Граната през люка? Прекъсване на аерокосмическата и авиацията от Украйна

Натрупването на опит в космонавтиката е трудно. Новите самолети обикновено изискват години на експериментално и оперативно тестване - дори на малки самолети може да отнеме повече от 10 години, за да преминат през самолета, производството и сертифицирането за работа. Исторически погледнато, войните драстично са увеличили темпото на развитие на космическото пространство и ние вече виждаме това да се развива през последните шест месеца от войната в Украйна. Войната послужи като лаборатория за нови технологии, които представляват сериозен риск за господството на САЩ в космоса и подчертават предизвикателствата, пред които са изправени САЩ и другите западни страни, когато навлизаме в света на роботизираните полети.

Иновационният инкубатор

Мащабът помага да се определи колко бързо индустриите се движат надолу по кривата на опита. За да погледнем нещата в перспектива, руският пилотиран самолетен флот, вторият по големина в света, наброява общо над 3,700 самолета. Само украинските въоръжени сили са разположили 6,000 2 предимно търговски готови (COTS) дрона за мисии за разузнаване, наблюдение и разузнаване (ISR). В допълнение, те са разположили стотици „дронове самоубийци“ като Switchblade на Aerovironment, атакуващи дронове като турския Bayraktar-TB100, дронове за търсене и спасяване като LEMUR на BRINC, който лети в затворени пространства, и дори товарни дронове за снабдяване на бойното поле. Днес една много голяма флотилия от търговски дронове може да има 80 самолета. Украинската армия оперира в 100-XNUMX пъти по-голям мащаб и ще изпълни огромна част от всички мисии с дронове тази година.

Дроновете са технически опитни, рентабилни, лесни за модифициране и могат да се използват. Докато F-35 струва $120 милиона; DJI Phantom 3 може да бъде закупен за по-малко от $400. Тези разлики в разходите стават още по-големи, когато се сравнява пълният жизнен цикъл на продукта. Жизненият цикъл на продуктите на потребителските дронове продължава месеци вместо години, а дронове COTS са лесни за хакване. Някои оценки показват, че средният боен живот на средния дрон е един ден.

Ед Анастасакос, главен изпълнителен директор на Herotech8, компания за „дронове в кутията“ в Обединеното кралство, вижда огромно въздействие от военновременния темп на операции. „Това създава толкова бързи вериги за обратна връзка, че компресирате години учене в седмици. Украинците имат толкова висок процент на осиновяване, че се държат като стартиращи компании. Няма да се изненадам, ако до края на войната украинците са едни от лидерите в това пространство. Джоузеф Менакер, един от основателите на UAV Factory и член на борда на Edge Autonomy, казва още по-директно: „През всеки два месеца от войната в Украйна безпилотната авиация напредва толкова, колкото за две нормални години.“

Може да се види търсенето на дронове във веригата на доставки в САЩ. BRINC, който произвежда дронове за търсене и спасяване наред с други приложения за основно затворени пространства, изкупи обратно инвентар от своите американски дистрибутори, за да изпрати самолети в Украйна. „Службите за спешна помощ в Украйна се нуждаеха от нещо, което да им помогне да намерят хора в затворени пространства, затова им изпратихме 10 дрона. Темпото на обратната връзка и особено видеото на мисията беше много полезно за нашето развитие“, казва Блейк Резник, главен изпълнителен директор на BRINC Drones. Няколко ръководни екипа на компании за дронове почти се преместиха в балтийските държави, за да подпомогнат внедряването на техните системи в тази плодородна тестова среда.

Войната дърпа търсенето дълбоко надолу по веригата на стойността, помагайки на индустрията да развие основни способности. „Видяхме, че броят на безпилотните самолети в нашия софтуер за управление на флота се увеличава драстично от началото на войната“, казва Тони Пучиарела, главен изпълнителен директор на AlarisPro, платформа за готовност и поддръжка на полети, в която е инвестирал моят фонд DiamondStream. „Всички допълнителни полети дадоха на OEM значителна представа за работата на техните системи, както и за живота на отделните части и път към удължаване на живота на полезните активи на целия самолет. Това може да помогне при сертифицирането.“

По същия начин Агенцията за логистика на отбраната издаде документ с искане за информация (RFI), търсещ „оръжейни системи или търговски възможности за помощ за сигурността на Украйна“. За няколко седмици DLA получи над 300 предложения, очертаващи широк набор от технологии. Много от тези решения ще получат ускорено финансиране, увеличавайки темпото на технологично развитие.

