Άμυνα Εναντίον Εχθρικών Μη Επανδρωμένων Αεροχημάτων-Ι.Κόντος

Γράφει ο

Ιωάννης Κόντος

Ομότιμος Καθηγητής Τεχνητής Νοημοσύνης ΕΚΠΑ

1. Εισαγωγή

Η συστηματική προετοιμασία για την αποτελεσματική αντιμετώπιση εισβολών και επιθέσεων από εχθρικά ΜηΕΑ απαιτεί εκτεταμένη τεχνολογική γνώση και εμπειρία, σχετικά μικρά χρηματικά ποσά, αποτελεσματικό συντονισμό αλλά κυρίως πολιτική βούληση και εγρήγορση.

Ένα αρκετά πιθανό και εφιαλτικό σενάριο προβλέπει  την νυκτερινή επίθεση ενός οπλισμένου εχθρικού σμήνους από ΜηΕΑ, περισσοτέρων ενδεχομένως του ενός κύματος, εναντίον νήσου μας. Η επίθεση αυτή, αν δεν αντιμετωπιστεί αποτελεσματικά, μπορεί να επιφέρει σοβαρή ζημία σε ημέτερες αμυντικές εγκαταστάσεις της νήσου μας  διευκολύνοντας έτσι την εν συνεχεία απόπειρα εχθρικής απόβασης σε αυτό πριν προλάβουμε να αναπληρώσουμε τις απώλειες. 

Με το παρόν άρθρο συνοψίζεται το θέμα της αμύνης έναντι εχθρικών ΜηΕΑ εξετάζοντας περιληπτικά τiς σχετικές τεχνολογίες. Προγράμματα εγχώριας ανάπτυξης συστημάτων σχετικών με ΜηΕΑ δύνανται να ολοκληρωθούν με χρηματοδότηση της τάξεως των ολίγων εκατομμυρίων ευρώ εν αντιθέσει με τα προγράμματα προμήθειας μεγάλων οπλικών πλατφορμών που απαιτούν δαπάνες της τάξεως των δισεκατομμυρίων ευρώ. Υπάρχουν επίσης πολλοί Έλληνες τεχνολόγοι στο εσωτερικό και στο εξωτερικό που μπορούν να υποστηρίξουν με την γνώση και την εμπειρία τους την ανάπτυξη εν Ελλάδι προηγμένων οπλικών συστημάτων.

Αναφέρονται παρακάτω βασικές πληροφορίες τεχνολογικών λύσεων σχετικά με την σχεδίαση και υλοποίηση συστημάτων αντιμετώπισης ΜηΕΑ. Η εξέλιξη του ηλεκτρονικού πολέμου αναφέρεται εν συντομία ως η παλαιότερη σχετική ηλεκτρονική τεχνολογία που έχει και επιθετικές δυνατότητες. Τέλος παρουσιάζεται μια τεχνολογία αιχμής που αφορά ευφυή συστήματα αμύνης εναντίον ΜηΕΑ στην ανάπτυξη της οποίας συμμετέχει ερευνητικά και ο γράφων. Σε επόμενα άρθρα ελπίζω να αναλύσω περαιτέρω και άλλες τεχνολογίες που εμπλέκονται.         

1. Ανίχνευση ΜηΕΑ

Η ανίχνευση ενός επερχόμενου αεροχήματος δύναται να επιτευχθεί με την χρήση πολλών ειδών συστημάτων όπως:

-Σύστημα οπτικής ανίχνευσης

-Σύστημα με ειδικό ραντάρ που ανιχνεύει μικρά αεροχήματα

-Σύστημα ηχητικής ανίχνευσης

-Σύστημα θερμικής ανίχνευσης

-Σύστημα σάρωσης με χρήση κεραιών για τυχόν ραδιοσυχνότητες που ένα αερόχημα στέλνει δεδομένα προς μακρινό προορισμό.

-Σύστημα παθητικού ραντάρ που ανιχνεύει ανακλάσεις τυχαίων εκπομπών.

