Актуальные вопросы противодействия современным автономным беспилотным летательным аппаратам и FPV- дронам
Авторы: Николаев Н.В., Ильин В.В., Некрасов М.И.
Источник: Вопросы безопасности. 2024. № 1
В настоящее время развитию систем физической защиты (СФЗ) важных объектов уделяется значительное внимание [1–3]. Это обусловлено в том числе появлением новых средств реализации угроз безопасности – современных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с взрывными устройствами. Так, автономные БПЛА, осуществляющие полет по загруженной программе, не излучают радиосигналы и, как следствие, не обнаруживаются специализированными средствами радиотехнической разведки из состава объектовых СФЗ. В свою очередь, БПЛА, управляемые пилотами по видео с курсовых камер в режиме «от первого лица» (далее – FPV-дроны), характеризуются малыми размерами, высокой скоростью и маневренностью, наличием оригинальных параметров каналов управления и передачи данных. У казанные летательные аппараты являются «неудобными» целями с высоким потенциалом к преодолению существующих систем безопасности. При этом автономные БПЛА и FPV-дроны обладают приемлемыми техническими параметрами (скоростью и продолжительностью полета, грузоподъемностью) для применения в противоправных целях, например, для совершения террористических и диверсионных актов.
Для нейтрализации указанных угроз в настоящее время проводятся исследования, направленные на поиск эффективных методов противодействия таким средствам [1, 4]. Выбор метода противодействия современным БПЛА является сложной научно- технической задачей, решение которой требует учета многих факторов, например, места расположения и конфигурации объекта, особенности прилегающей территории, необходимости обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и других [3, 4]. Указанное обусловливает актуальность темы данного исследования.
С учетом отмеченного целью настоящей статьи является выявление эффективных методов противодействия современным автономными БПЛА и FPV-дронами в интересах развития научно-методического аппарата обоснования СФЗ объектов.
В этой связи для достижения цели исследования оценим возможности современных БПЛА, изучим практику их применения для выявления ключевых особенностей. Проведем критический анализ основных методов противодействия БПЛА и на его основе представим их краткую характеристику, определим достоинства и недостатки. Кроме того, по результатам исследования предложим направления развития средств противодействия современным автономным БПЛА и FPV-дронам.
Результаты анализа возможностей и практики применения современных БПЛА [1, 4–12]
позволили выделить их ключевые особенности:
– современные БПЛА обеспечивают возможность осуществления полетов в автономном режиме, при котором радиосигналы управления и передачи данных не излучаются, что делает такие летательные аппараты невидимыми для основных средств обнаружения – средств радиотехнической разведки;
– отдельные типы современных автономных БПЛА предоставляют возможность автоматического выявления и идентификации целей, а также совершения в их отношении различных действий в соответствии с заложенными алгоритмами (наблюдения, сопровождения, атаки) за счет размещения на их борту высокопроизводительных средств обработки информации для функционирования алгоритмов искусственного интеллекта;
– современные БПЛА имеют возможность изменения версии программного обеспечения, а также внедрения дополнительных каскадов усиления сигналов на борт БПЛА или наземную станцию управления (НСУ ), что придает им сравнительно большую устойчивость к радиоэлектронному воздействию относительно их базовой модификации;
– широкое распространение получили высокоманевренные самодельные FPV-дроны, собранные из готовых компонентов (имеющихся в свободной продаже), которые не всегда могут быть идентифицированы средствами радиотехнической разведки по характерным параметрам радиосигналов управления и передачи данных ввиду возможности применения в их составе нетиповых схемотехнических решений и приемо- передающих устройств, работающих в уникальных частотных диапазонах;
отдельные типы современных БПЛА, использующие для организации каналов управления и передачи данных ресурсы сетей сотовой связи, не поддаются выявлению среди множества других абонентов имеющимися средствами радиотехнической разведки.
Проведенный анализ возможностей современных БПЛА и практики их применения в ходе специальной военной операции на У краине, а также результаты исследования существующих средств обнаружения и противодействия им позволили заключить, что наиболее сложными целями, обладающими высоким потенциалом к преодолению существующих СФЗ, выступают автономные БПЛА и FPV-дроны с взрывными устройствами. В этой связи актуальной задачей является поиск эффективных методов противодействия таким средствам.
С этой целью проведем критический анализ основных методов противодействия современным БПЛА в контексте оценки возможности их применения для борьбы с автономными БПЛА и FPV-дронами.