Украинците правят непрекъснати иновации в областите на ISR (разузнаване, наблюдение и разузнаване), прецизни атаки с помощта на търговски дронове и сигурни връзки за данни.

Евтини и смъртоносни търговски дронове

Скоростта на развитие постави очакваните рискове от дронове в ясен фокус. Украинските и руските военни първоначално използваха дронове предимно за ISR мисии, които идентифицират и проследяват цели за артилерия. Г-н Резник отбелязва, „опростеността и стойността на дроновете позволиха на украинците да демократизират военните мисии за ISR.“ Например екип от баща и син в Украйна използва своя търговски дрон, за да засечете руските сили и улесняване на непреките артилерийски атаки. По-важното е, че украинците са интегрирали тясно комерсиалните ISR мисии с дронове в софтуера за насочване на артилерия GIS Arta. Често артилерията започва да поразява руски цели само миг след идентифицирането им.

Украинците и руснаците също създадоха иновативни модификации на дронове COTS, за да позволят директни атаки срещу вражески персонал и бронирани превозни средства с удивително темпо. В това видео от април украинците вземат остарял DJI Phantom 3 (дрон, който подарих на дъщеря си за Коледа преди четири години), с импровизиран соленоид и 3D отпечатани перки, за да се гарантира, че прикрепената граната е точно насочена. Цялата настройка вероятно струва по-малко от 1,000 долара. Гранатата пада точно през люка на покрива с жалък резултат за екип от руски специални части.

Това видео показва малко по-малко сложната руска версия.

До юли тази технология се разви значително. По-долу е DJI Matrice 300 с въртележка с осем гранати за наземна атака. В допълнение, украинците са развили техники за използване на множество дронове в тези атаки, някои за ISR и прихващане на цели, а други за доставка на боеприпаси.

Войната показа, че всеки с $1,000 и основна техническа компетентност може да забележи цели за артилерийски атаки или да използва леки COTS рояци дронове, за да атакува цели. Войната също показа, че идентифицирането и предотвратяването на тези атаки не е лесно.

Борба за идентифициране на заплахи

На 10 март сравнително голям дрон Ту-141 от съветската ера прелетя през Румъния, Унгария и Хърватия на над 3,000 фута за повече от час, преди да изчерпи горивото си. Той се разби в парк в южната част на Загреб. Бомбата в дрона е избухнала при удара и е повредила няколко коли. Не е ясно кой го е изпратил или дали е повреда. Толкова голям дрон няма да избяга незабелязан. Дронът е бил забелязан от радарите и в трите страни. Нямаше реакция от страна на НАТО, тъй като радарите в трите страни не идентифицираха ТУ-141 като заплаха.

Този инцидент не трябваше да учудва никого. Военните радарни системи работят добре във военни зони, когато се комбинират с транспондери, които могат лесно да разделят враждебния и приятелския трафик. Гражданската авиация остава ръководена до голяма степен от правилата за визуални полети, които са имали смисъл, когато хората са седели на пилотското място и са били изложени на личен риск от инциденти или по-лошо. Системата за контрол на въздушното движение, която се разви от тези правила, се фокусира върху отстраняването на конфликти в претоварено въздушно пространство. Защо ръководителите на полети трябва да се тревожат за самолет в неконтролирано въздушно пространство? Както казва Джон Уокър, бивш старши изпълнителен директор във FAA и старши партньор в групата Padina, „В момента използваме структура на въздушното пространство от 1950-те години на миналия век, за да се справим с тези предизвикателства. До конфликта в Украйна обаче не разбирахме напълно силата на роботизираната война. Управлението на тези рискове с правила за визуални полети просто няма да работи.

