Omschrijving
In 2035 beschikt Nederland over de marine voor de toekomst. Die beschermt de Nederlandse waarden en welvaart en geeft veilige toegang tot wereldwijde wateren. Zij heeft een antwoord op onvoorspelbare en onvoorstelbare ontwikkelingen in dreiging en technologie en vervult haar missies effectief, efficiënt en flexibel.
Waar gaat deze missie over
De toekomst van Nederland als maritieme handelsnatie is afhankelijk van een veilige zee. De zee is mondiale transportroute, bron van grondstoffen en voedsel en wingebied voor energie tegelijk. Dat maakt de zee en haar kustgebieden kwetsbaar voor competitie, concurrentie en conflicten.
Door technologische, geopolitieke en mondiale ontwikkelingen staat de veiligheid op en vanuit zee onder druk. Voor een goed functionerende maritieme veiligheidsketen moeten de Koninklijke Marine en de Kustwacht op alle huidige en toekomstige veiligheidsuitdagingen een antwoord hebben. Een toekomstbestendig en concurrerend ecosysteem van overheid, kennisinstellingen en (maritieme) industrie is hiervoor essentieel. Met het Samenwerkingsverband Dutch Naval Design is inmiddels een eco-systeem opgebouwd bestaande uit ca. 40 firma’s die gezamenlijk aan 7 roadmaps bouwen, die direct verband houden met onderstaande kennis- en innovatievragen.
Benodigde kennis- en innovatie
De kennis- en innovatiebehoeften liggen op het gebied van maritieme hightech, die bijdraagt aan de versterking van slimme operaties en concepten. Zoals met onbemande en autonome middelen, moderne sensoren, missiemanagementsystemen en effectoren. En slimme bemanningsconcepten, slim opwerken, slim onderhoud en materieelbeheer. Op het gebied van slim scheeps- en onderzeeboot ontwerp gaat het om arbeidsextensivering, zero emission marineschepen, overleefbaarheid, safety design, mitigatie voor CBRNe-dreigingen, weerbaarheid, stealth- eigenschappen en incasseringsvermogen, nieuwe materialen, lage hydrodynamische weerstand, schokbestendigheid en een zeer lage geluidssignatuur. En daarnaast om intelligente distributiesystemen en signatuurmanagementsystemen. En tenslotte volledig nieuwe concepten, die geschikt zijn voor nieuwe missies voor de ‘navy after next’.
Het is voor een goed functionerende maritieme veiligheidsketen essentieel dat de Koninklijke Marine en de Kustwacht op alle huidige en toekomstige veiligheidsuitdagingen een antwoord hebben. Daarvoor moeten ze kunnen beschikken over middelen die zijn opgewassen tegen de complexiteit en kracht van de moderne dreiging in die gebieden waar de dreiging zich voor doet. Om snel te kunnen voorzien in de daarvoor benodigde middelen is een toekomstbestendig en concurrerend ecosysteem van overheid, kennisinstellingen en (maritieme) industrie noodzakelijk. De nieuwe middelen moeten allereerst effectief en robuust zijn tegen de nieuwe dreigingen die onze belangen kunnen schaden, zoals hypersone en ballistische missielen, lange afstand torpedo’s, swarming Unmanned Surface Vehicles, etc. Ook moeten de middelen geschikt zijn om in alle denkbare omstandigheden te opereren, zowel in warmere als in koudere gebieden. Bovendien moet het risico van letsel voor de bemanning tot een minimum worden gereduceerd.
De hieronder beschreven onderzoeks- en innovatiegebieden zijn gekozen in discussierondes van industrie, kennisinstellingen en Defensie binnen Dutch Naval Design.
3.2.1 MMIP: Maritime security
Doelstelling van dit MMIP is invulling te geven aan de Defensie Industrie Strategie middels het opbouwen van een sterke basis van Nederlandse kennis en innovatie. Uitvoering van dit MMIP biedt de Koninklijke Marine en de Kustwacht middelen om op alle huidige en toekomstige veiligheidsuitdagingen een antwoord te kunnen geven. Die middelen moeten zijn opgewassen tegen de complexiteit en kracht van de moderne dreiging in die gebieden waar de dreiging zich voor doet.
