Мікрофони як частина системи ППО? Звучить дивно, але працює на високому рівні, адже війна прискорює розробку нових, дієвих та дешевих засобів боротьби із ворогом. Ось тільки цікаво, чому все відбувається за рахунок громадських пожертв?
Рік тому Віталій Шабунін розповідав про те, як мобільні телефони слухатимуть небо та передаватиме зенітникам траєкторію шахідів для якнайшвидшого знищення. Я слухав це, звичайно, не як “космічні кораблі борознитиме простори всесвіту”, але, скажімо так, з властивим мені скепсисом а-ля поживемо-побачимо.
І ось уже “The Economist” захоплено розхвалює саме таку нашу систему. Причому з неї йдуть дані навіть у “Дельту” – ще одну систему, яку зробили військові айтішники всупереч опору армійських бюрократів. Ця стаття у крутому виданні – несподівана, але заслужена реклама українських мізків західним читачам.
Автопереклад статті в The Economist:
Як нова українська технологія запобігає російським повітряним атакам. Це новаторський прилад акустичного виявлення, що має несподіваний успіх. Після того, як 24 лютого 2022 року почалося повномасштабне вторгнення Росії, перспективи України щодо захисту свого повітряного простору виглядали погано. Радіолокаційне покриття країни було нестабільним ще до того, як її радіолокаційні станції зазнали нападу, а багато безпілотників і крилатих ракет летіли занадто низько, щоб їх могли помітити станції, що стояли на місці.
Проте війна здатна стимулювати інновації. Через чотири дні після початку вторгнення група амбітних українських техніків створила організацію під назвою “Технарі” для розробки альтернативної системи, відомої як ePPO, для виявлення та відстеження російських повітряних атак. Геннадій Сульдін, співзасновник компанії, описує її як “людський радар”. Він складається із додатка для смартфона та моделі штучного інтелекту (ІІ), що дозволяє верифікованим громадянам України повідомляти про об’єкти, які вони бачать або чують, одним натисканням кнопки.
Він виявився надзвичайно ефективним. І компанія сподівається на ще більші успіхи, оскільки починає обробляти звуки потенційних повітряних загроз, які вловлюються мережею мікрофонів, що розташовані по всій Україні. Робота компанії – це невелика частина тихого, але драматичного українського експерименту щодо протидії повітряним атакам. Деякі інші підрозділи вже використовують мережу мікрофонів, які передають звуки українським операторам протиповітряної оборони. Ці інновації воєнного часу виявляються настільки успішними, що незабаром інші країни можуть наслідувати їхній приклад.
Мікрофонні грати, що тріангулюють позицію стрільця, мають довгу історію використання на війні, і за останні два десятиліття вони досягли значного прогресу, особливо у захисті західних солдатів в Афганістані та Іраку. Але аналіз звукових хвиль для протиповітряної оборони тривалий час вважався непрактичним. Мері “Міссі” Каммінгс, колишня американська льотчиця-винищувачка, яка є співавтором численних наукових досліджень про перспективи цієї технології, порівняла ці пошуки з “читанням чиєїсь долоні”. За її словами, багато хто хотів би вірити, що цей підхід спрацює, але поки що це не так.
Досвід України змінив ситуацію, вважає Джеймс Хеккер, командувач американських військово-повітряних сил у Європі з авіабази Рамштайн у Німеччині. Він описує українські інновації в акустичному зонді як “надзвичайні”.
Порівняно з радарами, українські мікрофонні мережі дешевші і не випромінюють сигнали, які можуть бути виявлені російськими силами. І в той час, як розумна інженерія може різко зменшити радіолокаційну помітність літака (як показала Росія, переробивши іранські безпілотники-камікадзе “Шахид”, задіявши більш непомітні композитні матеріали), апаратне забезпечення, що рухається в повітрі, генерує звук. Дуже важливо, що акустичне виявлення краще працює на малих висотах, де літає більшість бойових дронів. Генерал Хеккер вважає, що ця технологія діє на висоті близько 3000 метрів, а радари здатні контролювати великі висоти без перешкод, спричинених перешкодами біля землі.
Все це пояснює, чому мікрофонні мережі такі привабливі. Одну з них розробив львівський стартап Zvook (звук), який розмістив високоякісні мікрофони поблизу фронту. Отримані записи були використані, щоб навчити програму визначати акустичні сигнатури загроз, починаючи від невеликих дронів і закінчуючи ракетами, снарядами та пілотованими літаками – і все це без урахування звуків громадянського життя.
Діапазон виявлення Zvook, хоч і набагато коротший, ніж у радарів, але це не означає, що його не можна використовувати. Наприклад, безпілотники можна знайти з відривом до 5 км. Для крилатих ракет дальність становить близько 7 км. Щоб досягти цього, Zvook розробив вигнуті “акустичні дзеркала” діаметром півметра. Ці тарілки концентрують звукові хвилі на мікрофонах, що охоплюють. Більшість станцій мають два таких дзеркала, щоб забезпечити дугу покриття близько 200 °. Обробка відбувається на сусідньому комп’ютері.
Станції прослуховування Zvook, кожна з яких менша за взуттєву коробку, коштують близько $500 кожна. Для порівняння, радар, здатний виявити невеликий дрон на відстані 5 км, може коштувати $500 000. Тому мережа мікрофонів може бути відносно густою, а точність зростає разом з кількістю станцій, що чують звук.
