Optimierte Verteidigungssysteme dank neuer Verbindungstechnologie

JADC2 ist eine Initiative des Verteidigungsministeriums der USA (Department of Defense, DoD), um Sensoren aus allen Bereichen des Militärs in einem einzigen Netzwerk zu verbinden. Einer der vielen Vorteile dieser Initiative ist die verbesserte Kommunikation zwischen den Dienststellen und eine schnellere Reaktionszeit auf Situationen, die sofortige Entscheidungen erfordern.

Die Herausforderungen an die Verbindungstechnik bei der Umsetzung des JADC2-Konzepts sind immens. JADC2 zielt darauf ab, jeden Soldaten, jedes intelligente Gerät und jedes Waffensystem aus allen Bereichen zu vernetzen: Luft, Land, See, Weltraum und Cyberspace. Ziel ist es, ein verteiltes Kommando zu ermöglichen, das die Missionsziele mit allen verfügbaren Ressourcen an jedem Ort erfüllt. So trainiert die US-Armee beispielsweise Soldaten mit helmmontierten Heads-up-Displays (HUDs), die Augmented Reality nutzen, um ihr Situationsbewusstsein zu schärfen. 

Diese Headsets sind eine militärische Ausführung der handelsüblichen Mixed-Reality-Brillen und bieten ein integriertes visuelles Augmentationssystem (IVAS). Diese neue Technologie zeigt Wärme- und 3-D-Bilder, Richtungskompass-Wegpunkte und Waffenfadenkreuze an – und das alles, während der Soldat das Gelände durch die Linse sehen kann, ohne von einem Smartphone abgelenkt zu werden.

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich im Gefecht und klappen einen transparenten Bildschirm von Ihrem Helm herunter, um die Landschaft zu scannen und Freund oder Feind zu identifizieren. Und es geht nicht nur um Identifizierung und Ortung: Der visuelle Scan ermittelt auch den Gesundheits- und Bereitschaftsstatus der Truppe. Biometrische Sensoren, die in die Uniform und andere tragbare Technologien eingebettet sind, können weit mehr als nur Vitalparameter erfassen. 

Befehlshaber, die sich auf im Gefecht befinden oder aus der Ferne handeln, können eine Fülle von Informationen über ihre Soldaten abrufen, darunter:      

• Ruhe-/Schlafdauer 
  
• Hydration
• Fokus
• Wachsamkeit 
• Blutzucker 
• Stoffwechselstatus und Energiereserve 
• Anpassung an die Höhenlage 
• Munitionsmenge 
• Akkustände 
• Potenzielle Exposition gegenüber toxischen Chemikalien und Materialien

Algorithmen können Daten aus der Umgebung in Verbindung mit Daten von biometrischen Sensoren verwenden und daraus den Bedarf an Nachschub und andere Verstärkungskriterien ableiten. Das auch als HUD 3.0 bezeichnete IVAS kommt auch dem größeren Schlachtfeld zugute, indem es taktische Informationen liefert, z. B. die Erkennung eines feindlichen Raketenwerfers und die anschließende Übermittlung der Koordinaten an das Netz. Das ermöglicht es den eigenen Kräften, diese Ziele schnell zerstören zu können.

Kommerzielle Standardprodukte (COTS) sind in der Regel nicht für raue Umgebungen oder für anspruchsvolle Anforderungen an Größe, Gewicht und Stromverbrauch (Size, Weight, and Power Consumption, SWaP) ausgelegt. Daher können sie die Konnektivitätsanforderungen dieser neuen Anwendungen nicht erfüllen. Um als integrierte Verteidigungsplattform zu funktionieren, wird IVAS die neue Adaptive Squad Architecture (ASA) der US-Armee nutzen. ASA ist keine offene Architektur, sondern legt fest, wie Komponenten in einem Netz zusammengeschaltet werden, in dem ein groß angelegter, sicherer Datenaustausch verwendet wird, um feindliche Zugriffe zu verhindern.

ASA unterstützt die „Any Sensor, Any Shooter“‑Netzwerkkommunikation und zielt auch darauf ab, das Größe, Gewicht und Stromverbrauch der Ausrüstung der Soldaten zu optimieren, die oft über 60 Kilogramm wiegt. Um datengestützte Entscheidungen in kürzester Zeit treffen zu können, sind mehrere Cloud-basierte Infrastrukturen in Arbeit. Dazu zählen etwa die vorgeschlagene Joint Enterprise Defense Infrastructure (JEDI) und die Cloud One Enterprise Cloud-Lösung der US Air Force.

