مروری بر برخی پروژه‌های SWARM (بخش اول)

مقدمه

طی دو سال گذشته بخش نظامی در کشورهای مختلف به دنبال دستیابی به فناوری‌های پیشرفته در پرواز تجمعی هواپیماهای بدون سرنشین کوچک (Drone Swarm) بوده‌اند. در این مقاله قصد داریم مروری به برخی از مهم‌ترین پروژه‌های توسعه پرواز تجمعی در کشورهای مختلف دنیا داشته باشیم. پیشنهاد می‌کنیم در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر در مورد فناوری پرواز تجمعی، مقاله‌های دیگر ما را در رابطه با این موضوع در مجله های شماره 26، 36 و 38 مطالعه کنید.

ایالات متحده

ایالات متحده را می‌توان پیشتاز توسعه فناوری‌های پرواز تجمعی در بخش نظامی دانست. پروژه‌های مختلفی توسط وزارت دفاع و ارتش این کشور برای توسعه فناوری‌های مختلف Swarm تعریف شده است که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.

پرنده Perdix

در سال 2017 ارتش ایالات متحده نمایشی از پرتاب 103 پرنده کوچک با نام Perdix از سه جنگنده F/A-18 را ارائه کرد. در این نمایش چهار ماموریت شامل سه مورد معلق ماندن روی یک هدف و یک مورد تشکیل دایره‌ای به عرض 100 متر در آسمان انجام شد. نتیجه نهایی این آزمایش نشان از هوش توزیع‌شده جمعی، قابلیت آرایش‌های مختلف و توانایی خود-ترمیمی را در استفاده از Perdix برای پروازهای تجمعی داشت.

در واقع این اولین نمایش رسمی از پرواز تجمعی Perdix بود و وزارت دفاع ایالات متحده اعلام کرد قصد دارد در آینده قابلیت‌های بسیار بیشتری به آن اضافه کند. در آن زمان اعلام شد از قابلیت‌های پرواز تجمعی Perdix می‌توان برای کاربردهایی مانند شناسایی نیروهای نظامی زمینی، گزارش موقعیت نیروهای دشمن، ایجاد اختلال در ارتباطات رادیویی دشمن، نظارت مداوم بر یک منطقه وسیع، انفجار گسترده یک منطقه یا حتی تظاهر به وجود یک هدف هوایی بسیار بزرگتر و فریب رادارهای دشمن استفاده کرد.

برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با این آزمایش و ویژگی‌های Perdix پیشنهاد می‌کنیم مقاله ما در مجله شماره 26 با عنوان «فناوری پرواز تجمعی پرنده های بدون سرنشین» را مطالعه کنید.

شکل 1- نمایش پرواز تجمعی Perdix در سال 2017

پرنده X-61 Gremlins

آژانس پروژه های تحقیقات پیشرفته دفاعی ایالات متحده (دارپا) برنامه‌ای برای استفاده از هواپیمای بدون سرنشین X-61A (گرملینز) به عنوان پلتفرم پایه در پرواز تجمعی تنظیم کرده است. ایده پشت برنامه دارپا این است که از هواپیماهای باربری مانند C-130 به عنوان یک پلتفرم برای پرتاب و بازیابی انبوهی از پرنده‌های بدون سرنشین استفاده کند. اجرای این برنامه می‌تواند دنیایی از قابلیت‌ها و امکانات جدید را پیش روی بخش‌های نظامی قرار دهد. در واقع پرواز یک هواپیمای قدیمی مانند C-130 و استفاده از تعداد زیادی پرنده ارزان قیمت، قابل استفاده مجدد و مجهز به حسگرهای مختلف از لحاظ اقتصادی بسیار به صرفه‌تر از عملیات مشابه توسط هواپیماها یا پهپادهای سنگین این کشور است.

پهپاد گرملینز توسط شرکت Dynetics با هدف توسعه برخی از برنامه‌های دارپا ساخته شده است. مهمترین ویژگی این پهپاد امکان پرتاب و بازیابی آن در آسمان توسط یک پلتفرم دیگر مانند C-130 است. هدف از طراحی آن دستیابی به یک پهپاد ارزان قیمت با سیستم‌های کنترل و ناوبری کاملا دیجیتالی عنوان شده است. وجود یک موتور توربوفن مدل ویلیامز F-107 امکان حمل 65 کیلوگرم محموله ر ابرای آن فراهم کرده است. محموله می‌تواند شامل حسگرهای الکترواپتیک، سیستم‌های تصویربرداری مادون قرمز، رادار روزنه مصنوعی (SAR)، هدفگیر لیزری، سیستم‌های جنگ الکترونیک یا تسلیحات و مواد منفجره باشد. طول پهپاد حدود 4 متر است و با بیشینه سرعت 0.6 ماخ، می‌تواند تا برد 560 کیلومتری عملیات انجام دهد.

