Revolutionierung der Bodenkriegsumgebung mit softwaregestützten gepanzerten Fahrzeugen

Die Entwicklung gepanzerter Militärfahrzeuge war seit ihrer Einführung von bedeutenden Fortschritten geprägt. Ursprünglich aus dem Ersten Weltkrieg stammend, erforderten die ersten Panzerkonstruktionen zum Überqueren von Schützengräben die Entwicklung umfangreicher, großer Fahrzeuge. Das Gleichgewicht zwischen Panzerung, Geschwindigkeit und Feuerkraft stellte eine Herausforderung dar und führte zur Entwicklung spezieller Panzerkategorien, die sich jeweils in einem Aspekt auszeichneten, in anderen jedoch Kompromisse eingingen. Die Grenzen dieser Spezialpanzer wurden jedoch im Zweiten Weltkrieg deutlich, was zu einem Wandel hin zu verbesserter Technologie und der weit verbreiteten Einführung vielseitiger Allzweckpanzer führte.

Mit Blick auf die Zukunft können kontinuierliche Fortschritte in Bereichen wie schnellere Verarbeitung, künstliche Intelligenz, kompakte und energieeffiziente Computer und skalierbares Cloud Computing den autonomen und halbautonomen Betrieb von Fahrzeugen ermöglichen. Derzeit experimentiert die US-Armee aktiv mit ihrem ersten autonomen Fahrzeug, dem Autonomous Multi-Domain Launcher (AML). Dieses System modifiziert ein High Mobility Artillery Rocket System (HIMARS) durch die Integration von Hardware und Software und ermöglicht Fernsteuerung und autonome Navigationsfunktionen.

Die Entwicklung neuartiger Fahrzeugtypen, insbesondere mit transformativen Funktionen wie softwaregestützten Funktionen, erfordert innovative Methoden. Zeitgenössische Designansätze wie DevSecOps haben die systematische Entwicklung sicherer und hochgradig wartbarer Systeme in einer Cloud-nativen Umgebung automatisiert. Simulationssoftware erleichtert Lieferanten außerdem das Entwerfen und Testen von Komponenten und macht kostspielige Hardware überflüssig.

Die Kategorie der softwaregesteuerten gepanzerten Fahrzeuge umfasst eine Vielzahl von Fahrzeugtypen, die von Infanterie-Kampffahrzeugen und Schützenpanzern bis hin zu Kampfpanzern und mobilen Kommandostationen reichen. Diese Fahrzeuge können sich in der Bewaffnung, dem Antrieb (Ketten- oder Radfahrzeuge) und dem Grad der menschlichen Besetzung (unterschiedlicher Grad an Besatzung oder unbemannt) unterscheiden. Der Begriff „softwarefähig“ weist darauf hin, dass Funktionen und in manchen Fällen auch Hardware durch Softwaremechanismen manipuliert, verbessert, erstellt und gesteuert werden können. Diese Anpassungsfähigkeit stellt sicher, dass sich die Fähigkeiten des Fahrzeugs über seine voraussichtliche Lebensdauer nahtloser und kostengünstiger weiterentwickeln können.

Die Hauptunterschiede zwischen leichten, mittleren und schweren gepanzerten Fahrzeugen liegen in der Zusammensetzung und Menge der Panzerung sowie im technischen Niveau, das darauf ausgelegt ist, Schäden durch feindliches Feuer standzuhalten. Trotz dieser Unterschiede verfügen sie in der Regel über ähnliche Systeme. In einem softwaregestützten Fahrzeug können diese Systeme dynamische Verbesserungen erfahren, um neue, auf die laufende Mission zugeschnittene Fähigkeiten anzubieten. Diese Anpassungsfähigkeit kann durch lokale Kommunikation oder eine taktische Cloud-Plattform erreicht werden und ermöglicht Echtzeitverbesserungen während der Missionsausführung.

Durch die Nutzung der umfassenden Expertise von Wind River bei der Entwicklung groß angelegter Systeme für die Weltraumforschung, Avionik, industrielle Automatisierung, Umspannwerke für Stromnetze und Hybrid-Cloud-Implementierungen wird eine optimale Grundlage für den Bau softwaregestützter gepanzerter Fahrzeuge der nächsten Generation geschaffen.

