Lichtwellenleitergesteuerte FPV-Drohnen bieten Vorteile und erfordern Designanpassungen

Lichtwellenleitergesteuerte FPV-Drohnen sind in der Ukraine auf dem Vormarsch. Diese neue Art von Drohnen ist schwieriger zu bekämpfen als frühere Typen, so dass die Produktion solcher Systeme zukünftig wahrscheinlich zunehmen wird. Der Beitrag gibt einen Einblick in die Funktionsweise und Produktion solcher Drohnen.

Wenn man genug Zeit in den sozialen Medien mit einem ähnlichen Algorithmus wie dem des Autors verbringt, wird einem das Bild wahrscheinlich bekannt vorkommen: Zu Beginn ist ein körniges Video zu sehen, auf dem Bildschirm blinken mehrere Fehlermeldungen, und am Rande des Bildschirms sind die Spitzen von zwei Propellern zu erkennen, aus denen ein große Kupferdrahtspirale herausragt. Darunter ist ein beigefarbenes Feld zu sehen, durch das sich ein olivgrünes gepanzertes Fahrzeug bewegt. Um den Turm ist ein Käfig gebaut, und auf der Vorderseite der Wanne tummeln sich ein paar Soldaten, deren Beine über die Seite baumeln, bereit zum Sprung. Die FPV-Drohne (First Person View) beschleunigt und bewegt sich auf die Soldaten zu, die irgendwann das Aufheulen der vier Elektromotoren hören, die mit dem Gewicht des PG-7-Panzerabwehrsprengkopfes und der übergroßen Batterie kämpfen, die die Drohne trägt.

Die Soldaten springen ab und rennen, aber der FPV-Operator konzentriert sich auf das gepanzerte Fahrzeug. Es handelt sich um einen BMP-2, der für den Transport von Infanterie ausgelegt ist, eine 30-mm-Kanone und eine relativ dünne Panzerung hat. Im letzten Moment bricht die Videoübertragung ab und der Blickwinkel wechselt zu einer anderen Drohne, der Aufklärungsdrohne, die den BMP-2 und seine Besatzung aus ihrem Versteck in einem nahe gelegenen Waldstück verfolgt hat. Die Szene wurde bearbeitet, da die Einheit, die die FPV-Drohne einsetzt, die Videosequenz dazu nutzt, um damit bei ihrer Online-Community Gelder für den Kauf weiterer Drohnen und Ausrüstung einzuwerben.

Das PG-7 hatte keine Probleme mit der Panzerung des BMP-2, der Gefechtskopf ist darauf ausgelegt, viel härtere Panzerungen zu durchschlagen, und im Inneren des Fahrzeugs ist ein Feuer ausgebrochen. Es ist erkennbar, wie zwei Besatzungsmitglieder herausklettern, das Schicksal des dritten ist unbekannt.

Störung

Diese oder ähnliche Szenen haben sich in der Ukraine zehntausende Male wiederholt, und tausende andere, die so begannen, werden nie zu sehen sein. Der Grund dafür ist in vielen Fällen, dass die Kommunikationsverbindung zwischen der Drohne und dem Bediener durch elektronische Kampfführung gestört wurde. Die Videoübertragung und die Steuersignale des Bedieners an die FPV-Drohne erfolgen über Funkfrequenzen, häufig in den Frequenzbändern 2,4 GHz und 5,8 GHz, die auch von WLAN-Routern verwendet werden. Diese drahtlose Verbindung überträgt digital kodierte Daten über Funkwellen an die Drohne – beispielsweise Informationen wie eine Richtungsänderung nach links oder mehr Leistung für Motor 2 – und die Drohne sendet kodierte Daten an den Bediener zurück, einschließlich der Videoaufnahmen und der ständigen Warnungen, dass der Akku leer ist. Diese fragile Verbindung kann durch ein in der Nähe befindliches System, das in denselben Funkfrequenzbändern sendet, unterbrochen werden. Um zu verstehen, wie das funktioniert, stelle man sich vor, dass man in einigen hundert Metern Entfernung Country-Musik hört. Die Lautstärke ist gut und Sie können sich mit einem Freund in der Nähe über Ihre Wochenendpläne unterhalten.

Dies ist vergleichbar mit einer stabilen, nicht unterdrückten Verbindung zwischen einer FPV-Drohne und ihrem Bediener. Nun stelle man sich vor, dass jemand einen neuen, viel größeren und lauteren Lautsprecher direkt neben der Country-Musik aufstellt, und statt der sanften Töne von Carrie Underwood spielt dieser Lautsprecher Death Metal – laut. In der Folge kann man die Country-Musik nicht mehr hören, man kann nicht einmal mehr den Death Metal hören, man kann seinen Freund nicht mehr hören.

So oder so ähnlich wirkt die elektronische Störung: Sie übertönt das Signal entweder auf der Seite des Bedieners oder auf der Seite der FPV-Drohne mit Signalen, die viel stärker sind (und ebenfalls in Dezibel gemessen werden), so dass die FPV-Drohne keine Anweisungen mehr erhält oder der Bediener keine Videos mehr empfängt und die Drohne abstürzt.