Проведенный анализ публикаций [4–15] показал отсутствие единой общепринятой классификации методов противодействия БПЛА. Вместе с тем в работах по данной тематике рассматривают следующие методы воздействия [5, 13]:
– радиоэлектронное;
– информационно-техническое;
– электромагнитное;
– лазерное;
– акустическое;
– механическое.
Радиоэлектронное воздействие (радиоэлектронное подавление каналов управления, передачи данных и навигации) – это метод противодействия БПЛА, при котором осуществляется генерация и излучение помеховых сигналов для затруднения (блокирования, срыва) функционирования систем БПЛА и НСУ[13]. Технические изделия, реализующие данный метод, как правило, используют заградительную шумовую помеху на типовых частотах каналов управления, передачи данных и навигации БПЛА, которая обеспечивает неприемлемое соотношение сигнал/шум в полосе пропускания радиоприемного тракта БПЛА или НСУ.
Выделяют следующие разновидности метода радиоэлектронного воздействия [5, 13]:
– подавление каналов управления и передачи данных БПЛА;
– подавление средств спутниковой радионавигации (GPS, ГЛО НАСС, Galileo, BeiDou и др.);
– комбинирование разновидностей метода радиоэлектронного воздействия.
Метод радиоэлектронного воздействия БПЛА обладает следующими основными достоинствами [4, 5]:
– расходуется только возобновляемый ресурс – электроэнергия, а не средства поражения; избирательное воздействие осуществляется как на определенные типы БПЛА с заданными параметрами, так и на их отдельные бортовые системы;
– воздействие обеспечивается сразу на несколько БПЛА.
Вместе с тем использование данного метода сопряжено с рядом недостатков [4, 5, 7, 13]:
– возможность воздействия на каналы управления и навигации БПЛА только при условии соблюдения электромагнитной доступности, поскольку эффективность их подавления убывает пропорционально квадрату расстояния до цели;
– неспособность противодействия БПЛА, осуществляющих полет в автономном режиме (в режиме «радиомолчания») по заранее загруженной программе с использованием инерциальных или помехозащищенных навигационных систем;
– средства радиоэлектронного подавления не обеспечивают эффективное противодействие БПЛА, использующим уникальные протоколы информационного обмена и диапазоны частот для организации каналов управления и передачи данных;
– средства радиоэлектронного подавления имеют ограничения по применению, обусловленные необходимостью выполнения требований по электромагнитной совместимости с другими радиоэлектронными средствами;
– относительно невысокая эффективность противодействия БПЛА, использующим широкополосные сигналы для организации каналов управления и передачи данных;
– электромагнитное излучение средств радиоэлектронного подавления оказывает негативное влияние на операторов и другие технические средства;
– имеются правовые ограничения на применение средств подавления спутниковой радионавигации.
Важно отметить, что в настоящее время метод радиоэлектронного воздействия (подавления) является основным методом противодействия БПЛА. Однако развитие современных БПЛА в направлении повышения их помехоустойчивости для успешного функционирования в условиях сложной радиоэлектронной обстановки, а также широкое распространение самодельных FPV-дронов, работающих в уникальных частотных диапазонах, существенно снижает эффективность данного вида воздействия.
Информационно-техническое воздействие (перехват управления, спуфинг, ddos-атаки) – это метод противодействия БПЛА, при котором воздействие осуществляется путем перехвата управления, навязывания некорректных режимов функционирования бортовым системам и специальному программному обеспечению на БПЛА и/или НСУ . Для реализации указанного метода технические средства противодействия должны получить информацию об используемых протоколах управления и доступ к каналам управления и телеметрии с целью формирования и последующей передачи подменных команд или данных.
Выделяют следующие разновидности метода информационно-технического воздействия
– нарушение радиообмена между БПЛА и НСУ;
– нарушение информационного обмена между БПЛА и НСУ;
– изменение специального программного обеспечения на БПЛА и/или НСУ;
– подмена сигналов спутниковой радионавигации (GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou и др.). Нарушение радиообмена между БПЛА и НСУ предусматривает [5, 14]:
– срыв синхронизации и/или процедуры установления связи;
– навязывание некорректных режимов функционирования в канальных или сетевых протоколах радиосети;
– переполнение входного буфера путем DOS или DDOS-атак;
– нарушение функционирования программного обеспечения микроконтроллера управления средствами радиообмена.
Нарушение информационного обмена между БПЛА и НСУ включает [5, 14]:
– перехват управления БПЛА путем подмены пульта оператора;
– подмену управляющих команд с целью перевода БПЛА в некорректный режим полета, выключения двигателей, электропитания бортовой аппаратуры и полезной нагрузки;
– подмену данных телеметрии на НСУ.
