Ciência e tecnologia de apoio à futura aviação do Exército

Ciência e tecnologia de apoio à futura aviação do Exército

No futuro, os sistemas de aviação do Exército precisarão operar em um espaço aéreo contestado anti-acesso e negação de área (A2AD) contra adversários que possuem capacidades avançadas que restringem a liberdade de manobra. Para serem eficazes nesses ambientes, os futuros sistemas de aviação precisarão de alcance estendido, maior consciência situacional e maior velocidade para manobrar em posições de vantagem, sobreviver e envolver o adversário. Também haverá a necessidade de maior uso de sistemas não tripulados para penetrar neste espaço aéreo contestado.

Os investimentos no portfólio de ciência e tecnologia de sistemas aéreos (C&T) são dedicados à descoberta, inovação e transição de produtos para permitir a superioridade técnica dos EUA e combater a superação dos sistemas atuais e futuros de elevação vertical (FVL). O portfólio é investido em cinco grandes áreas de pesquisa:

– Projeto e estruturas da plataforma para focar no aumento da faixa e velocidade dos sistemas de elevação vertical.

– Investimentos em energia para garantir que os sistemas alcancem velocidades mais altas e eficiência aprimorada para atingir faixas estendidas.

– Tecnologias de sistemas de missão para garantir que, uma vez que a plataforma esteja no ambiente operacional, ela possa fornecer a letalidade e capacidade de sobrevivência desejadas.

– Autonomia não tripulada de aeronaves e formação de equipes para estender o alcance e o efeito letal, além de fornecer a capacidade de penetrar nos ambientes A2AD.

– Investimentos em manutenibilidade e sustentabilidade para garantir que as plataformas sejam capazes de alto andamento das operações, reduzindo a demanda de logística.

PROJETO E ESTRUTURAS DA PLATAFORMA

Por fim, o efeito desejado no campo de batalha para os sistemas de aviação, seja assalto, ataque, levantamento, reconhecimento ou evacuação médica, é fornecido pela plataforma. Essa plataforma pode ser tripulada, opcionalmente tripulada ou não tripulada, dependendo da missão e do ambiente. O foco da C&T no design de plataformas é apoiar o FVL. A área de C&T nessa área abrange o desenvolvimento de conceitos e a análise de projetos através do desenvolvimento e demonstração de sistemas.

Isso inclui esforços atuais, como o JMR-TD (Joint Multi-Role Technology Demonstrator) e futuros esforços, como os sistemas de aeronaves não tripuladas táticas de próxima geração (NGTUAS). O JMR-TD está demonstrando tecnologias de plataforma e sistemas de missão em suporte à FVL. A NGTUAS está focada no desenvolvimento e demonstração de tecnologias e recursos de veículos aéreos não tripulados tecnologicamente viáveis ​​e acessíveis, que proporcionam melhorias no desempenho de vôo, capacidade de sobrevivência e confiabilidade. Os esforços de longo prazo estão focados em tecnologias de elevação vertical que permitem alta velocidade e suspensão eficiente.

PODER

Uma das áreas mais importantes da tecnologia necessária para dominar o futuro ambiente operacional são os sistemas de energia das aeronaves. Essa área inclui tecnologias que aprimoram as capacidades de motores de turbinas e transmissões. Os atuais motores de turbina de elevação vertical e as transmissões são projetados para operar em velocidade e elevação fixas; o movimento para a frente é produzido ajustando o passo das pás do rotor do helicóptero. Esses motores de turbina e transmissões são otimizados para essa velocidade fixa, mas estão no limite de eficiência e potência.

Para atender aos requisitos de alcance e velocidade com eficiência máxima, estão sendo desenvolvidas tecnologias como motores de turbina de velocidade variável e transmissões de várias velocidades. Para construir esses futuros sistemas de energia, novos projetos, materiais e componentes de turbinas precisarão ser desenvolvidos por meio de recursos inovadores de fabricação, como fabricação aditiva. Além disso, os projetos de motores precisarão ser altamente confiáveis ​​para atender às demandas do futuro ambiente operacional, que será acelerado e exigirá uma operação muito mais longa entre as sessões de manutenção do que as aeronaves atuais. Tecnologias avançadas como sistemas de energia elétrica híbrida também estão sendo investigadas e desenvolvidas. Essas tecnologias combinam a eficiência de motores elétricos e motores otimizados, não muito diferentes dos carros híbridos-elétricos atuais.

SISTEMAS DE MISSÕES

O objetivo da área de sistemas de missão é amadurecer e validar as tecnologias de software e hardware de equipamentos de missão homem-máquina para permitir superação e capacidade de sobrevivência no futuro ambiente operacional. Se a estrutura da aeronave, os motores, a transmissão e os rotores são o corpo da FVL, os sistemas de missão podem ser vistos como olhos, ouvidos e cérebros. Para permitir uma abordagem holística do desenvolvimento e emprego de sistemas missionários, serão necessárias arquiteturas de sistemas abertos para permitir que os soldados “plug and play” futuros sistemas de reconhecimento, capacidade de sobrevivência e letalidade.

