Коли не бачать радари: як українці створили «вуха для ППО»

Усе почалося з того, що в травні 2022 року до рук українських військових учених та інженерів потрапили перші випадкові аудіозаписи прольотів крилатих ракет, зроблені за допомогою звичайних смартфонів. Тоді стало очевидно, що навіть побутові пристрої здатні фіксувати акустичний слід повітряних об’єктів. Так виникла ідея розробити спеціалізовану акустичну систему виявлення повітряних цілей, яка може посилити роботу ППО.

Фактично це мережа суперчутливих «вух» — акустичних детекторів, розпорошених по місцевості, які швидко й точно вловлюють звукові сигнали ворожих безпілотників і крилатих ракет, фільтрують їх від шумів і передають координати цілей до командних центрів ППО. Такі детектори ефективно доповнюють класичні радіолокаційні та оптоелектронні засоби, особливо в умовах низьких висот, складного рельєфу, урбанізованих територій. Система детекторів здатна «чути», коли «не видно», за будь-якої погоди та частини доби. Це мобільна, недорога й ефективна система.

ZN.UA поспілкувалося з одним із її авторів — фахівцем із обробки сигналів та бойового застосування систем спостереження Євгеном Смертенком, за плечима якого — великий досвід науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт у сфері оборонних технологій.

Від ентузіазму до системи

— Євгене Володимировичу, як ви починали розроблення?

— Вперше в історії сучасних збройних конфліктів Росія застосовує проти України системно й масово всі доступні засоби повітряного нападу одночасно: літаки, крилаті, балістичні й аеробалістичні ракети, ударні БПЛА. Це створює безпрецедентне навантаження на систему протиповітряної оборони, тому завдання посилити її стало надактуальним. Це спонукало групу фахівців, до якої належу і я, за власною ініціативою почати розробляти систему виявлення ворожих літальних апаратів.

— Як вдалося зібрати команду розробників?

— На початку я звернувся до своїх колег — фахівців із цифрової просторової обробки сигналів та розробників спеціалізованого програмного забезпечення. Але вже невдовзі стало зрозуміло, що для такого складного проєкту цього недостатньо. Оскільки я вже понад десять років працюю у сфері Big Data, IIoT (Industrial Internet of Things), машинного навчання (розділ штучного інтелекту, який дає змогу комп’ютерам навчатися на основі даних, виявляти закономірності та ухвалювати рішення. — В.К.), математичного моделювання й розроблення алгоритмів опрацювання даних, мені вдалося залучити до роботи висококласних цивільних спеціалістів із глибокою експертизою в цих напрямах. Це люди, з якими ми пліч-о-пліч реалізували не один проєкт. Крім того, до команди приєдналися фахівці, що відповідають за виробничі процеси. У підсумку нам вдалося сформувати сильну мультидисциплінарну команду, яка об’єднала військово-технічний досвід, інженерію, оброблення сигналів, сучасні алгоритми аналізу даних і виробничу компетенцію.

Як працює система

— На яких принципах побудована система акустичних детекторів?

— Вона складається з кількох базових блоків: багатоканальна акустична апаратура, цифрова просторова обробка аудіо-сигналів, машинне навчання для розпізнавання типів цілей, постійний ручний аналіз реальних аудіозаписів для виділення характерних ознак. Система має унікальну архітектуру програмного забезпечення за принципом дитячого конструктора, тобто з можливістю гнучко додавати нові алгоритми під конкретні завдання.

Влітку 2022 року було створено перші прототипи акустичних детекторів. До осені ми зібрали 10 дослідних зразків і почали проводити комплексні внутрішні тести.

— У чому особливості вашої системи?

— Щоби платформа могла працювати з радарними, акустичними та змішаними приймачами, ми зробили її архітектуру модульною: додаєш новий тип датчика — й усе відразу працює. У результаті отримали гнучку й масштабовану систему з високою точністю. Наш метод ґрунтується на синергії класичних підходів до цифрового опрацювання сигналів і сучасних методів машинного навчання, що разом створює універсальне й надійне рішення для завдань із моніторингу повітряного простору.

На кінець 2022 року Держспецзв’язок запланував полігонні випробування. Однак у жовтні почалися масовані ракетні удари по критичній інфраструктурі, що призвело до відтермінування їх початку. В лютому 2023 року випробування все ж таки стартували. Було залучено кілька команд із різними рішеннями. В межах полігону було успішно зафіксовано прольоти ворожих крилатих ракет і БПЛА.

