Saugesnės oro ir jūrų erdvės link: gynybos hakatone „Ugninis skydas ‘26“ – visų trijų FTMC komandų pergalės
Kaune įvykęs Lietuvos šaulių sąjungos ir mokslo ir technologijų parko „Tech-Park Kaunas“ hakatonas „Ugninis skydas ’26: APSAUGOK DANGŲ“ buvo sėkmingas visoms trims renginyje dalyvavusioms FTMC komandoms: jos užėmė pirmąsias arba prizines vietas.
Įvairių skyrių mūsų Centro mokslininkai ir studentai, susibūrę į komandas „Tx-Rx‘ai“, „SARdinės“ bei „RADIS“, kūrė, testavo ir pristatė gynybos technologijų sprendimus, atliepiančius į aktualius oro erdvės bei laivybos iššūkius.
Visos trys komandos gavo kvietimą prisijungti prie Lietuvoje naujai kuriamo specializuoto dvigubos paskirties technologijų preakceleratoriaus. Tai – programa, padedanti perspektyvioms idėjoms vystytis toliau ir ieškoti praktinio pritaikymo gynybos bei civilinėse srityse. Iš jų „RADIS“ papildomai sulaukė ir tokio pat europinio kvietimo.
FTMC renginyje savo indėlį įnešė ir tuo, kad vienu iš hakatono mentorių buvo dr. Karolis Stašys – FTMC gynybos projektų vadovas ir inovacijų ekspertas. Mentoriai komandoms padėjo greičiau patobulinti savo idėją, įvertinti jos galimybes ir paversti ją realią vertę turinčiu sprendimu.
Kaip išvengti susidūrimo ore
Vienas iš hakatono iššūkių – „Dronai ir pilotai vienoje erdvėje: automatinis konfliktų valdymas“, kurį rėmė AB „Oro navigacija“. Čia pirmąją vietą užėmė FTMC fizikų komanda „Tx-Rx'ai“: dr. Vilius Vertelis, Dominykas Mačiulaitis, Jonas Petrokas, dokt. Šarūnas Mickus ir Vakaris Šilys.
Kaip pastebi renginio organizatoriai, bepiločių orlaivių naudojimas sparčiai auga, ir tai kelia potencialų susidūrimo su pilotuojamais lėktuvais pavojų. Šios dvi sritys – dronai ir lėktuvai – valdomos praktiškai atskirai, ir nėra nei bendro situacijos vaizdo, nei automatizuoto konfliktų prevencijos mechanizmo. Tad iššūkio dalyviai turėjo sukurti sprendimą, kuris leistų pilotuojamiems ir bepiločiams orlaiviams saugiai veikti bendroje oro erdvėje, o galimi konfliktai būtų automatiškai aptinkami ir sprendžiami dar prieš tampant pavojingais.
(„Tx-Rx'ai“: Šarūnas Mickus, dr. Vilius Vertelis, Dominykas Mačiulaitis, Vakaris Šilys ir Jonas Petrokas. FTMC nuotr.)
Iššūkį laimėję „Tx-Rx'ai“, naudodamiesi DI programavimo įrankiais, sukūrė programėlės prototipą: sistemą, kuri naudoja viešai prieinamus orlaivių skrydžių duomenis (panašiai kaip „Flightradar“) ir ne tik stebi esamą lėktuvų padėtį, bet ir prognozuoja, kur jie bus po tam tikro laiko. Tuomet apskaičiuojama, ar ateityje gali kilti pavojinga situacija, kai dronas ir orlaivis pernelyg priartės vienas prie kito. Aviacijoje tai vadinama saugaus atstumo praradimu (angl. loss of separation), o toks scenarijus gali lemti susidūrimą.
„Sprendimą demonstravome naudodami simuliaciją. Įsivaizduokime, kad dronas vykdo kasdienes užduotis: tikrina elektros perdavimo linijas, stebi miškus ar infrastruktūrą. Tuo metu toje pačioje oro erdvėje skrenda, pavyzdžiui, lengvasis lėktuvas „Cessna“. Mūsų sistema nuolat vertina abiejų orlaivių trajektorijas ir iš anksto perspėja apie galimą konfliktą.
Svarbu tai, kad sistema nėra skirta valdyti droną automatiškai. Ji veikia kaip pagalbinė priemonė operatoriui. Jei nustatoma susidūrimo rizika, drono operatorius gauna įspėjimą ir rekomendacijas, ką daryti: pakeisti maršrutą, sustabdyti skrydį ar nusileisti žemiau. Taip padedama išvengti pavojingų situacijų dar prieš joms susidarant.
