Після початку повномасштабного вторгнення Росії 24 лютого 2022 року шанси України захистити свій повітряний простір були низькими. Радіолокаційне покриття країни було нестабільним ще до того, як її радіолокаційні станції були обстріляні. До того ж багато безпілотників і крилатих ракет летіли занадто низько, щоб радари, які вціліли не могли їх помітити.
Однак, війна може сприяти розвитку інновацій. Через чотири дні після початку вторгнення група ініціативних українських техніків створила компанію “Технарі” для розробки альтернативної системи, відомої як єППО. Вона призначалася для виявлення та відстеження російських повітряних цілей. Геннадій Сульдін, співзасновник компанії, описує її як “людський радар”. Система складається з додатку для смартфона і моделі штучного інтелекту (ШІ). Це дозволяє ідентифікованим громадянам України одним натисканням кнопки повідомляти про літаючі об’єкти, які вони бачать або чують.
Вона виявилася надзвичайно ефективною. І “Технарі” сподіваються на ще більші успіхи, оскільки вони починають працювати над обробкою звуків потенційних повітряних загроз, які фіксуються мережею мікрофонів, розташованих по всій Україні. Робота компанії – це невелика частина маленького, але важливого українського експерименту з протидії повітряним атакам. Кілька інших підрозділів вже використовують мережі мікрофонів, які передають звуки українським силам протиповітряної оборони. Такі українські інновації воєнного часу виявляються настільки успішними, що незабаром інші країни можуть перейняти їхній досвід.
Мережі мікрофонів, які визначають місцезнаходження стрільця, вже давно використовуються на війні. І за останні два десятиліття вони вони досягли значного прогресу, особливо захищаючи західних солдатів в Афганістані та Іраку. Але аналіз звукових хвиль для протиповітряної оборони довгий час вважався непрактичним. Мері “Міссі” Каммінгс, колишня американська льотчиця винищувача, яка є співавторкою численних наукових досліджень, що стосуються перспектив цієї технології, порівняла ці розробки з “читанням чиєїсь долоні”. За її словами, багато хто хотів вірити, що цей підхід спрацює, але це не так.
Досвід України змінив ситуацію, каже Джеймс Геккер, який командує американськими повітряними силами в Європі з авіабази Рамштайн у Німеччині. Він говорить, що українські інновації з акустичного сканування “неймовірні”.
Порівняно з радарами, українські мікрофонні мережі дешевші і не випромінюють сигналів, які можуть виявити російські війська. Росія модифікувала іранські дрони-камікадзе Shahed з допомогою більш непомітних композитних матеріалів і довела, що розумна інженерія може сильно зменшити радіолокаційну помітність літака. Але апаратне обладнання, що працює в повітрі, обов’язково створює звук. Дуже важливо, що акустичне виявлення найкраще працює на малих висотах, де літає більшість бойових дронів. Генерал Геккер вважає, що ця технологія діє на висоті близько 3000 метрів, а радари здатні контролювати більші висоти, незважаючи на перешкоди, що виникають на землі.
Все це пояснює, чому мікрофонні мережі є такими привабливими. Одну з них розробив львівський стартап Zvook, який розмістив високоякісні мікрофони поблизу фронту. Отримані записи були використані, щоб навчити програмне забезпечення ідентифікувати акустичні ознаки загроз. Воно навчалося розпізнавати звуки, які створюють невеликі дрони, ракети, снаряди та літаки – і все це не враховуючи шум цивільного життя.
Радіус дії Zvook, хоч і набагато менший, ніж у радарів, але це не означає, що він не може нічого засікти. Наприклад, безпілотники можна виявити на відстані до 5 км. Для крилатих ракет дальність становить близько 7 км. Щоб досягти цього, Zvook розробив вигнуті акустичні дзеркала діаметром півметра. Ці тарілки фокусують звукові хвилі на мікрофонах, які вони охоплюють. Більшість станцій прослуховування мають два таких дзеркала, щоб охопити дугу покриття близько 200°. Обробка відбувається на сусідньому комп’ютері.
Станції прослуховування Zvook, кожна з яких менша за коробку для взуття, коштують близько 500 доларів за штуку. Для порівняння, радар, здатний виявити невеликий дрон на відстані 5 км, може коштувати 500 000 доларів. Тому мережа мікрофонів може бути відносно щільною, а точність зростає разом із кількістю станцій, які чують звук. Телекомунікаційна компанія “Київстар” встановлює обладнання Zvook на своїх мобільних вишках, здійснює його технічне обслуговування і передає дані безкоштовно. У місцях, де немає працюючих вишок, наприклад, поблизу лінії фронту, систему часто ховають у траві без громіздких акустичних дзеркал, які можуть бути помічені. Живлення здійснюється від акумулятора або сонячної батареї. У таких важкодоступних місцях дані передаються через широкосмугові супутники.
