¿Existe alguna manera de derribar un dron?

En la década de 1960, China utilizó misiles de defensa aérea S-75 (nombre en clave de la OTAN Sam -2) de fabricación soviética para derribar el U-2 de fabricación estadounidense. Aviones de reconocimiento de gran altitud. Al responder a la pregunta de un periodista, el ministro de Asuntos Exteriores, Chen Yi, respondió con humor: "Lo apuñalamos con una caña de bambú". El 9 de febrero de 2018, Irán afirmó haber capturado un dron estadounidense, que luego se confirmó que era un Lockheed RQ-170 Sentinel. Es un dron furtivo propulsado por un jet parecido a un murciélago que se dice que fue desplegado en la batalla que mató a Bin Laden. Irán no dijo que fue apuñalado con una vara de bambú, sino "golpeado" con contramedidas electrónicas y muerte suave. Más tarde, un ingeniero iraní reveló que esto fue después de interferir con la comunicación del dron, el dron cambió a GPS y automáticamente regresó a casa, y engañó al dron falsificando señales de GPS. Estados Unidos afirmó que se trataba de una falla mecánica y exigió a Irán que se lo devolviera. Por supuesto, Irán se negó directamente y tuvo que desmantelar el "Sentinel" capturado para fabricar drones iraníes.

Cuál es más creíble, la versión iraní o la versión estadounidense, es un debate en curso. Pero los drones se convertirán en un factor cada vez más importante en el futuro combate aéreo. La cuestión es cómo derribar el dron.

Como su nombre indica, un dron es un avión no tripulado. Hay dos tipos de drones: de control remoto y de control autónomo. Los drones teledirigidos son controlados remotamente por un operador en tierra. De hecho, no es un vehículo sin conductor, sino que alguien conduce desde la distancia. Los drones de control remoto tienen altos requisitos de garantías de comunicación y son propensos a no funcionar correctamente debido a interferencias. El control autónomo no requiere intervención humana, no dejará de funcionar correctamente debido a interferencias en la comunicación y no está limitado por la distancia del control remoto, pero tiene altos requisitos técnicos. En comparación con los drones de la década de 1960, el nivel de control autónomo de los drones modernos ha mejorado enormemente. El despegue, el aterrizaje, las maniobras simples y el aseguramiento de la trayectoria según los puntos de ruta se pueden completar de forma autónoma. El operador solo necesita emitir instrucciones de alto nivel basadas en tareas sin profundizar en detalles complejos.

Hay dos problemas al derribar un dron: uno es encontrarlo y bloquearlo, y el otro es atacar. Los drones son generalmente más pequeños que los aviones tripulados. La eliminación de la cabina no necesariamente reduce el peso, pero el uso de drones es relativamente sencillo. Se utilizan principalmente para reconocimiento y algunos también tienen funciones de ataque terrestre. Los drones de ataque terrestre profesionales reales todavía se encuentran en las primeras etapas de la investigación científica, y los drones utilizados en el combate aéreo aún no han alcanzado la etapa conceptual. Por lo tanto, la maniobrabilidad de los UAV es baja y no existe ningún requisito para el refuerzo de la estructura del avión; los UAV modernos convencionales no exceden altas velocidades subsónicas, por lo que los requisitos para los motores y las estructuras del avión se reducen aún más, a menos que sean UAV dedicados a la guerra electrónica; de lo contrario, Hangzhou no tiene requisitos de competencia electrónica. Esto hace que los drones sean relativamente livianos y compactos. Los vehículos aéreos no tripulados contemporáneos representados por el "Predator" estadounidense MQ-1 aún no han adoptado una gran cantidad de diseños sigilosos y se utilizan principalmente en entornos sin amenazas aéreas y de defensa aérea del oponente. La nueva generación de vehículos aéreos no tripulados representada por el RQ-170 Sentinel adopta una gran cantidad de tecnologías sigilosas, como el diseño de alas voladoras sin cola, entrada de aire trasera, boquilla plana inferior protegida, etc. El ala voladora sin cola no sólo tiene una pequeña firma de radar delantera, sino que también minimiza la firma de radar lateral. Los drones furtivos como el RQ-170 Sentinel también utilizan rejillas absorbentes en sus tomas de aire traseras. Si la "malla" de la rejilla es más pequeña que la longitud de onda del radar, entonces la rejilla equivale a una placa de ondas de radar completa, que puede reflejar las ondas del radar en direcciones inofensivas y evitar que el reflejo de la cavidad ingrese a la entrada de aire. Si se utiliza una boquilla plana para el blindaje que se extiende hacia abajo y hacia atrás, tanto las firmas de radar como las de infrarrojos se protegen eficazmente. La boquilla plana también favorece la dispersión del chorro, mejorando la mezcla con el aire ambiente y reduciendo aún más las firmas de infrarrojos. Un dron tan sigiloso también tiene una gran capacidad de supervivencia bajo la amenaza de la supremacía aérea y la defensa aérea relativamente completas del oponente. Los sistemas de defensa aérea convencionales no detectan fácilmente los drones pequeños y sigilosos, pero en términos generales, el problema de detectar y bloquear drones es similar al del anti-sigilo general. Es un tema importante, por lo que no me desviaré aquí.