 Όταν ληφθεί κάποιο σήμα από οποιοδήποτε σύστημα , ο χειριστής ενός συστήματος αντίΜηΕΑ λαμβάνει ηχητική και οπτική ειδοποίηση από σύστημα συναγερμού. Στη συνέχεια όμως το επερχόμενο αερόχημα πρέπει να αναγνωριστεί και να διαπιστωθεί ότι πρόκειται για εχθρικό. 

1. Αναγνώριση ΜηΕΑ

Η ασφαλής αναγνώριση επερχόμενου επικίνδυνου ΜηΕΑ απαιτεί τον συνδυασμό όλων των διαθέσιμων ειδών σημάτων με την διαδικασία της σύντηξης πληροφοριών (information fusion). Η σύντηξη απαιτεί την χρήση προηγμένων αλγορίθμων και ενίοτε αλγορίθμων Τεχνητής Νοημοσύνης συμπεριλαμβανομένης και της Μηχανικής Μάθησης. 

Η ασφαλής αναγνώριση είναι απαραίτητη για την αποφυγή καταστροφικής αντιμετώπισης αβλαβών αεροχημάτων και τυχόν απώλειας ανθρώπινων ζωών και υλικού ειρηνικών εφαρμογών των ΜηΕΑ όπως π.χ. γεωργία ακριβείας ή εποπτεία θαλάσσιας ρύπανσης. 

1. Αντιμετώπιση ΜηΕα

Τα κλασικά συστήματα αντιαεροπορικής άμυνας είναι πολύ ακριβά και προορίζονται για να αντιμετωπίσουν απειλές από εισβάλοντα μεγάλα επανδρωμένα αεροσκάφη. Το ζητούμενο είναι να ελαχιστοποιείται κάθε φορά το κόστος αντιμετώπισης ανάλογα με το μέγεθος του επερχόμενου εχθρικού αεροχήματος. Η αντιμετώπιση δύναται να συνίσταται είτε σε εξουδετέρωση ή σε καταστροφή του αναγνωρισθέντος εχθρικού ΜηΕΑ. 

4.1 Εξουδετέρωση των ΜηΕΑ

Έχουν κατασκευαστεί συστήματα εξουδετέρωσης των ΜηΕΑ με  μεθόδους όπως:

-Τεχνολογία ηλεκτρονικού πολέμου 

-Απομόνωση του σήματος που εκπέμπει το κέντρο ελέγχου του ΜηΕΑ

-Σύλληψη του ΜηΕΑ με δίχτυ

-Εκπομπή μικροκυματικού παλμού από το έδαφος

-Εκπομπή μικροκυματικού παλμού από φίλια ΜηΕΑ που έχουν εισχωρήσει σε σμήνος από εχθρικά ΜηΕΑ. Ο παλμός αυτός καταστρέφει τα ηλεκτρονικά τμήματα πολλών μελών του σμήνους.

Η τελευταία μέθοδος παρουσιάζει αρκετά πλεονεκτήματα. Αυτό κυρίως λόγω της μειωμένης απόστασης από τους στόχους που απαιτεί πολύ λιγότερη ενέργεια για να εξουδετερώσει τα ηλεκτρονικά τμήματα πολλών εχθρικών ΜηΕΑ ταυτόχρονα. Απαιτεί όμως τεχνολογία παραγωγής μικροκυματικών παλμών με συσκευές στερεάς κατάστασης.  

4.2 Καταστροφή των ΜηΕΑ

Η πλήρης καταστροφή εχθρικών ΜηΕΑ δύναται να επιτευχθεί τουλάχιστον με τις εξής μεθόδους μεταξύ άλλων:

-Προσβολή με πυροβόλο όπλο από το έδαφος

-Προσβολή με πυροβόλο όπλο από τον αέρα με φορέα ΜηΕΑ

-Προσβολή με Λέιζερ υψηλής ενέργειας από το έδαφος 

1. Νέα Τεχνολογία ηλεκτρονικού πολέμου

Η τεχνολογία ηλεκτρονικού πολέμου είναι. ως αναφέρθηκε, από τις παλαιότερες τεχνολογίας άμυνας αλλά και επίθεσης και που συνεχώς ανανεώνονται. Καθώς οι στρατοί ανανεώνουν τα συστήματα ηλεκτρονικού  πολέμου οι ερευνητές αναπτύσσουν διάφορες τεχνολογίες που θα κάνουν το στρατιωτικό προσωπικό πιο αποτελεσματικό στο πεδίο της μάχης.

