Tai kelia ne tik saugumo klausimus, bet net jau ir bent iš dalies nulėmė politinius neramumus – drono nukritimas Latvijos teritorijoje tapo politinės krizės ištakomis.
Tačiau vis dėlto, vertinant techniškai – kaip tai nutinka? Kaip veikia dronų navigacija, kokios navigacijos rūšys naudojamos dronuose ir kaip ją įmanoma paveikti? Šito portalas Lrytas paklausė Vilniaus Gedimino technikos universiteto („Vilnius Tech“) Aeronautikos laboratorijos vyr. specialisto vyr. specialisto ir lektoriaus Dominyko Petrulaičio.
„Prieš pradedant atsakyti į klausimus norėčiau paaiškinti kaip veikia bepiločių orlaivių (toliau BO) navigavimas ir kokie komponentai orlaiviams leidžia tai atlikti, – nurodė specialistas. – Pagrindinė BO dalis yra autopilotas, kuris priima informaciją iš įvairių jutiklių kaip GNSS imtuvas, giroskopas, magnetometras ir kiti. Didžioji dalis autopilotų naudoja Europos įmonės „STMicroelectronics“ kuriamus „STM32“ F ir H serijos mikrovaldiklius.
Užfiksavo vaizdus iš įvykio vietos: naujausia informacija apie Utenos r. nukritusį droną
Anot specialisto, autopilotai daugiausia naudoja trijų pagrindinių atvirojo kodo programinių įrangų rūšis: „Betaflight“ (dažniausiai naudojama su FPV dronais, tarp jų ir kamikadzės tipo dronais), INAV (dažniausiai fiksuoto sparno dronai kamikadzės, kurios taip pat gali atlikti paprastas iš anksto suprogramuotas misijas, pvz. skrydis iš taško A į B) bei „ArduPilot“ – pačią populiariausią atvirojo kodo programinę įrangą, naudojamą sudėtingoms misijoms ir dideliam kiekiui jutiklių.
„Tokia programinė įranga kaip „ArduPilot“ leidžia BO atlikti sudėtingus skrydžius, skrydžio metu pakeisti naudojamą informaciją pvz. iš GNSS duomenų pereiti prie inercinės navigavimo sistemos ar kitų pažangių navigavimo algoritmų“, – nurodė specialistas.
Jo teigimu, antroji dalis, be kurios dronai negali skristi, yra jutikliai – juos galime išskirti į tris grupes. Aktyvūs jutikliai (radarai, lidarai) patys siunčia signalą ir laukia jo atspindžio – jie suteikia itin tikslias koordinates, bet kartu išduoda drono buvimo vietą. Pasyvūs, tačiau priklausantys nuo išorinės infrastruktūros jutikliai – pirmiausia GNSS imtuvai – patys nieko nesiunčia, tačiau priima palydovų signalus, todėl jiems atsiranda kita problema: juos galima trikdyti elektroninėmis priemonėmis (jamming, spoofing).
„Visiškai autonomiški (vidiniai) jutikliai – kameros, giroskopai, akcelerometrai – nei siunčia signalą, nei priklauso nuo išorės, todėl jų paveikti iš toli praktiškai neįmanoma. Jų trūkumas yra mažesnis tikslumas ir aukšta kaina, ypač pažangių variantų. Dabartiniai kariniai orlaiviai ieško kompromiso tarp šių trijų grupių, atsižvelgdami į kainos ir patikimumo santykį“, – pasakojo D. Petrulaitis.
Susiję straipsniai
– Apie Lietuvoje, Latvijoje ir Estijoje nukritusius dronus teigiama, kad tai yra ukrainietiški dronai, ir kad jie Baltijos šalyse nukrito dėl to, kad Rusijos pajėgos sutrikdė jų navigaciją. Kokią navigaciją (navigacijas) naudoja dabartiniai Ukrainos atakos dronai?
