di Cap. ing. Genny Paciullo e Ten. ing. Enrico Coppola
I RAS: cosa sono e quali abilità speciali possiedono?
I Robotic Autonomous Systems (RAS) sono sistemi progettati per soddisfare esigenze diversificate, non esclusivamente di carattere militare, e rappresentano oggi un settore di sviluppo tecnologico multidisciplinare in rapidissima espansione. La denominazione RAS comprende le piattaforme dotate sia di un elemento robotico che di un determinato grado di autonomia, in cui la parte system si riferisce ad un’ampia varietà di sistemi fisici in numerose aree applicative, e la parte robotic richiama la struttura fisica del sistema, evidenziando che non vi è presenza umana. La capacità che caratterizza e distingue i RAS risiede senza dubbio nell’autonomia, ovvero nel grado di indipendenza che l’uomo conferisce al sistema nell’eseguire un dato compito, in altre parole la condizione di auto-governarsi per conseguire un obiettivo assegnato [1].
La ricerca scientifica e tecnologica indirizzata al raggiungimento dell’autonomia è in atto da decenni. Le sfide tecnologiche ancora da vincere variano a seconda del dominio operativo: è innegabile infatti che i RAS “aerei” dimostrano maggiori gradi di autonomia rispetto a quelli “terrestri” [2]. Ciò è dovuto alla particolare complessità della navigazione autonoma terrestre, ed in particolar modo alla tipologia necessaria ai sistemi militari, cioè la navigazione in mancanza di una mappa nota a priori.
Inoltre, soprattutto per l’applicazione militare, l’intelligenza del RAS non si limita alla navigazione autonoma, ma l’autonomous decision making deve estendersi a processi logici più spinti, come la reazione a perturbazioni ostili e la conseguente ripianificazione della missione. Se queste piattaforme devono alleviare lo sforzo cognitivo dell’operatore militare, allora sono necessari ulteriori progressi negli algoritmi di Intelligenza Artificiale implementati. La capacità decisionale autonoma impiega modelli e algoritmi che effettuano previsione su fenomeni fisici e ambientali, e spesso sono del tipo data driven: necessitano di acquisire dati sull’ambiente circostante e adattare o raffinare il proprio comportamento in real-time, specialmente in situazioni di sicurezza critiche [3].
Ma qual è il valore aggiunto che i RAS apportano nella condotta di operazioni militari? Lo sviluppo di questi sistemi consente contemporaneamente di [4]:
- aumentare la situational awareness;
- alleggerire i carichi di lavoro fisici e cognitivi dei soldati;
- sostenere lo sforzo logistico;
- incrementare la force protection.
Le piattaforme impiegate nel settore militare
La Logistica Distribuita costituisce uno dei 5 assi di sviluppo della Forza Armata, insieme alla manovra a contatto, alla manovra non a contatto, alla manovra nella terza dimensione e alla difesa integrata [2]. Nell’epoca attuale infatti, in cui la rilevazione satellitare delle forze è efficacissima, l’obiettivo logistico è sempre più sfidante: è necessario disperdere le forze sul campo per non essere individuati e, conseguentemente, anche i nodi logistici necessari al loro sostegno. Sono richiesti dunque molti piccoli canali di distribuzione e punti di consegna geograficamente dispersi: i dispositivi logistici dovranno essere riarticolati per essere maggiormente dispersi e diradati. Le Emerging Disruptive Technologies (EDT), come i RAS, apporteranno indubbiamente un fondamentale contributo per rendere disponibili, in maniera tempestiva, una maggiore quantità di risorse necessarie a sostenere le forze sul campo con flussi e procedure sempre più efficaci ed efficienti. Risulta evidente la necessità di disporre di un sistema strutturato e al tempo stesso agile di Concept Development&Experimentation (CD&E) per introdurre in modo mirato e consapevole le EDT nei sistemi operativi e logistici. Si pensi per esempio ad un Centro di Sperimentazione nel quale risieda la competenza tecnico-specialistica e presso il quale vengano testati le EDT, i loro livelli prestazionali, e gli effetti operativi conseguenti.
I Paesi della NATO hanno capito fin da subito che l’introduzione dei sistemi autonomi nelle operazioni avrebbe esteso in modo decisivo le capacità future. Attualmente, uno dei Paesi che manifestano forte interesse per i RAS, sono gli Stati Uniti: tra le varie piattaforme, lo U.S. Army ha condotto una campagna di sperimentazione sul prototipo “Small Multipurpose Equipment Transport (S-MET)”, un “mulo” robotico che aiuterà le unità di fanteria leggera a trasportare equipaggiamento. I militari americani hanno testato con successo diverse performance del sistema e hanno fornito all’Industria feedback utili all’incremento delle capacità di carico e di mobilità [5].
Alla luce del valore strategico dei RAS, lo Stato Maggiore Esercito (SME) ha deciso di condurre una campagna di sviluppo concettuale e di sperimentazione, implementando la dottrina dettata in materia dalla Direttiva di Forza Armata [6]. L’attività, supervisionata dalla Scuola di Fanteria di Cesano, ha coinvolto numerosi reparti, sia operativi che tecnici, tra cui il 1° Rgt. Granatieri di Sardegna, che ha fornito l’unità esercitata, il Centro Raccolta Dati (CAT), che ha schierato sistemisti ed analisti, e il Centro Polifunzionale di Sperimentazione (Ce.Poli.Spe), che ha messo in campo i propri Ufficiali del Corpo degli Ingegneri con expertise nel settore. La campagna ha il duplice obiettivo di approfondire i concetti relativi all’utilizzo di tecniche di Intelligenza Artificiale applicate ai sistemi unmanned e contemporaneamente quello di identificare i processi attraverso cui questi metodi e queste architetture di sistema apportano vantaggi operativi e benefici per lo Strumento Militare Terrestre. L’attività, avviata nel 2022, si articola in tre fasi: research, avente l’obiettivo di definire le ipotesi di sperimentazione e dei concetti di impiego dei RAS; development, che consiste nel vero e proprio sviluppo, verifica e analisi dei concetti di impiego in ambiente virtuale (Simulation Exercise) sia sul terreno (Experimentation Trial); validation, dedicata alla validazione finale delle ipotesi di sperimentazione adottate per l’impiego nella condotta di azioni tattiche in ambiente urbano degradato.
