WSZYSTKO, CO CHCIELIBYŚCIE WIEDZIEĆ O DRONACH, ALE BALIŚCIE SIĘ ZAPYTAĆ…

Autorzy: Krzysztof Cichulski, Stefan Tomaszewski

Na początku lat dwutysięcznych byłem na szkoleniu w niemieckiej miejscowości Friedrichshafen, pięknie położonej nad Jeziorem Bodeńskim. Na początku XX w. hrabia Ferdinand von Zeppelin budował tam sterowce, a obecnie w zakładach EADS Astrium buduje się satelity. Po szkoleniu, przechadzając się po ulicach, trafiłem na sklep z zabawkami. Na wystawie moją uwagę przykuł elektryczny śmigłowiec. W tamtych czasach nowość. Akumulatory śmigłowca umożliwiały lot przez 10 min, a sterowany był pilotem za pośrednictwem podczerwieni. Zabawkę kupiłem, pod pozorem obdarowania nią mojej, wtedy kilkuletniej, córki, a w rzeczywistości sam chciałem się pobawić tą, jakby nie było, nowinką techniczną. To był mój pierwszy kontakt z „dronem”. Pomyślałem wtedy, że już niedługo osoby zajmujące się bezpieczeństwem będą miały nowy ból głowy.

 

TROCHE HISTORII
Ludzie od wieków marzyli o wykorzystaniu urządzeń latających, a zbrojenia zawsze były motorem rozwojowym nowych technologii. Pierwsze próby wykorzystania bezzałogowych statków powietrznych miały miejsce w XIX w. W 1849 r., podczas oblężenia Wenecji, cesarsko-królewskie wojska Austro-Węgier próbowały zbombardować miasto przy użyciu balonów z podczepionymi ładunkami wybuchowymi z zapalnikiem czasowym. Ze względu na wiatr manewr się nie udał.

Podczas I wojny światowej powstało wiele pomysłów budowy automatycznych samolotów mających przenosić ładunki wybuchowe. We wrześniu 1917 r. miał miejsce test automatycznego samolotu opracowanego na zlecenie Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych. Hewitt-Sperry wystartował dzięki pilotowi, który wyskoczył z samolotu na spadochronie, gdy maszyna wzbiła się w przestworza. Podczas testów udało się, dzięki sterowaniu przy użyciu żyroskopów i czujników ciśnienia, zrzucić worek z piaskiem w odległości ok. 48 km od miejsca startu, w odległości 3 km od celu. Po zrzuceniu ładunków bezzałogowy samolot stawał się latającą bombą.

W 1932 r. Marynarka Królewska Wielkiej Brytanii (The Royal Navy) dostrzegła potrzebę stworzenia realistycznego celu dla szkolenia przeciwlotniczego. W tym czasie cele były ciągnięte na uwięzi za samolotami pilotowanymi przez ludzi, co było niebezpieczne i wymagało ostrożności od ćwiczących żołnierzy, aby nie zestrzelić pilota. Planowana konstrukcja miała samodzielnie wystartować, latać w różnych kierunkach przed kanonierami i docelowo, jeśli nie byłaby zestrzelona, wylądować. Do tego celu został dostosowany zaprojektowany w 1930 r. samolot szkolno-treningowy De Havilland DH-82A Tiger Moth. Jego konstrukcję nieco odchudzono i zamontowano mechanizmy do sterowania radiowego. Zdalnie sterowany samolot nazwano De Havilland DH-82B Queen Bee (królowa pszczół).

Ciekawą konstrukcję miała konsola. Wielkością przypominała dużą mównicę, a polecenia były wybierane na obrotowej tarczy numerycznej. Samolot sprawował się bardzo dobrze i wyprodukowano go w ok. 400 egzemplarzach. Konstrukcję, jako bardzo udaną, często pokazywano przy różnych ważnych okazjach. Jeden z takich pokazów odbył się podczas Drugiej Londyńskiej Morskiej Konferencji Rozbrojeniowej (Second London Naval Disarmament Conference), trwającej od 9 grudnia 1935 r. do 25 marca 1936 r. Jego uczestnikiem był m.in. admirał William Harrison Standley, przedstawiciel Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych (US Navy), który po powrocie do kraju zlecił amerykańskie badania nad podobnymi do Queen Bee zdalnie sterowanymi samolotami, które mogłyby służyć jako cele do ćwiczeń dla artylerii przeciwlotniczej. Wkrótce potem komandor podporucznik Delmar Fahrney otrzymał z Biura Aeronautyki Marynarki Wojennej (Navy’s Bureau of Aeronautics) zadanie poprowadzenia projektu. W ciągu kilku miesięcy dwa samoloty Curtiss N2C-2 Fledgling i dwa szkolno-treningowe dwupłatowce Stearman zostały wyposażone w urządzenia do zdalnego sterowania przez radio, podobne do Queen Bee. W tym czasie w dokumentach związanych z amerykańskim projektem zaczęło się pojawiać słowo „dron” (ang. truteń – samiec pszczoły miodnej). Według przekazów sam komandor podporucznik Delmar Fahrney zaczął używać tego słowa jako nawiązanie do pierwowzoru, zdalnie sterowanego samolotu De Havilland DH-82B Queen Bee.

Później historia potoczyła się już szybciej. W 1940 r. zaczęto seryjnie produkować Radioplane OQ-2 – amerykański bezzałogowy statek powietrzny (BSP) wykorzystywany do szkolenia artylerzystów. Ciekawostką jest, że w 1945 r. dla celów propagandowych przy produkcji tego urządzenia uwieczniono na zdjęciu Normę Jeane Dougherty, znaną później jako Marilyn Monroe. Na początku 1946 r. przystosowano do lotów bezzałogowych kilka samolotów Boeing B-17 Flying Fortress (latająca forteca), na potrzeby pomiarów podczas testów broni atomowej w ramach operacji „Crossroads” na atolu Bikini, w archipelagu Wysp Marshalla. Samoloty miały zbierać dane telemetryczne i wykonywać automatycznie zdjęcia, a po misji wylądować. W tym celu przy starcie i lądowaniu były sterowane z jadącego samochodu, a podczas lotu z innej maszyny.

Równolegle do dużych zdalnie sterowanych maszyn rozpoczął się rozwój małych dronów, służących do obserwacji ruchów wojsk. Pierwsze z nich były zrzucane z samolotów, a po wykonaniu swojej misji lądowały na spadochronie. Takie rozwiązanie zastosowano w Ryan Model 147 Lightning Bug, dronie z napędem odrzutowym, przenoszonym pod skrzydłami samolotu transportowego Lockheed DC-130 Hercules. Urządzenia te były masowo wykorzystywane przez amerykańską armię do celów wywiadowczych w Północnym Wietnamie, Chinach i Korei Północnej w latach 60. i początku lat 70. XX w.

Po doświadczeniach w wojnie Jom Kippur, która wybuchła 6 października 1973 r., w Izraelu zauważono potrzebę rozwijania bezzałogowych statków powietrznych i wyposażenia w nie armii w celu rozpoznania pola walki, wykrywania celów i naprowadzania rakiet. Izrael na początku tego konfliktu stracił ok. 80 samolotów, co wymusiło zmianę taktyki i szersze wykorzystanie dronów. W latach 70. XX w. powstały tam konstrukcje będące bezpośrednimi poprzednikami współczesnych maszyn wojskowych, to jest Scout (hebrajska nazwa Oriole), opracowany przez IAI, oraz Mastiff, opracowany przez Tadiran (obecnie będący własnością Elbit Systems).

Ojcem współczesnych dronów jest urodzony w 1937 r. w Bagdadzie Abraham Karem. Zaczął budować latające modele w wieku 14 lat. Ukończył inżynierię aeronautyczną na Technion w Hajfie i początkowo konstruował drony dla Izraelskich Sił Powietrznych. W 1977 r. wyemigrował jednak do USA, gdzie założył firmę Leading Systems. W garażu swojego domu w Los Angeles zbudował dron Albatros, przypominający bardzo współczesne konstrukcje. Podczas testów dla DARPA[1] Albatros utrzymywał się w powietrzu przez 56 godzin! Dzięki dofinansowaniu z agencji zbudowany został sprawniejszy następca, nazwany Amber. Z czasem konstrukcja ta rozwinęła się do współczesnego Predatora i wyposażonego w uzbrojenie Reapera.

DEFINICJA I KLASYFIKACJA
Zanim zajmiemy się współczesnymi dronami, warto skupić się na definicji. Określenie „dron” nie występuje w aktach prawnych. Urządzenia te określane są jako „bezzałogowy statek powietrzny” (ang. Unmanned Aerial Vehicle, UAV) lub „bezzałogowy system powietrzny” (ang. Unmanned Aerial System, UAS). Zgodnie z definicją na takie określenie zasługuje statek powietrzny, który do lotu nie wymaga załogi na pokładzie i konstrukcyjnie nie ma możliwości zabierania pasażerów, jest pilotowany zdalnie lub wykonuje lot autonomicznie.

