Ανίχνευση και εξουδετέρωση Mini-Drones-Αναγκαιότητα και επιχειρηματική ευκαιρία σε μια αναδυόμενη αγορά ...

Αισθητήρες και τεχνικές εναντίον ασύμμετρων απειλών

Εισαγωγή

Άρθρο του Joint Air Power Competence Centre (JAPCC)*

Μικρά (15–150 kg), μίνι (<15 kg), μικρο (<66 J ενεργειακή κατάσταση). Τα μη επανδρωμένα εναέρια συστήματα (UAS) θα πολλαπλασιαστούν δραστικά στο εγγύς μέλλον με ταχέως αναπτυσσόμενες επιδόσεις και λειτουργίες. Η πρόοδος στην αποθήκευση ενέργειας, στα υλικά και στις μεθοδολογίες σχεδιασμού, σε συνδυασμό με τη διαθεσιμότητα εμπορικών ή ανοιχτών λογισμικών εφαρμογών, θα επιτρέψει όλο και μικρότερες και φθηνότερες πλατφόρμες για ένα ευρύ φάσμα πιθανών χρήσεων. Ενώ μια τέτοια προηγμένη τεχνολογία σημαίνει μια τεράστια ευκαιρία για τον στρατό και τη βιομηχανία, η εναλλακτική και η χρήση τους για εγκληματικούς και τρομοκρατικούς σκοπούς επίσης δεν αποτελεί πλέον εικονικό κίνδυνο. Όπως δείχνουν πολλά πρόσφατα παραδείγματα, τα μικρά UAS-drones έχουν γίνει πραγματική απειλή τόσο για πολιτικούς όσο και για στρατιωτικούς στόχους.

Η ανίχνευση, η ταυτοποίηση και η εξουδετέρωση τέτοιων UAS που πετούν κοντά σε βασικές υποδομές ή ευαίσθητες περιοχές (π.χ. κυβερνητικά κτίρια, τοποθεσίες εκδηλώσεων υψηλού προφίλ, φυλακές, στρατιωτικές εγκαταστάσεις) έχει γίνει επομένως κρίσιμη ικανότητα. Μέχρι στιγμής, τα παραδοσιακά αντίμετρα έχουν δείξει την αδυναμία τους σε αυτό το θέμα. Οι μη συμβατικές απειλές απαιτούν πιο προηγμένες λύσεις και πολλές βιομηχανικές και κυβερνητικές πρωτοβουλίες αυξάνονται για να αντιμετωπίσουν αυτήν τη νέα απειλή.

Νέες εξελίξεις, όπως προηγμένες παθητικές και ενεργές πολυφασματικές τεχνολογίες, φαίνονται πιο εφικτές για την αντιμετώπιση της πρόκλησης αντι-drone. Πολλαπλοί τομείς (ηλεκτρομαγνητικοί, ακουστικοί, ηλεκτρο-οπτικοί), πολλαπλοί αισθητήρες (ενεργό ραντάρ, παθητικοί ηλεκτρομαγνητικοί δέκτες, ακουστικοί αισθητήρες, κάμερες υπέρυθρης ακτινοβολίας), σύστημα πολλαπλών παρεμβολών / εξαπάτησης συστημάτων, ενσωματωμένα μέσω μιας αποκλειστικής ικανότητας εντολών & ελέγχου (C2), είναι βασικά στοιχεία αυτής της προσέγγισης. Τέλος, η αξιοποίηση των δυνατοτήτων στον κυβερνοχώρο είναι ένας σημαντικός φορέας για την αντιμετώπιση της απειλής του μίνι drone, αν και οι αντίστοιχες λύσεις είναι ακόμη ανώριμες. Οι ανώτερες γνώσεις, δεξιότητες και εργαλεία στον τομέα του κυβερνοχώρου θα είναι πιθανώς ο πιο αποφασιστικός παράγοντας για μια επιτυχημένη άμυνα.

