Hitta och neutralisera: Kampen mot drönare tar fart. Del 1
Den soldrivna drönaren Zephyr skapades av Airbus DS. Kan stanna i luften i månader
Det är uppenbart att ett stort problem när det gäller nationell säkerhet eller bekämpning av nya hot på slagfältet är spridningen av små UAV:er som enkelt och billigt kan förvärvas, är lätta att hantera och ger rudimentära, men fortfarande slag- och spaningsmöjligheter. Naturligtvis kan dessa hot motverkas genom att använda ny teknik eller förbättra befintliga, men fler och mer komplexa UAV och principerna för deras stridsanvändning skymtar redan vid horisonten, och troligtvis kommer de i framtiden att bli en riktig huvudvärk för försvarssystem.
Faktum är att till och med större UAV:er redan finns, allt från taktiska system på brigadnivå som Textron Systems Shadow, till MAN-plattformar på medellång höjd som General Atomics Aeronautical Systems MQ-9 Reaper, till långdistansplattformar på hög höjd HALE flygningar, som Northrop Grummans RQ-4 Global Hawk, kan skapa problem för luftförsvarssystem.
Trots att flygegenskaperna hos dessa drönare - hastighet och manövrerbarhet - tillåter dem inte att absolut undvika defensiva åtgärder, många av dem har relativt svaga radar- och termiska signaturer, och när det gäller HALE-kategoriplattformar kan de operera på extrema avstånd från många radarer och missilsystem. Men vad som förmodligen är viktigare är att funktionaliteten och effektiviteten hos lasten ombord som dessa system kan bära ökar alltmer, vilket gör det möjligt för dem att utföra i synnerhet sina spaningsuppdrag på avstånd och höjder utom räckhåll för luft försvarsvapen, både vad gäller upptäckt och förstörelse .
SPEXER 500-radarn (ovan) och den infraröda kameran Z:NightOwl som utvecklats av Airbus DS är designade för att bekämpa drönare
Attacker av obemannade flygfarkoster (UAV) kan utgöra betydande utmaningar för luftförsvarssystem och om de behandlas på samma sätt som den senaste och nästa generationens bemannade fordon kan de mycket väl vara svårare att upptäcka och förstöra - de är inte utformade för att rymma piloter, men detta gör det möjligt att minska storleken på plattformarna och öka deras manövrerbarhet.
Ännu fler problem förs med sig av nya lovande drönare i kategorin ultra-HALE. Utvecklad av Airbus DS, den soldrivna Zephyr-drönaren har en flyglängd mätt i månader och kan flyga på höjder av mer än 21 kilometer. Trots sitt vingspann på 23 meter har farkosten, tillverkad av kompositmaterial, en liten effektiv reflekterande area (ERA) eftersom dess solframdrivare har en svag termisk signatur och därför är svår att upptäcka.
Vissa väpnade styrkor inser att många luftförsvarssystem effektivt kan upptäcka, spåra och träffa den nuvarande generationen UAV och letar därför efter sätt att besegra sådana system genom geniala principer för stridsanvändning av många av samma typ av system på samma tid.
Till exempel kan den så kallade "svärmningen" (engelska termen swarming) av system, när ett stort antal drönare samarbetar för att nå sitt mål, skapa stora problem för de allra flesta försvarssystem.
Från allra första början, detta tillvägagångssätt, baserat på massattack drönare, baserades på det faktum att många plattformar skulle offras när man skulle uppnå målen för stridsuppdraget.
Som en del av programmet LOCUST (Low-Cost UAV Swarming Technology) från US Office of Naval Research ONR (Office of Naval Research), utvecklas en teknik för gemensam drift av många drönare. Den rörformade rälscontainerutskjutaren kommer att skjuta upp små drönare från fartyg, stridsfordon, bemannade fordon eller andra obebodda plattformar i snabb följd. Efter att ha lanserat "svärmen" (eller "flocken" om du vill), arbetar UAV självständigt, drönarna utbyter information med varandra för att slutföra uppgiften.
Videodemonstration av LOCUST-projektet. Samordnad flygning av nio drönare
ONR använder för närvarande Coyote UAV som en testmodell. Denna enhet har vikbara vingar för enkel förvaring och transport. I början av 2015 genomfördes demonstrationsflygningar på flera testplatser, under vilka lanseringen av apparaten utrustad med olika nyttolaster genomfördes. I en annan demonstration av denna teknik synkroniserade nio drönare oberoende och flög i formation.