Il contributo del CEPOLISPE alla campagna di sperimentazione
Il CEPOLISPE è stato coinvolto nei Working Group (WG) “Data Analysis” e “Safety” nella campagna di SME succitata. In particolare, il primo gruppo è stato incaricato di supportare il Direttore di Esercitazione in fase di condotta per garantire il completo e corretto processo di raccolta dati. Il compito del secondo WG invece era legato alla sfera della sicurezza di impiego dei sistemi nei confronti dell’operatore, in dettaglio il gruppo era deputato all’elaborazione del modello di sicurezza per l’uso dei prototipi nei poligoni, e alla compilazione di specifici documenti.
La sperimentazione e la progettazione dei RAS
L’Industria Nazionale ha intrapreso un percorso di specializzazione nella progettazione e nella produzione dei RAS già diversi anni fa e ha fornito alcuni prototipi all’Esercito nell’ambito del programma Force Network Enabled Capability (FNEC). In particolare, la Leonardo ha realizzato due esemplari di UGV: il primo nella configurazione Tele Robotic Platform – Forward Operation Base (TRP2 FOB), e il secondo in quella denominata Reconnaissance, Intelligence, Surveillance and Target Acquisition (TRP2 RISTA) per Cavalleria. L’apparato di testing governativo, che per la prima volta si è trovato ad affrontare l’omologazione tecnica di queste innovative piattaforme, ha eseguito numerose e variegate prove sperimentali per valutare la funzionalità e l’affidabilità. Tuttavia, si è valutato il livello raggiunto dai sistemi in questione non ancora adeguato per l’introduzione in servizio e l’impiego in sicurezza.
Successivamente, il CEPOLISPE ha preso l’iniziativa e, nell’ambito del progetto di ricerca “CAVEAU” (CAratterizzazione e mobilità dei VEicoli All terrain manned e Unmanned), sta progettando e realizzando un dimostratore sperimentale RAS in collaborazione con il Politecnico di Torino e il supporto industriale di aziende nazionali. Nel suo complesso, il progetto è concepito per raccogliere dati sperimentali e accrescere le conoscenze tecnico-teoriche che potranno consentire di sviluppare nuove procedure di prova, o aggiornare le procedure esistenti. Le competenze acquisite permetteranno di indagare efficacemente i limiti tecnici e prestazionali di sistemi RAS, di testare algoritmi e tecnologie di guida autonoma e, in ultima battuta, garantiranno alla Forza Armata un procurement caratterizzato da una maggiore consapevolezza tecnico-prestazionale.
Riferimenti
[1] “Robotic and Autonomous Systems: From design to development and use in military operations”, Michel Rademaker and RNLA LtCol Sjoerd Mevissen, 2022;
[2] “La logistica distribuita e le capacità abilitanti. Concept paper”, Stato Maggiore Esercito, 2023;
[3] it.emceelettronica.com/la-navigazione-dei-robot-mobili-basata-sulla-tecnologia-lidar, “Elettronica Open Source”;
[4] https://aeroastro.mit.edu/research-areas/autonomous-systems-decision-making;
[5] https://army.mil/article/236204/small_robotic_mule_other_unmanned_ground_systems_ on_the_Horizon;
[6] Direttiva 5004 “Sviluppo e sperimentazione dei concetti di Forza Armata”, 2020.
CAP. GENNY PACIULLO Nata a Pescara (PE) il 25.06.1992. IMPIEGO - Italian ESEP Exchange Officer - U.S. Army Aberdeen Testing and Evaluation Center Maryland, USA, dal settembre 2023 - Capo Reparto Mobilità e Ufficiale Addetto alla Pubblica Informazione e Comunicazione Centro Polifunzionale di Sperimentazione – CEPOLISPE, Montelibretti (Roma), 2017 – 2023 FORMAZIONE - Liceo Scientifico “Leonardo da Vinci”, Pescara 2006-2011. - 193° Corso Valore, Accademia Militare di Modena, 2011-2013. - Laure Triennale in Ingegneria Meccanica, Università di Modena e Reggio E., 2011-2014. - Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica, Politecnico di Torino, 2014-2016. - Scuola Di Applicazione dell’Esercito, Torino, 2014-2017. - Corso Tecnico Applicativo presso Ufficio Tecnico Territoriale di Torino, gen./apr.2017. - Corso Tecnico Applicativo presso 9° Reggimento Alpini, L’Aquila, maggio-luglio 2017. - Abilitazione alla Professione di Ingegnere Industriale, Università degli studi di Roma Tor Vergata, 2018. - Master di II livello in “Veicoli Speciali”, Politecnico di Torino, 2018-2019. |
TEN. ENRICO COPPOLA Nato a Napoli (NA) il 16.06.1992. IMPIEGO - Addetto Ufficio Mobilità e Contromobilità e Ufficiale Addetto alla Pubblica Informazione e Comunicazione - Centro Polifunzionale di Sperimentazione – CEPOLISPE, Montelibretti, dal gennaio 2023 - Responsabile Ricerca e Sviluppo Ibridizzazione cambi automatici/Ingegnere Sistemista ZF, Milano, maggio 2020 – giugno 2022 - Capo Reparto Cockpit - UniNA Corse Electric Team, settembre 2016 – giugno 2018. FORMAZIONE - Liceo Scientifico “Renato Caccioppoli”, Napoli 2005-2010. - Morehampton Language Institute of Technology course, Waterford, 2008. - Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica, Università degli Studi di Napoli “Federico II”, 2010-2015. - Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica per la Progettazione e Produzione, Università degli Studi di Napoli “Federico II”, 2015-2019. - Tesi e Tirocinio in Dinamica del Veicolo presso il Reparto Innovazione del Dipartimento Sviluppo Telaio della Porsche AG, Weissach (Stoccarda), 2018 - Abilitazione alla Professione di Ingegnere Industriale, Università degli Studi di Napoli “Federico II”, 2020. |
(da NVS-TCV 1/2024)
di Cap. ing. Genny Paciullo
Il ruolo del CEPOLISPE nell’iter omologativo militare
Il Centro Polifunzionale di Sperimentazione (Ce.Poli.Spe) dell’Esercito Italiano, sito in Montelibretti, a nord-nord-est della Capitale, riveste un ruolo di primaria importanza nell’iter di omologazione e di qualificazione di materiali per l’impiego militare. In particolare, secondo quanto disposto dalla normativa vigente, il CEPOLISPE, insieme ad altri Enti designati, esegue le prove tecniche sui sistemi di interesse della Forza Armata indispensabili all’emissione del certificato di omologazione.
