Da Sindre Løining Skaar og Sondre Holm Fyhn begynte som forskere ved FFI høsten 2021 gikk de i gang med å løse oppdraget i samarbeid med andre kollegaer.

I høst ble det bokstavelig talt fulltreff.

Folk fra Hæren og forsvarsindustrien var tilskuere da de og andre forskere i oktober demonstrerte teknologi for framtidens landforsvar på et øvingsområde ved Rena leir, Hærens hovedbase i Sør-Norge.

Ubemannede kjøretøyer, en dronesverm og en avskjæringsdrone skulle nå testes sammen med systemene Hæren allerede har.

De fikk se at den nyutviklede avskjæringsdronen styrte seg selv og krasjet rett inn i en «fiendedrone» som var på vei mot dem.

Bak prestasjonen ligger det mye koding og praktisk problemløsing.

Men hva er vitsen med å bruke så mye tid på å få til en slik kollisjon?

Vanskelige å oppdage og stoppe

Droner er en relativt ny trussel i forsvarssammenheng. Dette kan være alt fra flere meter lange fjernstyrte fly med våpen, ned til små nanodroner som bare er noen centimeter lange. Droner kan være vanskelige å oppdage og treffe.

En gruppe FFI-forskere har de siste årene jobbet med å utvikle mottiltak mot droner. Målet er å oppdage fiendtlige droner tidligst mulig og stoppe dem på ulike måter.

Det er helt nødvendig, ifølge forskningsleder Halvor Bjordal.

– Mottiltak mot droner har så langt vært rettet mot kommersielle dronesystemer eller enkle systemer satt sammen av kommersielle hobbyprodukter, forteller Bjordal.

Hobbyproduktene er ikke utviklet for å tåle blokkering av radiosignaler, såkalt jamming eller å bli skutt mot. Likevel er det en utfordring å stoppe dem.

– Det ser vi også i Ukraina der det i flere tilfeller er brukt relativt enkle, kommersielle droner i krigshandlinger uten at motparten har klart å oppdage eller stoppe dem. Frykten for såpass lite robuste systemer viser hvilken effekt mer tilpassede, fremtidige stridsdroner vil kunne ha, både som våpenbærere og til informasjonsinnhenting, påpeker Bjordal.

Virker der andre feiler

Tradisjonelt luftvern og jamming er noe av det som potensielt kan stoppe droner.

Ideen med å bruke droner for å stoppe droner har dukket opp gjennom erfaring, analyser, prøving og feiling. Avskjæringsdroner har styrker som andre metoder mangler.

– Vi har vært med på flere nedskytingstester med prosjektiler som ikke er målsøkende – for eksempel air-burst granater. Det er i praksis veldig vanskelig å treffe en drone på denne måten når det blir en viss avstand til målet, forteller Sondre Holm Fyhn.

– Det er utfordrende å beregne hvor du skal sikte fordi målet beveger seg uforutsigbart. Dessuten krever det at du har fri sikt til dronen du skal skyte ned.

Jamming er heller ikke nødvendigvis noe fasitsvar. Forskerne forventer at jamming får redusert effekt i årene som kommer.

– Det skjer mye utvikling innen blant annet GPS-fri navigasjon. Droner får også stadig større grad av autonomi, som gjør at de kan løse oppgaver uten å ha kontakt med en operatør, påpeker Sindre Løining Skaar.

– I mange tilfeller, for eksempel i nærheten av flyplasser, er det heller ikke ønskelig å jamme.

Å bruke elektromagnetisk puls (EMP) for å slå ut elektronikken i en drone har også sine svakheter. Det krever store mengder energi, det har begrenset rekkevidde og man risikerer å ramme sitt eget utstyr. Dessuten krever det fri sikt for å ramme målet. En drone som gjemmer seg bak en bygning vil i de fleste tilfelle klare seg fint, forklarer forskeren.

Billigere enn kuler og krutt

Pris er også et argument for å bruke avskjæringsdrone. Det blir fort dyrt å skyte etter små hjemmelagde droner med granater eller missiler. For ikke å snakke om hvis du skyter ned 20 droner med 20 missiler.

– Du vil helst ha et mottiltak som ikke er veldig mye dyrere enn det du skal skyte ned, påpeker Fyhn.

Han mener at en avskjæringsdrone vil være mer robust og fleksibel enn jamming. Da har du et våpen som kan lete opp målet og som beveger seg på samme måte som målet. Avskjæringsdroner dekker ekstra områder som luftvern, prosjektiler og jamming ikke dekker.

­– Når vår drone har fått øye på målet, trenger den ikke GPS, og vi bruker ikke fjernkontroll. Den styrer bare etter målet som er valgt ut. Sånn sett vil ikke jamming funke for å stoppe avskjæringsdronen. Den fullfører oppdraget på egen hånd, sier Fyhn.

Bygget sin egen jagerdrone

Skaar studerte kybernetikk ved NTNU og jobbet et år ved Kongsberg Defence and Aerospace (KDA) før han ble kapret av FFI. Fyhn gikk rett fra kybernetikkstudier og NTNU til FFI.

Da de skulle lage avskjæringsdronen fikk de ganske frie tøyler. Dette er noen av utfordringene de måtte løse:

• Lag programvare som finner dronen på et kamerabilde og klarer å følge den når den flytter seg.
• Lag algoritmer som klarer å styre dronen slik at den treffer et bevegelig mål. Det innebærer å kutte svinger og beregne hvor dronen kommer til å være på et gitt tidspunkt.

Forskerne tok utgangspunkt i systemet som er i bruk i alle FFIs ubemannede kjøretøyer og farkoster.

