SBIR "Bescherming tegen onbemande mobiele systemen" Technisch inhoudelijke achtergrondinformatie
Opdrachtgever
Rijksdienst voor Ondernemend Nederland NLR-CR-2014-271 - juli 2014
NLR – Dedicated to innovation in aerospace
Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium Anthony Fokkerweg 2 1059 CM Amsterdam Nederland Tel 088 511 31 13 www.nlr.nl
ONGERUBRICEERD
MANAGEMENTSAMENVATTING
SBIR "Bescherming tegen onbemande mobiele systemen" Technisch inhoudelijke achtergrondinformatie
Rapportnummer NLR-CR-2014-271 Auteur(s) G. Poppinga Rubricering rapport ONGERUBRICEERD Datum juli 2014
Probleemstelling Het ministerie van Veiligheid en Justitie, de Koninklijke Marechaussee en de Nationale politie zijn op zoek naar innovatieve oplossingen die gebruikt kunnen worden ter bescherming tegen onbemande mobiele systemen. Zij hebben hiertoe een SBIR (Small Business Innovation Research) oproep ingericht. Binnen een SBIR oproep kan budget beschikbaar gesteld worden aan kleine en middelgrote bedrijven om een maatschappelijk vraagstuk te adresseren dat innovatieve oplossingen nodig heeft of om een gewenste structurele verandering te realiseren.
ONGERUBRICEERD
Kennisgebied(en) Wapensystemen Elektronische oorlogsvoering Missieondersteuning Onbemande luchtvaartuigen Trefwoord(en) RVO SBIR counter-uas bescherming tegenmaatregelen
SBIR "Bescherming tegen onbemande mobiele systemen"
Dit document bevat technisch inhoudelijke
Een belangrijk nevendoel van het document
achtergrondinformatie over kleine
is om te inspireren aangaande
onbemande vliegende systemen. Het maakt
mogelijkheden en te informeren over
onderdeel uit van de informatie die aan
onmogelijkheden. Omdat beelden vaak meer
partijen verstrekt kan worden die
zeggen dan heel veel woorden zij er veel
geïnteresseerd zijn in deelname aan de SBIR.
verwijzingen naar YouTube filmpjes en
Beschrijving van het document
enkele andere website opgenomen. De links die in dit document gegeven zijn werkten
De informatie in dit document is bedoeld om
allen correct op de datum van uitbrengen
partijen die nog niet goed geïnformeerd zijn
van dit rapport.
op het gebied van kleine onbemande vliegtuigtechnologie en bescherming tegen die technologie in enige mate wegwijs te maken. De informatie is opgesteld op basis van openlijk beschikbare informatie, ook wel open bronnen genoemd.
Dit document is op basis van een beperkte inspanning tot stand gekomen en heeft niet de intentie om compleet noch limitatief te zijn. Aan deze informatie kunnen geen rechten ontleend worden.
Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium Anthony Fokkerweg 2, 1059 CM Amsterdam, Postbus 90502, 1006 BM Amsterdam, Nederland Telefoon 088 511 31 13, Fax 088 511 32 10, www.nlr.nl
ONGERUBRICEERD
SBIR "Bescherming tegen onbemande mobiele systemen" Technisch inhoudelijke achtergrondinformatie
G. Poppinga
Opdrachtgever
Rijksdienst voor Ondernemend Nederland juli 2014
SBIR "Bescherming tegen onbemande mobiele systemen"
Niets uit dit rapport mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt, op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de eigenaar.
