Граната через люк? Порушення аерокосмічної та авіаційної діяльності України

Здобути досвід в аерокосмічній сфері важко. Нові літаки зазвичай вимагають років експериментальних і експлуатаційних випробувань — навіть малим літакам може знадобитися більше 10 років, щоб пройти сертифікацію літака, виробництва та експлуатації. Історично війни різко прискорили розвиток аерокосмічної галузі, і ми вже бачимо, як це відбувається протягом останніх шести місяців війни в Україні. Війна стала лабораторією для нових технологій, які створюють серйозні ризики для домінування США в аерокосмічному просторі та підкреслюють проблеми, з якими стикаються США та інші західні країни, коли ми входимо у світ роботизованих польотів.

Інноваційний Інкубатор

Масштаб допомагає визначити, як швидко галузі рухаються вниз по кривій досвіду. Якщо говорити про перспективу, то російський пілотований авіапарк, другий за величиною у світі, нараховує понад 3,700 літаків. Лише Збройні сили України розгорнули 6,000 переважно комерційних готових безпілотників (COTS) для місій розвідки, спостереження та розвідки (ISR). Крім того, вони розгорнули сотні «безпілотних літальних апаратів-самогубців», таких як Switchblade від Aerovironment, атакуючих безпілотних літальних апаратів, таких як турецький Bayraktar-TB2, пошуково-рятувальних безпілотних літальних апаратів, таких як LEMUR від BRINC, які літають у закритих просторах, і навіть вантажні безпілотні літальні апарати для поповнення запасів на полі бою. Сьогодні дуже великий комерційний флот безпілотників може налічувати 100 літаків. Українська армія працює у 80-100 разів більше, і цього року виконуватиме величезну частку всіх місій безпілотників.

Безпілотники є технічно досконалими, економічно ефективними, їх легко модифікувати та витрачати. Тоді як F-35 коштує 120 млн доларів; DJI Phantom 3 можна придбати менш ніж за 400 доларів. Ця різниця у вартості стає ще більшою, якщо порівнювати повний життєвий цикл продукту. Життєвий цикл споживчих дронів триває місяці, а не роки, а дрони COTS легко зламати. Деякі оцінки свідчать про те, що середній бойовий ресурс безпілотника становить один день.

Ед Анастассакос, генеральний директор Herotech8, компанії «безпілотників у коробці» у Великій Британії, бачить величезний вплив воєнного темпу операцій. «Це створює такі швидкі петлі зворотного зв’язку, що ви стискаєте роки навчання в тижні. В українців такий високий рівень усиновлення, вони діють як стартап. Мене б не здивувало, якби до кінця війни українці були одними з лідерів на цьому просторі». Джозеф Менакер, один із засновників UAV Factory і член правління Edge Autonomy, говорить про це ще більш прямо: «Протягом кожних двох місяців війни в Україні безпілотна авіація прогресувала так само, як за два звичайних роки».

Можна побачити попит на дрони в ланцюжку поставок США. Компанія BRINC, яка виробляє дрони для пошуку та порятунку серед інших застосувань для переважно закритих приміщень, викупила інвентар у своїх дистриб’юторів у США, щоб відправити літаки в Україну. «Службам з надзвичайних ситуацій всередині України було потрібно щось, що могло б допомогти їм знайти людей у ​​закритому просторі, тому ми відправили їм 10 дронів. Швидкість відгуків і особливо відео місії дуже допомогли нашому розвитку», — каже Блейк Резнік, генеральний директор BRINC Drones. Кілька керівних команд компаній-дронів майже переїхали до країн Балтії, щоб підтримувати розгортання своїх систем у цьому сприятливому тестовому середовищі.

Війна тягне попит глибоко вниз по ланцюжку створення вартості, допомагаючи галузі розвивати основні можливості. «Ми бачили, що кількість безпілотних літальних апаратів у нашому програмному забезпеченні для керування флотом різко зросла з початку війни», — каже Тоні Пуччіарелла, генеральний директор компанії AlarisPro, платформа готовності до польотів і обслуговування, у яку інвестував мій фонд DiamondStream. «Усі додаткові польоти дали виробникам обладнання суттєве уявлення про продуктивність їхніх систем, а також про термін служби окремих частин і шлях до продовження терміну експлуатації всього літака. Це може допомогти з сертифікацією».

