Tulevaisuuden EO-sensori on älykäs, oppiva ja verkottunut
Johdanto
Elektro-optiset (EO) sensorit ovat keskeinen osa modernin sotajoukon varustusta. Niiden avulla parannetaan joukon tilannetietoisuutta ja vaikuttamiskykyä viholliseen. EO-sensoreita käytetään niin erillisinä tähystys-, valvonta- ja maalinosoituslaitteina kuin osana asejärjestelmiä. Asejärjestelmissä EO-sensorit voivat olla kiinteästi integroituja (esim. EO-hakupäät ohjuksissa) tai aseeseen tai asejärjestelmään kiinnitettyjä tähtäimiä/maalinosoituslaitteita.
EO-sensorien avulla operaattori kykenee näkemään pidemmälle kuin paljaalla silmällä ja havaitsemaan, luokittelemaan ja tunnistamaan kohteita pitkiltäkin etäisyyksiltä ja haastavissa sääolosuhteissa. Mutta ehkä keskeisin EO-sensorin etu taistelukentällä on se, että ne ovat passiivisia, eli ne eivät lähetä signaaleja, joita vihollinen voisi havaita.
EO-sensorit nykypäivänä
Nykypäivän taistelukentällä yksittäisen sotilaan käyttämä valonvahvistin on yleisin EO-sensori. Valonvahvistimia käytetään tähystämiseen, liikkumiseen ja taistelutoimintaan pimeällä. Lämpökuvantavat tähystimet ja tähtäimet ovat yleistyneet taistelijoiden varustuksessa. Tulenjohtajilla on käytössään maalinpaikannuslaitteita, joiden avulla maalin koordinaatit kyetään määrittämään automaattisesti ja toimittamaan tulikomentoina tuliyksiköille.
Vaikka pääosa sotilaiden käyttämistä sensoriratkaisuista ovat perinteisiä, niin vähitellen myös älykkäät tähtäinratkaisut ovat yleistymässä. Näistä voidaan mainita yhdysvaltalainen Vortex:n valmistama ”Next Generation Squad Weapon-Fire Control” (NGSW-FC), joka on valittu USA:n maavoimien keveiden aseiden tähtäimeksi ja Senop Oy:n kehittämä AFCD TI, joka on tarkoitettu singon älykkääksi tähtäinjärjestelmäksi. Näissä älykkäissä ratkaisuissa tähtäimeen on integroitu useita kehittyneitä tekniikoita, mukaan lukien laseretäisyysmittari, ballistinen laskin, sääanturipaketti, kompassi, langattomat yhteydet, sekä digitaalinen näyttö.
Perinteiset miehittämättömät lentolaitteet on varustettu kehittyneillä ja suorituskykyisillä sensoripaketeilla, ja tämä on ennen ollut suoraan verrannollinen järjestelmien hintaan. Ukrainan sota on tuonut miehittämättömät järjestelmät aiempaa laajempaan, voidaan sanoa jopa massamaiseen, käyttöön sotilasoperaatioissa. Yksittäisillä jalkaväkiryhmillä on Ukrainan asevoimilla käytössään halpoja tiedustelu- ja vaikuttamisdrooneja. Lentävien laitteiden lisäksi Ukraina on kehittänyt enenevässä määrin niin maalla kuin vedessä kulkevia miehittämättömiä järjestelmiä. Nämä kaikki vaativat EO-sensorin, jotta laitetta voidaan ohjata tai havainnoida taistelualuetta. Massamaisesti käytettävissä miehittämättömissä laitteissa EO-sensorien on oltava edullisia ja esimerkiksi kuvan laadusta voidaan tinkiä, kunhan se on tehtävän kannalta vain riittävä. Tässä tapauksessa voidaan todeta, että määrä on laatua.
EO-sensorit tulevaisuudessa
Optiikan ja optoelektroniikan nopea kehittyminen mahdollistaa nykyistä pienempien ja ominaisuuksiltaan suorituskykyisempien EO-laitteiden kehittämisen. Laitteessa käytettävä optiikka määrittää käytännössä sen koon ja massan. Mitä hämärämmässä EO-laitteen tulee toimia, tai mitä kauemmaksi sillä tulee kyetä havainnoimaan, sitä suuremmaksi tulevat optiset komponentit. Optisten komponenttien koko ja massa vaikuttavat laitteen mekaniikkaan, käytettävyyteen, tarkkuuteen, valmistettavuuteen ja kestävyyteen.