Systeme der elektronischen Kampfführung bieten eine Form des Schutzes gegen FPV-Drohnen und andere Kleinstdrohnen. Sie schützt jedoch nicht gänzlich und hätte es auch nie tun können. Beide Kriegsparteien, Russland und die Ukraine, aktualisieren regelmäßig die Firmware und die Frequenzen ihrer Drohnen, was bedeutet, dass das Störungsprotokoll, das letzte Woche noch funktionierte, heute möglicherweise wirkungslos ist und ein neues gefunden werden muss. In der Ukraine hat jedoch eine neue Entwicklung Einzug gehalten: FPV-Drohnen, die mittels Lichtwellenleitern gesteuert werden. Diese Drohnen arbeiten nach wie vor mit Hochfrequenzsignalen, die jedoch nicht mehr über störempfindliche Funkwellen durch die Luft übertragen werden, sondern über einen Lichtwellenleiter, der unter der Drohne aufgerollt ist. Das Signal ist nun nicht mehr störanfällig, und es gibt keine Möglichkeit die Drohne mittels elektronischer Kampfführung zu stören. Diese Situation ist so, als würde man Country-Musik mit den besten Noise-Cancelling-Kopfhörern der Welt in seinem eigenen Haus hören. Der Death Metal kann draußen gespielt werden, aber man wird ihn nicht hören.

Dies ist wahrscheinlich eine der wichtigsten Auswirkungen der Glasfaser-FPV-Drohnen, denn ohne Störsender sind russische und ukrainische Soldaten darauf angewiesen, eine Deckung zu finden, so lange versuchen der Drohne auszuweichen bis die Batterie leer ist oder sie mittels Handwaffen abzuschießen, was ebenfalls sehr schwierig ist. Es wird zwar weltweit an Möglichkeiten gearbeitet, um solche Drohnen effektiver im Nahbereich mittels kinetischer wirkender Mittel abwehren zu können, generell wird es trotzdem herausfordernd bleiben, mittels Lichtwellenleitern gesteuerte FPV-Drohnen zu bekämpfen, sobald sie in Zielnähe sind.

Design

Das Anbringen einer Spule mit einem aufgerollten Glasfaserkabel erfordert Modifikationen an der typischen FPV-Konstruktion. Eine typische FPV-Drohne ist eine relativ robuste Drohne, vor allem im Vergleich zu einer DJI Mavic oder einer anderen kommerziell verfügbaren Kameradrohne; Hartplastik weicht in vielen Fällen Kohlefaser und robusteren Propellern. Die Motoren sind leistungsstark und an einen großen Akku gekoppelt, was hohe Spitzengeschwindigkeiten von über 100 km/h, aber kurze Flugzeiten von etwa sieben Minuten ermöglicht. Die Nutzlast ist auf ein paar Kilo begrenzt, was die Munition, die Kamera und die Antenne einschließt. Bei einer FPV-Drohne mit Glasfaserkabel müssen einige Änderungen an dieser Designvorlage vorgenommen werden.

Erstens muss der Rahmen der Drohne größer und stabiler sein, da eine Glasfaserspule je nach Reichweite 1,5 bis 2 kg wiegen kann. Das Unternehmen Avenge Angel wirbt jedoch für Glasfaser-FPV-Drohnen mit Kohlefaserspulen, die bei einer Reichweite von 3 km nur 800 g und bei 5 km 1,25 kg wiegen. Der Rahmen muss also größer sein, um diese Spule sowie die Kamera, die Motoren, den Akku und die Munition unterzubringen.

Die Spule ist in der Regel an der Unterseite der Drohne befestigt, unterhalb und weit weg von den Propellern, die bei Kontakt den Lichtwellenleiter brechen oder durchtrennen können. Da der Rahmen verstärkt ist, werden verstärkte Motoren benötigt, die das zusätzliche Gewicht der Spule und der Munition tragen können. Drohnen werden nach ihrem maximalen Startgewicht bewertet, das weitgehend durch die von den Propellern erzeugte Schubkraft bestimmt wird. Mehr Gewicht erfordert also Propeller, die im Vergleich zu anderen Konstruktionen mehr Auftrieb erzeugen. Dies mag für FPV-Drohnen, die für die Beförderung kleinerer, gegen Personen gerichteter Nutzlasten ausgelegt sind, kein Problem darstellen, aber größere Wirkmittelnutzlasten wie eine PG-7-Granate erfordern eine höhere Schubkraft der Motoren. Dies wiederum führt zu einem höheren Leistungsbedarf, um die Drohne in der Luft zu halten.

