Na pytanie postawione w ten sposób, nie potrafię odpowiedzieć jednym słowem. Jeśli miałbym odpowiedzieć jednym zdaniem, to odpowiedź będzie brzmiała: prawdopodobnie tak, ale nie nastąpi to w najbliższym czasie. Gdybym jednak chciał być przewrotny, to napisałbym: przecież już zastąpiły, temat zamknięty. I nie byłaby to do końca nieprawda .Jednak, żeby wniknąć w niuanse, trzeba zacząć od definicji i terminologii.
POJAZDY BEZZAŁOGOWE
Termin Pojazd Bezzałogowy jest niezmiernie szerokie, a pojęcia z nim związane często używane niewłaściwie.Na potrzeby niniejszych rozważań przyjąłem, że pojazd bezzałogowy, to taki, który do poruszania się nie wymaga załogi obecnej na pokładzie oraz nie ma możliwości zabrania pasażerów. Nie jest to definicja idealna, ale o tym później.
Pierwszą metodą klasyfikacji jest środowisko działania. I tak pojazdy bezzałogowe dzielimy na:
- Latające– UAV (UnmannedAerialVehicle), BSP (Bezzałogowy Statek Powietrzny), potocznie nazywane dronami,
- Lądowe – UGV (Unmanned Ground Vehicle),
- Pływające– USV (Unmanned Surface Vehicle),
- Podwodne – UUV (Unmanned Underwater Vehicle),
- Kosmiczne,
- Wielodomenowe.
Drobna uwaga – nazwa dron jest właściwa tylko w odniesieniu do UAV. Termin „podwodny dron” jest równie poprawny, jak „podwodny samolot”.
Innym kryterium podziału jest sposób kierowania pojazdem.
- Pojazdy kierowane zdalnie (kablowo, radiowo, optycznie, akustycznie),
- Pojazdy w pełni autonomiczne,
- Pojazdy o częściowej/ograniczonej autonomiczności.
Ta ostatnia kategoria stanowi szerokie spektrum pomiędzy rozwiązaniami skrajnymi. Przykładem częściowej autonomii jest dron, który wraca do miejsca startu, w przypadku utraty łączności z operatorem.
Ostatnią rozważaną kategorią będzie zakres zadań, które może realizować PB. Tutaj wyróżnić możemy pojazdy wyspecjalizowane do wykonywania jednego rodzaju zadań oraz pojazdy uniwersalne(o różnej gamie zastosowań).
Oczywiście można klasyfikować pojazdy bezzałogowe wg wielu innych kategorii (masy, rodzaju napędu, etc.), jednak nie jest to w tej chwili istotne.
Okręty podwodne
Czymże, zatem jest Okręt Podwodny (OP)? Wikipedia podaje definicję: „wojskowa jednostka pływająca, okręt konstrukcyjnie przystosowany do prowadzenia działań i operacji zarówno na powierzchni, jak i pod wodą”.
Spektrum zadań OP zależy bardzo mocno od typu okrętu. Dla nosicieli pocisków manewrujących (SSG/SSGN – Ship Submersible Guidedmissile/Ship Submersible Guidedmissile Nuclear)czy rakiet balistycznych (SSB/SSBN)będzie ono znacznie węższe, niż dla okrętu Hunter/Killer czy uniwersalnego o napędzie jądrowym (SSK/SSN). To właśnie okręty typu SSK mamy pozyskać w programie OPNT Orka.
Bardzo specyficzne jest też środowisko działania OP i co za tym idzie możliwości pozyskiwania informacji oraz komunikacji. Woda bardzo mocno tłumi fale elektromagnetyczne, dlatego, jeśli OP jest całkowicie zanurzony, ma bardzo ograniczone możliwości komunikacji. Owszem, przy zastosowaniu odpowiednich anten, na niedużych głębokościach, możliwy jest odbiór transmisji na falach VLF (VeryLowFrequency), jednak szybkość transmisji jest bardzo niska i umożliwiajedynie przesyłanie krótkich komunikatów tekstowych. Podobnie jest z łącznością hydroakustyczną. Fale o wysokiej częstotliwości ulegają szybkiemu tłumieniu w wodzie, a fale o małej częstotliwości nie zapewniają szerokiego pasma transmisji. Łączność szerokopasmowa jest możliwa jedynie przy zastosowaniu połączenia kablowego/światłowodowego. Kolejnym skutkiem właściwości wody jest to, że po zanurzeniu całkowitym, OP staje się praktycznie „ślepy”. Nawet, jeśli będzie on wyposażony w systemy wizyjne, to mają one bardzo ograniczony zasięg.