– Šiuolaikiniai Ukrainos toliasiekiai puolimo dronai („Liutyi“, „Bober/UJ-26“, „UJ-22“, „FP-1“ ir kt.) skrenda naudojant hibridinę navigaciją: pagrindinis šaltinis yra GNSS – palydovinė navigacija (naudojama GPS, dažnai dar GLONASS ir „Galileo“ palydovų sistemos), o kaip atsarginė sistema veikia inercinė navigacija (angl. INS).
Skrydis vyksta pagal iš anksto suplanuotą maršrutą, kurį valdo autopilotas. Autopilotai dažniausiai naudoja perdarytą atvirojo kodo „ArduPilot“ programinę įrangą, kurią galima implementuoti tiek į itin brangius ir aukštos kokybės jutiklius naudojančius tolimo nuotolio dronus, tiek į pigias kamikadzių dronų sistemas. Tai galima pamatyti iš Ukrainos „Spider's Web“ misijos, kur matomas „MissionPlanner“ programinės įrangos naudojimas, kuri leidžia tiek planuoti misijas tiek valdyti BO, kurie naudoja „ArduPilot“ programinę įrangą.
Dalis Ukrainos dronų naudoja atvirojo kodo autopilotus, paveldėtus iš civilinės dronų bendruomenės – pavyzdžiui, „ArduPilot“ bei „PX4“. Naujesni „Bober“ variantai gavo infraraudonąją kamerą termovizoriniam taikinio atpažinimui paskutinėse skrydžio sekundėse. Tokiems papildomiems taikymo algoritmams yra naudojami „kompanijonai kompiuteriai“, kurie leidžia atlikti papildomus nusitaikymo į taikinį skaičiavimus, neapkraunant bepiločio orlaivio pagrindinio skrydžio kompiuterio papildomais skaičiavimais.
– Ar tai skiriasi nuo Rusijos naudojamų atakos dronų?
– Bazinė architektūra panaši – Rusijos „Shahed-136“ / „Geran-2“ taip pat naudoja GNSS (GPS + GLONASS) + inercinę navigaciją. Pagrindinis skirtumas yra apsaugos nuo trikdymo lygis: rusiški „Geran“ drono variantai naudoja „Kometa“ / „Kometa-M“ CRPA (angl. controlled radiation pattern antenna) anteną su 4 arba 16 GNSS imtuvo elementų.
Tokia antena geba nukreipti „priimamą signalą“ į dangų ir užblokuoti iki 15–16 antžeminių trikdytuvų vienu metu. Be to, dalis naujausių „Shahed-136MS“ variantų turi įmontuotą „kompanijoną kompiuterį“ – tai dažnai būna „NVIDIA Jetson Orin AI“ kompiuteris su termovizine kamera – jis atpažįsta taikinį pagal vaizdą, taigi gali smogti net visiškai GPS signalo neturinčioje aplinkoje. Šitokio masto investicijų į „anti-jamming“ technologijas Ukrainos dronuose paprastai dar nematome – jie remiasi pigesniu, masiniu sprendimu.
– Kaip, kokius principu vykdoma tokių navigacijos sistemų trukdymai? Kokie yra dažniausi būdai? Ar tobulėjant dronams jie keičiasi?
– Naudojami du pagrindiniai principai. Pirmasis – jamming (GNSS dažnių ruože sukeliamas triukšmas): siunčiamas didelės galios triukšmo signalas tomis pačiomis dažnių juostomis, kuriose veikia GPS / GLONASS / Galileo (dažniausiai L1 kanale ≈ 1575 MHz). Drono imtuvas paprasčiausiai „apkursta“ – nebegirdi palydovų.
Antrasis, kur kas pavojingesnis būdas – spoofing „apgaudinėjimas“: siunčiami suklastoti, bet teisingai užkoduoti palydovų signalai, ir drono imtuvas „mato“, kad jis yra kitur, nei iš tikro. Per pastaruosius metus Rusija pastebimai persiorientavo nuo grubaus jammingo prie sudėtingesnio spoofingo. Tobulėjant trikdymo priemonėms, atitinkamai keičiasi ir pačių dronų konstrukcija – tai nuolatinis ginklavimosi varžytinių ciklas. FPV dronams iš pradžių užtekdavo elementaraus radijo trikdytuvo, kuris nutraukdavo operatoriaus valdymo grandinę – todėl atsako forma tapo dronai, valdomi šviesolaidžiu, kuriems elektromagnetinis trikdymas paprasčiausiai nebeveikia.