En nyckelfunktion i LOCUST-projektet är den höga nivån av packautonomi, vilket gör att de kan utföra uppgifter utan operatörsingripande och därmed motverka eventuell kommunikationsstörning som kan användas mot dem.
Dessutom, enligt ONR, kommer svärmen att kunna "självläka", det vill säga självständigt anpassa och konfigurera sig själv för att ytterligare utföra uppgiften. Det nuvarande målet med programmet är att sekventiellt lansera 30 UAV på 30 sekunder. ONR har för avsikt att genomföra sjöförsök av "flocken" LOCKUST i Mexikanska golfen i mitten av 2016.
I augusti 2015 lanserade det amerikanska försvarsdepartementet Advanced Research and Development Agency (DARPA) också sitt Gremlins-program. Detta projekt tillhandahåller utplacering av grupper av små UAV från stora flygplan, såsom bombplan eller transporter, såväl som från jaktplan och andra små flygplan, även innan de når fiendens luftförsvarssystem.
Gremlins-programmet utvecklas av det amerikanska försvarsdepartementets Advanced Research and Development Office (DARPA).
Detta program förutsätter att C-130-transportflygplanet i luften efter avslutat uppdrag kan ta de så kallade "Gremlins" ombord igen. Det är planerat att markteam ska kunna förbereda dem för nästa operation inom 24 timmar efter att de återvänt.
DARPA löser främst de tekniska problemen som är förknippade med tillförlitlig och säker luftuppskjutning och återhämtning av många drönare.
Dessutom syftar programmet till att erhålla inte bara ny operativ förmåga och utveckling av en ny typ av flygverksamhet, utan även på lång sikt och att få betydande ekonomiska fördelar. Målet med programmet är också att "förlänga livslängden för Gremlin-drönare till cirka 20 uppdrag", sa FDA-talesmannen.
Blighter Surveillance Systems AUDS-system använder en markövervakningsradar i samband med en optoelektronisk station och en elektronisk störsändare
Ytterligare funktioner
När vi återvänder till Airbus DS, inkluderar dess UAV-utvecklingsfärdplan att förbättra systemens noggrannhet och introducera nya funktioner, såsom "vän-fiende"-funktioner, som kan vara användbara för att minska frekvensen av falska larm och attraktiva för operatörer som använder systemet i svårt luftrum . Företaget överväger också att införa mindre avancerade system för att minska kostnaderna och utöka sin potentiella kundbas, även om detta sannolikt kommer att minska plattformarnas noggrannhet.
RADA Electronic Industries har fokuserat sina ansträngningar på UAV-området för att utveckla en programmerbar lösning baserad på befintliga radarer.
"Vi har designat en radar som kan upptäcka mycket små föremål, från mycket låga hastigheter, dopplerhastigheter, till höghastighetsmål som flyger med eller över ljudets hastighet. Den här radarn kan upptäcka människor, bilar, UAV, jaktplan, missiler, det beror på vilket radiofrekvensläge du har ställt in”, förklarade Dabi Sella, chef för affärsutveckling på detta företag. ”När det gäller vår programmerbara radar med flera uppgifter betyder det att du helt enkelt trycker på en knapp och du behöver inte byta mjukvara. Genom att ställa in lämpliga parametrar får du det du behöver.”
Halvledar-AFAR-radar från RADA är designad för stationära och mobila applikationer. Företaget erbjuder två familjer: kompakta hemisfäriska radar CHR (Compact Hemispheric Radar) för kortdistansdetektering och installation på fordon och multi-mission hemispherical radars MHR (Multi-mission Hemispheric Radar) för stationär installation.
MHR Radar Family från RADA Electronic Industries
Företaget har också uppgraderat MHR-familjen, som inkluderar radarerna RPS-42, RPS-72 och RPS-82, även känd som pMHR (bärbar), eMHR (förbättrad) och ieMHR (förbättrad förbättrad). Enligt företaget är den mest avancerade ieMHR-radarn kapabel att upptäcka mini-UAV på en räckvidd av 20 km.
Sella sa att det inte är en lätt uppgift att upptäcka och spåra UAV:er. "Det är inte direkt... att upptäcka en mortel, handeldvapen vapen eller RPG och kanske ännu svårare, men vi tog oss igenom det. UAV-motåtgärder ligger inom dessa radarsystems kapacitet. Hur som helst är UAV:er specifika mål som har unika egenskaper, som vi betecknar med den engelska förkortningen LSS (low, small, and slow - low, small, slow). Det är en utmaning att identifiera mycket små objekt med mycket lite EPO som flyger mycket lågt och nära bakgrundsmarken. Ibland flyger de lika snabbt som andra fordon, till exempel bilar. Det är en svår uppgift att upptäcka dem bland alla störningar. Ett annat problem är att de flyger som fåglar, de uppfattas som fåglar och brukaren vill i allmänhet skilja på vad vi kallar störande mål.”
