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Jul 01, 2023

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Moderne Technologien zur Abwehr von Drohnen: eine litauische Fallstudie Von Donatas Palavenis Es werden immer fortschrittlichere UAVs mit immer komplexeren Navigationssystemen gefunden, die große Lasten transportieren können

Moderne Technologien zur Drohnenabwehr: eine litauische Fallstudie

Von Donatas Palavenis

Täglich werden immer fortschrittlichere UAVs mit immer komplexeren Navigationssystemen eingesetzt, die große Lasten transportieren können, was eine Erweiterung der Funktionalität von UAVs ermöglicht. UAVs sind auf der ganzen Welt weit verbreitet und werden in verschiedenen Bereichen, einschließlich der Sicherheit, intensiv eingesetzt. Sie sind leicht verfügbar und können leicht aufgerüstet werden. Daher ist es nicht verwunderlich, dass C-UAV zum Schutz vor UAVs immer relevanter wird. Der Krieg in der Ukraine hat auch die Bedeutung von UAVs und gleichzeitig die Notwendigkeit von C-UAV-Systemen deutlich gemacht. Während des Krieges werden UAVs häufig zum Sammeln von Informationen, zur Feuereinstellung, zur Datenübertragung, zur elektronischen Kriegsführung und zur kinetischen Zerstörung von Zielen eingesetzt.

Es ist bemerkenswert, dass aktuelle C-UAV-Systeme nicht sehr zuverlässig gegen militärische UAVs, Selbstmord-UAVs und UAVs mit künstlicher Intelligenz sind. Derzeit liegen C-UAV-Systeme einen Schritt hinter UAVs, aber in Zukunft wird sich dieser Abstand durch den Einsatz effizienterer Methoden der Beweiserhebung und technischen Analyse verringern.

Wie funktionieren moderne C-UAV-Systeme?

Im Allgemeinen bestehen C-UAV-Systeme aus mehreren Komponenten. Das System besteht zunächst aus mehreren Sensoren, beispielsweise elektrooptischen, thermischen, akustischen, Hochfrequenz- und Radarsensoren, deren empfangene Informationen kombiniert werden, um die Wahrscheinlichkeit der Erkennung und Identifizierung von UAVs zu erhöhen. C-UAV-Systeme verfügen über eine Management- und Führungskomponente, eine Komponente kinetischer und nichtkinetischer Aufprallmaßnahmen (Effektoren) und ein Subsystem der notwendigen Schnittstellen, das den Datenaustausch und den kontinuierlichen Betrieb des Gesamtsystems gewährleistet. C-UAV-Systeme umfassen auch eine Reihe von Werkzeugen und Subsystemen, die es ermöglichen, Informationen aufzuzeichnen und später zu analysieren.

Leonardos C-UAV-Lösung Falcon Shield wird in Großbritannien und Italien eingesetzt

(Bild von: shorturl.at/uxzBH)

Die folgenden Arten von Sensoren werden üblicherweise in C-UAV-Systemen verwendet:

• Akustische/Ultraschallsensoren – erkennen UAVs, indem sie die einzigartigen Geräusche ihrer Motoren erkennen.

• Elektrooptische Sensoren – identifizieren und verfolgen UAVs anhand ihrer visuellen Darstellung.

• Infrarotsensoren – identifizieren und verfolgen UAVs anhand ihres Wärmesignals, auch bei schlechten Lichtverhältnissen, beispielsweise nachts oder bei starker Wolkendecke.

• Radar – erkennt UAV anhand einer eindeutigen Radarsignatur, die entsteht, wenn das UAV mit den vom Sendeelement ausgesendeten Hochfrequenzimpulsen kollidiert. Das Radar nutzt außerdem Algorithmen, die darauf abzielen, UAV von anderen kleinen, tief fliegenden Objekten, z. B. Vögeln, zu unterscheiden

• Hochfrequenzsensoren – erkennen elektromagnetische Signale in der Umgebung und suchen nach UAVs oder ihren Betreibern, die bestimmte Signale aussenden.

• LiDAR – ähnlich wie Radar erkennt LiDAR UAVs anhand der von reflektierten UAVs zurückgegebenen Signale. Im Gegensatz zu Radar verwendet LiDAR eine andere Art von Frequenz.

