De oorlog in Oekraïne heeft een doorbraak laten zien in het gebruik van drones op het slagveld, voor allerlei verschillende doeleinden, zoals waarneming, transport van goederen en kinetisch aangrijpen van doelen. Dit artikel heeft als doel de lezer te informeren over de ontwikkelingen in en mogelijkheden van drones voor verkenning en doelopsporing. In dit artik el beperken we ons tot drones voor waarneming, geschikt voor gebruik door vuursteuneenheden, waarbij we voorbeelden zullen geven uit meerdere gewichtsklassen.
Kenmerken van drones
Er bestaan verschillende soorten drones; qua configuratie onderscheiden we fixed-wing drones, rotary drones en mengvormen, hybride drones. Rotary drones, zoals quadcopters, hebben in het algemeen een beperkte vliegduur.
Qua aandrijving onderscheiden we het gebruik van elektromotoren en het gebruik van brandstofmotoren, waarbij deze laatste een gunstig effect hebben op de vliegduur. Daarnaast zijn er voor fixed-wing drones nog grote verschillen tussen de manieren van lanceren en opvangen, waarbij de gewichtsklasse een grote rol speelt. Kleine drones kunnen met de hand worden gelanceerd, grotere drones hebben een katapult of startbaan nodig. Opvangen gebeurt met een parachute, een net of een kabel. Rotary drones en hybride drones kunnen verticaal opstijgen en landen.
In principe wordt een drone op afstand bestuurd door een operator via een radioverbinding. Dit betekent dat er een Line-of-Sight (LOS) moet zijn tussen drone en operator, die onder meer bepaald wordt door de hoogte van de antenne van de operator en de gesteldheid van het terrein. Dit beperkt ook het vliegbereik van de drone. De drone stuurt het beeld dat hij met zijn camera opneemt terug naar de operator, zodat die situational awareness (SA) heeft over het terrein.
Waarom drones, voor- en nadelen
Een belangrijke reden om een onbemand vliegtuig in te zetten is dat het zonder gevaar voor de mens boven vijandelijk gebied kan vliegen, de mens kan meer afstand houden. Drones kunnen vanuit de lucht de omgeving verkennen, doelen detecteren, classificeren, volgen en de coördinaten van die doelen doorgeven, bijvoorbeeld om aan te grijpen met indirect vuur. Hiermee kan de zogenaamde sensor-to-shooter tijd aanzienlijk bekort worden. Drones worden ook ingezet om zelf doelen aan te grijpen, denk aan de zogenaamde loitering munitions of aan zogenaamde First Person View (FPV) drones, waarmee een doel heel precies geraakt kan worden. Bij een FPV drone kijkt de operator (evt. met een VR-bril) naar het beeld van de camera die in de drone zit, waardoor het lijkt alsof hij zelf aan boord van de drone is.
Drones zijn relatief moeilijk te detecteren en uit te schakelen, zeker als ze in grote aantallen aanwezig zijn. De meest gebruikte en meest effectieve manier om drones uit te schakelen gaat via Elektronische Oorlogsvoering (EOV). Het signaal waarmee de drone op afstand bestuurd wordt, kan via jamming worden verstoord, waardoor de drone geen commando’s meer krijgt. Het besturingssignaal kan ook worden gebruikt om de drone operator te lokaliseren en mogelijk aan te grijpen. Verstoring van het GPS signaal is een manier om drones die daarvan afhankelijk zijn ineffectief te maken. Vanwege de alomtegenwoordigheid van EOV op het slagveld is er een zoektocht ontstaan naar drones die geheel zelfstandig doelen kunnen opsporen en aangrijpen.
Andere manieren om drones uit te schakelen worden natuurlijk ook veelvuldig toegepast, met meer of minder succes. Het uit de lucht schieten van een drone is echter knap lastig omdat een drone zo beweeglijk is. In Oekraïne zien we nu dat Russische verkenningsdrones door Oekraïense FPV drones worden aangevallen; we zien heuse luchtgevechten.
Drones zijn ook relatief goedkoop, zeker de kleine drones die inmiddels in zeer grote aantallen worden geproduceerd; ‘Quantity is a Quality of its Own’. Hiermee is het ook mogelijk geworden om altijd en overal zicht te hebben op het slagveld (transparent battlefield), waardoor het nagenoeg onmogelijk geworden is om nog een verrassingsaanval te doen.
Drones zijn relatief simpel te besturen, behalve de zeer specialistische FPV drones die een doel heel precies en met hoge snelheid moeten raken.
