Eesti taevas andurite valve all: drooniradar tuvastab, mis meie peade kohal lendab

Hextechi tegevjuht Sten Nurmsalu näitab nende arendatavaid andureid, mis peaksid õhuruumil silma peal hoidma ja tuvastama, mis seal lendab. Foto: Rasmus Rebase

• Seirevõrgustik jälgib juba reaalajas tsiviildroone mitmes Eesti linnas.
• Mikrofonidega droonimüür aitaks juba kaugelt lennuvahendeid kuulda.
• Koostöö ukrainlastega arendab droonituvastuse vastupidavust.

Üleval taevas põriseb miski. On see naabri hobidroon, linnavalitsuse seirerobot või mingi kuritegelik luuraja, kes üritab tagaaedade kohta infot koguda? Kui palju me tegelikult teame sellest, mis meie pea kohal toimub? Eesti idufirma HexTech tahab sellesse selgust tuua ja on seadnud endale ambitsioonika eesmärgi: tuua droonimaailma läbipaistvus uue sensorite võrgustikuga, mis aitaks tuvastada kõike, mis lendab, nii rahu ajal kui sõjaolukorras.

Droonituvastuse sensorvõrgustik juba osaliselt toimib esimeste testjaamadega Tallinnas, Tartus ja veel mõnes suuremas keskuses. See koondab praegu reaalajas tsiviildroone puudutavat infot, kuvades drooni ja piloodi asukoha ning muid olulisi andmeid.

Süsteem peaks andma häire, kui tundmatu droon siseneb määratud huvipakkuvasse piirkonda või keelualasse, kus midagi lennutada ei tohi.

HexTechi plaan on, et droonidega seotud nii-öelda olukorrateadlikkus ehk info, kus midagi lendab, ei peaks olema kättesaadav vaid riigile ja militaarsektorile. Eesmärk on pakkuda infot avalikult, parandades droonikultuuri ja turvatunnet.

Koostööd tehakse ka Ukraina partneritega, et arendada süsteemi, mis suudab tuvastada nii tsiviil- kui ka militaardroone, suurendades süsteemi vastupidavust info moonutamisele ning töötades nii rahu- kui ka sõjaajal.

Nähtamatu muutub nähtavaks: kuidas droone tabada?

Küsimus sellest, kuidas tuvastatakse droone, mis oma andmeid Euroopa Liidu nõuetele vastavalt ei edasta, lahendatakse samuti uue tuvastamissüsteemiga, kus miski ei jää varju.

HexTechi tegevjuht ja asutaja Sten Nurmsalu selgitab, kuidas see käib: tuvastus toimub nimelt mitmel rindel korraga.

«Kõige lihtsam ja esimene kiht on drooni tuvastus nende transponderite edastatud signaali kaudu, kui need on ikka sisse lülitatud,» selgitab Nurmsalu. Sarnaselt näiteks Flightradar24 näidatavate lennukite transponderite süsteemiga on see meetod küll kõige lihtsam, kuid paraku ka võrdlemisi haavatav. Kaardil kuvatakse drooni asukoht, piloodi asukoht, drooni kõrgus, kiirus ja see, kas droon lendab või on maandunud.

Kuid mis saab siis, kui transponder on välja lülitatud?

«Lisaks transponderi protokollidele saab muidugi teha ka raadioeetri monitooringut,» selgitab Nurmsalu. See tähendab, et piloodi juhtimiskäsklused ja drooni videopilt, mis liiguvad üle eetri, on raadio teel tuvastatavad. HexTechi insenerid on selleks teinud tarkvarasüsteemi, mis tarkvaralise raadioga tunneb ära erinevate droonide kindlaid signaale ja tuvastab selliste signaalide tekkimist eetrisse.

«Anname hinnangu, et tegemist on tõenäoliselt näiteks FPV drooniga või DJI drooniga või mingi muu lennuvahendiga,» toob Nurmsalu mõned näited.

Kolmas ja ehk kõige elementaarsem tuvastusmeetod on akustiline.

«Kõige lihtsamalt saab öelda heli põhjal, et kui kuuled drooni, siis on droon läheduses, kui ei kuule, siis ei ole,» kirjeldab Nurmsalu.

See meetod on end eriti hästi tõestanud ka Ukraina rindel, kus Venemaa kasutab igasuguseid mehitamata lennuvahendeid, millel puudub raadioeetri side.

Mikrofone saab kasutada lendava masina asukoha ja suuna määramiseks, triangulatsiooni põhimõttel. Nii paigaldatakse mikrofonid mitmele hoonele ja analüüsitakse siis heli saabumise aega igasse mikrofoni, et määrata drooni suund.

«Näiteks paned ühe mikrofoni Viru keskuse otsa. Teine läheb Rocca al Mare ja kolmas Kristiine keskuse katusele,» toob Nurmsalu näite, «ja siis lihtsalt vaatad, mis kell igasse mikrofoni heli täpselt kohale jõuab. Kui esimesena jõuab Viru keskusesse, teisena Kristiinesse, kolmandana Rocca al Maresse, siis järelikult droon tuleb kuskilt Viru Keskusest ida poolt.»