Πολύ μικρό και απλό για να είναι απειλή;

Τα drone γίνονται γρήγορα εργαλεία του εμπορίου σε πολλές βιομηχανίες και θα μπορούσαν να ταξινομηθούν σε τμήματα της αγοράς: Κυβέρνηση (συμπεριλαμβανομένου του Στρατιωτικού τομέα), Επιχειρήσεις (Εταιρείες / Επιχειρήσεις) και Καταναλωτές (Προσωπικά / Χόμπι).

Δεδομένου ότι τα drone πετούν σε  χαμηλό ύψος πάνω από το έδαφος, λειτουργούν κυρίως εκτός της παραδοσιακής κάλυψης ραντάρ που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση πολιτικών αεροσκαφών. Επίσης, τα συστήματα στρατιωτικά ραντάρ, συνήθως δεν έχουν σχεδιαστεί για την ανίχνευση αεροσκαφών με τόσο μικρή ανακλαστική επιφάνεια (RCS).

Σύμφωνα με τις οδηγίες του «Drones Operating in Syria and Iraq» που δημοσιεύτηκε από το Κέντρο Μελέτης των Drones στο Bard College (Annadale-On-Hudson, Νέα Υόρκη) το 2016, «υπάρχουν περισσότερα drones, κατασκευασμένα σε περισσότερες χώρες, και από περισσότερες ομάδες από ότι σε οποιαδήποτε άλλη προηγούμενη σύγκρουση ». Μεταξύ των 38 διαφορετικών τύπων UAS, μεταξύ των οποίων και drone που έχουν τροποποιηθεί με εκρηκτικά και μετατραπεί σε αυτοσχέδιες εκρηκτικές συσκευές».

Ωστόσο, τέτοια χρήση μίνι-drone δεν μπορεί να περιορίζεται σε ζώνες πολέμου ή σύγκρουσης. Η πιθανότητα πολλαπλασιασμού των απειλών σε άλλες περιοχές, σε συνδυασμό με την αδυναμία του παραδοσιακού ελέγχου και άμυνας του εναέριου χώρου να αντιμετωπίζει αποτελεσματικά τέτοια μικρά και χαμηλής πτήσης αντικείμενα, υπογραμμίζει ακόμη περισσότερο την επιτακτική ανάγκη για κατάλληλη τεχνολογία αντι-drone. Επομένως, πολλές εταιρείες έχουν δημιουργήσει έντονα προγράμματα έρευνας και ανάπτυξης για την παροχή αποτελεσματικών λύσεων.

Ανίχνευση και αναγνώριση drones

Η άμυνα ενάντια σε απειλές mini drone είναι ένα περίπλοκο ζήτημα, καθώς δεν αφορά μόνο την εξάλειψη του drone, για να το αποτρέψει από την ολοκλήρωση της αποστολής του. Η επιτυχής άμυνα πρέπει να διασφαλίσει την άμεση ανίχνευση και ταυτοποίηση του αντικειμένου προτού το εξουδετερώσει σε ένα ασφαλές πλαίσιο για την ασφάλεια των ανθρώπων στην περιοχή καθώς και την ελαχιστοποίηση της παράπλευρης ζημιάς. Δεδομένων των φυσικών και κινηματικών χαρακτηριστικών του drone και των τυπικών τρόπων χρήσης, απαιτείται μια προσέγγιση πολλαπλών αισθητήρων για τη βελτίωση της ικανότητας ανίχνευσης. Επί του παρόντος δοκιμάζονται πολλές επιλογές, καθεμία με τα δικά της πλεονεκτήματα και αδυναμίες:

Αισθητήρες Ηλεκτρομαγνητικοί. 