Οι σύγχρονοι στρατοί χρειάζονται ανθεκτικά συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου (ΗΠ) που μπορούν να εκτείνονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις για να πλησιάσουν τον εχθρό και να συλλέξουν πληροφορίες.

ΟΙ πληροφορίες αφορούν μεταξύ άλλων τις εχθρικές ηλεκτρομαγνητικές υπογραφές που μπορούν να αποκαλύψουν δεδομένα πεδίου μάχης και πιθανούς στόχους. Επίσης οι στρατοί χρειάζονται μεθόδους για να γνωρίζουν εάν μια επίθεση ΗΠ  έκανε αυτό που έπρεπε να κάνει στα εχθρικά συστήματα.

Τα ανωτέρω θέματα ενσωματώνονται στο νέο πολεμικό δόγμα  γνωστό ως επιχειρήσεις πολλαπλών τομέων ή multiple domain operations (MDO). Η έννοια των MDO είναι ο τρόπος με τον οποίο ένας στρατός σχεδιάζει να πολεμήσει ενάντια σε έναν αντίπαλο που μπορεί να τον απειλήσει σε ξηρά, θάλασσα, αέρα, διάστημα και στον κυβερνοχώρο. Ο ηλεκτρονικός πόλεμος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παρεμβολές στα συστήματα επικοινωνιών του εχθρού,  τους ελιγμούς στο πεδίο της μάχης και τις διαδικασίες επισήμανσης στόχων. 

Για να αναπτύξει την ηλεκτρομαγνητική υπεροχή που χρειάζεται ένας στρατός θα χρειαστεί να χρησιμοποιήσει τεχνολογίες Τεχνητής Νοημοσύνης όπως Μηχανική Μάθηση για να επεξεργάζεται ταχύτερα τις πληροφορίες του πεδίου μάχης και να μειώσει το γνωστικό φόρτο του στρατιωτικού προσωπικού. Η αυτοματοποίηση θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον συντονισμό των επιπτώσεων του ΗΠ στο πεδίο της μάχης. Η υπερφόρτωση πληροφοριών είναι μια πρωταρχική πρόκληση στις λειτουργίες πολλών τομέων.

Ο συνδυασμός αισθητήρων σε διαφορετικές τοποθεσίες στο πεδίο της μάχης θα βοηθήσει επίσης ένα στρατό για βαθιούς ελιγμούς και βαθιές βολές σε επιχειρήσεις μάχης μικρής ή μεγάλης κλίμακας. Η πρακτική αυτή  συνοδεύεται από περιορισμούς απόστασης για τα εν χρήσει κύματα ραδιοσυχνοτήτων. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές εξετάζουν πώς να διατηρήσουν τη σύνδεση με διασκορπισμένους αισθητήρες για να ξεπεράσουν τις αποστάσεις.

Ενώ ένας στρατός προσπαθεί να διασφαλίσει ότι τα δικά του δίκτυα και γραμμές επικοινωνίας παραμένουν σε λειτουργία, θέλει επίσης να εκμηδενίσει τον εχθρό χρησιμοποιώντας τις ηλεκτρονικές «εκπομπές» του. Επίσης θέλει να είναι σε θέση να προσδιορίσει ποιες εκπομπές  σχετίζονται με διαφορετικούς σχηματισμούς και οπλικά συστήματα, προκειμένου να κατανοήσει τι κάνουν στο πεδίο της μάχης και να προβλέψει τελικά την επόμενη κίνησή τους.