Nii palju kui vajalik, tehakse ise: see uus andurikomplekt sai ise 3D-printeril välja prinditud veekindla kesta, sest Eesti oludes kipub niiskus isegi alt üles sisse pugema. Foto: Rasmus Rebase

Teine võimalus on kasutada suunamäärajaid, kus mikrofonid on koondatud ühele plaadile ja iga mikrofon on suunatud kuulatama oma sektorit. Seda, mis suunast lennumasin läheneb, saab üsna täpselt teada, kui vaadata, milline mikrofon seda heli kõige valjemini üles võtab.

Linn segab tuvastamist

Akustilise tuvastuse kaugus sõltub otseselt drooni mudelist, kuid mitte ainult. Sten Nurmsalu toob mõned näited: «Elektrimootoriga droonide puhul, kui me räägime siin näiteks tavalistest DJIdest, tuvastab andur neid kuni paarisaja meetri kauguselt.»

Suuremate ja mürarikkamate droonide puhul, nagu Iraani Shahed 136, mida Venemaa palju Ukraina ründamiseks kasutab, ulatub tuvastuskaugus aga kuni nelja kilomeetrini nende valju mootori pärast.

Raadioeetri signaali allika tuvastamine toimub samuti sarnasel põhimõttel, mõõtes signaali saabumise aega.

Linnas on see aga keerulisem, sest müra on palju ja drooni signaal võib hoonete seintelt peegelduda, põhjustades viivitusi. Põllu peal on seevastu tegemist enamasti hea lahendusega.

Euroopa ühine droonikaart

Kuigi Euroopas ei ole teadaolevalt veel kuskil suurt droonikaarti loodud, on see HexTechi üks eesmärkidest.

«Ameerikas on selline süsteem siiski olemas, et katab tõepoolest ka päris suure osa riigist,» lisab Nurmsalu. HexTechi plaan on alustada drooniradari kaardiga Eestist, Lätist, Leedust ja Poolast ning seejärel järk-järgult katvust suurendada kasvõi üle Euroopa.

Ise tehtud, hästi tehtud: kuidas andureid toota?

Andurite arendamisel on kasutatud põhimõtet, et arendatakse seda, mida vaja ning midagi täiesti uut ehitatakse minimaalselt, võttes nii palju kui võimalik olemasolevaid asju. See tähendab valmis elektroonika, näiteks tarkvararaadiote, raadiomoodulite ja Wi-Fi kaartide maksimaalset ärakasutamist. Nurmsalu näitab üht nende seadet, millele on ise 3D-printeriga välja prinditud veekindel korpus ning sees kasutatakse vaid Taiwani ja Euroopa päritolu komponente, Hiina osi ei ole.

See lähenemine aitab hoida tootmiskulud madalamad ja muudab süsteemide ehitamise lihtsamaks ja turvalisemaks. Kuigi riistvaras kasutatakse valmiskomponente, on tarkvara suuresti HexTechi enda loodud.

«Me kasutame küll olemasolevaid open source library ehk vabavaralisi asju, aga ise on kirjutatud kokku 50 000 rida koodi,» ütleb Nurmsalu.

Sellised Hextechi andurid on juba Tallinna taevast valvamas. Esimestel päevadel avastati päris palju rikkumisi. Foto: Rasmus Rebase

Firma plaanib seadmeid peagi paigaldada 200 erinevasse asukohta. Hetkel on Tallinnas, Tartus ja Kesk-Eestis üleval umbes kümme andurit, kuid avalikkusele nende kogutud andmeid kaardil veel ei kuvata. Tulevikus on siiski eesmärk muuta lahendus võimalikult läbipaistvaks ja avalikustada drooniliiklust nii palju kui võimalik.

Droonikultuur vajab arendamist

Sten Nurmsalu sõnul on drooniliikluses paraku rikkumisi tegelikult päris palju. Peamised reeglite vastu eksimised on kõrguspiirangute ületamine ja lendamine keelutsoonides, näiteks lennujaamade läheduses. HexTech soovib aga lahendada probleemi koostöös droonipilootidega, pakkudes andmeid reeglite rikkumiste kohta, kutsudes transpordiameti ning droonioperaatorid ühise laua taha. Eesmärk on selgitada reeglite olulisust ja mõista, miks need on niimoodi paika pandud, sest tihti võib jääda mulje, et riik kehtestab reegleid justkui «kiusu pärast».

Kõik drooniradariga kogutud andmed on täielikult isikustamata, mis tähendab, et ükski droonilend ei ole otseselt seotud ühegi inimesega. Samas on Euroopa Liidu Lennundusohutusameti (EASA) loodud protokoll, mille Euroopa Liit heaks kiitis, ette nähtud just avalikuks jälgimiseks, sealhulgas droonipiloodi asukoha kuvamiseks.

