Електроника за сектора на отбраната

• Електронните компоненти, устройства и системи в отбранителната индустрия отговарят на изключително високи стандарти за надеждност, устойчивост и сигурност
  
  
• Наред с военните и отбранителните стратегии, непрекъснато еволюират и методите, прилагани при проектирането и производството на електроника за сектора
  
  
• Сред основните тенденции са модулните архитектури, оптимизацията на размерите, теглото и енергийната ефективност, интеграцията на киберзащита, изкуствен интелект и машинно самообучение, квантови и автономни технологии и др.

Електронните компоненти, устройства и системи, използвани в отбранителната индустрия, трябва да отговарят на изключително високи стандарти за надеждност, устойчивост и сигурност. От средства за тактическа комуникация и наблюдение до навигационно оборудване и управление на въоръжение, специфичните приложения диктуват използването на решения от специализиран клас (MIL-SPEC/MIL-STD) – с определени характеристики и стриктна сертификация по отношение на дизайна, производствените методи, тестването и експлоатацията.

Отбранителната индустрия в ерата на електронната война

Още от Втората световна война насам във военното дело се прилагат стратегии за контрол на т. нар. електромагнитна среда (ЕМС) – частта от електромагнитния спектър, използвана за предаване, приемане и управление на информация. Чрез използване на спектъра или насочена енергия се цели не само контрол на комуникационното пространство, но и осъществяване на атаки срещу противника или противодействие на вражески нападения. Популярни като “електронна война” (EW), подобни действия са насочени към отнемане на стратегически предимства на врага и/или осигуряване на преимущества на съюзническите сили. Електронната война може да бъде водена както по въздух, суша и море, така и от космоса, включително от пилотирани и безпилотни системи. Тя има три основни подразделения – електронни атаки, електронна защита и електронна военна подкрепа.

Основните типове електронни и микроелектронни компоненти и системи, използвани в сектора на отбраната в наши дни, включват сензори, радари, полупроводникови елементи, микроконтролери, микропроцесори, мощни и нискошумови усилватели, стабилизатори и филтри, оптоелектронни компоненти, осцилатори, аналогови и цифрови преобразуватели, памети, таймери, броячи, релета, захранващи модули, интерфейсни и комуникационни интегрални схеми, радиочестотни и микровълнови устройства, FPGA и PLD устройства, MEMS системи, приемопредаватели, фотонни компоненти, конектори, силови електронни компоненти, навигационни и управляващи решения, системи за комуникация и свързаност, както и цялостни платформи за електронна война (EW) и сигнално разузнаване (SIGINT). Сегментът обхваща различни класове компоненти, включително усилени или издръжливи на радиация (“radiation-hardened” – RH и “radiation-tolerant” – RT), за екстремни температури, QML, COTS/COTS+, автомобилен клас и др.

Към всички тях се поставят стриктни изисквания за надеждност, устойчивост на агресивни условия, скорост на обработка на данни, честотен обхват, чувствителност, сигурност на комуникациите и енергийна ефективност. Сред приложенията им са: прецизни удари и противоракетна отбрана, сигурни комуникации, усъвършенствано радарно и сонарно проследяване, автономни системи, симулатори, т. нар. съвместно командване и контрол на всички домейни (JADC2), обработка на изображения в реално време и др. Освен във фиксирани съоръжения и инфраструктура, конвенционални сухопътни, въздушни и морски транспортни и превозни средства и традиционна бойна техника, специализираните електронни компоненти и системи за сектора на отбраната намират все по-широко приложение и в безпилотни и автономни платформи – дронове, мобилни роботи, автономни подводни апарати (AUV) и наземни средства (AGV), роботизирани танкове, артилерийски и сапьорски системи и др.

Функции и приложения на електрониката в отбранителната индустрия

Електронните системи и компоненти формират гръбнака на съвременните отбранителни технологии, подсигурявайки множество критични функции и приложения. Ключов е делът на комуникационните системи – криптирани радиостанции, устройства и платформи за сателитна комуникация, мрежови решения и др., които обезпечават безпроблемната координация между военните сили.

Не по-малко важни са сензорите и системите за детекция – радарни и сонарни системи от последно поколение, инфрачервени датчици и т. н., които помагат за добра ситуационна осведоменост и максимално ранно откриване на заплахи. Платформите за командване и контрол (C2) също разчитат основно на електронни устройства за събиране, анализ и разпространение на информация. От системи за контрол на бойното поле до инструменти за вземане на тактически решения, отбранителната електроника позволява ефективно командване и управление на военните операции.

