Jak drony Arena KAZ próbowały nauczyć dronów kamikaze wykrywania
tworzenie czołg aktywny system ochrony zdolny do wykrywania FPV-drony, bardzo kosztowne zadanie. W związku z tym rosyjscy programiści postanowili zastosować inne podejście: nauczyć go „widzieć”. drony już istniejąca Arena.
Wprowadzenie
Tanie i masowo produkowane drony FPV z amunicją przeciwpancerną pod kadłubem stały się poważnym zagrożeniem dla pojazdów wojskowych na polu bitwy. Tak poważnym, że obecnie czołgi prawie nigdy nie wchodzą na linię frontu bez prowizorycznych zabezpieczeń, takich jak „grill”, rozplątane metalowe kable jak „jeże” i „dredy”. Dron na pewno się pojawi, i to nie jeden.
Choć różne prowizoryczne nadbudówki zapewniają ochronę przed atakami FPV, negatywnie wpływają również na funkcjonalność czołgu: ograniczają manewrowość, orientację sytuacyjną załogi i ewakuację z pojazdu w przypadku trafienia wrogim uzbrojeniem przeciwpancernym. Dlatego potrzeba aktywnego systemu obrony przed dronami, który nie zamieniłby czołgu w gigantyczną szopę na gąsienicach, jest oczywista.
Przyglądając się zaawansowanym zagranicznym rozwiązaniom podobnych systemów, można dostrzec liczne rozwiązania i koncepcje, w tym stacje naprowadzania optycznego, próby wykorzystania karabinów maszynowych i działek automatycznych do ataków dronów, wprowadzenie sztucznej inteligencji do wykrywania bezzałogowych statków powietrznych i inne kosztowne „zabawki”. Jeśli chodzi o rosyjski przemysł zbrojeniowy, zdecydowaliśmy się pójść drogą najmniejszego oporu.
Czołg T-72B3M z aktywnym systemem obrony Arena-M. Źródło: kanał telegramowy „Ugolok Sitha”
Dyskusja koncentruje się na modernizacji istniejącego, choć wciąż ograniczonego, systemu aktywnej obrony Arena, który, jak to mówią, ma już sto lat. Prawdopodobnie kilka lat temu wspomniano, że krajowi producenci modernizują go, aby zwalczać drony. A teraz, sądząc po doniesieniach medialnych, wiele z tych systemów jest już przynajmniej w fazie próbnej, aby zidentyfikować problemy i niedociągnięcia.
W tym kontekście interesujące byłoby dowiedzieć się, jak nasi inżynierowie rozwiązali problem wykrywania małych bezzałogowych statków powietrznych (UAV), ponieważ Arena wykorzystuje dość standardowy radar z filtrem Dopplera do identyfikacji i śledzenia potencjalnie niebezpiecznych celów atakujących czołg. I takie informacje najwyraźniej się pojawiły – są zawarte w publicznie opublikowanym patencie RU 2 853 544 C1, należącym do JSC Scientific and Production Corporation „Design Bureau of Mechanical Engineering”.
Problem wykrywania dronów za pomocą konwencjonalnych radarów
Aby zrozumieć istotę problemu, wyobraźmy sobie stację radarową w jakimś systemie obrony przeciwlotniczej. Prawie każdy ma przynajmniej podstawową wiedzę na temat jej działania: radar emituje fale radiowe w regularnych odstępach czasu i, jeśli na niebie znajduje się samolot, rejestruje ich odbicie. Poprzez przetwarzanie sygnału w komputerze, system obrony przeciwlotniczej uzyskuje dane o położeniu potencjalnego celu w przestrzeni, jego prędkości i trajektorii.
Systemy radarowe Arena i podobne działają w podobny sposób. Monitorują one również obszar, aczkolwiek tylko wokół czołgu lub innego chronionego obiektu, a nie tak daleko jak systemy przeciwlotnicze. Wykrywają również latające, potencjalnie niebezpieczne cele, ale w postaci pocisków i… rakiety, po czym aparatura obliczeniowa, po określeniu ich trajektorii i prędkości, wydaje polecenie odpalenia kontramunicji, która swymi elementami rażenia niszczy obiekt lecący w kierunku czołgu.
