dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

В прошлой заметке обсуждаются “малозаметные” радары. Занятно, что в типичной ситуации, когда с одной стороны “играет” радар, и его задача обнаружить цели, но не быть обнаруженным, а с другой стороны – “играет” детектор-приёмник, и его задача обнаружить радар, у детектора есть целых два серьёзных преимущества.

Во-первых, сторона с радаром не знает, где именно находится приёмник, но, по правилам игры, должна сканировать большой сектор пространства. Поэтому рано или поздно “подсветит” лучом приёмник. Во-вторых, приёмник-детектор заведомо получает гораздо большую энергию от передатчика радара, чем приёмник самого радара. Думаю, понятно почему: радар принимает отражённый сигнал, который, даже в самом лучшем случае, угасает пропорционально квадрату расстояния на пути обратно от цели; а приёмник-детектор слушает “прямой” сигнал. Кстати, как известно, именно поэтому хороший детектор может использовать информацию не только из радиосигнала основного лепестка диаграммы направленности антенны, но и из боковых лепестков, а равно и отражённые окружающими объектами сигналы радара – даже в последнем случае положение приёмника может в энергетическом смысле оказаться не хуже, чем у скрывающегося радара.

В общем, приёмнику играть несколько проще. Хотя, да, у радара есть то преимущество, что ему заведомо известны характеристики собственных сигналов, но это уже несколько другая история.

А вот в случае со скрытной радиосвязью между самолётами – ситуация иная: никаких заведомых преимуществ у перехватывающего сеанс связи приёмника нет. Скорее наоборот, все преимущества у тех, кто обменивается радиосообщениями. Они знают и время передачи, и параметры сигналов, могут согласованно использовать узконаправленные антенны.

Сейчас принято связывать с малозаметными истребителями “малозаметные” радары (LPI – англоязычная аббревиатура). Эти радары используют разные методы, снижающие вероятность обнаружения факта их работы детекторами. Да, понятно, что для малозаметного самолёта простой радар не подходит: “громкие” зондирующие импульсы испортят всю малую заметность. Но ведь сама проблема шире и едва ли не старше, чем “Стелс”. Скрытность работы важна не только для бортовых РЛС истребителей.

Например, существуют особые загоризонтные РЛС, предназначенные для решения разных задач, среди которых есть и наблюдение за воздушными, морскими целями, или, скажем, за стартом и полётом межконтинентальных ракет. Загоризонтные РЛС на то и загоризонтные, что будучи расположенными на земле – просматривают пространство далеко за горизонтом, расстояния измеряются сотнями и тысячами километров. То есть, такие РЛС, возможно, зондируют чужую территорию. При этом решение задачи мониторинга подразумевает, что станции работают непрерывно. Естественно, если работа такой РЛС в эфире обнаруживается другой стороной во всех деталях самыми простыми техническими мерами, то тут же возникает идея с постановкой помехи, тем более, что радар работает на большие расстояния. А помеха, понятно, может лишить сам радар практического смысла. Поэтому и тут разумной практикой оказывается использование специальных сигналов, снижающих вероятность обнаружения работы станции и, – что не менее важно, – затрудняющих раскрытие структуры сигналов и алгоритмов их формирования. Та же ситуация снижения заметности работы РЛС, но при этом никаких истребителей. Понятно, что практически любой радар станет более полезным, если его работу в эфире сделают “малозаметной”, но не для всех сценариев применения РЛС затраты на снижение заметности оказываются оправданы. Загоризонтная разведка – сценарий как раз подходящий.

Кстати, в продолжение темы о световых оптических системах, сканирующих небосвод вместо РЛС: СМИ распространяют видеоролик с печально известным “Фобос-Грунтом”, пролёт которого зафиксировал астроном-любитель (Thierry Legault). Ролик можно посмотреть на сайте BBC. Форма аппарата различима хорошо, хотя, конечно, говорить о точном автоматическом распознавании на основе таких данных – рановато. Но ведь и космический аппарат находится на совсем иной высоте, если сравнивать с беспилотником. В общем, ещё одно хорошее подтверждение тому, что малозаметные для РЛС беспилотники (вообще малозаметные летательные аппараты) можно эффективно обнаруживать при помощи массива специальных телескопов. Если погода позволяет, да.