Τα αμυντικά συστήματα θα μπορούσαν να εκμεταλλευτούν την ξαφνική παρουσία ηλεκτρονικού σήματος, που χρησιμοποιείται για την αποστολή των εντολών από τον πιλότο στο drone (uplink) και για την αποστολή δεδομένων και εικόνων από το drone στο post command (downlink). Αυτά τα ραδιοσήματα μεταδίδονται σε γνωστές και τυποποιημένες συχνότητες, είναι σχετικά εύκολο να παρακολουθούνται με ηλεκτρονική παρακολούθηση σε αυτόματο τρόπο. Επιπλέον, μπορούν να εφαρμοστούν τεχνικές παθητικής γεωτοποθεσίας για τον εντοπισμό τόσο του drone όσο και του σταθμού ελέγχου. Όμως σε τρομοκρατικές επιθέσεις ή και στρατιωτικές εφαρμογές δεν είναι σίγουρο και δεδομένο ότι drone και χειριστής θα εκπέμπουν (αυτόνομη πτήση)

Ενεργό/παθητικό ραντάρ. 

Ένας αισθητήρας ειδικά διαμορφωμένος στην ανίχνευση εναέριων στόχων είναι το ραντάρ. Ωστόσο, τα mini-drone είναι δύσκολο να εντοπιστούν και να αναγνωριστούν, λόγω των πολύ χαμηλών υπογραφών ραντάρ (με RCS της τάξης των 0,01 m2). Επιπλέον, είναι μια τεράστια πρόκληση να διακρίνουμε τον στόχο από άλλα αντικείμενα, ιδίως σε αστικό περιβάλλον, με μεγάλη πιθανότητα ψευδών ειδοποιήσεων. Οι προκλήσεις αυξάνονται όταν προσπαθείτε να χρησιμοποιήσετε παθητικό (διστατικό) ραντάρ.

Υπέρυθροι αισθητήρες. 

Μαζί με ηλεκτρομαγνητικούς αισθητήρες, άλλες υποσχόμενες συσκευές θα μπορούσαν να είναι θερμικές κάμερες, χρησιμοποιήσιμες υπό συνθήκες χαμηλής ορατότητας και τη νύχτα. Οι υπέρυθροι αισθητήρες θα μπορούσαν να αποκαλύψουν drone χωρίς να υπάρχει έντονος φωτισμός λόγω της δυνατότητας εντοπισμού θερμικών σημείων που παράγονται από κινητήρες. Τέτοια hotspots, που βρίσκονται σε σταθερές θέσεις σε σχέση με τη δομή του drone, συμβάλλουν επίσης στην αυτόματη αναγνώριση αντικειμένων κάνοντας χρήση βιβλιοθηκών αναφοράς εικόνας IR.

Ακουστικοί αισθητήρες. 

Κατά τη διάρκεια της πτήσης, τα αεροσκάφη παράγουν θόρυβο τόσο στις ακουστικές συχνότητες όσο και στους υπερήχους. Οι ακουστικοί αισθητήρες αποκαλύπτουν την παρουσία μίνι-drone, καθώς επίσης βοηθούν στην ταξινόμηση του στόχου με βάση τα χαρακτηριστικά θορύβου ειδικά για το μοντέλο drone. Ωστόσο, το εύρος λειτουργίας των ακουστικών αισθητήρων περιορίζεται σε μερικές εκατοντάδες μέτρα. Σε μεγαλύτερες αποστάσεις, τα αεροσκάφη χάνονται σε θόρυβο στο παρασκήνιο. Από την άλλη πλευρά, τα ραντάρ έχουν τυφλό σημείο σε μικρότερες αποστάσεις. Αυτό σημαίνει ότι ο ακουστικός αισθητήρας, που αποτελείται από μια σειρά μικροφώνων, είναι ένα συμπλήρωμα για συστήματα ραντάρ για κάλυψη τόσο μεγάλων όσο και μικρών αποστάσεων. Όντας σχετικά φθηνοί, οι ακουστικοί αισθητήρες είναι αποτελεσματικά εργαλεία για τη συνεχή παρακολούθηση ιδιαίτερα ευαίσθητων περιοχών.