Так само Агентство матеріально-технічного забезпечення Міністерства оборони випустило документ із запитом на інформацію (RFI), який шукав «системи озброєнь або комерційні можливості для допомоги Україні в безпеці». За лічені тижні DLA отримала понад 300 пропозицій із широким спектром технологій. Багато з цих рішень отримають прискорене фінансування, що прискорить розвиток технологій.

Українці постійно впроваджують інновації у сферах ISR (розвідка, спостереження та розвідка), високоточних атак з використанням комерційних безпілотників та захищених каналів передачі даних.

Дешеві та смертоносні комерційні дрони

Швидкість розвитку привернула увагу до очікуваних ризиків від дронів. Українські та російські військові спочатку використовували безпілотники в основному для місій ISR, які ідентифікували та відстежували цілі для артилерії. Пан Резнік зауважує, що «простота та цінність дронів дозволили українцям демократизувати військові місії ISR». Наприклад, команда батька та сина в Україні використала свій комерційний дрон, щоб помітити російські сили і полегшити непрямі артилерійські атаки. Що ще важливіше, українці тісно інтегрували місії ISR комерційних безпілотників у програмне забезпечення артилерійського цілевказування GIS Arta. Часто артилерія починає вражати російські цілі лише через мить після ідентифікації.

Українці та росіяни також створили інноваційні модифікації безпілотників COTS, які дозволяють атакувати особовий склад противника та бронетехніку з неймовірною швидкістю. У цьому квітневому відео українці беруть застарілий DJI Phantom 3 (дрон, який я подарував своїй дочці на Різдво чотири роки тому), з імпровізованим соленоїдом і надрукованими на 3D-принтері ребрами, щоб гарантувати точне націлювання прикріпленої гранати. Ймовірно, вся установка коштувала менше 1,000 доларів. Граната падає точно через люк з сумним результатом для команди російського спецназу.

Це відео демонструє трохи менш складну російську версію.

До липня ця технологія значно вдосконалилася. Нижче наведено DJI Matrice 300 з каруселлю з восьми гранат для наземної атаки. Крім того, українці розвинули методи використання кількох безпілотників у цих атаках, деякі для розвідки та захоплення цілей, а деякі для доставки боєприпасів.

Війна показала, що будь-хто, хто має 1,000 доларів США та базову технічну компетентність, може помітити цілі для артилерійських атак або використовувати легкі зграї дронів COTS для атаки на цілі. Війна також показала, що виявити та запобігти цим нападам нелегко.

Боротьба з виявленням загроз

10 березня відносно великий безпілотник радянських часів Ту-141 пролетів через Румунію, Угорщину та Хорватію на висоті понад 3,000 футів понад годину, перш ніж у нього закінчилося паливо. Він розбився в парку на півдні Загреба. Бомба всередині дрона вибухнула під час удару та пошкодила кілька автомобілів. Незрозуміло, хто його надіслав, чи це була несправність. Такий великий безпілотник не втече непоміченим. Дрон був помічений радарами в усіх трьох країнах. НАТО не відреагувало, оскільки радари в трьох країнах не визначили ТУ-141 як загрозу.

Ця подія нікого не повинна була здивувати. Військові радіолокаційні системи добре працюють у зонах бойових дій у поєднанні з транспондерами, які можуть легко розділяти ворожий і дружній трафік. Цивільна авіація залишається в основному керованою правилами візуального польоту, які мали сенс, коли люди сиділи на кріслі пілота та ризикували потрапити в аварію чи навіть гірше. Система управління повітряним рухом, яка розвинулась на основі цих правил, була спрямована на усунення конфліктів у перевантаженому повітряному просторі. Чому диспетчери повинні турбуватися про літак у неконтрольованому повітряному просторі? Як каже Джон Вокер, колишній старший керівник FAA та старший партнер Padina group, «наразі ми використовуємо структуру повітряного простору 1950-х років, щоб впоратися з цими викликами. Однак до конфлікту в Україні ми не до кінця розуміли силу роботизованої війни. Управління цими ризиками за допомогою правил візуального польоту просто не спрацює».