Ateityje matome ir platesnes galimybes. Jei drono operatorius nereaguotų į perspėjimus ar dėl techninių kliūčių nebegalėtų reguliuoti drono skrydžio, informacija apie jo buvimo vietą teoriškai galėtų būti perduodama ir lėktuvo pilotui. Tuomet ir jis žinotų apie kliūtį savo kelyje ir galėtų imtis papildomų saugumo priemonių“, – paaiškina komandos vadovas V. Vertelis.
Pasak jo, didžiausia šio sprendimo stiprybė yra prognozavimo algoritmas. Realiuoju laiku gaunami duomenys ne visuomet būna tikslūs ar nenutrūkstami. Tačiau būtent čia pasitarnauja prognozavimas: galima remtis ankstesnėmis orlaivio koordinatėmis ir judėjimo kryptimi bei pakankamai tiksliai apskaičiuoti jo tikėtiną padėtį ateityje. Tai leidžia anksčiau pastebėti galimas rizikas ir suteikti operatoriui daugiau laiko reaguoti.
(„SARdinės“: Kristina Miliauskaitė, Augustas Koklevičius, Mantas Krejaras, Justas Žuvelis ir Augustas Jonas Rastenis. FTMC nuotr.)
Dviguba sekimo sistema
Kitas mūsų Centrui sėkmingas hakatono iššūkis – „Laivyba be GPS: identifikavimo sprendimai“.
GPS / GNSS signalų klastojimas (angl. spoofing) ir slopinimas (angl. jamming) tampa realia problema Baltijos jūroje: priešiškos jėgos gali sutrikdyti laivų veiklą ar net kelti grėsmę saugumui, nes juos tampa sunku identifikuoti. Bėdų gali kelti ir laivai, kurie dėl įvairių priežasčių patys „užsislaptina“ ir patys klastoja savo siunčiamus signalus. Todėl iššūkio dalyviai turėjo sukurti sprendimą, leidžiantį tiksliai nustatyti laivų tapatybę Lietuvos teritorinėje jūroje ar išskirtinėje ekonominėje zonoje.
Geriausią idėją pasiūlė ir iššūkį laimėjo FTMC komanda „SARdinės“: studentai Augustas Koklevičius, Mantas Krejaras, Kristina Miliauskaitė, Augustas Jonas Rastenis ir Justas Žuvelis. Skambus pavadinimas gimė iš sintetinės apertūros radaro (angl. synthetic-aperture radar, SAR). Jis būna įrengtas kosminiuose palydovuose, kurie siunčia signalus į Žemės paviršių, priima atspindžius ir iš jų suformuoja vaizdą. Palydovas nuolat skenuoja didelius teritorijos plotus, todėl operatoriai gauna Žemės paviršiaus nuotraukas, kuriose matyti tiek sausuma, tiek vandens telkiniai.
„SARdinių“ sprendimas – atpažinti laivus naudojant tiek SAR, tiek automatinės identifikavimo sistemos (AIS) signalus. Komandos atstovas, FTMC Mikrobangų laboratorijos vyresnysis laborantas M. Krejaras paaiškina išsamiau:
„Visi laivai privalo siųsti AIS signalus, kurie leidžia nustatyti jų buvimo vietą ir tapatybę. Tačiau kai kurie laivai šiuos signalus išjungia (arba kas nors juos užblokuoja „iš šalies“), todėl jų nebegalima stebėti įprastomis priemonėmis.
Mūsų idėja – sujungti du informacijos šaltinius. Pirmasis yra SAR palydovų duomenys, leidžiantys matyti objektus jūroje nepriklausomai nuo to, ar jie siunčia AIS signalą. Tokioje nuotraukoje jūros paviršius dažniausiai atrodo tamsus, o laivai išsiskiria kaip ryškūs taškai. Antrasis šaltinis yra AIS duomenų bazė, kurioje registruojami signalus siunčiantys laivai.
Sugretinus šiuos du duomenų rinkinius tampa aišku, kurie radarų užfiksuoti laivai siunčia AIS signalus, o kurie ne. Tie, kurie siunčia signalus, gali būti naudojami sukurto atpažinimo modelio mokymui ir rezultatų tikslinimui. Tuo tarpu objektai, kurie matomi radarų duomenyse, bet nėra AIS sistemoje, iš karto tampa verti papildomo dėmesio. Tai gali būti šešėlinio laivyno, kariniai arba tiesiog dėl įvairių priežasčių signalus išjungę (arba nuo GPS signalų blokavimo nukentėję) laivai.“
Komandos sukurtas modelis tokiems objektams pateikdavo preliminarią informaciją: galimą laivo tipą, dydį ir koordinates nuotraukos padarymo metu. Mantas pastebi, kad SAR nuotraukos nėra detalios: vienas pikselis gali atitikti maždaug 15 metrų, todėl jose nematyti smulkių detalių. Tačiau jų visiškai pakanka nustatyti, ar tam tikroje vietoje yra laivas ir kokios jis maždaug kategorijos.
