De miniaturisering van het robotvliegtuig; Vlieg aan wand

Een spionagevliegtuig moet onder de deur door kunnen kruipen, anders heb je er nog niets aan. Daarom ontwerpen Amerikaanse onderzoekers 'mechanische insecten' die niet schrikken van een dichte deur. Van binnenskamers tot meer dan twintig kilometer hoogte cirkelen straks robotspionnen om de aarde. Op zoek naar de zwakke plekken van de tegenstander in de knowledge-based warfare.

De grote oorlogen van deze eeuw waren gevechten in de superzwaargewichtklasse. In de Tweede Wereldoorlog moesten geallieerde bommenwerpers honderden missies uitvoeren om een enkel doel te vernietigen. De Amerikaanse B-52's hadden tijdens de oorlog in Vietnam nog steeds tientallen missies nodig om hun opdracht uit te voeren. Oorlogen waren uitputtingsslagen.

Tegenwoordig zijn de modernste legers uitgerust met wapens die elk doel kunnen treffen, over een afstand van honderden kilometers, bijna zonder zelf gevaar te lopen. Kruisraketten, afgevuurd vanaf kernonderzeeërs in de Golf, vlogen tijdens de Golfoorlog langs kronkelige banen naar Bagdad en boorden zich daar in een ministerie. Amerikaanse F-111 bommenwerpers zagen 's nachts met hun warmtegevoelige sensoren de ingegraven Iraakse tanks, omdat die de warmte van de dag langer vasthielden dan het omringende zand. De piloten hoefden de kruisdraden van hun vizier alleen maar op de fel oplichtende silhouetten op hun beeldscherm te richten, om de lasergeleide wapens doel te laten treffen. Eén Amerikaanse F-117 had maar één missie nodig om zijn bom door de liftkoker op het dak van het hoofdkwartier van de Iraakse luchtmacht te gooien.

De razendsnel toegenomen accuratesse van sensoren, de nauwkeurigheid van de plaatsbepaling met behulp van satellieten en de snelheid waarmee vereiste gevechtsinlichtingen ter plaatse kunnen komen, zijn de pijlers van de huidige revolution in military affairs. Het murwbeuken van de tegenstander behoort tot het verleden; een paar priemprikken in zijn zenuwstelsel zijn genoeg.

Altijd alles kunnen raken van de tegenpartij, maakt de vraag wat te raken des te relevanter. Informatie over de tegenstander heeft altijd een belangrijke rol gespeeld in de krijgsgeschiedenis. De Chinese krijgsheer Sun Tzu, een van de oudst bekende oorlogstheoretici, merkte tweeëneenhalfduizend jaar geleden op: “De reden dat de verlichte prins en de wijze generaal de vijand kunnen overwinnen [...] is door hun voorkennis.”

Kennis van zwakke plekken, commandocentrales, communicatiemiddelen is essentieel voor het behalen van de overwinning. In de militaire vakliteratuur is de zogeheten knowledge-based-warfare een modewoord geworden. En een belangrijke rol daarin is weggelegd voor robotvliegtuigen of UAV's (unmanned aerial vehicles).

Nederland bestelde twee jaar geleden voor 130 miljoen gulden 34 'Sperwers' bij het Franse concern SAGEM. Deze robotvliegtuigjes met een spanwijdte van vier meter kunnen op tientallen kilometers van de thuisbasis urenlang zelfstandig rondcirkelen. Een geavanceerde automatische piloot en apparatuur die het reliëf in het terrein kan 'volgen', maken dit mogelijk. De draaibare camera onder de romp houdt de omgeving dag en nacht in de gaten en seint beelden daarvan direct door naar een mobiel grondstation. Indien de 'operator' een doel nader wil bekijken, kan hij met een joystick het stuur van de automatische piloot overnemen.

De coördinaten van de bespiede doelen, die de 'Sperwer' met behulp van het satelliet-navigatiesysteem GPS markeert, kunnen onmiddellijk in de vuurleidingscomputer van de eigen artillerie worden ingevoerd. De beschieting kan een fractie van een seconde later beginnen en de 'Sperwer' brieft meteen over of het raak was.

Niet alleen Nederland, niet één zichzelf respecterend leger doet het tegenwoordig nog zonder onbemande verkenningstoestelletjes. En om duidelijke redenen. Doordat er geen piloot aan boord zit - die een cockpit nodig heeft, life-support-apparatuur, schietstoel, bepantsering - heeft een UAV meer ruimte voor brandstof en elektronische apparatuur. Hun actieradius is dus in theorie veel groter dan die van een bemand vliegtuig.