Deelprogramma 1: Smart kill-chains, radar en geïntegreerde sensorsuites
De ambitie is om de schepen van de Koninklijke Marine geschikt te maken om ook de nieuwe dreigingen optimaal het hoofd te kunnen bieden. Daarvoor zijn toekomstbestendige en adaptieve sensoren, missie management systemen en effectoren benodigd. Deze systemen moeten zodanig flexibel zijn dat ze continu aangepast kunnen worden aan de veranderende dreigingen. Voor de ontwikkeling van nieuwe radars en geïntegreerde sensorsuites biedt de roadmap van Platform Nederland Radarland richting. De samenwerking in dit platform waarborgt een sterke kennis- en marktpositie van betrokken partijen en leidt tot unieke en onderscheidende radarproducten met spin-offs naar de civiele markt. Hierdoor kan Defensie over de modernste radar- en geïntegreerde sensorsuites ter wereld beschikken.
In de periode na 2030 moet rekening worden gehouden met een reële dreiging van ballistische missiles en andere dreigingen die veel sneller, wendbaarder, onvoorspelbaarder, onvoorstelbaarder en moeilijker te detecteren zijn dan de huidige dreigingen. Hoewel de potentie van de bestaande sensor- en wapencapaciteiten groot is, ontbreekt in de periode na 2030 een operationele Integrated Air and Missele Defence (IAMD) capaciteit met simultaan AAW (Anti Air Warfare) en BMD (Ballistic Missile Defense). Dit MMIP beantwoordt de wens van Defensie om sensortechnologieontwikkelingen tijdig te starten en beschikbaar te hebben om een nationale IAMD ambitie na 2030 te kunnen realiseren.
Er zijn vier innovatiegebieden gedefinieerd, namelijk: concepten van radar en geïntegreerde sensorsuites; RF-frontends; sensorsignaalprocessing; life-cycle en kostenbeheersing.
Wetenschappelijke en technologische doorbraken in dit MMIP zijn noodzakelijk om de gewenste technologische voorsprong en het gewenste TRL niveau rond 2030 te bereiken. Het programma “D-RACE – Advanced Radar Technology (D-ART)” adresseert een aantal van de onderwerpen van de onderzoekslijnen in de Roadmap “Radar en Geïntegreerde Sensorsuites 2030”. D-ART beoogt voor deze onderwerpen een impuls te creëren in de kennisopbouw die een zeer sterk multidisciplinair karakter heeft en gerelateerd is aan vakgebieden als systeem- en architectuurconcepten, RF front-end technologie en algoritmiek. D-ART beoogt een “kickstart” om een technologiedoorbraak te bewerkstelligen als opvolger van de Active Electronic Scanning Antenna technologie wat tot een paradigmaverschuiving moet leiden op radargebied.
Deelprogramma 2: Smart operations
Het is de wens om onder, op en boven water een aantal taken van het schip zelfstandig en deels autonoom te laten uitvoeren door onbemande systemen. De komende jaren zal de Koninklijke Marine in toenemende mate gebruik maken van onbemande systemen, met als katalysator de introductie van de nieuwe mijnenbestrijdingscapaciteit. De ambitie is om de komende jaren geleidelijk functionaliteit toe te voegen aan de onbemande systemen. Zo wordt er momenteel nagedacht over de ontwikkeling van een Unmanned Surface Vehicle for Anti Submarine Warfare voor toepassing op het ASW-fregat om samen met UAV’s te komen tot een toolbox ASW.
Daarnaast worden plannen ontwikkeld onder de naam TRIFIC “The Rapidly Increased Firepower Capability”. Dit is een grote USV die allereerst bemand gaat varen, maar doorontwikkeld moet worden tot een onbemand platform.
Militaire USV’s moeten, in aanvulling op civiele USV’s, juist onder extreme condities blijven opereren, ze moeten individueel en samen met bemande eenheden veilig kunnen manoeuvreren (ze moeten in verband kunnen varen, autonoom BOZ), ze moeten in een groep kunnen samenwerken (gezamenlijk missie uitvoeren), ze moeten zelfstandig (zonder toevoeging van extra mensen) missies kunnen uitvoeren en anticiperen op veranderingen en ze moeten interoperabel zijn met joint en combined optreden. Bovendien is een architectuur nodig die diverse onbemande en bemande eenheden in de operatie integreert zodat bijvoorbeeld informatie uitwisseling geborgd is.