Pristatydami savo idėją, FTMC atstovai pasirinko Baltijos jūros teritoriją ties Švedijos pakrante. Sistemoje žalia spalva buvo pažymėti laivai, kurių AIS signalai sutapo su radarų duomenimis, o raudona spalva buvo išskirti objektai, kurie buvo matomi palydovų nuotraukose, tačiau AIS signalų nesiuntė. Ant tokio objekto paspaudęs operatorius galėjo gauti komandos modelio sugeneruotą preliminarią informaciją.
(„RADIS“: dr. Audrius Drabavičius, dokt. Justina Žemgulytė ir dr. Paulius Ragulis. Vidmanto Činausko / Lietuvos šaulių sąjungos nuotr.)
Technologija, kurią jau įvertino Karinės jūrų pajėgos
Šiame iššūkyje dalyvavo ir kita FTMC komanda – „RADIS“: dr. Paulius Ragulis, dokt. Justina Žemgulytė ir dr. Audrius Drabavičius. RADIS – tai jau anksčiau FTMC Mikrobangų laboratorijoje sukurta laivų radarų signalus aptinkanti sistema, skirta spręsti tą pačią AIS signalus klastojančių ar slopinančių laivų problemą.
Tik sprendimo būdas čia kitoks: RADIS sistema „gaudo“ radarų skleidžiamus signalus; visi laivai, net šešėliniai, turi radarus, kurie būtini dėl saugumo – o jie skleidžia spinduliuotę mikrobangų dažnių ruože ir palieka vadinamąjį elektromagnetinį pėdsaką. FTMC sukurta sistema šiuos pėdsakus pasyviai aptinka ir šią spinduliuotę „surenka“: pagavus radaro signalą, panaudojamas apmokytas dirbtinis intelektas, ir tuomet kompiuterio ekrane parodomas laivo pavadinimas ir šios informacijos patikimumo tikimybė. O jeigu gaunamas nežinomo laivo signalas, suveikia planas B: sukurtoji sistema pateikia ir signalo parametrinį vaizdą, diagramą – tad operatorius gali nustatyti, iš kokio tipo radaro šie duomenys gali sklisti.
Taigi, net jei priešas siųstų melagingą AIS žinutę, sistema padeda pamatyti, kad tai visai kitas laivas. Tuo galėjo įsitikinti ir Lietuvos karinės jūrų pajėgos: Baltijos jūroje ši sistema buvo sėkmingai išbandyta viename iš karinių laivų.
Komanda „RADIS“ iššūkyje nusileido „SARdinėms“, tačiau vis tiek buvo įvertinti: jie vertinimo komisijos sprendimu užėmė 3-iąją vietą bendroje 43-ių hakatone dalyvavusių komandų įskaitoje.
„Į renginį RADIS buvome atsivežę pirmąją hakatono dieną, kai kartu vyko ir technologijų paroda. Lankytojai galėjo pamatyti sistemą gyvai. Vėliau, savaitgalį, jos veikimą demonstravome nuotraukomis ir pristatymais“, – sako dr. P. Ragulis.
Abiejų šiame iššūkyje dalyvavusių komandų narių daugumą sudaro FTMC Mikrobangų laboratorijos, kuriai vadovauja Paulius, atstovai. Mokslininkas džiaugiasi savo kolegų išradingumu ir sėkme:
„Manau, vienas svarbiausių veiksnių yra tai, kad pastaraisiais metais prie laboratorijos prisijungė daug talentingų jaunų žmonių. Jie į komandą atnešė naujų idėjų, energijos ir motyvacijos. Turime jaunų tyrėjų, kurie dirba labai profesionaliai, greitai ir kūrybiškai, todėl daugelį užduočių galime įgyvendinti gerokai efektyviau nei anksčiau.
Galų gale būtent stipri komanda ir žmonės, gebantys greitai mokytis bei bendradarbiauti, leidžia sėkmingai įgyvendinti tokius projektus ir pasiekti gerų rezultatų tiek moksle, tiek technologijų srityje.“
Parengė Simonas Bendžius