Sella förklarade att en metod för att avgöra om ett spår är en drönare är att fokusera radarenergi för att avgöra om målet har propellrar, och tillade att utöver hårdvaran är signalbehandling och algoritmutveckling nyckeln till systemkapacitet.
Syracuse-baserade SRC kombinerar en rad fältbeprövade elektroniska krigföringssystem i sin kombinerade kärnansats för att tillhandahålla anti-drönarkapacitet för både områdesförsvar och manöverkrigföring. Även om de senare ofta betraktas som en sekundär uppgift för anti-UAV-system, ökar deras betydelse stadigt.
"Små UAV kommer att ha förmågan att utföra informationsinsamling eller rollen som luftburna sprängämnen", förklarade David Bessie, chef för affärsutveckling på SRC. "Fiendens UAV:er som inte upptäcks av luftförsvarssystemet kan påverka stridsoperationen, eller så kommer de att förse fienden med information om dina positioner, eller inleda ett flyganfall mot din infrastruktur eller manöverstyrkor."
"Vårt tillvägagångssätt använder befintliga, beprövade tekniker, såväl som mjukvara som integrerar dem i ett enda kärnsystem. Fördelen med detta tillvägagångssätt är att vi kan använda våra kunders system som redan är i drift för att sänka den totala ägandekostnaden. Vi tillhandahåller fältbeprövade elektroniska krigföringssystem och radarer och vi kommer snart att kunna erbjuda en kompletterande riktningsstation, säger Bessie.
"Vi tror att elektroniska krigföringssystem är avgörande för att bekämpa UAV. Våra EW-system kan upptäcka, spåra och klassificera obemannade system och sedan automatiskt neutralisera dem. Om visuell identifiering behövs för att avgöra om målet tillhör, kan en kamera överföras till det. Vi kan ytterligare förbättra våra detektions-, spårnings- och klassificeringsmöjligheter med vår LSTAR Air Surveillance Radar. Det rekommenderas också att lägga till högupplösta optisk-elektroniska sensorer för visuell identifiering på långa avstånd."
LSTAR luftrumsövervakningsradarn utför ganska verkliga säkerhetsuppgifter. På bilden ovan bevakar radarn lugnet vid G8-toppmötet, som hölls sommaren 2013 i Irland.
Lätt och lätt att transportera, SR Hawk Surveillance Radar, en del av LSTAR-familjen av luftburna övervakningsradarer, som alla har 3° 360-D elektronisk skanning, ger både 360° och sektorskanning. OWL multi-roll radar har halvklotformad täckning från -20° till 90° i höjd och 360° i azimut. Den har en icke-roterande elektroniskt styrd strålantenn och ett avancerat Doppler-signalbehandlingsläge, som låter dig upptäcka och spåra UAV:er och samtidigt föra motbatteristrider.
Utöver lösningar baserade på radar och optoelektroniska teknologier utvecklas även system baserade på andra principer. Northrop Grumman har börjat använda LLDR-teknik (Lightweight Laser Designator Rangefinder) för att bekämpa UAV i sitt Venom-system.
Företaget testade Venom-systemet som en "fighter" med drönare vid US Army MFIX-övningar (Maneuver-Fires Integrated Experiment) som hölls i Fort Sill 2015. Venom-systemet installerades på en M-ATV-pansarvagn i MRAP-kategorin och genomförde framgångsrikt identifieringen, spårningen och målbeteckningen för UAV:en.
Venom-systemet med LLDR-teknik är installerat på en universell, gyrostabiliserad plattform. Under testerna testades Venom som ett system för att bekämpa UAV från två fordon. Systemet fick externa målbeteckningskommandon, förvärvade mål och spårade små, lågtflygande drönare. Funktionen av Venom-systemet demonstrerades också i rörelse med kontroll av sensorer inifrån bilen.
Det är värt att notera att LLDR2-laserbeteckningen användes flitigt i operationer i Irak och Afghanistan.
visuell detektering
För att möta det israeliska försvarsministeriets krav har det israeliska företaget Controp Precision Technologies utvecklat ett system för att detektera UAV:er baserat enbart på optoelektronisk och infraröd teknologi.
