Jak wykryć start rakiet? Nowy pomysł Niemiec

Berlin stara się sprawdzić możliwość wykorzystania tego systemu (International Monitoring System, IMS) na mocy Traktatu o całkowitym zakazie prób jądrowych (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty, CTBT) do śledzenia wystrzeleń rakiet za granicą. Międzynarodowy system monitorowania to globalna sieć czujników przeznaczonych do wykrywania i rejestracji zdarzeń wskazujących na możliwość wybuchu jądrowego. System obejmuje 321 stacji monitorowania sejsmicznego, infradźwiękowego, hydroakustycznego i radionuklidów, 16 laboratoriów radionuklidów oraz Międzynarodowe Centrum Danych (zlokalizowane w Wiedniu, Austria).

Główne prace badawcze skupiają się na ocenie prawdopodobieństwa wykrycia wystrzelenia rakiety w zależności od względnego położenia stanowisk startowych i czujników IMS, a także na opracowaniu algorytmów identyfikacji typów pojazdów nośnych (Launch Vehicle, LV) w oparciu o charakterystyczne sygnatury oscylacji infradźwiękowych.

Jako dane wyjściowe w badaniu wykorzystuje się jawne informacje o wystrzeleniu rakiet (czas i miejsce wystrzelenia, rodzaj rakiety nośnej). Do pomiaru ich parametrów przeznaczone jest 60 stacji infradźwiękowych (infrasound station, IS) IMS, wyposażonych w mikrobarometry, wzmacniacze sygnału, przetworniki analogowo-cyfrowe, zasilacze, napędy zbierające dane, odbiorniki sygnałów, stacje łączności satelitarnej i przestrzenne filtry infradźwięków. Określony sprzęt jest w stanie rejestrować oscylacje o niskiej częstotliwości występujące podczas lotu rakiet nośnych w zakresie 0,02–20 Hz.

Charakterystyka tych sygnałów akustycznych jest przesyłana w czasie rzeczywistym za pośrednictwem satelity i bezpiecznych linii komunikacji światłowodowej do Międzynarodowego Centrum Danych. W wyniku analizy danych IMS z lat 2009–2020 stacje infradźwiękowe zidentyfikowały 733 rakiety nośne z 1000 wyniesionych z 25 portów kosmicznych i dwóch platform morskich. Jednocześnie 267 z nich (głównie w Azji Środkowej i Południowo-Wschodniej) nie zostało zarejestrowanych ze względu na specyfikę lokalizacji kompleksów startowych i trajektorię lotu rakiety nośnej względem czujników IMS, a także pod wpływem panującej wówczas sytuacji meteorologicznej. Tym samym, gdy czujnik znajdował się w odległości ponad 4000 km od miejsca startu, rejestrowano jedynie starty 45%. Największe prawdopodobieństwo ich wykrycia (73%) zapewniają stacje zlokalizowane w odległości do 2000 do 3000 km od miejsca startu. Jeśli rakieta nośna znajdzie się w zasięgu kilku IS, liczba ta wzrasta do 90%.

W szczególności starty z kosmodromu Bajkonur rejestruje pięć stacji (w tym trzy w Kazachstanie, Chinach, Mongolii), z Plesiecka – cztery (dwa w Danii i Norwegii). Z kolei poligony rakietowe USA (Wschód i Zachód), Iranu (Semnan), Korei Północnej (poligon rakietowy Tongchandong), Chin (Wuzhai – dystrykt Xinzhou, prowincja Shanxi) i Japonii (wyspa Tanegashima) są w zasięgu tylko czterech stacji IMS, w tym należących do segmentu rosyjskiego.

Umożliwia to śledzenie wystrzeleń rakiet za pomocą środków kontroli technicznej rozmieszczonych na terytorium państw sąsiednich. Jednocześnie niemieccy eksperci ujawnili, że sezonowe zmiany róży wiatrów w rejonie, w którym zlokalizowane są czujniki infradźwięków, mają istotny wpływ na odbiór sygnałów akustycznych. W okresie od października do kwietnia stacje zlokalizowane w Azji Środkowej i Południowo-Wschodniej wykrywają wahania o wartości ponad 90 % spowodowane wystrzeleniem rakiet. Z kolei od czerwca do sierpnia wartość ta spada do 30% na skutek intensywnego ruchu mas powietrza, wpływającego na pracę urządzeń przeciwhałasowych obiektów IMS oraz na warstwową strukturę atmosfery.

Na skuteczność działania mikrobarometrów wydajność zależy także od poziomu hałasu przemysłowego na obszarze IS. Do izolacji sygnałów użytecznych najkorzystniejsza jest pora nocna (w dzień średni współczynnik rejestracji wynosi tylko około 30%).

Na podstawie danych uzyskanych podczas badania opracowano w Niemczech specjalne oprogramowanie z elementami sztucznej inteligencji- automatycznie, w czasie rzeczywistym, identyfikuje ono drgania infradźwiękowe powstałe w wyniku wystrzelenia rakiety, oblicza czas i miejsce jej wystrzelenia (z dokładnością do kilku dziesiątych stopnia), a także określa liczbę etapów jej lotu.

Dodatkowo program wykorzystuje utworzoną bazę danych przebiegów drgań infradźwiękowych powstających podczas startów rakiet do identyfikacji typów pojazdów nośnych (na podstawie zależności amplitudy sygnału akustycznego od energii ciągu silnika rakietowego).

Według niemieckich ekspertów, globalna sieć stacji infradźwiękowych IMS może po odpowiednim dostosowaniu stać się skutecznym narzędziem śledzenia wystrzelonych rakiet. Miała by ona szczególne znaczenie dla krajów, które nie posiadają własnych systemów do wykrywania i kontroli lotu odpalanych rakiet balistycznych.