Ангел-хранитель в кармане. Как работают компактные детекторы дронов типа "Сахарок"
Сфера военных технологий – это всегда соревнование меча (средств нападения) и щита (средств защиты). XIX век был временем противоборства пушки против брони. ХХ век запомнился погоней между ракетами и системами ПВО и ПРО. Нынешний век, скорее всего, пройдет под знаком противостояния дронов и систем противодействия им.
Сейчас оптимальным оружием против беспилотников считаются системы РЭБ, но под их "купол" невозможно взять всю линию фронта. Также для дронов-камикадзе уже активно ведется разработка систем наведения на базе ИИ, которые в значительной степени делают их неуязвимыми к воздействию помех. Учитывая это, еще более важным становится направление раннего обнаружения дронов.
Особым приоритетом является создание компактного, действенного и простого в использовании детектора. Liga.Tech рассказывает, какие уже есть наработки в этом направлении, почему так популярно устройство "Сахарок" и какие проблемы мешают повышению эффективности детекторов БпЛА.
Методы обнаружения дронов
На сегодняшний день у исследователей есть шесть основных способов выявления БпЛА, каждый со своими преимуществами и ограничениями.
Термический метод
Даже самый маленький БпЛА при эксплуатации излучает тепло, ведь его батарея, двигатель и другие компоненты нагреваются. Для их обнаружения используют тепловизионные системы. А в сочетании с нейросетями, обученными на тепловых сигнатурах основных моделей дронов, эффективность таких систем может возрастать в разы.
Главный плюс термического метода заключается в том, что он не зависит от капризов погоды и может обнаруживать дроны на дистанциях от одного до 15 километров. Главный недостаток – низкая точность.
Сканирование радиочастот
При работе с дроном оператор передает ему команды с помощью радиоволн. Назад он получает видео и телеметрию: данные о высоте, скорости, координатах, уровне заряда батареи и других показателях.
Сканер радиочастот может перехватить один из этих потоков и определить не только местонахождение дрона, но и его оператора, что даже важнее в условиях боевых действий. Они почти не зависят от условий ландшафта (поскольку дрон находится в воздухе) и могут охватывать площадь до 50 км. Однако в случае автономных дронов (типа "шахед"), летящих по заданным координатам, сканер радиочастот будет "слепым".
Сканирование радаром
РЛС излучает зондирующий сигнал, отражающийся от поверхности БпЛА и возвращающийся на приемник. Затем следует обработка сигнала, показывающая расстояние до объекта, его точные координаты, высоту и даже некоторые другие детали вроде модели устройства.
РЛС не зависят от погоды, а эффективный радиус обнаружения дронов оценивается в 20 км. Они оптимально подойдут для обнаружения тяжелых ударных дронов типа "байрактаров". Однако по мере уменьшения веса и размеров БпЛА сокращается и максимальная дальность обнаружения. Еще один фактор – материалы дрона. Многие квадрокоптеры изготавливают из композитных материалов, поэтому радиоволны отражаются от их поверхности частично или вообще проходят мимо.
Из других недостатков РЛС можно выделить серьезное влияние ландшафта и препятствий, высокую стоимость системы и ограничения в использовании близко к линии фронта – его сигналы засекаются вражеским радаром, поэтому охотник может превратиться в мишень.
С последним может помочь переход на пассивный режим работы, когда РЛС не испускает сигнал, а только считывает излучение других объектов: передачу сигнала с пульта на дрон и обратно. Но и здесь есть недостатки – в режиме пассивной работы РЛС может определять только направление движения дрона.
Оптический и акустический методы
Это, наверное, наименее эффективные способы, но все же стоит упомянуть и их. В первом случае используются камеры наблюдения высокого разрешения. Главные плюсы – низкая стоимость, возможность использовать небольшие устройства и точно идентифицировать модель дрона на близких дистанциях.
С другой стороны, метод сильно зависит от ландшафта и погодных условий, а также имеет малый радиус применения – до трех километров. Правда, его можно увеличить за счет размещения камер на высоте, например, на телекоммуникационной башне.
Издалека силуэт БпЛА напоминает силуэт птицы, так что велика вероятность фальшивых тревог. Впрочем, разработчики работают над интеграцией оптических сенсоров с нейросетями, анализирующими данные.
Акустический метод состоит в считывании звуковых сигналов (шум двигателя или вращение винтов) беспилотника. На одной стороне медали – небольшие размеры устройств. На другой – очень малое расстояние действия (до 200 метров), низкая точность и невозможность использовать в шумных средах – у заводов, автострад или линии фронта.
Гаражные изобретения
Самый болезненный вопрос обнаружения БпЛА все же стоит для линии фронта, где РФ активно насыщает свои войска FPV-дронами или дронами для разведки. Количество вражеских аппаратов вдоль линии столкновения уже исчисляется сотнями тысяч, а потому польза будет от любых систем обнаружения и противодействия, главное — побольше.
Все эти условия привели к возникновению неотложного запроса на компактные детекторы дронов. Устройство должно быть карманных размеров, чтобы боец мог повсюду брать его с собой. Также оно должно быть дешевым и, как следствие, массовым. Принцип работы тоже должен быть простым: если рядом появляется дрон – он подает звуковой сигнал, остальное время сохраняет режим тишины.