Kennis en innovatievragen zijn: Welke technologie voor zelfstandig en autonoom optreden moet verder ontwikkeld worden, aansluitend op ontwikkelingen in het civiel maritieme domein, bijvoorbeeld op de gebieden autonoom varen en drone technologie voor survey. Wat wordt de manier van opereren, hoe gaan en waarvoor worden autonome systemen ingezet en wat is hierbijnodig. In dit kader kan gedacht worden aan stand-off en swarming operaties.. Deze onderzoeksonderwerpen zijn ondergebracht in de roadmap Autonomie van Dutch Naval Design.
Deelprogramma 3: Smart manning & automation
Het deelprogramma Smart Manning & Automation wordt gedreven door arbeidsextensivering aan boord van schepen van de Koninklijke Marine, terwijl de variëteit en complexiteit van de taken toeneemt. Daarnaast is er een grote druk op terugdringen van life cycle kosten. Daardoor is er een noodzaak om remote diensten te versterken en functies aan boord vergaand te automatiseren en te robotiseren in een missiegerichte architectuur van adaptieve systemen, ruimtelijk en functioneel geïntegreerd. Er zal ook grotere vraag komen naar ontwikkeling van simulatorfaciliteiten aan de wal (voor opleiding, training, opwerking en missie voorbereiding), maar ook aan boord (met behulp van VR en AR), zodat de schepen zich kunnen richten op hun primaire taken. Het is de wens van de KM om een architectuur beschikbaar te krijgen die de bestaande stovepipe-systemen (zoals het Combat Management System, Bridge Management System en het Platform Management System) integreert en alle informatie aan boord van het schip beter toegankelijk maakt.
Kennis- en innovatievragen: Hoe wordt de informatie over de scheepstoestand en de omgeving van het schip beter toegankelijk voor de bemanning. Wat zijn de drempels voor integreren van uiteenlopende monitoring, Command & Control systemen en hoe kunnen die geslecht worden. Op welke wijze kan de walorganisatie een beeld opbouwen en ingezet worden voor advisering. Hoe kunnen dynamische mens – machine teams gevormd worden en welke eisen stelt dat aan de automatisering en opleiding/training. Deze onderszoeksonderwerpen zijn ondergebracht in de roadmap Reduced Manning Technologies van Dutch Naval Design.
Deelprogramma 4: Zero emission and survivable warships
Het deelprogramma zero emission and survivable warships gaat uit van de doelen voor emissiereductie in de Defensie Energie- en Omgevingsstrategie (DEOS) 2019. Daarnaast kan de inzet van nieuwe voorstuwings-technologie significante signatuurreducties (akoestisch, thermisch) opleveren, wat een groot effect heeft op de toekomstige overleefbaarheid van marineschepen.
Nieuwe wapentechnologie (zoals lasers) vragen op korte termijn zeer hoge vermogens. Dit vraagt een andere aanpak van de energie opwekking, distributie en opslag. Ook leveren gedistribueerde energiesystemen met autonome capaciteiten verlaging van de kwetsbaarheid. Systemen kunnen ook na schade blijven werken doordat intelligentie en energievoorziening gedistribueerd is opgezet.
