Fără echipaj – 2; DARPA pe și sub apă (partea a III-a)

Deși articolul trebuia inițial să aibă doar două părți, am decis să îl continui cu o a treia parte. Așa că acum drumul merge pe directii mai putin palpabile, dedicate comunicațiilor. Nefiind strict legate de vehiculele fara echipaj, sistemele de comunicații permit vehiculelor autonome să își îndeplinească misiunea si submarinelor clasice sa comunice. Deși nu există o etichetă ‘DARPA’ pe unele dintre aceste informații, ele au – totuși – un iz de Arlington, Virginia.

 

Internetul subacvatic

Și din nou o idee de mai devreme: sub apă submarinele comunică doar folosind frecvențe joase (3 Hz – 30 kHz), cu lățimi de bandă foarte mici. Așa că în aprilie 2015 DARPA a început să caute metode noi de comunicații. Cum ar veni, o rețea subacvatică ce va permite UUV și submarinelor să comunice mult mai eficient și să aibă – de exemplu – o eficiență asemănătoare cu a MQ-9.

Ei bine, acum DoD caută integrarea senzorilor și sistemelor submarine în rețeaua de comunicații existentă deja. Capabilitățile pe care le doresc sunt:

• Transmiterea autorizației de folosire a armelor către platformele unmanned
• Transmiterea în timp real a SA (Situational Awareness) de la platforme aeriene sau din spațiu către platforme submarine
• Transmiterea in timp real a informațiilor obținute de la senzori către rețele tactice aftate în aer sau în spațiu
• O infrastructură de comunicații subacvatică pentru platforme fixe și mobile integrată cu rețelele tactice și strategice existente acum
• Transmiterea datelor culese de senzori activi și pasivi pentru procesare autonomă

 

Tehnologiile de interes pentru DARPA sunt:

• Predicția și adaptabilitatea la condițiile subacvatice aflate intr-o schimbare continuă
• Transmisia semnalelor – optic, acustic, electromagnetic și prin cablu
• Protocoale noi de comunicații
• Păstrarea integrității informațiilor
• Interfețe între aer și apă și gateway-uri către rețele

Există în acest moment modemuri subacvatice produse de DSPComm, insă nu corespund solicitării (au bitrate de 100 sau 460 bps, funcționează între 16 și 30 kHz) și au fost făcute teste cu soluții radio (2.4 GHz) de University of Buffalo pe Lake Erie.

Se pare, însă, că aceasta nu este prima încercare de a realiza comunicații sigure între doua medii; în trecut au mai avut loc și altele.

 

TRITON (Tactical Relay Information Network)

Inițiativa a pornit în 2010 și dorește să ofere submarinelor capabilitatea de a comunica eficient cu avioanele implicate in ASW (Anti-Submarine Warfare) folosind un laser albastru. Tehnologia pe care se baza este cea testată în anii ‘90 cu proiectul TALC (Tactical Airborne Laser Communications), unele surse vorbind de experimente efectuate chiar în anii ‘80. Experimentul TALC a demontrat comunicatiile intre un avion P3 si un submarin folosind lasere verzi si albastre.

 

                                                                           SSN Astute

Un asemenea dispozitiv va limita folosirea balizelor tractate, crescând eficiența comunicațiilor și rata de transfer a datelor cu submarinele purtătoare de SLBM, iar pentru ASW va crește nivelul de coordonare între avioane și submarine.

Cu proiectul TRITON ar trebui ca limitările impuse de lumina solară să fie depășite, aceasta determinând existența unui laser puternic, filtru optic care să permită trecerea unui număr mic de frecvențe și o zonă vizuală mare.

Dispozitivul ar trebui să funcționeze în fereastra spectrală albastră-verde (albastrul este potrivit pentru zonele cu apă adâncă, verdele este potrivit pentru zonele de coastă).

Rezultatul final al proiectului împărțit în 3 faze trebuia să fie un prototip al unui transceiver, funcțional în cadrul unei demonstrații. Contractul a fost oferit QinetiQ.

 

 

Comunicații sigure, cu lățime de bandă mare

Comunicațiile de care beneficiază submarinele sunt restricționate de adâncimea la care pot efectua schimbul de informații și de viteza la care o pot face folosind ca mediu de transmisie apa.

Recent au fost făcuți câțiva pași în direcția rezolvării acestei probleme folosind QKD (Quantum Key Distribution). Promisiunea acestei tehnici este garantarea siguranței comunicațiilor prin mecanica cuantică.

Submarinele iși păstrează avantajul tactic doar rămânând la o adâncime de 60-100 de metri. În acest moment comunicațiile folosesc unde radio, în spectrul VLF (3-30 kHz) sau ELF (3-3000 Hz) – acestea fiind singurele care se propagă până la aceste adâncimi.