در سال 2020 دارپا چندین مرحله آزمایش برای عملیات بازیابی گرملینز در آسمان توسط هواپیما C-130 انجام داد، اما در هر مرحله بازیابی کامل با شکست مواجه شد. با این حال مسئولین دارپا اعلام کرده‌اند فاصله بسیار کمی با این موفقیت دارند. سیستم بازیابی در آسمان تا حدودی مشابه با مکانیزم سوخت‌رسانی حین پرواز عمل می‌کند. پهپاد سعی می‌کند قلاب خود را درون یک قفس که از هواپیما با یک کابل آویزان است، قرار دهد. پس از قرار گرفتن قلاب درون قفس، هواپیمای حامل (C-130) کابل را بالا کشیده و در نهایت پهپاد درون یک محفظه قرار می‌گیرد.

شکل 2- نحوه بازیابی پهپاد گرملینز X-61 در آسمان توسط هواپیمای C-130

طبق اطلاعات منتشر شده از این پروژه، دارپا قصد دارد مرحله اول آزمایش عملیات پرواز تجمعی این پهپاد را در سال 2022 با چهار فروند انجام دهد. پهپادها به محموله‌های مختلفی مجهز شده و یک لینک ارتباطی امن ارتباط بین آن‌ها را برقرار می‌کند.

پرنده Coyote

در سال 2015 بخش نظامی ایالات متحده برای اولین بار فناوری تجمعی پهپادهای کم هزینه ^[1] (LOCUST) را آزمایش کرد. ارتش در آن سال اعلام کرد این برنامه اولین کاربرد فناوری تجمعی پرنده‌های بدون سرنشین در دفاع ملی است که می‌تواند آینده نیروی هوایی این کشور را متحول کند. پروژه LOCUST شامل یک پرتاب کننده شبیه لوله است که می‌تواند بیش از 30 هواپیمای بدون سرنشین کوچک از نوع Coyote را به سرعت در کمتر از یک دقیقه پرتاب کند. سپس هواپیما‌های بدون سرنشین کوچک با استفاده از ارتباطات درون شناختی ^[2] پرواز می‌کنند.

پهپاد Coyote ساخت شرکت رایتئون است که اولین پرواز خود را در سال 2014 تجربه کرد. نسخه اول این پهپاد کوچک از یک موتور الکتریکی و ملخ برای سیستم پیشران خود استفاده می‌کرد. در سال 2019 شرکت رایتئون با تغییر آن به یک موتور جت و همچنین تغییراتی در حسگرهای پرنده، نسل دوم Coyote را عرضه کرد. وزارت دفاع ایالات متحده از این پرنده برای عملیات‌های ضد پهپادی و شکار پرنده‌های بدون سرنشین دشمن استفاده می‌کند.

در اوایل سال 2021 وزارت دفاع ایالات متحده ضمن عقد قراردادی 33 میلیون دلاری با شرکت رایتئون اعلام کرد قصد دارد پروژه پرواز تجمعی را بر اساس نسخه سوم Coyote برای عملیات‌های دریایی آغاز کند. با توجه به اطلاعات منتشر شده از سوی پنتاگون، از این پروژه برای عملیات‌های ISR در یک منطقه وسیع دریایی و ساحلی و همچنین امکان تهاجم به اهداف سطح دریا استفاده خواهد شد. تاکنون اطلاعاتی از نسخه سوم Coyote در وبسایت شرکت رایتئون منتشر نشده است.

شکل 3- استفاده از اولین نسخه پهپاد Coyote در پروژه LOCUST

بمب‌های خوشه‌ای حاوی پهپاد

در سال 2017 ارتش ایالات متحده یک پروژه برای ساخت موشک‌هایی حاوی تعداد بسیار زیادی از پهپاد تعریف کرد. این موشک باید بصورت یک بمب خوشه‌ای، پهپادها را در منطقه مناسب رها کند. پس از آن پهپادهای هوشمند که مجهز به مواد منفجره هستند، به سمت هدف حرکت کرده و با کوبیدن خود به آن، باعث انهدام هدف خواهند شد. هدف می‌تواند یک تانک، تاسیسات دفاعی، ساختمان‌های نگهداری مهمات یا کشتی باشد. پهپادها در این سیستم بصورت کوادکوپتر طراحی می‌شوند و برای جای دادن تعداد بسیار زیادی از آن‌ها داخل یک موشک، بال‌ها در ابتدا بصورت جمع‌شده هستند.

