Granada através do teto solar? Disrupção para aeroespacial e aviação da Ucrânia

Ganhar experiência no setor aeroespacial é difícil. Novas aeronaves normalmente exigem anos de testes experimentais e operacionais – mesmo aeronaves pequenas podem levar mais de 10 anos para passar pela aeronave, produção e certificação operacional. Historicamente, as guerras aumentaram dramaticamente o ritmo do desenvolvimento aeroespacial e já estamos vendo isso se desenrolar nos últimos seis meses da guerra na Ucrânia. A guerra serviu de laboratório para novas tecnologias que representam sérios riscos ao domínio aeroespacial dos EUA e destacam os desafios que os EUA e outros países ocidentais enfrentam ao entrar no mundo do voo robótico.

A Incubadora de Inovação

A escala ajuda a determinar a rapidez com que os setores descem na curva de experiência. Para colocar as coisas em perspectiva, a frota de aeronaves tripuladas russas, a segunda maior do mundo, totaliza mais de 3,700 aeronaves. Somente as forças armadas ucranianas implantaram 6,000 drones predominantemente comerciais (COTS) para missões de Inteligência, Vigilância e Reconhecimento (ISR). Além disso, eles implantaram centenas de “drones suicidas” como o Switchblade da Aerovironment, drones de ataque como o turco Bayraktar-TB2, drones de busca e resgate como o LEMUR da BRINC que voa em espaços fechados e até drones de carga para reabastecimento no campo de batalha. Hoje, uma frota comercial muito grande de drones pode ter 100 aeronaves. O exército ucraniano está operando em uma escala de 80 a 100 vezes essa escala e voará uma proporção enorme de todas as missões de drones este ano.

Os drones são tecnicamente proficientes, econômicos, fáceis de modificar e dispensáveis. Considerando que um F-35 custa $ 120 milhões; o DJI Phantom 3 pode ser comprado por menos de US$ 400. Essas diferenças de custo tornam-se ainda maiores quando se compara o ciclo de vida completo do produto. Os ciclos de vida dos produtos de drones de consumo duram meses em vez de anos e os drones COTS são fáceis de hackear. Algumas estimativas sugerem que o drone médio tem uma vida média de combate de um dia.

Ed Anastassacos, CEO da Herotech8, uma empresa “drone in the box” no Reino Unido, vê um enorme impacto do ritmo de guerra das operações. “Ele cria ciclos de feedback tão rápidos que você comprime anos de aprendizado em semanas. Os ucranianos têm uma taxa de adoção tão alta que agem como uma start-up. Não me surpreenderia se, no final da guerra, os ucranianos fossem um dos líderes neste espaço.” Joseph Menaker, um dos fundadores da UAV Factory e membro do conselho da Edge Autonomy, coloca ainda mais diretamente: “Durante cada dois meses da guerra na Ucrânia, a aviação não tripulada progrediu tanto quanto em dois anos normais”.

Pode-se ver a demanda por drones na cadeia de suprimentos dos EUA. A BRINC, que fabrica drones para busca e resgate, entre outras aplicações, principalmente em espaços fechados, comprou de volta o estoque de seus distribuidores nos EUA para enviar aeronaves para a Ucrânia. “Os serviços de emergência dentro da Ucrânia precisavam de algo que pudesse ajudá-los a encontrar pessoas em espaços confinados, então enviamos 10 drones. O ritmo de feedback e especialmente o vídeo da missão tem sido muito útil para o nosso desenvolvimento”, diz Blake Resnick, CEO da BRINC Drones. Algumas equipes de gerenciamento de empresas de drones se mudaram para os Estados Bálticos para apoiar a implantação de seus sistemas neste ambiente de teste fértil.

A guerra puxa a demanda para o fundo da cadeia de valor, ajudando a indústria a desenvolver as principais capacidades. “Vimos o número de aeronaves não tripuladas em nosso software de gerenciamento de frota aumentar drasticamente desde o início da guerra”, diz Tony Pucciarella, CEO da AlarisPro, uma plataforma de prontidão e manutenção de voos na qual meu fundo, DiamondStream, investiu. “Todo o vôo adicional deu uma visão considerável do OEM sobre o desempenho de seus sistemas, bem como a vida útil de peças individuais e um caminho para estender a vida útil dos ativos de toda a aeronave. Isso pode ajudar na certificação.”