De belofte dat drones zorgen voor een reductie in personeel is de afgelopen jaren nog niet ingelost, maar als een mens in de toekomst grotere aantallen relatief autonome drones tegelijkertijd kan aansturen, kan dat nog wel een keer gebeuren.
Drones voor Vuursteun
We zien verschillende mogelijke toepassingen van drones binnen het vuursteun optreden, die we hieronder verder zullen toelichten:
de vliegende verrekijker;
de rugzak drone voor uitgestegen Fire Support Teams;
de drone voor gemotoriseerde Fire Support Teams;
de drone voor het sensorpeloton.
Voor elk van deze drones gelden weer andere eisen voor wat betreft gewicht, gebruiksgemak, bereik, vluchtduur, zichtbaarheid en nog meer.
De vliegende verrekijker
Niet per se voor doelopsporing, maar wel voor verkenning van het terrein: een kleine en goedkope drone die voorafgaand aan een gewenste verplaatsing het terrein van bijvoorbeeld de volgende stelling kan verkennen. Dit beperkt de zichtbaarheid, omdat je geen verkenners meer vooruit hoeft te sturen. Een voorbeeld is de Skydio X10D, die zeer compact is. Deze drones vragen een Line-of-Sight verbinding met de bestuurder en hebben om die reden een bereik van een aantal kilometers, afhankelijk van het terrein. Het is belangrijk dat deze drone onopvallend zijn werk kan doen, dus de omvang en het geluid van de propeller(s) doen er toe. Een kleine rotary drone is geschikt als de vliegduur niet al te lang hoeft te zijn, anders is het beter een fixed wing drone te gebruiken, die vaak al wat groter zijn.
De rugzak drone voor uitgestegen Fire Support Teams
De kleine vliegende verrekijker is minder geschikt voor doelopsporing; om betrouwbaar waar te nemen heb je één of meer goede camera’s nodig, die al snel te groot en te zwaar zijn voor een heel kleine drone, maar al wel voor een rugzak drone van de uitgestegen fire support teams. Zo’n drone heeft al enige Size, Weight and Power (SWaP) om AI algoritmes voor automatische doelopsporing te kunnen draaien. Natuurlijk moet de drone en de bedieningsapparatuur meegenomen kunnen worden door uitgestegen Fire Support Teams, het moet allemaal passen. Voor deze toepassing is een zelfstandig opererende drone (navigatie en doelopsporing met AI algoritmes) ideaal, omdat de operator zijn positie niet prijsgeeft en de drone veel minder snel wordt opgemerkt; de drone ontvangt en verzendt dan immers geen signalen meer ten behoeve van de aansturing. Pas als de drone een geschikt doel heeft opgespoord kan hij de relevante informatie in een korte burst doorsturen naar het Fire Support Team, die vervolgens dat kunnen doorgeven aan de eigen stukken.
De drone voor gemotoriseerde Fire Support Teams
Fire Support Teams die beschikken over een Fennek kunnen natuurlijk een grotere drone meenemen, met een groter vliegbereik, langere vluchttijd en betere sensoren. Ook is het mogelijk een langere antenne te gebruiken voor LOS over een grotere afstand. Ook hier is de opmerking over zelfstandig opereren van toepassing; langdurige aansturing van de drone door de Fire Support Teams zal de aanwezigheid van de drone en de mensen verraden en is bovendien tijdrovend voor de operator. Omdat deze drone groter is dan de rugzak drone, zal de kwaliteit van de detectie van doelen ook hoger zijn.
De drone voor het sensorpeloton
Vanuit het sensorpeloton is er natuurlijk ook een behoefte aan eigen middelen voor verkenning en doelopsporing. Omdat het sensorpeloton zich op enige afstand van de frontlinie bevindt, is het gemakkelijker een iets grotere drone te opereren. Een voorbeeld van zo’n tactische UAV is de X-300 Integrator die momenteel door JISTARC 107 ASBt wordt geopereerd. De X-300 wordt gelanceerd met een katapult en opgevangen met de zogenaamde Sky Hook, een verticale staalkabel waar de drone tegenaan vliegt en zich vastklikt. De X-300 kan meerdere sensoren meenemen, onder andere camera en radar, en kan tot wel 24 uur achter elkaar vliegen. De X-300 wordt bestuurd vanuit een mobiel commandocentrum, in dit geval een vrachtwagen. Doordat de katapult en de Sky Hook op een aanhanger gemonteerd zijn, kan het hele systeem in korte tijd verplaatsen. Het valt te bezien of een systeem zoals de X-300 de juiste keuze is voor een toekomstig sensorpeloton of dat andere systemen beter geschikt zijn.