El dron de reconocimiento militar estadounidense derribado por China

Derribar el dron es otro problema. Los drones también son aviones. Es un hecho simple: si puedes derribar un avión, puedes derribar un dron. En la década de 1960, la Fuerza Aérea China utilizó repetidamente aviones canadienses J-6 de fabricación tosca para derribar aviones de reconocimiento no tripulados estadounidenses invasores. Actualmente, utilizar aviones de combate para derribar directamente drones sigue siendo la táctica más directa. Los misiles aire-aire y la artillería son armas de destrucción eficaces. Pero la particularidad de los drones hace que las matanzas suaves sean particularmente atractivas.

Los drones controlados remotamente son susceptibles a interferencias electrónicas.

Las interferencias fuertes o engañosas pueden bloquear el canal del control remoto y hacer que el dron pierda el control. En teoría, los drones enemigos podrían utilizar señales falsas para atraerlos a aterrizar o contraatacar. Hoy en día, con las tecnologías de cifrado y comunicación digital altamente desarrolladas, es técnicamente muy difícil, pero aún es posible hacer que un dron se salga de control. Técnicamente hablando, cuando falla el control remoto, puede cambiar automáticamente al control del programa, es decir, puede volar automáticamente al siguiente punto de espera según el punto de ruta predeterminado, o regresar directamente. La navegación por puntos de ruta requiere GPS o navegación inercial.

El GPS proporciona datos de navegación precisos a través de coordenadas de constelaciones y tiempos satelitales precisos. El GPS tiene códigos militares y códigos civiles. Los códigos militares cifrados son más precisos y los códigos civiles no cifrados están abiertos a todos. Utilizado con mapas precisos, el GPS montado en vehículos civiles se puede utilizar en carreteras conocidas con una precisión de un metro, mientras que el GPS de grado militar puede alcanzar un nivel de metro o incluso una precisión mayor en cualquier circunstancia. Técnicamente, es posible evitar que las señales de GPS interfieran con los sistemas de navegación aérea. El núcleo de la navegación inercial es el giroscopio. Los giroscopios mecánicos tradicionales rara vez se utilizan, mientras que los giroscopios láser de anillo se utilizan ampliamente debido a su alta precisión y bajo costo. La ventaja de la navegación inercial es que es completamente autónoma y no requiere señales externas, por lo que es el principal método de navegación para los submarinos nucleares. Por supuesto, también se utiliza mucho en la aviación. Incluso en la era del GPS, cuando la señal del GPS se pierde o sufre graves interferencias, se puede utilizar la navegación inercial. Sin embargo, el giroscopio tiene una desviación de deriva. Cuanto mayor sea el tiempo, mayor será la desviación acumulada. Las señales de GPS se suelen utilizar para correcciones periódicas y las desviaciones de deriva se pueden corregir en cualquier momento.