Da mesma forma, a Agência de Logística de Defesa emitiu um documento de solicitação de informações (RFI) procurando “sistemas de armas ou recursos comerciais para assistência à segurança da Ucrânia”. Em questão de semanas, a DLA recebeu mais de 300 propostas delineando uma ampla gama de tecnologias. Muitas dessas soluções receberão financiamento acelerado, aumentando o ritmo de desenvolvimento da tecnologia.

Os ucranianos inovaram continuamente nas áreas de ISR (inteligência, vigilância e reconhecimento), ataques de precisão usando drones comerciais e links de dados seguros.

Drones comerciais baratos e mortais

O ritmo de desenvolvimento trouxe riscos antecipados de drones em foco. Os militares ucranianos e russos inicialmente usaram drones principalmente para missões ISR que identificam e rastreiam alvos para artilharia. Resnick observa que “a simplicidade e o valor dos drones permitiram aos ucranianos democratizar as missões militares de ISR”. Por exemplo, uma equipe de pai e filho na Ucrânia usou seu drone comercial para localize as forças russas e facilitar ataques de artilharia indiretos. Mais importante, os ucranianos integraram fortemente as missões ISR de drones comerciais no software de direcionamento de artilharia GIS Arta. Muitas vezes, a artilharia começa a atingir alvos russos apenas momentos após a identificação.

Os ucranianos e russos também criaram modificações inovadoras nos drones COTS para permitir ataques diretos ao pessoal inimigo e veículos blindados em um ritmo surpreendente. Neste vídeo de abril, os ucranianos pegam um obsoleto DJI Phantom 3 (um drone que dei para minha filha no Natal há quatro anos), com um solenóide improvisado e barbatanas impressas em 3D para garantir que a granada anexada seja precisamente direcionada. Todo o set-up provavelmente custou menos de US $ 1,000. A granada cai precisamente através do teto solar com resultados infelizes para uma equipe de forças especiais russas.

Este vídeo mostra a versão russa um pouco menos sofisticada.

Em julho, essa tecnologia havia evoluído consideravelmente. Abaixo está um DJI Matrice 300, com um carrossel de oito granadas para ataque ao solo. Além disso, os ucranianos desenvolveram técnicas para usar vários drones nesses ataques, alguns para ISR e aquisição de alvos e alguns para entrega de munições.

A Guerra ilustrou que qualquer pessoa com US$ 1,000 e competência técnica básica pode identificar alvos para ataques de artilharia ou usar enxames leves de drones COTS para atacar alvos. A guerra também mostrou que identificar e prevenir esses ataques não é fácil.

Lutando para identificar ameaças

Em 10 de março, um drone Tu-141 da era soviética relativamente grande voou pela Romênia, Hungria e Croácia a mais de 3,000 pés por mais de uma hora antes de ficar sem combustível. Ele caiu em um parque no sul de Zagreb. A bomba dentro do drone explodiu com o impacto e danificou vários carros. Não está claro quem o enviou ou se foi um mau funcionamento. Um drone deste tamanho não escapa sem ser detectado. O drone foi visto por radares nos três países. Não houve reação da OTAN, pois o radar nos três países não identificou o TU-141 como uma ameaça.

Este incidente não deveria ter surpreendido ninguém. Os sistemas de radar militares funcionam bem em zonas de guerra quando combinados com transponders que podem facilmente dividir o tráfego hostil e amigável. A aviação civil continua sendo impulsionada em grande parte por regras de voo visual que faziam sentido quando as pessoas se sentavam no assento do piloto e corriam risco pessoal de acidentes ou pior. O sistema de controle de tráfego aéreo que evoluiu a partir dessas regras concentrou-se no desconflito no espaço aéreo congestionado. Por que os controladores de tráfego aéreo deveriam se preocupar com uma aeronave em espaço aéreo descontrolado? Como John Walker, ex-executivo sênior da FAA e sócio sênior do grupo Padina, diz: “Atualmente, estamos usando uma estrutura de espaço aéreo da década de 1950 para gerenciar esses desafios. Até o conflito na Ucrânia, no entanto, não entendíamos completamente o poder da guerra robótica. Gerenciar esses riscos com regras de voo visual simplesmente não funcionará”.

