Дивовижний успіх акустичних систем. Як нова технологія України протидіє повітряним атакам Росії, — The Economist

На початку повномасштабного вторгнення Росії шанси України захистити свій повітряний простір розцінювалися як низькі. Радіолокаційне покриття країни було нерівномірним ще до того, як були уражені її радіолокаційні станції. А велика кількість дронів і крилатих ракет летіли надто низько, щоб уцілілі радари могли їх помітили.

Але війна стимулює появу 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.

Підхід виявився напрочуд ефективним. Але «Технарі» вважають, що він буде значно успішнішим, якщо процес обробки звуків потенційних повітряних загроз фіксуватиметься мережею мікрофонів, розташованих по всій Україні.

Робота компанії – це невелика частина тихого, але вражаючого українського експерименту з протидії повітряним атакам. Кілька інших структур вже використовують мережі мікрофонів, які передають звуки українським операторам протиповітряної оборони. Ці інновації воєнного часу виявляються настільки успішними, що незабаром інші країни можуть наслідувати їхній приклад.

Тонкощі підходу

Акустичні системи, які визначають місцезнаходження стрільця, вже давно використовуються на війні. За останні два десятиліття вони досягли значного прогресу, особливо у захисті західних солдатів в Афганістані та Іраку. Але аналіз звукових хвиль для протиповітряної оборони довгий час вважався непрактичним. Мері «Міссі» Каммінгс, колишня американська льотчиця-винищувачка, яка є співавторкою численних наукових досліджень про перспективи цієї технології, порівняла ці пошуки з «читанням чиєїсь долоні». За її словами, багато хто хотів би вірити, що цей підхід спрацює, але поки що це не так.

Досвід України змінив ситуацію, вважає Джеймс Геккер – командувач американськими Повітряними силами в Європі на авіабазі Рамштайн у Німеччині. Він називає українські інновації в акустичному виявленні загроз «надзвичайними».

Порівняно з радарами, українські мікрофонні мережі дешевші і не випромінюють сигналів, які можуть виявити російські війська. До того ж розумна інженерія може різко зменшити радіолокаційну помітність літального апарата (Росія показала це, модифікувавши іранські «шахеди» за допомогою більш непомітних композитних матеріалів). Але агрегат, що рухається у повітрі, все одно видає звук. Дуже важливо, що акустичне виявлення найкраще працює на малих висотах, де літає 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.

Як працює «Звук»

Все це пояснює, чому мікрофонні мережі є такими привабливими. Одну з них розробив львівський стартап «Звук». Він розмістив високоякісні мікрофони поблизу фронту й на основі отриманих записів навчив програмне забезпечення визначати акустичні сигнатури загроз – від невеликих дронів до ракет, від снарядів до літаків – і все це без урахування звуків цивільного життя.

Діапазон виявлення Zvook набагато коротший, ніж у радарів. Наприклад, безпілотники можна виявити на відстані до 5 км. Для крилатих ракет дальність становить близько 7 км. Щоб досягти цього, «Звук» розробив вигнуті «акустичні дзеркала» діаметром у пів метра. Ці «тарілки» концентрують звукові хвилі на розташованих всередині мікрофонах. Більшість акустичних станцій мають два таких дзеркала, щоб забезпечити дугу покриття близько 200°. Обробка даних відбувається на розміщеному неподалік комп'ютері.

Акустичні станції «Звук» менші за взуттєву коробку і коштують приблизно $500 за штуку. Для порівняння, радар, здатний виявити невеликий дрон на відстані 5 км, може коштувати 500 000 доларів. Мережа мікрофонів може бути відносно щільною, а точність зростає разом із кількістю станцій, які чують звук. Телекомунікаційна компанія «Київстар» встановлює комплект Zvook на своїх мобільних вежах, здійснює технічне обслуговування і безплатно передає дані. Там, де немає працюючих веж, наприклад, поблизу фронту, систему часто ховають у траві без громіздких акустичних дзеркал, які можна помітити. Живиться така станція від акумулятора або сонячної батареї, а дані передають широкосмугові супутники.

Виявлені Zvook дані зазвичай з’являються в армійській комп’ютерній програмі Delta менш ніж за 12 секунд. За словами сержанта підрозділу протиповітряної оборони та співорганізатора проєкту «Звук» Мар’яна Сулима, рівень хибних сповіщень зараз становить близько 1,6%. Для додаткової перевірки користувачі «Дельти» отримують дев'ятисекундний запис із відповідним звуком. Сулим розповідає, що в районах, де працюють приблизно 270 переданих армії станцій «Звук», радари часто вмикаються лише після сигналу тривоги. Завдяки тому, що система Zvook допомогає запобігти авіаударам, зокрема по Харкову, сержант Сулим отримав дозвіл зосередити свої зусилля на значному розширенні мережі.

Її точність також зростає. Для ефективнішого виявлення джерела звуку команда розробила спеціальний комплекс з чотирьох мікрофонів, що підключаються до акустичних станцій. Це дозволяє визначати напрямок походження звуку з точністю до 5°. Сержант Сулим сподівається, що цього буде достатньо для запуску перехоплювачів без потреби попереднього виявлення наземними радарами. Наступного місяця військові мають випробувати першу партію з 15 таких систем.

Секретна «Небесна фортеця»

Набагато більшу мережу акустичного виявлення розробила непублічна українська група під назвою «Небесна фортеця». Ця система складається з кількох тисяч акустичних станцій, і планується встановити ще тисячі. Хоча перші станції перехоплювали й обробляли звук за допомогою смартфонів на базі Android, зараз 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», здебільшого фінансується коштом пожертвувань, що є дивовижним явищем для протиповітряної оборони.

Небагато зовнішніх експертів обізнані з роботою «Небесної фортеці». Один з них – Рікі Еллісон – засновник некомерційної організації Missile Defence Advocacy Alliance з Александрії (штат Вірджинія, США). За його словами, «Небесна фортеця» стала настільки розгалуженою і «такою до біса хорошою», що тепер виявляє більшість російських баражувальних боєприпасів, які летять низько над територією України. Російські підрозділи почали приглушувати або іншим чином змінювати акустичні характеристики своїх безпілотників, але алгоритми виявлення швидко адаптуються. «Це штучний інтелект у найкращому своєму прояві», – підсумовує Еллісон.

ППО війна технології акустичні системи повітряний терор рф