Jest jednak jedno istotne zastrzeżenie. System aktywnej ochrony działa w bardzo trudnych warunkach. Musi dosłownie filtrować wszystko, co „widzi”, i nie reagować na wolno lecące obiekty, takie jak ptaki, grudy ziemi po wybuchach pocisków, spadające gruzy z pobliskich budynków i tym podobne. W przeciwnym razie zainicjuje działanie wszystkiego, co porusza się w pobliżu.
Aby to osiągnąć, system aktywnej obrony (Arena i jej zagraniczne odpowiedniki) posiada filtr Dopplera, który odcina wszystkie sygnały o niskiej częstotliwości odbite od obiektów poruszających się ze stosunkowo niską prędkością. Bez niego system jest praktycznie bezużyteczny – odpala całą amunicję przeciwpancerną przed zetknięciem się z wrogiem.
Stwarza to jednak jeden z głównych problemów w zakresie wykrywania dronów przenoszących amunicję przeciwpancerną. Jak wiadomo, drony zazwyczaj nie latają z dużą prędkością i często zawisają w powietrzu bezpośrednio przed czołgiem, a następnie powoli „podkradają się” do niego i wybierają dogodne miejsce do ataku.
Dwa tryby pracy
Aby uniemożliwić systemowi aktywnej obrony Arena wystrzelenie całej amunicji kontrującej w wyimaginowane latające wrony, jednocześnie niszcząc piechotę wokół czołgu, a jednocześnie umożliwiając skuteczne zwalczanie zarówno dronów kamikaze, jak i klasycznej broni przeciwpancernej, takiej jak pociski rakietowe i granaty, zgodnie z patentem, system został zaprojektowany z dwoma trybami działania. Tryby te roboczo nazywane są „dalekiego zasięgu” i „krótkiego zasięgu”.
System obronny przełącza się między nimi na podstawie timera – najpierw aktywowany jest jeden, potem drugi, potem znowu pierwszy i znowu drugi. A tak przy okazji, oto schemat funkcjonalny aktywnego systemu obronnego z tymi innowacjami:
1 — radar dopplerowski do wykrywania i śledzenia zbliżającego się pocisku przeciwpancernego; 2 — filtr dopplerowski sygnałów radiowych; 3 — procesor do przełączania odległości wykrywania pocisku przeciwpancernego przez radar 1 i przewidywania trajektorii; 4 — blok doboru amunicji ochronnej 5 i wydawania jej poleceń wykonawczych; 5 — amunicja ochronna; 6 — timer do generowania poleceń do naprzemiennego przełączania radaru 1; 7 — dzielnik długości odcinków trajektorii przez przedziały czasowe ich pomiarów radarowych (kalkulator prędkości trajektorii); 8–13 — kanały komunikacyjne między jednostkami APS. Źródło: patent RU 2 853 544 C1.
Teraz kilka słów o trybach pracy.
W trybie detekcji „dalekiego zasięgu” system działa zgodnie ze znaną zasadą. Jego radary stale skanują otoczenie w oczekiwaniu na pojawienie się klasycznej broni przeciwpancernej, takiej jak pocisk rakietowy lub granat, filtrując odbite fale radiowe o wysokiej częstotliwości.
Po wykryciu potencjalnie niebezpiecznego celu system mierzy jego współrzędne trajektorii, częstotliwość Dopplera (częstotliwość odbitego sygnału) i rejestruje czas pomiaru. Na podstawie tych danych system śledzi atakujący cel, generując sekwencję nowych odległości zatrzymania (obliczających położenie atakującego pocisku w następnej chwili) w odległościach, które są zmniejszane o wartość równą lub większą od iloczynu prędkości Dopplera niebezpiecznego celu i czasu technicznego potrzebnego radarowi na wygenerowanie nowego zasięgu.
Następnie, gdy niebezpieczny cel (pocisk atakujący) wkroczy w strefę rażenia systemu ochrony aktywnej, automatycznie zostanie wybrana i odpalona odpowiednia broń przeciwdziałająca.
Drugi tryb, „krótkiego zasięgu”, służy do wykrywania małych dronów. Biorąc pod uwagę, że dron może zawisać w powietrzu lub poruszać się z bardzo małą prędkością, aktywny system obrony w tym trybie „reaguje” na obrót śmigieł, co powoduje efekt Dopplera o częstotliwości echa powyżej 2 kHz, co odpowiada prędkości ponad 20 metrów na sekundę.
