Gegenwart und Zukunft der Drohnenkriegsführung 21.05.2024

Aus der Entfernung gesteuert sind die Systeme durchhaltefähiger, nicht an menschliche Grenzen gebunden, sie schützen das eigene Personal. Der Durchbruch im Einsatz von Drohnen liegt vor allem in der einfachen Verfügbarkeit, z.B. aus dem Fachhandel oder Baumarkt, und der leichten Handhabung begründet. Die Erkenntnis, dass jetzt fast jeder Drohnen im Feld steuern kann und dass man kein großes Lagezentrum braucht, um seine eigene Miniluftwaffe, Marine oder ferngesteuerte landgestützte Systeme einzusetzen, ermöglicht ganz neue und #innovative Taktiken auf dem Gefechtsfeld. Dieser Fachartikel beleuchtet die wichtigsten technischen Aspekte der Drohnenkriegsführung.

Produktion

Ein wichtiger Punkt bei der Produktion von Waffensystemen in Großserie ist die Überwindung des bisherigen Manufakturbetriebs durch neue Produktionsmittel. Vor allem Kleindrohnen sind ein Verbrauchsgut, das massiv eingesetzt wird. Zehntausende von Drohnen werden allein von der Ukraine im Monat verbraucht. Russland und die Ukraine produzierten Ende 2023 wohl etwa 50.000 Stück pro Monat und nutzten sie hauptsächlich, um damit Panzer anzugreifen. Für eine Massenproduktion sind vor allem einfache und effiziente Produktionsverfahren, z.B. 3D-Druck, ein geringer Materialverbrauch (Drohnengehäuse komplett aus Sprengstoff!) und die Kontrolle über die Elektronikbauteilproduktion notwendig, was in einer globalisierten, spezialisierten, arbeitsteilig organisierten Produktion etwas utopisch klingt. Allerdings werden wir auch hier massive Decoupling-Tendenzen feststellen können. Ansätze wie die Mobile Factory von Rheinmetall, mit der man sogar in Einsatzgebieten schnell Ersatzteile produzieren kann, werden wir künftig noch verstärkt sehen, da dies vor allem die Logistik entlastet.

Antrieb

Die Miniaturisierung von Bauelementen wird die Leistungsfähigkeit von Drohnen weiter steigern. So sind die neuesten Shahed–Drohnen aus iranischer Produktion schon mit Jettriebwerken ausgestattet. Da Elektromotoren für den einmaligen Antrieb von (Baumarkt-)Quadkoptern bis an die „Schmerzgrenze“ getunt werden und Fortschritte in der Batterietechnologie längere Betriebszeiten ermöglichen, nehmen Reichweite und Durchhaltefähigkeit zu. Drohnen und Drohnenschwärme in Insektengröße sind ebenfalls nicht mehr weit von der effektiven Einsatzbereitschaft entfernt.

Bewaffnung

Drohnen können als Waffenträger sämtlicher Waffensysteme verwendet werden, die es in ihrer Größenklasse auf dem Markt gibt. Schon 2017 konnte man Kettensägen oder Flammenwerfer bei Drohnen privater Bastler entdecken. Die Ukraine setzt Kamikaze-Drohnen mit einem Sprengsatz ein. Wenn entsprechende Systeme modular an professionelle Trägerplattform angeschlossen werden, kann der Gegner massiv geschädigt werden. Modularität sowie eine gute Schnittstellendefinition und die Nutzung von technischen Standards werden die Entwicklung weiter vorantreiben.

Steuerung

Bei der Steuerung ist es notwendig, die einfacheHandhabbarkeit zu berücksichtigen. Auch hochkomplexe Systeme müssen einfach zu bedienen sein, aber dennoch vielfältige Möglichkeiten bieten, wenn man mit wenig Personal oder ohne einen koordinierenden Gefechtsstand auskommen möchte. Oft werden hier Elemente der Gamification zur Verbesserung der Steuerungsmöglichkeiten genutzt. Das beste Beispiel stellen aktuell FPV-Drohnen dar, die mit Videobrille gesteuert werden. First Person View (frei übersetzt: Sicht aus der Ich-Perspektive) bezeichnet eine Variante des RC-Modellbaus, bei der das Modell mittels Kameratechnik aus der Perspektive des ferngesteuerten Modells wie aus der Sicht eines Fahrers / Piloten gesteuert wird.