Opdrachtgever
Rijksdienst voor Ondernemend Nederland
Contractnummer
59003788
Eigenaar
Rijksdienst voor Ondernemend Nederland
NLR Divisie
Aerospace Systems
Verspreiding
Beperkt
Rubricering titel
Ongerubriceerd
Datum
juli 2014
Goedgekeurd door: Auteur
Reviewer
Beherende afdeling
G. Poppinga
C.F. Muller
M.A.M. van Venrooij
Datum
Datum
Datum
2 | NLR-CR-2014-271
Samenvatting De informatie in dit document is bedoeld om partijen die nog niet goed geïnformeerd zijn op het gebied van kleine onbemande vliegtuigtechnologie en bescherming tegen die technologie in enige mate wegwijs te maken. De informatie is opgesteld op basis van open bronnen, is het resultaat van een beperkte inspanning en heeft niet de intentie om compleet noch limitatief te zijn. Het document voorziet in een korte introductie van kleine onbemande vliegtuigtechnologie en geeft volgens grenzen aan op het gebied van het formaat van de systemen en de bescherming. Er wordt een aantal dreigingen en voorbeelden uit de praktijk geschetst, en het reguliere luchtverdedigingssysteem wordt kort aangehaald. Er wordt naar filmpjes op YouTube verwezen waarin een aantal manieren van verwijderen getoond wordt. Enkele voorbeelden van ander onderzoek naar maatregelen worden verzorgd en er wordt ter inspiratie een lijst verzorgd met daarin een aantal (soms wilde ) ideeën voor bescherming die op het internet gevonden kunnen worden. Er wordt ook kort ingegaan op technisch inhoudelijke/operationele aspecten die mogelijk van belang zijn bij de keuze voor een specifieke oplossing voor bescherming. De regelgeving in Nederland wordt kort aangestipt; het is zonder ontheffing niet toegestaan om voor professionele doeleinden met kleine onbemande vliegtuigen in het Nederlandse luchtruim te vliegen. Het document wordt met een korte bijna filosofische bespiegeling afgerond.
NLR-CR-2014-271
|3
4 | NLR-CR-2014-271
Inhoud Afkortingen
6
1
Introductie
7
1.1
7
2
Terminologie
Scope
8
2.1
Drones
8
2.2
Bescherming
9
3
Dreiging
10
4
Voorbeelden uit de praktijk
11
4.1
Dreiging
11
4.2
Overname
11
5
Het reguliere luchtverdedigingssysteem
12
6
Dynamische en/of statische bescherming
13
7
(Gecontroleerd) verwijderen
14
8
Onderzoek naar bescherming
15
9
Snelle zoektocht op internet
16
10 Mogelijk relevante aspecten bij bescherming
17
11 Regelgeving
19
12 Niet technologische oplossingen
20
NLR-CR-2014-271
|5
Afkortingen Acroniem
Omschrijving
I&M
Ministerie van Infrastructuur en Milieu.
ILT
Inspectie Leefomgeving en Transport (IL&T)
NLR
Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium
RVO
Rijksdienst voor Ondernemend Nederland
SBIR
Small Business Innovation Research
UAS
Unmanned Aircraft System
UAV
Unmanned Aerial Vehicle
VS
Verenigde Staten
6 | NLR-CR-2014-271
1 Introductie Het besef dat er van onbekende onbemande luchtvaarttuigen een dreiging uitgaat, is al sinds enige tijd aanwezig en groeit; "The threat is coming," zei Lt. Gen. Walter Buchanan van de Amerikaanse Luchtmacht al in oktober 2005 over de dreiging van vijandelijke drones voor de Verenigde Staten (VS). "We need to think hard on this.” Sinds 2005 is er een enorme ontwikkeling geweest op het gebied van drone technologie, en is de toegankelijkheid van de technologie enorm toegenomen. In Nederland wordt er onder andere door Defensie, de Koninklijke Marechaussee, de Nationale Politie, NLR en TNO aandacht aan het onderwerp besteed. De informatie in dit document is bedoeld om partijen die nog niet thuis zijn op het gebied van onbemande vliegtuigtechnologie en de bescherming tegen die technologie in enige mate wegwijs te maken. De informatie is opgesteld op basis van openlijk beschikbare informatie, ook wel open bronnen genoemd. Een belangrijk nevendoel van het document is om te inspireren aangaande mogelijkheden en te informeren over onmogelijkheden. Dit document is op basis van een beperkte inspanning tot stand gekomen en heeft niet de intentie om compleet noch limitatief te zijn. Aan deze informatie kunnen geen rechten ontleend worden.
1.1 Terminologie In dit document wordt gebruik gemaakt van de volgende termen: UAS
Unmanned Aircraft System, in het Nederlands een onbemand luchtvaartuigsysteem. Hiermee wordt gedoeld op het geheel van het vliegende vehikel (de UAV) inclusief payload, het grondcontrolestation en de dataverbinding tussen beide.