پس از شلیک موشک از لانچر و کمی پیش از رسیدن آن به هدف، پهپادهای کوچک بصورت خوشه‌ای از موشک رها می‌شوند. پس از چند ثانیه پهپادهای از حالت جمع‌شده خارج شده و باز می‌شوند. بلافاصله کوادکوپترهای کوچک آرایش جمعی گرفته و اهداف بالقوه را شناسایی می‌کنند. پس از آن به سمت اهداف حرکت کرده و با نفوذ به آن و ضربه زدن (مشابه عملیات‌های کامیکازه ژاپنی)، باعث انفجار خواهند شد.

ارتش ایالات متحده از شرکت‌های تجاری خواسته است پیشنهادها و طراحی‌های خود را ارائه دهند. طراحی‌ها باید شامل سیستم لانچر، موشک و کوادکوپترها باشد. در مشخصات مورد نیاز برای کوادکوپترها اشاره شده است که باید قدرت کافی برای انجام ماموریت‌های تخریبی را داشته و هنگام پرتاب موشک از لانچر، بتوانند شتاب، ضربه، لرزش و همچنین حرارت زیاد را تحمل کنند.

پرنده Skyborg

در اوایل سال 2019 اعلام شد نیروی هوایی ایالات متحده اعلام کرد قصد دارد از پهپاد Skyborg به عنوان پلتفرم اصلی برنامه پرواز تجمعی خود استفاده کند. این پهپاد به سفارش نیروی هوایی توسط چند شرکت از جمله بوئینگ و نورثروپ‌‌گرومن و لاکهیدمارتین ساخته خواهد شد. گفته می‌شود طراحی آن‌ تا حدودی مشابه با پهپاد XQ-58 خواهد بود. در توضیحات منتشر شده از این پهپاد در وبسایت آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی ایالات متحده آمده است:« Skyborgیک پلتفرم بدون سرنشین با تمرکز روی خودمختاری است که نیروی هوایی را قادر می‌سازد با هواپیماهای کم هزینه و تیمی در مقابل دشمنان اقدام سریع و قاطع نشان دهد.»

در پروژه ساخت Skyborg چندین شرکت نوپا و مراکز تحقیقاتی دانشگاهی نیز حضور دارند. نیروی هوایی قصد دارد با حذف موانع ورود فناوری‌های جدید به صنعت، از نوآوری‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری که توسط شرکت‌های کوچک یا دانشگاه‌ها ارائه شده‌‌اند در پروژه جدید خود استفاده کند.

شکل 4- طرح مفهومی از پهپاد Skyborg که به عنوان Loyal Wingman در خدمت نیروی هوایی ایالات متحده خواهد بود.

در واقع Skyborg یکی از سه برنامه نیروی هوایی برای پروژه پیشگام (Vanguard) است. در پروژه گروهی از هواپیماهای بدون سرنشین به عنوان جلودار هواپیماهای سرنشین‌دار پرواز می‌کنند. وظیفه این پهپادها جمع‌آوری اطلاعات، دفاع از هواپیماهای سرنشین‌دار و در صورت لزوم حمله به نیروهای دشمن است. دو برنامه دیگر این پروژه GOLDEN HORDE (برای توسعه یک لینک داده امن، هوش فعالیت مشارکتی و همچنین به اشتراک‌گذاری اطلاعات جمع‌آوری شده بین پهپادها) و فناوری ناوبری ماهواره‌ای 3 (یا NTS-3 برای توسعه فناوری‌های جدید در حوزه GPS و ناوبری امن و دقیق) هستند. در اصطلاح به پهپادهای سبک یا نیمه سنگین که در کنار یک هواپیمای سرنشین‌دار به پرواز در می‌آیند، «Loyal Wingman» گفته می‌شود. نیروی هوایی سال 2030 را به عنوان زمان احتمالی تکمیل این پروژه اعلام کرده است.

انگلستان

در ژانویه سال 2021 وزارت دفاع انگلستان اعلام کرد مرحله آزمایشی پرواز همزمان و گروهی 20 پهپاد از 5 نوع مختلف را با موفقیت پشت سر گذاشته است. هر چند تقریبا تمام پهپادها استفاده شده در این آزمایش از نوع سبک و فوق سبک بوده‌اند، اما وزارت دفاع این موفقیت را یک گام بزرگ به سمت دستیابی به فناوری‌های پیشرفته پرواز تجمعی پهپادها دانسته است. این پروژه در سال 2019 با مبلغ 5/2 میلیون پوند به یک گروه با نام BlueBear متشکل از دانشگاه دورام و سه شرکت دیگر سپرده شد. در این آزمایش سه اپراتور مستقر در یک خودروی کنترل مرکزی هدایت 20 پهپاد را بر عهده داشتند.