Sensorik

Sowohl für die Steuerung als auch für Aufklärung ist es notwendig, dass unbemannte Systeme die Umgebung optimal erfassen können. Dabei muss man das ganze Frequenzspektrum und weitere technische Möglichkeiten berücksichtigen. Künftig werden neben optischen und elektromagnetischen Sensoren immer mehr zusätzliche Sensoren integriert, um damit ein immer genaueres Bild der Umgebung zu erhalten: Infrarot, Lidar, Radar, akustische Sensoren passiver und aktiver Art. Die #Innovation liegt neben der Miniaturisierung der DV-Systeme in der Verknüpfung und Aufbereitung der Multi-Sensor Daten. Durch verschiedene unterschiedliche Sensoren können Ausfälle von einzelnen Sensoren kompensiert werden und das System bleibt weiterhin einsatzbereit. Ideal für Kampfdrohnen ist ein autonomer, von der gegnerischen EloKa nicht störbarer Endanflug, auf Zielfotos und KI basierend und trägheitsnavigiert.

Multi-Sensor Datenverarbeitung

Schnelle und automatisierte Datenverarbeitung, Auswertung und Analyse der umfangreichen gesammelten Sensordaten sind sowohl entscheidend für die Steuerung als auch für das Lagebild für die vernetzte Gefechtsführung. Das kann nur mittels Anwendungen der künstlichen Intelligenz erfolgen. Nur so können die riesigen Datenmengen, die gleichzeitig hochqualitativ sein müssen, aufbereitet und verarbeitet werden. Das System lernt mithilfe der Datengrundlage; dabei werden statistische Verfahren und beispielsweise neuronale Netze in Kombination mit Entscheidungsbaumstrukturen eingesetzt, und so Entscheidungen des Systems immer wieder optimiert – das System lernt, mit seiner Umgebung zu interagieren.

Ziel ist, verstärkt die Möglichkeiten von selbstständig handelnden Systemen zu nutzen. Zum einen, damit man auch mit geringerer Personalanzahl maximale Wirkung entfalten kann, zum anderen können Aufgaben womöglich von einer KI effektiver erledigt werden. So kann es zukünftig ausreichen, dass ein Schwarm von einem Operator nur grob gesteuert wird, die Endphase – Zielanflug und Bekämpfung - wird autonom gestaltet. Gleichzeitig ist auch der Ausgleich der Hauptschwachstelle des Systems notwendig: der Kommunikationsverbindung, die den Hauptangriffsvektor der gegnerischen EloKa darstellt. Falls der Kontakt zwischen Drohnenpilot und Drohne abbricht, was z.B. Beispiel durch Jamming der Frequenzen leicht passiert, kann die Drohne immer noch einsatzbereit gehalten werden, ihre Aufgabe selbständig erfüllen und dann auch wieder in einen sicheren Bereich zurückkehren. Dazu ist es notwendig, dass die Drohne selbstständige Entscheidungen treffen kann. Gleichzeitig möchte man bei tödlichen Entscheidungen immer einen Menschen „in the Loop“ halten. Vorgegebene Zielsetzungen erreichen zu können, aber sich selbst einen Weg zur Zielerreichung zu suchen, das wird künftig immer besser für eine Drohne umsetzbar werden. So agiert die russische Lancet-Drohne (eigentlich eine Loitering Ammuniton), wenn ihr das Ziel zugewiesen wurde, weitgehend selbstständig in der Umsetzung des Auftrags. Ein weiterer Bereich, der für militärische Drohnenanwendungen immer wichtiger wird, ist die Simulation von Schwarmverhalten. Dabei interagieren einzelne Drohnen innerhalb eines Schwarms selbstständig miteinander. Sie nehmen sich über ihre Sensorik wahr und stimmen sich gegenseitig aufeinander ab. Eine Möglichkeit, dieses Verhalten zu erzeugen, sind z.B. Agentensysteme. Schwärme haben den großen Vorteil, die Flugabwehr des Gegners zu sättigen. Was hier bereits möglich ist, zeigte vor kurzem das Wehrwissenschaftliche Institut für Werk- und Betriebsstoffe (WIWeB) der Bw. Am „Technologietag Kleine Unbemannte Systeme“ wurde demonstriert, was bereits technisch vorhanden und Gegenstand der Forschung ist. Es wurden ein gutes Dutzend verschiedener Systeme von unterschiedlichen Herstellern am Boden und in der Luft vorgeführt. Dazu gab es im Vorfeld bereits einen kleinen Hackathon, der alle Systeme einheitlich an ein UxV Management angebunden hatte. Ziel sind offene Schittstellen, die auch Software Defined Defense über aktualisierbare Softwaremodule ermöglichen. So soll der Aufwand für Entwicklungen zukünftig reduziert werden und es auch kleinen Firmen möglich sein, Lösungen für die Bw anzubieten. Eines der vielen Highlights war eine Vorführung von Drohnen aus der Forschung, die als Schwarm über eine zentrale KI mit Sprachsteuerung Aufträge erfüllt haben. Das war vor wenigen Jahren noch pure Science Fiction. Nun geht es darum, dass in den nächsten Wochen Experten im engen Schulterschluss mit Soldaten auf Truppenübungsplätzen untersuchen, was den Wissenschaftlern und Firmen als Feedback über die Nutzbarkeit gegeben werden kann, weitere Anwendungen zu identifizieren, den militärischen Umgang mit den neuen Möglichkeiten zu erlernen und sich damit auf die sehr realen Bedrohungen vorzubereiten. Künftig können wir uns also auf Schwarmverhalten und Flugmanöver von Drohnen wie bei Elite- Kampfpiloten einstellen, und das auch in bewaldetem Gebiet. Auch bisher schwer zu realisierende bodengestützte Systeme mit im unübersichtlichen urbanen Gelände einsetzbaren Drohnen werden wir sehen.

