Янгол-охоронець у кишені. Як працюють компактні детектори дронів типу "Цукорок"

Сфера військових технологій – це завжди змагання "меча" (засобів нападу) і "щита" (засобів захисту). ХІХ століття було часом протиборства гармати проти броні. ХХ століття запам’яталось гонитвою між ракетами і системами ППО та ПРО. Нинішнє століття, скоріше за все, пройде під знаком протистояння дронів та систем протидії ним. 

Зараз оптимальною зброєю проти безпілотників вважаються системи РЕБ, але під їх "купол" неможливо взяти всю лінію фронту. Також для дронів-камікадзе вже активно ведеться розробка систем наведення на базі ШІ, які значною мірою роблять їх невразливими до впливу перешкод. З огляду на це ще більш важливим стає напрямок раннього виявлення дронів. 

Особливим пріоритетом є створення компактного, дієвого і простого у використанні детектора. Liga.Tech розповідає, які вже є напрацювання в цьому напрямку, чому таким популярним є пристрій "Цукорок" і які проблеми стоять на заваді підвищення ефективності детекторів БпЛА. 

Методи виявлення дронів

На сьогодні дослідники мають шість основних способів виявлення БпЛА, кожен зі своїми перевагами та обмеженнями. 

Термічний метод

Навіть найменший БпЛА під час експлуатації випромінює тепло, адже його батарея, двигун та інші компоненти нагріваються. Для їх виявлення використовують тепловізійні системи. А в поєднанні з нейромережами, "навченими" на теплових сигнатурах основних моделей дронів, ефективність таких систем може зростати в рази.

Головний плюс термічного методу полягає в тому, що він не залежить від примх погоди і може виявляти дрони на дистанціях від одного до 15 кілометрів. Головний недолік – низька точність. 

Сканування радіочастот

Під час роботи з дроном оператор передає йому команди за допомогою радіохвиль. Назад він отримує відео і телеметрію: дані про висоту, швидкість, координати, рівень заряду батареї та інші показники.

Сканер радіочастот може перехопити один із цих потоків й визначити не лише місце перебування дрона, але і його оператора, що навіть важливіше в умовах бойових дій. Вони майже не залежать від умов ландшафту (оскільки дрон знаходиться в повітрі) і можуть охоплювати площу до 50 км. Проте у випадку автономних дронів (типу "шахед"), які летять заданими координатами, сканер радіочастот буде "сліпим".

Сканування радаром

РЛС випромінює зондуючий сигнал, який відбивається від поверхні БпЛА і повертається на приймач. Потім йде обробка сигналу, яка показує відстань до об’єкта, його точні координати, висоту і навіть деякі інші деталі на кшталт моделі пристрою. 

РЛС не залежать від погоди, а ефективний радіус виявлення дронів оцінюється у 20 км. Вони оптимально підійдуть для виявлення важких ударних дронів типу "байрактарів". Однак, в міру зменшення ваги і розмірів БпЛА, точність їх виявлення також зменшується. Ще один фактор — матеріали дрону. Багато квадрокоптерів виготовляють із композитних матеріалів, тому радіохвилі відбиваються від їхньої поверхні лише частково чи взагалі проходять повз.

З інших недоліків РЛС можна виділити серйозний вплив ландшафту і перешкод, високу вартість системи і обмеження у використанні близько до лінії фронту — його сигнали засікаються ворожим радаром, тому "мисливець" може перетворитись на "мішень".

З останнім може допомогти перехід на пасивний режим роботи, коли РЛС не випромінює сигнал, а лише зчитує випромінювання інших об’єктів: передання сигналу з пульту на дрон та назад. Але і тут є недоліки — в режимі пасивної роботи РЛС може визначати лише напрямок руху дрона. 

 Оптичний і акустичний методи

Це, напевно, найменш ефективні методи, але все ж варто згадати і їх. У першому випадку використовуються камери спостереження високої роздільної здатності. Головні плюси – низька вартість, можливість використовувати невеликі пристрої і точно ідентифіковувати модель дрона на близьких дистанціях.

З іншого боку, метод дуже залежить від ландшафту і погодних умов, а також має малий радіус застосування – до трьох кілометрів. Щоправда його можна збільшити за рахунок розміщення камер на висоті, наприклад, на телекомунікаційній вежі. 

Здалеку силует БпЛА нагадує силует птаха, тож велика вірогідність фальшивих тривог. Втім, розробники працюють над інтеграцією оптичних сенсорів із нейромережами, які будуть аналізувати дані. 

Акустичний метод полягає у зчитуванні звукових сигналів (шум двигуна чи обертання гвинтів) безпілотника. На одній стороні медалі — невеликі розміри пристроїв. На іншій – дуже мала відстань дії (до 200 метрів), низька точність та неможливість використовувати в шумних середовищах – біля заводів, автострад чи лінії фронту. 

Гаражні винаходи

Найболючіше питання виявлення БпЛА все ж таки стоїть для лінії фронту, де РФ активно насичує свої війська розвідними та FPV-дронами. Кількість ворожих апаратів вздовж лінії зіткнення вже нараховується сотнями тисяч, а тому користь буде від будь-яких систем виявлення та протидії, головне — побільше. 

Всі ці передумови призвели до виникнення нагального запиту на компактні детектори дронів. Пристрій має бути кишенькових розмірів, щоб боєць міг всюди взяти його із собою. Також він має бути дешевим, і, як наслідок, масовим. Принцип роботи теж має бути простим: якщо поруч з’являється дрон – він подає звуковий сигнал, а в решту часу зберігає режим тиші. 

