Northrop Grumman і SandboxAQ випробували на безпілотнику Lumberjack систему AQNav, яка визначає положення апарата за локальними особливостями магнітного поля, причому розробники заявляють про можливість роботи без супутникових сигналів. Про це повідомила SandboxAQ.

Дрон, якому не потрібен сигнал із космосу

На перший погляд випробування Lumberjack може здатися черговою демонстрацією альтернативної навігації, але насправді тут важливий сам клас платформи. Йдеться про Group 3 безпілотник, який Northrop Grumman та SandboxAQ використали для першої заявленої демонстрації магнітної навігації на одноразовій ударній платформі. За словами SandboxAQ, це також перше відоме публічне випробування, де магнітну навігацію поєднали з візуальною на такому типі апарата.

Про випробування 9 вересня повідомила сама SandboxAQ, а детальніше про технологію написав і український оглядач збройних технологій Юрій Світлик, на матеріал якого ми спираємося в цьому розборі.

Сенс технології простий: якщо противник може заглушити або підмінити супутникову навігацію, дрону потрібен інший спосіб зрозуміти, де він перебуває.

Що таке магнітна навігація

Земля має власне магнітне поле, але воно не є абсолютно однорідним. Гірські породи та структура земної кори створюють локальні відхилення, тому в різних районах планети магнітне поле має характерні особливості.

Для людини вони непомітні. Для надчутливих магнітометрів це вже своєрідна карта.

AQNav використовує квантові датчики, які вимірюють ці особливості, після чого програмне забезпечення порівнює отримані дані з картою магнітних аномалій та визначає місце розташування апарата. SandboxAQ описує це як додаткове джерело навігації, яке не потребує супутникового сигналу або передачі власного сигналу назовні.

Тобто дрон фактично орієнтується за "магнітним почерком" місцевості. Причому йому не потрібно бачити землю через камеру, а сама система може працювати за різної погоди та над різними типами поверхні.

Важливо пояснити ще одну річ: слово "квантова" не означає, що всередині дрона встановили якийсь фантастичний квантовий комп'ютер. Квантова складова стосується насамперед надчутливих магнітних сенсорів. Далі отримані дані обробляє програмне забезпечення.

Чому GPS став проблемою для військових

Супутникова навігація десятиліттями була одним із найзручніших способів визначення координат для авіації та безпілотників, але війна показала її слабке місце. GPS можна заглушувати, а його координати можна підміняти, створюючи для приймача хибну картину того, де перебуває апарат.

У результаті проблема полягає не лише в тому, що дрон перестає знати точні координати. Він може продовжити політ, але поступово відхилитися від маршруту, особливо якщо інші системи навігації не здатні довго компенсувати цю помилку.

В Україні це давно вже не теоретична проблема. Мілітарі 24 раніше розповідав, чому в Україні глушать GPS і які проблеми це створює. Українські розробники паралельно шукають власні способи польоту без супутникової навігації, від оптичних систем до складніших комплексів альтернативного позиціонування.

Показовий приклад - український Lucky Strike-2.1, який отримав оптичну навігацію. Його камера аналізує поверхню під апаратом та дозволяє продовжувати політ без GPS.

Американський підхід відрізняється тим, що AQNav не намагається замінити GPS одним-єдиним сенсором. Навпаки, його задумано як ще один шар у загальній системі навігації.

AQNav не замінює GPS, а підстраховує його

Попри гучні формулювання про "кінець епохи GPS", SandboxAQ не говорить про повну відмову від супутникової навігації. Компанія позиціонує AQNav як альтернативне джерело позиціонування, яке можна поєднувати з інерційною, візуальною та супутниковою навігацією.

Така схема значно цікавіша за спробу створити один універсальний замінник GPS. У нормальних умовах апарат може використовувати супутникову навігацію, а коли сигнал стає недоступним - переключатися на інші джерела даних.

Це фактично принцип "системи систем", коли кожен сенсор має свої слабкі місця, але разом вони можуть забезпечити значно стійкішу навігацію.