Der Lichtwellenleiter selbst besteht aus bis zu fünf Glasfaserdrähten für die Kommunikation zwischen der Drohne und dem Bediener. Dazu gehören je eine Leitung für den Empfang und das Senden von Signalen, eine für das Video, eine für die Spannung und eine für die Erdung. Obwohl das Kabel aus einer Glasfaser besteht, kann es relativ stabil sein, aber die Bediener müssen darauf achten, dass es sich während des Fluges nicht an Bäumen oder Hindernissen verheddert, was die Manövrierfähigkeit im Vergleich zu einem kabellosen FPV-System einschränkt und die Drohne anfälliger für den Beschuss mit Handwaffen macht. Auch das Fliegen über Hitzequellen kann zur Beschädigung des Lichtwellenleiters führen. Gleichzeitig ermöglicht das Glasfaserkabel den Einsatz der Drohnen, wenn die elektronische Kampfführung der Gegenseite die eigenen funkgesteuerten Drohnen aktiv unterdrückt. Das Fehlen jeglicher ausgestrahlter Funkfrequenzsignale bedeutet auch, dass die Drohne nicht mit Spektrumanalysesystemen entdeckt werden kann – man denke an die oben erwähnte Analogie zur Musik. Dies und die Geräusche der Motoren und Propeller sind typischerweise der Grund, warum FPV-Drohnen entdeckt werden. Ein letzter Vorteil des Glasfaserkabels ist die größere Bandbreite für die Datenübertragung zurück zum Bediener, was eine geringere Latenzzeit bei der Videoübertragung und eine bessere Bildqualität bedeutet. Dies ist bei der Identifizierung und Bekämpfung von Zielen hilfreich.

Einsatztaktiken

Die russischen Streitkräfte haben Glasfaserkabel verwendet, um hinter den ukrainischen Linien zu fliegen und die Drohnen in der Nähe der wahrscheinlichen Fahrzeugrouten zu positionieren, sie zu landen und die Motoren auszuschalten, um so die Batterie zu schonen. Wenn sich ukrainische Fahrzeuge nähern, werden die Motoren eingeschaltet und die FPV-Drohne in Gang gesetzt, wie ein ukrainischer Offizier Anfang November gegenüber dem Newsletter Counter Offensive Pro sagte.

Man kann auch beobachten, wie die Lichtwellenleiter-FPV-Drohnen eingesetzt werden, um ukrainische Stellungen zunächst in Ruhe zu beobachten, bevor sie für einen Angriff eingesetzt werden, oder um alternative Wirkmittel ins Feld zu führen. Ansonsten werden sie häufig eingesetzt, um Fahrzeuge anzugreifen, die sich auf einer Straße bewegen, ähnlich wie herkömmliche FPV-Drohnen und Loitering Munition. Bei dieser Taktik wird die Bewegung der Fahrzeuge ausgenutzt, anstatt zu versuchen, sie in ihren Verstecken zu orten, die oft gut getarnt und geschützt sind. In einigen russischen Berichten wird behauptet, dass ein einziger T-90M 100 FPV-Drohnen-Angriffen standgehalten hat, selbst wenn es sich nur um ein Zehntel dieser Zahl handelte, zeigt dies den Aufwand, der erforderlich sein kann, um ein schwer gepanzertes Fahrzeug mittels FPV-Drohnen zu bekämpfen.

Anmerkung des Autors

Der Einsatz von FPV-Drohnen und jetzt auch von solchen mit Lichtwellenleitern hat sich in der Ukraine als Folge des Überlebenswettbewerbs in diesem Krieg rasch entwickelt. Ihr Einsatz hat sich auf Syrien ausgeweitet, höchstwahrscheinlich mit russischer Unterstützung, und es ist sehr wahrscheinlich, dass sie in vielen künftigen Kriegen zum Einsatz kommen werden. Bei der Bewertung ihrer Auswirkungen ist jedoch Ausgewogenheit geboten.

Viele FPV-Drohnen versagen, entweder mechanisch aufgrund ihrer Konstruktion oder technisch, weil der Sprengkopf nicht detoniert. Sie garantieren auch nicht, dass ein Fahrzeug außer Gefecht gesetzt wird, obwohl sie die Möglichkeit bieten, den Anflugwinkel zu optimieren. Es ist auch wahrscheinlich, dass aktive Schutzsysteme wie das Trophy-System von Rafael oder das Sentinel-System von Artis in der Lage sein werden, Drohnen abzufangen – die Systeme Storm Crow und Terra Raven von BAE scheinen sogar genau darauf ausgelegt zu sein. Für westliche Streitkräfte kann dies bedeuten, dass schwere gepanzerte Fahrzeuge besser gegen diese Bedrohungen geschützt sind, als es angesichts der vielen Panzer und Schützenpanzer, die in der Ukraine durch FPV-Drohnen außer Gefecht gesetzt und schließlich vernichtet wurden, den Anschein haben mag. Sie werden jedoch eine ständige Bedrohung für die Infanterie bleiben, sei es in Gebäuden oder im Freien, was weitere Anpassungen der Doktrin und Taktik sowie neue Ausrüstung erfordert, um die mit dem Einsatz von FPV-Drohnen einhergehende Bedrohung zu minimieren.

Autor: Sam Cranny-Evans. Der Beitrag erschien erstmalig am 12.12.2024 in englischer Sprache auf der hartpunkt-Partnerseite Calibre Defence