wdrażanymi rozwiązaniami możecie przeczytać kilka słów we wpisie o lotniczych zasobnikach WRE AN/ALQ-99 (Lotnicze zasobniki WRE).
Oprogramowanie jest zdolnością bojową
Spójrzmy na systemy obronne najnowszych WSB, takich jak F-35, EF Typhoon czy F-16V. Były one od początku projektowane z myślą o programowalności. Inżynierowie mieli już świadomość przewagi, jaką daje filozofia oparta na architekturze „software-defined” nad podejściem „sprzętowym”.
Dzięki oprogramowaniu o wiele łatwiej jest zamienić fale elektromagnetyczne na rozpoznawalny wzór, ten wzór na identyfikację i przypisanie wagi zagrożenia oraz podjęcie stosownych działań obronnych. W systemie „software-defined” o wiele łatwiej aktualizuje się bazę sygnatur zagrożeń i dostraja logikę działania do szybko zmieniających się warunków. Świetnym przekładem są zasobniki AN/ALQ-99 i AN/ALQ-249 NGJ-MB. W tych starszych trzeba przed misją wymienić „bebechy” i dopasować je do konkretnej sytuacji. W przypadku 249 można je programować nawet po stracie.
Nie oznacza to jednak, że część sprzętowa traci zupełnie na znaczeniu. Nie da się programowo rozszerzyć pasma toru odbiorczego, zwiększyć moc czy powiększyć aperturę anteny. Niektóre parametry nadal są ściśle powiązane z technicznymi rozwiązaniami sprzętowymi. Skoro podzespoły i ścieżki zasilania pozwalają na wygenerowanie 100W mocy na wyjściu to żaden algorytm i sztuczki programistów nie wycisną z takiego układu więcej. Jeśli założenia konstrukcyjne i wymagane parametry techniczno-operacyjne będą prawidłowe to nie hardware będzie sufitem takiego systemu, ale oprogramowanie. Już dziś liczba możliwych scenariuszy użycia danego systemu uzbrojenia może przyprawiać o ból głowy, a będzie tego jeszcze więcej. Jeśli dołożymy do tego dynamicznie zmieniającą się sytuację i ciągłe zmiany otoczenia to powstaje tak wiele różnych wariantów, że trudno to sobie wyobrazić. Z takimi wyzwaniami musi radzić sobie oprogramowanie nowoczesnym systemów uzbrojenia, a czas od wykrycia zmian w działaniu przeciwnika do wdrożenia stosownych poprawek na platformie bojowej musi być jak najkrótszy. Dziś sytuacja, w której parametry np. systemu WRE nie odpowiadają rzeczywistości na polu walki jest nieakceptowalna, bo taki system jest po prostu bezużyteczny. Po co komu rozwiązanie, które od kilku tygodni nie jest już skuteczne.
Software też generuje problemy
Problem dotyczy w zasadzie większości nowoczesnego uzbrojenia, ale w dziedzinie łączności i walki radioelektronicznej nabiera szczególnego znaczenia. Aktualizacje muszą pojawiać się niemal w czasie rzeczywistym. Systemy WRE pracują w końcu w środowisku nasyconym sygnałami z własnych systemów łączności, systemów przeciwnika oraz tych pochodzących z komercyjnych źródeł. Zakres informacji generowanych przez sensory i wymagających analizy jest wprost niewyobrażalny, bo mówimy nawet o strumieniach rzędu terabajtów wypluwanych przez pojedynczy sensor. Tu nie mam mowy o analizie przez człowieka, tu nawet zautomatyzowane systemy zaczynają mieć problem z identyfikacją, klasyfikacją i dystrybucją danych.