شکل 5- پهپادهای مورد استفاده توسط گروه BlueBear در آزمایش پرواز تجمعی

با وجود سرمایه‌گذاری وزارت دفاع انگلستان روی آزمایش‌های گروه BlueBear، به نظر می‌رسد پروژه اصلی آن‌ها در پرواز تجمعی برنامه‌ای با نام Mosquito است. این پروژه با اهدافی مشابه با پروژه  Skyborgبرنامه‌ریزی شده است.

در سال 2015 نیروی هوایی انگلستان پروژه‌ای با نام “هواپیمای جنگنده سبک و ارزان قیمت” (^[1]LANCA) را به شرکت Spirit سپرد. هدف از این پروژه ساخت یک هواپیمای بدون سرنشین به عنوان Loyal Wingman برای همراهی جنگنده‌های یوروفایتر، اف-35 و Tempest در نبردهای هوایی است. یک گروه از این هواپیماهای بدون سرنشین جلوتر یا در کنار جنگنده‌های سرنشین‌دار به پرواز در می‌آیند تا ضمن جمع‌آوری اطلاعات، با تهدیدهای احتمالی مقابله کنند. شرکت Spirit در سال 2020 یک طرح مفهومی از این پهپاد با نام Mosquito را ارائه کرد. طبق اعلام شرکت، این پهپاد مجهز به تسلیحات و انواع حسگرهای شناسایی خواهد بود.

در آپریل سال 2021 نیروی هوایی انگلستان با عقد یک قرارداد، شرکت نورثروپ‌گرومن را برای اجرای گام دوم طراحی این هواپیما با Spirit همراه کرد. همچنین وزارت دفاع این کشور مبلغ 30 میلیون پوند را به عنوان سرمایه در اختیار این دو شرکت برای اجرای گام دوم که منجر به ساخت یک نمونه اولیه از هواپیما خواهد شد، قرار داد. به منظور کاهش هزینه‌ها و جدول زمانی، مقرر شده است از تکنیک‌های توسعه نرم‌افزاری جدید در کنار نیروهای متخصص بخش هوانوردی غیرنظامی استفاده شود. بر اساس اعلام گروه سازنده، نسخه اولیه هواپیما در سال 2023 رونمایی خواهد شد.

شکل 6- تصویری از طرح مفهومی شرکت Spirit برای ساخت هواپیمای بدون سرنشین سبک و ارزان قیمت با نام Mosquito

پس از اتمام گام دوم، برنامه پیاده‌سازی فناوری‌های پرواز تجمعی روی پلتفرم مذکور آغاز خواهد شد. مسئولین وزارت دفاع انگلستان قصد دارند همزمان با اجرای پروژه ساخت Mosquito، فناوری‌های پرواز تجمعی هواپیماهای بدون سرنشین را توسط گروه BlueBear توسعه دهند.

در اکتبر سال 2020 شرکت لئوناردو اعلام کرد به سفارش نیروی هوایی انگلستان یک نمایش از پرواز تجمعی چندین پهپاد که حامل سیستم‌های جنگ الکترونیک بوده‌اند، اجرا کرده است. در گزارش شرکت آمده است محموله پهپادها سیستم فریب BriteCloud بوده است.

سیستم BriteCloud یک محموله جمینگ مجهز به حافظه دیجیتال فرکانس رادیویی است که می‌تواند سیستم‌های راداری و ردگیری مدرن دشمن را فریب دهد. روش کار این سیستم به این صورت است که پس از رهاسازی، بلافاصله شروع به جستجوی سیستم‌های راداری و پدافندی می‌کند. کلیه پالس‌های راداری ورودی در یک حافظه دیجیتالRF کپی‌برداری شده و از آن‌ها برای شبیه‌سازی اهداف کاذب استفاده می‌کند. بنابراین سیستم‌های دفاعی دشمن آن را به عنوان یک جنگنده در نظر گرفته و بدین ترتیب هواپیمای اصلی از دید و تهدید دشمن رها می‌شود.

شکل 7- محموله جنگ الکترونیک BriteCloud برای فریب سیستم‌های پدافندی دشمن

در نمایش اجرا شده توسط شرکت لئوناردو و نیروی هوایی انگلستان، یک مجموعه از پهپادها با رهاسازی محموله BriteCloud توانستند یک شبکه پدافند هوایی یکپارچه را فریب دهند.

شرکت لئوناردو یک روز پس از انتشار این خبر، به دلایل نامعلوم لینک آن را از صفحه وبسایت خود حذف کرد. تاکنون شرکت لئوناردو هیچ مشخصاتی از نوع پهپاد مورد استفاده در این آزمایش منتشر نکرده است.

[1]Lightweight Affordable Novel Combat Aircraft

[2] Low-Cost Unmanned Aerial Vehicle Swarming Technology (LOCUST)

[3] intra-cognitive