W Bałtyku może być to nawet poniżej kilku metrów. Głównym „zmysłem” okrętu staje się system hydroakustyczny. Jednak informacje pochodzące z sonaru są o wiele trudniejsze w interpretacji, niż sygnały pochodzące z systemów wizyjnych. Wskutek niejednorodności właściwości fizycznych warstw wody, dźwięk nie rozchodzi się po liniach prostych, a zakrzywienia są o wiele większe, niż dla fal optycznych w powietrzu. Do tego formowanie wiązki (można to nazwać „słuchanie kierunkowe”) daje nieporównanie mniejszą rozdzielczość kątową, niż najprostsze nawet układy optyczne. Interpretacja informacji staje się wyzwaniem i wymaga doświadczenia.
Ograniczenia
Rozważmy teraz, jakie ograniczenia wynikają z powyższych informacji, dla UUV. Jeśli stworzymy pojazd zdalnie sterowany (ROV – RemotelyOperatedVehicle), to jego zasięg będzie w praktyce ograniczony do długości kabla/światłowodu oraz możliwości technicznych jego rozciągnięcia (przeszkody, prądy morskie, etc). To sprawa, że nie ma on szans zastąpić OP, którego zasięg mierzony jest w tysiącach mil morskich. Oczywiście, może stanowić cenne uzupełnienie jego możliwości – na przykład zbliżyć się o wiele bardziej do niebezpiecznego obszaru, żeby zebrać dane, jednocześnie nie narażając załogi, zdetonować minę (np. Głuptak). To ograniczenie komunikacyjne jest również powodem, dla którego nie mogą, przy obecnym poziomie techniki, funkcjonować „roje” UUV, na wzór „roju dronów”.
Alternatywą jest pojazd autonomiczny AUV (Autonomous Underwater Vehicle). Pojazdy takie powstają już od ponad kilkudziesięciu lat. Tak, to nie pomyłka. Jednym z pierwszych zadań okrętu podwodnego było dostarczenie materiału wybuchowego na kadłub okrętu przeciwnika oraz detonacja tego ładunku. To zadanie przejęły torpedy, które, po zamontowaniu na nich systemu naprowadzania, spełniają definicję UUV. Tak więc, można z czystym sumieniem powiedzieć, że w pewnym zakresie UUV zastąpiły już OP. Ale czy to wyeliminowało sens istnienia tychże? Bynajmniej! Większość dotychczas powstających AUV to pojazdy niewielkie, o niedużej autonomii/zasięgu, przeznaczone do wyspecjalizowanych zadań. Stanowią uzupełnienie możliwości OP, ale ich nie zastępują. Pewnym wyjątkiem są powstające od niedawna XLAUV – eXtraLargeAutonomous Undersea Vehicle, lub XLUUV – eXtraLargeUnmanned Undersea Vehicle (terminologia się dopiero kształtuje).Są to pojazdy o rozmiarach zbliżonych do Miniaturowych Okrętów Podwodnych (MOP), mogące przenosić uzbrojenie, choć wciąż są zbyt małe, żeby przenosić torpedy ciężkie 533 mm, jednak do tej pory jest to bardzo rzadko spotykane i większość jest nieuzbrojona. Mogą one pełnić dość zróżnicowane zadania, zarówno w czasie P, jak i K czy W, począwszy od zadań patrolowych, transportowych, nadzorowania infrastruktury podwodnej, skrytego rozpoznania (sonarowego, SIGINT, wizyjnego, etc.), aż do zadań ogniowych (te nieliczne przenoszące uzbrojenie). Ale to również nie oznacza, że są w stanie zastąpić Okręt Podwodny. Głównym ograniczeniem są zdolności AI, która odpowiada (będzie odpowiadać) za sterowanie AUV. Zakładając na chwilę roboczo, że możliwości techniczne XLAUV odpowiadają okrętowi podwodnemu, to w takim razie można sprowadzić pytanie tytułowe do pytania „czy AI jest w stanie zastąpić dowódcę i resztę załogi OP”? W obecnym momencie odpowiedź brzmi „nie” i taka, moim zdaniem, pozostanie jeszcze przez wiele lat.Innym problemem jest status prawny takiej jednostki. Brak dowódcy i załogi sprawia, że nie jest ona okrętem i nie podlega ochronie, jaką jest bycie terytorium państwa. Może zostać ona „wytrałowana” pod pretekstem choćby zagrożenia nawigacyjnego i zagarnięta. Widać, że to, co stanowi największą zaletę UUV, czyli brak załogi, jednocześnie stanowi największe ograniczenia.