Този проблем ще се задълбочи бързо през следващото десетилетие. Има повече от 30 милиона търговски пилотирани полета годишно в световен мащаб и повече от 300 милиона полета с дронове. Днешните базирани на радар системи за контрол на въздушното движение (ATC) работят добре за големи самолети, летящи на големи височини и висока скорост. Освен това сензорните системи ADSB вършат разумна работа за проследяване на търговски самолети с транспондери.

Отвъд големите пилотирани полети обаче идентификацията става по-предизвикателна. Радарните системи не са проектирани да откриват малки дронове, които имат малки профили и съдържат много малко отразяващ материал. Много от тези самолети летят бавно и ниско. Човешките очи се борят да видят малък дрон на 400 фута и въпреки оплакванията от шума, те стават почти нечуваеми на определена височина. Те често са направени предимно от пластмаса и могат да изглеждат като птици, ако радарните системи изобщо ги засекат. Малко дронове носят транспондери и дори много пилотирани самолети все още не ги носят.

Дистанционната идентификация ще помогне, но естеството на дроновете и мащабът на безпилотното летене все пак ще доведат до снежна буря от рискове за сигурността. Търговската авиация оперира приблизително 39MM полети 2019 и по-малко през 2020 г. и 2021 г. поради пандемията. За разлика от това полетите с дронове ще растат от 323 милиона през 2021 г. до 7.1 милиарда през 2029 г – 22-кратно увеличение. Сегментът на сложните операции, който включва операции отвъд визуалната линия на видимост и операции с голям флот, ще се увеличи с 26,000 7 пъти през същия период. До края на периода почти всеки в развитите страни ще има някакъв вид ежедневен контакт с дрон. Ако НАТО не може да идентифицира като заплаха голям, високоскоростен дрон от съветската ера, летящ на височина през въздушното пространство на три различни държави, как ще идентифицираме заплахи от дронове без транспондери сред полетите на XNUMXB?

Спиране на заплахи от дронове – предизвикателство и скъпо

Дори и да можете да идентифицирате потенциални заплахи, те могат да бъдат трудни за спиране. Д-р Скот Крино, главен изпълнителен директор на Red-Six, добре известна консултантска компания за борба с дронове, обобщава предизвикателството, „системите за борба с дронове се опитват да наваксат нападателите. В момента нападателите имат предимство.

Г-н Менакер отбелязва, че операциите с дронове стават все по-трудни, тъй като мерките за борба с дронове и особено заглушаването са станали по-ефективни по време на войната. Отвличането на вашия дрон и разкриване на позицията ви създаде рискове за пехотата на предната линия, която управлява дронове.

Все пак електронните противодействия имат своите граници. Вземете украинската атака с дрон на 22 юни срещу рафинерия в Ростов, Русия от дрон, наличен за продажба в Alibaba. Според мил-блогър от Луганската народна република Murz дронът вероятно е бил лишен от голяма част от електрониката си, като по този начин е намален електрическият му отпечатък. Той летеше ниско и бавно, което затрудняваше откриването и засядането на руската противовъздушна отбрана. Произведеният в Китай дрон носеше малка бойна глава, но предизвика голям пожар предвид силно запалимата си цел. През август същият тип дрон удари щаба на руския Черноморски флот в Севастопол.

Мнозина спекулират, че инерционното насочване, намаленият радиоконтакт и иновативното използване на системата Starlink на Илон Мъск са направили руските електронни контрамерки по-малко ефективни срещу украинските дронове. Използването на клетъчни кули за навигация също може да затрудни изолирането на сигнали от дронове за операции срещу дронове. Оптичните и акустичните системи за идентификация могат да помогнат за решаването на тези проблеми с идентификацията. Въпреки това, те често имат относително кратък обхват на откриване и влошена производителност поради времето и други видове смущения. Това ги прави полезни за защита на точки, но по-малко ефективни при откриване на заплахи в по-широк модел на трафик. Като цяло войната в Украйна предполага, че защитата на критична инфраструктура от решителни нападатели няма да е лесна.