Ukrianos Gynybos žvalgybos nuotr.
Toliasiekius dronus, kurie kreiserinę skrydžio fazę skrenda pagal GNSS, Rusija puola dviem būdais – arba trikdo GNSS signalą (jamming), arba jį suklastoja (spoofing). Atsakas į tai – jutiklių sintezė: derinami keli šaltiniai (GNSS imtuvas, magnetometras, didelio tikslumo giroskopai ir akcelerometrai, vaizdo kameros, DI grindžiamas vietos atpažinimas pagal iš anksto įkeltą žemėlapį, angl. SLAM principu), kad GNSS signalui dingus dronas galėtų automatiškai pereiti prie inercinės navigacijos arba prie navigacijos vien iš kamerų vaizdo.
Tačiau tokia jutiklių sintezė reikalauja brangių komponentų, todėl Ukraina renkasi kitokią strategiją – masinę pigių dronų gamybą: net jei dalis dronų bus „nujamminami“ ar „nuspoofinami“ ir nukris kelyje, didelis bendras paleidžiamų dronų kiekis vis tiek pasiekia taikinį. Bendra technologinė tendencija – ir karinėje, ir komercinėje aplinkoje – vis tiek aiški: einama link visų jutiklių sujungimo į vieną sistemą, kad ateities dronui trikdoma aplinka nebebūtų kliūtis.
– Teigiama, kad bent kai kurie koviniai dronai naudoja inercinę navigaciją. Kuo tokia navigacija skiriasi nuo GPS navigacijos?
– GPS yra absoliuti, išorinė pozicionavimo sistema – drono imtuvas priima signalus iš palydovų ir tiksliai žino, kur yra Žemės paviršiuje. Inercinė navigacija yra vidinė: drono viduje yra akcelerometrai (matuoja pagreitį) ir giroskopai (matuoja drono sukimąsi visomis ašimis), o kompiuteris, žinodamas pradinę poziciją ir nuolat integruodamas pagreičius bei posūkius, suskaičiuoja, kur šiuo metu turėtų būti BO. Tai veikia visiškai be jokio išorinio signalo, todėl INS niekaip nepaveiks joks GPS trikdymas.
Šiuo atveju jutiklių kaina tiesiogiai lemia paklaidos dydį. Net geri MEMS akcelerometrai su standartine paklaida per 17 minučių sukaupia maždaug 50 m pozicijos klaidą, pigūs serijiniai jutikliai – dar daugiau. Todėl realiame kariniame drone INS visada veikia su GPS poromis: GPS kas kelias sekundes pataiso INS klaidą, o INS tarpais palaiko skrydį, kai GPS dingsta. Šias dreifavimo problemas bandoma spręsti naudojant itin brangius ir tikslius jutiklius arba pasitelkiant įvairių jutiklių sintezę.
– Ar inercinę navigacijos sistemą galima taip pat paveikti? Jei taip – kaip?
– Teoriškai – taip, praktiškai mūšio lauke – beveik ne. Akademiniuose tyrimuose parodyta, kad pigios MEMS sistemos turi rezonansinį dažnį (paprastai 20–30 kHz ribose), ir nukreipus į droną stiprią ultragarsinę bangą būtent tuo dažniu, jutikliai ima „šokinėti“ ir dronas praranda stabilumą – garsus 2015 m. USENIX tyrimas „Rocking Drones with Intentional Sound Noise“ tai patvirtino, tas pats demonstruota ir vėlesniuose darbuose.