Dezavantajele sunt importante: instalațiile de pe uscat sunt mari, submarinele trebuie să tracteze cabluri lungi, să se poziționeze pe o anumită direcție și să reducă viteza pentru o recepție optimă. Lățimea de bandă este și ea redusă: VLF are câteva sute de biți pe secundă iar ELF câțiva biți pe minut. În această situație orice trafic cu volum mare de date (ex: video) este exclus.

O posibilă soluție sunt comunicațiile optice folosind un laser, concept demonstrat în anii ’90 când a fost demonstrată și posibilitatea păstrării unei legături optice între un submarin și o platformă aeriană. Însă ITT Exelis s-au decis să facă un pas mai departe, studiind posibilitatea de comunicare între un submarin și un satelit, securizată folosind informații cuantice. Cercetarea include cu siguranță senzori cuantici, algoritmi cuantici și tehnologii pentru comunicații cuantice.

QKD este un protocol care folosește informațiile cuantice pentru a genera o pereche sigură de chei criptografice. Informațiile cuantice au două proprietăți importante: nu pot fi copiate (deci nu pot fi nici falsificate) și de fiecare dată când starea cuantică este masurată, ea se schimbă – principiul incertitudinii al lui Heisenberg. Folosind aceste principii pentru a genera chei de criptare, secretul lor este garantat de legile fizicii.

                                                                       QKD Quantum

Initial, toate testele au fost realizate cu comunicatii pe fibra optica. ITT au realizat experimente cu fotoni si au testat in Insulele Canare principiile teoretice la o distanță de 144 de km. Au mai încercat și conectarea unui satelit cu o stație terestră fără a se cunoaște rezultatul, dar s-au concentrat pe comunicațiile către o platformă subacvatică. Pe lângă provocările transmiterii fotonilor prin apă și aer, este nevoie și de o legatură laser continuă între transmițător și receptor. Implementarea QKD folosește un senzor fotoelectric care funcționează în modul Geiger (numără fotonii recepționați cu o anumită polarizare). Laserul care transmite informația este un laser specializat (photon laser) care poate transmite un foton o data, fiecare foton transmis având o anume stare cuantică.

Pasul următor este verificarea păstrării stării cuantice a fotonilor la trecerea prin apă iar dacă experimentele confirmă modelul teoretic, pâna în 2020 – cu voință – pot exista dispozitive care să facă posibile aceste comunicații. Lățimea de bandă cu un asemenea sistem poate fi de 170 kbps (de 600 de ori mai mult decit in cazul VLF), submarinele ramânând scufundate la adâncimi mai mari de 100 de metri fără a fi nevoie să mai schimbe direcția și să încetinească.

Toate acestea se întâmplau la începutul lui 2014. De atunci se pare că nu au mai fost făcute publice alte informații.

Ca o paranteză, nici China nu stă degeaba, în 2010 anunțând că au reușit experimental teleportarea cuantică la 16 km. Evident, aplicațiile sunt în domeniul distribuției cheilor de criptare către diverse unități aeriene sau terestre.

Iulian

 

Foto: interweb

Informatii: interwebs; URL:

Partea a treia:

http://helper.ipam.ucla.edu/publications/quant2012/quant2012_10816.pdf

http://www.naval-technology.com/features/featuredeep-secret-secure-submarine-communication-on-a-quantum-level/

http://www.jamestown.org/single/?tx_ttnews[tt_news]=36772&no_cache=1

http://arstechnica.com/science/2013/01/quantum-measurements-on-one-island-determine-behavior-on-another/

https://defensesystems.com/articles/2015/04/22/darpa-underwater-internet-communications.aspx

http://www.c4isrnet.com/story/military-tech/communications/2015/04/23/darpa-advanced-underwater-communications/26241807/

https://www.fbo.gov/index?s=opportunity&mode=form&id=3520a5151aef4fcb26c4283520afbf85&tab=core&_cview=0

https://www.fbo.gov/utils/view?id=1e915eafc2251d280d6166a5f0b25f3f

http://www.dspcomm.com/products.html

http://phys.org/news/2013-10-internet-underwater.html

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3355409/

http://www.militaryaerospace.com/articles/2010/01/darpa-pushes-submarine-laser-communications-technology-for-asw-operations.html

http://www.janes.com/article/58003/darpa-looks-to-develop-uuv-sonar-communications-packages-for-submarine-offboard-operations

https://www.fbo.gov/index?s=opportunity&mode=form&id=da3c628f0d6e49c896222da7487b7699&tab=core&_cview=1

http://optics.org/news/1/4/21