UAV
Unmanned Aerial Vehicle, in het Nederlands een onbemand luchtvaartuig. Dit betreft het deel van de UAS dat daadwerkelijk vliegt.
Drone
Deze term wordt gebruik als synoniem voor onbemand luchtvaartuigsysteem (UAS).
NLR-CR-2014-271
|7
2 Scope 2.1 Drones Een UAS wordt klein genoemd op het moment dat de UAV minder dan 150 kg weegt. Op het moment dat het systeem maximaal rond de 20 kilogram weegt wordt het systeem mini-UAS genoemd. Veelal wegen mini-UAS beduidend minder dan 20kg. Op het moment dat een systeem onder de ongeveer 1kg komt, wordt het ook wel een micro-UAS genoemd. Binnen de SBIR call worden onbemande vliegende systemen met een prijs tot € 5000,-, een gewicht tot 20 kg en een ‘payload’ tot 6 kg als het grootste risico gezien. Er bestaat veel verschillende soorten mini- en micro-drones; in Figuur 1 is een overzicht van allerlei soorten van mini- en micro-UAS opgenomen.
Figuur 1. Overzicht van allerlei soorten mini en micro-UAS
8 | NLR-CR-2014-271
2.2 Bescherming De nadruk ligt vooral op de bescherming van eerder genoemde mini- en micro drones die als dreiging ingezet worden, en die op het punt staan het luchtruim te kiezen, of die dat al gedaan hebben en die op weg zijn naar een doel. Er wordt daarbij vooral gedacht aan oplossingen die de controle overnemen, het systeem storen of misleiden, of de locatie van de bestuurder aangeven. De nadruk ligt dan ook vooral op de volgende aspecten: •
Detectie
•
Volgen
•
Identificatie/Classificatie
•
Coördineren met andere partijen, zowel op de grond als in de lucht
•
Gecontroleerd verwijderen
De onderwerpen in vet worden expliciet benoemd in de oproep vanuit RVO, de andere onderwerpen zijn daarnaast ook van belang. Mogelijk bieden ook andere aspecten van de dreiging, of andersoortige oplossingen ook interessante aanknopingspunten voor bescherming tegen onbemande mobiele systemen.
NLR-CR-2014-271
|9
3 Dreiging Enkele militair verkrijgbare UAS die een explosieve lading met zich mee kunnen voeren zijn bijvoorbeeld: •
de Battlehawk van Textron, zie bijvoorbeeld http://www.textronsystems.com/capabilities/smart-weapons/battlehawk;
•
de Switchblade van AeroVironment, zie bijvoorbeeld https://www.avinc.com/uas/adc/switchblade/.
Zo zullen er ongetwijfeld veel meer producten op de markt zijn of komen. Op het gebied van de bewapening van kleine drones is echter niet alleen de industrie aan het pionieren. Ook anderen proberen van alles uit, en hierover zijn op YouTube ook de nodige filmpjes te vinden: •
Zo heeft men bijvoorbeeld een aanvalsgeweer onder een modelhelikopter gemonteerd en wordt daar mee geschoten, zie https://www.youtube.com/watch?v=bZCH1492CzA ,
•
Daarnaast zijn er al de nodige mechanismen bedacht om een lading eenvoudig vanuit de lucht te kunnen laten vallen, zie bijvoorbeeld https://www.youtube.com/watch?v=NQz_cZBeGMs;
•
Ook worden er pistolen onder eenvoudige quadrotorsystemen gemonteerd en afgevuurd, zie bijvoorbeeld https://www.youtube.com/watch?v=K8wV-2urYrs;
•
Een “trucage” filmpje met een zwaar bewapende quadrocopter laat wel een bijzonder dreigend systeem zien: https://www.youtube.com/watch?v=SNPJMk2fgJU. Dit filmpje is destijds gemaakt ter promotie van een nieuwe versie van het computer spel “Call of Duty”, waarbij de spelers over een quadrocopter konden beschikken: https://www.youtube.com/watch?v=GkjBb9bf8LY (vanaf 3:35)
10 | NLR-CR-2014-271
4 Voorbeelden uit de praktijk 4.1 Dreiging Een sprekend voorbeeld van een dreiging is de zaak van de Amerikaan die met modelvliegtuigen het Pentagon en het Witte Huis in Washington aan wilde vallen. Hierover is nodige achtergrondinformatie te vinden, bijvoorbeeld in http://www.businessweek.com/news/2011-0929/massachusetts-man-charged-with-plotting-airborne-pentagon-attack.html). Door gebruik te maken van informatie rondom deze of een andere relevante case kan mogelijk bepaald worden in welke mate een oplossing voor bescherming succesvol zou kunnen zijn.
