Jak dron z jasnego nieba
Cokolwiek uniesie się w powietrze, musi kiedyś wrócić na ziemię. To oczywiste stwierdzenie jest zarazem wyjaśnieniem najprostszego zagrożenia, jakie mogą stanowić poruszające się nad naszymi głowami małe bezzałogowce. Niestety, zdecydowanie częściej niż byśmy sobie tego życzyli drony wracają na ziemię w sposób niekontrolowany. Powodów może być wiele – wyczerpanie baterii, utrata łączności, awaria lub zderzenie z jakimś obiektem – ale każdy z nich w określonych warunkach spowodować spadnięcie ważącego czasami nawet kilkanaście kilogramów drona z wysokości np. kilkuset metrów. Łatwo sobie wyobrazić, że dla tego, na kogo spadnie, będzie to fatalne.
Spadający dron może zranić lub zabić człowieka. Zdarzają się też sytuacje, gdy operator drona może nieumyślnie spowodować śmierć nawet kilku setek ludzi. Na przykład w przypadku zderzenia drona z samolotem pasażerskim – mimo, że typowy rekreacyjny bezzałogowiec nie przekracza 2 kg wagi, trafiając w skrzydło, silnik lub usterzenie samolotu może doprowadzić do jego rozbicia.
A jeśli coś może zrobić innym krzywdę przypadkiem, to na pewno znajdzie się ktoś, kto chciałby użyć takiego urządzenia do wyrządzenia krzywdy całkiem umyślnie. Nawet średniej wielkości rekreacyjne drony takie jak DJI Phantom są w stanie przenosić niewielkie ilości materiałów wybuchowych za pomocą których można zaatakować tłum ludzi, urząd, samolot czy zakład przemysłowy zabijając ludzi i powodując chaos i zamieszanie.
Czy nie możemy na tego faceta posłać jakiegoś drona?
Hillary Clinton o Julianie Assange’u
źródło: Mariusz Zawadzki, Julian Assange. Człowiek, który stworzył prezydenta Trumpa
Mały bezzałogowiec to także doskonałe narzędzie szpiegowskie, czy to dla wywiadu przemysłowego, czy dla paparazzi polujących na zdjęcia znanych ludzi w prywatnych sytuacjach. Za pomocą dronów można przemycać kontrabandę przez granicę, albo dostarczać zakazane przedmioty do osadzonych w więzieniu przestępców.
Troska o ochronę przed wszystkimi tymi zagrożeniami znalazła odzwierciedlenie w prawie: loty nad terenami zabudowanymi czy zgromadzeniami publicznymi podlegają szeregowi obostrzeń, mających zapewnić, że będą je prowadzić jedynie osoby posiadające stosowne kwalifikacje, używające sprzętu o odpowiednim standardzie, a i to tylko wtedy, kiedy to naprawdę koniecznie. Jeszcze bardziej restrykcyjne są przepisy regulujące ruch bezzałogowców w przestrzeni powietrznej znajdującej się w bezpośrednim sąsiedztwie lotnisk i ścieżek schodzenia do lądowania, ponieważ zderzenie drona z samolotem może doprowadzić do rozbicia się tego ostatniego. Bez spełnienia odpowiednich warunków i uzyskania stosownych pozwoleń dronem nie wolno latać nad obiektami użyteczności publicznej, w tym portami, instalacjami energetycznymi, wodnymi, zaporami, śluzami, oczyszczalniami ścieków, kopalniami, zakładami chemicznymi, a także obiektami administracji państwowej, obiektami pocztowymi, bankowymi, radiowymi czy telewizyjnymi oraz więzieniami.
Pozostaje jeden problem. Jak wyegzekwować przestrzeganie tego prawa?
Po pierwsze, namierzyć
Żeby spróbować przeciwdziałać zagrożeniu, trzeba najpierw zdać sobie z niego sprawę. Tymczasem dostrzeżenie na tle jasnego nieba białego obiektu o wymiarach 30×30 cm, lecącego z prędkością 20 km/h wcale nie jest proste. Nic dziwnego, że na rynku, zarówno cywilnym, jak i militarnym, pojawia się coraz więcej systemów wspomagających niedoskonałe ludzkie zmysły. Do wykrywania dronów wykorzystuje się całe spektrum fal elektromagnetycznych. W sprzedaży są systemy wyposażone w kamery światła widzialnego lub termiczne, wyposażone w oprogramowanie szukające w obrazie z kamer obiektów odpowiadających charakterystyką małym bezzałogowcom. Ich wadą jest niewielka skuteczność na dystansach większych niż 50-100 m: znajdujący się dalej dron jest w obiektywie kamery szerokokątnej po prostu za mały, żeby go skutecznie rozpoznać, a zastosowanie przybliżającej optyki o dłuższej ogniskowej powoduje, że pole widzenia kamery kurczy się dramatycznie. Małe, wykonane w większości z tworzyw sztucznych drony mają też zbyt małą skuteczną powierzchnię odbicia, żeby dawało się je łatwo i pewnie wykrywać za pomocą radarów. Wszystkie powyższe technologie mogą, ze względu na swoje ograniczenia techniczne, mylić drony z ptakami, generując fałszywe alarmy. Niestety, nie ma łatwo.