In C-UAV-Systemen verwendete Effektoren:

• Funkfrequenzstörung – die Funkfrequenzkommunikation zwischen dem UAV und seinem Bediener ist gestört.

• Störung des globalen Navigationssystems – das vom UAV empfangene Signal des für die Navigation verwendeten Satelliten ist gestört.

• Spoof – ermöglicht die Steuerung oder Umleitung eines UAV, indem ihm eine gefälschte Verbindung oder ein Navigationslink zugewiesen wird.

• Blendung – die Verwendung eines hochintensiven Lichtstrahls oder Lasers „blendet“ die UAV-Kamera.

• Einsatz eines Lasers – durch den Einsatz gerichteter Energie werden wichtige Segmente oder Sensoren des UAV-Körpers beeinflusst.

• Verwendung von Hochleistungsmikrowellen – leitet einen Impuls hochintensiver Mikrowellenenergie an das UAV und deaktiviert dadurch die elektronischen Systeme des UAV.

• Verwendung von Netzen – entworfen, um das UAV und seine Rotoren physisch zu verwickeln.

• Verwendung von Munition verschiedener Kaliber und Modifikationen.

• Einsatz von Lenkflugkörpern.

• Kollidierendes UAV – ein speziell entwickeltes UAV zur Kollision mit dem UAV eines Gegners.

Globale Trends und Kompetenzen litauischer Hersteller

Der Weltmarkt für C-UAV-Systeme wird von Herstellern aus vierzig Ländern dominiert, die in den USA (33 % des C-UAV-Marktes), Großbritannien (10 %) und Israel (7 %) ansässig sind. Mehr als die Hälfte der produzierten C-UAVs verwenden passive Sensoren, und die Systeme sind fast immer für den Betrieb vom Boden aus ausgelegt. Bemerkenswert ist, dass die Hälfte der Systeme zwei oder mehr Arten von Sensoren verwendet. 40 % der C-UAV-Systeme verwenden Radar, 40 % elektrooptische und Infrarotsensoren und 13 % der C-UAV verwenden akustische Sensoren, um das gegnerische UAV zu erkennen. Bei der Verwendung von Effektoren in C-UAVs sind nicht-kinetische Effektoren (71 %) am beliebtesten, wobei Funkfrequenz- (51 %) oder globale Navigationssystem-Störsender (31 %) am häufigsten verwendet werden. Nur 11 % aller C-UAVs sind auf kinetische Aufpralleffektoren angewiesen, während 7 % der C-UAVs kollidierende UAVs verwenden. Es ist zu beachten, dass einige auf dem Markt angebotene C-UAV- oder Sensorlösungen noch nicht den notwendigen technologischen Entwicklungsstand erreicht haben, um vollständig vor der aktuellen UAV-Bedrohung zu schützen.

US-Unternehmen produzieren mobile und einsetzbare C-UAV-Systeme, die über ein installiertes elektronisches Kriegsführungssystem und kinetische Effektoren (30-mm-Kanone und Coyote Block2-Rakete) verfügen.

(Bilder von: shorturl.at/bCJPX; shorturl.at/hkstQ)

Auch litauische Hersteller sind auf dem C-UAV-Markt aktiv und können individuelle und integrierte Lösungen anbieten. Am bekanntesten ist JSC „NT Service“, das tragbare Effektoren herstellt, die Funkfrequenzen stören, „EDM4S“, und sowohl stationäre Systeme im Umkreis von bis zu 10 km als auch mobile Lösungen anbieten kann. In den von „NT Service“ angebotenen Lösungen wird UAV mithilfe von Radar-, elektrooptischen und Hochfrequenzsensoren bestimmt. Forschung auf diesem Gebiet wird auch vom Baltic Institute of Advanced Technologies gemeinsam mit Partnern durchgeführt, die am EU-Verteidigungsfonds-Projekt „Joint European System for Countering Unmanned Aerial Systems“ (JEY-CUAS) teilnehmen. Dieses Projekt zielt darauf ab, bestehende Technologien auf Subsystem- und Systemebene zu verbessern, die mithilfe der modularen Architektur von TSI kombiniert werden sollen. Forscher und Mitarbeiter des Baltic Institute of Advanced Technologies entwickeln eine auf künstlicher Intelligenz basierende Lösung, die die Erkennung von UAVs mithilfe synthetisierter Daten ermöglicht, die von elektrooptischen Sensoren und Radargeräten stammen, die auf die UAV-Erkennung spezialisiert sind, und in der Lage ist, UAV-Objekte von anderen Fremdkörpern zu unterscheiden Objekte.