La sperimentazione effettuata dal Centro risulta indispensabile alla valutazione tecnica ovvero alla verifica della rispondenza delle piattaforme militari ai requisiti di sicurezza (safety) e prestazionali previsti contrattualmente e concorre con le prove logistico-operative al pronunciamento definitivo da parte del Capo di SME sull’idoneità all’impiego militare e alla successiva introduzione in servizio. L’attività di omologazione tecnica è condotta dalla Direzione Armamenti Terrestri, che si avvale delle infrastrutture e dei laboratori del Centro per emettere la certificazione di omologazione di veicoli ruotati e cingolati da combattimento, tattici, logistici e speciali, artiglierie, sistemi d’arma e per la qualificazione di componenti e accessori come batterie, alimentatori, pneumatici, lubrificanti ecc. In particolare, per i sistemi di cui è prevista la circolazione su strada, le prove effettuate al CEPOLISPE consentono l’immatricolazione militare e la successiva targatura del veicolo.
Un po’ di storia
Il comprensorio, esteso per circa 400 ettari, è nato alla fine degli anni ‘90 e ha raccolto le funzioni dei cinque Centri Tecnici allora esistenti: il Centro Tecnico della Motorizzazione (CETEM) di Montelibretti, che cambiò denominazione e ruolo assorbendo, parzialmente o per intero, i compiti del Centro Tecnico Armi e Munizioni (CETMAM), del Centro Tecnico del Genio (CENTGE), del Centro Tecnico delle Trasmissioni (CENTETRA), e del Centro Tecnico del Commissariato (CETECO). L’organizzazione del CEPOLISPE venne definita nel luglio 1998, mentre l’attivazione effettiva è datata 1° gennaio 1999. Un decreto del novembre 2009 ne fissò i compiti e sancì l’incarico istituzionale di “sperimentazione e valutazione tecnica ai fini dell’idoneità all’impiego di tutti i mezzi, materiali, sistemi d’arma, componenti ed equipaggiamenti di interesse dell’Esercito, nonché supporto al Comando Logistico in materia contrattuale”. Infatti, il Centro è direttamente dipendente dal Comando Tecnico, il cui vertice d’area è appunto il Comando Logistico.
Personale e infrastrutture del Centro
L’Ente dispone di molteplici piste di percorrenza e di laboratori scientifici di vario tipo, oltre che di camere climatiche di diverso volume e di camere anecoiche e semi-anecoiche.
Il personale operante ha una preparazione tecnica variegata ed appartiene principalmente al Corpo degli Ingegneri dell’Esercito, e costituisce sicuramente uno dei più numerosi nuclei di Ingegneri Militari dislocati presso i comprensori di Forza Armata. La compresenza di una così elevata densità di Ufficiali Tecnici e di avanzate strutture dedicate alla sperimentazione rende il CEPOLISPE un sito unico nel panorama nazionale del “testing & evaluation” in ambito Difesa.
Le principali capacità dell’Ente
Le variegate attività tecniche rientrano fondamentalmente nel settore denominato “Environmental Testing”, nel cui alveo vengono effettuate prove di apparato, generalmente in laboratorio, o prove di sistema, generalmente su piste speciali o impianti di prova ad hoc, come le citate camere climatiche e anecoiche. L’attività consiste nella valutazione di sistemi sottoposti a stress/sollecitazioni di tipo meccanico, climatico ed elettromagnetico, singolarmente o in sinergia tra loro. I vari ambienti sono rappresentativi delle reali condizioni di impiego per cui le piattaforme veicolari e gli apparati sono stati progettati e quindi destinati ad operare. Le prove vengono svolte secondo specifiche procedure standardizzate e riconosciute anche a livello internazionale (come le MIL STD 461-464, MIL STD 810, ASTM, e l’intero complesso della normativa tecnica NATO, fra cui si citano le AVTP, Allied Vehicle Testing Publication), eventualmente attagliate alla peculiarità del sistema in esame, ma comunque sempre in aderenza alle normative civili e militari di riferimento.
In particolare, la Sezione C3 (Comando, Controllo e Comunicazione) esegue prove di compatibilità, suscettibilità e autosuscettibilità elettromagnetica, oltre che verifiche denominate HERP, HERO e HERF, rispettivamente finalizzate a valutare gli effetti dei campi elettromagnetici generati da antenne su personale, ordigni e carburanti. Questi test richiedono un set-up di laboratorio particolarmente complesso e una profonda conoscenza dei fenomeni fisici coinvolti. Per esaminare invece la risposta dei sistemi veicolari e non solo a stress di tipo climatico, di temperatura e di umidità, la Sezione Misure e Rilievi dispone di una apposita camera climatica che raggiunge valori di temperatura estremi tipici di ambienti desertici e artici. Nella stessa Sezione, inoltre, presta servizio personale specializzato che svolge regolarmente indispensabili verifiche volte a rinnovare le certificazioni ATP (Accord Transports Perissable) di shelter frigoriferi a favore di tutta la Forza Armata, sul territorio nazionale ed estero. Tra le numerose capacità del Centro, sono assolutamente rilevanti quelle espletate dalla Sezione Fisica, che esegue valutazioni della segnatura dei veicoli in varie bande spettrali e della funzionalità dei sistemi optoelettronici installati a bordo di essi, utilizzando una vasta gamma di apparati di misura. Altri laboratori del comprensorio permettono di condurre altre prove su batterie e impianti elettrici, come il laboratorio elettrico, o su materiali tessili e pneumatici, come quello tecnologico e merceologico, e analisi su fluidi, come quello chimico. Al laboratorio chimico, in particolare, è devoluto il controllo di qualità delle riserve di carbolubrificanti per tutta la Forza Armata.
Altri compiti e attività
Il CEPOLISPE, oltre al primario incarico di sperimentazione tecnica finalizzata all’omologazione militare, si occupa di numerose altre attività, quali indagini tecniche di materiali già in servizio, redazione di documentazione tecnica, formazione tecnica specifica e aggiornamento del personale militare anche esterno, e supporto tecnico diretto ad Unità in operazione. L’Ente, grazie al know-how dei propri Ufficiali Ingegneri, offre servizi preziosi a tutti i reparti di Forza Armata, che vanno dalla valutazione della qualità dei carbolubrificanti per veicoli terrestri alla certificazione di sicurezza di impianti di sollevamento.