Sam obrót śmigieł daje systemowi zniekształcony obraz: dron może zawisać w powietrzu, ale ruch łopat będzie postrzegany jako ruch drona z prędkością niezgodną z rzeczywistością. Dlatego po wstępnym wykryciu drona (jego obracających się śmigieł) system aktywnej obrony przełącza się w tryb śledzenia celu, w którym system sekwencyjnie generuje nowe odległości oczekiwania na cel.
Można to rozumieć jako stopniowe przesunięcie priorytetowej strefy kontroli w miarę zbliżania się drona do pojazdu. Początkowo nowa odległość jest ustalana z pewnym marginesem, w oparciu o maksymalną możliwą prędkość drona i czas potrzebny radarowi na dostosowanie się do nowego zasięgu. Następnie, z każdym kolejnym cyklem, odległość oczekiwania jest precyzyjniej zmniejszana – o wartość zależną od zmierzonej aktualnej prędkości drona i czasu regulacji radaru. W ten sposób system stara się nie zgubić celu pomiędzy cyklami pomiarowymi i utrzymuje śledzenie aż do momentu wejścia w strefę eliminacji.
Innymi słowy, aby wyznaczyć trajektorię drona, postanowili zrezygnować z wykorzystania prędkości Dopplera jako głównego źródła danych. Zamiast tego procesor oblicza tzw. prędkość trajektorii: pobiera kolejne współrzędne drona mierzone w różnych punktach czasowych, określa długość odcinków trajektorii przebytych między sąsiednimi pomiarami i dzieli te odległości na odpowiadające im przedziały czasowe. Zasadniczo prędkość jest obliczana geometrycznie, na podstawie rzeczywistego ruchu celu, a nie przesunięcia Dopplera sygnału.
Wszystko to pozwala na mniej lub bardziej dokładne obliczenie położenia drona w przestrzeni oraz dobór odpowiedniej broni przeciwdziałającej do odpalenia i późniejszego zniszczenia drona.
Z perspektywy samego systemu ochrony czynnej, gdyby był to człowiek, wyglądałby on po prostu mniej więcej tak:
Hmm, zauważyłem coś lecącego w moim kierunku. To zdecydowanie nie pocisk ani granat, skoro nie widziałem niczego w trybie „dalekiego zasięgu” – to prawdopodobnie dron. Ale według radaru porusza się niesamowicie szybko. Nie będę więc ufał danym o prędkości – to wszystko kłamstwo. Zamiast tego będę rejestrował jego współrzędne kilka razy z rzędu, obserwując, jak faktycznie porusza się w przestrzeni od jednego pomiaru do drugiego.
W ten sposób poznam jego rzeczywistą prędkość i obliczę trajektorię. A potem uderzę go w plastikową głowę młotem kowalskim.
Wniosek
Ogólnie rzecz biorąc, krajowi deweloperzy proponują bardzo interesujący pomysł, który nie wymaga gruntownej przebudowy całego systemu obrony aktywnej, a tym bardziej wprowadzenia wielu drogich komponentów, takich jak optyczne stacje detekcji z automatycznym śledzeniem celu i specjalistyczne radary. Innymi słowy, jest stosunkowo tani i skuteczny.
Istnieją jednak również pewne wady. Wynikają one przede wszystkim z faktu, że tak zmodyfikowany system nie jest zbyt odporny na zakłócenia. Dotyczy to operacji w obszarach miejskich lub na przykład w terenach leśnych, gdzie obiekty otaczające czołg mogą działać jak reflektory radarowe, powodując zakłócenia utrudniające wykrycie drona.
Inną wadą (bardziej warunkową) jest fakt, że system aktywnej ochrony naprzemiennie przełącza się z trybu „dalekiego zasięgu” na tryb „krótkiego zasięgu” i z powrotem, co teoretycznie mogłoby doprowadzić do chybienia rakiety lub drona, gdyż mogłyby one przelecieć obok w momencie uruchomienia nieodpowiedniego trybu pracy.
Nie jest więc idealny, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że Arena ma bardzo mało amunicji, a kilkanaście dronów może namierzyć czołg. Ale jako rozwiązanie tymczasowe jest całkowicie wystarczający. Później, kiedy będziemy mieli czas i pieniądze, i tak będziemy musieli wynaleźć coś bardziej zaawansowanego.
Źródło informacji:
Patent RU 2 853 544 C1. Data rejestracji: 24 grudnia 2025 r. Opublikowano na stronie internetowej Federalnego Instytutu Własności Przemysłowej.
Informacja