Детекторы дронов часто включаются в пакеты помощи от западных союзников. Так, в мае датская компания Defense Systems передала сотню карманных детекторов дронов Wingman 103. Они постоянно сканируют частоты в диапазоне 2,4 гГц и 5,8 гГц, на которых обычно работают БпЛА моделей Mavic и Autel, а также передается видеосигнал FPV.
Если в 6-километровом радиусе появляется дрон, аппарат включает звуковой сигнал, вибрацию или яркий свет. Раннее уведомление дает ценное время, чтобы покинуть опасную зону или подготовить контрмеры. За счет небольшого размера его можно крепить к поясу или другой экипировке. Устройство не зависит от погоды, а его заряда при подключении внешней батареи хватает на 14 часов.
Украинские разработчики уже создали ряд собственных компактных детекторов дронов, цена которых варьируется от 2000 до 20 000 грн. Однако безоговорочным лидером запросов военных остается "Сахарок" – разработка украинского программиста Дмитрия Селина, уже длительное время проживающего в Лондоне.
С началом вторжения он занимался кибератаками против РФ, программным обеспечением для ВСУ, а затем переключился на вопрос противодействия вражеским дронам. Больше жалоб от украинских защитников было на дроны-корректировщики, которые приводили вражескую артиллерию.
Селин получил и исследовал трофейные радиомодули от "Орланов", купил похожее оборудование и собрал приемник сигнала. Так и появился первый прототип "Сахарка". Как рассказывал сам изобретатель, закупить нужные компоненты было не так уж сложно, ведь в условиях санкций российские производители военных дронов пользуются гражданскими компонентами, так как те проще достать.
Главная сложность заключалась в создании алгоритма, который бы давал минимум ложных тревог. Другой задачей со звездочкой было научить устройство различать тип дронов, ведь для каждого есть свои контртактики.
Если это дрон-камикадзе, то лучше сразу покинуть транспорт, если корректировщик – ускориться, чтобы выйти из потенциальной зоны поражения артиллерией. В конце концов, решение помогла найти особенность большинства российских БпЛА: частота их сигнала прыгает, чтобы избегать действия РЭБ. У разных моделей оно происходит со своими паттернами, что и упрощает их идентификацию. Так, изобретение Селина умеет различать "Орланы", "Элероны", Zala, Supercam и "Ланцеты".
Свое удивительное название "Сахарок" получил по стечению обстоятельств. Дмитрий искал для первого прототипа готовый корпус, в который поместилась бы вся начинка, чтоб он был удобен в использовании. Наиболее оптимальным вариантом стала пластиковая коробка из-под сахара.
Тему с кулинарными аллюзиями он продолжил для дальнейшей деятельности. Так появилась компания Drone Spices (Дроновые специи) и последующие его продукты – "Уксус" (противодействие FPV), "Шафран" (детектор аналогового видео) и "Кари" (GPS-маячок).
Проблемы и перспективы развития
Хотя устройство и не было идеальным, но после его попадания на передовую заработало мощное "сарафанное радио" и Селина просто завалили заказами. Этому способствовал ряд простых, но очень эффективных технических решений.
Например, "Сахарок" работает в радиусе 5 км только на прием, поэтому отследить его вражескими средствами РЭР невозможно. Заряда аккумулятора в режиме ожидания хватает на 36 часов. А в прошлом году устройство еще и получило ряд полезных апгрейдов: более устойчивый к влаге корпус, разъем Type-C для быстрой зарядки, возможность отслеживать дроны типа Mavic и антенны, позволяющие работать в диапазоне 915 мГц и 2,4 гГц.
Селин рассказал, что сейчас самой большой проблемой "Сахарка" является выявление FPV-дронов. Аппарат может их фиксировать, но не слишком четко, потому что они переходят на пониженные частоты, а значит, нужна специальная антенна. К тому же, опытные операторы при подлете к цели исключают телеметрию, что дополнительно затрудняет их обнаружение.
В настоящее время Drone Spices находится на этапе реорганизации. Ранее в стоимость устройства закладывались только комплектующие и логистика, в то время как сборка проходила только на волонтерских началах. Масштабирование производства и налоги подтолкнули компанию к переходу к более классическому методу организации предприятия, а следовательно, и поднимать ценники.
Еще одним препятствием в работе компании Дмитрий называет поставщика некоторых дефицитных модулей, который стал пользоваться своим положением. Отчасти из-за этого очередь на "Сахарки" сейчас составляет 3-4 месяца.
Однако в этом вопросе уже есть положительные сдвиги благодаря привлечению инженеров к разработке собственных альтернатив. Но для того, чтобы изменения повлияли на темпы производства, нужно время. Тем не менее разработчики ожидают сокращения очереди уже в обозримом будущем.
Пример Селина вдохновляет и других украинских инженеров-любителей. Так, в Черниговской области команда старшеклассников разработала на основе "Сахарка" детектор, который использует ИИ. Первый прототип назвали "ЧАС" — частотный анализатор спектра, и скоро устройство будут тестировать военные на передовой.