WOR: Летающие СВУ. Зарождение угрозы
Компетентный и насыщенный интересными фактами рассказ от действующего пилота ВВС США о возможностях использования дронов в качестве носителей взрывных устройств различными милитаризованными группами.
19 октября 2016 года
Произошедший на прошлой неделе случай в Эрбиле, где дрон подорвал французский спецназ и бойцов пешмерга, вновь поднял вопрос об угрозе летающих самодельных взрывных устройств (СВУ). Один из авторов, пишущий для War on the Rocks, Ульрик Франк считает, что подобная проблема решаема и «вряд ли она фундаментально изменит обстановку на поле боя». Другой автор, Т. Х. Хаммс, описывает все в гораздо более мрачных тонах. Он видит, как некая прорывная технология «значительным образом меняет расстановку сил в конфликте между государством и негосударственными субъектами». Так кто из них прав?
Мы, пожалуй, начнем с другого вопроса. Негосударственные акторы (имеются в виду все типы негосударственных вооруженных формирований, организаций, сил, партизаны, повстанцы, ополчение, террористы, прим. переводчика) используют гражданских дронов по крайней мере уже несколько лет. Если мистер Хаммс прав, то почему мы видим так мало примеров их вооружения? Где все эти атаки?
Если отвечать кратко, то дело в том, что эра летающих СВУ едва только началась, так как ключевые технологии для этого еще не проработаны. Только два сектора рынка гражданских дронов предлагают высоконадежные устройства: это десяток видеодронов и высокотехнологичные коммерческие системы. Устройства, оптимальные для использования с СВУ, находятся где-то между ними. По мере вызревания необходимых технологий и появления надежных аппаратов, можно ожидать значительного увеличения числа атак с помощью летающих СВУ.
Рейтинг наиболее надежных коптеров, оснащенных камерой
Я хорошо знаком с данными технологиями, так как два года занимался развитием некоммерческой организации, которая специализировалась на доставке гуманитарных грузов с помощью дронов в окруженные районы в Сирии. В конце концов, организация распалась, однако опыт изготовления и управления нашими дронами, написания специальных программ автопилота и установления партнерских отношений в индустрии создания коммерческих дронов дал моей команде солидные знания о том, как развиваются данные технологии.
В основе нашей концепции была идея использования группы беспилотников для доставки грузов через обстреливаемое воздушное пространство. Мы четко осознавали, что наш аппарат может попасть не в те руки и стать оружием, поэтому тратили немало времени на то, чтобы разработать меры безопасности для исключения возможного злонамеренного использования. Сложный путь накопления опыта, по которому мы упорно шли в течение тех двух лет, это примерно тот же путь, по которому сейчас предстоит идти всем негосударственным субъектам.
Дрон, который планировалось использовать в качестве доставщика гумпомощи
Наипростейший способ произвести атаку это прикрепить взрывное устройство к серийному видеодрону, такому как DJI Phantom 4. Данные летательные аппараты (ЛА) широко доступны и легко управляются, однако плохо приспособлены для вооружения. Их грузоподъемность, время работы аккумуляторов и дальность полета сильно ограничены. Масса «Фантома 4» составляет 1,36 кг, и даже небольшая полезная нагрузка превысит его грузоподъемность. Подобные ограничения есть почти у всех любительских квадрокоптеров и самолетов на радиоуправлении. И тенденция рынка такова, что производители стремятся делать еще более миниатюрные и легкие системы. Их проработанные патентованные интерфейсы и разнообразные каналы передачи данных отлично подходят для обычных потребителей, но далеки от идеала для повстанцев или террористов.
Дрон DJI Phantom 4
С другой стороны есть сложные коммерческие системы, однако их высокая стоимость и низкая доступность делает их малопривлекательными для негосударственных субъектов с агрессивными намерениями. Исключениями здесь будут крупные, хорошо организованные субъекты, имеющие государственную поддержку, типа Хезболлы.
Профессиональный дрон Penguin B от компании UAVFactory
К счастью или несчастью, реальные возможности обнаруживаются в категории, промежуточной между этими двумя классами устройств. Создаваемые под заказ дроны этого промежуточного класса крупнее и имеют более широкий спектр более гибких возможностей, чем серийные видеодроны, но при этом значительно дешевле и доступнее, чем высокотехнологичные коммерческие системы.
Все комплектующие грузового дрона, который использовала моя команда, стоили около 700$. Он летал со скоростью до 60 км/ч, мог работать автономно и доставлять груз массой до 1 кг на дальности до 120 км (или до 2 кг на дальность до 60 км), сбрасывая его по заданным координатам с точностью от 4,5 до 15 м.
Благодаря специализированному ПО автопилота с возможностью точных настроек было очень просто отключать все каналы передачи данных, что позволяло защитить дрон от мер радиоэлектронного противодействия. Если сигнал GPS был подавлен, дроны могли продолжать полет с определенной степенью точности, ориентируясь по магнитному компасу. Мы писали программное обеспечение, которое позволяло генерировать полупроизвольные планы полетов для повышения живучести группы. Нашей целью было пронести гуманитарную помощь через опасное воздушное пространство, однако противник может применять подобные технологии и для организации атак.