Jeśli komuś wydaje się, że programowe podejście do konstruowania urządzeń upraszcza wiele zagadnień to nie do końca ma rację. To, co działa idealnie w warunkach laboratoryjnych często przenoszone na platformy bojowe sprawia wiele nieoczekiwanych problemów, albo wyzwań, jak kto woli. Nagle okazuje się, że nowe układy generują dużo więcej ciepła niż jest w stanie odprowadzić kadłub i trzeba zainstalować system chłodzenia, na który nikt nie przewidział miejsca, a zapas mocy w liniach zasilających właśnie się skończył. Modernizacja nawet z wykorzystaniem sprzętu opartego o filozofię „software-defined” nadal oznacza integrację z platformą, a integracja zawsze oznacza problemy (bądź wyzwania, jak kto woli). Nawet jeśli producent zarzeka się, że jego wyrób ma zaprojektowany zapas modernizacyjny nie oznacza to, że wie on z czym będzie borykał się za jakiś czas.
Biblioteka kluczem do przetrwania
Chyba najlepszym przykładem jak ważne jest szybkie wprowadzanie zmian w środowisku walki elektronicznej są tzw. biblioteki sygnatur lub zagrożeń systemów ostrzegania o opromieniowaniu radarowym na samolotach bojowych. Jest to baza danych zawierające znane emisje radiolokacyjne i ich charakterystyki techniczno-operacyjne. Taka kartoteka z elektromagnetycznymi odciskami palców niebezpiecznych bandziorów. Jeśli bandzior jest w bazie to możemy go łatwo wykryć. Jeśli jednak nie ma go w bibliotece to możemy zostać zaskoczeni, a to na wojnie raczej nie wróży nic dobrego.
Biblioteki sygnatur to chyba najbardziej dynamiczna część systemów WRE. Definiują one które sygnały system uzna za zagrożenie, a które zignoruje oraz jakie kroki defensywne zostaną podjęte. Jeśli biblioteki te będą nieaktualne (a jak napisałem na początku zmiany w środowisku elektromagnetycznym obecnie zachodzą w przeciągu pojedynczych tygodni) to część sprzętowa wspierana przez oprogramowanie cudów nie uczyni, a wręcz będzie bezużyteczna.
Kto kontroluje cykl aktualizacji oprogramowania?
Bardzo ważnym aspektem zakupu uzbrojenia jest jego cykl życia i eksploatacji oraz koszty utrzymania. Podpisując kontrakt kupujący (czyli MON) powinien zadbać o swoje interesy i umieścić w umowie stosowne zapisy. Jeśli sam o to nie zadba, to sprzedający wykorzysta to wysysając ostatnie złotówki z budżetu. Ewentualnie kupujący może nie zgodzić się na to wysysanie, ale traci w ten sposób wsparcie dla systemu. Jeśli kupujący nie zabezpieczył się odpowiednimi zapisami to może okazać się, że jest właścicielem sprzętu, ale nie ma praw do modyfikowania oprogramowania, a w umowie nie ma ani słowa o aktualizacjach. Bardzo ważna jest tu architektura systemu.
Jeśli jest to architektura zamknięta, to pomimo tego, że MON jest właścicielem „żelastwa”, to producent ma nadal pełną kontrolę nad oprogramowaniem. Jeśli nie ma stosownych zapisów w umowie to trzeba bulić za nowe wersje software, aktualizacje baz, integrację z innymi systemami itp. A bulić trzeba słono, bo system jest zamknięty i właściciel hardware nie ma lewara w negocjacjach z producentem. Jest jeden dostawca i to on dyktuje warunki.
Dlatego też ważnym jest, by w umowie zakupu systemu uzbrojenia znalazły się stosowne zapisy zabezpieczające interesy użytkownika. Najlepiej by było, by system miał otwartą architekturę. Obniża to znacząco koszty utrzymania i eksploatacji. MON może kooperować z wieloma dostawcami oprogramowania i łatwiej mu negocjować warunki finansowe. Co więcej MON może samodzielnie dokonywać modyfikacji oprogramowania i bibliotek sygnatur bez konieczności przekazywania zewnętrznym podmiotom niezwykle wrażliwych i cennych zasobów.