4.2 Overname Een voorbeeld van een mogelijk succesvolle “overname” van een drone wordt gevormd door de verdwijning van een Amerikaans RQ-170 toestel in Iran: http://en.wikipedia.org/wiki/Iran%E2%80%93U.S._RQ-170_incident. Volgens sommige berichten in de pers heeft Iran het systeem in handen gekregen door een combinatie van het verstoren van de dataverbinding van het systeem en het aanpassen van het GPS signaal dat door het systeem ontvangen werd. Terwijl het systeem dacht de landing in te zetten op een Amerikaans gecontroleerde basis, landde het in werkelijkheid op Iraanse bodem.
NLR-CR-2014-271|
11
5 Het reguliere luchtverdedigingssysteem Voor de grote en middelgrote drones (>150 kg) geldt dat deze in Nederland afgehandeld worden met behulp van het normale luchtverdedigingssysteem. Het normale luchtverdedigingssysteem bestaat onder andere uit radarsystemen, jachtvliegtuigen, helikopters en grondgebonden luchtverdedigingssystemen. De kleinere drones vormen een uitdaging voor het normale luchtverdedigingssysteem, deels vanwege de verhouding in termen van formaat en kosten, maar ook omdat de technologie van kleine drones zo algemeen beschikbaar en toegankelijk is. Ook het optreden in een verstedelijkte omgeving brengt aanvullende uitdagingen met zich mee.
12 | NLR-CR-2014-271
6 Dynamische en/of statische bescherming De dreiging die uit gaat van kleine drones kan dynamisch en/of statisch bestreden worden. Voor zowel dynamische als statische oplossingen geldt dat het wenselijk is dat het forensisch onderzoek achteraf over zoveel mogelijk sporen kan beschikken. Een dynamische bescherming staat gereed, maar treedt pas in werking op het moment dat drones binnen de reikwijdte van de bescherming komen. Een dynamische bescherming draagt idealiter zorg voor het detecteren, volgen, identificeren/classificeren, het coördineren met andere partijen en eventueel het uitschakelen van de drone. Een statische bescherming is een oplossing die continu fysiek aanwezig is en het daarmee onmogelijk maakt voor kleine drones om een gebied of locatie te bereiken. Een voorbeeld van een statische bescherming wordt gevormd door netten die om een gebied opgehangen zijn, waardoor het gebied niet van buiten door kleine drones binnengevlogen kan worden.
NLR-CR-2014-271|
13
7 (Gecontroleerd) verwijderen Op YouTube zijn video’s te vinden die gerelateerd zijn aan het verwijderen van een drone, zoals: •
Op een Amerikaanse schietbaan wordt een keur aan automatische wapens losgelaten op drones, met wisselend succes (http://www.youtube.com/watch?v=rGLxKXtkHpY).
•
In een ander filmpje wordt er een paintball rotating barrel gun losgelaten op een quadrocopter: https://www.youtube.com/watch?v=Hrc0DPNP66w.
•
In een filmpje van National Geographic TV is te zien dat onderdelen van een drone door de bewegelijkheid mogelijk zelfs met goed gerichte schoten moeilijk te raken zijn (http://www.youtube.com/watch?v=QmopoQAF0ho).
•
In een ander filmpje onderwerpt iemand een zelf ontwerpen frame van een drone aan allerlei wrede testen om aan te tonen dat het systeem deze kan doorstaan (http://www.youtube.com/watch?v=pl2Z9N4Q82g).
Mogelijk kan op grond van deze filmpjes een eerste idee verkregen van hoe eenvoudig of ingewikkeld het kan zijn om een kleine drone te verwijderen.