Os sensores e cargas úteis atuais são federados, o que significa que eles não interoperam muito. Para instalar equipamentos atualizados de carga útil, provavelmente seria necessário desenvolver uma atualização da aeronave, o que aumentaria o custo e o tempo de inatividade da aeronave. O portfólio de C&T de sistemas aéreos do Exército está realizando pesquisas em sensores multifuncionais para não sobrecarregar o tamanho, peso e potência da aeronave. Um exemplo desse tipo de sensor seria aquele que possui uma combinação de consciência situacional e recursos de direcionamento.

Os sistemas de missão também precisam ser projetados para que a aeronave FVL possa operar em qualquer lugar, a qualquer hora e em qualquer condição climática. Isso exige sistemas que aumentem a consciência situacional e a capacidade de sobrevivência, mas também reduzam a carga cognitiva nos pilotos que podem vir com a sobrecarga de dados desses sensores avançados. Novos tipos de algoritmos para inteligência artificial estão sendo pesquisados ​​e desenvolvidos para criar essa nova modalidade piloto, chamada “autonomia supervisionada”, na qual os pilotos supervisionam em vez de executar funções de vôo de nível inferior. Falando em um fórum de aviação realizado em 7 de setembro de 2017 pela Associação do Exército dos Estados Unidos, o major-general Bill Gayler, comandante do Centro de Excelência em Aviação do Exército dos EUA em Fort Rucker, Alabama, disse que a autonomia supervisionada “

AUTONOMIA E EQUIPE

No futuro, os sistemas de aeronaves não tripuladas (UAS) podem ser usados ​​para estender o alcance dos sistemas tripulados enquanto remove o soldado de condições perigosas. As aplicações potenciais incluem reconhecimento, ataque, reabastecimento e evacuação de vítimas. A pesquisa nesta área está focada em tecnologias para a próxima geração de UAS para apoiar equipes tripuladas e não tripuladas em operações de armas combinadas. Isso inclui um amplo espectro de pesquisas, desde interfaces de controle até comportamentos autônomos avançados.

Pesquisas nessas áreas precisam ser conduzidas em paralelo para perceber o potencial de sistemas não tripulados. Os esforços comuns da interface homem-máquina estão focados nos projetos de interface homem-sistema para melhorar a eficácia da missão em operações aéreas. As áreas de investigação incluem projetos de cockpit com sugestões, controles e displays avançados. Em equipes autônomas, o foco está no desenvolvimento de algoritmos autônomos para permitir que um piloto controle o UAS, além de auxiliares de decisão cognitiva para reduzir o tempo que um soldado precisa gastar no controle direto de um UAS. O objetivo a longo prazo é estender a capacidade do UAS além do controle remoto ou da teleoperação para uma capacidade verdadeiramente autônoma, para permitir o agrupamento de plataformas tripuladas e não tripuladas em ambientes contestados, através da realização de sistemas que se adaptam às mudanças nas condições do campo de batalha.

MANUTENÇÃO E SUSTENTABILIDADE

A capacidade de manutenção e sustentabilidade concentra-se no desenvolvimento de tecnologias e metodologias para permitir projetos mais confiáveis, a capacidade de prever falhas de componentes e tecnologias para reduzir a manutenção e a carga logística, um dos maiores direcionadores de custos para a aviação do Exército. Áreas específicas de pesquisa incluem gerenciamento integrado de saúde, design eficiente de componentes para confiabilidade otimizada, modos de falha de material e os efeitos de carga termomecânica e eletromagnética. Os objetivos iterativos são passar da manutenção baseada no tempo na aeronave para a manutenção baseada em condições e, finalmente, na manutenção preditiva.

CONCLUSÃO

O investimento em C&T em sistemas aéreos está posicionado para oferecer a próxima onda de recursos que garantirão que nosso elevador vertical e UAS sejam capazes de fornecer suporte aéreo próximo e manter o domínio dos EUA no campo de batalha. Os artigos a seguir discutem com mais detalhes algumas especificidades do portfólio de C&T da FVL: especificação de arquitetura, sistemas aéreos colaborativos e capacidade de sobrevivência de aeronaves.

Para mais informações, entre em contato com Todd Turner em todd.m.turner.civ@mail.mil.

SENHOR. TODD ​​TURNER é o diretor de portfólio de ar do Gabinete do Subsecretário Adjunto do Exército de Pesquisa e Tecnologia (ODASA (R&T)), em Arlington, Virgínia. Ele possui mestrado em gerenciamento de tecnologia pela University of Maryland University College e bacharelado em engenharia elétrica pela Bucknell University. Ele é membro do Corpo de Aquisição do Exército (AAC) e é certificado em nível III em engenharia e gerenciamento de ciência e tecnologia.

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