Прецизната навигация и точното насочване са други направления от решаващо значение за ефективността на отбранителните платформи. Напредъкът при отбранителната електроника позволява разработването на усъвършенствани GPS приемници, инерционни навигационни системи (INS) и технологии за насочване за ракети, безпилотни летателни апарати (UAV) и др. Дроновете – както въздушни, така и морски или наземни – са незаменима част от съвременните военни системи и основен двигател на иновациите в отбранителната електроника. Те тласкат напред развитието на редица технологични сегменти, включително комуникационните мрежи (5G, сателитни и криптирани връзки), навигационните и позициониращи системи с висока точност, сензорите, камерите, LIDAR и IR системите, AI платформите за автономно вземане на решения и др.

Електронните компоненти са неизменен елемент и от бойните системи – от технологии за насочване и прицелване до задействащи системи и цялостни решения за електронна война, те повишават точността, надеждността, ефективността и мултифункционалността на модерната оръжейна техника.

Технологични и пазарни тенденции

Сегментът на електрониката за сектора на отбраната се развива динамично под влиянието на водещи световни тенденции, като интеграцията на Industry 4.0 технологии, фокуса върху киберсигурността и киберустойчивостта, навлизането на безпилотните и автономните системи, концепцията за “свързано бойно поле” (interconnected battlefield), както и най-новите подходи и стратегии в електронната война. Разработват се усъвършенствани радарни системи, все по-широко се използват технологии с галиев нитрид (GaN) и галиев арсенид (GaAs), увеличава се делът на електронните компоненти за безпилотни платформи и т. н. Същевременно нараства фокусът върху разгръщането на т. нар. когнитивни EW системи, наред с традиционния стремеж към оптимизация на размерите (Size), теглото (Weight) и енергопотреблението (Power) или “SWaP optimization”. Авангардна новост в сферата на микроелектрониката с широк спектър от приложения в областта на отбраната и разузнаването са високопроизводителните цифрови “read-out” интегрални схеми (DROIC), които предлагат усъвършенствана алтернатива на аналоговите си предшественици.

Изкуственият интелект (AI) и машинното самообучение (ML) навлизат по-широко в отбранителната електроника – не само в дизайна и производството, а и във функционалния инструментариум на компонентите и системите. В практиката се налагат AI и ML базирани платформи за автоматизация на разузнавателните анализи, автономни бойни системи и дронове, решения за прогнозна поддръжка и мониторинг и др.

Все по-важни в съвременната отбранителна дейност стават и C4ISR системите (Command, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance and Reconnaissance), при които акцент са облачните архитектури и синхронизацията в реално време между платформи за наземни, въздушни, морски и космически операции.

В областта на електронната война фокусът се измества към разработването на по-гъвкави и ефективни системи за радиоелектронна борба, защита от GPS смущения и кибератаки и т. н.

Киберсигурността се превръща в основен приоритет в епохата на дигитализацията, в която мнозина вярват, че кибератаките носят също толкова или дори повече рискове за държавите и общностите от конвенционалните военни средства. Ето защо в софтуерните и хардуерните компоненти на всяка система, включително и в електрониката”, киберзащитата се залага “by-design” или още на етап проектиране.

Все по-ключови за глобалната сигурност стават и космическите отбранителни технологии, а акцентът е върху разработването на високоефективни сателитни системи за наблюдение, комуникация и ранно предупреждение за заплахи. Засилва се и интересът към контрола на орбиталното пространство и усъвършенстването на противоспътниковите технологии (ASAT) с цел гарантиране на предимство и защита в космическия домейн.

Подобно на други сегменти, и в отбранителната електроника се налагат модулните концепции и отворените архитектури, които позволяват по-лесно и бързо надграждане на съществуващи технологични платформи и улесняват оперативната съвместимост между различни компоненти, системи и доставчици. Ключова тенденция е и повишаването на енергийната ефективност на компонентите (чрез минимизиране на потреблението, усъвършенстване на захранванията и интегриране на нови източници на енергия) с цел подобряване на надеждността на системите на бойното поле. Разработват се и авангардни миниатюризирани енергийни решения, които намират приложение в датчици, преносими устройства и др.