AI
Sztuczna inteligencja przechodzi ostatnio gwałtowny rozwój. Nie jest to jednak rewolucja, a szybka ewolucja, ściśle powiązana z rozwojem IT. Sieci neuronowe, uczenie maszynowe, modele językowe i tym podobne metody przetwarzania danych są znane już od kilkudziesięciu lat. Eksponencjalny wzrost możliwości obliczeniowych spowodował, że zostały one przeskalowane i użyte w innych, niż dotychczas zastosowaniach i aspektach. Oczywiście otwiera to zupełnie nowe możliwości i w jakichś obszarach może stanowić lokalną rewolucję. Jednak, o ile AI jest w stanie zastąpić człowieka w prostych, powtarzalnych czynnościach, to daleko jeszcze do zastąpienia wysoko wykwalifikowanych specjalistów w podejmowaniu decyzji na podstawie złożonych zestawów danych (często niepełnych i częściowo fałszywych). Wydaje się, że z miejsca, w którym jesteśmy już nieduży krok, ale jest to tylko złudzenie. Problemem jest to, że złożoność algorytmu (w przybliżeniu możemy traktować złożoność obliczeniową jako ilość zasobów niezbędnych do wykonania algorytmu, takich jak czas, pamięć, ilość procesorów) bardzo rzadko rośnie liniowo wraz ze wzrostem ilości danych, które trzeba uwzględnić. Częściej jest to zależność wielomianowa (np. kwadratowa) lub ponadwielomianowa (eksponencjalna, silnia). Oznacza to, że dodanie tylko jednej danej do zbioru danych, na podstawie których jest podejmowana decyzja, może zwiększyć ilość niezbędnych obliczeń np. kilkadziesiąt razy. Pytaniem retorycznym jest, ile dodatkowych danych trzeba uwzględnić w sytuacji taktycznej OP, w czasie K, w porównaniu z czasem P. No tak, można powiedzieć, ale przecież Prawo Moore’a również zapewnia eksponencjalny wzrost mocy obliczeniowej procesorów. (Zgodnie z Prawem Moore’a, ilość tranzystorów w procesorze podwaja się, mniej więcej co dwa lata. Odnosi się to również do innych aspektów technologicznych, a sformułowanie, że co dwa lata podwaja się moc obliczeniowa procesorów jest nawet częściej spotykane).Nie jest to takie trywialne jak może się na pierwszy rzut oka wydawać. Nawet, jeśli przyjmiemy, że Prawo Moore’a jest prawdziwe i się nie załamie, to jeśli mamy system działający na skraju możliwości obecnie, a potrzebujemy uwzględnić 10 dodatkowych danych przy podejmowaniu decyzji (co wcale nie jest dużą liczbą), a każda powoduje dwukrotne zwiększenie potrzebnych obliczeń, to na komputer o wymaganej mocy obliczeniowej przyjdzie nam poczekać około 20 lat. Tymczasem prawo Moore’a już się załamało. Docieramy do granic możliwości tego, co da się „wycisnąć” z krzemu. Mechanika kwantowa oraz rozmiary atomów nie pozwalają na nieograniczone zmniejszanie rozmiarów pojedynczego tranzystora. Procesory rozrastają się zatem nie tylko wertykalnie – w dół, ale horyzontalnie. Zwiększa się zajmowana powierzchnia, liczba rdzeni, etc. Jednak tutaj również mamy ograniczenia. Nie wszystkie algorytmy można wykonywać równolegle. O tym, o ile można przyspieszyć wykonanie algorytmu w przypadku jego równoległego wykonania na wielu rdzeniach, mówi prawo Amdahla. Na przykład, jeśli 95% programu może być zrównoleglone, to maksymalny wzrost szybkości obliczeń to 20 razy, niezależnie od liczby użytych rdzeni/procesorów. Innym potencjalnym problemem może być wystąpienie wąskich gardeł (bottleneck) w architekturze komputerów (np. dostęp do pamięci), które sprawią, że faktyczne przyspieszenie będzie jeszcze niższe, niż wynika to z Prawa Amdahla.