— Чи ведуть схожі розробки інші команди розробників?

— Так. У цій сфері сьогодні працюють кілька українських команд, кожна з яких використовує власну методологію й має свої сильні та слабкі сторони. Наша команда обрала шлях розроблення єдиної уніфікованої платформи, здатної одночасно виявляти різні типи об’єктів, розраховувати їхні координати й оцінювати параметри руху. Ми об’єднали алгоритми цифрового просторового опрацювання сигналів, фізичний аналіз із використанням моделей поширення хвиль, а також сучасні методи машинного навчання — зокрема нейронної мережі, що допомагають розпізнавати різні типи повітряних об’єктів. Це дало змогу досягти високої точності навіть у складних умовах шумового фону та перешкод. Ведуться розробки й поза межами України. Так, наприклад, на авіасалоні в Ле-Бурже німецький концерн Diehl презентував протидроновий комплекс, у якому також застосовується акустична система виявлення цілей.

Що гальмує впровадження

— З якими викликами довелося ститкнутися, крім суто наукових і технічних проблем?

— Основним обмеженням для всіх команд є закритість об’єктивних даних про реальну повітряну обстановку. З 2023 року ця інформація є засекреченою, а без неї надзвичайно складно здійснювати верифікацію, аналіз якості роботи алгоритмів виявлення та їх доопрацювання. Крім технічних проблем, є також адміністративно-політичні бар’єри, обмежений доступ до державних програм, небажання частини чиновників підтримувати альтернативні команди. Тут слід зазначити, що РНБО доволі активно просуває цей напрям.

— На якому етапі ваша розробка? Коли її можна буде широко застосовувати?

— На сьогодні система повністю готова до практичного використання, проте в умовах сучасної війни критично важливо забезпечити постійну адаптацію алгоритмів виявлення до змін характеру загроз і тактики застосування засобів повітряного нападу. Попри труднощі, в середині 2024 року ми отримали підтримку від Brave1 (кластер для розвитку військових технологій в Україні, започаткований Міністерством цифрової трансформації та іншими відомствами. — В.К.) у вигляді гранту на закупівлю комплектуючих для нового обладнання та його монтаж. Завдяки цьому розпочали промислово-дослідну експлуатацію системи. Її остання версія безперервно працює понад дев’ять місяців. Її постійно доопрацьовують, удосконалюють. Зібрано великий масив реальних аудіосигналів, удосконалено алгоритми виявлення та класифікації, реалізовано додаткові функції за запитами військових, розроблено робоче місце оператора з можливістю аналізу історичних даних повітряної обстановки, підтверджено стабільність апаратних рішень у реальних польових умовах.

Незважаючи на високу компетентність фахівців Brave1, ми стикнулися з відсутністю підтримки в частині організації взаємодії з військовими структурами та представниками Міністерства оборони України. Саме така взаємодія є критично важливою для тестування, верифікації та вдосконалення системи в умовах, максимально наближених до бойових.

Окремо варто зазначити, що 2023 року нашу команду з незрозумілих причин не допустили до участі в тематичному хакатоні з питань виявлення повітряних загроз (захід, під час якого команди розробників працюють над вирішенням практичних завдань у стислі терміни. — В.К.).

— Науковцям і взагалі новаторам, на жаль, доводиться не лише долати бар’єри, а й пробивати лобами стіни. Яку стіну потрібно пробити, щоб ваші звукометричні системи почали повноцінно працювати на ЗСУ?

— Деякі військові керівники іноді вважають, що «зоопарк систем не потрібен» і достатньо однієї-двох звукометричних розробок. Але тут важливо розуміти таке: у ППО завжди є широкий спектр радіолокаційних систем різних типів, які доповнюють одна одну. Так само і в звукових системах — має бути різноманіття підходів, які перекривають слабкі місця один одного.

Вважаю за потрібне створити єдину дорожню карту розвитку звукометричних систем як складника загальної концепції побудови ППО України. Це передбачає узгодження стратегічних напрямів розвитку та координацію між усіма командами-розробниками для максимально ефективного використання кожної розробки в загальній системі оборони.

Сьогодні ми маємо реальну робочу систему, гнучку архітектуру програмного забезпечення, можливість адаптації до нових загроз, і головне — унікальну базу акустичних даних. Система готова до роботи в бойових умовах.

— Щиро бажаємо вашій команді, щоб цю систему якнайшвидше «почули» на всіх рівнях — від оборонного відомства до польових підрозділів.