Wanneer een groot bereik niet nodig is, kan worden volstaan met een kleiner vliegtuigje, zoals de 'Sperwer'. De kans dat de radar van de vijand dergelijke vliegmachientjes opmerkt, is navenant kleiner.

Misschien is nog wel de belangrijkste eigenschap van de onbemande toestellen is dat ze relatief goedkoper zijn. Als ze worden neergeschoten hoeven er geen dure en uitgebreide reddingsacties te worden ondernomen, met alle risico's van dien, om de piloot uit handen van de vijand te houden. Als een UAV is neergeschoten, laat je gewoon de volgende opstijgen.

Capriolen

De Amerikaanse fabrikant Teledyne Ryan kreeg in 1948 de opdracht een simpel, onbemand doelvliegtuigje te maken: de Firebee. De Amerikaanse luchtmacht hing er een camera onder en het straalaangedreven toestelletje heeft in de oorlogen er na veel vluchten uitgevoerd boven Noord-Korea en Noord-Vietnam.

De eerste echte robotvliegtuigen, die veel functies konden combineren en deze ook voor een groot deel autonoom konden uitvoeren, staan op naam van Israelische luchtvaarttechnici. In 1982, vlak voor de invasie in Libanon, vlogen Israelische Scout- en Mastiff-robotvliegtuigjes boven de Syrische luchtverdedigingsraketten in de Beka'a-vallei. Met gevoelige elektronische apparatuur registreerden ze de operationele frequenties van de vijandelijke radar- en communicatie-apparatuur en ze stuurden dag en nacht een ononderbroken stroom beelden van de raketopstellingen naar grondstations in Israel. Weinig van de batterijen overleefden dan ook het daarop volgende offensief.

Een jaar eerder zag de Israelische operator van een Scout op zijn beeldscherm hoe zijn toestelletje werd achtervolgd door een Syrische MiG-21. De Israelische 'piloot' liet met behulp van zijn joystick zijn vliegtuigje alle mogelijke capriolen maken om de achtervolger af te schudden. De MiG probeerde onder de bochtjes draaiende UAV te passeren, maar in het volle zicht van de camera boorde hij zich in een heuvel. De UAV landde veilig op zijn Israelische thuisbasis en de operator ontving een onderscheiding voor het neerhalen van een vijandig vliegtuig.

En helemaal bizar: tijdens de Golfoorlog zag een Amerikaanse operator via de camera van zijn neergestorte verkennertje hoe Iraakse soldaten zich aan de robot probeerden over te geven.

Vooral de Amerikaanse defensielaboratoria hebben kosten noch moeite gespaard om een hele familie van robotvliegtuigen te ontwikkelen - veel geavanceerder dan de Israelische vliegtuigjes, die niet veel meer waren dan uit de kluiten gewassen modelvliegtuigjes. De nieuwste UAV's zijn door hun vormgeving stealth-achtig: slecht zichtbaar voor radar en andere vijandelijke detectiemiddelen. Ze hebben veelal een aanzienlijke actieradius en ze zijn toegerust met gevoelige sensoren. Daarnaast beschikken ze over geëncrypteerde satellietcommunicatie, zodat ze hun bevindingen direct kunnen doorseinen.

Grote, bemande elektronische spionage- en surveillancevliegtuigen, zoals de viermotorige Northrop-Grumman JSTARS, die troepenbewegingen en ander militair verkeer in de gaten houdt, zijn maar ten dele geschikt om tot in alle details een volledig overzicht te krijgen. Vliegende robots stellen de commandanten in staat 'in te zoomen' op een locatie die nadere inspectie behoeft. Soms gebeurt dat letterlijk: de JSTARS (dat staat voor Joint Surveillance Target Attack Radar System) vliegt ver buiten het doelgebied en bekijkt met zijn zijwaarts gerichte radarsysteem onder een grote hoek het vijandelijke gebied. Indien dit terrein heuvelachtig is, treden er in het reliëf dode hoeken op, waarachter de tegenstander zijn tanks of zijn mobiele Scud-lanceerwagens zou kunnen verbergen. De JSTARS oefenen daarom regelmatig samen met Predators boven Bosnië: de onbemande Predators vullen de hiaten op in het radarblikveld.