Ця проблема швидко загостриться протягом наступного десятиліття. Щорічно у світі здійснюється понад 30 млн комерційних пілотованих польотів і більше 300 млн польотів безпілотників. Сучасні радіолокаційні системи управління повітряним рухом (ATC) добре працюють для великих літаків, що літають на великих висотах і швидкості. Крім того, системи датчиків ADSB добре справляються з відстеженням комерційних літаків за допомогою транспондерів.

Однак, окрім великих пілотованих польотів, ідентифікація стає складнішою. Радарні системи не були розроблені для виявлення невеликих дронів, які мають невеликі профілі та містять дуже мало відбиваючого матеріалу. Багато з цих літаків літають повільно і низько. Людським очам важко побачити маленький дрон на висоті 400 футів, і, незважаючи на скарги на шум, на певній висоті їх стає майже нечутно. Вони часто зроблені переважно з пластику і можуть виглядати як птахи, якщо радарні системи взагалі їх зафіксують. Небагато дронів мають транспондери, і навіть багато пілотованих літальних апаратів досі їх не мають.

Дистанційна ідентифікація допоможе, але природа дронів і масштаби безпілотних польотів все одно призведуть до снігової бурі ризиків безпеці. Комерційна авіація діяла приблизно Рейси 39MM 2019 і менше в 2020 і 2021 роках через пандемію. Навпаки, кількість польотів безпілотників зростатиме 323 млн. у 2021 році до 7.1 млрд. у 2029 році – збільшення у 22 рази. Сегмент складних операцій, який включає операції за межами прямої видимості та великим флотом, збільшиться в 26,000 7 разів за той самий період. До кінця періоду майже кожен у розвинених країнах матиме певний вид щоденного контакту з дроном. Якщо НАТО не може визначити загрозу у великому високошвидкісному безпілотнику радянської епохи, що летить на висоті через повітряний простір трьох різних країн, як ми будемо ідентифікувати загрози від безпілотників без транспондерів серед польотів XNUMXB?

Зупинити загрози безпілотників – складно та дорого

Навіть якщо ви можете визначити потенційні загрози, їх може бути важко зупинити. Доктор Скотт Кріно, генеральний директор Red-Six, відомої консалтингової компанії з боротьби з дронами, підсумовує проблему: «Системи боротьби з дронами намагаються наздогнати зловмисників. Зараз у нападників є перевага».

Пан Менакер зазначає, що операції безпілотників стають дедалі складнішими, оскільки заходи протидії безпілотникам, і особливо глушіння, стали ефективнішими під час війни. Викрадання вашого безпілотника та виявлення вашої позиції створює ризики для передової піхоти, яка керує безпілотниками.

Проте електронні засоби протидії мають свої межі. Зніміть атаку українського безпілотника 22 червня на нафтопереробний завод у Ростові, Росія, за допомогою безпілотника, який продається на Alibaba. За словами mil-блогера Луганської Народної Республіки Мурза, безпілотник, ймовірно, був позбавлений більшої частини електроніки, що зменшило його електричний слід. Він летів низько й повільно, що ускладнювало російську ППО виявлення та заклининня. Безпілотник китайського виробництва мав невелику боєголовку, але викликав велику пожежу, враховуючи його легкозаймисту ціль. У серпні такий же безпілотник завдав удару по штабу Чорноморського флоту РФ у Севастополі.

Багато хто припускає, що інерційне наведення, зменшення радіоконтакту та інноваційне використання системи Starlink Ілона Маска зробили російську радіоелектронну протидію менш ефективною проти українських безпілотників. Використання веж стільникового зв’язку для навігації також може ускладнити ізоляцію сигналів дронів для боротьби з дронами. Оптичні та акустичні системи ідентифікації можуть допомогти вирішити ці проблеми ідентифікації. Однак вони часто мають відносно малий діапазон виявлення та погіршену продуктивність через погоду та інші типи перешкод. Це робить їх корисними для захисту точки, але менш ефективними для виявлення загроз у ширшій структурі трафіку. Загалом війна в Україні свідчить про те, що захистити критичну інфраструктуру від рішучих нападників буде нелегко.