14 | NLR-CR-2014-271
8 Onderzoek naar bescherming In de VS wordt sinds 2010 jaarlijks de Black Dart oefening gehouden. Deze oefening richt zich op het detecteren en tegengaan van ongewenste drones. In 2010-2011 lag de focus op detectie & tracking, in 2012-2013 lag de focus op identificatie en stedelijke situaties en in 2014-2015 ligt de focus op het ingrijpen. Ongetwijfeld wordt hier veel van geleerd, maar de informatie die over deze militaire oefening naar buiten komt is erg beperkt. Niet alleen staten richten zich op bescherming tegen drones, ook terroristische organisaties lijken aan bescherming tegen drones te werken, zie bijvoorbeeld: http://rt.com/usa/alqaeda-antidrone-technology-2010-378/ . Vermoedelijk richten de genoemde activiteiten zich vooral op de grote en middelgrote militaire drones.
NLR-CR-2014-271|
15
9 Snelle zoektocht op internet Er zijn vele manieren om bescherming tegen drones vorm te gaan geven. De gedachten van anderen kunnen daarbij mogelijk ter inspiratie dienen. Een zoektocht op het internet levert al de nodige ideeën op over wat je tegen drones zou kunnen doen, waarbij misschien niet alle ideeën voor alle situaties even bruikbaar zijn. Een paar geventileerde gedachten om drones die al onderweg zijn tegen te houden:
Luchtmijnen die geactiveerd worden door de signalen van een passerende drone (zie bijvoorbeeld http://www.flightglobal.com/news/articles/counter-uav-operations-posenew-challenges-for-military-215327/ )
Geautomatiseerde systemen die de drone detecteren en volgen, en de drone ondertussen met jachtgeweren, kanonnen, laser bundels, micro wave stralen en/of raketten belagen (zie bijvoorbeeld: http://www.military.com/video/defensesystems/air-defense/the-updated-boeing-avenger/718517771001/ of http://www.youtube.com/watch?v=ACp1HdJqHOc)
Het gebruiken van goedkope luchtverdedigingssystemen met kleine raketten die zelf een weg vinden naar de drone (zie http://www.rockcitytimes.com/walmart-install-minisurface-air-missiles-store-roofs-shoot-amazon-drones/)
Het verstoren van de elektronica van de drone met een stoorzender (zie bijvoorbeeld http://igorrgroup.blogspot.nl/2009/09/russian-ucavuav-killer.html of http://www.liveleak.com/view?i=7a3_1378299748 )
Het gebruiken van expanderende netten/schuim (om “vogels” te vangen, zie bijvoorbeeld http://www.1888pressrelease.com/new-high-powered-bird-net-launcheravailable-from-bird-b-gon-pr-491482.html)
Het gebruiken van zwermen van drones om andere drones tegen te houden (zie bijvoorbeeld http://defensetech.org/2012/02/01/creepycool-video-tiny-uavs-flying-information/)
Bij de keuze voor een bepaalde oplossing zullen verschillende aspecten meespelen.
16 | NLR-CR-2014-271
10 Mogelijk relevante aspecten bij bescherming In algemene zin zijn alle aspecten op het gebied van DOTMLPF relevant bij de keuze voor een bepaalde bescherming. DOTMLPF staat voor een verzameling kernbegrippen: •
Doctrine Hoe past de bescherming in de normale manier van opereren van de organisatie die het bedient? Is het in strijd met de normale wijze waarop gehandeld wordt, of sluit het daar naadloos bij aan?
•
Organisatie Hoe wordt de bescherming in de organisatie ingevoerd? Wordt het een aparte afdeling, wordt het toegevoegd aan al bestaande afdelingen? Moeten er aparte afdelingen bijkomen, bijvoorbeeld voor onderhoud en reparatie?
•
Training Welke training is nodig om de bescherming succesvol in te kunnen zetten? Moet er misschien een aparte trainingsorganisatie komen, of snapt iedereen binnen 5 minuten hoe het werkt en hoe het bediend moet worden? Moet er regelmatig geoefend worden, en moet dat dan in groot verband, of is een eenvoudige informatiefolder voldoende?
•
Materieel Wat zijn de consequenties in termen van apparatuur en voorraden; moeten er speciale voertuigen komen waarmee de oplossing vervoerd moet worden? Moeten er voorraden gehouden worden?
•
Leiderschap Hoe wordt de bescherming geactiveerd, en hoe verhoud dat zich met de commandovoeringsketen? Moeten er speciale leidinggevenden voor opgeleid worden?