Εξουδετέρωση drones

Η ανίχνευση και η ταυτοποίηση είναι απαραίτητα, αλλά είναι μόνο τα πρώτα βήματα για την επίλυση του προβλήματος της εξουδετέρωσης του drone. Οι επιλογές «hard kill» ή φυσικής καταστροφής περιορίζονται σε ζώνες μάχης ή σε ανοιχτό πεδίο, όπου οι συνέπειες της πτώσης συντριμμιών, εξοπλισμού ή άλλων επιβλαβών αντικειμένων είναι γενικά "ανεκτές". Σε ένα αστικό σενάριο, προτιμάται μια διαφορετική προσέγγιση που στοχεύει στο "Soft Kill". Οι ακόλουθες επιλογές έχουν αποδειχθεί ότι είναι εφικτές και αποτελεσματικές:

Παρεμβολή. 

Μια πρώτη επιλογή είναι να επηρεάσετε με παρεμβολή τα ραδιοσήματα που εντοπίστηκαν και ταυτοποιήθηκαν προηγουμένως, τα οποία θα διακόψουν τον έλεγχο του drone από τον χειριστή. Τότε θα μπορούσε να αναγκαστεί να προσγειωθεί σε ασφαλή περιοχή ή να συντριβεί χωρίς να διακινδυνεύσει παράπλευρη ζημιά.  Σύμφωνα με τις προγραμματισμένες λειτουργίες, το drone στη συνέχεια μπαίνει αυτόματα σε κατάσταση ασφαλούς αστοχίας, προκαλώντας την προσγείωση ή την επιστροφή στον χειριστή. Αυτή η προσέγγιση  ωστόσο, απαιτεί τη δημιουργία μεγάλης ηλεκτρομαγνητικής ισχύος και εμπλοκής ευρέος φάσματος όλης της περιοχής, κάτι που μπορεί επίσης να οδηγήσει στην ανεπιθύμητη παρεμβολή φιλικών επικοινωνιών. Μια πιο εξελιγμένη και επιλεκτική τεχνική είναι η λεγόμενη «Smart Jamming», η οποία συνίσταται στην εμπλοκή του σήματος ελέγχου μόνο σε ορισμένες συγκεκριμένες χρονικές στιγμές, σύμφωνα με το συγκεκριμένο πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί το τηλεχειριστήριο του ραδιοφώνου. Η πρόκληση είναι και πάλι να εντοπιστεί με επιτυχία το συγκεκριμένο σήμα ελέγχου / διεύθυνσης UAS, του οποίου η κυματομορφή και η κωδικοποίηση πρέπει στη συνέχεια να συγκριθούν με τα διαθέσιμα δεδομένα για σωστή αναγνώριση.

Πραπλάνηση GPS. 

Η πιο αποτελεσματική αν και πολύπλοκη τεχνική είναι η παραπλάνηση του Global Positioning System (GPS), υπό την προϋπόθεση ότι το drone στόχος χρησιμοποιεί δορυφορική πλοήγηση. Για το σκοπό αυτό, μια συσκευή παραπλάνησης μεταδίδει δορυφορικά σήματα ενώ εξαπατά τον στόχο με ψευδή δεδομένα θέσης. Αυτό απαιτεί τη γνώση της ακριβούς θέσης και της ταχύτητας του drone, το οποίο μπορεί να παρέχεται από έναν αισθητήρα ραντάρ. Απαιτείται επίσης ακριβής προγραμματισμός κάθε φάσης παραπλάνησης για τη μείωση της αποτελεσματικότητας των αντιμέτρων ορισμένων έξυπνων συστημάτων καθοδήγησης με βάση το GPS

Όπλα κατευθυνόμενης ενέργειας 

Εκτός από αυτές τις τεχνικές "soft kill" αναπτύσσονται όπλα που παράγουν έναν ηλεκτρομαγνητικό παλμό μικροκυμάτων υψηλής ισχύος, ο οποίος είναι εξαιρετικά αποτελεσματικός έναντι του ηλεκτρονικού εξοπλισμού drone. Με μια ειδικά διαμορφωμένη κεραία ή πομπό, η ενέργεια μπορεί να εστιαστεί σε περιορισμένη περιοχή και περιορισμένο εύρος. Υπό ορισμένες συνθήκες, τέτοια όπλα θα μπορούσαν ιδανικά να συμπληρώσουν τις άλλες τεχνικές για την εξουδετέρωση μικρών drone.