Виявлення об’єктів системою Zvook зазвичай займає менше 12 секунд, і потім інформація з’являється в армійській комп’ютерній програмі під назвою “Дельта”. Мар’ян Сулим, сержант підрозділу протиповітряної оборони і керівник Zvook, каже, що рівень помилкових сповіщень зараз становить близько 1,6%. Для додаткової перевірки користувачі “Дельти” отримують дев’ятисекундний запис зі звуком, про який йде мова. За його словами, в районах, де працюють приблизно 270 станцій Zvook, які були передані армії, радари часто вмикаються лише у відповідь на сигнали тривоги. Завдяки тому, що Zvook допоміг запобігти авіаударам, зокрема, по Харкову, сержант Сулим отримав дозвіл спрямувати свої зусилля на значне розширення мережі.
Її точність також має зрости. Для більш ефективного виявлення джерела звуку Zvook розробляє спеціальний комплекс з чотирьох мікрофонів, які будуть підключатися до станцій прослуховування. Це дозволить визначати напрямок походження звуку з точністю до 5°. Сержант Сулим сподівається, що цього буде достатньо для запуску перехоплювачів без необхідності попереднього виявлення наземними радарами. Наступного місяця військові мають випробувати першу партію з 15 таких систем моніторингу.
Набагато більша мережа акустичного виявлення була розроблена таємною українською організацією під назвою “Небесна фортеця”. Їх мережа складається з кількох тисяч станцій для прослуховування, і вони планують встановити ще тисячі. Хоча перші станції прослуховування перехоплювали і обробляли звук за допомогою смартфонів на базі Android, зараз ця мережа, як і Zvook, використовує спеціальні мікрофони і мікрокомп’ютери. Дані надходять в українську систему управління, відому як “Віраж”. Як і єППО і Zvook, “Небесна фортеця” здебільшого фінансується за рахунок благодійних внесків, що є незвичним явищем для протиповітряної оборони.
Невелика кількість іноземних експертів знають про роботу “Небесної фортеці”. Один з них – Рікі Еллісон, засновник некомерційної організації Missile Defence Advocacy Alliance (MDAA) з Александрії, штат Вірджинія. За його словами, “Небесна фортеця” стала настільки масштабною і “такою хорошою”, що тепер виявляє більшість російських засобів, які летять на низькій висоті над територією України. Російські підрозділи почали зменшувати або змінювати акустичні характеристики своїх безпілотників, але алгоритми виявлення швидко адаптуються. “Це ШІ в найкращому вигляді”, – каже пан Еллісон.
Досягнення в обробці даних показують, що акустичні сигнали є дуже різноманітними. Частотні спектрограми, надані українським полковником, який побажав залишитися анонімним, показують, що навіть схожі дрони мають відмінні звукові характеристики. Томас Вітінгтон, фахівець з протиповітряної оборони з аналітичного центру RUSI, що базується в Лондоні, каже, що можна навіть почути гудіння двигуна, викликане важким корисним навантаженням.
Досвід України переймають
Росія відповідає тим же. Конструкторське бюро “Талламхо”, фірма з Грозного, який знаходиться в Чечні, нещодавно оголосила, що її нова мікрофонна система “Малік” може захищати російські окопи та інші позиції. Вона помічає українські безпілотники на відстані близько 330 метрів. Менша за розміром система “Малік” кріпиться до солдатської форми.
Інші країни також звертають на це увагу. Кілька тижнів тому система Sky Fortress була таємно випробувана на полігоні в Європі. Представники 11 країн НАТО побачили, як крилаті ракети і безпілотники (без озброєння) легко виявляються і відстежуються. Пан Еллісон з MDAA, розробника системи, каже, що заплановано ще два таких заходи. За словами генерала Геккера, НАТО розглядає перспективу використання мікрофонів для своєї протиповітряної оборони.
Кілька міністерств оборони східних країн-членів Альянсу вже закуповують акустичне обладнання для протиповітряної оборони. Польська фірма Advanced Protection Systems, що постачає їх, кілька років тому припинила науково-дослідницьку роботу в сфері акустики. Але події в Україні переконали її відновити роботу, каже Мацей Клемм, її керівник. Зараз фірма також продає акустичне обладнання невідомому замовнику в Україні.
Thales, європейський оборонний гігант, також побачив у цьому можливість. Наступного року на ринок вийде його перша мікрофонна система для виявлення безпілотників, каже Жан-Мішель Негре, керівник відділу виробництва, що базується поблизу Парижа. Інші великі західні компанії, без сумніву, приєднаються до цього процесу. Їм варто було б подивитись на Україну як на джерело натхнення. У новому контексті, деякі винахідливі українські технологи оснащують мікрофонами безпілотники для повітряних боїв. І ці мікрофони допомагають їм точно визначити кількість своїх російських супротивників. Гарні ідеї продовжують з’являтися.