Essa questão se agravará rapidamente na próxima década. Existem mais de 30 milhões de voos comerciais tripulados por ano em todo o mundo e mais de 300 milhões de voos de drones. Os atuais sistemas de controle de tráfego aéreo (ATC) baseados em radar funcionam bem para grandes aeronaves voando em altas altitudes e alta velocidade. Além disso, os sistemas de sensores ADSB fazem um trabalho razoável de rastreamento de aeronaves comerciais com transponders.

Além de grandes voos tripulados, no entanto, a identificação se torna mais desafiadora. Os sistemas de radar não foram projetados para detectar drones pequenos que possuem perfis pequenos e contêm muito pouco material refletivo. Muitas dessas aeronaves voam devagar e baixo. Os olhos humanos lutam para ver um pequeno drone a 400 pés e, apesar das reclamações sobre o ruído, tornam-se quase inaudíveis a uma certa altitude. Eles geralmente são feitos principalmente de plástico e podem parecer pássaros se os sistemas de radar os detectarem. Poucos drones carregam transponders e mesmo muitas aeronaves tripuladas ainda não os carregam.

A identificação remota ajudará, mas a natureza dos drones e a escala dos voos não tripulados ainda levarão a uma tempestade de neve de riscos à segurança. A aviação comercial operou aproximadamente 39 milhões de voos 2019 e menos em 2020 e 2021 devido à pandemia. Em contraste, os voos de drones crescerão de 323MM em 2021 para 7.1B em 2029 – um aumento de 22 vezes. O segmento de operações complexas, que inclui além da linha de visão visual e operações de grande frota, aumentará 26,000 vezes no mesmo período. Até o final do período, quase todos nos países desenvolvidos terão algum tipo de contato diário com um drone. Se a OTAN não pode identificar um drone grande e de alta velocidade da era soviética, voando em altitude através do espaço aéreo de três países diferentes como uma ameaça, como identificaremos ameaças de drones sem transponders entre os voos 7B?

Interrompendo ameaças de drones – desafiadores e caros

Mesmo que você possa identificar ameaças em potencial, elas podem ser difíceis de deter. Dr. Scott Crino, CEO da Red-Six, uma conhecida consultoria de contra-drones, resume o desafio: “os sistemas de contra-drones estão tentando alcançar os invasores. Neste momento, os atacantes têm a vantagem.”

Menaker observa que as operações com drones se tornaram cada vez mais difíceis à medida que as medidas contra drones, e especialmente o bloqueio, se tornaram mais eficazes durante o curso da guerra. Ter seu drone sequestrado e revelar sua posição criou riscos para a infantaria da linha de frente que opera drones.

Ainda assim, as contramedidas eletrônicas têm seus limites. Veja o ataque de drone ucraniano de 22 de junho a uma refinaria em Rostov, na Rússia, por um drone disponível para venda no Alibaba. De acordo com um mil-blogueiro da República Popular de Luhansk, Murz, o drone provavelmente foi despojado de grande parte de seus eletrônicos, reduzindo assim sua pegada elétrica. Ele voou baixo e lento, o que tornou difícil para a defesa aérea russa detectar e bloquear. O drone produzido na China carregava uma pequena ogiva, mas criou um grande incêndio devido ao seu alvo altamente inflamável. Em agosto, o mesmo tipo de drone atingiu a sede da Frota Russa do Mar Negro em Sebastopol.

Muitos especularam que a orientação inercial, o contato de rádio reduzido e o uso inovador do sistema Starlink de Elon Musk tornaram as contramedidas eletrônicas russas menos eficazes contra os drones ucranianos. O uso de torres de celular para navegação também pode dificultar o isolamento de sinais de drones para operações de contra-drones. Os sistemas de identificação óptica e acústica podem ajudar a resolver esses problemas de identificação. No entanto, eles geralmente têm alcances de detecção relativamente curtos e desempenho degradado devido ao clima e outros tipos de interferência. Isso os torna úteis para defesa de pontos, mas menos eficazes na detecção de ameaças em um padrão de tráfego mais amplo. No geral, a guerra na Ucrânia sugere que defender a infraestrutura crítica de atacantes determinados não será fácil.

Se esses hacks desafiam a eficácia de medidas baratas de contra-drones, os sistemas tradicionais de defesa aérea parecem proibitivamente caros. Dr. Crino cita um ataque de drone em Abu Dhabi em janeiro de 2022 para ilustrar os desafios. “O ataque foi liderado por um drone barato que custou alguns milhares de dólares como isca. Foi seguido por vários mísseis de cruzeiro. Os sistemas defensivos de Abu Dhabi atacaram o drone líder com mísseis Patriot. Os mísseis Patriot foram projetados para atacar aeronaves tripuladas maiores e usaram treze mísseis de US$ 6 milhões para derrubar um drone que custou uma pequena fração desse valor.”

A Ucrânia parece ter seguido uma estratégia de ataque semelhante para aeródromos e depósitos de suprimentos na Crimeia. Os ataques criaram uma tremenda resposta dos sistemas de defesa aérea russos, destacando suas localizações e capacidades. O custo de adquirir essa inteligência, que mais tarde pode ser usada para atingir defesas aéreas com mísseis anti-radiação, custa pouco. Um drone COTS pode custar tão pouco quanto $ 1000-2000. Um sistema de mísseis Stinger custa US $ 38,000. Dado o custo dos mísseis de defesa aérea, isso também equivale a uma estratégia eficaz de desgaste – trocar drones baratos por mísseis caros e difíceis de substituir. Isso abre o espaço aéreo para ataques de sistemas de aviação mais tradicionais. Dmitri Alperovitch, do Silverado Policy Institute, chama isso de “guerra assimétrica”.

A cadeia de suprimentos insegura

A guerra também demonstrou a fragilidade das cadeias de suprimentos aeroespaciais. Produção russa de drones depende da importação de semicondutores avançados do oeste. Em alguns casos, eles parecem ter usado cavacos de máquinas de lavar para consertar tanques. Esses desafios de fornecimento também os levaram a criar acordos de fornecimento de drones com os iranianos. Os EUA acreditam que esses desafios de fornecimento de componentes desaceleraram a produção de armas russas.

Com base nos sistemas, a DJI, com sede na China, fornece a maioria dos drones COTS. A DJI produz um produto de detecção chamado Aeroscope que permite o rastreamento do drone e identifica a localização do operador do sistema de controle do drone. No início da guerra, os ucranianos acusaram a DJI de ajudar os russos a direcionar seus pilotos com o Aeroscope, negando-lhes acesso semelhante aos operadores russos. Não surpreendentemente, a DJI tentou limitar a controvérsia suspensão de vendas de drones na Ucrânia e na Rússia. Seja qual for a verdade dessas alegações, isso mostra os desafios de confiar em um fornecedor vinculado a um poder potencialmente hostil e esses desafios vão muito além de simplesmente localizar operadores de drones.

A gestão de uma frota de drones requer software para planejar voos, integrar o status de manutenção e garantir a disponibilidade do piloto. Todas essas atividades exigirão interfaces de programa de aplicativos (API) entre o controlador do drone, os centros de operações que planejam e controlam os voos do drone e o software de manutenção que valida sua prontidão para o voo. Embora a DJI não ofereça uma API hoje, empresas privadas encontraram maneiras de acessar os controladores DJI para fornecer os dados relevantes. Alguns observadores veem o potencial de vulnerabilidades de segurança de ter um controlador de drone baseado em nuvem de uma empresa chinesa fazendo interface com as principais infraestruturas civis e militares.

O governo dos EUA identificou esses riscos há algum tempo e passou a desencorajar o uso de drones DJI por agências governamentais dos EUA. No entanto, o governo dos EUA concedeu muitas isenções a essas regras e muitos aliados dos EUA não têm essas regras. Apesar dessas preocupações, ambos os lados do conflito na Ucrânia ainda usam drones DJI como a melhor solução disponível para muitas missões ISR.

Seis dicas para o futuro

Dado o quanto a guerra acelerou o ritmo das mudanças e cristalizou oportunidades e riscos que muitos observaram anteriormente, aqui estão cinco pensamentos para o futuro.

_{Um novo equilíbrio para segurança e proteção}

Até recentemente, a segurança aérea era principalmente sobre a prevenção de acidentes e seqüestros. Enquanto os terroristas conseguiram usar aeronaves como armas nos ataques de 9 de setembro, a medida tomada para melhorar a segurança nos aeroportos e nas próprias aeronaves impediu novos ataques desse tipo.