Företagets Tornado, en lätt, snabbskannande infraröd enhet, använder en kyld värmekamera med medelvåglängd (sensorspecifikationer avslöjas inte) monterad på en 360° skivspelare. Systemet kan ge panoramatäckning från marknivå till 18° över horisonten.
För att identifiera potentiella mål upptäcker systemets mjukvarualgoritmer de minsta förändringar i miljön. Enligt företaget låter de dig automatiskt spåra alla flygande enheter längs dess bana, flyga i olika hastigheter bara några meter över marken. Systemet har kontinuerlig zoom för tydliga bilder och kan ge ett spår för varje mål.
Enligt Controp kan Tornado övervaka bebyggda områden med många störande ekon, även om de inte avslöjar detaljerad prestandainformation annat än att små UAV:er kan upptäckas på avstånd uppmätta i hundratals meter, medan stora mål upptäcks bortom tiotals kilometer.
Med hjälp av ljud- och videosignaler kan systemet automatiskt meddela operatören att ett flygande objekt har kommit in i en förutbestämd "obemannad" zon. Systemet kan styras lokalt eller på distans från kommandocentralen, det kan fungera både i fristående läge och som ett integrerat system som tar emot data från andra sensorer.
Det israeliska företaget Controp Precision Technologies har gett drönardetekteringssystemet beteckningen Tornado
Standardsensorblocket Tornado väger 16 kg, dess diameter är 30 cm och dess höjd är 48 cm; även om det också planeras att utveckla en mindre enhet med måtten 26x47 cm och en massa på 11 kg.
Införandet av en visuell detekterings- och spårningsfunktion i systemet, såväl som möjligheten av dess anslutning till vissa anti-UAV-system, övervägs. "Vårt Tornado-system kan bara upptäcka UAV:er med en infraröd kamera. utan att använda några RF-system. Den största fördelen med Tornado framför RF-system är att radar kommer att fungera bra i områden utan störningar, men när du befinner dig i ett område med byggnader och annan infrastruktur börjar radarn få problem med att upptäcka små UAV. Vårt system består av två huvudkomponenter, den första är en IR-kamera som scannar 360° och ger en panoramabild, den andra komponenten är algoritmer som kan upptäcka små mål när de är i rörelse”, förklarade vice vd för marknadsföring på företaget Controp Johnny Carney. "Att utveckla en algoritm är svårt eftersom du vill upptäcka ett rörligt mål men utesluta saker som moln och andra rörliga föremål."
En typisk Tornado-operatörsskärm som visar en IR-panoramabild (överst), en ögonblicksbild från en IR-panoramakamera (nedre till vänster) och en satellitbild av motsvarande markområde (nedre till höger)
"Tornado är ett detekteringssystem, och om du vill spåra systemet och få positions- och avståndsdata måste du byta till ett annat system för att göra en del av arbetet ... och om du vill spåra målet och se mer detaljer, då använder du ett annat optoelektroniskt system för att få en kontinuerlig videoström”, förklarade Carney.
Den stora nackdelen med systemet är dock att det inte kan skilja till exempel fåglar i storlek som en drönare från riktiga mål, för detta behövs en operatör.
Carney menar att få effektiva lösningar har utvecklats som skulle kunna tillhandahålla alla aspekter av detektering och spårning som potentiella kunder behöver, samtidigt som de tillägger att det finns ytterligheter i kraven på system. Från individer som vill ta emot varningssignaler om UAV:er som flyger över deras egendom, till skydd av nationell infrastruktur och anläggningar på slagfältet. "Till exempel vill vissa militärer ha system som kan hindra drönare från att flyga över deras stridsfordon. Det finns olika sätt att uppfylla kraven, också mycket beror på vilka medel du kan spendera, och detta är ett av många problem. Naturligtvis, om du vill ha bättre skydd måste du använda en kombination av radar och infraröd för detektering, och en infraröd och halvledarkamera (CCD) för spårning."
Carney tror att det är möjligt att möjliggöra analyser som automatiskt kan bestämma typen av mål, men tillade samtidigt att du aldrig kommer att få 100 % noggrannhet, eftersom det alltid finns en chans att "köra på" en drönare som ser ut som en fågel, och därför för att hjälpa operatörer kommer alltid att behöva avancerade komplexa igenkänningsalgoritmer.
CACIs SkyTracker-system är designat för att ge passiv detektering genom vad företaget beskriver som en "elektronisk perimeter". Detta system kan fungera kontinuerligt i alla väder.