Kennis- en innovatievragen: Welke alternatieve brandstoffen zijn beschikbaar (of kunnen worden ontwikkeld) om de vermindering van emissies en de onafhankelijkheid van fossiele brandstoffen te bereiken? Welke weerstandsreductie methoden en voortstuwingsystemen kunnen worden ontwikkeld, bv door de inzet van biomimitics? Welke energieopslag (zoals batterijen en supercondensatoren), energie omzettingssystemen (zoals brandstofcellen en aangepaste brandstofmotoren), emissiereductiemethoden, nieuwe (hybride) voortstuwingsconfiguraties kunnen worden ontwikkeld, gekoppeld met de scheepshydrodynamica (hydro-systems integration) en geïntegreerd in het totale scheepssysteem? Hoe kunnen signaturen worden verminderd gezien de ontwikkelde nieuwe sensortechnieken. Op welke wijze kan de informatie over de actuele status van de signaturen verkregen worden. Hoe kan die informatie gebruikt worden voor het geven van operationele adviezen en uiteindelijk autonome opvolging daarvan in war-time en peace-time mode. Is onafhankelijke, gerichte lokale en duurzame energievoorziening en koeling haalbaar. Is onafhankelijke, gerichte, betrouwbare en veilige draadloze data uitwisseling haalbaar in schepen? Hoe kunnen Smart Survivability sensoren verplaatst worden naar de constructie en zelfvoorzienend gemaakt worden. En tenslotte hoe gaat in de toekomst de rol van de operationele gebruiker hierin gepast worden, hoe zit het met de mens-machine teaming? Deze onderzoeksonderwerpen zijn ondergebracht in de roadmaps Energy & Mobility en Survivability van Dutch Naval design.
Deelprogramma 5: Smart design and maintenance
In het deelprogramma Smart design and maintenance is de eerste ambitie om in het ontwerpstadium een digital twin beschikbaar te krijgen om het ontwerp te versnellen en specificaties te verifiëren en voor de ontwikkeling van operationele- en bemanningsconcepten. Het niveau van de modellen wordt gedurende de bouw en operationele inzet verrijkt zodat het inzetbaar is voor familiariseren, opleiden, opwerken, trainen en missie voorbereiding (en het bevorderen team skills). De digital twin modellen kunnen eveneens worden ingezet voor technisch- logistieke optimalisatie en voor advisering van bemanningen aan boord, gebruik makend van mogelijkheden van de nieuwste Virtual Reality (VR) en Augmented Reality (AR) technieken.
Modelling & Simulation door simulatie is het concept van de toekomst. Het brengt flexibiliteit, tactische voorsprong en kostenbeheersing onder handbereik. De ambitie op het gebied van smart maintenance is om te komen tot een zero maintenance concept op meerdere tijdschalen voor schepen en voor systemen die langere tijd autonoom opereren. Het onderhoud tijdens missies moet geëlimineerd worden zodat de bemanning zich kan richten op haar primaire taken. Dat vraagt om een uitbreiding van de Maritime Support Centre aan de wal, die paraat moet zijn voor advisering van de schepen over onderhoudsvraagstukken.
Kennis- en innovatievragen: Hoe creëren we een betrouwbare Modelling & Simulation omgeving voor complexe maritieme operaties op zee. Hoe koppelen we deze omgeving aan het gedrag van de bemanning. Hoe zetten we deze omgeving effectief in voor conceptontwikkeling, ontwerp, opleiding, training, opwerking en missie voorbereiding. Wat zijn de implicaties van een zero maintenance concept op meerdere tijdschalen voor schepen en voor systemen die langere tijd autonoom opereren. Hoe kunnen remote asset management, robotisering, nanotechnologie en 3D- printing bijdragen aan het zero maintenance concept. Hoe zou een Maritime Support Centre ingericht moeten worden. Deze onderzoeksonderwerpen zijn ondergebracht in twee afzonderlijke roadmaps van Dutch Naval Design, namelijk de roadmap Digital Twins en de roadmap Smart Maintenance. Hierbij wordt samengewerkt met het team “Data voor onderhoud” van CZSK/DMI.
Deelprogramma 6: Smart concepts
Om de dreiging op zee altijd vooruit te zijn, moet de marine van de toekomst een antwoord hebben op onvoor-spelbare en onvoorstelbare ontwikkelingen in dreiging en technologie. Dit vereist de ontwikkeling van volledig nieuwe concepten en operaties voor de ‘navy after next’ op basis van Risicodragend Verkennend Onderzoek.
Kennis- en innovatievragen: Hoe bepalen we de toekomstige technologische dreigingen bij potentiële vijanden en hoe reageren we daarop? Welke nieuwe technologische ontwikkelingen zijn er en welke mogelijkheden bieden die om onze eigen slagkracht en overleefbaarheid te verhogen? Om deze vragen in de toekomst te kunnen gaan beantwoorden wordt er binnen Dutch Naval design gewerkt aan een roadmap op het gebied van de systematiek Mission & Model Based System Engineering.