Il Centro, inoltre, grazie ad attività svolte in un rapporto di scambio di beni e servizi generalmente implementate per il tramite di Difesa Servizi s.p.a, mette a disposizione le proprie infrastrutture e le proprie competenze tecniche all’Industria Nazionale, recuperando utilissime risorse da dedicare al mantenimento e al potenziamento dei laboratori e della strumentazione di prova. Le aziende private infatti, affidano la credibilità del proprio marchio e quindi dei propri prodotti al CEPOLISPE, che rappresenta indubbiamente un punto di riferimento nazionale nel settore e lavora costantemente per mantenere elevato il proprio standard. L’Ente infatti è certificato ISO 9001:2015 per il Sistema di Gestione della Qualità.
La vocazione alle attività di R&D
Il Centro gestisce su delega di organi centrali o conduce direttamente progetti di ricerca con Università, Industrie ed Enti di Ricerca su temi di interesse militare. Tra quelli direttamente proposti dal CEPOLISPE, vi sono “Vortex” con l’Università di Padova e “CAVEAU” con il Politecnico di Torino. Il primo è volto ad ottenere comunicazioni non intercettabili, ad aumentare l’interoperabilità tra jammer e apparati radio e ad aumentare la capacità di trasmissione dati utilizzando particolare proprietà delle onde elettromagnetiche. Il secondo invece, è dedicato allo studio e allo sviluppo di dispositivi di misura e a metodi di analisi di dati applicati a sistemi meccanici, elettrici ed elettronici. Grazie a quest’ultimo progetto il Centro realizzerà un dimostratore tecnologico di tipo Unmanned Ground Vehicle e rafforzerà le proprie conoscenze e competenze nell’applicazione di tecniche di Intelligenza Artificiale applicate alla mobilità e alla scoperta ed identificazione di target, oltre che maturare esperienza nella ricostruzione 3d di scenari attraverso sensori di tipo Lidar.
Altri progetti, che fanno parte del Piano Nazionale della Ricerca Militare (PNRM), sono coordinati dal CEPOLISPE e condotti dall’Industria Nazionale e/o dalle Università, e sono focalizzati sulla ricerca negli ambiti della propulsione ibrida, come quelli della “Oral Engineering” e della “Iveco Defence Vehicle”, o quelli dedicati allo studio dei fenomeni elettromagnetici generati dai dispositivi di telecomunicazione veicolari, come “Espojam” ed “Heprosys”. L’attività di ricerca è portata avanti non solo in collaborazione con l’Università e l’Industria nazionali, ma anche con organismi internazionali come l’EDA (European Defence Agency), con la quale sono in corso due importanti progetti, e costituisce uno dei pilastri portanti dell’attuale vision del, così come indirizzata dalla linea di comando, nell’ottica di perseguire la crescita tecnica del proprio staff, vero patrimonio del Centro, in quanto è solo con l’altissima competenza che l’ingegnere militare si fa garante della sicurezza e della efficacia del suo collega operativo.
(da NVS-TCV 1/2024)
Tra gli sviluppi emersi nel Forum NATO CA2X2 Modelling & Simulation[1] c'è l'area delle applicazioni "dual use" nelle tecnologie quantistiche per le telecomunicazioni, nei radar, nella Cybersecurity e nelle azioni intraprese dalla EU per lo sviluppo della “European Quantum Communication Infrastracture” che vengono riassunte in una intervista di Giancarlo Capozzoli, Analista e Consigliere Strategico e Ufficiale della Marina Militare, all’ing Giovanni Gasbarrone, Vice Presidente ANUTEI.
[1] NATO CA2X2 M&S COE: NATO Computer CA2X2 (Assisted Analysis, Exercise, Experimentation) Forum, organized by the NATO Modelling and Simulation Centre of Excellence. Conferenza NATO CA2X2 Forum Modelling & Simulation ( 3-5 ottobre 2023 ). https://www.mscoe.org/ca2x2-forum-2023-wednesday-4-october/
Quali novità sono emerse nel panorama tecnologico in ottica dual use per le telecomunicazioni?
Le tecnologie digitali stanno diventando uno strumento fondamentale ed essenziale per garantire la sovranità dei Paesi.
Lo sviluppo di infrastrutture di telecomunicazioni quantistiche verso il 6G su base europea è una delle chiavi per garantire la sovranità europea nelle tecnologie e nei sistemi critici in tutti i settori verticali e nelle industrie militari. Per questo obiettivo strategico e vitale per la sopravvivenza europea, l’UE ha avviato un primo programma di ricerca di 240 milioni di euro per il 6G, sperando così di mantenere la sovranità tecnologica, dopo il 5G, anche nel 6G. Il 6G con l’intelligenza artificiale e le tecnologie quantistiche rappresentano una rivoluzione nelle operazioni militari che cambierà nel futuro il modo di operare sul campo di battaglia, dalla sicurezza informatica alle comunicazioni tattiche, nelle strategie operative e di guerra elettronica basata sempre più su modelli “digital twins”[1] (1) e simulazione dei teatri operativi. Sui temi della simulazione dei teatri operativi si è tenuta dal 3 al 5 ottobre a Roma la conferenza NATO M&S COE, a cui ho contribuito con presentazioni nelle sessioni EG Emerging technologies CA2X2 Forum 2023 – Wednesday 4 October - NATO Modelling & Simulation Centre of Excellence (mscoe.org)
[1] Digital Twins: gemelli digitali - Un gemello digitale è un modello virtuale di un sistema reale
Quali di queste tecnologie dual use possono interessare il settore militare?
5G e 6G e quantum computing.