Hetzelfde wordt beproefd in de Amerikaanse woestijn met de Hunter, een wat ouder type UAV, in het kader van het Advanced Warfighting Experiment. Tijdens dit onderzoek werden allerhande technologieën uitgebreid op hun bruikbaarheid voor de knowledge-based warfare getest. “JSTARS is belangrijk voor the big picture”, aldus citeerde het gezaghebbende defensietijdschrift Jane's Defence Weekly de Amerikaanse generaal William Hartzog, commandant van het Training and Doctrine Command. ,.De UAV is belangrijk om bepaalde zaken te verifiëren, om in detail te treden.” UAV's rekent hij tot nieuwe apparatuur die bij de proefnemingen “als grote winnaars uit de bus komen”.

Overigens zijn de JSTARS en deze UAV maar een onderdeel van het informatie verzamelende materieel. Wie een denkbeeldige dwarsdoorsnede maakt van de buitenkant van de aarde, komt tientallen, bemande en onbemande gevoelige sensoren tegen, en de communicatiemiddelen waarmee de opgevangen gegevens worden doorgegeven. Het gaat dan vooral om Amerikaanse waar.

Om een voorbeeld te geven: een lanceerwagen voor Scuds - berucht uit de Golfoorlog, toen Irak deze ongrijpbare raketten op Saoedi-Arabië en Israel afvuurde - die zich over een weg in de woestijn voortbeweegt, kan worden opgemerkt door optische sensoren of gewone televisiecamera's aan boord van UAV's. Maar ook kunnen diverse speciale radarvliegtuigen, zoals de U-2 Dragon Lady, hun specifieke radarecho opmerken. Het radioverkeer en andere emissies van de elektronische apparatuur kunnen worden opgevangen door een hele reeks spionagevliegtuigen. Een lancering van een Scud-raket gaat gepaard met een ongekende warmte-ontwikkeling. Deze hitte blijft niet verborgen voor DSP-waarschuwingssatellieten - Defense Support Program - noch voor de infraroodsensoren op verschillende surveillance-vliegtuigen, zoals de nieuwste versie van het AWACS-radarvliegtuig Sentry, of de RC-135S Cobra Ball.

Doordat deze wapensystemen via draadloze verbindingen naadloos, eigenlijk als één systeem kunnen samenwerken, spreekt men binnen de militaire wereld wel van het system of systems. De Amerikaanse luchtvaartindustrie heeft voor ongeveer elke luchtlaag een onbemand robotvliegtuig ontworpen. De kleine, met een propeller aangedreven Outrider scheert laag over het landschap, de iets grotere, eveneens door propeller voortgestuwde Predator cirkelt iets hoger, de enorme Global Hawk heeft daarboven een actieradius van duizenden kilometers, terwijl de in geheimzinnigheid gehulde DarkStar op tientallen kilometers hoogte zijn baantjes moet gaan trekken. Dit is geen volledige opsomming: er is nóg een hele reeks van andere UAV's.

Het staat wel vast dat Predators nu al de Bosnisch-Servische leiders Radovan Karadzic en Ratko Mladic vanaf vliegvelden in Kroatië en Hongarije in de gaten houden. Ook boven Irak doen UAV's dienst. En dat elders in de wereld onbemande verkenningsvliegtuigen onopgemerkt luchtruimen binnendringen, is geen drieste veronderstelling.

Ook is het vrijwel zeker dat de Amerikaanse wapenlaboratoria nog meer geheime robotvliegtuigen op stapel hebben staan. Bewoners van het zuidwesten van de VS, waar geheime vliegbases en laboratoria zijn te vinden, hebben intussen tientallen vliegtuigen gezien die nergens in de naslagwerken waren terug te vinden. De autoriteiten onthouden zich altijd van ieder commentaar, maar dat betekent niets. In 1969 raakte een experimenteel onbemand spionagevliegtuigje, codenaam: Compass Arrow, uit de koers en daalde aan een parachute op een autoweg neer. “Secret Something Falls to Earth” schreef een lokale krant.

De carrière van het supersone bemande SR-71 Blackbird-spionagevliegtuig suggereert eveneens dat er meer 'zwarte programma's' bestaan, zoals het geheime defensie-onderzoek wordt aangeduid. In 1990 werd het matzwarte toestel van de sterkte afgevoerd, om enkele jaren later weer in dienst te worden genomen. Volgens hardnekkige geruchten had het vliegtuig vervangen moeten worden door het ultrageheime Advanced Airborne Reconnaissance System (AARS) een uiterst snelle, voor radar onzichtbare vliegende robot. Maar door technologische problemen zou de inzet ervan jaren zijn opgeschort. Om de technische hordes toch te kunnen nemen zou het budget zó ver overschreden moeten worden dat de Amerikaanse luchtmacht er uiteindelijk maar vier had kunnen kopen.