Herstellung und Einsatz des tragbaren Effektors „EDM4S“ der JSC „NT Service“, der Funkfrequenzen stört

(Bilder von: shorturl.at/bouD3)

Zukünftige Bedrohungen und technologische Veränderungen ermöglichen eine breitere Nutzung von UAVs

Die künftigen Bedrohungen beziehen sich vor allem auf UAV-Schwärme, deren Betrieb mithilfe künstlicher Intelligenz synchronisiert wird, sodass ein Angriff aus allen Richtungen gleichzeitig möglich sein wird. Zusätzlich zu dem, was wir jetzt sehen können, werden UAVs mit verschiedenen Arten von kinetischen Effektoren ausgerüstet sein, die erheblichen Schaden anrichten können. Da UAV-Motoren größer und effizienter werden, werden auch die Anzahl der abgegebenen Sprengstoffe und die Entfernung zum Einschlagpunkt zunehmen. UAVs werden widerstandsfähiger gegen Luftverteidigung sein, da autonome Systeme zum Einsatz kommen, sodass die Notwendigkeit des Datenaustauschs während des Fluges verringert wird. Dadurch verringert sich die Wahrscheinlichkeit, eine Funksignatur zu erkennen. Darüber hinaus deuten die neuesten Trends bei der Entwicklung militärischer UAVs darauf hin, dass der neu entwickelte UAV-Rumpf die akustischen, Radar-, Infrarot- und visuellen Signaturen schwächen kann.

Derzeit wird der Erhöhung des Automatisierungsgrads von UAVs große Aufmerksamkeit gewidmet. Es wird erwartet, dass in naher Zukunft viele UAVs in der Lage sein werden, die Umgebung anhand von Kontextdaten wahrzunehmen, selbstständig Kollisionen mit nahegelegenen UAVs oder anderen Hindernissen zu vermeiden und in der Lage sein werden, harmonisch in einem Schwarm zu agieren, indem sie ihre Aktionen untereinander koordinieren.

Eine weitere Herausforderung wird die massive Verbreitung von Selbstmord-UAVs mit eingebetteten Algorithmen der künstlichen Intelligenz sein, die kein menschliches Eingreifen erfordern, bevor sie Ziele zerstören. Dadurch vergeht zwischen der ersten UAV-Erkennung und dem koordinierten Angriff des UAV-Schwarms eine sehr kurze Zeitspanne, in der die Abwehrsysteme die Bedrohungen eigenständig neutralisieren müssen.

Soldaten der Spezialeinheiten des Vereinigten Königreichs trainieren die Kontrolle von Drohnenschwärmen

(Bild von: shorturl.at/bCQXY)

Man geht davon aus, dass UAV-Schwärme in Zukunft zunehmen und nicht nur aus UAVs gleicher Art und Größe bestehen werden, sondern vielmehr aus großen und kleinen UAVs, die mit unterschiedlichen Waffen und Sensoren ausgestattet sind. Zum Beispiel ein Schwarm von mindestens tausend UAV-Einheiten, bei dem ein Teil der UAVs mithilfe von Sensoren Ziele identifiziert und verfolgt und Informationen mit dem Rest des Schwarms austauscht; andere UAVs werden Aufgaben der elektronischen Kriegsführung übernehmen; und die verbleibenden UAVs werden die identifizierten Ziele neutralisieren.