Изменение специального программного обеспечения на БПЛА и/или НСУ предполагает несанкционированное внедрение [5, 14]:
– компьютерных вирусов в специальное программное обеспечение БПЛА;
– программных закладок в БПЛА, обеспечивающих прием и выполнение команд от сторонних источников.
Подмена сигналов спутниковой радионавигации (GPS, ГЛО НАСС, Galileo, BeiDou и др.) подразумевает создание ложного радионавигационного поля (GPS-spoofing) [14].
Метод информационно-технического воздействия на БПЛА обладает следующими достоинствами [7, 9, 14]:
– расходуются не средства поражения, а только возобновляемый ресурс – электроэнергия;
– полученная информация о формате и структуре используемых протоколов управления и обмена данными позволяет установить тип БПЛА, его координаты (на основе данных от бортовой навигационной аппаратуры) и координаты НСУ , статус (состояние) систем летательного аппарата, последовательность управляющих команд, параметры и настройки программного обеспечения и др.
– информационно-техническое воздействие характеризуется скрытностью, что существенно затрудняет для оператора своевременное и адекватное принятие мер противодействия;
– подмена радионавигационного поля позволяет существенно снизить эффективность применения некоторых типов автономных БПЛА.
Выделяют следующие недостатки данного метода [4, 5, 7]:
– перехват управления БПЛА представляется весьма нетривиальной научно-технической задачей, требующей от специалистов создания и постоянного пополнения базы данных о сигнальных, форматных, потоковых и сетевых параметрах каналов радиоуправления;
– невысокая эффективность подмены отдельных команд низкоуровневого управления и данных телеметрии, поскольку каждая последующая команда от НСУ и данные телеметрии от БПЛА делают неактуальными все предыдущие;
– эффективное информационно-техническое воздействие на БПЛА требует интеграции средств радио-и радиотехнической разведки, сетевой компьютерной разведки и др. в единый комплекс;
– использование аппаратуры криптографической защиты информации, а также широкополосных сигналов в канале связи между БПЛА и НСУ существенно затрудняет информационно-техническое воздействие на БПЛА;
– имеются правовые ограничения на применение средств подмены сигналов спутниковой радионавигации.
Следует отметить, что метод информационно-технического воздействия на БПЛА активно развивается. В настоящее время наибольшее распространение получили технические решения, обеспечивающие подмену сигналов спутниковой радионавигации.
Электромагнитное воздействие (функциональное поражение СВЧ излучением) – это метод противодействия БПЛА, основанный на дистанционном выведении из строя бортовой электроники электромагнитным излучением большой мощности [4]. Технические изделия (микроволновые излучатели, СВЧ-пушки) используют узконаправленное излучение, способное изменить электрофизические параметры полупроводниковых элементов радиоэлектронных систем путем их перегрева или пробоя с целью нарушения работы бортовых систем БПЛА. Эффективность функционального поражения электромагнитным оружием зависит от таких факторов, как напряженность электрического поля в точке нахождения цели, ее конструкции, а также частоты излучения.
Достоинствами метода электромагнитного воздействия являются следующие [7, 8]:
– расходуются не средства поражения, а только возобновляемый ресурс – электромагнитная энергия;
– средства электромагнитного воздействия обладают «площадным эффектом», что обеспечивает возможность поражения одиночных и групповых целей;
– способность воздействия практически на все типы БПЛА, в том числе автономные и FPV-дроны;
– средствам электромагнитного воздействия не требуется точное целеуказание и сведения о режимах работы БПЛА;
– погодные условия (дым, дождь, туман) не оказывают существенного влияния на дальность поражения.
К недостаткам метода следует отнести [4, 7, 8]:
– средства электромагнитного воздействия не обеспечивают избирательность в отношении поражаемых целей в зоне действия;
– имеет ограничения на применение в случаях нахождения в зоне поражения различных радиоэлектронных систем (например, в условиях городской застройки, при наличии объектов инфраструктуры и др.);
– требует больших энергетических затрат;
– для существенного снижения эффективности электромагнитного воздействия достаточно применить простые схемотехнические решения, направленные на уменьшение силы наведенных токов, а также экранировать электронные компоненты БПЛА (например, с помощью «клетки Фарадея»);
– излучение средств электромагнитного воздействия оказывает негативное влияние на операторов и других лиц в зоне их действия.