Οι αισθητήρες και τα αντίμετρα πρέπει να συντονιστούν και να ενσωματωθούν, σε έναν σταθμό διοίκησης & ελέγχου (C2)....

Άποψη

Ο Michael Blades, διευθυντής έρευνας στην εταιρεία έρευνας αγοράς Frost & Sullivan, λέει ότι πριν από ένα χρόνο η βιομηχανία κατά των drone ήταν πολύ νέα για να προσφέρει ακόμη και εκτίμηση της αγοράς. Αλλά τα πράγματα έχουν αλλάξει και γρήγορα. Η επιχείρηση κατά των drones αποτιμάται «μεταξύ 500 εκατομμυρίων και ενός δισεκατομμυρίου δολαρίων το 2018-2019». Ο Blade δεν είναι μόνος στη σκέψη του, άλλες εταιρείες της αγοράς προβλέπουν ρυθμούς ανάπτυξης έως και 26 %, με τιμές αγοράς να φτάνουν τα 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2023. «Νομίζω ότι η διψήφια ανάπτυξη είναι ένα ξεπερασμένο συμπέρασμα», λέει ο Blades, «μόνο και μόνο επειδή ξεκινούν από σχεδόν μηδέν τώρα

Πολλές εταιρείες σε όλο τον κόσμο προτείνουν λύσεις σε αυτόν τον αναδυόμενο τομέα, ακόμα κι αν πολλές δραστηριότητες έρευνας και ανάπτυξης είναι ακόμη σε εξέλιξη και κανένας πωλητής δεν είναι σε θέση να αποδείξει την ωριμότητα ενός «συνολικού όπλου». Από τις ΗΠΑ έως τη Ρωσία, συμπεριλαμβανομένης της Ευρώπης, δημοσιεύονται καθημερινά ανακοινώσεις για νέες λύσεις και πειραματικά αποτελέσματα...

Σε κάθε περίπτωση, κάθε προτεινόμενη λύση, αρθρωτή και επεκτάσιμη σύμφωνα με τα επιχειρησιακά σενάρια και τις ανάγκες του τελικού χρήστη, είναι αρκετές φορές πιο περίπλοκη από την απειλή, απαιτώντας πληθώρα πόρων.

By Daniela Pistoia, Corporate Chief Scientist, ELT Group

 

*Based on a Memorandum of Understanding (MoU), the JAPCC is sponsored by 16 NATO nations who provide a variety of experienced Subject Matter Experts (SME) that come from all three services. Through its multi-discipline organization, the JAPCC chooses the most suitable SMEs for the task and combines their knowledge and experience to fully contribute to transforming NATO’s A&S Power. More importantly, the JAPCC is not constrained by the need for consensus or by political expediency in developing ideas. It can offer independent military advice across the spectrum of A&S Power to NATO HQs and national policy-making bodies

ΥΓ

Ίσως γίνομαι κουραστικός αλλά θα το ξαναγράψω...

Στη χώρα μας υπάρχει ένα 100% ελληνικής σχεδίασης και κατασκευής radar εντοπισμού drones...Το radar "ΤΗΛΕΜΑΧΟΣ"...

Θέλω να πιστεύω πως οι αρμόδιοι παρακολουθούν τις εξελίξεις και σχεδιάζουν την αξιοποίηση συστημάτων όπως το radar "ΤΗΛΕΜΑΧΟΣ" της ΕΑΒ, που εντοπίζει επιτυχώς και αποδεδειγμένα mini drones...