Телекомунікаційна компанія “Київстар” встановлює комплект Zvook на своїх стільникових вежах, займається обслуговуванням та передає дані безкоштовно. У місцях, де немає веж стільникового зв’язку, наприклад, поблизу фронту, систему часто ховають у траві без громіздких акустичних дзеркал, які можуть бути помічені. Живлення здійснюється від акумулятора або сонячної батареї. Для таких непомітніших місць дані передаються через широкосмугові супутники.
Виявлення Zvook зазвичай займає менше 12 секунд, щоб з’явитись у армійській комп’ютерній програмі під назвою Delta. Мар’ян Сулім, сержант протиповітряної оборони та керівник Zvook, каже, що рівень помилкових спрацьовувань зараз становить близько 1,6%. Для додаткової перевірки користувачі Дельти отримують дев’ять секунд кліп зі звуком, про який йдеться. За його словами, в районах, де працюють близько 270 станцій Zvook, які були передані армії, радари часто включаються лише у відповідь на сигнали тривоги. Завдяки тому, що Zvook допоміг запобігти авіаударам, особливо Харкову, другому місту України, сержант Сулім отримав дозвіл зосередити свої зусилля на значному розширенні мережі.
Її точність також має зрости. Для більш ефективної тріангуляції джерела звуку Zvook розробляє спеціальний масив з чотирьох мікрофонів, підключених до станцій прослуховування. Це дозволить визначити напрямок походження звуку з точністю до 5°. Сержант Сулім сподівається, що цього достатньо для запуску перехоплювачів без необхідності попереднього виявлення наземними радарами. Наступного місяця військові мають випробувати першу партію із 15 таких тріангуляційних антен.
Набагато велику мережу акустичного виявлення розробила секретна українська організація під назвою “Небесна фортеця”. Вона складається з кількох тисяч станцій прослуховування і планується встановити ще тисячі. Хоча перші станції прослуховування перехоплювали та обробляли звук за допомогою смартфонів на базі Android, зараз мережа, як і мережа Zvook, використовує спеціальні мікрофони та мікрокомп’ютери. Дані передаються до української системи управління, відомої як “Віраж”. Як і ePPO і Zvook, “Небесна фортеця” здебільшого фінансується за рахунок пожертвувань, що є дивовижним явищем для протиповітряної оборони.
Деякі зовнішні експерти знають про роботу “Небесної фортеці”. Одним із них є Рікі Еллісон, засновник Альянсу захисту протиракетної оборони (MDAA), неприбуткової організації з Олександрії, штат Вірджинія. За його словами, “Небесна фортеця” стала настільки розгалуженою та “такою біса гарною”, що тепер виявляє більшість російських боєприпасів, які летять низько над територією України. Російські підрозділи почали приглушувати чи інакше змінювати акустичні характеристики своїх безпілотників, але алгоритми виявлення швидко адаптуються. “Це – штучний інтелект у його кращому прояві”, – говорить Еллісон.
Досягнення в обробці даних показують, що акустичні сигнали є напрочуд багатими. Частотні спектрограми, надані українським полковником, які побажали залишитися невідомими, показують, що навіть схожі дрони мають різні звукові характеристики. Томас Віттінгтон, спеціаліст з протиповітряної оборони аналітичного центру RUSI, що базується в Лондоні, каже, що можна навіть почути зусилля двигуна, викликані важким корисним навантаженням.
Росія відповідає тим самим. Конструкторське бюро “Талламхо”, фірма з Грозного в Чечні, нещодавно оголосила, що її нова мікрофонна система “Малік” може захищати російські окопи та інші позиції, виявляючи українські безпілотники на відстані близько 330 метрів. Найменша за розміром система “Малік” кріпиться до солдатської форми.
Інші країни також звертають увагу на подібні технології. Декілька тижнів тому комплект “Небесна фортеця” був секретно продемонстрований на полігоні в Європі. Представники 11 країн НАТО побачили, як (неозброєні) крилаті ракети та безпілотники легко виявляються та відстежуються. Пан Еллісон із MDAA, організатора демонстрації, каже, що заплановано ще два такі заходи. НАТО розглядає можливість розгортання мікрофонів для протиповітряної оборони, сказав генерал Хеккер.
Декілька міністерств оборони на сході військового альянсу вже закуповують акустичне обладнання для протиповітряної оборони. Польська фірма Advanced Protection Systems, що їх постачає кілька років тому, припинила науково-дослідну роботу в галузі акустики. Події в Україні переконали її спробувати знову, каже Мацей Клем, її керівник. Наразі фірма також продає акустичне обладнання невідомому суб’єкту в Україні.
Компанія Thales, європейський оборонний гігант, також побачила у цьому перспективи. Наступного року на ринок вийде її перша мікрофонна система для виявлення безпілотників, каже Жан-Мішель Негре, продукт-менеджер компанії, що базується поблизу Парижа. Інші великі західні компанії, безперечно, приєднаються до цього процесу. Їм слід подивитися на Україну як на джерело натхнення. На новому повороті бойових дій деякі заповзятливі українські технологи оснащують свої дрони мікрофонами, щоб допомогти їм націлитись на своїх російських супротивників у повітряному бою. Звукові ідеї продовжуються.
Джерело: Юрій Ніколов(Оригінал: The Economist)