Мілітарі 24 уже писав про те, як українські дрони навчилися працювати за умов втрати зв'язку та впливу РЕБ. Частина сучасних українських БпЛА вже використовує автономне виконання окремих етапів місії після втрати каналу зв'язку з оператором.

У майбутньому подібна логіка може поширитися й на навігацію: не один канал, від якого залежить усе, а кілька незалежних джерел координат.

Найцікавіше - систему встановили менш ніж за годину

SandboxAQ окремо наголошує на програмній архітектурі AQNav. За даними компанії, під час інтеграції з Lumberjack її інженери встановили програмну частину системи на вже наявну бортову обчислювальну інфраструктуру менш ніж за годину. Це може виявитися навіть важливішим за сам факт роботи магнітної навігації.

Військова техніка майже завжди має обмеження за масою, габаритами, енергоспоживанням та кількістю додаткової електроніки, яку можна встановити на борт. Якщо нову систему можна інтегрувати в наявну архітектуру без встановлення окремого великого обчислювального комплексу, її потенційно простіше переносити на різні типи платформ.

Саме тому SandboxAQ наголошує, що AQNav є hardware-agnostic рішенням, тобто його програмне забезпечення розраховане на роботу з різними сенсорами та вже наявними навігаційними архітектурами.

Але магнітний датчик теж має слабкі місця

Було б неправильно сприймати технологію як чарівний спосіб зробити дрон повністю незалежним від будь-яких перешкод.

Сам літальний апарат створює власні магнітні спотворення. Двигуни, електропроводка, електроніка та металеві конструктивні елементи впливають на показання датчика, тому система повинна відокремлювати слабкі природні сигнали від власних магнітних перешкод платформи. SandboxAQ прямо вказує на використання алгоритмів обробки сигналу для компенсації таких факторів.

Є й інше питання - карти магнітного поля. Щоб визначити положення апарата, недостатньо просто виміряти магнітне поле. Система повинна зіставити отримане значення з попередньо накопиченими даними про конкретну місцевість.

Тому реальна ефективність AQNav залежатиме не лише від сенсора, а й від якості карт, алгоритмів та конкретних характеристик самої платформи.

Цікаво, що SandboxAQ уже має значний досвід випробувань. Компанія заявляє, що з 2023 року AQNav тестували разом із військовими, Airbus і Boeing, а Повітряні сили США використовували технологію на C-17 Globemaster III та C-130J Super Hercules.

Раніше компанія також повідомляла про випробування, під час яких на маршрутах тривалістю понад дві години AQNav працювала краще за інерційну навігацію без GNSS, а в одному з польотів найкраща зафіксована точність становила менше 74 метрів. Водночас ці результати стосувалися попередніх випробувань технології, а не нового польоту Lumberjack.

Чи стане така навігація стандартом для бойових дронів

Поява AQNav на Lumberjack цікава саме через зміну масштабу.

Раніше магнітна навігація значною мірою асоціювалася з дорогими авіаційними платформами, де ціна додаткової електроніки не є визначальним фактором. Тепер технологію демонструють на безпілотнику, який розробляли як attritable-платформу, тобто машину, втрату якої військові допускають під час виконання бойового завдання. SandboxAQ прямо називає це першим публічно заявленим випробуванням MagNav на такій платформі. І це може мати серйозні наслідки для розвитку дронів.

Чим дешевшою, компактнішою та простішою для інтеграції стане альтернативна навігація, тим більше платформ зможуть працювати незалежно від супутникового сигналу. У такому разі РЕБ противника вже не зможе одним ударом по GPS позбавити цілу категорію безпілотників можливості нормально орієнтуватися.

При цьому говорити про "кінець GPS" поки зарано. Набагато точніше говорити про кінець монополії GPS на навігацію. І саме в цьому полягає головний результат випробування Lumberjack: американські розробники показали, що магнітне поле Землі, яке існувало задовго до появи будь-яких супутників, може перетворитися на ще один практичний інструмент навігації для бойових безпілотників.

А якщо такі системи справді вдасться масштабувати до масових платформ, тоді дронам доведеться вчитися знаходити дорогу додому вже не лише за супутниками, камерами чи інерційними датчиками, а буквально за "відбитками" самої Землі.