Le tecnologie quantistiche sono tecnologie “dual use” e quindi interessano sia la difesa che l’industria della sicurezza informatica cyber. Un ruolo fondamentale in questo nuovo scenario è l’iperconnettività oltre il 5G per abilitare l’accesso a computer quantistici con l’utilizzo di comunicazioni quantistiche che non possono essere soggette ad attacchi hacker e quindi impediscono l’intercettazione delle informazioni tipiche dei sistemi attuali (man in the middle: intercetta le comunicazioni interponendosi nel mezzo). Oggi lo sono le infrastrutture critiche europee, le telecomunicazioni ed il cloud che presentano elevate vulnerabilità agli attacchi informatici. Gli attuali progressi nel supercalcolo e l'avvento dell'informatica quantistica potrebbero presto insidiare i moderni sistemi di crittografia, minacciando la sicurezza dei dati trasmessi e l'accesso sicuro al cloud da remoto con le attuali infrastrutture.
Un ruolo fondamentale in questo nuovo scenario in ambito militare è l’iperconnettività che abilita la digitalizzazione del campo di battaglia in cui tutti gli elementi militari sono collegati grazie a tecnologie ad alta velocità e bassa latenza.
L'approccio “dual use” del Dipartimento della Difesa statunitense descritto nel comunicato stampa «Oltre il 5G e il 6G – programmi di ricerca» si inserisce in questo scenario:
«Tre nuovi progetti per il programma Innovate Beyond 5G del DOD” DOD Department of Defence
2 agosto 2022 | Three New Projects for DOD's Innovate Beyond 5G Program > U.S. Department of Defense > Release
The DoD has a vital interest in advancing 5G-to-NextG wireless technologies and concept demonstrations,” said Dr. Sumit Roy, IB5G Program Director. “These efforts represent our continuing investments via public and private sector collaboration on research & development for critical Beyond 5G technology enablers necessary to realize high performance, secure, and resilient network operations for the future warfighter».
Esistono altre applicazioni quantistiche nei sistemi di comunicazione e nei radar?
Assolutamente.
I recenti sistemi RADAR e le antenne 5G e 6G hanno principi di funzionamento contigui se non addirittura sovrapponibili per taluni aspetti che consentono di sviluppare soluzioni in ottica dual use sia civile che militare. La convergenza tra radar e telecomunicazioni, si intravede infatti già nell’impiego di antenne a scansione elettronica che per le trasmissioni 5G e 6G utilizzano "antenne intelligenti" MIMO - Multiple Input Multiple Output. Nel futuro si inizia ad intravedere l’evoluzione verso il radar quantistico mentre la rivoluzione “quantistica” nel 6G e l’introduzione della Cognitive Radio si potrà attuare grazie ai computer quantistici che consentono già ora nel 5G la pianificazione ottimale delle frequenze e della copertura cellulare. L’intelligenza artificiale sarà sia locale che distribuita grazie ad architetture di fog computing e capacità di quantum computing. Ma non solo, le comunicazioni quantistiche interessano anche i sistemi radar. Il radar quantistico è un dispositivo che utilizza i “fotoni entangled”, cioè legati tra loro inestricabilmente. Versioni sperimentali sono in fase di implementazione nei laboratori del Canada, in Cina e in Europa. Il radar quantistico è per ora in fase prototipale o in una primissima fase sperimentale e si basa sul principio dell’entanglement quantistico basato sulle correlazioni quantistiche a distanza e che consentono di aumentare la sensibilità di rilevamento del bersaglio. Tuttavia la realizzazione di un prototipo di radar quantistico funzionante non è ancora all’orizzonte, ma è al centro dell’interesse in alcuni paesi[1].
L’evoluzione delle comunicazioni quantistiche interessano anche quelle delle tecnologie 6G?
I computer quantistici eseguono calcoli matematici grazie al Qbit[2]. L'informatica quantistica farà sostenere lo sviluppo di servizi innovativi, e uno dei nuovi ambiti di ricerca è quello della sinergia del computer quantistico con l’intelligenza artificiale (AI).
Il dominio dell'intelligenza artificiale è una realtà e pertanto molte applicazioni verranno implementate con l’intelligenza artificiale per supportare le comunicazioni wireless di prossima generazione come il 6G.
Infatti uno dei settori che trae maggiore profitto dalle tecnologie di intelligenza artificiale è quello delle comunicazioni wireless, poiché l’intelligenza artificiale è incorporata sia negli smartphones che nei nodi nelle architetture per il controllo sia dei servizi che delle risorse di rete.
La rete 6G gestirà miliardi di dispositivi, grazie al calcolo quantistico e alle piattaforme di intelligenza artificiale. Il prossimo decennio vedrà il 6G connettere miliardi di dispositivi, sensori e dispositivi in uno scenario in cui robot e droni genereranno Zettabytes[3] di informazione digitale. Il 6G migliorerà le applicazioni 5G con requisiti più rigorosi, come ad esempio telepresenza olografica e comunicazione immersiva e soddisferanno parametri ancora più severi rispetto al 5G. A partire dal 2030, potremmo assistere all’avvento dell’era in cui si diffonderà l’uso della robotica personale che interagirà con le piattaforme di Intelligenza Artificiale di prossima generazione grazie ai sistemi offerti dalla connettività della rete 6G.
Il 6G offrirà un'offerta completa di connettività wireless quasi istantanea e senza restrizioni grazie alla cognitive radio[4].
Oggi circa il 40% delle tecnologie nel 6G (IPR, chipset) sono di piena proprietà della Cina: ciò significa che la Cina rappresenta il 40% delle domande di brevetti ICT del 6G.
Le tecnologie quantistiche oltre che nell’informatica e nelle telecomunicazioni toccano altri settori vitali per la sovranità tecnologica dell’Europa?
Il costo degli attacchi cyber alle infrastrutture raddoppia ogni pochi anni e si prevede una crescente necessità di sviluppare nuove applicazioni dirompenti nel settore della crittografia per la sicurezza informatica. Infatti non solo le transazioni finanziarie, ma anche le infrastrutture pubbliche di telecomunicazioni e le comunicazioni della difesa possono essere protette con “tecnologie quantistiche”: questo grazie alla distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD) e all'intelligenza artificiale;
La risposta a queste sfide geopolitiche e tecnologiche è nella strategia dell'UE che si basa sull'infrastruttura EuroQCI (Quantum Comunication Infrastructure ) in corso di realizzazione che Integrerà la crittografia quantistica negli attuali sistemi e nelle infrastrutture di telecomunicazioni già implementate, potenziandole con un livello superiore di sicurezza basato su tecnologie quantistiche.[5]
L'infrastruttura EuroQCI ha un’architettura che è già basata su un segmento terrestre di telecomunicazione in fibra ottica con reti che collegano i nodi ICT strategici a livello sia nazionale che europeo. Il segmento spaziale fornirà ulteriori collegamenti per reti di comunicazione quantistica nazionali e in tutta l’UE.