Optisten komponenttien osalta linsseissä ollaan siirtymässä kokonaan pallolinsseistä asfääri- ja vapaamuotoisiin optiikoihin. Ne mahdollistavat optisten elementtien koon pienentämisen jopa puoleen nykyisestä. Kokonaan uutena teknologiana on optisiin laitteisiin tulossa metaoptiikka, joka mahdollistaa ohuiden, millimetrien vahvuisten, optiikoiden valmistamisen. Myös diffraktiivisen optiikkaan hologrammeihin perustuvien komponenttien käyttö lisääntyy EO-laitteiden näytöissä ja okulaareissa. Säteenjakajien sijaan tullaan käyttämään optista aaltojohdetta. Seuraavan vuosikymmen aikana nämä uudet teknologiat tulevat yleistymään sotilasoptiikassa.
Yllä mainitun lisäksi optisissa komponenteissa käytettävät materiaalit ovat kehittyneet nopeasti. Uudet optiset materiaalit ovat aiempaa kevyempiä ja ne toimivat laajemmalla aallonpituusalueella. Uusien materiaalien fyysiset ja kemialliset ominaisuudet, kuten kestävyys, lämpötila- ja kosteudenvaihteluiden sieto ovat myös hyviä. Näiden lisäksi uudet materiaalit ovat helpompia valmistaa ja siten edullisempia kuin nykyisin käytettävät materiaalit.
Modernien EO-laitteiden tulee toimia useilla eri aallonpituusalueilla, kuten VIS, NIR, SWIR ja IR (joko MW tai LW). Perinteisesti tähtäimessä tai tähystimessä on ollut yhtä monta sensoria kuin on käytettäviä aallonpituusalueita. Sensoriteknologian kehitys mahdollistaa useamman aallonpituusalueen yhdistämisen samalle sensorille, mikä vähentää tarvittavien optisten kanavien lukumäärää ja pienentää tähtäimen kokoa. Sensoreiden tuottamaa informaatiota on nykyisillä elektroniikka- ja ohjelmistoratkaisuilla mahdollista fuusioida yhteen näkymään, joka parantaa käyttäjän toimintakykyä ja tehostaa kohteiden havainnointia.
Tulevaisuudessa EO-laitteiden toimintaa on mahdollista parantaa lisäämällä niihin spektritietoa tallentava sensori, eli hyperspektrikamera. Hyperspektrikameroiden uudet teknologiset ratkaisut, kuten MEMS filtterit tai uudet laskennalliset menetelmät mahdollistavat entistä pienempien laitteiden kehittämisen. Spektritiedon avulla on mahdollista tuoda lisää informaatiota konenäön ja hahmontunnistuksen tueksi, jolloin kohteita voidaan havainnoida niiden muodon lisäksi, niiden tunnistettavien materiaalien perusteella. VIS- IR alueen hyperspektridatalla on mahdollista erottaa epäorgaaniset ja orgaaniset materiaalit hyvin tehokkaasti, jolloin esim. ajoneuvojen tunnistamisen varmuus parantuu.
Tekoälyn ja konenäön lisääminen kiinteäksi osaksi EO-sensorijärjestelmää mahdollistaa automaattisen kohteiden havaitsemisen ja tunnistamisen. Tällä ominaisuudella kyetään pienentämään operaattorin rasitusta, kun kone itsessään seuloo kriittisiä kohteita valvonta-alueeltaan. Tekoälyä voidaan opettaa ja laitetta voidaan evästää uusimilla vihollistunnisteilla myös sotatoimien aikana.
Tulevaisuudessa sensorit ovat verkottuneet keskenään ja niiden avulla voidaan jakaa tilannekuvaa ja maalitietoa. Tämä mahdollistaa optimaalisen vaikuttamisen nopeasti kehittyvässä tilanteessa.
Teknologia kehittyy, mutta sodankäynnin peruslainalaisuudet tulevat säilymään. Laitteita käytetään vaativissa olosuhteissa ja rikkoutuneena paraskaan teknologinen ratkaisu ei tue taistelevan joukon suorituskykyä. Tämän vuoksi EO-sensorijärjestelmien kestävyys, käytettävyys ja yksinkertaisuus tulevat olemaan keskiössä myös tulevaisuudessa. Vain toimivalla järjestelmällä voidaan voittaa taistelu.
Artikkeli on julkaistu Insinööriupseeriliitto ry:n julkaisemassa Insinööriupseeri 2024 -lehdessä.
Kirjoittaja: evl evp. Matti Honkela, joka toimii neuvonantajana (Senior Advisor) Senop Oy:ssä.