Kommunikation

Will man unbemannte Systeme aus der Entfernung steuern und doch „in the Loop“ sein, um beim Treffen von letalen Entscheidungen oder bei der Gewinnung von Aufklärungsdaten zur Übermittlung an den Gefechtsstand einzugreifen, ist es notwendig, die Datenverbindung zum System aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig bildet diese aber die Angriffsmöglichkeit für den Einsatz der gegnerischen EloKa. Vor allem die sehr leistungsfähigen, eigentlich für den privaten Gebrauch produzierten, aber militärisch umgewidmeten Drohnentypen sind sehr leicht durch entsprechende EloGM (Jamming) zu bekämpfen. Militärische Technologie ist durch technische Verfahren, die Störungen und Abhören vermeiden, etwas besser aufgestellt, z.B. durch die Verwendung von Richtfunkkommunikation, Frequenzsprungverfahren, Glasfaserkabel. Deshalb sind – wie oben beschrieben – Maßnahmen zur gesteigerten Autonomie notwendig, um die Durchhaltefähigkeit zu garantieren. In diesem Bereich findet wohl der größte und erbittertste Rüstungswettlauf zwischen der Ukraine und Russland statt. Neben der Störung der Frequenzen können aber auch weitere, klassische Cyber Attack-Maßnahmen auf Drohnen einwirken.

B eim Spoofing fälscht der Gegner die Identität des Operators, indem er dessen Kommunikationsprotokolle verwendet. Tampering umfasst die Manipulation von Soft– und Hardware, die in der Drohne verwendet werden. So können beispielsweise in chinesischen Drohnen durch künstlich geschaffene Hardware- und Software-Hintertüren eingebaut sein, die im Gefecht vom Gegner genutzt werden können. Repudiation nutzt die Authentifikation als Angriffsvektor, InformationDisclosure beschreibt das Abfangen von Kommunikationsdaten zwischen Drohne und Operator. Der Klassiker Denial of Service sorgt für eine Überlastung der Verbindung zwischen Drohne und Operator durch so viele Anfragen, dass die Verarbeitungskapazitäten überlastet werden. Elevation of Privilege nutzt natürliche und eingebaute Bugs, um Schritt für Schritt die Kontrolle über die Drohne auszubauen. Neben diesen elektronischen Bekämpfungsmöglichkeiten gibt es natürlich die klassischen.

Kinetische Drohnenabwehrwaffen

Sturmgewehre können eingesetzt werden, um Drohnen bekämpfen zu können. Mit einem Zielassistenzsystem wird der kinetische Abschuss kleinerer Drohnen erleichtert. Das an das Gewehr gekoppelte System lässt den Schützen erst dann einen Schuss abgeben, wenn der errechnete Vorhaltewinkel getroffen wird. Oerlikon Skyranger von Rheinmetall ist gleich ein ganzes System, um Drohnen bekämpfen zu können. Es verfügt über mehrere Komponenten und neben einer eigenen Aufklärung via Radar und Raketenwerfer auch über eine mobile Komponente, bei der unter anderem die KDG-Revolverkanone von Rheinmetall z. B. auf einem Boxer oder Pandur verbaut ist. Mit einer maximalen Schussrate von 1.000 Schuss pro Minute und einem Kaliber von 35 mm feuert Skyranger somit im Vergleich zu raketengestützter Flugabwehr relativ günstig auf Drohnen und andere Ziele in einer Entfernung von bis zu 4.000m. Die KDG-Revolverkanone gilt übrigens als Nachfolger jener 35-mm-Zwillingskanone, die auch auf dem Flugabwehrkanonenpanzer Gepard eingesetzt ist.