А вот персональные летающие автомобили – едва ли не самая ожидаемая штука, которая, как принято считать, станет доступна в радужном будущем. Занимательные рисунки футурологов, прогнозы насчёт появления таких автомобилей (ну или массовых персональных самолётов, дирижаблей – что практически то же самое) “через пятьдесят лет” известны уже более века.

За прошедшие десятилетия появились многие системы, механизмы и технологии, которых в древних прогнозах не было. Конечно, самый яркий пример – это очень персональные компьютеры, служащие средством коммуникации (всякие смартфоны и тому подобные штуки). А вот персональные летающие автомобили так и остаются в прогнозах. Более того, похоже, сейчас можно без особого риска прогнозировать, что “через пятьдесят лет” никаких летающих автомобилей в гараже граждан развитых стран так и не появится. Да, есть большая проблема с массовым переходом от автоматизированного машинного движения на плоскости к такому же движению в трёхмерном пространстве.

Предположим, что наземная РЛС не в состоянии обнаружить малозаметный беспилотник, барражирующий над прикрываемым объектом. Что делать? Можно использовать телескоп и наблюдать за небом в оптическом диапазоне. Правда, у телескопа с большим увеличением обычно малое поле зрения.

То есть, для того, чтобы просматривать большую часть неба, нужно либо использовать несколько телескопов, либо очень быстро вращать одним телескопом, либо применить какой-то комплексное решение. Кстати, не обязательно вертеть весь телескоп, сканируя пространство, можно ограничиться подвижными зеркалами и линзами, входящими в оптическую систему. Тогда сканирование будет быстрым. Приплюсуйте сюда компьютерную обработку изображений, анализ движения – и вот получается пассивный сенсор, способный даже выдавать точное целеуказание.

Впрочем, хорошо видны и основные проблемы: облачность и ночь. Речь о наблюдении с земли, поэтому и первое, и второе – радикально снижают возможности светового телескопа. И если в ясную ночь можно что-то придумать в плане обнаружения звёзд, закрытых пролетающим ЛА, то в случае с облаками – эффективного решения просто нет. Что, кстати, является дополнительным фактором, оправдывающим использование технологий “Стелс” именно для снижения РЛ-заметности.

Есть большой комплекс технологических проблем, связанных с прослушиванием спецслужбами чужих подводных кабелей. Чрезвычайно сложно уже только установить оборудование для прослушивания: водолазам нужно работать на большой глубине, да ещё, возможно, в чужих территориальных водах, куда требуется скрытно прибыть и так далее. Для решения подобных задач используют специальные подводные аппараты, в том числе, большие подводные лодки. Интересно, что после того, как оборудование на кабель установили, возникает ещё одна большая проблема: как получать копируемую системой прослушивания информацию? То есть, а как, собственно, организовать утечку? (Кстати, по определению, утечка информации имеет место только в том случае, если информация попала к атакующей кабель стороне; само наличие постороннего оборудования утечку не создаёт.)

Транслировать под водой сигналы чрезвычайно сложно. Можно, конечно, вести запись, и периодически приходить, менять кассеты силами тех же пловцов. Но время реакции выходит слишком большим: многие перехваченные сведения успеют полностью потерять свою ценность. Секретные сведения, имеющие, так сказать, стратегическое значение на длительном отрезке времени, вообще не обязательно передаются по подобным кабелям: есть же и другие средства связи. Так что отсутствие оперативной доставки информации сильно снижает привлекательность рискованной операции по установке подводного оборудования. Идеальным решением был бы ещё один кабель, протянутый прямо в центр сбора и обработки. Но кто ж подпишется под такой тривиальной схемой, выдающей установщика оборудования с головой?