Якщо ці хаки ставлять під сумнів ефективність дешевих засобів боротьби з дронами, традиційні системи ППО виглядають непомірно дорогими. Доктор Кріно посилається на атаку безпілотника на Абу-Дабі в січні 2022 року, щоб проілюструвати проблеми. «Атака була здійснена за допомогою недорогого дрона, який коштував кілька тисяч доларів як приманка. За ним летіло кілька крилатих ракет. Оборонні системи Абу-Дабі атакували головний безпілотник ракетами Patriot. Ракети Patriot були розроблені для атаки на більші пілотовані літаки, і вони використали тринадцять ракет 6 млн доларів, щоб збити безпілотник, вартість якого становила незначну частку цієї суми».

Україна, схоже, дотримувалася подібної стратегії ударів по аеродромах і складах постачання в Криму. Атаки викликали величезну відповідь з боку російських систем протиповітряної оборони, підкреслюючи їх розташування та можливості. Вартість придбання цієї розвідувальної інформації, яка згодом може бути використана для наведення протирадіаційних ракет протиповітряної оборони, коштує недорого. Дрон COTS може коштувати лише 1000-2000 доларів. Ракетний комплекс Stinger коштує 38,000 XNUMX доларів. Враховуючи витрати на ракети протиповітряної оборони, це також становить ефективну стратегію виснаження – обмін дешевих безпілотників на дорогі ракети, які важко замінити. Це відкриває повітряний простір для атак більш традиційних авіаційних систем. Дмитро Альперович з Інституту політики Сільверадо називає це «асиметричною війною».

Незахищений ланцюг поставок

Війна також продемонструвала крихкість ланцюгів постачання аерокосмічної галузі. БПЛА російського виробництва залежить від імпорту передових напівпровідників із заходу. У деяких випадках вони використовували стружки з пральних машин для ремонту баків. Ці проблеми з постачанням також змусили їх укласти угоди з постачанням безпілотників з Іраном. США вважають, що ці проблеми з постачанням компонентів уповільнили виробництво російської зброї.

На системній основі китайська компанія DJI постачає більшість дронів COTS. DJI виробляє продукт виявлення під назвою Aeroscope, який дозволяє відстежувати безпілотник і визначає місцезнаходження оператора системи керування дроном. На початку війни українці звинувачували DJI у тому, що вона допомагала росіянам націлювати їхніх пілотів за допомогою Aeroscope, а також відмовляла їм у доступі до російських операторів. Не дивно, що DJI намагався обмежити суперечку призупинення продажу дронів в Україні та Росії. Якою б правдою не були ці звинувачення, вони демонструють труднощі покладатися на постачальника, пов’язаного з потенційно ворожою силою, і ці проблеми виходять далеко за рамки простого визначення місцезнаходження операторів безпілотників.

Для роботи парку дронів потрібне програмне забезпечення для планування польотів, інтеграції статусу технічного обслуговування та забезпечення готовності пілотів. Усі ці дії потребуватимуть програмних інтерфейсів прикладних програм (API) між контролером дронів, центрами управління, які планують і контролюють польоти дронів, і програмним забезпеченням для обслуговування, яке підтверджує їх готовність до польоту. Хоча сьогодні DJI не пропонує API, приватні компанії знайшли способи доступу до контролерів DJI для надання відповідних даних. Деякі спостерігачі бачать потенційну вразливість безпеки через наявність хмарного контролера дронів від китайської компанії, який взаємодіє з ключовою цивільною та військовою інфраструктурою.

Уряд США деякий час тому виявив ці ризики та перешкоджав використанню дронів DJI урядовими установами США. Однак уряд США надав багато звільнень від цих правил, і багато союзників США не мають таких правил. Незважаючи на ці занепокоєння, обидві сторони конфлікту в Україні все ще використовують дрони DJI як найкраще доступне рішення для багатьох місій ISR.

Шість речей для майбутнього

Зважаючи на те, наскільки війна прискорила темп змін і кристалізувала можливості та ризики, які багато хто бачив раніше, ось п’ять думок на майбутнє.