Com o advento da tecnologia de drones, isso mudou de várias maneiras importantes. Obter o controle de uma aeronave tornou-se fácil. Você pode comprar um online. Também ficou barato. Os sistemas de lançamento de granadas que os ucranianos usam custam menos do que um carro usado antigo. Finalmente, o risco pessoal de lançar um ataque aéreo diminuiu. O terrorismo aéreo não é mais uma missão suicida. Um mau ator pode lançar um ataque remotamente com um drone disponível comercialmente, como os ucranianos fizeram em Sebastopol. O equilíbrio de riscos para as pessoas comuns na segurança aérea começou a passar da segurança de voo para a segurança. Isso criará novos desafios para a guerra e a segurança em tempos de paz nos céus.

_{Gerenciamento do espaço aéreo para conter ameaças à segurança}

O grande número de aeronaves e alvos em potencial fará com que limitar as oportunidades de ataque e descobrir o que defender seja uma prioridade. Serão necessárias ferramentas de gerenciamento do espaço aéreo que possam validar rapidamente quais aeronaves não representam uma ameaça e que reduzam o risco alterando dinamicamente as restrições do espaço aéreo para limitar o acesso de drones a áreas sensíveis em momentos sensíveis, como eventos esportivos ou shows. Tudo isso exigirá uma escala enorme para implementar a um custo razoável, mas abordagens provisórias podem levar a soluções parciais com maiores riscos.

_{O pêndulo oscila em direção a sistemas de custo mais baixo}

Stalin afirmou que “a quantidade tem uma qualidade própria”. Sistemas de armas baratas têm dominado cada vez mais o espaço de batalha da Ucrânia. Drones baratos destroem tanques caros e desgastam defesas aéreas caras. Os sistemas de mísseis HIMARS baratos tiveram mais impacto na interdição da logística do que a aviação tripulada teve até hoje.

Não surpreendentemente, os ucranianos tiveram sentimentos mistos em relação à compra de quatro drones MQ-1C Grey Eagle fabricados nos EUA a um preço de US $ 10 milhões cada. Enquanto o estado-maior da Ucrânia apoiou a compra, pilotos da linha de frente ver eles são muito complexos de usar, muito fáceis de derrubar e muito caros para a capacidade que eles trazem. Talvez os relatos de que o drone COTS médio dura um dia de combate tenham informado sua perspectiva.

Espere debates mais robustos sobre as compensações entre os custos dos sistemas de armas versus suas capacidades.

_{Escala de Aviação Civil Doméstica, Essencial para Aquisição de Defesa Eficaz}

Os EUA reconhecem o valor de tecnologias comerciais inovadoras e fontes domésticas seguras para essas tecnologias. Programas para facilitar a inovação, incluindo SBIR e AFWERX e os programas de certificação “blue drone” contribuíram para a construção de uma indústria doméstica não tripulada.

O papel dominante da DJI na guerra dos drones na Ucrânia mostrou tanto a previsão quanto as limitações desses programas. Com potencial para dez vezes ou mais volume, as tecnologias comerciais de uso duplo devem oferecer recursos semelhantes por menos. Descobrir onde o comercial é bom o suficiente e onde são necessários recursos muito mais caros se tornará um desafio contínuo.

Tão importante quanto isso, a guerra em larga escala requer escalar a produção rapidamente. O que acontece quando a escala necessária para entregar de forma econômica está na cadeia de suprimentos de um adversário em potencial? A Ucrânia pode preferir trabalhar com alguém que não seja o aliado da Rússia, mas os chineses têm capacidade de produção para entregar grandes quantidades do que a Ucrânia precisa devido à sua posição dominante no mercado de drones comerciais. A necessidade do governo de considerar se uma fonte chave de abastecimento pode ser controlada por um adversário. A Rússia certamente enfrentou essa situação devido à sua dependência de semicondutores ocidentais e os EUA poderiam enfrentar esse desafio se surgisse um conflito com a China por causa de Taiwan.