Поэтому используются решения с промежуточным звеном, которое соединяет, – пусть и при помощи длинного оптоволоконного кабеля, – аппаратуру съёма информации с аппаратурой ретранслятора. Ретранслятор размещается где-то в международных водах и может представлять собой небольшой буй, передающий в эфир “ненаправленный” сигнал, не выдающий явно сторону, прослушивающую кабель. А может, есть какие-то другие варианты, более изящные?

Продолжим тему восстановления недоуничтоженных шредером документов. В комментариях к прошлой записке jno подтверждает, что восстановить простую “лапшу” – возможно. Напомню, что “лапша” – это вариант, в котором шредер разрезает лист на множество одинаковых узких полос, в одном из направлений, например, вдоль. Вообще, почему-то часто в ответ на вопрос о том, сколько вариантов потребуется перебрать для восстановления документа, разрезанного на n аккуратных полосок, приходится слышать о числе n! – очень много, да. Естественно, если бы это было так на практике, то для уверенного уничтожения оказалось бы достаточно резать листы вдоль на, скажем, 29 полосок (любой ширины, заметьте!). К счастью исследователей мусора, всё обстоит иначе, и факториал, задающий верхний предел для перестановок полосок, тут не играет решающей роли.

Из-за того, что в исходном документе содержится некоторая дополнительная структура, для восстановления не нужно перебирать все варианты перестановок. Так, если вы можете точно определить, что две данные полоски были (или не были) соседними (даже без выяснения правый или левый “сосед” обнаружился), то сложность восстановления всего документа из “лапши” не превысит n². Занятно, что восстановление чистого белого листа оказывается более проблематичным, чем листа с текстом. Если, конечно, предполагать, что в качестве опорной структуры используется начертание букв и строк текста (или некий рисунок). С другой стороны, зачем восстанавливать чистый лист?

Полезную информацию могут нести и сведения о том, как именно шредер режет бумагу. Кроме простой “лапши” есть набор других методов: например, полоски могут разрезаться на множество кусков в поперечном направлении. Если все шаги резаков задаются равными интервалами, то документ оказывается преобразован в некоторую “матрицу”, размеры изображений-элементов в которой равны. И этот вариант самый лучший. Потому что если шредер режет лист в куски произвольных (нерегулярных) размеров, то собрать их может оказаться проще: размеры и форма исходного листа известны, так что появляется дополнительная информация о возможном расположении каждого из найденных фрагментов. (В случае с регулярной сеткой – все фрагменты, с точки зрения только расположения, взаимозаменяемы, это понятно.)

И, конечно, можно устроить шредер так, что восстановить документ будет невозможно: достаточно измельчать бумагу в труху, пусть и механическим способом.

Занятное состязание DARPA провело осенью прошлого года: участникам предлагалось восстановить информацию, содержащуюся в порезанных шредером записках (и зарисовках), сделанных от руки. То есть, основная идея там в том, чтобы показать, что при помощи современных информационных технологий и, связанных с ними, методов совместной работы, можно восстановить сведения из “уничтоженных” документов. Очевидно, шредер – один из типичных инструментов уничтожения бумаг. Как обычно, условия соревнования изящны: предлагалось не просто прочитать исходный текст, а решить некоторые задачи, использовав информацию из восстановленного документа в качестве исходных данных. Например, требовалось определить географическое положение места, описанного в документе, и так далее.

Состязание началось 27 октября, а ответы на все пять головоломок от команды-победителя были получены 2 декабря. Недолго, если учитывать, что как минимум две задачи выглядят довольно сложными из-за тщательности “уничтожения” исходного документа. В общем, очередной раз подтвердился хорошо известный факт: для уничтожения бумажного документа – его нужно дотла сжигать в камине (ну или в особой бочке, ага). Да. И тщательно измельчать образовавшийся пепел.

Подробности и исходные задачи – на специальном сайте.

На 1 января 2012 года в рамках dxdt.ru опубликовано 1643 записки и 7060 комментариев (в среднем, примерно 4.3 комментария на записку). В январе 2012 года сайту, в нынешнем его варианте, исполняется шесть лет. Но вообще-то проект в сходном формате выходит аж с 2004 года, около восьми лет. Вот.