Alla base di queste infrastrutture per il controllo ed il mantenimento della sicurezza delle informazioni è necessario prevedere la “Distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD - Quantum Key Distribution)”
A differenza della crittografia convenzionale, la comunicazione quantistica è considerata inattaccabile e pertanto il futuro del trasferimento sicuro delle informazioni per banche, reti elettriche e altri settori. Il nucleo della comunicazione quantistica è la distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD), che utilizza gli stati quantistici di particelle, ad es. fotoni, per formare una stringa di zeri e uno, mentre eventuali intercettazioni tra il mittente e il destinatario cambieranno questa stringa o chiave e verranno notati immediatamente – il sistema della Chiave distribuzione quantistica (QKD) è un metodo di comunicazione sicuro che implementa un protocollo crittografico che coinvolgono elementi della meccanica quantistica.
Consente infatti alle due parti che comunicano di produrre una chiave segreta casuale condivisa e nota solo a loro, che può quindi essere utilizzata per crittografare e decrittografare i messaggi
L’implementazione della rete di distribuzione delle chiavi quantistiche impedirà gli attacchi informatici ai dati sensibili delle infrastrutture critiche integrando sistemi quantistici QKD nelle telecomunicazioni esistenti e nelle infrastrutture cloud, fornendo un ulteriore livello di sicurezza (over the top) e lasciando inalterato i livelli di rete esistenti.[6]
Sono stati già messi a disposizione dalla EU, un primo pacchetto di 20 milioni di euro nell’ambito di progetti finanziati europei per sviluppare, a livello nazionale, sistemi e reti per poter sperimentare tecnologie di comunicazione quantistica, con l’obiettivo di integrarle con la comunicazione esistente a sostegno dell’infrastruttura europea di comunicazione quantistica (EuroQCI).[7]
A livello di attività di standardizzazione tutti gli organismi interessati hanno rilasciato standards di riferimento per l’industria delle telecomunicazioni.[8]
Bibliografia
- ANUTEI: L’evoluzione "Quantistica" nel futuro dello sviluppo delle Telecomunicazioni e nei Radar. http://www.anutei.it/index.php/attivita-anutei/eventi/levoluzione-quantistica-nel-futuro-dello-sviluppo-delle-telecomunicazioni-e-nei-radar
- ANUTEI: Intervento dell'ANUTEI al convegno AFCEA del 22 giugno 2023. http://www.anutei.it/index.php/attivita-anutei/convegni/intervento-dellanutei-al-convegno-afcea-del-22-giugno-2023
- Rivista Ordine Ingegneri di Roma IoRoma : Pag 12 -27. https://ioroma.info/pubblicazioni/quaderno-2-2023/
- Il ruolo dell’Industria delle Telecomunicazioni e del 5G nella Trasformazione Digitale
- Rivista Agenda Digitale. https://www.agendadigitale.eu/industry-4-0/iot-e-6g-limpatto-del-chips-act-in-europa/
- IOT e 6G: l’impatto del Chips Act in Europa
- Post pubblico Linkedin sulla conferenza NATO CA2X2
- https://www.linkedin.com/posts/giovanni-gasbarrone-7b7244_nato-modelling-and-simulation-centre-of-excellence-activity-7121122736071938048-hV1T
[1] http://www.anutei.it/index.php/attivita-anutei/eventi/levoluzione-quantistica-nel-futuro-dello-sviluppo-delle-telecomunicazioni-e-nei-radar
[2] I qubit sono la più piccola unità di calcolo elementare della computazione quantistica, che possono assumere due stati contemporaneamente e avere stati intermedi
[3] Dopo il terabyte, seguono per ordine di grandezza altre unità di misura ufficiali, decisamente meno utilizzate e conosciute: petabyte, exabyte e zettabyte.
[4] Una cognitive radio è una radio che può essere programmata e configurata dinamicamente per utilizzare i migliori canali nelle sue vicinanze per evitare interferenze e congestioni dell'utente. Tale radio rileva automaticamente i canali disponibili, quindi modifica di conseguenza i suoi parametri di trasmissione o ricezione
[5] https://digital-strategy.ec.europa.eu/it/policies/european-quantum-communication-infrastructure-euroqci
[6] https://www.itu.int/dms_pub/itu-t/opb/tut/T-TUT-QKD-2020-1-PDF-E.pdf
[7] https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/european-quantum-communication-infrastructure-euroqci
[8] Attività di standardizzazione:
- ITU-T Focus Group on Quantum Information Technology for Networks (FG-QIT4N) https://www.itu.int/en/ITUT/focusgroups/qit4n/Pages/default.aspx
- IETF Quantum Internet Research Group (qirg) https://datatracker.ietf.org/group/qirg/about/
- ETSI - Quantum Safe Cryptography https://www.etsi.org/technologies/quantum-key-distribution
- GSMA IG Work-item on Quantum Technologies and Services https://www.gsma.com
Servizio video RAI TG2 sulla conferenza:
Fonte pubblica:
(da NVS-TCV 1/2024)
di Ten. Col. ing. Piergiorgio Ventura e Cap. ing. Salvatore De Mattia
ABSTRACT
Le “ElectroMagnetic Spectrum Operations” (EMSO), ovverossia le operazioni nello spettro elettromagnetico, sono ormai divenute un aspetto essenziale dei conflitti moderni. La loro peculiarità multi-dominio, nonché la capacità di governare gli eventi sul campo di battaglia per coloro che ne possiedono il controllo più della parte avversa, hanno sempre più amplificato la loro importanza. Le onde elettromagnetiche, e conseguentemente le loro innumerevoli applicazioni ed effetti, sono peraltro per loro natura difficili da visualizzare da parte dei Comandanti e dei loro staff.
Per tale ragione, il “NATO Modelling & Simulation Centre of Excellence” ha sviluppato uno strumento per riprodurre le EMSO in un ambiente sintetico denominato ELMO (Electromagnetic Layer for Multi-domain Operations).