Die Verbindung mit einer DoD-Cloud für Datenanalysen unter Verwendung von künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen (ML) kann in Echtzeit Antworten auf Fragen wie diese liefern: Wo befindet sich der Feind? Wo sind meine Truppen? Sind meine Truppen bereit, mit ausreichender Bewaffnung anzugreifen? Haben sie genügend Vorräte?

JADC2, JEDI und IVAS stellen erhebliche Anforderungen an die Bandbreite sowie an Größe, Gewicht und Stromverbrauch. Das treibt erhebliche Verbesserungen bei Konnektivitätsprodukten für Verteidigungssysteme an. Batterien, Kabel und Geräte müssen alle mit anderen Komponenten des Soldaten verbunden sein. Dazu gehört auch die zunehmende Anzahl von Sensoren und Computergeräten, die in die Ausrüstung der Soldaten eingebettet sind und im Internet of Military Things (IoMT, Internet der militärischen Dinge) oder im Internet of Battlefield Things (IoBT, Internet der gefechtsbezogenen Dinge) funktionieren.

Von Schrittzählern in Stiefeln bis hin zu Herzfrequenzsensoren in Brustpanzern können die von Soldaten getragenen Sensoren und Computergeräte wertvolle kontextbezogene biometrische Daten über den körperlichen Zustand eines Soldaten liefern. Doch die schiere Komplexität der Konnektivität von Einzelpersonen, Trupps, Befehlshabern und der Cloud während des Kampfes stellt die Entwickler von Militärelektronik vor gewaltige Herausforderungen.

Um diese fortschrittlichen Anwendungen zu unterstützen und die nächste Generation von Gefechtsfeldtechnologien zu verbessern, ist jetzt eine Vielzahl von fortschrittlichen Antennen, Sensoren, Verbindungselementen, Kabeln und Kabelbäumen erhältlich. Betrachten wir zunächst die Verbindungskomponenten, die auf der physikalischen Schicht der Datenübertragungsverbindung verwendet werden.

Die robuste Konstruktion verfügt über einen Push-Pull-Abreißmechanismus, der schnelle Verbindungen und einmalige Trennungen ermöglicht. O.C.H. Mikro-Rundsteckverbinder erfüllen die strengen mechanischen und Leistungsanforderungen von MIL-STD-810G. Robuste Aluminiumgehäuse sind sowohl mit chemischer Vernickelung als auch mit selektiver schwarzer Zink-Nickel-Beschichtung, thermoplastischen Einsätzen und sechs oder sieben vergoldeten Kontakten aus einer Kupferlegierung erhältlich. Darüber hinaus verfügen sie über mehrere Verschlüsselungsoptionen, um eine ordnungsgemäße Verbindung in anspruchsvollen Kampfumgebungen zu gewährleisten.


Des Weiteren bieten die Aluminiumschale und der thermoplastische Einsatz ein kleines, leichtes Gehäuse für die von den Soldaten getragene Ausrüstung. Die Steckverbinder sind für Betriebstemperaturen von –18 °C bis +71 °C ausgelegt, wenn sie an einen 22AWG-Draht gecrimpt werden. Sie sind außerdem stoß- und vibrationsfest und können mit vielen anderen Nett Warrior‑Produkten kombiniert werden.

Zum Beispiel adressieren O.C.H. Mikro-Rundsteckverbinder von TE Connectivity (TE) eine Vielzahl von Verbindungsherausforderungen – unabhängig davon, ob die elektronischen Geräte an einem Menschen getragen oder an Bodenkampffahrzeugen befestigt werden. Diese kleinen, leichten Steckverbinder wurden ursprünglich für das Nett Warrior-Programm der U.S. Army entwickelt und sind für die Soldatenausrüstung der Zukunft vorgesehen. Dazu gehören:

• Kabel für Soldatenwesten 
• Batterien 
• Antennen 
• Kommunikationssysteme 
• Stromverteiler 
• Radios 
• Militärfahrzeuge

Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungskabel für Verteidigungssysteme müssen Signale und Daten mit hoher Genauigkeit übertragen, die angeschlossenen Geräte mit Strom versorgen und rauen Umgebungen standhalten. Natürlich macht es das Ethernet-Protokoll einfach, Daten mit fast allem und überall zu verbinden. Aber für die Ausrüstung von Soldaten kommen sperrige achtadrige Kabel der Kategorie 6 nicht in Frage. Glücklicherweise kann die physikalische Ethernet-Schicht (PHY) zwei Drähte in einer einpaarigen Ethernet-Konfiguration (SPE) verwenden, die allgemein als 100BASE-T1 bekannt ist.     