Ако тези хакове оспорват ефективността на евтините мерки за борба с дроновете, традиционните системи за противовъздушна отбрана изглеждат непосилно скъпи. Д-р Крино цитира атака с дрон срещу Абу Даби през януари 2022 г., за да илюстрира предизвикателствата. „Атаката беше водена от евтин дрон, който струваше няколко хиляди долара като примамка. Той беше последван от няколко крилати ракети. Отбранителните системи на Абу Даби атакуваха водещия дрон с ракети Patriot. Ракетите Patriot бяха проектирани да атакуват по-големи пилотирани летателни апарати и те използваха тринадесет ракети $6MM, за да свалят дрон, който струваше малка част от тази сума.

Украйна изглежда е следвала подобна стратегия за нанасяне на удари по летища и складове за доставки в Крим. Атаките предизвикаха огромен отговор от страна на руските системи за противовъздушна отбрана, подчертавайки тяхното местоположение и възможности. Цената за придобиване на тази разузнавателна информация, която по-късно може да се използва за насочване на противовъздушната отбрана с противорадиационни ракети, струва малко. Един COTS дрон може да струва само $1000-2000. Една ракетна система Stinger е 38,000 XNUMX долара. Като се имат предвид разходите за ракети за противовъздушна отбрана, това също представлява ефективна стратегия за изтощение – размяна на евтини дронове за скъпи, трудни за замяна ракети. Това отваря въздушното пространство за атаки от по-традиционни авиационни системи. Дмитрий Алперович от Политическия институт Силверадо нарича това „асиметрична война“.

Несигурната верига за доставки

Войната също така демонстрира крехкостта на веригите за доставки в космическото пространство. Руско производство на дронове зависи от вноса на модерни полупроводници от запад. В някои случаи те изглежда са използвали чипове от перални за ремонт на резервоари. Тези предизвикателства при доставките също ги накараха да сключат сделки за доставка на дронове с иранците. САЩ смятат, че тези предизвикателства в доставките на компоненти са забавили руското производство на оръжия.

На системна основа базираната в Китай DJI доставя повечето дронове COTS. DJI произвежда продукт за откриване, наречен Aeroscope, който позволява проследяване на дрон и идентифицира местоположението на оператора на системата за управление на дрона. В началото на войната украинците обвиниха DJI, че помага на руснаците да насочват техните пилоти с Aeroscope, като същевременно им отказват подобен достъп до руските оператори. Не е изненадващо, че DJI се опита да ограничи спора чрез спиране на продажбите на дронове в Украйна и Русия. Каквато и да е истината на тези твърдения, те показват предизвикателствата да се разчита на доставчик, обвързан с потенциално враждебна сила и тези предизвикателства надхвърлят простото намиране на оператори на дронове.

Управлението на флотилия от дронове изисква софтуер за планиране на полети, интегриране на състоянието на поддръжка и осигуряване на наличност на пилота. Всички тези дейности ще изискват приложни програмни интерфейси (API) между контролера на дрона, оперативните центрове, които планират и контролират полетите на дрона, и софтуера за поддръжка, който потвърждава тяхната готовност за полет. Въпреки че DJI не предлага API днес, частните компании са намерили начини за достъп до контролерите на DJI, за да предоставят съответните данни. Някои наблюдатели виждат потенциал за уязвимости в сигурността от наличието на облачен контролер за дрон от китайска компания, който взаимодейства с ключова гражданска и военна инфраструктура.

Правителството на САЩ идентифицира тези рискове преди известно време и предприе действия, за да обезсърчи използването на дронове DJI от правителствените агенции на САЩ. Правителството на САЩ обаче е предоставило много освобождавания от тези правила и много съюзници на САЩ нямат такива правила. Въпреки тези опасения и двете страни в конфликта в Украйна все още използват дронове на DJI като най-доброто налично решение за много ISR мисии.

Шест неща за вкъщи за бъдещето

Като се има предвид колко много войната ускори темпото на промяната и изкристализира възможностите и рисковете, които мнозина са наблюдавали преди, ето пет мисли за бъдещето.

_{Нов баланс за безопасност и сигурност}

Доскоро въздушната безопасност беше свързана най-вече с предотвратяването на произшествия и отвличания. Докато терористите успяха да използват самолети като оръжие при атаките от 9 септември, предприетите мерки за подобряване на сигурността на летищата и на самите самолети предотвратиха по-нататъшни атаки от този тип.