Offene Standards

Auf offenen Standards basierende Architekturen (sollten es offene Systeme sein?) vereinfachen das Plattformdesign, indem sie den Bedarf an Komponentenintegration reduzieren und Upgrades über die längere Lebensdauer eines Fahrzeugs von 10 bis 40 Jahren ermöglichen. 

Dieser Ansatz befasst sich mit entscheidenden Herausforderungen wie der Sicherstellung einer einheitlichen Besatzungskontrolle und -anzeige, der Vereinfachung von Schulung und Wartung sowie der Verbesserung des Zugangs zu wichtigen Fahrzeugfunktionen. Darüber hinaus werden Leistungskonflikte zwischen Plattformkomponenten minimiert und eine effektivere Analyse der vom System generierten Daten ermöglicht.

Die Generic Vehicle Architecture (NGVA) innerhalb der NATO ist bestrebt, die Interoperabilität zwischen den Fahrzeugflotten der NATO sicherzustellen. In den Vereinigten Staaten konvergieren zwei wichtige offene Standards – Future Airborne Capability Environment (FACE) und Vehicular Integration for C4ISR/EW Interoperability (VICTORY) – zunehmend und bieten Leitlinien für die Entwicklung und Beschaffung von Waffensystemen. Darüber hinaus setzen sich die USA aktiv für die Sensorstandardisierung durch Sensor Open Systems Architecture (SOSA) ein.

Autonome Militärfahrzeuge

In der Landschaft der digital transformierten Verteidigung spielen autonome, halbautonome und optional bemannte gepanzerte Fahrzeuge unterschiedliche Rollen. In naher Zukunft könnten gepanzerte Militärfahrzeuge Missionen wie Aufklärung, Versorgungsfahrten und Geländevermessungen ohne Besatzung an Bord durchführen, wodurch die Risiken für das Personal gemindert werden. Darüber hinaus birgt die erhöhte Autonomie optional bemannter Fahrzeuge das Potenzial, die erforderliche Anzahl an Besatzungsmitgliedern für die Erfüllung der Mission zu reduzieren.

Eine aktuelle Zusammenarbeit zwischen Wind River und Aptiv, einem führenden Anbieter elektronischer Komponenten und Sicherheitstechnologie für die Automobilindustrie, vereint umfangreiches Fachwissen im Bereich autonomer Fahrzeuge und harmoniert mit der Expertise von Wind River im Bereich softwaregestützter Architekturen.

Revolutionierung des Fahrzeugdesigns durch DevSecOps

Die DevSecOps-Prinzipien erfordern einen Fokus auf Sicherheit bereits in der Anfangsphase des Entwurfs mit dem Ziel, Schwachstellen zu mindern und Schutzsysteme auf allen Ebenen gegen potenzielle Hacking-Bedrohungen einzuführen. Wind River hat sich diese Prinzipien zu eigen gemacht und sie in Toolsets zur Verwendung durch Entwickler integriert. Dieses Cloud-native Toolset integriert neue Softwareversionen nahtlos in den Kerncode und implementiert strenge automatisierte Tests in jeder Phase der Entwicklungspipeline.

In der Betriebsphase erweist sich die DevSecOps-Umgebung als unschätzbar wertvoll für die Verwaltung von Sicherheitspatches und Softwareupdates für verschiedene Missionssysteme in aktiven Fahrzeugen. Die Überwachung des Sicherheitsstatus und der Funktionalität jedes Fahrzeugs in der Flotte gewährleistet fortlaufende Sicherheit und optimale Systemleistung.

Während Flugzeuge mit internen Cloud-Servern containerisierte Anwendungen für Updates und Wartung nutzen, ist diese anpassungsfähige Softwarearchitektur gleichermaßen auf militärische Bodenfahrzeuge anwendbar. Innovationen von Wind River und Aptiv könnten die Implementierung einer mobilen Cloud-Konfiguration mit einem zentralen Verwaltungscomputer erleichtern, der in der Lage ist, On-the-Fly-Updates für Computer in verschiedenen Fahrzeugen durchzuführen.