Планы полетов группы дронов
В рамках побочного проекта я экспериментировал с созданием «повстанческого» дрона по самой низкой цене. В результате потребовался пенокартон, упаковочная лента и горячий клей, все это обошлось в 4$, и еще недорогие китайские комплектующие на 250$. Он был уродлив, но, тем не менее, мог доставить груз до 1 кг на дальность от 10 до 20 км.
Появляющиеся новые технологии могут сделать данный тип дронов еще более надежными. Навигация с помощью оптического потока позволяет дронам ориентироваться, привязываясь к местности, в зачаточном виде уже существует поддержка режима автоматического следования рельефу местности. Новейший тренд это машинное зрение, которое, как отмечает Хаммс, позволит дронам идентифицировать и наводиться на заданные цели без помощи внешнего управления.
Причина, по которой так мало дронов этого класса используют в качестве оружия, проста. Такие дроны, как правило, самодельные, а осуществление надежной интеграции систем в подобных летательных аппаратах это по-прежнему очень сложная задача. Компании-производители дронов перестали давать громкие обещания и теперь потихоньку экспериментируют и накапливают опыт. Один за другим разочаровывают или проваливаются стартапы, нацеленные на разработку новых дронов.
У моей команды случались бесчисленные аварии и даже одно серьезное возгорание. И наш опыт сложно назвать уникальным. На недавно прошедших соревнованиях дронов медпомощи десять высококлассных команд закончили свое выступление по причине крушения, возгораний или различных технических проблем с их аппаратами. Это путь обучения и накопления опыта, который придется пройти разработчику дронов, и террористы и повстанцы здесь не исключение.
Команды на соревнованиях дронов медпомощи 29 сентября 2016 года
Чтобы получить надежное летающее СВУ, прежде всего вам понадобится летательный аппарат. Множество моделей могут послужить базовым планером для него, но они редко продаются в качестве готовых решений. Комплект деталей для планера необходимо собрать и дополнить множеством других компонентов, таких как двигатели, регуляторы скорости, винты и аккумуляторы, большая часть всего этого будет поставляться из Китая, неизвестного качества, и может выдать сбой в тысяче ситуаций.
Выбор подходящих компонентов и их интеграция в надежно работающий ЛА это задача невероятной сложности. Все эти проблемы только усугубляются при повышении массы аппарата. Это означает более ограниченную область режимов полета, больше последствий от крушений, более мощную тягу, больше рисков возгораний и больше вибраций и нагрузок. На самом деле не так-то просто поднять в воздух тяжелый дрон с фиксированным крылом, даже небольшая ошибка центровки может привести к перевороту через крыло на взлете.
Сейчас множество компаний продает готовые решения, но, как правило, это аппараты любительского уровня. Некоторые компании просто навешивают ярлык унифицированных систем со сложной конфигурацией на обычные любительские дроны. В прошлом году компанию Prioria Robotics обвинили в том, что она продала министерству обороны США фактически дроны-игрушки по цене 240 тыс долларов за штуку. Доступные системы высокого качества постепенно появляются, но неустойчивый рынок дронов все еще в стадии фильтрации. В плане надежности дела идут с переменным успехом.
Тот самый дрон Maveric компании Prioria Robotics за 240 тыс. долларов
Так вот, как только вы построили летающий транспортировщик для СВУ, для него понадобятся «мозги». Самые популярные в мире программные стеки автопилота это ArduPilot на основе открытого исходного кода и его «брат» PX4, оба функционируют на недорогих автопилотах с открытым исходным кодом типа Pixhawk и его многочисленных китайских клонов. Это мощное сочетание, но сложное для освоения. Данные системы содержат сотни параметров, которые могут индивидуально настраиваться и влиять на все, начиная от чувствительности тангажа и крена до того, как автопилот справляется с потерей сигнала GPS. Достаточно ошибиться в одном из этих параметров, и крушение или перелет/недолет вам обеспечен. Это то, что мы испытали сами десятки раз. Вряд ли кто-то захочет столкнуться с подобными проблемами, когда к его дрону привязана взрывчатка.
Автопилот Pixhawk
Организация полета группы дронов - задача еще более сложная. Вам придется отработать такие процессы, как безопасное хранение, перевозка, предполетная подготовка, запуск и возвращение дронов на базу. На практике все это гораздо сложнее, чем звучит. Для реализации успешного полета необходимо добиться совершенства в сотне нюансов. Внимание ко всем этим нюансам требует дисциплины, слаженной командной работы и четких правил, инструкций и алгоритмов действий, все как в пилотируемой авиации. Команда из Школы повышения квалификации офицерского состава ВМС США, которая успешно провела полет группы из 50 дронов с фиксированным крылом, потратила большую часть времени подготовки, потребовавшей более двух лет, как раз на отработку этих казалось бы рутинных действий.