Im Hinblick auf den Datenaustausch zwischen UAV und Kontrollzentrum bietet das neue 5G-Netzwerk, das bereits im Einsatz ist, schnellere Datendownloads und extrem niedrige Latenzzeiten. Dies ermöglicht eine Echtzeitverbindung, wenn beispielsweise Videostreams in Ultra HD 4K-Qualität übertragen werden können. Das genannte System ermöglicht auch die Anbindung von Augmented-Reality-Systemen. Zur Verarbeitung solch großer Datenmengen werden künstliche Intelligenz und maschinelle Lernsysteme eingesetzt. Es wird davon ausgegangen, dass der 6G-Standard, der sich noch in der Entwicklung befindet, die Entstehung eines neuen Typs von Navigationssystem ermöglichen wird, der es UAVs ermöglicht, effektiv in Innenräumen zu arbeiten und die Leistung von UAVs im Schwarm weiter zu verbessern.

Wie werden sich C-UAV-Systeme in Zukunft entwickeln?

Hersteller und Forscher von C-UAV-Systemen, die auf dem Markt tätig sind, bieten Innovationen an, aber in vielen Fällen zeigt sich, dass die vorgeschlagenen technologischen Lösungen sogar eine technologische Reife erfordern, die noch eine gewisse Zeitspanne erfordert.

Mit der Weiterentwicklung der Technologien müssen auch andere wichtige UAV-Parameter bewertet werden, die ihre Identifizierung ermöglichen. Aus der Radartechnik ist bekannt, dass UAV-Reflexionen auf einem Radarschirm von dessen Gesamtabmessungen abhängen. Derzeit arbeiten Forscher daran, die Grenzen der Identifizierung zu erweitern und möchten, dass UAV-Merkmale wie verwendete Materialien, Größe und Anzahl der Propeller durch die Analyse von Radarreflexionen bewertet werden. Alle UAVs verfügen über eine bestimmte akustische Signatur, die von der Größe des UAV, seiner Geschwindigkeit, der Anzahl der verwendeten Rotoren, der Größe und der Anzahl der Umdrehungen abhängt. Obwohl eine akustische Signatur leicht gemessen werden kann, wird ihre Identifizierung stark von der Umgebung, also Wind, Niederschlag, Gelände und Vegetation, beeinflusst. Um den akustischen Lärm zu reduzieren und die UAV-Signatur zu identifizieren, wird nach neuen Technologien und Methoden gesucht. Darüber hinaus hat nicht nur die Qualität der eingesetzten Kameras, sondern auch deren Fähigkeit, dem sich dynamisch bewegenden UAV zu folgen, einen erheblichen Einfluss auf die UAV-Erkennung, sofern diese visuell identifiziert wird. Besonderes Augenmerk wird auch auf die Bestimmung der Infrarotsignatur gelegt, wenn verschiedene Arten von UAVs verwendet werden und wenn die UAVs tagsüber im Einsatz sind. Derzeit verwenden immer mehr UAV-Hersteller Richtantennen, die es ihnen ermöglichen, die ausgesendete Hochfrequenzsignatur zu reduzieren. Darüber hinaus ist die von der internen elektrischen Komponente der neu entwickelten UAVs emittierte Funksignatur gering, weshalb Forscher nach neuen Techniken zur Identifizierung emissionsarmer Hochfrequenzsignaturen suchen.

Ein Teil des Luftverteidigungssystems L-MADIS, installiert auf einem leichten Geländefahrzeug des US Marine Corps

(Bild von: shorturl.at/aESTU)

Aufgrund der technologischen Veränderungen werden auch Verbesserungen in allen Phasen des C-UAV-Systems (Vorbereitung-Prävention-Situationsbewusstsein-Reaktionsmaßnahmen nach dem Ereignis) erforderlich sein.

In der Vorbereitungsphase werden detailliertere Kenntnisse der Umgebung erforderlich sein, daher wird die anfängliche Anordnung von Sensoren und Effektoren sehr wichtig sein, die in den erwarteten Richtungen der Annäherung des gegnerischen UAVs angebracht sein müssen, was der elektromagnetischen Verträglichkeit entspricht der zur Neutralisierung verwendeten Ausrüstung und der von den eigenen Streitkräften verwendeten Ausrüstung. Darüber hinaus muss die Integration des C-UAV-Systems mit anderen verfügbaren Sensorsubsystemen und Steuerungs- und Befehlssystemen in Betracht gezogen werden.