Zaryzykuję zatem twierdzenie, że jeśli ktoś uważa, że AI jest w stanie zastąpić dowódcę OP, który ukończył AMW, a następnie przeszedł wiele lat intensywnego szkolenia praktycznego i teoretycznego oraz posiada wiele lat doświadczenia, to znaczy, że on zostanie zastąpiony przez AI dużo szybciej, niż rzeczony dowódca.
Teraźniejszość
Obecnie trwa szybki rozwój zarówno pojazdów zdalnie sterowanych, jak i autonomicznych. W tych ostatnich „motorem napędowym” stał się rozwój sztucznej inteligencji, dzięki któremu zwiększa się pula zadań, które mogą być przez pojazdy autonomiczne wykonywane. Trwają również prace nad rozwojem technologii komunikacji z obiektami w zanurzeniu. Opracowanie i wdrożenie technologii, która w pewny i odporny na zakłócanie sposób umożliwi taką komunikację, z przepustowością odpowiadającą sieci 3G (tak, 3G, to nie pomyłka), stanowiłoby przełom. Skutkiem stałby się gwałtowny rozwój zwłaszcza w dziedzinie ROV, ale również AUV. Warto nadmienić, że prace nad „upchnięciem” dodatkowej informacji w fali hydroakustycznej prowadzone są,między innymi,na Politechnice Gdańskiej. Tam też powstała cała seria pojazdów podwodnych przeznaczonych do zwalczania min, począwszy od wiekowego już Ukwiała, przez Morświna, aż do najnowszego Głuptaka. Pojazd ten jest przystosowany do używania z wyrzutni torped 533 mm.Bardzo ciekawe rozwiązania oferuje choćby firma Exail (powstała z połączenia ECA Group z iXblue). Problem komunikacji z UUV rozwiązany jest w ten sposób, że UUV (ROV lub AUV) pracuje wspólnie z USV DriX. Umożliwia to przekazywanie danych na bieżąco do operatora, a pojazdy mogą pracować sterowane zdalnie lub w sposób autonomiczny nadzorowany. Umożliwia to zdecydowaną redukcję kosztów prac takich jakmonitorowanie rurociągów czy linii kablowych na dnie morza w porównaniu do „tradycyjnego” rozwiązania (statek załogowy + ROV).Najbardziej jednak do zadań typowych dla załogowych OP zbliżają się XLAUV. Są one stosunkowo nowym rozwiązaniem i niewiele jeszcze wiadomo o ich możliwościach. Wszystko wskazuje na to, że mogą wykonywać proste zadania zarezerwowane do tej pory dla OP, szczególnie na dużych akwenach o małym zatłoczeniu i aktywności ZOP. Inaczej sprawa wygląda na akwenach zatłoczonych, z dużą aktywnością człowieka. Nawet bez ZOP pojazd taki jest narażony na wiele cywilnych zagrożeń, jak choćby kolizje ze statkami czy zaplątanie w sieci rybackie.