Istnieje wiele metod klasyfikacji dronów. Najczęściej można spotkać w materiałach źródłowych dwa rodzaje klasyfikacji (tabela 1 i tabela 2).

WYKRYWANIE DRONOW
Bezzałogowe statki powietrzne są rozwijane od stu lat, jednak dopiero dzięki rozwojowi materiałoznawstwa i elektroniki trafiły „pod strzechy”. W latach 80. XX w. opracowano technologię produkcji bardzo silnych magnesów neodymowych, wykorzystywanych aktualnie w bezszczotkowych silnikach elektrycznych, mających zastosowanie w małych elektrycznych dronach. Rozwój elektroniki i informatyki spowodowały również znaczny spadek cen procesorów i komponentów, które wykorzystuje się do budowy BSP. Doprowadziło to do stanu dzisiejszego.

Małe drony mają bardzo szerokie zastosowanie – począwszy od urządzeń pozwalających na bardzo tanie filmowanie ciekawych planów, przez wykrzystanie-w systemach bezpieczeństwa obiektów, po systemy transportu małych ładunków. Niestety, łatwa dostępność tych urządzeń powoduje, że zaczynają być również wykorzystywane do przestępstw. Problemem jest wykorzystanie dronów do śledzenia ludzi, przemycania niedozwolonych przedmiotów na teren zakładów penitencjarnych i przemytu towarów przez granicę. Sen z powiek specjalistów od bezpieczeństwa spędza myśl, że mały autonomiczny dron może być wykorzystany do zamachu bombowego. Z tych powodów bardzo duży nacisk kładzie się obecnie na wykrywanie i neutralizację BSP. Niestety, ze względu na wielkość maszyn ich wykrycie nie jest łatwe.

Jako neutralizację drona rozumie się działania mające na celu wyeliminowanie lub minimalizację zagrożenia ze strony bezzałogowych statków powietrznych. Ten proces można zasadniczo podzielić na trzy etapy: wykrycie i śledzenie drona, przejęcie nad nim kontroli i unieszkodliwienie. Łatwiej jest wykryć większe jednostki, choćby przy użyciu klasycznych radarów lub tzw. radarów termowizyjnych. Jedną z metod jest wykrywanie urządzeń przez wykrycie sygnałów radiowych emitowanych przez drony i próba neutralizacji urządzenia przez zakłócenie komunikacji. Jednym z kryteriów podziału dronów jest zdolność misji i odbioru sygnałów radiowych (tabela 3).

Można wyróżnić cztery grupy urządzeń:
1. Grupa I charakteryzuje się brakiem emisji i brakiem odbioru sygnału. Tego typu maszyny należą do rzadkości, ale pojawiają się i są nie do wykrycia przez urządzenia skanujące transmisję radiową, nawet w szerokim paśmie częstotliwości.

2. Grupa II obejmuje maszyny, w których występuje emisja sygnałów radiowych, ale brak jest odbioru. Są one bardzo rzadkie i jednocześnie trudne do namierzenia, a także najczęściej jednorazowego zastosowania. Wysyłane w określonym kierunku, wykonują misję, np. robią zdjęcia lub film, przesyłają zgromadzone dane i giną.

3. Grupa III to maszyny, w których występuje odbiór, ale brak jest emisji sygnału. Jest to bardzo powszechne rozwiązanie. Dron odbiera sygnały sterujące i/lub sygnały z systemów pozycjonujących, np. GPS.

4. Grupa IV to maszyny, w których występuje zarówno odbiór, jak i emisja sygnałów radiowych. Jest to najczęściej występujący typ urządzeń. Odbierane są sygnały sterujące i/lub sygnały z systemów pozycjonowania. Urządzenie przesyła także dane np. zdjęcia, sygnał wizyjny z kamery, dane z urządzeń pomiarowych itp.

