Чи впливає аналіз звуку на ефективність системи протиповітряній обороні? Довгий час вважалося, що ні. Але війна в Україні змінила цю думку, як і багато інших, що видавалися непохитними. В умовах, коли ворожі дрони та ракети летять на малих висотах, а радарного покриття або немає, або воно працює лише на більшій висоті, звукові системи стали надійним і надзвичайно ефективним інструментом виявлення ворожих дронів і ракет. Аналізу цього явища і його значенню для оборони України присвячений матеріал «The Economist», який переклала для Mind редакція платформи Reactor.ua.
На початку повномасштабного вторгнення росії 24 лютого 2022 року шанси України захистити свій повітряний простір розцінювалися як низькі. Справа не у зруйнованих радіолокаційних станціях – ще до їх знищення радарне покриття в Україні було нерівномірним. А велика кількість дронів і крилатих ракет летіли надто низько, щоб уцілілі радари могли їх помітили.
Але війна – це час інновацій. Через чотири дні після початку вторгнення ініціативні українські айтівці створили групу «Технарі» та розробили альтернативну систему, відому як єППО. Вона призначалася для виявлення та відстеження російських повітряних цілей. Співзасновник групи Геннадій Сульдін описав її як «людський радар». Система складається з мобільного застосунку та моделі штучного інтелекту (ШІ) й дозволяє верифікованим громадянам України одним дотиком повідомляти про летючі об’єкти, які вони бачать або чують.
Ідея виявилася напрочуд ефективною. Але «Технарі» вважають, що буде набагато успішнішим, якщо процес обробки звуків потенційних повітряних загроз фіксуватиметься мережею мікрофонів, розташованих по всій Україні. Ця робота – лише мала частина «тихого», але вражаючого українського експерименту з протидії повітряним атакам. Декілька інших технологічних груп уже використовують мережі мікрофонів, що передають звуки українським операторам протиповітряної оборони. Такі інновації воєнного часу виявилися настільки успішними, що невдовзі цей досвід може поширитися і на інші країни.
Акустичні системи, які визначають місцезнаходження солдата-стрільця, уже давно використовуються на війні. За останні два десятиліття вони суттєво прогресували, особливо для захисту західних солдатів в Афганістані та Іраку. Проте аналізувати звукові хвилі в системі протиповітряної оборони тривалий час вважалося непрактичним. Мері «Міссі» Каммінгс, американська льотчиця, яка раніше пілотувала винищувачі, а нині є співавторкою численних наукових статей щодо перспектив цієї технології, порівнює її з «читанням по долоні». Багато хто хотів вірити, що цей підхід спрацює, каже вона, але це не так.
Досвід України все змінив, вважає командувач американськими Повітряними силами в Європі на авіабазі Рамштайн у Німеччині Джеймс Геккер. За його словами, українські інновації в акустичному виявленні загроз – «неймовірні».
Якщо порівнювати з радарами, українські мережі мікрофонів дешевші та не випромінюють сигнали, які російська армія може «засікти». До того ж вдала інженерія може різко зменшити радіолокаційну помітність літального апарата (росія продемонструвала це, модифікувавши іранські дрони-камікадзе «Shahed» за допомогою більш непомітних композитних матеріалів). Але агрегат, що працює у повітрі, все одно видає звук. Найважливішим є те, що акустичне виявлення найкраще працює на малих висотах, на яких літають більшість бойових дронів. За словами генерала Геккера, ця технологія діє на висоті до 3000 метрів, тоді як радари моніторять більші висоти й не «ловлять» перешкоди ближче до землі.
Ось чому мікрофонні мережі такі привабливі. Одну з них розробив львівський стартап «Звук». Він розмістив поблизу лінії фронту високоякісні мікрофони й на основі отриманих записів навчив програмне забезпечення ідентифікувати акустичні сигнатури загроз – від невеликих дронів до ракет, від снарядів до літаків – ігноруючи звуки цивільного життя.
Спектр дії рішення «Звук», хоч і значно менший, ніж у радарів, але дозволяє багато чого «засікти». Наприклад, дрони воно виявляє на відстані до 5 км. Крилаті ракети – приблизно за 7 км. Для досягнення цього ефекту «Звук» розробив вигнуті «акустичні дзеркала» діаметром у пів метра. Ці «тарілки» фокусують звукові хвилі на мікрофонах, що розташовуються всередині. Більшість акустичних станцій мають два таких прилади, щоб утворити дугу покриття близько 200°. Дані обробляє комп’ютер, який знаходиться поруч.
Акустичні станції «Звук» менші за коробку для взуття і коштують приблизно $500 за штуку. Для порівняння: радар, що здатен виявити невеликий дрон на відстані 5 км, може коштувати $500 000. Тож мережа мікрофонів може бути відносно щільною, а чим більше станцій, які чують звук, тим вища точність. Телекомунікаційна компанія «Київстар» встановлює обладнання «Звук» на своїх мобільних вежах, здійснює його технічне обслуговування та безплатно передає всі дані. А там, де веж, що працюють, немає, наприклад поблизу лінії фронту, систему часто ховають у траві й не використовують величенькі акустичні дзеркала, які можна помітити. Живиться така станція від акумулятора або сонячної батареї; з огляду на важкодоступність місця її розташування дані передають широкосмугові супутники.