INTRODUZIONE
Le “ElectroMagnetic Spectrum Operations” (EMSO), ovverossia le operazioni nello spettro elettromagnetico, comprendono la più nota guerra elettronica, ma coinvolgono anche l’intelligence ed altre attività, rappresentando, di fatto, un aspetto essenziale dei conflitti moderni. Nella dottrina attuale della NATO l’ambiente elettromagnetico viene considerato un “ambiente operativo”, trasversale rispetto ai domini militari attualmente riconosciuti (land, sea, air, space, cyber). Tale caratteristica, nonché il crescente potenziale operativo in un campo di battaglia sempre più tecnologico, ne hanno sempre più amplificato l’importanza.
Le onde elettromagnetiche, e conseguentemente le loro innumerevoli applicazioni ed effetti, sono peraltro per loro natura difficili da visualizzare da parte dei comandanti e dei loro staff. Lo stesso vale per i più esperti del settore, che devono spesso affidarsi alla loro conoscenza empirica passata per “scommettere” su quale possa essere l’approccio migliore nelle diverse situazioni operative. Per tale ragione, dopo un coordinamento ed una conseguente “Richiesta di Supporto” effettuata dallo Stato Maggiore della Difesa VI Reparto, il “NATO Modelling & Simulation Centre of Excellence” ha sviluppato uno strumento per riprodurre le EMSO in un ambiente sintetico denominato ELMO (Electromagnetic Layer for Multi-domain Operations). Il nome trae ispirazione anche dal senso di appartenenza di coloro che hanno progettato e sviluppato lo strumento, senza alcun supporto industriale, tutti appartenenti al Corpo degli Ingegneri dell’Esercito. Il progetto è perfettamente coerente con la visione espressa dalla “NATO Electromagnetic Spectrum Strategy (EMSS)”, MCM-0108-2020 16/12/2020)[1].
[1] Specificatamente per quanto attiene al “Goal 2, Effective Joint Electromagnetic Operations” - “Objective G203, Integrate EMO into NATO Allied live, virtual, and constructive training with realistic presentations of a congested and contested EME”, nonché a più generale supporto del “Objective G201, Develop EMO policy, concepts, and doctrine to codify NATO’s actions to integrate EM capabilities and Tactics, Techniques and Procedures within the Joint effects structure, military operations, and across NATO forces”.
DESCRIZIONE DEL PROGETTO
Tale progetto consta principalmente dell’integrazione di due tool di M&S finalizzati rispettivamente alla modellazione di sistemi elettronici militari ed alla simulazione della relativa propagazione elettromagnetica.
I citati tool sono:
- Matlab/Simulink: utilizzato per la creazione di modelli basati su algoritmi funzionali di sistemi elettronici peculiari, definendo, a seconda del livello di modellazione impostato, l’interconnessione tra i principali componenti architetturali. L’obiettivo del modello è la versatilità di impiego in funzione dei dati di ingresso e delle configurazioni tecnico-operative, al fine di astrarre una modellazione versatile ed adattabile a diversificate applicazioni;
- STK (Systems Tool Kit) – società AGI: per la simulazione della propagazione elettromagnetica in funzione sia del terreno, sia delle condizioni al contorno degli scenari implementati in ambiente sintetico. Tale tool consente di avere una rappresentazione sintetica e visiva utile per la caratterizzazione, la comprensione e l’analisi del layer elettromagnetico nelle operazioni militari.
I modelli concettuali definiti per ciascuna capacità, quali ad esempio i diversi tipi di jamming, sono stati quindi implementati in uno specifico scenario costruito in modo tale da rappresentare, con pochi elementi, tutti i domini e tutte le possibili applicazioni delle EMSO.
In particolare, è stato sviluppato il contesto operativo di seguito descritto.
Le due fazioni contrapposte, entrambe schierate in un contesto immaginario riprodotto nei dintorni della città di Orlando in Florida (USA), sono rappresentate dalla fazione blu, che rappresenta la forza dominante e con maggiori assetti a disposizione ed il controllo prevalente del territorio, e dalla fazione rossa, che si contrappone ai blu con forme di guerra ibrida.
Nello specifico, la fazione blu prevede lo spostamento di un “Comandante” su un veicolo blindato denominato “Command Post”, scortato da un veicolo destinato alla protezione, anche con apparati di guerra elettronica. La forza è contestualmente protetta da due UAV che sorvolano la città, di cui uno deputato al monitoraggio dello spettro elettromagnetico per individuare frequenze attribuibili al nemico e l’altro con capacità di Jamming di radar di scoperta nemici, tramite l’impiego di un’antenna il cui lobo di radiazione può essere modificato, in tempo reale, tramite controllo software.
Completano le forze blu una nave “Destroyer” al largo della costa, con capacità missilistica, una stazione di terra che acquisisce dati di intelligence, anche di tipo elettromagnetico (SIGINT – Signal Intelligence) e un gruppo di quattro satelliti su orbita bassa (LEO) impiegati per sorveglianza militare e dotati della capacità di misurare frequenze sospette con alta precisione.
Le forze si avvalgono anche dell’impiego di sistemi di navigazione, posizionamento e timing (PNT) satellitare sia di tipo GPS che di tipo GALILEO, le cui costellazioni sono integralmente riprodotte all’interno dello scenario.
Il Command Post è, infine, in grado di comunicare tramite un satellite Immarsat “dual use” con l’HQ che si trova a circa 1500 km di distanza nello stato di New York.
La minaccia da parte dei rossi è prevalentemente rivolta verso il Comandante, che viene visto con un “obiettivo di grande valore”. Per tale ragione un IED comandato da cellulare è stato posto lungo il percorso.
I rossi dispongono anche di un sistema missilistico antiaereo, guidato da radar, e di un’antenna fissa che prova ad inibire con Jamming le frequenze E1/L1 dei sistemi PNT.
Nel confronto tra le due fazioni risultano determinanti le rispettive azioni di guerra elettronica, che descriveremo di seguito nella sequenza temporale.
Il sistema di protezione del comandante si accerta delle condizioni di sicurezza prima di dare il via libera al movimento. La stazione di terra identifica una frequenza sospetta, che l’intelligence attribuisce ad un radar nemico asservito ad una batteria missilistica. La frequenza viene inviata ai satelliti LEO, che misurano lo “shift doppler”.
La stazione di terra, ricevuti i dati dello shift doppler, nonché relativi alla posizione alle componenti della velocità sui tre assi dei satelliti, impiega un algoritmo bastato sulla “Frequency Difference of Arrival” (FDOA) per individuare la posizione del radar.