Be to, intensyvi elektromagnetinė interferencija gali sutrikdyti IMU vidinį laikrodį, o dėl to – ir signalų apdorojimą. Tačiau norint tokiu būdu numušti droną reikia žinoti konkretaus jutiklio rezonansinį dažnį, didelės galios šaltinio ir labai mažo atstumo iki taikinio – tai laboratorinės sąlygos. Skrendantį per dangų toliasiekį droną praktiškai paveikti taip neįmanoma. Dėl to mūšio lauke kovojama su GPS (kurį sąlyginai lengva nuslopinti), o ne su INS.
– Tarkime, užfiksuojamas dronas, kuris artėja prie nepageidaujamos (tarkime, Baltijos šalių) teritorijos – ar kokiomis nors elektroninėmis (nekinetinėmis) priemonėmis įmanoma paveikti droną, kad jis dar kartą pakoreguotų savo skrydį ir išvengtų įskridimo į nepageidaujamą teritoriją?
– Praktiškai – ne, jei kalbame apie „Shahed“ klasės, „Bober“ tipo ar ukrainietiškus toliasiekius dronus. Tokios sistemos po paleidimo nebeturi tikralaikės dvipusės komandinės grandinės, į kurią būtų galima „įsilaužti“ ir perimti valdymą – jos paprasčiausiai laikosi iš anksto suprogramuoto maršruto.
Yra žinomos „RF cyber takeover“ sistemos (pvz. izraelietiškas „D-Fend EnforceAir“), bet jos veikia tik prieš tuos dronus, kurių valdymo radijo protokolas yra žinomas – pirmiausia komercinius „DJI“, „Autel“ ir panašius dronu. Lieka GNSS spoofingas: teoriškai galima į droną nukreipti suklastotą GPS signalą ir įtikinti jį, kad jis yra kitur, ir taip priversti pasukti. Bet pirmiausia, Rusijos „Kometa“ antenos spoofingą atremia gana gerai, o antra, tas pats spoofingas paveiks ir keleivinius lėktuvus, laivus, civilinius dronus toje pat zonoje.
Realybėje to drono niekas „nenukreipia“ kontroliuojamai – jis tiesiog priverčiamas pereiti į vien inercinę navigaciją (INS), kuri ima dreifuoti, ir dronas nukrenta atsitiktinėje vietoje. Paradoksalu, bet kaip tik dėl to jie ir krenta Baltijos šalyse – kai GNSS veikimas yra sutrikdomas dar dronui skrendant virš Baltarusijos ar Rusijos.
– Jau daugiau nei metus skundžiamasi Rusijos vykdomais navigacijos trikdymais, kenčia lėktuvai, laivai, mėgėjiški dronai. Ar tai technologiškai turi ką bendro bendro su deklaruojamais Ukrainos dronų nukrypimais?
– Pagal Baltijos šalių vyriausybių ataskaitą Tarptautinei civilinės aviacijos organizacijai (ICAO), vien per pirmus keturis 2025 m. mėnesius Rusijos GNSS trikdžių paveikta apie 123 000 skrydžių Baltijos oro erdvėje. Latvijos elektroninių ryšių tarnyba 2024 m. užfiksavo 820 GNSS trikdymo atvejų, palyginus su 26 atvejais 2022 m. Tai paveikia ne tik skrydžius, bet ir sutrikdo laivybą, civilinių dronų, telefonų navigaciją bei fitneso laikrodžius.
Pagal atvirų šaltinių analitikus, Ukrainos puolimo dronai į Baltijos jūros pakrantės Rusijos objektus skrenda per Rusijos vakarinę teritoriją, maždaug 20–50 km į rytus nuo Baltarusijos sienos, NATO oro erdvės sąmoningai neliesdami. Būtent toje zonoje veikia ir tas pats Rusijos GNSS trikdymas, kuris kasdien sutrikdo civilinės aviacijos GPS veikimą – jį „pagauna“ ir Ukrainos dronai, todėl dalis jų, perėjusių į inercinę navigaciją, dreifuodami galiausiai įskrenda į Lietuvą, Latviją ar Estiją ir vietoj Primorsko terminalo dronas atsiduria pelkėje Varėnos rajone arba Rēzeknės naftos saugykloje.