С навлизането на дрон технологията това се промени по няколко важни начина. Получаването на контрол над самолет стана лесно. Можете да закупите един онлайн. Стана и евтино. Гранатометните системи, които украинците използват, струват по-малко от стара употребявана кола. И накрая, личният риск от започване на нападение по въздух е намалял. Въздушният тероризъм вече не е самоубийствена мисия. Лош актьор може да започне атака с наличен в търговската мрежа дрон дистанционно, както направиха украинците в Севастопол. Балансът на рисковете за обикновените хора във въздушната безопасност започна да се измества от безопасността на полетите към сигурността. Това ще създаде нови предизвикателства за сигурността във война и мирно време в небето.

_{Управление на въздушното пространство за ограничаване на заплахите за сигурността}

Големият брой самолети и потенциални цели ще направят ограничаването на възможностите за атака и измислянето какво да се защитава като основен приоритет. Ще бъдат необходими инструменти за управление на въздушното пространство, които могат бързо да потвърдят кои самолети не представляват заплаха и които намаляват риска чрез динамична промяна на ограниченията на въздушното пространство, за да ограничат достъпа на дронове до чувствителни зони в чувствителни моменти като спортни събития или концерти. Всичко това ще изисква огромен мащаб за прилагане на разумна цена, но предварителните подходи биха могли да доведат до частични решения с по-големи рискове.

_{Махалото се движи към системи с по-ниски разходи}

Известната фраза на Сталин е, че „количеството има свое собствено качество“. Евтините оръжейни системи все повече доминират в бойното пространство на Украйна. Евтините дронове унищожават скъпи танкове и износват скъпата противовъздушна отбрана. Евтините ракетни системи HIMARS са имали по-голямо въздействие върху възпрепятстването на логистиката, отколкото пилотираната авиация досега.

Не е изненадващо, че украинците имаха смесени чувства по отношение на закупуването на четири американски безпилотни самолета MQ-1C Gray Eagle на цена от $10 милиона всеки. Докато генералният щаб на Украйна подкрепи покупката, пилоти от първа линия вж те са твърде сложни за използване, твърде лесни за сваляне и твърде скъпи за възможностите, които носят. Може би докладите, че средният дрон COTS издържа един ден в битка, информираха тяхната гледна точка.

Очаквайте по-сериозни дебати относно компромисите между цената на оръжейните системи и техните възможности.

_{Мащаб на местната гражданска авиация, от съществено значение за ефективни обществени поръчки в областта на отбраната}

САЩ признават стойността на иновативните търговски технологии и сигурните вътрешни източници за тези технологии. Програмите за улесняване на иновациите, включително SBIR и AFWERX и програмите за сертифициране на „сините дронове“, допринесоха за изграждането на местна безпилотна индустрия.

Доминиращата роля на DJI във войната с дроновете в Украйна показа както далновидността, така и ограниченията на тези програми. С потенциал за десет пъти или повече обем, търговските технологии с двойна употреба трябва да предоставят подобни възможности за по-малко. Да разберете къде рекламата е достатъчно добра и къде са необходими много по-скъпи възможности ще се превърне в постоянно предизвикателство.

Също толкова важно е, че широкомащабната война изисква бързо мащабиране на производството. Какво се случва, когато този мащаб, необходим за рентабилна доставка, се намира във веригата за доставки на потенциален противник? Украйна може да предпочете да работи с някой, различен от съюзника на Русия, но китайците имат производствените възможности да доставят големи количества от това, от което Украйна се нуждае, поради доминиращата си позиция на пазара на търговски дронове. Правителството трябва да обмисли дали ключов източник на доставки може да бъде контролиран от противник. Русия със сигурност е изправена пред тази ситуация поради зависимостта си от западните полупроводници и САЩ биха могли да се изправят пред това предизвикателство, ако възникне конфликт с Китай заради Тайван.

