Дрон "чувствует" Землю: США показали новую навигацию, которую сложнее заглушить

Компании Northrop Grumman и SandboxAQ испытали на беспилотнике Lumberjack систему AQNav, которая определяет положение аппарата по локальным особенностям магнитного поля, причем разработчики заявляют о возможности работы без спутниковых сигналов. Об этом сообщила компания SandboxAQ.

Дрон, которому не нужен сигнал из космоса

На первый взгляд испытания Lumberjack могут показаться очередной демонстрацией альтернативной навигации, но на самом деле здесь важен сам класс платформы. Речь идет о беспилотнике Group 3, который Northrop Grumman и SandboxAQ использовали для первой заявленной демонстрации магнитной навигации на одноразовой ударной платформе. По словам SandboxAQ, это также первое известное публичное испытание, в ходе которого магнитную навигацию совместили с визуальной на аппарате такого типа.

Об испытаниях 9 сентября сообщила сама SandboxAQ, а подробнее о технологии написал и украинский обозреватель вооружений Юрий Светлик, на материал которого мы опираемся в этом разборе.

Суть технологии проста: если противник может заглушить или подменить спутниковую навигацию, дрону нужен другой способ понять, где он находится.

Что такое магнитная навигация

Земля обладает собственным магнитным полем, но оно не является абсолютно однородным. Горные породы и структура земной коры создают локальные отклонения, поэтому в разных районах планеты магнитное поле имеет характерные особенности.

Для человека они незаметны. Для сверхчувствительных магнитометров это уже своеобразная карта.

AQNav использует квантовые датчики, которые измеряют эти особенности, после чего программное обеспечение сравнивает полученные данные с картой магнитных аномалий и определяет местоположение аппарата. SandboxAQ описывает это как дополнительный источник навигации, не требующий спутникового сигнала или передачи собственного сигнала вовне.

То есть дрон фактически ориентируется по "магнитному почерку" местности. Причем ему не нужно видеть землю через камеру, а сама система может работать в любую погоду и над различными типами поверхности.

Важно пояснить еще одну вещь: слово "квантовая" не означает, что внутри дрона установили что-то фантастическое, например, квантовый компьютер. Квантовая составляющая касается прежде всего сверхчувствительных магнитных датчиков. Далее полученные данные обрабатывает программное обеспечение.

Почему GPS стал проблемой для военных

Спутниковая навигация на протяжении десятилетий была одним из самых удобных способов определения координат для авиации и беспилотников, но война выявила ее слабое место. GPS можно заглушать, а его координаты можно подменять, создавая для приемника ложную картину того, где находится аппарат.

В результате проблема заключается не только в том, что дрон перестает знать точные координаты. Он может продолжить полет, но постепенно отклониться от маршрута, особенно если другие системы навигации не способны долго компенсировать эту ошибку.

В Украине это уже давно не теоретическая проблема. "Милитари 24" ранее рассказывал, почему в Украине глушат GPS и какие проблемы это создает. Украинские разработчики параллельно ищут собственные способы полета без спутниковой навигации – от оптических систем до более сложных комплексов альтернативного позиционирования.

Показательный пример – украинский Lucky Strike-2.1, оснащенный оптической навигацией. Его камера анализирует поверхность под аппаратом и позволяет продолжать полет без GPS.

Американский подход отличается тем, что AQNav не пытается заменить GPS одним-единственным датчиком. Наоборот, он задуман как еще один уровень в общей системе навигации.

AQNav не заменяет GPS, а подстраховывает его

Несмотря на громкие заявления о "конце эпохи GPS", SandboxAQ не говорит о полном отказе от спутниковой навигации. Компания позиционирует AQNav как альтернативный источник позиционирования, который можно сочетать с инерциальной, визуальной и спутниковой навигацией.

Такая схема гораздо интереснее, чем попытка создать один универсальный заменитель GPS. В нормальных условиях устройство может использовать спутниковую навигацию, а когда сигнал становится недоступным – переключаться на другие источники данных.

Это фактически принцип "системы систем", когда каждый датчик имеет свои слабые места, но вместе они могут обеспечить гораздо более устойчивую навигацию.