Фото с испытаний полета группы из 50 дронов в Школе повышения квалификации офицерского состава ВМС США
Зачаточное состояние технологий, призванных обеспечивать связь множества дронов с наземными станциями контроля, еще больше усложняет задачу. Наиболее доступные антенны телеметрической связи и программное обеспечение наземных станций надежно работают только с одним летательным аппаратом. Поднять в небо группу дронов все же возможно, многие исследовательские команды этим занимаются. Однако это сопряжено с большими трудностями и требует опыта, практики и творческого подхода в программировании.
Те самые 50 дронов
Все эти трудности будут усложнять процесс наработки опыта создания дронов у всех негосударственных субъектов. Правда, некоторые из них уже добились существенных результатов, в частности особенно заметны успехи в использовании дронов у сил ополчения на Украине. Они конструируют и эксплуатируют достаточно сложные устройства, используя озвученные здесь технологии. Учитывая их успешный опыт, другие группы, без сомнения, последуют их примеру.
Однако, если я прав, положение не настолько мрачное, как описывают другие авторы. По крайней мере, пока. Хаммс совершенно верно отмечает фактор быстро развивающихся технологий 3D печати, а его мысли по поводу легких СФЗ (снаряд, формирующийся при взрыве заряда, разновидность боеприпаса с ударным ядром, прим. переводчика) вызывают серьезное беспокойство. Однако он недооценивает сложность интеграции системы. Перефразируя Клаузевица, с дронами все очень просто, но самое простое оказывается наиболее сложным. Некоторые негосударствнные акторы и правда могут создать очень опасное оружие, как предвидит Хаммс, но на сегодняшний день это будут скорее исключения, чем устойчивая тенденция. Я подозреваю, что террористы сейчас как раз пытаются решать проблему перелета/недолета и частых крушений, все авиамоделисты-любители через это проходят.
Угроза летающих СВУ быстро возрастет, как только надежные системы начнут заполнять свою нишу над видеодронами на рынке. Необходимые для этого технологии быстро развиваются, под заполнение этой нише открывается множество новых проектов. По мере появления более приспособленных дронов задача доставки взрывного устройства к месту подрыва значительно упростится. А появление надежных станций управления группами дронов упростит организацию массовых атак. Усовершенствование аккумуляторов позволит увеличить полезную нагрузку дронов и доставлять ее на более дальние расстояния.
В последний год на рынке наблюдалась пауза, так как, несмотря на повышенный интерес к любительским дронам, сектор рынка самодельных дронов проходил сложный период падения и восстановления. Ситуация на рынке вынудила компанию 3D Robotics, лидера в сегменте самодельных моделей, срочно переориентироваться и свернуть разработку ключевых узлов и программного обеспечения для автопилота. Это серьезно ударило практически по всем производителям, заставив многие компании закупать комплектующие из резервов поставщиков-посредников или использовать китайские клоны. В виду чего пострадали характеристики надежности. Сейчас в индустрии происходит реорганизация и восстановление, а технологии нового поколения активно разрабатываются. Повышение надежности дронов и, соответственно, появление летающих СВУ еще впереди.
Что же делать? Прежде всего не нужно паниковать. Как-то мы выжили в мире, где люди и автомобили остаются наиболее эффективными носителями СВУ. Дроны с технологиями, их улучшающими, никуда не денутся и могут иметь массу полезных применений. Навязчивые попытки тормозить развитие технологий сейчас только повредят американским компаниям и лишат их конкурентоспособности на мировом рынке.
С учетом всего выше сказанного, угроза появления летающих СВУ достойна серьезного внимания. Я мало что могу добавить к великолепным рекомендациям Хаммса, разве только напомнить, что у данной проблемы нет простого решения. Постановка помех для каналов передачи данных, подавление или искажение сигнала GPS, укрепление защиты и оборона кинетическими средствами - все это будет полезно, но у всех этих методов есть свои слабые стороны. Эшелонированная оборона наиболее эффективна. Борьба с дронами, вооруженными бомбами, будет, как игра в кошки-мышки, так же, как это было с наземными СВУ, и потребует создания новых технологий и тактик. Меня радует то, что уже проводятся масштабные учения, посвященные отработке методов борьбы с данной угрозой, а также творческие инициативы вроде проведенного на площадке ВМС США хакерского марафона по теме дронов. Нам необходимы подобные инициативы, чтобы сохранять наше лидерство.
Схема перехвата управления дроном
Мы не можем позволить себе расслабиться и обнадеживать себя тем, что атаки с помощью СВУ, прикрепленных к дронам, редкое явление, оно пока еще редкое. Да, небольшие дроны быстро распространяются, хотя данные технологии находятся в детском возрасте, а существующие серийные устройства пока не годятся для успешного использования под СВУ. Меня больше беспокоит новое поколение дронов, и оно не за горами.
___________________
Автор статьи пилот военно-транспортного самолета С-17 ВВС США майор Марк Якобсен готовится защищать докторскую степень по гуманитарным наукам в Стэндфордском Университете. Он также являлся основателем и исполнительным директором компании Uplift Aeronautics. Его мнение не отражает официальную позицию ВВС или правительства США.