SkyTracker-systemgränssnitt
SkyTracker-systemet använder flera sensorer som kan upptäcka, identifiera och spåra UAV:er genom deras radiokontrollkanaler. Användningen av flera sensorer gör att du kan bestämma UAV:s position genom metoden för triangulering och exakt geolokalisering. Dessutom kan SkyTracker bestämma var UAV-operatörerna befinner sig.
Som redan nämnts gör den lilla storleken, svaga termiska signaturen, miljön med mycket störningar och komplexa flygvägar kampen mot UAV till en mycket svår uppgift.
Venom-systemet, som använder LLDR-teknik, är installerat på en universell gyrostabiliserad plattform
Till detta måste vi också lägga till ett möjligt koncept för stridsanvändning. "Problemet med små UAV är att de kan lyfta och landa i det område du vill skydda. Till exempel när det gäller krigföring måste du alltid försvara fronten - du vill inte att ett fiendefordon som ännu inte är över ditt huvud ska flyga in på ditt territorium. Och om vi pratar om att säkerställa nationell säkerhet, så i det här fallet kanske små UAV:er redan finns i området som du vill skydda, säger Carney.
Medan tonvikten i mot-UAV ligger på att bekämpa hotet från individuella drönare, kan de sofistikerade "packnings"-attackerna som utvecklas av militären potentiellt innebära betydande utmaningar för defensiva system.
Många av de föreslagna lösningarna inkluderar möjligheten att upptäcka och spåra flera mål. Men den största svårigheten kommer troligen att vara att förhindra dussintals drönare från att nå sitt mål. Även med ett tillräckligt antal neutraliserande element, kan försvar "brytas igenom" helt enkelt genom att vara i undertal, speciellt om flocken är "smart" och kan anpassa sig till reaktionen från försvarssystem.
Den fysiska karaktären hos de föreslagna och utvecklade lösningarna kommer sannolikt också att spela en betydande roll för att avgöra deras effektivitet. På grund av hotens höga manövrerbarhet, på grund av att de inte är bundna till vissa platser (även UAV:er på taktisk nivå kan fungera med minimal infrastruktur), måste försvarssystemen också vara lika mobila och detta bör beaktas. Till exempel kan stora system som Saabs Giraffe radarstationer monteras på fordon för att öka rörligheten. I allmänhet var många av de utvecklade integrerade lösningarna ursprungligen utformade för att transporteras, konfigureras och monteras med ett minimum av personal.
"En nyckelfunktion i vårt AUDS-system är att det snabbt och enkelt sätts samman och återinstalleras utan problem, det vill säga att du sätter det på ett fordon och snabbt överför det till en annan position. Inte en del av den väger mer än 2,5 kg, säger Redford.
De relativt små avstånden mellan lanseringen av drönaren och platsen för dess neutralisering beaktas också. "Vi antog för några år sedan när vi började utveckla vårt system att neutraliseringen av dessa mycket manövrerbara hot kunde utföras med mycket manövrerbara och mobila medel ... avstånden är nära och eventuell förstörelse kommer att inträffa högst några kilometer, ibland några hundra meter, och därför behöver du inte dyra medel, stora och stabiliserbara. Jag tror att detta är en negativ faktor i den här typen av krig, säger Sella från RADA Electronic Industries.
Resultat
Hotet från UAV:er utplacerade av terroristgrupper och andra illegala organisationer är nu allmänt erkänt. Civila och militära mål kan angripas av drönare, det kan vara en attack mot infrastruktur eller leverans av giftiga ämnen eller en enkel "primitiv attack".
På slagfältet kan militära styrkor inte längre förlita sig på att vara de enda drönaroperatörerna eftersom fler och mer effektiva system dyker upp från upprorsgrupper och andra paramilitära organisationer.
Inom båda områdena – nationell säkerhet och stridsformationer – betraktas nu effektiva åtgärder för att bekämpa UAV:er som en integrerad del av den övergripande strategin. Deras genomförande är fortfarande på stadiet av medvetenhet och förståelse. Den enklaste och mest tillförlitliga lösningen (åtminstone för den närmaste framtiden) är att använda och modifiera system utformade för andra ändamål. Men på lång sikt, när hoten blir mer komplexa, kan det bli nödvändigt att vidareutveckla speciella tekniker för att bekämpa drönare.
Material som används:
www.lockheedmartin.com
www.airbusdefenceandspace.com
www.iai.co.il
www.saab.com
www.blighter.com
www.onr.navy.mil
www.darpa.mil
www.rafael.co.il
www.textron.com
www.controp.com
www.caci.com
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org