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寰宇韜略

【寰宇韜略】美反制小型無人機攻擊 強化偵測力(中)

◎李妤(譯)

(接上文) 

 三、指揮、控制與通信(3C)

 俗稱3C的指、管、通對小型無人飛行系統至關重要,若缺乏適當操作,無人機將無法執行任務,包含通信中斷導致無人機無法接收指令,或收集信息後卻無法回傳操作員等狀況發生,對sUASs的使用造成重大阻礙。因此,建立強大的指管通系統成為小型無人飛行系統的重要面向,同時也可能讓美國國土安全部等國安單位,更難以防範sUASs威脅。

 1. 在指揮與管制方面,首先,小型無人飛行系統目前已具備相當自主性,並在執行路徑追蹤、引導、避障等任務上獲得驗證。使用者透過為sUASs設計特定編程,使其執行路徑追蹤;若進一步納入引導與路徑規劃,sUASs可以進行自動飛行或自動駕駛,但一般而言,途中仍需設立定位點,透過點點連結方式,使sUASs遵循特定高度、速度與路徑飛行。

 導引模式,則是sUASs被設定為追蹤特定物體或訊號,前提是必須在追蹤物上放置訊號裝置,例如可發出GNSS訊號的手機或手環等,以供sUASs追蹤。在此模式中,操作員幾乎不需控制sUASs,後者透過事先設定的編程與規則執行任務,部分sUASs機型甚至可以自動避開障礙物,並隨即返回原先設定路徑,自主程度進一步提升。

 sUASs的操作控制上,目前已逐漸摒棄透過手機或平板控制的操作方式,除了因訊號導致的操縱誤差與缺乏精準度外,上述模式需要額外安裝軟體或系統到手機上,涉及2個操作系統的整合,降低效率與精準度。因此,目前sUASs研發已朝獨立控制或個別控制發展,部分開發商則結合人工智慧(AI)科技,進一步增加sUASs自主性,降低對人工操作員的依賴。

 值得一提的是,目前透過單一載台,一次控制多架sUASs的蜂群科技已愈臻成熟,並逐漸導入無人機商業市場中;例如由拉脫維亞公司SPH Engineering研發出的UgCS無人機飛航載台,能透過單一載台控制多架無人飛行機。美國海軍在2016年利用3架F/A-18F「大黃蜂」戰機,釋放逾百架「山鶉」(Perdix)蜂群自主無人機,透過一個主要控制載台,使這些無人機在空中執行各種被賦予的任務,成功驗證蜂群科技的可行性;而美國「國防先進研究計畫局」(DARPA)也與雷神公司合作,包含「孤立環境協同作戰」(CODE)等計畫,研發sUASs蜂群控制系統或相似載台。

 當sUASs如同蜂群出現,且能夠個別攜帶大批酬載,例如武器零件、塑膠炸藥等;目前學術界與市場對蜂群科技也有濃厚興趣,甚至在未來5至10年將能夠用做商業用途,且未來將可能發展出更多控制蜂群自主無人機群的方式。

 而DARPA日前公布的CONCERTO計畫,旨在使無人機能夠在飛行過程中,變換任務,無須著陸或透過多架無人機才能完成任務;且sUASs未來可能不只有被操縱,還能負擔指揮責任。

 2. sUASs的通信領域,不同載台的飛行系統涉及的通訊頻寬各不相同;對業餘者而言,一般使用無線電控制頻寬,進階用途則涉及更高的頻帶,甚至使用衛星訊號。此外,許多區域利用3G、4G或5G網路來控制sUASs,儘管可能造成部分傳輸延遲,但能夠拉大操作者與sUASs間距離。

 3. 目前幾乎所有sUASs皆仰賴全球定位系統(GPS)進行定位,但若GPS失靈,sUASs則可以透過無線電導航定位,加上sUASs具備慣性導航感測器,利用感測器已收集資訊,也可以達到追蹤與導航需求,因此sUASs有時又被認為是無線電導航的備案。

 四、電源供應與推進

 sUASs的推進系統與電源配備,對其操作範圍與耐用性有重大影響。續航力指sUASs可維持飛行的總時間,由於小型無人機無法攜帶燃油,推進系統主要依靠電池,因此電池壽命與續航力關係重大。而航程指飛行器在飛行過程中,涵蓋的最大地面範圍,而距離又取決於sUASs的速度及續航力,兩者無法獨立計算;為了達到一定速度,sUASs引擎必須用力運轉,但此過程會消耗電源,進一步降低續航力。

 在電源供應科技上,幾乎大部分sUASs都由電池所驅動,成本較低、降低噪音與簡化電子設備之間配置;但仍有少數需要高速與高續航力的sUASs,以渦輪引擎或內燃機為動力來源,而油電混合類型更是少見。

 五、軟體安全性

 小型無人飛行系統的通信方式與節點傳輸訊息,增加被偵測與跟蹤的機率,甚至有心人士可以駭入控制系統,更改sUASs任務內容與指令,又被稱為「無人機劫機」。

 最後,sUASs的硬體與軟體配置所造成性能表現,是取捨與開發商權衡下的結果,包含一旦增加有效酬載,即必須犧牲續航力與尺寸限制等,舉例而言,目前配備內燃機動力的固定翼小型無人機,在飛行距離、續航力與速度上遙遙領先,然而旋翼機種在酬載差不多的情況下,具有難以被偵測的優勢,也因此容易被惡意使用。另外,結合固定翼與旋翼機的sUASs具備上述兩者的優勢,但增加硬體配置的複雜性,可以確定的是,內燃機或渦輪引擎在飛行距離、續航力與有效酬載上,都優於電池驅動的sUASs。

 貳、sUASs惡意戰術分析與偵測

 一、惡意戰術分析

 分析完小型無人飛行系統的技術與性能後,此部分將討論敵方可能如何利用sUASs進行惡意攻擊或擬訂攻擊戰略,如此才能進一步擬定sUASs的制敵戰略;同時,也將透過實際例子加以說明,進一步理解目前sUASs遭惡意運用的方向。例如,2018年1月,俄羅斯在敘利亞的軍事基地,曾遭受無人機自殺式攻擊;此外,2018年8月,委內瑞拉總統馬杜洛也在家中,遭遇無人機自殺炸彈暗殺。

 由於利用sUASs進行惡意行為的個案多如繁星,此文首先將敵方無人機使用手段,分為「攻擊」與「非攻擊」2大類;在「攻擊」類別中,又可分為「動力攻擊」與「非動力攻擊」。「動力攻擊」方面,涉及各種不同武器的使用,例如化學、生物、放射(CBR)武器、飛彈、爆裂物等,造成破壞性各不相同;「非動力攻擊」則更加多元,從情監偵(ISR)任務到非法運輸都有可能,不一定會造成直接損害,但可透過政治宣傳、恐嚇等造成間接傷害。

 除上述分類框架外,此部分還細分出16種sUASs威脅向量,最後則依照攻擊風險、執行可行性與造成後果,進一步探討4種嚴重的威脅向量,並以實際個案進行討論,包含情監偵、運輸、自殺式爆炸攻擊,以及化學生物放射攻擊(CBR attack)。(待續)

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