Ένας άλλος τομέας έρευνας είναι ο τρόπος παροχής εκτίμησης ζημιών στη μάχη όταν ένας στρατός διεξάγει επίθεση ΗΠ εναντίον του εχθρού. Η αόρατη φύση του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος καθιστά δύσκολο για τους διοικητές να δουν εάν μια επίθεση έπληξε τον επιδιωκόμενο στόχο. Προφανώς δεν υπάρχει «καπνίζουσα τρύπα» στο έδαφος ή κάποιος κατεστραμμένος εξοπλισμός για να δείξει υλικά σε έναν διοικητή το αποτέλεσμα μιας επίθεσης.

Είναι ανάγκη να δίνουμε στους διοικητές μονάδων, που δεν είναι εξοικειωμένοι με τη χρήση του ηλεκτρονικού πολέμου ως μέσο πλήγματος. την πεποίθηση ότι αυτές οι δυνατότητες είναι βασικό εργαλείο στο σύνολο των δυνατοτήτων τους για να δημιουργούν προκλήσεις στον αντίπαλο.

1. Αυτόνομα Συστήματα Αμύνης Εναντίον ΜηΕΑ

Η έρευνα και η ανάπτυξη σύγχρονων οπλικών συστημάτων διαρκώς αξιοποιεί όλο και περισσότερο μεθόδους και τεχνικές της Τεχνητής Νοημοσύνης. Παράδειγμα σχετικού ερευνητικού αποτελέσματος αποτελεί η πρόσφατη εργασία του γράφοντος  που δημοσιεύθηκε το 2021 με τίτλο:

“Human-system interface with explanation of actions for autonomous anti-uav systems” στο περιοδικό «International Journal of Artificial Intelligence & Applications» και εντάσσεται στην Εξηγήσιμη Τεχνητή Νοημοσύνη ή Explainable Artificial Intelligence (ΧΑΙ)  σε συνδυασμό με την Μηχανική Συνείδηση (Machine Consciousness). Το θέμα της εργασίας αυτής αφορά την εφαρμογή της ΧΑΙ αλλά και της Μηχανικής Συνείδησης στην τεχνολογία των αυτόνομων συστημάτων αμύνης εναντίον μη-επανδρωμένων αεροχημάτων (ΜηΕΑ) γνωστών ως “drones”.

Η έρευνα για την αυτομάτως παραγόμενη από συστήματα Τεχνητής Νοημοσύνης «εξήγηση» ή «explanation» παρουσιάζει προσφάτως έντονο ερευνητικό και αναπτυξιακό ενδιαφέρον όπως τεκμηριώνεται και από τις επενδύσεις της DARPA κατά το 2021 που αναφέρονται από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ. Ένα αναδυόμενο θέμα για την έρευνα τεχνικών εξήγησης είναι η εφαρμογή τους στη βελτίωση των διεπαφών ανθρώπου-συστήματος για τα αυτόνομα αμυντικά συστήματα. 

Στην προαναφερθείσα εργασία του γράφοντος περιγράφεται συνοπτικά μια νέα πρόταση βασισμένη στην τεχνολογία επεξεργασίας φυσικής γλώσσας σχετικά με τον επεξηγηματικό λόγο και με την χρήση ρητορικών σχέσεων. 

Η πρόταση βασίζεται στην επεξεργασία πληροφοριών που σχετίζονται με τις πιθανές κακόβουλες ενέργειες ενός εισβάλλοντος σμήνους εχθρικών ΜηΕΑ και στις αμυντικές αποφάσεις που προτείνονται από ένα αυτόνομο σύστημα αμύνης κατά αυτών. Ο στόχος μιας τέτοιας διεπαφής είναι να διευκολύνει την εποπτεία που οφείλει να ασκεί ο χρήστης ενός αυτόνομου αμυντικού συστήματος προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί ο κίνδυνος λανθασμένων ενεργειών και περιττής δαπάνης πυρομαχικών.