Laserabwehrsysteme

Auch Laser können eingesetzt werden, um Drohnen zu bekämpfen. Solche Laserabwehrsysteme wirken auf verschiedene Entfernungen durch eine punktuelle Energie- bzw. Hitzezufuhr – wenn Wetter- und Sichtverhältnisse mitspielen. Sind die Rahmenbedingungen gegeben, stellen Laser eine präzise und effektive Möglichkeit dar, unerwünschte Drohnen abzuwehren. Sind Stärke des Lasers und Verweildauer auf dem Objekt lang genug, kann es auf diese Weise erhitzt, geschmolzen und zerstört werden. Bei den schnellen Bewegungen einer Kleindrohne sind die Anforderungen an die Zielnachführung der Laserkanone jedoch enorm. I.d.R. wird deshalb die Bekämpfung mit Laserstrahlen durch Blendeffekte bei den Drohnen erfolgen. Allerdings lassen sich gegen Laserstrahlen auch Vorkehrungen treffen: An der Außenhülle angebrachte Spiegel lenken einen Großteil der eingebrachten Energie einfach ab. Auf Schiffen wurde die Laserabwehr bereits erfolgreich getestet und mit dem Jupiter von Rheinmetall, DEMCON und MBDA Deutschland befindet sich zurzeit ein System in der Entwicklung, welches auf einem Boxer auch radbeweglich zur Verfügung stünde.

Rammen mit anderen Drohnen

Als weitere Möglichkeit, Drohnen bekämpfen zu können, lassen sich noch Luftverteidigungssysteme wie IRIS-T oder Patriot anführen. Bei großen Drohnen werden diese auch erfolgreich eingesetzt. Allerdings ist der Einsatz dieser Systeme extrem teuer. Günstiger – und trotzdem wetterunabhängig – ist daher der Einsatz von kinetischer Energie durch eine Drohnenabwehr-Drohne. Ein solches System hat unter anderem das US-amerikanische Unternehmen Andruil auf den Markt gebracht. Der senkrecht startende und mit Turbojet-Triebwerken ausgestattete Roadrunner im Raketendesign erreicht hohe Unterschallgeschwindigkeiten und stürzt sich schlicht auf feindliche Drohnen. In ihrer Version als Roadrunner-M ist die Abfangdrohne mit einer zusätzlichen Sprengladung versehen, um ihrem Anliegen mehr „Nachdruck“ zu verleihen.

Fangnetze

Gegen kleine und massenhaft eingesetzte Drohnen ist die kinetische Abwehr im Vergleich viel zu teuer. Wie bei den Gladiatoren im alten Rom kommen deshalb auch Fangnetze zum Einsatz. Es gibt mehrere Wege, mit Fangnetzen auf Drohnenjagd zu gehen. Entweder können die Netze mit speziellen Abschussvorrichtungen vom Boden aus verschossen werden oder aber sie werden an andere Drohnen gehängt, die dann wie mit einem Fischernetz auf „Fangflug“ gehen.

Die Komplexität der vorstehend beschriebenen Aspekte hat die Carl-Cranz-Gesellschaft (#CCG) veranlasst, vorhandene und neu entwickelte Einzelseminare zu den verschiedenen Themen in einem eigenen Seminarkreis zusammen zu fassen. Einen kompakten Einstieg liefert unser brandneues, 2-tägiges Seminar „Drone / UAV Warfare - State of the Art und absehbare Entwicklungen“, Details siehe hier. Eine umfassende detailreiche Übersicht über alle Aspekte des Drohneneinsatzes / der Drohnenabwehr liefert der gesamte Seminarkreis über einen Zeitraum von 8 Monaten. Hier führen die technisch anspruchsvollen Seminare ohne Prüfungen zum Zertifikat „CCG Masterclass Drohne“. Details siehe hier.