Incluso las municiones desechables guiadas con precisión como JDAM están equipadas con giroscopios láser de anillo. Es inimaginable que los drones no estén equipados con giroscopios láser de anillo, por lo que incluso si pueden interferir con éxito con el control remoto y el GPS, lo hacen. No se puede obligar al dron a perder el control. En teoría, podrías falsificar la señal del GPS y falsificar el dron o volver a encenderlo. Pero sin mencionar la dificultad de falsificar señales de GPS, los sistemas de navegación típicos tienen filtrado de Kalman, lo que facilita distinguir mutaciones irrazonables. La teoría del filtro de Kalman se estableció en la década de 1960 y es un hito en el procesamiento de señales y la tecnología de control automático y creó el marco teórico del método de corrección de predicción. En pocas palabras, el filtrado de Kalman utiliza un modelo matemático para predecir estados futuros en función de los estados pasados ​​​​y actuales recientes, y luego usa valores medidos para corregirlos y garantizar la precisión de predicciones adicionales. Los modelos matemáticos se pueden establecer mediante cálculos teóricos o datos empíricos, o mediante métodos estadísticos para establecer un rango razonable de diferencias entre los valores medidos y los valores predichos. Más allá de este rango razonable, se puede confirmar que el valor medido no es confiable y debe descartarse con una probabilidad específica. De esta manera, el procesamiento de señales y el juicio anormal de datos van más allá del ámbito tradicional de darse palmaditas en la cabeza y confiar en la experiencia. Por supuesto, el filtro de Kalman también puede ser engañado si la desviación de la señal espuria aumenta con la suficiente suavidad. Pero no es fácil "introducir" señales de GPS falsas en drones, y existe el mismo problema al interferir con las señales de control remoto.

Sistema de guerra electrónica ruso "Estacionamiento"

En pocas palabras, la interferencia consiste en "inyectar" señales falsas o señales de ruido en la antena de la otra parte para reemplazar o ahogar las reales. señales. Las antenas omnidireccionales no tienen direccionalidad y no son sensibles a la actitud de la aeronave, pero tienen una ganancia de señal baja y son susceptibles a interferencias. La señal de GPS proviene del cenit y la señal de comunicación por satélite de control remoto también proviene del cenit. Para mejorar la ganancia de la señal y suprimir las interferencias, los UAV deben utilizar antenas direccionales con fuerte directividad y apuntar hacia el cenit. Las antenas direccionales tienen lóbulos principales y laterales. El lóbulo principal apunta a la fuente de la señal. Los lóbulos laterales son inevitables debido a las características físicas de la antena. Las antenas con buena directividad tienen lóbulos laterales más pequeños. Por ejemplo, el lóbulo principal es como la dirección de la línea de visión y los lóbulos laterales son como las esquinas de los ojos. Para las antenas direccionales, es mejor configurar la fuente de interferencia en la misma dirección que la fuente de la señal; de lo contrario, solo ingresará a la antena a través de los lóbulos laterales, pero esto requiere mayor potencia. Como interferir con la visión por el rabillo del ojo. Si la intensidad de la fuente de luz que interfiere es baja, no funcionará. Si la diferencia de ángulo entre la interferencia y la señal es demasiado grande, el efecto de interferencia también se reducirá considerablemente. Por lo tanto, si no se pueden colocar satélites de interferencia en órbita, solo se pueden usar globos o aviones de gran altitud para llevar el bloqueador a grandes altitudes para interferir con el UAV desde un ángulo favorable. Pero eso es mucho pedir. La altura de vuelo del dron en sí es alta y la altura del globo o avión de gran altitud es aún mayor, por lo que debe estar cerca de la trayectoria de vuelo del dron. No es fácil desplegar un globo de gran altitud a una altura específica y rastrearlo en el tiempo. Es mejor utilizar la interferencia de aviones a gran altitud para atacar directamente al dron, por lo que la practicidad de la interferencia de arriba hacia abajo a gran altitud es muy limitada.

Si no puedes engañar al dron con GPS falsos o señales de control remoto, o asustarlo con fuertes interferencias, también puedes usar la muerte electromagnética para la acupuntura.

Esta es la legendaria arma de pulso electromagnético. Para un dron cubierto de componentes electrónicos, desactivar los sistemas electrónicos es al menos tan efectivo como destruir los motores o la estructura del avión con una explosión.