Przyszłość
Przewidywanie jest bardzo trudne, szczególnie, jeśli idzie o przyszłość. Słowa Nielsa Bohra pozostają aktualne, jednak nie mogą nas przed próbami przewidywania przyszłości powstrzymać. Jesteśmy na to skazani, gdyż dzisiaj musimy podejmować decyzje, które przyniosą pierwsze efekty za niemal dekadę, a trwałość tych efektów to niemal pół wieku. W odniesieniu do przewidywania,możemy popełnić dwa błędy. Pierwszy to niedocenienie rozwoju i odrzucenie potencjalnych możliwości jako zbędnych/nieprawdopodobnych. Drugim jest przeszacowanie „tego co może być” i w efekcie zaniedbanie rozwoju „tego co jest”. Przykładem takiego błędu są pojawiające się głosy, o tym, że nie powinniśmy budować elektrowni jądrowych, bo już niedługo, może za kilka lat, pojawią się elektrownie fuzyjne. Problem polega na tym, że to „niedługo, za kilka lat” trwa już co najmniej od lat osiemdziesiątych, a wciąż jesteśmy dalecy od zapalenia plazmy z dodatnim bilansem energetycznym, o przemysłowym zastosowaniunawet nie wspomniawszy. Podobnie jest z okrętami podwodnymi. Dopiero pojawiły się XLAUV. Nie miały okazji, nawet z prostymi zadaniami, wykazać się w boju, a już pojawiają się głosy że budowanie OP jest bez sensu. Owszem, XLAUV mogą wykonać zadania patrolowe, albo zbieranie danych z sensorów, ale konia z rzędem, kto znajdzie operatorów sił specjalnych, którzy wolą być na miejsce akcji dowiezieni przez autonomiczny pojazd sterowany przez AI, a nie przez OP, z żywą załogą, która może na bieżąco oceniać sytuację taktyczną/operacyjną i podejmować decyzje. Tu przy okazji okazało się, dlaczego przytoczona na początku definicja nie jest do końca trafna. Kolejne pytanie – co z decyzją o otwarciu ognia, zatopieniu statku/okrętu, co może skutkować śmiercią wielu dziesiątek czy nawet setek ludzi? Czy na pewno chcemy ją pozostawić w rękach nienadzorowanej sztucznej inteligencji? Kto będzie odpowiadał za ewentualną pomyłkę? Jest jeszcze wiele pytań natury prawnej/moralnej/egzystencjalnej, na które musimy odpowiedzieć, zanim AI dostanie w swoje wirtualne ręce „czerwony guzik”.
Nauka i technika rozwijają się z grubsza w sposób liniowy. Od czasu do czasu pojawia się jednak coś, co powoduje rewolucję i gwałtowny, nieprzewidywalny rozwój niektórych dziedzin. Tak było z wynalezieniem tranzystora i potem układu scalonego. Jednak rewolucja wygasa, powstrzymywana kolejnymi ograniczeniami i przeradza się znów w liniowy rozwój. Cały problem polega na tym, że te rewolucje nie dają się przewidywać. Nie można zatem podejmować decyzji opartych na wierze w to, że rewolucja się wydarzy, bo zaniedbawszy budowę i rozwój „tego, co już jest” można nie doczekać „tego, co ma być” i w rezultacie zostać bez niczego. Tym bardziej, że często nowe rewolucyjne wynalazki nie wypierały dotychczasowego uzbrojenia, a stanowiły jego uzupełnienie. Tak też, zdaniem Autora, będzie z bezzałogowymi pojazdami podwodnymi. Będą stanowiły cenne uzupełnienie możliwości załogowych okrętów podwodnych, zwiększając ich bezpieczeństwo i sprawiając, że staną się one jeszcze bardziej skryte i niebezpieczne. Możemy już początek tego procesu obserwować dla Sił Powietrznych (loyalwingman), które mają stanowić wsparcie dla załogowych SP. Automatyzacja i robotyzacja jest nieunikniona i konieczna, jednak pamiętać należy o tym, że ten proces trwa już od wielu lat. Nie zawsze musi on oznaczać całkowite pozbycie się załogi, najczęściej oznacza ograniczenie jej liczności. Nawet jeśli stopniowo pojazdy bezzałogowe będą zastępowały te dowodzone i sterowane przez człowieka, to domena podmorska, jako najtrudniejsze i najbardziej wymagające środowisko, zostanie zrewolucjonizowana jako ostatnia.
Dziękuję bardzo serdecznie @Lobster9999i innym, za pomoc merytoryczną oraz Pawłowi Zaricznemu, który stał się spirytus movens tego przedsięwzięcia.
O autorze:
Mgr inż. Janusz Amrogowicz jest absolwentem Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej oraz studiów podyplomowych „Energetyka jądrowa” prowadzonych na Wydziale Mechaniczno-Energetycznym Politechniki Wrocławskiej. Od wielu lat związany z branżą automatyki przemysłowej, głównie w branży Oil&Gas, chemicznej/petrochemicznej oraz energetycznej.