Nota la posizione, con un certo margine di errore, la stazione di terra comunica i dati all’UAV che, a questo punto, è in grado, tramite il SW di gestione dell’antenna digitale, di orientare il lobo principale dell’antenna di Jamming verso il radar, nonché determinarne l’ampiezza, in modo tale da coprire la zona di probabile posizionamento, prendendo in considerazione anche il margine di errore calcolato.
Dopo aver evitato la minaccia missilistica, i nostri UAV continuano la missione, ma l’attività di “Electronic Support Measures” (ESM) del secondo velivolo sono ostacolate dal Jammer statico deputato ad inibire l’uso dei sistemi PNT. Confrontando le performance dei due sistemi (GPS e GALILEO) in relazione al Jamming in corso, si evince che il segnale del GPS non può essere usato efficacemente mentre quello del GALILEO si, grazie al tipo di modulazione del segnale più resiliente (Binary off carrier - BOC). Gli UAV riescono pertanto a proseguire la loro missione, ma non possono comunicare efficacemente con i veicoli di terra le frequenze sospette individuate durante le attività ESM (comunicazione 1pps). I sistemi ottici presenti a bordo individuano comunque l’antenna del jammer statico, la cui posizione viene pertanto inviata alla nave “Destroyer”. Un missile da questa lanciato, guidato dal sistema GALILEO, distrugge successivamente l’antenna ed il funzionamento del sistema GPS viene pertanto ripristinato.
Il secondo UAV può, infine, comunicare le frequenze cellulari sospette di downlink e uplink, relative alle bande 2G e 3G, e il jammer del veicolo di protezione può essere operato in modalità ibrida, ossia “reactive + active”, distribuendo la potenza in parte tra le frequenze individuate e in parte sulle restanti frequenze, già presenti in libreria.
Garantita così un’adeguata bolla di sicurezza, il Comandante può compiere il suo spostamento senza che la fazione opposta riesca ad azionare il sistema RC-IED.
Gli eventi per come descritti dipendono ovviamente dalle prestazioni dei sistemi; modificando le caratteristiche tecniche e/o le procedure d’impiego, cambiano conseguentemente gli esiti del confronto, come verificato durante numerosi test.
POSSIBILI IMPIEGHI
Lo strumento è arrivato ad una maturità tecnologia tale da aver superato la fase di dimostrazione del concetto (“proof of concept”), avviandosi verso una fase di realizzazione di uno o più prototipi, modificati anche sulla base delle esigenze dell’utilizzatore.
Il principale punto di forza dello strumento è proprio la flessibilità, ossia poter fornire uno strumento decisionale applicabile in ogni contesto.
In fase di pianificazione, possono essere verificate le linee di azione riproducendo fedelmente, con le informazioni disponibili, il contesto operativo in cui si andrà ad operare.
In fase di addestramento, potranno essere posti all’attenzione del discente degli scenari operativi sui quali porre in essere delle decisioni che potranno essere verificate.
In fase di sviluppo tecnologico o dottrinale, le nuove ipotetiche tecnologie o le innovative procedure potranno essere verificate in ambiente sintetico, ottimizzando il relativo processo di sviluppo.
Nel caso sia possibile riprodurre il “digital twin”, potranno essere verificate anche le prestazioni di differenti tecnologie per individuare, in fase di acquisto, quella più idonea a coprire il gap capacitivo identificato.
SVILUPPI FUTURI
Lo strumento è ancora in fase di sviluppo per incrementarne le capacità, come descritto di seguito.
È necessario che lo strumento consenta di condividere le informazioni elaborate con altri tool di simulazione, in particolare con quelli prettamente militari (Computer Generated Forces tool - CGF). La condivisione riguarderebbe gli effetti delle valutazioni specialistiche, non i calcoli in quanto tali. Occorre pertanto trasferire, in termini di figure geometriche geo-referenziate (shapefile) le aree di Jamming, le aree coperte da comunicazioni efficaci, il range operativo dei radar ed ogni altra informazione utile a livello operativo. La corretta identificazione delle aree consentirà, quindi, di inibire le comunicazioni o l’efficacia dei sistemi radar per le piattaforme o unità che si trovano al loro interno.
Un’altra filiera di sviluppo consentirà di impiegare lo strumento per applicazioni nel campo ottico, consentendo quindi di simulare l’uso di tecnologie infrarosse quali visori, mascheramento, sistemi di guida missilistici, puntatori laser, ecc.
Sarà anche possibile integrare il sistema con un altro SW in grado di simulare le reti, consentendo pertanto di verificare a livello cyber gli effetti di quanto avviene, a livello fisico, in termini di qualità del segnale.
Lo strumento sarà, inoltre, oggetto di approfondimento per verificare la possibilità di impiegare l’intelligenza artificiale per consentire, addestrando una rete neurale tramite la reiterazione di uno scenario con differenti linee di azione, l’eventuale supporto al processo decisionale, nel momento in cui occorra operare su uno scenario analogo.
Fig.7: Il team del NATO MS COE in collaborazione con industria ed università. |
Fig.8: Stretta pianificazione operativa tra assetti terrestri ed aerei. |
CONCLUSIONI
Lo strumento, nel caso divenga operativo, consentirà di aumentare la sicurezza delle operazioni tramite un’accurata pianificazione della composizione e modalità operative delle forze in campo.
Consentirà, inoltre, di risparmiare tempo e denaro per la formazione e l’addestramento degli specialisti di guerra elettronica; l’organizzazione di esercitazioni elettroniche consentirà l’approntamento delle forze in maniera più efficiente ed efficace.
Consentirà, infine, di valutare in ambiente sintetico qualsiasi evoluzione tecnica, dottrinale o capacitiva dello strumento militare.
In un mondo caratterizzato da un’evoluzione tecnologica dirompente, una grande instabilità geopolitica ed una straordinaria complessità dell’ambiente operativo, la possibilità di rendere visibile ciò che è invisibile, tramite l’implementazione di una realtà virtuale aderente alla realtà, costituirà un enorme vantaggio operativo per le forze che potranno impiegarlo.
Riferimenti:
https://www.xcdsystem.com/iitsec/proceedings/index.cfm?Year=2023&AbID=121204&CID=1001#View
Autori:
(DA NSV-TCV 1/2024)