Иновации

Отбранителната индустрия е основен стълб на иновациите в сектора на електрониката, като насърчава разработването и прилагането на редица авангардни технологии при хардуера, софтуера и услугите. Подсегментът на сензорните решения и оптико-електронните системи търпи бурно развитие с иновации при квантовите сензори, компютърното зрение, мултиспектралните и инфрачервените технологии, например за идентифициране на цели при всякакви условия.
Интересна новост са квантовите радари, които се очертават като революция в прецизната детекция. Чрез т. нар. квантово заплитане те откриват обекти и заплахи с много по-висока точност благодарение на подобрената си устойчивост на традиционни техники за заглушаване.

Популярни при едновременното проследяване на множество обекти стават радарите с фазова решетка (Phased Array Radars) – с електронно управление на радарния лъч за подобрена бързина и гъвкавост. Изкуственият интелект и машинното самообучение позволяват разработката и на когнитивни радари, които автономно се адаптират към средата, гарантират по-ефективна детекция и се отличават с много по-нисък процент фалшиви отчитания.

В полето на комуникациите също широко навлизат квантовите технологии, наред с 5G мрежите. Благодарение на тях модерните комуникационните системи в отбраната се характеризират с по-високи скорости на пренос на данни, по-малки времезакъснения и усъвършенствана свързаност.
При т. нар. C2 (Command and Control) системи се налагат интегрираните решения, предлагащи унифицирана платформа, обединяваща различни компоненти от сегмента на отбранителната електроника с цел подобряване на ситуационната осведоменост и вземането на решения. В това направление сериозен напредък се отчита и във връзка с AI алгоритмите, които бързо обработват и анализират огромни обеми от информация, за да дават изводи и препоръки на командващите в реално време.

Глобалният сектор и мястото на Европа

Наред с отбранителните стратегии непрекъснато еволюират и методите, прилагани при производството на електроника за сектора. Все по-масово се използват 3D печат, нанотехнологии, изкуствен интелект за проектиране, качествен контрол и други ключови задачи, автоматизация, роботизация и т. н. Глобалният пазар на електроника за отбраната бележи значителен ръст през последните години, а прогнозите са тази тенденция да се запази поне до края на десетилетието. От около 245 млрд. долара през 2025 г. сегментът се очаква да нарасне до 305 млрд. долара до края на 2029 г. Сред производителите в сегмента са както компании, които разработват цялостни портфолиа от електронни компоненти и системи за различни приложения, така и фирми, предлагащи основно решения за военния/отбранителния и авиокосмическия сектор. Някои от най-популярните брандове на глобалния пазар са Analog Devices, Arrow Electronics, Avnet, BAE Systems, Boeing, CAES, Elbit Systems, General Dynamics, Honeywell, L3Harris Technologies, Leonardo, Lockheed Martin, Microchip Technology, Mouser Electronics, Northrop Grumman, Rafael, Raytheon Technologies, Renesas Electronics, Rheinmetall, Saab, Teledyne Technologies, Texas Instruments, Thales, TTI и т. н. Съществена тенденция сред производителите е разширяването на продуктовите листи с компоненти за двойна “civil-military” употреба – за цивилни и военни приложения.

Нов доклад на IPC – световната асоциация по електроника, изготвен съвместно с DECISION Etudes & Conseil, алармира, че отбранителната промишленост на Стария континент е изправена пред критична нужда от електронни компоненти и системи, произведени в Европа, а местното производство се е свило с 35 на сто през последните две десетилетия. Проучването прогнозира, че електрониката ще представлява цели 25% от стойността на отбранителното оборудване до 2035 – 2024 г.

Въпреки това Европа произвежда само 4 – 8% от ключовите компоненти, като печатни платки, интегрални схеми и решения с усъвършенствано корпусиране – с иновативни методи за интегриране на чипове (например 2.5D, 3D, “System-in-Package”), които подобряват производителността, енергийната ефективност и плътността на интеграция. Нарастващата зависимост от крехките глобални вериги за доставки заплашва сигурността и стратегическата автономност на ЕС, предупреждават от IPC.

Според експертите са необходими спешни мерки от страна на Европа в подкрепа на електронната и отбранителната индустрия, включително политически действия, увеличено финансиране, подкрепа за МСП и мащабиране на производството в тези сектори. Интересна тенденция в този контекст е т. нар. обратна интеграция при производителите на оригинално оборудване (ОЕМ), които разширяват дейността си назад по веригата на доставките, като стартират разработка и производство на компоненти, материали или технологии, които преди това са поръчвали от външни доставчици.