Las microondas de alta potencia pueden dañar los radares y los sistemas electrónicos, un hecho que los físicos teóricos llevan prediciendo desde hace mucho tiempo. Durante la primera prueba nuclear en junio de 1945, Fermi ordenó blindar electromagnéticamente los instrumentos electrónicos, pero muchos instrumentos de medición todavía estaban saturados por el choque electromagnético. A principios de la década de 1960, Estados Unidos realizó muchas pruebas nucleares en el espacio en un intento de establecer el impacto de los pulsos electromagnéticos generados por explosiones nucleares en el espacio. Sin embargo, los físicos subestimaron el poder de los pulsos electromagnéticos generados por explosiones nucleares en el espacio y realizaron varias pruebas. Los instrumentos estaban saturados, incapaces de obtener lecturas significativas. Después de ampliar enormemente el rango de medición del instrumento y realizar cuidadosos preparativos, el 8 de julio de 1962, Estados Unidos llevó a cabo otra prueba nuclear espacial con el nombre en código "Starfish" a una altitud de 400 kilómetros sobre la isla Johnston en medio del Océano Pacífico. La enorme bola de fuego producida por un arma termonuclear con una potencia de 1.450 toneladas en el espacio es como un sol artificial. Un potente destello de luz se puede ver a través de las nubes en Hawaii, a 1.450 kilómetros de distancia. Las explosiones nucleares en el espacio crean intensas auroras artificiales en el espacio cercano a la Tierra. La Armada de Nueva Zelanda realiza ejercicios antisubmarinos nocturnos en el Pacífico Sur. El brillante cielo nocturno ilumina el mar creando un espectáculo. El poderoso pulso electromagnético producido por la explosión nuclear "Starfish" saturó las lecturas de casi todos los instrumentos de medición. Al menos 300 farolas resultaron dañadas en Hawái, se activaron muchas alarmas antirrobo y las estaciones repetidoras de microondas de las compañías telefónicas resultaron dañadas, lo que interrumpió las comunicaciones telefónicas entre Kura'i y otras islas hawaianas. El pulso electromagnético dañó los paneles solares y los circuitos de los satélites, e inmediatamente tres satélites fallaron. Un mes después, siete satélites fallaron, incluido Telstar, el primer satélite de comunicaciones comerciales. El efecto acumulativo de la radiación residual finalmente provocó el fallo de casi 65.438+0/3 satélites en órbita terrestre baja. La Unión Soviética también llevó a cabo pruebas similares en Kazajstán. La prueba número 184 provocó un fuerte pulso en cables subterráneos de larga distancia, provocando un incendio en una central eléctrica en Karaganda.

Aunque el pulso electromagnético generado por una explosión nuclear es poderoso, es demasiado trascendental para usarlo. Antes de convertirse en una molécula disidente, el físico nuclear soviético Andrei Sakharov propuso en 1951 el método de compresión explosiva del flujo magnético, que comprime la sección transversal de la bobina o el número de bobinas en el campo magnético en el momento de una explosión explosiva de alta energía, produciendo un campo magnético cortante. líneas y "concentración" del flujo magnético, lo que da como resultado potentes impulsos eléctricos. Otro método consiste en generar plasma de alta temperatura y alta presión mediante explosiones, fluyendo a gran velocidad en un conducto con electrodos, o cortando líneas de fuerza magnéticas para generar potentes impulsos eléctricos. El método de compresión explosiva solo se puede usar una vez, mientras que el método de fluido magnético se puede usar varias veces. El método de compresión de flujo magnético explosivo se ha utilizado para generar energía instantánea a nivel de megavatios, y el método de fluido magnético también puede generar poderosos pulsos eléctricos, que pueden usarse para impulsar tubos catódicos virtuales u otros generadores de microondas para generar pulsos de microondas y emitir energía de microondas. a objetivos a través de antenas direccionales.

El ataque electromagnético es lo mismo que disparar. Puede matar de un solo golpe como un rifle de francotirador o puede disparar continuamente como una metralleta. Los pulsos cortos pueden concentrar energía en gran medida, lo suficientemente potentes como para destruir sistemas electrónicos militares mejorados electromagnéticamente o equipos de energía industrial, el fuego rápido puede atacar eficazmente objetivos densos o disparar después de un fallo. Después de todo, la antena direccional de las armas de ataque electromagnéticas también tiene problemas de puntería, pero la densidad de energía debe reducirse en consecuencia. Es adecuada para tratar con ordenadores de oficina desprotegidos, iluminación civil y otros objetivos desprotegidos. También tiene suficiente letalidad contra drones simples. refuerzo electromagnético.