_{Мобилизиране на таланти в гражданската авиация}

Украйна драматично надмина Русия в мобилизирането на човешки ресурси за въздушната война. Физическото отделяне на пилотите на дронове от техните мисии и простият потребителски интерфейс на дронове COTS прави подслушването на отдалечени цивилни пилоти евтин, бързо мащабируем метод за предоставяне на таланти за военни мисии ISR. Украинското правителство се възползва от този потенциал, като нае цивилни пилоти на дронове в страната и в чужбина, активира групи във Facebook с опит в използването на дронове за развлечение и възстанови Аеророзвидка.

Aerorozvidka, която често се описва като „стартираща война“, е неправителствена организация, която подкрепя военните усилия и остава отделна от украинската отбранителна структура. Неговите членове помагат при пилотирането и разработването на дронове и създаването на софтуерни инструменти за внедряване на роботика на бойното поле. Този тип демократизация на военните действия, основана на стартиране, движи непрекъснати военни иновации, точно както екосистемата на Силициевата долина движи търговски иновации. Той също така предлага модел за система за отбранителен резерв, който намалява разходите и драстично подобрява мобилизацията на авиационните сили в случай на широкомащабна война.

Западните договорни пазари за отбрана се различават от украинския модел Aerorodivka. Консолидацията в космическата и отбранителната промишленост остави шепа големи основни изпълнители, които все още стоят. Те преследват дълги процеси на наддаване, които изискват огромни ресурси. Тази структура създава пристрастия към големи, много способни системи, които изискват значителна поддръжка и висококвалифицирани оператори. Системата не е настроена за технологии с двойна употреба, което прави разходите и мащабируемостта на тези персонализирани технологични избори очевидни. Простотата на технологиите с двойна употреба позволи на войната в Украйна бързо да внедри нови технологии на наскоро мобилизираните войници за кратки периоди от време, дори когато САЩ ограничи доставките на някои сложни оръжейни системи за Украйна поради съображения за обучение. Докато уроците от войната потъват, очаквайте повече акцент върху двойната употреба (включително програмите AFWERX и SBIR) и оживен дебат относно структурите за договаряне на отбраната.

_{Ускоряване на приложенията за дронове в гражданската авиация}

Точно както Втората световна война доведе до реактивната ера на търговската авиация, възможностите, които се развиха толкова бързо в Украйна, драстично ще ускорят приемането на безпилотни самолети и ползите, които те генерират в граждански приложения. Подобренията в навигацията и автономното летене ще направят дроновете по-евтини за използване и по-ефективни за сложни мисии като доставка на последната миля и линейна инспекция. Разбирането как да се идентифицират заплахите във въздушното пространство ще помогне на правителствата да управляват безопасността с нарастването на броя на полетите на дронове. Опитът в координирането на множество дронове за военни мисии ще направи борбата с пожари с дронове по-ефективна. По-сигурните връзки за данни и по-добрите устройства за заглушаване ще намалят рисковете за широката общественост от лоши участници. Опитът с мисията ISR ще направи визуалната проверка на критична инфраструктура като железопътни линии, рафинерии и тръбопроводи по-бърза и по-точна. Повече опит в използването на дронове в срутени сгради и намирането на ранени войници на бойното поле ще помогне при цивилни спасителни мисии. Широкомащабното използване на тези сложни системи от обикновените войници ще доведе до по-лесни за използване дронове, които са по-бързи за разгръщане. Ускореното развитие на тези способности ще окаже по-голям натиск върху регулаторите да намерят бързо безопасни начини за внедряване на тези технологии и да подкрепят следващото поколение космическа и авиационна индустрия.

Пътят напред

Както е вярно за толкова много технологии, дроновете имат разрушителна сила и огромни потенциални ползи. Войната в Украйна ускори възможността за създаване на нова златна ера на авиацията с всички предимства, които ще дойдат с тези нови способности. Той също така създаде прекъсване на наследените аерокосмически и авиационни подходи, нови рискове за военната и гражданската сигурност и предизвикателства за правителствата, които се опитват да осигурят безопасност, без да бъдат изпреварени от събития. Придвижването напред по това опънато въже изисква добър баланс, но тези, които стоят неподвижни, вероятно ще бъдат издухани от линията.