•
Personeel Is er aanvullend personeel nodig, en zo ja, hoeveel?
•
Faciliteiten Vereist de bescherming dat er aanvullende faciliteiten ingericht worden, zoals uitgebreide testapparatuur of een grote installatie?
Ook kunnen andere concrete vragen relevant zijn bij het bepalen van de bruikbaarheid van een bescherming: •
Bedieningsgemak Welk niveau van bediening kent de oplossing; kan de agent op straat het bedienen of moet er een speciale unit opgericht worden?
NLR-CR-2014-271|
17
•
Coördinatie Hoe vindt de coördinatie met andere spelers plaats, zowel op de grond als in de lucht?
•
Nevenschade Kan de oplossing ingezet worden in omgevingen waar ook mensen aanwezig zijn? Hoe worden onschuldige slachtoffers voorkomen? Hoe wordt ongewenste nevenschade voorkomen?
•
Kostenefficiëntie Wat kost de oplossing per inzetdag en wat kost het per tegengehouden drone op een dergelijk inzetdag?
•
Opbouw- en laadtijd Hoe lang doet de oplossing erover om opgebouwd/opgeladen te zijn. Als de oplossing is actie gekomen is, hoe lang duurt het dan voordat het systeem weer actie gereed is?
•
Parallellisme Hoeveel drones kan de oplossing tegelijktijdig afhandelen?
•
Inzetbaarheid Is de oplossing breed inzetbaar? Kan het in een verstedelijkte omgeving/op het platteland/ in een bos/ op een locatie waar geen stroom gebruikt worden.
•
Fracticide (broedermoord) Hoe wordt voorkomen dat de oplossing eigen drones vernietigd?
Deze opsomming geldt slechts als een voorbeeld van mogelijke aspecten en heeft niet de intentie compleet noch limitatief te zijn.
18 | NLR-CR-2014-271
11 Regelgeving Regelgeving voor kleine UAS (UAV’s met een gewicht van onder de 150 kilogram) is een nationale verantwoordelijkheid. Binnen de Nederlandse regelgeving is het niet toegestaan professioneel met kleine UAS te vliegen, tenzij daar expliciet een ontheffing verleend is door de afdeling Luchtvaart van de Inspectie Leefomgeving en Transport (IL&T) van het ministerie van Infrastructuur en Milieu (I&M). Meer informatie hierover is te vinden op de website van IL&T onder http://www.ilent.nl/onderwerpen/transport/luchtvaart/dronevliegers/
NLR-CR-2014-271|
19
12 Niet technologische oplossingen De oplossing hoeft niet altijd vanuit de techniek of de mens te komen. Zo zijn er op het internet ook andere methoden te vinden om kleine onbemande vliegtuigen uit te schakelen. Een interessant voorbeeld is te vinden in een filmpje waarbij een vogel een modelvliegtuig op de grond weet te krijgen, zie http://www.youtube.com/watch?v=JuhrM7-hPVI. In het verleden was op het internet ook de aansprekende fotoserie uit Figuur 2 te vinden (de referentie kon niet meer achterhaald worden).
Figuur 2. Een fotoserie ooit aangetroffen op een forum op het internet, bron onbekend
20 | NLR-CR-2014-271
WAT IS HET NLR? Het NLR is de Nederlandse organisatie voor het identificeren, ontwikkelen en toepasbaar maken van hoogwaardige technologische kennis op het gebied van lucht- en ruimtevaart. De activiteiten van he t NL R zijn maat scha p peli jk re leva nt, markt ger icht e n wo rde n zo nde r win st o o gmerk ui tgevoe rd. Hiermee versterkt het NLR het innovatieve en slagvaardig karakter van de overheid en bevordert het NLR het innoverende en concurrerend vermogen van het bedrijfsleven. Het NLR kenmerkt zich door to o naangevende deskundigheid, professioneel o ptreden en o nafhankelijke advisering. Medewerkers zijn goed opgeleid, werken klantgericht en werken voortdurend aan de ontwikkeling van hun competenties. Om zijn taken te verrichten houdt het NLR hoogwaardige faciliteiten beschikbaar
NLR – Dedicated to innovation in aerospace
www.nlr.nl