https://www.youtube.com/watch?v=2bDHQjicUsk
W cywilnych systemach antydronowych popularne jest stosowanie czujników akustycznych, wykorzystujących sygnatury pracy silników i odgłosu śmigieł popularnych typów dronów. Za pomocą triangulacji system może określić położenie oraz szybkość i kierunek ruchu urządzenia latającego, a porównując namierzony dźwięk z zapisanym wzorcem potrafi też określić model urządzenia. Także i namierniki akustyczne mają swoje wady. Ich zasięg nawet w idealnych warunkach nie imponuje, a hałas w otoczeniu sprawia, że spada on poniżej 50 metrów. Ten system raczej nie nadaje się do ochrony imprez masowych…
Co ciekawe, najlepsze rezultaty daje metoda polegająca na wykrywaniu i namierzaniu emisji radiowych za pomocą których dron komunikuje się z aparaturą sterującą. Większość komercyjnych urządzeń wykorzystuje albo łączność WiFi, albo radiową na jednej z innych znanych częstotliwości, dzięki czemu ich wykrycie jest stosunkowo proste i można je przeprowadzić z odległości sięgającej nawet około kilometra.
Po drugie, zatrzymać
Wbrew pozorom, to wcale nie jest takie proste. Na początek, wyobraźmy sobie najprostszą możliwą sytuację, czyli załóżmy, że panują odpowiednie warunki oraz że mamy stosowne uprawnienia i możemy drona po prostu zestrzelić.
Typową bronią “na drony” są strzelby gładkolufowe, czyli “śrutówki”. To oczywisty wybór – amunicja śrutowa została wymyślona do polowania na ptaki, więc świetnie nadaje się też do ściągania z nieba innych szybko latających i ostro manewrujących, ale dość delikatnych obiektów. Problemem jest stosunkowo niewielki zasięg śrutu, który przy większych odległościach zastępuje wystrzeliwana z małokalibrowych działek amunicja fragmentująca z zapalnikiem zbliżeniowym lub programowalnym. Ta typowo wojskowa technologia ma typowo wojskowy problem: koszt amunicji użytej do zestrzelenia drona może wielokrotnie przekraczać jego wartość. Dlatego coraz częstszym “efektorem” (mówiąc wojskowym żargonem) militarnych systemów antydronowych są lasery.
Postęp technologiczny sprawił, że dostępne stały się mobilne, ważące poniżej pól tony lasery o mocy rzędu 1-2 kW. W przypadku wykrycia drona naruszającego chronioną strefę, naprowadzany za pośrednictwem głowicy optoelektronicznej laser kieruje wiązkę światła na kadłub intruza. W wyniku trwającego kilka sekund podgrzewania następuje zniszczenie struktury nośnej (plastik staje się plastyczny i się odkształca) albo zniszczenie elektroniki, baterii lub silników, skutkujące uziemieniem drona.
Świetnie, prawda? Niestety, trudno zaakceptować zagrożenie związane z niekontrolowanym upadkiem zestrzelonego drona. To, jak również ograniczenia prawne i finansowe sprawiają, że ani system obrony laserowej ani artyleria antydronowa nie są używane w zastosowaniach cywilnych, a wojsko wykorzystuje je tylko na terenach objętych działaniami wojennymi. A więc, wciąż sprawą otwartą pozostaje wciąż problem, jak się pozbyć lecącego intruza.
“Orły! Nadlatują orły!”
Jednym z bardziej spektakularnych pomysłów na bezpieczne dla otoczenia zwalczanie dronów jest użycie do tego celu tresowanych ptaków drapieżnych. Duńska policja, po miesiącach testów uznała program tresury za tak udany, że zdecydowała się na wprowadzenie do służby czterech młodych orłów, wyszkolonych do tego, żeby chwytać w locie drony.
Duńskie orły okazały się jednak krnąbrne i wielokrotnie podczas akcji porzucały łowy na drony, preferując polowanie na drobne polne zwierzęta. Policjanci uznali swoją porażkę i wycofali się z pomysłu, jednak antydronowe orły nadal pełnią służbę innych miejscach na świecie, w tym we Francji, gdzie ich tresurą zajmują się, bardzo stosownie, siły powietrzne oraz Szwajcarii, gdzie dwa młode orły są trenowane przez genewską policję.
https://www.youtube.com/watch?v=JnoZGzLqKgE
Co ciekawe, Francuzi wykorzystują orły nie tylko do przechwytywania dronów, ale także do ich wykrywania. Oznacza to, że zwierzęta muszą być puszczane na swobodne patrole w strefie, w której mają za zadanie wymusić zakaz lotów. Ciekawe, czy francuskie orły są bardziej zdyscyplinowane niż duńskie, czy też Francuzi po prostu nie przyznają się do porażki?