In der Präventionsphase muss eine Reihe von Maßnahmen ergriffen werden, um die Wahrscheinlichkeit des Vorfalls und die Höhe des möglichen Schadens zu verringern. Diese Phase umfasst aktive und passive Maßnahmen wie Regulierungsgesetze, Genehmigungen, Warnschilder, Pilotenlizenzen und Geheimdienstinformationen.

Das Situationsbewusstsein, also die genaue Kenntnis der Anordnung der am Gefecht beteiligten UAVs, muss verbessert werden. Es werden nicht nur neue Sensoren benötigt, sondern auch deren Anbindung an das Netzwerk. Es müssen innovative Algorithmen und Teile von Steuerungssubsystemen entwickelt werden.

Es wird davon ausgegangen, dass eine neue Art von Gegenmaßnahmen, Maßnahmenpaketen oder einzelnen Effektoren benötigt werden, die kostengünstig und schnell einsatzbereit sein müssen, sowie Maßnahmen, die eine Vorhersage der Absicht des UAV ermöglichen. Die neue Generation von Reaktionssystemen muss die Möglichkeit haben, mehrere Effektoren einzusetzen, um nicht mehr Ressourcen zu verbrauchen, als für die Neutralisierung eines bestimmten UAV-Typs erforderlich sind. Aufgrund der Notwendigkeit, in sehr kurzer Zeit zu reagieren, ist es wahrscheinlich, dass Entscheidungen von einem vollautomatischen System getroffen werden, das ohne großen menschlichen Eingriff auskommt.

Die Aktionsphase nach dem Ereignis ist für eine methodische und detaillierte Analyse des eingetretenen Ereignisses gedacht und soll in Zukunft darauf abzielen, die Effizienz der Informationsbeschaffung sowie die Erforschung menschlicher Reaktionen auf bestimmte Ereignisse zu verbessern. Zukünftige C-UAV-Systeme sollen die Aufzeichnung von Ereignissen und deren Wiedergabe zu Analysezwecken auf einer 3D-geografischen Darstellung ermöglichen. Darüber hinaus soll das System physische und digitale Beweise schützen.

Vorbereitung der litauischen Streitkräfte auf den technologischen Wandel im UAV/C-UAV-Umfeld

Seit 2016 entwickeln die litauischen Streitkräfte die Fähigkeiten der UAV- und C-UAV-Systeme konsequent weiter. Ebenfalls ab 2021 hat die Entwicklung der Fähigkeit von Selbstmord-UAVs begonnen.

UAV-Produkte des US-amerikanischen Unternehmens Aerovironment

(Bild von: shorturl.at/AMUV6)

Aus offenen Quellen ist über die jüngsten UAV-Erwerbungen der litauischen Streitkräfte bekannt. Die in den USA hergestellten Kampfdrohnensysteme „Switchblade 600“ und „Switchblade 300“ sind käuflich zu erwerben. Derzeit sind noch 26 Sets „Mini“- und neun Sets „kleiner“ UAVs im öffentlichen Auftrag für insgesamt 36 Millionen Euro. Es ist wahrscheinlich, dass die litauischen Streitkräfte den UAV-Park durch den Erwerb von UAV-Systemen der Klasse III erweitern werden, was den litauischen Soldaten während des Konflikts mehr Handlungsfreiheit geben wird. In diesem Fall würde die Möglichkeit des Kaufs der in den USA hergestellten Modelle „MQ-9A/B“ und „MQ-1C ER“ oder UAV-Systeme anderer NATO-/EU-Hersteller geprüft. Es sollte erwähnt werden, dass die litauischen Streitkräfte nicht immer versuchen, UAVs von der Stange zu kaufen, sondern auch Bedingungen für lokale Hersteller, Forschungszentren und Enthusiasten schaffen, um nationale UAV-Lösungen zu entwickeln und anzubieten. Beispielsweise wurde im Jahr 2022 eine Ausschreibung über bis zu 300.000 Euro für die Entwicklung eines Flugprojektils auf taktischer Ebene ausgeschrieben, mit dem leicht gepanzerte Fahrzeuge und/oder Arbeitskräfte auf dem Schlachtfeld zerstört werden können. Das Projekt muss innerhalb von 27 Monaten abgeschlossen sein.