Verbesserung der Anpassungsfähigkeit

Der Reiz softwaregestützter Systeme liegt in ihrer Fähigkeit, ein System oder eine Maschine für mehrere Zwecke anzupassen. Die Einzelkonfiguration eines gepanzerten Fahrzeugs kann auf eine bestimmte Mission zugeschnitten und leicht umkonfiguriert werden, um sich ändernden Einsatzbedingungen gerecht zu werden, neue Anforderungen zu erfüllen, Änderungen in den Missionsprioritäten zu berücksichtigen oder auf unerwartete Situationen zu reagieren. Schnelle Feldaktualisierungen sind über ein herkömmliches Cloud-Netzwerk oder eine mobile taktische Cloud möglich, insbesondere in Umgebungen, in denen die Kommunikation sporadisch oder nicht vorhanden ist.

Beschleunigung der Entwicklung und Verbesserung der Sicherheit durch Simulation

Mithilfe der Simulationstechnologien von Wind River können Teams Simulationen von Systemen in einer Cloud-nativen Umgebung erstellen und bewerten. Durch die Automatisierung der Integrations- und Bereitstellungsprozesse in einer Simulation des endgültigen Systems kann ein Großteil der komplizierten Entwicklungsarbeit durchgeführt werden, ohne dass Hardware-Prototypen erforderlich sind. Entwickler an verschiedenen Standorten können an einem endgültigen Design zusammenarbeiten, Komponenten auf Interoperabilität validieren, Softwarekompatibilität sicherstellen, Regressionstests durchführen und überprüfen, ob Anforderungen erfüllt werden. Dieser Ansatz kann Entwicklungszyklen rationalisieren, indem er Verzögerungen im Zusammenhang mit Hardware-Lieferketten eliminiert und Designprobleme identifiziert, bevor in Hardware-Prototypen investiert wird.

Die Simulation ermöglicht es Teams außerdem, Komponenten und Systeme verschiedenen Sicherheitstests zu unterziehen. In einer simulierten Umgebung, kombiniert mit modernster Container-Technologie, kann die Identifizierung von Schwachstellen – sei es neue Malware, kürzlich entdeckte Cybersicherheitsbedrohungen oder Schwachstellen in Anwendungen oder Betriebssystemen – schnelles Handeln veranlassen. Patches können mithilfe von Containern implementiert werden, oft ohne Unterbrechung des bereitgestellten Systems.

Elektrische und hybridelektrische Militärfahrzeuge

In Zusammenarbeit mit der Automobilindustrie untersucht das US-Verteidigungsministerium aktiv die Integration elektrischer und hybridelektrischer Antriebstechnologien in wesentlichen Bereichen des Militärs. Allerdings stellt das Betanken von Elektrofahrzeugen vor Ort eine besondere Herausforderung dar.

Angesichts des erheblichen Gewichts und der hohen Geschwindigkeitsanforderungen gepanzerter Fahrzeuge sind die Anforderungen an deren Motoren streng, selbst wenn Hybrid-Elektroantriebe in Betracht gezogen werden, die erheblich zur erforderlichen Aufladung beitragen können. Trotz dieser Herausforderungen initiieren Militärplaner Prototypen. Es besteht Potenzial für die Entwicklung von Fahrzeugen, die nicht nur über hocheffiziente Energiequellen verfügen, sondern auch mit minimalem Lärm und geringer Wärmesignatur fahren.

Mit Tempo in die Zukunft

Die Realisierung autonomer und halbautonomer Fahrzeuge steht vor der Tür und Wind River arbeitet mit Unternehmen zusammen, die sich der Verwirklichung dieser Vision widmen. Der rasante Fortschritt von Edge Computing und Cloud Networking unterstreicht die robusten Vorteile und die Anpassungsfähigkeit softwaregestützter Maschinentechnologie. Weltweit werden immer mehr gepanzerte Fahrzeuge der nächsten Generation gebaut, die diese Technologien nutzen, und die Umsetzung dieses Trends wird sich voraussichtlich beschleunigen.