Sõja ja rahu erinevused: mitmekihiline tuvastus on vajalik

Rahuajal alustatakse tsiviilseadmete paigaldamisega ja kui suurem ala on nendega kaetud, lisatakse juurde militaarsensorid, mis võivad olla nii raadiotuvastuse kui akustilise tuvastusega. Paigaldatakse ka partnerite andureid, et tuvastus oleks võimalikult mitmekihiline ja suudaks tuvastada «põhimõtteliselt kõike, mis lendab».

Näiteks üks teine Eesti idufirma, Marduk, teeb optilist tuvastust, mis on küll teistsuguse lähenemisega ja mõeldud pigem konkreetse objekti kaitseks, kuid on kindlasti samamoodi vajalik.

«Kõik sõltub sellest, kuhu me need seirejaamad paneme ja kui tihedalt,» selgitab Nurmsalu. Tiheda võrgustiku puhul on võimalik saada piisavalt varajane hoiatus.

«Droonimüüri»-laadse projektiga riigipiiri mikrofonidega kattes saaks tiibraketi Tallinna suunas lendamisest hoiatuse umbes 20 minutit ette, mis on juba piisavalt vara, et jõuaks reageerida.

Praegu tagavad droonituvastajad rahuaegse selguse, mis kus lendab. Foto: Rasmus Rebase

Ukraina kasutab Nurmsalu sõnul sarnast süsteemi, kus on hinnanguliselt kümme tuhat mikrofoni, mis tuvastavad heli ja on eriti olulised fiiberoptiliste droonide avastamiseks. HexTech teeb ise ka koostööd Ukraina sõjaväega, et arendada oma akustilist lahendust.

Arenduse taga on praegu peamiselt Tallinna Tehnikaülikooli teadlased ja tudengid. Osa neist on just ülikooli lõpetamas.

Pilk tulevikku: viisakam droonikultuur ja parem teadlikkus

Transpordiametiga koostöös on praegu HexTechil käimas küsitlus lennunduse kultuuri parandamise ja mõistmise kohta. Sten Nurmsalu rõhutab selle juures, et mida rohkem vastajaid nad saavad, seda parem, sest kogutud andmete põhjal hakatakse tegema ettepanekuid transpordiametile, kuidas muuta droonilennundus ohutumaks, vaadates üle sellegi, milliseid reegleid äkki üldse vaja polegi.

Tallinna linnavalitsuse hoonetel asuvad testvõrgu andurid on ettevõtte teine koostööprojekt ning need jäävad tõenäoliselt sinna (tavaliselt koolimajade ja linnavalitsuse majade katustele) loodetavasti ka pärast esialgse aastase lepingu lõppu. Nende eesmärk on pakkuda ülevaadet õhus valitsevast olukorrast ka tulevikus ning anda infot droonide kohta transpordiametile, lennujaamale ja julgeolekuasutustele. Samas on palju infot avalik, nii et enam ei pea kobama teadmatuses, kui mingi kahtlane lennumasin taas üle pea lendab.

Põhja-Tallinna taevas on juba luubi all

Märtsis algas Põhja-Tallinnas drooniradari testprojekt: Tallinna linnavalitsus andis HexTech Solutionsi kasutusse 23 linna hoone katusepinda droonituvastuse andurite paigaldamiseks. Tallinna abilinnapea Margot Roose (Eesti 200) kommenteeris, et kuigi Tallinna taevas on muutunud üha aktiivsemaks õhuruumiks, puudub linnavalitsusel ülevaade, mis seal tegelikult toimub. «Täna teame seda, et transpordiameti hinnangul on Eestis 30 000 kuni 40 000 drooni, aga see on ka enam-vähem kõik. Me ei tea, kes, kus ja miks neid lennutab.»

HexTechi katse tulemused olid peale esimesi kuid monitoorimist kõnekad: kümnest järjestikusest lennust kaheksa puhul polnud piloot oma registreerimisnumbrit drooniga sidunud ning neli pilooti olid lennutades seadusega otseses vastuolus. Neist kolmel korral lennutati drooni üle lubatud piirkõrguse, mis ohustas lennuliiklust ning ühel juhul lennutati mehitamata õhusõidukit lausa lennukeelualas.

Projekti eesmärk on testida andurite paigutust linnaosasuuruste alade katmiseks ja leida vastuseid mitmele olulisele küsimusele: kui palju andureid on vaja üldise olukorrateadlikkuse loomiseks, mil määral jääb alles oht, et kuritegelikel mehitamata õhusõidukitel on võimalik «radari alt lennata» ja kuidas seda vähendada ning kas HexTechi seade on võimeline Eesti ilmastikutingimustes tõrgeteta iga ilmaga toimima.

Tuvastamistehnoloogiaks kasutatakse Euroopa Liidu direktiivi nõuet, et iga tsiviilkäibe droon, mis kaalub üle 250 grammi, on kohustatud edastama infot oma lennuandmete (kõrgus, asukoht, kiirus, mudel jne) kohta. Süsteem sisaldab ka füüsikalist mudelit, mis hindab kinni püütud pakettide sisu tõepärasust ja annab teada võltsitud asukoha edastamisest.