Необходимо отметить, что электромагнитное воздействие является эффективным методом противодействия БПЛА, который в настоящее время активно развивается в направлении обеспечения избирательного воздействия на цели.
Лазерное воздействие (функциональное поражение лазерным излучением) – это метод противодействия БПЛА, при котором воздействие на объект осуществляется узконаправленным высокоэнергетическим электромагнитным излучением в оптическом диапазоне волн.
В зависимости от плотности потока лазерного излучения выделяют следующие основные разновидности метода [4, 7]:
– термомеханическое воздействие на элементы БПЛА (разрушение, расплавление, испарение);
– поражение оптико-электронных приборов БПЛА (матриц приемников оптико- электронных систем);
– оптическое воздействие на оптико-электронные приборы БПЛА (ослепление). Достоинствами метода лазерного воздействия являются следующие:
– расходуются не средства поражения, а только возобновляемый ресурс – электроэнергия;
– термомеханическое воздействие (разрушение, расплавление) лазерных средств характеризуется скрытностью, что существенно затрудняет для оператора своевременное и адекватное принятие мер противодействия;
– лазерные средства обладают высокой избирательностью, поскольку требуют высокой точности наведения лазерного луча на цель;
– лазерные средства могут применяться по автономным БПЛА, осуществляющим полет в режиме «радиомолчания», и FPV-дронам;
– отсутствие механической инерции, обусловливающее способность лазерного луча поражать высокоманевренные цели;
– возможность регулировки степени воздействия на объект путем изменения мощности лазерного луча (от «ослепления» оптоэлектронных систем БПЛА до его физического разрушения).
Вместе с тем существует ряд недостатков метода лазерного воздействия:
– высокие требования к качеству целеуказания для средств лазерного поражения;
– высокие требования к системам наведения лазера, обусловленные необходимой точностью и продолжительностью непрерывного воздействия (0,5-15 с) на БПЛА для расплавления их элементов в условиях активного маневрирования;
– существующие лазерные установки имеют значительный интервал между сериями
«выстрелов», который может достигать десятков секунд, что негативно сказывается на возможности отражения групповой атаки БПЛА;
– на эффективность лазерного воздействия существенное влияние оказывают метеоусловия (дым, дождь, туман и др.), поскольку в газах атмосферы происходит затухание лазерного луча;
– высокая технологичность обслуживания и высокое энергопотребление;
– лазерные средства (химического типа) обладают значительными массогабаритными характеристиками и высоким тепловыделением;
– для снижения эффективности лазерного воздействия достаточно применить на БПЛА специальное покрытие, способствующее рассеиванию (отражению) лазерного излучения, а также оснастить летательный аппарат распылителем аэрозолей типа
«дымовая завеса»;
– высокая стоимость лазерных систем.
Следует отметить, что лазерное воздействие является перспективным методом противодействия БПЛА. Данный метод активно развивается в направлении поиска новых конструктивных решений, обеспечивающих устранение его основных недостатков.
Акустическое воздействие (акустическое подавление автономной навигационной системы) – это метод противодействия БПЛА, при котором происходит воздействие на гироскоп БПЛА акустическими колебаниями. Подобранное по частоте акустическое воздействие негативно влияет на работу гироскопических датчиков из-за эффекта резонанса. Это может приводить к дестабилизации летательного аппарата в пространстве и последующей аварии [4].
Данный метод характеризуется следующими достоинствами [4, 5]:
– расходуется только возобновляемый ресурс – электроэнергия, а не средства поражения;
– относительно невысокая стоимость технической реализации метода;
– акустические средства могут воздействовать на гироскопы автономных БПЛА, осуществляющих полет в режиме «радиомолчания».
Основные недостатки метода акустического воздействия [4, 5, 7, 8]:
– малая дальность действия существующих технических средств (до 40 м) и интенсивное звуковое воздействие мощностью порядка 140 дБ;
сложность подбора резонансной частоты разных моделей гироскопов БПЛА для создания аварийной ситуации;
– низкая эффективность метода противодействия БПЛА, обусловленная конструкцией гироскопов (в некоторых из них резонанс оказывает влияние только на канал ориентации по горизонтальной оси) и наличием магнитометров, дублирующих ориентацию БПЛА в горизонтальной плоскости;
– простым способом снижения эффективности данного воздействия является акустическая защита гироскопа вспененным материалом;
– требуется проработка вопросов обеспечения экологической безопасности таких средств, поскольку акустическое колебание на уровне 120-140 дБ соответствует болевому порогу и может привести к контузии оператора.