Якщо система «Звук» щось виявила, то ці дані зазвичай з’являються у «Дельті» – армійській комп’ютерній програмі – менш ніж за 12 секунд. За словами сержанта підрозділу протиповітряної оборони та співорганізатора проєкту «Звук» Мар’яна Сулима, рівень помилкових сповіщень зараз становить близько 1,6%. Для додаткової перевірки користувачі «Дельти» отримують дев’ятисекундний запис із відповідним звуком. У районах, де працюють передані ЗСУ приблизно 270 станцій «Звук» (і їхня кількість зростає), радари часто вмикаються лише після сигналу тривоги, розповідає Сулим. Завдяки тому, що система «Звук» допомагає запобігати авіаударам, у першу чергу по Харкову, сержант Сулим отримав дозвіл на значне розширення мережі.
Точність системи теж зростає. Для ефективнішого виявлення джерела звуку команда розробила спеціальний комплекс із чотирьох мікрофонів, що підключається до акустичних станцій. Це дозволяє визначати напрямок походження звуку з точністю до 5°. Сержант Сулим сподівається, що цього буде достатньо, щоб запускати перехоплювачі без потреби в додатковій ідентифікації наземними радарами. Наступного місяця військові мають випробувати перші 15 таких акустичних систем.
Значно більша мережа акустичного виявлення розроблена непублічною українською групою під назвою «Небесна фортеця». Ця система складається з кількох тисяч акустичних станцій, планується встановити ще тисячі. Перші станції перехоплювали й обробляли звук за допомогою смартфонів на базі Android, а зараз ця мережа, як і «Звук», використовує спеціальні мікрофони та мікрокомп’ютери. Дані надходять в українську систему управління «Віраж». «Небесна фортеця», так само як єППО і «Звук», фінансується переважно за донати, що є надзвичайним явищем для протиповітряної оборони.
Про діяльність «Небесної фортеці» знає лише невелика кількість іноземних експертів. Один із них – засновник некомерційної організації Missile Defence Advocacy Alliance з Александрії (штат Вірджинія, США) Рікі Еллісон. За його словами, «Небесна фортеця» стала такою масштабною і «такою до біса крутою», що зараз виявляє більшість російських апаратів, які летять над територією України на низькій висоті. Тому росіяни почали знижувати або змінювати акустичні сигнатури своїх безпілотників, але алгоритми виявлення миттєво адаптуються. «Це ШІ в найкращому своєму прояві», – каже Еллісон.
Обробка даних показує, що акустичні сигнали є дуже різноманітними. Частотні спектрограми, надані українським полковником, який побажав залишитися анонімним, демонструють, що навіть схожі дрони відрізняються за звуковими характеристиками. Фахівець із протиповітряної оборони британського аналітичного центру RUSI Томас Вітінгтон каже, що почути можна навіть те, як напружено гуде двигун, що несе важке корисне навантаження.
росія відповідає тим самим. Конструкторське бюро «Талламхо», що базується у чеченському Грозному, нещодавно оголосило, що його нова мікрофонна система «Малік» помічає українські дрони на відстані близько 330 метрів і може захищати російські окопи та позиції. Є і маленький «Малік», що кріпиться до солдатської форми.
Інші країни теж не відстають. Декілька тижнів тому система «Небесна фортеця» була випробувана в закритому режимі на полігоні в Європі. Представники 11 країн НАТО побачили, наскільки легко вона виявляє і відстежує крилаті ракети й дрони (без бойової частини). Випробування організував Рікі Еллісон, він каже, що заплановано ще два такі заходи. За словами генерала Геккера, НАТО розглядає можливість розгортання мікрофонів у своїй системі протиповітряної оборони.
Декілька міністерств оборони країн – членів східного флангу Альянсу вже закуповують для своєї ППО акустичне обладнання. Його постачає Advanced Protection Systems – польська компанія, що займається аероспостереженням. Кілька років тому вона припинила дослідження та розробку акустики, але, за словами її засновника Мацея Клемма, події в Україні переконали її відновити роботу. Нині вона також продає акустичне обладнання замовнику в Україні.
Перспективи акустичного обладнання побачив і європейський оборонний гігант Thales. За словами його паризького менеджера Жана-Мішеля Негре, наступного року на ринок вийде перша мікрофонна система для виявлення безпілотників. Інші великі західні компанії, без сумніву, не залишаться осторонь. Нехай вони подивляться на Україну як джерело натхнення. До того ж уже маємо новий виток. Деякі українські винахідники оснащують мікрофонами бойові повітряні дрони, щоб допомогти їм точно цілити у своїх російських візаві. Крутих ідей дедалі більшає!