Sensorer samler data som bilder, radar og lyd slik at dronesvermer og ubemannede kjøretøyer forstår hvor de er. Slik kan farkostene selv ta beslutninger for å komme seg dit de vil og løse sine oppgaver.

Forskerne testet først en FFI-utviklet drone kalt «Flamingo», et firemotors ubemannet luftfartøy som blir brukt til å forske på dronesvermer.

De monterte daglyskamera på denne maskinen og begynt å kode på algoritmene for kollisjon.

– Vi oppdaget raskt at denne dronen ikke var bygget for oppgaven. Den er konstruert for å ha lang flytid og et relativt rolig bevegelsesmønster. Vi trengte en raskere drone med bedre manøvrerings-egenskaper for å kunne treffe en måldrone som også manøvrerer, forteller Fyhn.

Det endte med at de tok ut deler av systemet i «Flamingo» og bygget dette inn i en racing-drone. Propeller og ramme til racingdrone kjøpte de på nett. Rundt racingdronen bygget de en 3D-printet rustning av mikrokarbonfiberfylt nylon.

– Vi valgte å kalle avskjærinsgdronen for «Svale». Det er en rask og smidig fugl som fanger insekter i lufta. Vi syntes det passet bedre enn Flamingo, sier Fyhn.

Nærmer seg et missil

Det nye systemet består av en radar på bakken som oppdager mulige droner på vei. Når et objekt er oppdaget, får dronen beskjed og starter søk etter objektet for å undersøke det nærmere.

Med en gang avskjæringsdronen har fått øye på objektet i sitt kamerabilde, kan operatøren trykke på en knapp – så vil dronen på egen hånd følge etter og krasje inn i objektet.

– Den må ikke nødvendigvis krasje. Den kan også observere og følge etter dronen dit den kom fra, hvis det er interessant, forteller Fyhn.

Men hva hvis fiendedronen oppdager at den er jaget og forsøker å stikke av?

– Systemet skal fungere da også, men vi har ikke fått testet det ut når måldronen driver heftig luftakrobatikk for å slippe unna. Da trenger vi kanskje en helt annen type avskjæringsdrone, forklarer Skaar.

– Ideelt sett bør en avskjæringsdrone være enda raskere og mer manøvrerbar enn dronen vi bruker nå. Prosjektet har derfor også designet og eksperimentert med en større avskjæringsfarkost med vinger og rorflater. Da begynner man jo å nærme seg et missil. Her vil det være en glidende overgang, og en diskusjon om når en drone slutter å være en drone og begynner å være et missil.

Luftjeger med hagle og netting

I prinsippet kan avskjæringsdronen utstyres med våpen, for eksempel en hagle, for å skyte ned den fiendtlige dronen i stedet for å krasje inn i den. Eller den kan slippe ut et nett som senker fiendedronen.

Dronen kan da kunne fortsette og jage ned flere fiendtlige droner. Men det innebærer en lang rekke andre utfordringen som forskerne foreløpig ikke har testet eller sett nærmere på.

– Vår oppgave har vært å finne en droneløsning som er presis nok og smidig nok til å treffe en annen drone som er i bevegelse. Når vi først har fått til det, åpner det opp for mange andre muligheter og bruksområder, sier Fyhn.

– Dette har vært en gjennomførbarhets-test. For å vise at det er mulig å jage og krasje inn i andre droner automatisk. Mottiltak mot drone er fremdeles umodent. Det er mange produsenter som lover mye. Etterspørselen etter løsninger er stor, men det er lite som er demonstrert og vist i praksis. Når Forsvaret skal kjøpe inn et system, har vi kompetanse til å vurdere hva som fungerer og hva vi bør gå for.

Skaar ser ikke bort fra at det FFI har jobbet med, kan videreutvikles til et kommersielt produkt.

– Det er vår fordel som et forskningsinstitutt. At vi har tid til utvikle og teste ting som kommersielle aktører kanskje ikke har finanser til å utvikle selv.

Vil lage svalesverm som kan fly om natten

Forskerne håper å kunne jobbe videre med å videreutvikle og forbedre avskjæringsdronen. De vil gjøre «Svale» raskere og mer avansert. Kanskje kan flere avskjæringsdroner en dag samarbeide om å stoppe en fiendesverm.

På sikt kan avskjæringsdronene brukes til å bekjempe mange krevende dronemål, og det kan brukes i samspill med andre systemer.

For å få til det vil droneforskerne samarbeide med autonomiforskere og forskere som jobber med missilteknologi på FFI.

– Mye av teknologien er felles – sensorer for å oppdage fiendtlige mål og algoritmene for tracking – det vil si å følge og følge etter og styre inn i målet.

– Målet på sikt må være å ta steget videre fra et konseptuell demonstrator som verifiserer idéen, til et system som kan tas i bruk. Den utviklingen må skje i samarbeid med Forsvaret og en industripartner, sier Skaar.

Artikkelen er produsert og finansiert av Forsvarets forskningsinstitutt

FFI er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra FFI:

• 

  Han vil lære undervannsroboter å frykte døden

• 

  Forskere bygde verdens største felle for å finne ut hva hvalen hører

• 

  Hvordan overlever en pilot som styrter på Nordpolen?

• 

  Frivillige organisasjoner kan yte mye i totalforsvaret

• 

  Beredskap: En løk kan forklare hvordan vi kan få til billigere beskyttelse

• 

  Dette kan gi bedre skuddsikre vester og sikrere militære kjøretøyer

Les flere saker fra Forsvarets forskningsinstitutt her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER