Projekt NeuroNavi – młody naukowiec z PW rozwija krytyczne technologie rakietowe

Na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej realizowany jest innowacyjny projekt badawczo-rozwojowy „Opracowanie systemu wsparcia nawigacji inercjalnej obiektów szybko wirujących (NeuroNavi)”, którego kierownikiem jest mgr inż. Dawid Florczak. Projekt uzyskał finansowanie w ramach prestiżowego programu LIDER XV Narodowego Centrum Badań i Rozwoju i stanowi ważny krok w rozwoju krajowych, suwerennych technologii nawigacyjnych dla zastosowań rakietowych i bezzałogowych.

Celem NeuroNavi jest opracowanie nowatorskiego systemu wsparcia nawigacji inercjalnej dla szybko wirujących obiektów, takich jak rakiety i bezzałogowe statki powietrzne. Istotnym wyzwaniem, na które odpowiada projekt, jest narastająca skala celowych i przypadkowych zakłóceń systemów nawigacji satelitarnej. GNSS (np. GPS) stał się fundamentem funkcjonowania wielu technologii – od transportu cywilnego, przez logistykę, aż po systemy obronne. Problem polega na tym, że sygnał satelitarny jest relatywnie słaby i może zostać łatwo zagłuszony (tzw. jamming) lub sfałszowany (spoofing).

W ostatnich latach obserwuje się gwałtowny wzrost takich incydentów – nie tylko w strefach konfliktów zbrojnych, ale również w pobliżu granic państw NATO czy w przestrzeni powietrznej Europy. W praktyce oznacza to, że system, który w pełni polega na GNSS, może w jednej chwili stracić zdolność precyzyjnej nawigacji. W zastosowaniach krytycznych – takich jak systemy bezzałogowe czy obiekty o wysokiej dynamice ruchu – taka sytuacja może oznaczać utratę kontroli nad platformą.

Kolejnym wyzwaniem jest tzw. zależność technologiczna. Jeżeli system nawigacyjny opiera się wyłącznie na zewnętrznym sygnale, to w pewnym sensie jego działanie jest uzależnione od dostępności tego sygnału. W kontekście bezpieczeństwa państwa oznacza to potrzebę budowy rozwiązań autonomicznych – zdolnych do pracy nawet w warunkach całkowitego braku GNSS.

– Zajmuję się opracowaniem technologii, która ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa państwa – systemu pozwalającego obiektom takim jak rakiety czy drony poruszać się precyzyjnie nawet wtedy, gdy przestają działać systemy nawigacji satelitarnej. W praktyce oznacza to tworzenie „mózgu” nawigacyjnego, który potrafi samodzielnie określić orientację i ruch obiektu w przestrzeni, bez polegania na sygnałach z satelitów – mówi mgr inż. Dawid Florczak, kierownik projektu. – W debacie publicznej pojawia się czasem pojęcie „kill switch” – czyli sytuacji, w której system uzależniony od zewnętrznego sygnału może zostać w praktyce „wyłączony” przez jego utratę lub zablokowanie. Mój projekt rozwiązuje właśnie ten problem: opracowujemy technologię, która pozwala systemom zachować autonomię nawet w środowisku silnych zakłóceń.

Interdyscyplinarne prace

Praca naukowca Politechniki Warszawskiej polega na projektowaniu i testowaniu takiego systemu – łączy wiedzę z zakresu mechaniki lotu, elektroniki i algorytmów sztucznej inteligencji, aby stworzyć rozwiązanie odporne, niezależne i możliwe do rozwijania w Polsce. To rozwój krytycznej infrastruktury technologicznej, która zwiększa suwerenność i bezpieczeństwo państwa.

Przedsięwzięcie stanowi rozwinięcie wcześniejszych prac badawczych prowadzonych w ramach działalności naukowej oraz kolejny etap rozwoju technologii. W ramach programu LIDER XV Dawid Florczak rozwija i integruje wcześniej wypracowane koncepcje w kierunku demonstratora technologii. W szczególności NeuroNavi jest efektem prac naukowych i doświadczeń naszego naukowca zdobytych w ramach prac w projektach NCBR.

– Kluczowym efektem będzie demonstrator technologii umożliwiający wyznaczanie danych nawigacyjnych w kanale obrotu w sposób odporny na występujące obecnie zakłócenia systemów satelitarnych (GNSS). Chcę wypracować rozwiązanie, które pozwoli znacząco zwiększyć autonomię i bezpieczeństwo systemów bezzałogowych oraz przyczyni się do rozwoju krajowych, suwerennych technologii nawigacyjnych – tłumaczy Dawid Florczak. – Proponowane rozwiązanie opiera się na predykcji danych nawigacyjnych z wykorzystaniem algorytmów analizujących zmiany warunków środowiskowych, występujących podczas ruchu obiektu w przestrzeni.

W ramach prac rozwijany jest niskokosztowy układ pomiarowy, wykorzystujący zestaw czujników rejestrujących zróżnicowane promieniowanie elektromagnetyczne – światło widzialne, podczerwień oraz promieniowanie nadfioletowe. Dzięki tej koncepcji możliwe będzie wyznaczanie danych nawigacyjnych w kanale obrotu w sposób całkowicie odporny na zakłócenia GNSS, co odpowiada wymaganiom poziomu gotowości technologicznej PGT VII i otwiera drogę do dalszych wdrożeń przemysłowych.

Duża skala i potencjał

Prace naukowca PW potrwają do 2027 r., a wartość projektu wynosi 1 799 937,50 PLN. Jego kierownikiem jest mgr inż. Dawid Florczak, absolwent kierunku Lotnictwo i Kosmonautyka – Statki Powietrzne na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa PW, a obecnie doktorant na tym Wydziale. Jako inżynier-doktorant Politechniki Warszawskiej, Dawid Florczak rozwija krajowe know-how w obszarze zaawansowanych technologii rakietowych, technologii dronowych oraz autonomicznych systemów nawigacji inercjalnej, odpornych na zakłócenia sygnałów satelitarnych. Jest pasjonatem technologii rakietowych oraz systemów precyzyjnego rażenia, a jego prace badawcze wpisują się w strategiczne potrzeby bezpieczeństwa i suwerenności technologicznej.

Działania obejmują 3 etapy: prace badawcze związane z opracowaniem stanowiska pomiarowego oraz elektroniki pomiarowej, prace badawcze związane z opracowaniem i implementacją algorytmów estymujących dane nawigacyjne oraz działania rozwojowe związane z testowaniem opracowanej technologii w warunkach poligonowych. Jak wyjaśnia Dawid Florczak, najbardziej wymagające są: opracowanie i walidacja algorytmów, redukcja błędów pomiarowych przy wysokich prędkościach obrotowych, testy w warunkach poligonowych, integracja sprzętu i oprogramowania. Dużym wyzwaniem jest także zapewnienie odporności systemu na zmienne warunki środowiskowe.

Koncepcja ma konkretny potencjał komercjalizacyjny i przemysłowy, a jej architektura tworzona jest z myślą o integracji z systemami rozwijanymi przez polski przemysł. Stanowi przykład połączenia zaawansowanych badań, praktycznej inżynierii i budowania długofalowego bezpieczeństwa technologicznego państwa.

– Z punktu widzenia państwa kluczowe jest to, że rozwiązanie rozwijane jest w kraju i wzmacnia suwerenność technologiczną w obszarze systemów nawigacyjnych. Dla przemysłu oznacza to możliwość integracji krajowego komponentu odpornego na zakłócenia z istniejącymi platformami oraz rozwój nowych generacji systemów autonomicznych o zwiększonym poziomie bezpieczeństwa operacyjnego – podkreśla Dawid Florczak.

Rezultaty prac mają charakter dual-use – oznacza to, że mogą być wykorzystywane zarówno w zastosowaniach obronnych, jak i cywilnych. Kluczowym obszarem zastosowań jest przemysł obronny, w szczególności firmy rozwijające systemy rakietowe oraz bezzałogowe. W pierwszej kolejności technologia może być istotna dla podmiotów takich jak Polska Grupa Zbrojeniowa (PGZ) czy WB Group, które rozwijają systemy uzbrojenia precyzyjnego, bezzałogowe statki powietrzne oraz rozwiązania autonomiczne. W takich zastosowaniach kluczowa jest odporność systemu na zakłócenia GNSS oraz zdolność do pracy w środowisku o ograniczonej dostępności sygnałów satelitarnych. Potencjalne obszary zastosowań obejmują: systemy rakietowe wymagające precyzyjnej orientacji w kanale obrotu, bezzałogowe statki powietrzne (BSP) działające w środowiskach zakłóceń, autonomiczne pojazdy lądowe i morskie, a także specjalistyczne systemy pomiarowe funkcjonujące w obszarach o ograniczonym dostępie do GNSS. Technologia może również znaleźć zastosowanie w sektorze cywilnym – w systemach autonomicznych, monitoringu infrastruktury, lotnictwie bezzałogowym czy przemyśle kosmicznym.