Co czeka systemy WRE w przyszłości?
Patrząc na doświadczenia z Ukrainy oraz szybkość zmian i adaptacji do nowego środowiska elektromagnetycznego obu stron konfliktu wniosek jest jeden: systemy WRE muszą być jeszcze bardziej elastyczne i reagować na zmiany w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Uczenie maszynowe, sieci neuronowe i pokrewne rozwiązania wydają się jedynym słusznym kierunkiem, który zapewni efektywne zarządzanie całym spektrum elektromagnetycznym. Identyczny kierunek rozwoju widoczny jest w systemach łączności i radiolokacji: sofware-defined i algorytmy sztucznej inteligencji przejmują palmę pierwszeństwa. Oznacza to dodatkowe wyzwania dla systemu WRE.
Żeby było jeszcze ciekawiej z czasem będzie coraz trudniej o przewagę w spektrum elektromagnetycznym. Przeciwnik nie jest wcale taki głupi, jakim wielu chce go widzieć. Dostrzegł swoje słabe punkty, wyciąga wnioski i opracowuje koncepcje przyszłych systemów. Dołóżmy do tego prócz trzech tradycyjnych domen walki (ląd, woda, powietrze) jeszcze kosmos oraz cyber i zaczyna się robić delikatnie mówiąc wymagająco. Nie dość, że trzeba będzie się zmierzyć z olbrzymim strumieniem danych, to jeszcze nie będzie tak łatwo o zdobycie aktualnych i prawdziwych sygnatur radioelektronicznych systemów przeciwnika. Przeciwnik będzie je coraz lepiej ukrywał i wprowadzał sygnały mylące, a w dodatku nie zawsze będziemy mieć okazję do rejestrowania tych sygnatur w sprzyjających warunkach. W najgorszym wypadku w ogóle nie będziemy mieli do nich dostępu aż do momentu bojowego wykorzystania.
Tak więc przyszłe systemy WRE na podstawie danych szkoleniowych będą musiały samemu opracowywać możliwe scenariusze rozwoju sytuacji w spektrum elektromagnetycznym i tworzyć biblioteki możliwych zagrożeń. Systemy będą przeprogramowywały się same w sposób ciągły. A to oznacza rosnące zapotrzebowanie na moce obliczeniowe, pamięć, zasilanie, chłodzenie…
Wnioski
Po pierwsze WRE (oraz wiele innych systemów uzbrojenia) przestaje być kawałkiem metalu z obsługą. Czasy, gdy była to aparatownia z agregatem na ciężarówce czy zasobnik podwieszany pod samolotem odchodzą na karty encyklopedii uzbrojenia. WRE staje się systemem systemów i nierozerwalną częścią każdej z domen walki z osobna oraz fundamentem, bez którego nie ma mowy o działaniach połączonych.
Po drugie decydenci i sztabowi analitycy piszący wymagania pod przyszłe zamówienia muszą zmienić swoje podejście. O wiele ważniejszym w przyszłości będą zdolności do szybkiej rekonfiguracji systemu od jego fizycznych parametrów. W umowach z wykonawcami muszą pojawić się zapisy dotyczące części softwareowej, zdolności do zmian parametrów i szybkiej aktualizacji oraz otwartości architektury całego systemu. MON musi zagwarantować sobie kontrolę nad częścią sprzętową i programową.
Po trzecie bitwy na przyszłym polu walki będą wygrywane przez dane oraz zdolność do szybkiej adaptacji. Jeśli przeciwnik będzie zdolny do wdrażania zmian szybciej od naszego łańcucha decyzyjno-wykonawczego to nasze systemy zaprojektowane do zwalczania określonych zagrożeń będą coraz mniej efektywne, a przeciwnik będzie zdobywał przewagę. Wojny będzie wygrywał nie ten, kto ma więcej sprzętu, ale ten, kto potraktuje software jako broń i będzie potrafił ją wykorzystać.