La estación de interferencia спн-2 del sistema ruso "Yard"

Los ataques electromagnéticos son particularmente efectivos contra drones. Cuanto más autónomo se vuelve un dron, más depende de varios radares. Desde radares de navegación hasta radares de control de incendios y radioaltímetros, se utilizan diversas antenas para recibir ecos electromagnéticos débiles. Son esencialmente dispositivos de amplificación de pulsos electromagnéticos, por lo que son particularmente vulnerables a los ataques electromagnéticos. Incluso sin antena, el largo conductor es una buena antena, por lo que los ataques electromagnéticos también son eficaces contra los cables de control del dron. Las placas de circuito que carecen de blindaje electromagnético también son buenos objetivos para los ataques electromagnéticos. El efecto de ser alcanzado por un objetivo es similar al de ser alcanzado por un rayo. Dependiendo de la cantidad de energía recibida, los daños pueden variar desde errores de señal, saturación de señal, componentes del circuito quemados hasta que el dispositivo sea golpeado por una fuerte corriente y luego estalle en llamas.

Cada lanza debe tener un escudo, y el escudo para los ataques electromagnéticos es un blindaje electromagnético. Los sistemas de tierra pueden protegerse mediante una carcasa metálica hermética con buena conexión a tierra, pero no es fácil lograr un buen blindaje para los drones.

Cuando un avión vuela en el aire, la fricción entre el cuerpo del avión y el aire puede acumular fácilmente electricidad estática en la superficie, lo que puede atraer fácilmente rayos y amplificar los efectos de los ataques electromagnéticos. La protección contra minas aéreas siempre ha sido un problema. Aunque existen agujas de descarga, todavía intentamos evitar caminar en campos minados, pero no es fácil evitar ataques electromagnéticos. Los aviones con fuselaje metálico pueden dispersar fácilmente la energía de los rayos o ataques electromagnéticos a través de superficies conductoras, y el resto sólo puede ser resistido por la estructura del fuselaje. Los vehículos aéreos no tripulados utilizan una gran cantidad de materiales compuestos, que no sólo son livianos sino que también tienen un buen sigilo. El problema es que los materiales compuestos no conducen bien la electricidad y no pueden canalizar la energía rápidamente cuando ocurre un rayo o un ataque electromagnético. Alrededor del 20% de los rayos que caen sobre aviones provocan daños en el radomo, ya que éste suele estar hecho de fibra de vidrio. El proceso de obtención del certificado de aeronavegabilidad de la FAA para el Boeing 787 se retrasó mucho tiempo porque no se resolvió el problema de protección contra rayos del fuselaje compuesto. Los drones hacen un uso extensivo de materiales compuestos, que en última instancia pueden convertirse en su talón de Aquiles y son particularmente vulnerables a los ataques electromagnéticos.

Durante décadas, los ataques electromagnéticos se han visto como armas de ciencia ficción porque nunca se han probado dispositivos explosivos de compresión de flujo magnético o dispositivos explosivos de fluido magnético aptos para armas. El desarrollo específico de armas de ataque electromagnético es un secreto celosamente guardado en varios países, pero uno de los requisitos básicos para el bombardero estratégico de próxima generación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. es tener capacidades de ataque electromagnético. Originalmente se requería que el bombardero de próxima generación se pusiera en funcionamiento en 2018. Ahora que el gasto en defensa de Estados Unidos se ha reducido significativamente, ya no es posible, pero la tecnología está lista. Boeing realizó su primera prueba de misil de ataque electromagnético en mayo de 2011 y su verificación técnica finalizará en mayo de 2013. El cuerpo, la guía y la propulsión del misil no son demasiado especiales. La tecnología clave radica en la tecnología de generación de pulsos electromagnéticos no nucleares. Una animación por computadora publicada por Boeing muestra un misil de crucero furtivo volando silenciosamente en la oscuridad. Al pasar, las luces del edificio se apagaron como por arte de magia y los ordenadores de la oficina con pantallas parpadeantes se convirtieron en basura tras una bocanada de humo verde. No es difícil imaginar que el uso de ojivas de misiles de ataque electromagnéticos más potentes como armas de ataque de defensa aérea pueda "fascinar" a los drones. Este podría ser el enfoque definitivo contra los drones.