_{Новий баланс для безпеки}

Донедавна безпека польотів здебільшого зводилася до запобігання аварій і викрадень літаків. Хоча терористам вдалося використати літаки як зброю під час терактів 9 вересня, заходи, вжиті для покращення безпеки в аеропортах і на самих літаках, запобігли подальшим нападам такого типу.

З появою технології дронів це змінилося кількома важливими аспектами. Керувати літаком стало легко. Ви можете купити один онлайн. Це теж подешевшало. Гранатомети, якими користуються українці, коштують дешевше старого вживаного автомобіля. Нарешті, особистий ризик від нападу з повітря знизився. Повітряний тероризм більше не є самогубною місією. Поганий актор може здійснити атаку дистанційно з наявного в продажу дрона, як це зробили українці в Севастополі. Баланс ризиків для звичайних людей у ​​сфері авіаційної безпеки почав змінюватися від безпеки польотів до безпеки. Це створить нові проблеми для безпеки війни та мирного часу в небі.

_{Управління повітряним простором для стримування загроз безпеці}

Велика кількість літаків і потенційних цілей зробить обмеження можливостей для нападу та з’ясування того, що захищати, головним пріоритетом. Будуть потрібні інструменти управління повітряним простором, які зможуть швидко перевірити, які літаки не становлять загрози, і зменшать ризик шляхом динамічної зміни обмежень повітряного простору, щоб обмежити доступ дронів до важливих зон у важливий час, як-от спортивні заходи чи концерти. Усе це вимагатиме величезних масштабів для впровадження за розумною ціною, але попередні підходи можуть призвести до часткових рішень із більшим ризиком.

_{Маятник рухається в бік систем з меншою вартістю}

Відомий вислів Сталіна: «Кількість має власну якість». Дешеві системи зброї дедалі більше домінують в бойовому просторі України. Дешеві безпілотники знищують дорогі танки та зношують дорогу ППО. Дешеві ракетні системи HIMARS мали більше впливу на блокування логістики, ніж пілотована авіація.

Не дивно, що в українців були неоднозначні почуття щодо закупівлі чотирьох американських безпілотників MQ-1C Gray Eagle за ціною 10 мільйонів доларів за штуку. Хоча Генштаб України підтримав закупівлю, фронтові льотчики див вони занадто складні для використання, занадто легкі для знищення та занадто дорогі для можливостей, які вони забезпечують. Можливо, звіти про те, що середній безпілотник COTS вистачає на один день бою, поінформували їх точку зору.

Очікуйте більш активних дебатів про компроміси між вартістю систем озброєння та їх можливостями.

_{Масштаб внутрішньої цивільної авіації, важливий для ефективних оборонних закупівель}

США визнають цінність інноваційних комерційних технологій і надійних внутрішніх джерел для цих технологій. Програми сприяння інноваціям, зокрема SBIR і AFWERX, а також програми сертифікації «блакитних безпілотників» сприяли розбудові вітчизняної індустрії безпілотників.

Домінуюча роль DJI у війні безпілотників в Україні показала як далекоглядність, так і обмеженість цих програм. З потенціалом збільшення об’єму в десять разів або більше, комерційні технології подвійного використання повинні забезпечувати подібні можливості за меншу суму. З’ясувати, де реклама достатньо хороша, а де потрібні набагато дорожчі можливості, стане постійним викликом.

Не менш важливо, що широкомасштабна війна вимагає швидкого масштабування виробництва. Що станеться, коли масштаб, необхідний для економічно ефективних поставок, знаходиться в ланцюжку постачання потенційного супротивника? Можливо, Україна віддасть перевагу працювати з кимось іншим, ніж із союзником Росії, але китайці мають виробничі можливості, щоб доставити великі обсяги того, що потрібно Україні, завдяки своїй домінуючій позиції на ринку комерційних безпілотників. Уряду необхідно розглянути питання про те, чи може супротивник контролювати ключове джерело постачання. Росія, безумовно, зіткнулася з такою ситуацією через свою залежність від західних напівпровідників, і США можуть зіткнутися з цією проблемою, якщо виникне конфлікт із Китаєм через Тайвань.