Детектори дронів часто включаються в пакети допомоги від західних союзників. Так, у травні данська компанія Defense Systems передала сотню кишенькових детекторів дронів Wingman 103. Вони постійно сканують частоти в діапазоні 2,4 гГц і 5,8 гГц, на яких зазвичай працюють БпЛА моделей Mavic і Autel, а також передається відеосигнал FPV.

Якщо в 6-кілометровому радіусі з'являється дрон, апарат вмикає звуковий сигнал, вібрацію чи яскраве світло. Раннє оповіщення дає цінний час, аби покинути небезпечну зону чи підготувати контрзаходи. За рахунок невеликого розміру його можна кріпити до пояса чи іншого екіпірування. Пристрій не залежить від погоди, а його заряду за умови підключення зовнішньої батареї вистачає на 14 годин. 

Українські розробники вже створили низку власних компактних детекторів дронів, ціна яких варіюється від 2000 до 20 000 грн. Проте беззаперечним лідером запитів військових залишається "Цукорок" – розробка українського програміста Дмитра Селіна, що вже тривалий час проживає в Лондоні.

З початком вторгнення він займався кібератаками проти РФ, програмним забезпеченням для ЗСУ, а потім переключився на питання протидії ворожим дронам. Найбільше скарг від українських захисників було на дрони-корегувальники, які наводили ворожу артилерію. 

Селін отримав і дослідив трофейні радіомодулі від "Орланів", купив схоже устаткування та зібрав приймач сигналу. Так і з’явився перший прототип "Цукорку". Як розповідав сам винахідник, закупити потрібні компоненти було не так вже й складно, адже в умовах санкцій російські виробники військових дронів користуються цивільними компонентами, бо ті простіше дістати. 

Головна складність була у створенні алгоритму, який би давав мінімум хибних тривог. Іншою задачею із зірочкою було навчити пристрій розрізняти тип дронів, адже для кожного є свої контртактики.

Якщо це дрон-камікадзе, то краще одразу покинути транспорт, якщо корегувальник – прискоритись, щоб вийти із потенційної зони ураження артилерією. Зрештою рішення допомогла знайти особливість більшості російських БпЛА: частота їх сигналу стрибає, щоб уникати дії РЕБ. У різних моделей воно відбувається зі своїми патернами, що й спрощує їх ідентифікацію. Так, винахід Селіна вміє розрізняти "Орлани", "Елерони", Zala, Supercam і "Ланцети". 

Свою дивну назву "Цукорок" отримав за збігом обставин. Дмитро шукав для першого прототипу готовий корпус, в який помістилась би вся начинка, щоб він був зручний у використанні. Найбільш оптимальним варіантом стала пластикова коробка з-під цукру.

Тему з кулінарними алюзіями він продовжив для подальшої своєї діяльності. Так з'явилась компанія Drone Spices (Дронові спеції) та наступні його продукти – "Оцет" (протидія FPV), "Шафран" (детектор аналогового відео) і "Карі" (GPS-маячок). 

Проблеми і перспективи розвитку 

Хоч пристрій і не був ідеальним, але після його потрапляння на передову запрацювало потужне "сарафанне радіо" і Селіна просто завалили замовленнями. Цьому посприяла низка простих, але дуже ефективних технічних рішень.

Наприклад, "Цукорок" працює в радіусі 5 км лише на приймання, тому відстежити його ворожими засобами РЕР неможливо. Заряду акумулятора в режимі очікування вистачає на 36 годин. А минулого року пристрій ще й отримав низку корисних апгрейдів: більш стійкий до вологи корпус, роз’єм Type-C для швидшої зарядки, можливість відстежувати дрони типу Mavic та антени, що дозволяють працювати у діапазоні 915 мГц і 2,4 гГц. 

Селін розповів, що зараз найбільшою проблемою "Цукорку" є виявлення FPV-дронів. Апарат може їх фіксувати, але не надто чітко, бо вони переходять на понижені частоти, а значить потрібна спеціальна антена. До того ж, досвідчені оператори під час підльоту до цілі виключають телеметрію, що додатково ускладнює їх виявлення. 

Зараз Drone Spices перебуває на етапі реорганізації. Раніше у вартість пристрою закладались лише комплектовання та логістика, тоді як збірка відбувалась лише на волонтерських засадах. Масштабування виробництва і податки підштовхнули компанію до переходу на більш класичний метод організації підприємства, а отже й підіймати цінники. 

Ще однією перепоною в роботі компанії Дмитро називає постачальника деяких дефіцитних модулів, який почав користуватись своїм становищем. Частково через це черга на "Цукорки" зараз становить 3-4 місяці.

Проте в цьому питанні вже є позитивні зрушення завдяки залученню інженерів для розробки власних альтернатив. Але для того, щоб зміни вплинули на темпи виробництва, потрібен час. Тим не менш розробники очікують скорочення черги вже в осяжному майбутньому. 

Приклад Селіна надихає й інших українських інженерів-аматорів. Так, на Чернігівщині команда старшокласників розробила на основі "Цукорку" детектор, який використовує ШІ. Перший прототип назвали "ЧАС" — частотний аналізатор спектра, і невдовзі пристрій тестуватимуть військові на передовій.