_{Mobilizando Talentos da Aviação Civil}

A Ucrânia superou dramaticamente a Rússia na mobilização de recursos humanos para a guerra aérea. A separação física dos pilotos de drones de suas missões e as interfaces de usuário simples dos drones COTS tornam a utilização de pilotos civis remotos um método de baixo custo e rapidamente escalável de disponibilizar talentos para missões militares de ISR. O governo ucraniano aproveitou esse potencial recrutando pilotos civis de drones nacional e internacionalmente, ativando grupos do Facebook com experiência no uso de drones recreativos e reconstituindo Aerorozvidka.

A Aerorozvidka, muitas vezes tipificada como uma “start-up de guerra”, é uma ONG que apoia o esforço de guerra e permanece separada do estabelecimento de defesa ucraniano. Seus membros ajudam na pilotagem e desenvolvimento de drones e na criação de ferramentas de software para implantar a robótica no campo de batalha. Esse tipo de democratização da guerra baseada em startups impulsiona a inovação militar contínua, assim como o ecossistema do Vale do Silício impulsiona a inovação comercial. Também oferece um modelo para um sistema de reserva de defesa que reduz custos e melhora drasticamente a mobilização das forças da aviação no caso de guerra em grande escala.

Os mercados de contratação de defesa ocidentais diferem do modelo ucraniano Aerorodivka. A consolidação na indústria aeroespacial e de defesa deixou um punhado de grandes empreiteiros ainda de pé. Eles buscam longos processos de licitação que exigem recursos maciços. Essa estrutura cria uma tendência para sistemas grandes e altamente capazes que exigem manutenção significativa e operadores altamente qualificados. O sistema não está configurado para tecnologias de uso duplo que tornam aparentes os custos e a escalabilidade dessas opções de tecnologia sob medida. A simplicidade das tecnologias de uso duplo permitiu que a guerra da Ucrânia implantasse rapidamente novas tecnologias para soldados recentemente mobilizados em curtos períodos de tempo, mesmo quando os EUA limitaram os envios de alguns sistemas de armas complexos para a Ucrânia devido a considerações de treinamento. À medida que as lições da guerra forem sendo absorvidas, espere mais ênfase no uso duplo (incluindo programas AFWERX e SBIR) e um debate animado sobre estruturas de contratação de defesa.

_{Acelerando as aplicações de drones de aviação civil}

Assim como a Segunda Guerra Mundial levou à era dos jatos da aviação comercial, as capacidades que evoluíram tão rapidamente na Ucrânia acelerarão drasticamente a adoção de drones e os benefícios que eles geram em aplicações civis. Melhorias na navegação e no voo autônomo tornarão os drones mais baratos de usar e mais eficazes para missões complexas, como entrega de última milha e inspeção linear. Entender como identificar ameaças no espaço aéreo ajudará os governos a gerenciar a segurança à medida que o número de voos de drones aumenta. A experiência na coordenação de vários drones para missões militares tornará o combate a incêndios com drones mais eficaz. Links de dados mais seguros e melhores dispositivos de interferência reduzirão os riscos para o público em geral de agentes mal-intencionados. A experiência da missão ISR tornará a inspeção visual de infraestrutura crítica, como ferrovias, refinarias e oleodutos, mais rápida e precisa. Mais experiência no uso de drones em edifícios desmoronados e em encontrar soldados feridos no campo de batalha ajudará nas missões de resgate de civis. O uso em larga escala desses sistemas complexos por soldados comuns resultará em drones mais fáceis de usar e mais rápidos de implantar. O desenvolvimento acelerado desses recursos colocará mais pressão sobre os reguladores para encontrar rapidamente maneiras seguras de implantar essas tecnologias e apoiar a próxima geração de indústrias aeroespaciais e de aviação.

O Caminho a Seguir

Como acontece com tantas tecnologias, os drones têm poder destrutivo e enormes benefícios potenciais. A guerra na Ucrânia acelerou a oportunidade de criar uma nova era de ouro da aviação com todos os benefícios que virão com essas novas capacidades. Também criou interrupções para abordagens aeroespaciais e de aviação herdadas, novos riscos para a segurança militar e civil e desafios para os governos que tentam garantir a segurança sem serem ultrapassados ​​pelos eventos. Avançar nessa corda bamba requer um bom equilíbrio, mas aqueles que estão parados provavelmente serão expulsos da linha.