Wykrywanie BSP na podstawie emisji radiowej jest szeroko stosowane, ale zwykle w wąskim paśmie. Najczęściej spotykane urządzenia do wykrywania i neutralizacji dronów przeszukują ogólnodostępne pasma 2,4 GHz i 5,0 GHz. Bardziej zaawansowane kontrolują szerokie pasmo i szukają ruchu w eterze. W przypadku miejsc, w których występuje dużo urządzeń nadawczych, wyszukanie konkretnej emisji jest bardzo trudne, w tym celu stosuje się anteny kierunkowe o dużym zysku. Warto również zwrócić uwagę, że niektóre z firm proponują urządzenia umożliwiające przechwycenie sterowania dronem. Taka sytuacja jest jednak możliwa tylko w przypadku, kiedy znana jest struktura sygnału sterującego, a jest to bardzo rzadkie.

Wykrywanie przy wykorzystaniu radiolokacji jest obecnie najefektywniejsze. Metoda ma jednak dużo ograniczeń. Główne to tzw. kompromis technologiczny. Inny radar trzeba zastosować do wykrywania małych dronów na dużych odległościach, a inny do wykrycia w pobliżu stacji radiolokacyjnej. Do wykrywania BSP stosuje się różnego rodzaju radary impulsowo- dopplerowskie i radary na fali ciągłej (FMCW). Na mniejszych odległościach najlepsze wyniki daje tzw. radar termowizyjny (bezzałogowy statek powietrzny jest doskonale widoczny na tle nieba, którego temperatura tła wynosi ok. -80°C), na większych – tylko radar mikrofalowy.

PRZYSZŁOŚĆ
Obecnie obserwujemy bardzo dynamiczny postęp technologiczny. Trudno określić dokładnie, w jakim kierunku pójdzie rozwój bezzałogowych statków powietrznych. Plany są spektakularne. W grudniu 2016 r. Amazon dostarczył pierwszy raz klientowi przesyłkę przy użyciu automatycznego drona. 16 lutego 2017 r. w magazynie „Time” pojawił się artykuł, w którym informowano, że firma EHang z siedzibą w Kantonie w Chinach otrzymała zamówienie od miasta Dubaj na bezzałogowe statki powietrzne do testów (model 184) systemu powietrznych taksówek. Model ten pozwala automatycznie przetransportować jedną osobę i mały bagaż na odległość do 50 km.

Przyszłości nie da się przewidzieć. Pewne jest jednak, że rozwój dronów oraz systemów ich wykrywania i neutralizacji to jeden z najgorętszych współcześnie tematów wśród specjalistów od bezpieczeństwa. Moje spostrzeżenie, poczynione już na początku XXI w., dotyczące bólu głowy osób zajmujących się bezpieczeństwem, stało się faktem.

Przypis:
[1] Defense Advanced Research Projects Agency, czyli Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności – amerykańska agencja rządowa zajmująca się rozwojem technologii wojskowej i działająca w strukturach Departamentu Obrony.
Literatura:
[1] http://www.quadcoptercloud.com/drones-get-name/
[2] http://www.dehavillandmuseum.co.uk/aircraft/de-havilland- -dh82b-queen-bee/
[3] http://www.vintagewings.ca/VintageNews/Stories/tabid/116/ articleType/ArticleView/articleId/484/The-Mother-of-All-Drones. aspx
[4] https://www.airspacemag.com/need-to-know/were-drones-used- in-the-bikini-bomb-tests-6578388/
[5] https://www.economist.com/news/technology-quarterly/ 21567205-abe-karem-created-robotic-plane-transformed-way- -modern-warfare
[6] http://www.bigs-potsdam.org/images/Policy%20Paper/PolicyPaper- No.1_Civil-Use-of-UAS_Bildschirmversion%20interaktiv.pdf
[7] http://time.com/4672881/drones-passengers-dubai-future-jetsons- ehang/
[8] Wikipedia
[9] Zeszyty Naukowe AON nr 1(94) 2014; Dariusz Kompała „Użycie bezzałogowych statków powietrznych do rozpoznania powietrznego w wybranych konfliktach zbrojnych”

Źródło: SEC&AS, wydanie 1/2018, s. 14

Powiązane

Wypadek w pracy - co robić ?

27.06.2017

Szósty zmysł drapaczy chmur…

30.06.2017

Popularne

Zrób to sam. Kamera termowizyjna Część II
26.02.2018
Cz. 1. Jednostki miar wielkości fizycznych – układ jednostek SI i nie tylko.
13.09.2018
Kamera termowizyjna. Część I
15.01.2018

Sec&As

COPYRIGHT © 2017 RIPOSTA. WSZELKIE PRAWA ZASTRZEŻONE. PROJEKT I REALIZACJA: RIPOSTA