In Bezug auf die Fähigkeiten von C-UAV-Systemen wird berichtet, dass „NT Service“ gemäß der im März 2022 unterzeichneten Vereinbarung im Wert von 4 Millionen Euro die litauischen Streitkräfte mit mehreren C-UAV-Systemen verschiedener Konfigurationen zum Schutz versorgen wird Militäreinheiten und Infrastruktur vor UAV-Bedrohung. Die erworbenen Systeme werden aus UAV-Erkennungs-, Erkennungs- und Neutralisierungsmodulen bestehen. Darüber hinaus ist bekannt, dass die litauischen Streitkräfte C-UAV-Ausrüstung für 1,3 Millionen US-Dollar aus den USA erhielten und dass die UAV-Erkennungssysteme „Wingman-105“ und „Watchdog 200“ separat von der dänischen Firma „MyDefence Communication“ erworben wurden ".

Tragbare UAV-Identifizierungsstationen vom Typ „Wingman-105“, hergestellt von der dänischen Firma „MyDefence Communications“.

(Bild von: shorturl.at/izL48)

Es sollte erwähnt werden, dass die litauischen Streitkräfte zusätzlich zu der derzeit angeschafften spezifischen UAV- und C-UAV-Ausrüstung über ein voll funktionsfähiges Luftverteidigungssystem verfügen. Es besteht aus mobilen und stationären Radargeräten, Kommandozentralen sowie Luftverteidigungssystemen mit kurzer und mittlerer Reichweite, die alle Arten von UAVs erkennen, identifizieren und neutralisieren können. Das erwähnte Luftverteidigungssystem wird ständig verbessert und durch neue Elemente ergänzt. So wurde beispielsweise im Oktober 2022 ein Vertrag mit dem schwedischen Unternehmen „SAAB Dynamics AB“ über den Kauf von Raketen des Typs „Bolide“ und „MK-2“ unterzeichnet, die mit dem Kurzstrecken-Flugabwehrraketensystem „RBS-70“ ausgestattet sind .

Das Ziel der litauischen Streitkräfte muss in Zukunft nicht nur darin bestehen, die besten Lösungen zu erwerben, sondern auch die bestehenden Luftverteidigungs- und Überwachungssysteme effektiv mit den neuen C-UAV-Systemen zu integrieren. Der richtigen Verteilung der Ressourcen in der gesamten Verteidigungstiefe und ihrer Integration mit den NATO-Streitkräften muss große Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Minister für Nationale Verteidigung nimmt am „Tag der Drohne 2022“ teil

(Bild von: shorturl.at/djGHQ)

Es ist bemerkenswert, dass das litauische Verteidigungsministerium den lokalen Produzenten immer mehr Aufmerksamkeit schenkt, indem es nationale und Bildungsveranstaltungen organisiert. Eine der letzten Veranstaltungen dieser Art fand im August 2022 auf dem Flugplatz Kyviškis statt. Am „Drone Day 2022“ präsentierten nationale Hersteller ihre UAV- und C-UAV-Produkte, Systeme und laufende Forschung. Die bei dieser Veranstaltung etablierte Zusammenarbeit sollte sich weiterentwickeln, da sie es den litauischen Streitkräften ermöglichen würde, nicht nur von Herstellern angebotene Ausrüstung „von der Stange“ zu kaufen, sondern auch das Potenzial der nationalen Verteidigungsindustrie und Forschungszentren angemessen zu nutzen.

Major Donatas Palavenis ist der Offizier der litauischen Streitkräfte. Parallel dazu arbeitet Donatas als Nachwuchsforscher am Baltic Institute of Advanced Technology (BPTI) und ist Doktorand an der Militärakademie General Jonas Zemaitis in Litauen. Hauptinteressen der Forschung sind die Verteidigungsindustrie kleiner NATO-/EU-Länder, Verteidigungspolitik, Verteidigungsökonomie, Verteidigungsbeschaffung, neue disruptive Technologien und moderne Kriegsführung.

Donatas Palavenis