Das robuste SPE-Kabel wird als Plattform für das industrielle Internet der Dinge (IIoT) positioniert. Um die Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Luftfahrtelektronik zu erfüllen, hat TE vor kurzem das Mini-ETH SPE-System eingeführt, das sich auf den demnächst erscheinenden ARINC 854-Standard bezieht. Durch die Verwendung von nur einem Adernpaar bieten Mini-ETH-Baugruppen erhebliche Größen-, Gewichts- und Kosteneinsparungen gegenüber herkömmlichen kundenspezifischen Designs, die drei oder vier Adernpaare pro Ethernet-Kabel verwenden.

Das Mini-ETH-Kabel ist für den Betrieb mit 200 MHz und 100 Mbit/s bei einer Verbindungslänge von 15 m qualifiziert. Darüber hinaus hat TE eine Roadmap zur Unterstützung von 1‑Gbit/s‑ und 10‑Gbit/s-Datengeschwindigkeiten bei Verbindungslängen von 40 m und Frequenzen über 750 MHz sowie neue Steckverbinderdesigns zur Unterstützung höherer Frequenzen und Geschwindigkeiten.

Eine Power-over-Data-Line (PoDL) Version ist ebenfalls geplant.

Die kompakten Mini-ETH-Kabel und -Steckverbinder, die ursprünglich für Bildschirme, Sensoren, Datennetze und andere elektronische Geräte in Flugzeugen eingeführt wurden, eignen sich auch für neue Kampfsysteme, bei denen eine Größen- und Gewichtsreduzierung von Vorteil sein kann.

Für Back-End-Anwendungen im Militär- und Verteidigungsbereich, wie z. B. Raketenwarn-, Funkkommunikations-, Fernwaffen- und Feuerkontrollsysteme, wurde ein neues Ethernet-Kabel der Kategorie 7 entwickelt, das Geschwindigkeiten von 100 Gbit/s über 15 m lange Verbindungen bietet und bei größeren Entfernungen auf 10 Gbit/s zurückfällt. Raychem Cat 7-Kabel von TE sind einzeln geschirmte, vierpaarige Kabel, die den Anforderungen der IEC 61156-6 entsprechen und 26 AWG-Drähte verwenden, wie sie in bestimmten Militär- und Raumfahrtanwendungen erforderlich sind.

In der Welt von heute und morgen sind Infanteristen auf eine sofortige Informationsüberlegenheit im Gefecht angewiesen. Die Steckverbinder, Kabel und das Zubehör für diese Soldatensysteme sind verfügbar und in Produktion.

Erfahrene Hersteller können auch Produkte entwickeln, die den sich wandelnden Anforderungen gerecht werden, und so die Verteidigungsindustrie bei der Entwicklung von Lösungen unterstützen, mit denen sowohl aktuelle als auch künftige Herausforderungen bewältigt werden können. Erfahren Sie mehr über die Soldatensysteme und tragbaren Technologien von TE Connectivity.  

• Neue Gefechtsstrategien, die die Vernetzung der Soldaten für die Taktik „Any Sensor, Any Shooter“ vorsehen, treiben den technologischen Wandel bei der digitalen Ausrüstung voran, der zum Teil durch fortschrittliche Verbindungselemente ermöglicht wird.
• Joint All-Domain Command and Control (JADC2)-Systeme werden es dem Militärpersonal erleichtern, schnell fundierte Entscheidungen zu treffen.
• Leichte, tragbare Soldatenausrüstung liefert wertvolle biometrische Erkenntnisse für jeden Einzelnen und verbessert die Sicherheit im Gefecht.
• Ethernet-Lösungen, die ursprünglich für Luftfahrtanwendungen entwickelt wurden, erfüllen auch die Anforderungen an Konnektivität, Zuverlässigkeit und Gewicht für den Kampf in rauen Umgebungen.