Autonomie en AI
De snelle ontwikkelingen op het gebied van Artificial Intelligence (AI) gaan ook niet voorbij aan drones. Met name het automatisch detecteren, classificeren en volgen van objecten op de grond door middel van zogenaamde deep learning algoritmes is al aardig volwassen geworden. TNO heeft in 2023 in het ‘ISR at the Edge’ onderzoeksprogramma laten zien dat real-time on-board automatische detectie van voertuigen als een Pantserhouwitser, Boxer of Fennek inmiddels volwassen is geworden. Deze technologie is ook schaalbaar naar kleinere drones, die natuurlijk minder SWaP hebben en dus ook minder krachtige GPU’s kunnen meenemen.
Ook op het gebied van de besturing van een drone zien we een sterke drive om dit door de drone zelf te kunnen laten doen. Het besturingssignaal tussen operator en drone is erg gevoelig voor jamming en ook de navigatie met behulp van GPS is erg gevoelig voor jamming en spoofing. Bij spoofing wordt een GPS signaal uitgezonden dat afwijkt van het werkelijke GPS signaal, waardoor de drone een onjuiste positie doorkrijgt en zijn route daarop aanpast. Het liefst wil je dat een drone zelf zijn weg kan vinden. Eén van de technieken die hiervoor ontwikkeld worden gaat over herkenning van hett terrein. De software in de drone vergelijkt markante punten in het terrein die hij met zijn camera waarneemt met vergelijkbare punten op de kaart die hij in zijn geheugen heeft. Een bijkomend groot voordeel van een zelfstandig opererende drone is dat hij veel minder snel wordt opgemerkt, zeker als hij onder de radar blijft vliegen.
Drones bij Defensie
Op dit moment wordt op veel verschillende plekken binnen defensie geëxperimenteerd met drones en bekeken hoe drones effectief ingezet kunnen worden. Vanzelfsprekend is er ook aandacht voor varende en rijdende drones, respectievelijk Uncrewed Surface Vehicles (USV’s) en Uncrewed Ground Vehicles (UGV’s). Het is cruciaal dat Defensie op de operationele werkvloer ervaring opdoet met drones, omdat in de praktijk blijkt dat wat een fabrikant bedacht heeft, lang niet altijd nuttig of handig is in het dagelijkse gebruik. Wij voorzien dan ook nog wel de nodige iteratieslagen om uiteindelijk te komen tot drones waar Defensie goed mee uit de voeten kan.
Daarnaast heeft de oorlog in Oekraïne geleerd dat stilzitten geen optie is, het gebruik van drones is continu aan verandering onderhevig. De partij die zich het snelst kan aanpassen, kan daaruit voordeel putten op het slagveld. Dit vereist ook van Nederlandse militairen, fabrikanten en kennisinstellingen zoals TNO dat zij dat aanpassingsvermogen aan de dag gaan leggen. Genoeg te doen samen!
De rol van TNO
TNO onderzoekt de mogelijkheden om nieuwe technologie te vertalen naar nieuwe capabilities voor Defensie. Een nauwe samenwerking met Defensie is hierin cruciaal, alleen samen is het mogelijk om nieuwe capabilities te ontwikkelen en te demonstreren in een representatief scenario en een relevante omgeving. Het onderzoeksprogramma ‘ISR at the Edge’ is hier een mooi voorbeeld van: door mee te liften op oefeningen van VustCo en te fungeren als oefenvijand, kon de meerwaarde van automatische doelopsporing goed worden getoond. Ook het expertisecentrum DEC JFS speelde hier een cruciale rol in, met kennis en support.
Op dit moment werken we op verschillende fronten aan de concrete inbedding van deze technologie bij Defensie, en dat is natuurlijk precies de bedoeling.
Conclusie
Drones zijn niet meer weg te denken op het hedendaagse slagveld. Ook voor doelopsporing, al dan niet automatisch, kunnen drones een grote meerwaarde bieden. Het is zaak deze meerwaarde te gaan benutten en te gaan onderzoeken waar en hoe drones succesvol ingezet kunnen worden.
Drones en regelgeving
Drones vallen in principe onder de luchtvaartwet- en regelgeving. Er bestaan verschillende categorieën: groter dan 150 kg (MAR-OPS 4 regelgeving), gecertificeerd tot 150 kg (MAR-OPS 5 regelgeving) en ongecertificeerd tot 25 kg (HDBV-014). Voor deze laatste categorie is de Militaire Luchtvaart Autoriteit (MLA) bezig deze regelgeving aan te passen. De Afdeling Luchtvaartsystemen van COMMIT heeft een catalogus opgesteld van drones tot 25 kg die direct aangeschaft kunnen worden.