"Милитари 24" уже писал о том, как украинские дроны научились работать в условиях потери связи и воздействия РЭБ. Часть современных украинских БПЛА уже использует автономное выполнение отдельных этапов миссии после потери канала связи с оператором.

В будущем подобная логика может распространиться и на навигацию: не один канал, от которого зависит все, а несколько независимых источников координат.

Самое интересное – систему установили менее чем за час

SandboxAQ отдельно подчеркивает программную архитектуру AQNav. По данным компании, в ходе интеграции с Lumberjack ее инженеры установили программную часть системы на уже имеющуюся бортовую вычислительную инфраструктуру менее чем за час. Это может оказаться даже важнее, чем сам факт работы магнитной навигации.

Военная техника почти всегда имеет ограничения по массе, габаритам, энергопотреблению и количеству дополнительной электроники, которую можно установить на борт. Если новую систему можно интегрировать в существующую архитектуру без установки отдельного большого вычислительного комплекса, ее потенциально проще переносить на различные типы платформ.

Именно поэтому SandboxAQ подчеркивает, что AQNav является hardware-agnostic решением, то есть его программное обеспечение рассчитано на работу с различными датчиками и уже существующими навигационными архитектурами.

Но у магнитного датчика тоже есть слабые места

Было бы неправильно воспринимать эту технологию как волшебный способ сделать дрон полностью независимым от любых помех.

Сам летательный аппарат создает собственные магнитные искажения. Двигатели, электропроводка, электроника и металлические конструктивные элементы влияют на показания датчика, поэтому система должна отделять слабые естественные сигналы от собственных магнитных помех платформы. SandboxAQ прямо указывает на использование алгоритмов обработки сигнала для компенсации таких факторов.

Есть и другой вопрос – карты магнитного поля. Чтобы определить положение аппарата, недостаточно просто измерить магнитное поле. Система должна сопоставить полученное значение с предварительно накопленными данными о конкретной местности.

Поэтому реальная эффективность AQNav будет зависеть не только от датчика, но и от качества карт, алгоритмов и конкретных характеристик самой платформы.

Интересно, что SandboxAQ уже имеет значительный опыт испытаний. Компания заявляет, что с 2023 года AQNav тестировали совместно с военными, Airbus и Boeing, а ВВС США использовали эту технологию на самолетах C-17 Globemaster III и C-130J Super Hercules.

Ранее компания также сообщала об испытаниях, в ходе которых на маршрутах продолжительностью более двух часов AQNav работала лучше, чем инерциальная навигация без GNSS, а в одном из полетов наилучшая зафиксированная точность составила менее 74 метров. В то же время эти результаты касались предыдущих испытаний технологии, а не нового полета Lumberjack.

Станет ли такая навигация стандартом для боевых дронов

Появление AQNav на Lumberjack интересно именно из-за смены масштаба.

Ранее магнитная навигация в значительной степени ассоциировалась с дорогостоящими авиационными платформами, где цена дополнительной электроники не является определяющим фактором. Теперь технологию демонстрируют на беспилотнике, который разрабатывался как attritable-платформа, то есть машина, потерю которой военные допускают во время выполнения боевого задания. SandboxAQ прямо называет это первым публично объявленным испытанием MagNav на такой платформе. И это может иметь серьезные последствия для развития дронов.

Почему альтернативная навигация становится дешевле, компактнее и проще для интеграции, тем больше платформ смогут работать независимо от спутникового сигнала. В таком случае РЭБ противника уже не сможет одним ударом по GPS лишить целую категорию беспилотников возможности нормально ориентироваться.

При этом говорить о "конце GPS" пока рано. Гораздо точнее говорить о конце монополии GPS на навигацию. И именно в этом заключается главный результат испытания Lumberjack: американские разработчики показали, что магнитное поле Земли, существовавшее задолго до появления каких-либо спутников, может превратиться в еще один практический инструмент навигации для боевых беспилотников.

А если такие системы действительно удастся масштабировать до массовых платформ, тогда дронам придется учиться находить дорогу домой уже не только по спутникам, камерам или инерционным датчикам, а буквально по "отпечаткам" самой Земли.