Η κατανόηση και η ανάλυση της τεχνολογίας των διεπαφών μπορεί να προσφέρει στον σχεδιαστή συστημάτων αμύνης πολλές ευκαιρίες για την βελτιστοποίηση της επιχείρησης. Η νέα πρόταση αφορά διεπαφή βασισμένη στην επεξεργασία φυσικής γλώσσας και ειδικά  στην αυτόματη παραγωγή επεξηγηματικού κειμένου. Ο στόχος μιας τέτοιας διεπαφής είναι να διευκολύνει την εποπτεία που οφείλει να ασκεί ένας χρήστης σε ένα αυτόνομο αμυντικό σύστημα.

Η πρόταση αφορά αυτόνομα συστήματα με λογοδοσία που δρουν εναντίον των μη επανδρωμένων αεροσκαφών και που έχουν ως στόχο να αντιμετωπίσουν εισβάλοντα εχθρικά σμήνη από ΜηΕΑ. Η ασφάλεια της αμυντικής λειτουργίας των αυτόνομων συστημάτων είναι μείζονος σημασίας γιατί οι αποφάσεις πρέπει ιδανικά να επιβλέπονται από άνθρωπο που θα αναλάβει την ευθύνη για τις αποφάσεις αυτές.

Το τμήμα Τεχνητής Νοημοσύνης της διεπαφής του χρήστη με το αυτόνομο αμυντικό σύστημα  μπορεί να συμμετέχει σε ένα  διάλογο σχετικά με τη λειτουργία και τις αποφάσεις που λαμβάνει το σύστημα. Ο διάλογοςαυτός υποστηρίζει και την τυχόν οπτική απεικόνιση που παρουσιάζεται στον χρήστη του συστήματος. Αυτός ο διάλογος βασίζεται σε δεδομένα που περιγράφουν την κίνηση πολλών αντικειμένων στο χώρο. Με τον όρο «διάλογος» εννοούμε την ανταλλαγή ερωτήσεων και απαντήσεων και προτάσεων για την αντιμετώπιση των εχθρικών ΜηΕΑ με την συνεργασία ενός εποπτεύοντος χρήστη και ενός αυτόνομου αμυντικού συστήματος.

Επομένως η διεπαφή έχει σχεδιαστεί για να διευκολύνει την επίβλεψη που  ασκεί ένας χρήστης σε ένα αυτόνομο αμυντικό σύστημα ώστε να μεγιστοποιεί την ασφάλεια των ενεργειών που αναλαμβάνει το σύστημα. Η έλλειψη μιας τέτοιας ευφυούς  διεπαφής αναγκάζει τον χρήστη ενός συστήματος να χειριστεί μια κορεσμένη οθόνη υπολογιστή που απεικονίζει τη δυναμική συμπεριφορά δεκάδων ή και εκατοντάδων αντικειμένων.

Στο πεδίο της μάχης το στρατιωτικό προσωπικό καλείται να λάβει αποφάσεις που στηρίζονται σε συλλογισμούς η εκτέλεση των οποίων απαιτεί ταχύτητα πέρα από την ταχύτητα επεξεργασίας του ανθρώπινου νου λόγω της κρισιμότητας και του επείγοντος της κατάστασης.

Ακόμη και σύγχρονα συστήματα αμύνης έναντι ΜηΕΑ δεν διαθέτουν λειτουργίες που προβλέπονται από την εν λόγω πρόταση. Αυτές οι λειτουργίες είναι απαραίτητες όταν το σμήνος που εισβάλλει σε μια περιοχή αποτελείται από μεγάλο αριθμό ΜηΕΑ. Σε μια τέτοια περίπτωση, η εμφάνιση σε μια οθόνη της επιχειρησιακής κατάστασης μπορεί να είναι τόσο κορεσμένη που να καθιστά το έργο του επιβλέποντος ανθρώπου πολύ δύσκολο. Επομένως η φιλικότητα προς τον χρήστη των διεπαφών των αυτόνομων  συστημάτων αμύνης είναι πολύ σημαντική για την αντιμετώπιση εισβολών μεγάλων σμηνών ΜηΕΑ που οι άνθρωποι δυσκολεύονται να αντιμετωπίσουν χωρίς υπολογιστική υποστήριξη.