Необходимо отметить, что проведенные исследования и эксперименты выявили низкую эффективность данного метода по причине ограниченной дальности действия и требуемой высокой мощности акустического воздействия. В этой связи его применение для противодействия БПЛА считается нецелесообразным.
Механическое воздействие – это метод противодействия БПЛА, при котором происходит огневое поражение объекта (кинетическое воздействие) или его физический перехват (физическое воздействие) [4]. Огневое поражение направлено на разрушение (повреждение) БПЛА путем передачи ему кинетической энергии поражающего элемента. Физический перехват предполагает воздействие на БПЛА, приводящее к принудительной остановке и/или ограничению подвижности его конструктивных элементов.
В публикациях [4, 5, 7–12] выделены следующие основные разновидности метода механического воздействия:
– огневое поражение БПЛА средствами артиллерийского вооружения (зенитными артиллерийскими установками (ЗАУ ), зенитными пулеметными установками (ЗПУ ), зенитными ракетно-пушечными комплексами (ЗРПК)), управляемым ракетным вооружением (зенитно-ракетными комплексами (ЗРК), переносными зенитно-ракетными комплексами (ПЗРК)), стрелковым оружием (пулеметами, автоматами и т.д.) и БПЛА- камикадзе с взрывными устройствами;
– кинетическое воздействие БПЛА-перехватчиками таранного типа;
– применение БПЛА-перехватчиков с установленными средствами огневого поражения;
– применение систем метания объемных сетей, нитей или лент из высокопрочных материалов, клейких (вязких) и горючих аэрозолей, которые могут размещаться как на
«земле» в виде ручных (портативных), мобильных и стационарных установок, так и на БПЛА-перехватчиках;
– применение специально тренированных птиц для перехвата БПЛА.
К основным достоинствам метода механического воздействия можно отнести следующие [7–11]:
– захват малогабаритных БПЛА сетью является наиболее простым в реализации и достаточно эффективным методом;
– обеспечивает возможность поражения всех типов БПЛА;
– сравнительно невысокая стоимость средств поражения (кроме управляемого ракетного вооружения) и физического перехвата;
– для средств огневого поражения БПЛА метеоусловия (дым, дождь, туман и др.) не оказывают существенного влияния.
Основными недостатками метода механического воздействия являются [7, 9, 10, 12]:
– эффективное применение средств огневого (кинетического) воздействия требует задействования высокоточных комплексов целеуказания, производительных вычислителей баллистических данных и углов упреждения, а также автоматических средств наведения;
– при огневом поражении БПЛА средствами артиллерийского вооружения (ЗАУ , ЗПУ , ЗРПК) и стрелковым оружием происходит большой расход боеприпасов;
– применение средств огневого (кинетического) воздействия сопряжено с возможностью нанесения сопутствующего ущерба жизни и здоровью людей, элементам инфраструктуры и другим материальным ценностям;
– применение БПЛА-перехватчиков таранного типа или БПЛА-камикадзе зачастую приводит к их безвозвратной потере;
– применение БПЛА-перехватчиков не является эффективным методом противодействия в случае отражения групповой атаки малогабаритных маневренных БПЛА;
– применение клейких (вязких) и горючих аэрозолей сопряжено со следующими проблемными вопросами: сильной зависимостью от метеоусловий; ограничениями на использование в городских условиях; сложностью процесса образования аэрозольного облака с требуемым уровнем концентрации действующего вещества в заданном месте; небольшим «сроком жизни» аэрозольного облака; низкой эффективностью против активно маневрирующих БПЛА и др.;
– применение наземных систем метания объемных сетей ограничено дальностью действия не более 200-300 м;
– использование хищных птиц сопряжено с большими сроками их обучения, влиянием внешних раздражителей и психо-физиологических особенностей животных на эффективность перехвата БПЛА.
– Следует отметить, что механическое воздействие является сравнительно простым в реализации методом противодействия БПЛА с определенными ограничениями по применению технических средств и комплексов. При этом средства огневого поражения или физического перехвата в совокупности с системами обнаружения, целеуказания и автоматического наведения обладают достаточным потенциалом для противодействия современным БПЛА.
Библиография:
// Вооружение и экономика. 2021. № 4(58). С. 121–134.
«Науковедение». 2017. Т. 9. № 1. С. 1–7.
Галкин Д. В., Степанов А. В. Борьба с беспилотными летательными аппаратами: методы и средства иностранных армий // Военная мысль. 2021. № 6. С. 142–151.