_{Мобілізація талантів цивільної авіації}

Україна різко випередила Росію в мобілізації людських ресурсів для повітряної війни. Фізичне відокремлення пілотів безпілотних літальних апаратів від їхніх місій і простий інтерфейс користувача безпілотних літальних апаратів COTS робить підключення віддалених цивільних пілотів недорогим, швидко масштабованим методом надання талантів доступним для військових місій ISR. Український уряд використав цей потенціал, найнявши цивільних пілотів безпілотників у країні та за кордоном, активувавши групи у Facebook із досвідом рекреаційного використання безпілотників та відновивши Аеророзвідка.

Аеророзвідка, яку часто називають «початком війни», є неурядовою організацією, яка підтримує військові дії та залишається окремою від українського оборонного істеблішменту. Його члени допомагають у пілотуванні та розробці дронів, а також створюють програмні засоби для розгортання робототехніки на полі бою. Цей тип початкової демократизації воєнних дій стимулює постійні військові інновації так само, як екосистема Кремнієвої долини стимулює комерційні інновації. Він також пропонує модель системи оборонного резерву, яка знижує витрати та значно покращує мобілізацію авіаційних сил у разі великомасштабної війни.

Західні ринки оборонного контракту відрізняються від української моделі Аерородівки. Консолідація в аерокосмічній та оборонній промисловості залишила кілька великих головних підрядників. Вони проводять довгі процеси торгів, які потребують величезних ресурсів. Така структура створює упередженість у бік великих високопродуктивних систем, які потребують значного обслуговування та висококваліфікованих операторів. Система не налаштована на технології подвійного використання, що робить очевидними вартість і масштабованість цих індивідуальних технологій. Простота технологій подвійного призначення дозволила українській війні швидко розгорнути нові технології для нещодавно мобілізованих солдатів за короткий проміжок часу, навіть тоді як США обмежили поставки деяких складних систем зброї в Україну з міркувань навчання. Оскільки уроки війни засвоюються, очікуйте більшого акценту на подвійному призначенні (включно з програмами AFWERX і SBIR) і жвавих дебатів щодо оборонних контрактних структур.

_{Прискорення застосування дронів цивільної авіації}

Подібно до того, як Друга світова війна призвела до епохи реактивних літаків комерційної авіації, можливості, які так швидко розвивалися в Україні, різко прискорять впровадження безпілотників і переваги, які вони створюють у цивільних цілях. Удосконалення навігації та автономного польоту зроблять дрони дешевшими у використанні та ефективнішими для складних місій, таких як доставка останньої милі та лінійна інспекція. Розуміння того, як визначати загрози в повітряному просторі, допоможе урядам керувати безпекою зі збільшенням кількості польотів безпілотників. Досвід координації кількох безпілотників для військових місій зробить боротьбу з пожежами за допомогою безпілотників ефективнішою. Більш безпечні канали передачі даних і кращі пристрої для перешкод зменшать ризики для широкої громадськості від зловмисників. Досвід місії ISR зробить візуальний огляд критичної інфраструктури, як-от залізниці, нафтопереробні заводи та трубопроводи, швидшим і точнішим. Більше досвіду використання дронів у зруйнованих будівлях і пошуку поранених солдатів на полі бою допоможе в цивільних рятувальних місіях. Широкомасштабне використання цих складних систем звичайними солдатами призведе до зручніших у використанні безпілотників, які швидше розгортаються. Прискорений розвиток цих можливостей посилить тиск на регулятори, щоб вони швидко знаходили безпечні способи розгортання цих технологій і підтримували наступне покоління аерокосмічної та авіаційної промисловості.

Шлях вперед

Як і багато інших технологій, дрони мають руйнівну силу та величезні потенційні переваги. Війна в Україні прискорила можливість створити новий золотий вік авіації з усіма перевагами, які принесе ці нові можливості. Це також призвело до зриву застарілих аерокосмічних і авіаційних підходів, нових ризиків для військової та цивільної безпеки та проблем для урядів, які намагаються забезпечити безпеку, не піддаючись подіям. Для просування вперед по цій натягнутій канаті потрібен хороший баланс, але тих, хто стоїть на місці, швидше за все, злетить з лінії.