Innym sposobem na zastąpienie wspomnianej wcześniej śrutówki jest wyrzutnia w rodzaju SkyWall 100. Jest to naramienna wyrzutnia wykorzystująca nabój gazowy do wystrzelenia siatki, która oplątuje drona. Siatka wyposażona jest w spadochron, dzięki czemu schwytane urządzenie opada na ziemię w sposób bezpieczny dla otoczenia. Złowionego drona można zaś później zbadać.
Bardzo interesujący jest system celowniczy SkyWall 100, wykorzystujący dwie kamery i komputer. Operator naprowadza znacznik celownika na cel, a następnie przez jakiś czas utrzymuje go na poruszającym się dronie, pozwalając komputerowi na przeliczenie poprawek związanych z wyprzedzeniem i kątem lotu. Po wyliczeniu trajektorii lotu, operator słyszy sygnał oznaczający, że może nacisnąć spust, a pocisk trafi w cel. Wady? Podobnie jak śrutówka SkyWall nie do końca radzi sobie z dużą wysokością lotu (ma zasięg na krótki dystans) i szybkim lotem.
Nic dziwnego, że ktoś wpadł na pomysł, żeby w wyrzutnię siatki wyposażyć… innego drona. Dron myśliwski ma za zadanie przechwycić intruza i wystrzelić siatkę, która go oplącze. Tym razem, zamiast spadochronu zastosowano linę łączącą drona-łowcę z więżącą drona-ofiarę siatką, za pomocą której opuszcza on łup na ziemię.
O ile takie działanie może być bardzo skuteczne przeciwko dronom, nad którymi sterujący utracił kontrolę albo takim, których operator nieświadomie naruszył zakazaną strefę, o tyle osoby działające celowo z pewnością nie pozwolą na łatwe polowanie. wyobrazić sobie sytuację, w której ofiara będzie szybsza niż myśliwy, lub będzie kluczyć po niebie niczym gołąb ścigany przez jastrzębia. Nie jest to więc rozwiązanie idealne.
Na razie jedną z najskuteczniejszych metod powstrzymania drona przed naruszeniem strefy chronionej jest zagłuszenie jego sygnału kontrolnego (pisaliśmy o tym w wywiadzie z ekspertem z firmy zajmującej się systemami antydronowymi). Emitując sygnał zagłuszający na częstotliwości wykorzystywanej przez sterującego do komunikacji z pojazdem, można doprowadzić do utraty przez niego kontroli. W nowoczesnych dronach powoduje to automatyczny powrót do miejsca startu, sprawiając że problem można uznać za rozwiązany. Ponieważ jednak większość komercyjnych dronów jest wyposażona w tryb autonomiczny, pozwalający na prowadzenie samodzielnego lotu według zaprogramowanej trasy, konieczne jest także zagłuszenie sygnału GPS, który pozwala automatyce drona zorientować się w przestrzeni.
Zagłuszanie może być prowadzone powierzchniowo, albo kierunkowo. Tą pierwszą metodę wykorzystuje system SkyFence, który w Wielkiej Brytanii zastosowano na terenie jednego z więzień. Jej użycie może być jednak kłopotliwe ze względu na fakt, że ten sposób może zakłócić pracę tych urządzeń, które działać powinny.
Dlatego lepszym pomysłem wydaje się wykorzystanie kierunkowych “dział radiowych”, emitujących zakłócenia kierunkowo. Przykładem może być polski produkt, Lanca 2.0.
Szczególnym przypadkiem są zintegrowane systemy, wykorzystujące kilka różnych metod. Dla przykładu izraelski system Rafael Advanced Defense Systems Drone Dome zapewnia śledzenie i wykrywanie dronów w odległości do 3-5 kilometrów, następnie blokuje ich komunikację radiową, a ostatecznie z odległości 2 kilometrów eliminuje intruza laserowym strzałem z działa o mocy 5 kW. Taki system zastosowano w londyńskim porcie lotniczym Gatwick i całkiem niedawno, pod koniec 2018 roku, system zadziałał blokując komunikację z podejrzanym dronem.
Czy chcemy, czy nie drony coraz częściej będą pojawiać się nad naszymi głowami. Roznosząc paczki, tak jak to planuje Amazon, albo podglądając nas w przydomowych ogródkach. Mogą rozwozić leki, co już czynią w trudno dostępnych miejscach w Afryce, bądź za pomocą specjalnych czujników sprawdzać skład dymu. Mogą też szpiegować, przenosić broń lub kontrabandę. Są narzędziem takim jak każde inne. Jak zostanie wykorzystane, to już w dużej mierze zależy od ludzkiej inwencji.
A o tym, że nie każdemu musi podobać się latające nad głową “coś”, świadczy ten film nagrany w holenderskim zoo. | CHIP