Flappende vleugels

De ontwikkeling van de functie van het onbemande vliegtuig volgt nauwgezet die van het bemande vliegtuig. De eerste tweedekker was uitsluitend bedoeld om te kijken waar de artillerie en de loopgraven van de vijand lagen. De tweede tweedekker was ontworpen om de eerste neer te halen. Daarna volgden de bommenwerpers, de onderscheppingsjagers, de patrouillevliegtuigen, en zo meer. Het moment dat UAV's met bommen worden beladen, is een kwestie van tijd. Begin deze maand maakte de Amerikaanse onderneming Lockheed-Martin bekend met British Aerospace samen te werken aan een Uninhabited Combat Air Vehicle (UCAV) en zij zijn niet de enige. In eerste instantie zouden bestaande vliegtuigen kunnen worden omgebouwd tot zo'n 'onbewoond gevechtsvliegtuig'; de technologie hiervoor is voorhanden. Er bestaat al elektronische apparatuur die een kruisraket naar zijn doel brengt. Praktisch het enige verschil ligt erin dat de UCAV nadat deze bommen op het doel heeft gegooid weer naar huis moet kunnen terugvliegen. Lockheed-Martin heeft intussen plannen openbaar gemaakt om een F-16 tot UCAV om te bouwen.

Ook de miniaturisering die elders in de technische wereld zijn intrede heeft gedaan, is niet aan de UAV's voorbij gegaan. Met behulp van zogeheten nanotechnologie zijn minuscule vliegmachientjes te produceren: micro aerial vehicles, of MAV's. Japanse luchtvaartlaboratoria zijn met deze technologie al een heel eind op streek en ook in Europa wordt er veel onderzoek naar gedaan. Het Duitse, in Mainz gevestigde Institut für Mikrotechnik, IMM, heeft een snoezig helikoptertje gemaakt met een romplengte van 24 millimeter. De twee rotorbladen hebben een diameter van nog geen twee centimeter en de aandrijving gebeurt door twee ultrakleine Hochleistungselektromotoren. De machientjes kunnen een toerental van 100.000 omwentelingen per minuut halen. Bij 40.000 toeren stijgt het dingetje op. “De minihelikopter klinkt als een muskiet”, verkondigt het IMM-persbericht.

Het IMM beweert dat de microtechniek toepassingen kan hebben voor chirurgie, natuurkunde, of celbiologie: “Overal waar het nauwkeurig afmeten van kleine hoeveelheden chemicaliën en precisie in het algemeen zijn vereist.” Maar militaire toepassingen voor dit soort curieuze technologie zijn nooit ver weg. Serieuze defensiebladen, zoals Jane's Defence Weekly en Defense News hebben al gewag gemaakt van geheimzinnige militaire testprogramma's voor MAV's van enkele centimeters groot.

Deze pietepeuterige robotjes zouden onder meer diensten kunnen bewijzen bij de bevrijding van gijzelaars in terroristische handen. De robotjes zouden in het interieur kunnen rondvliegen en zich als een vlieg op de muur kunnen posteren. Een miniatuurcamera, een miniatuurmicrofoon en miniatuurcommunicatie-apparatuur zou alles wat zich binnen afspeelt live aan de politie-eenheden kunnen 'doorbrieven'. Het verhaal doet de ronde dat de machientjes zich zouden kunnen vermommen als sprinklerinstallaties, thermometers of andere bij het interieur passende accessoires. Onwaarschijnlijk? “Prototypes die deze technologie kunnen demonstreren, zouden binnen één à twee jaar haalbaar moeten zijn”, stelt, per e-mail, Rob Michelson, chef Battlefield Robotics and Unmanned Systems van het Georgia Institute of Technology. “Dit soort microvliegmachines kan alleen maar binnen vliegen, want buiten zouden ze ten prooi vallen aan wind en regen.” Een micro aerial vehicle moet diverse functies kunnen uitvoeren, aldus Michelson. “Vliegen alléén is niet genoeg, want als zo'n indoor-vliegtuigje een gesloten deur tegenkomt, zou het zijn missie niet meer kunnen uitvoeren. Een MAV moet dus ook kunnen kruipen: precies als een insect.”

Het technische instituut heeft Michelson intussen fondsen verstrekt om zijn ideeën uit te werken tot een prototype: de entomopter. “Zo'n mechanisch insect kan, wanneer-ie een gesloten deur tegenkomt, landen, onder de deur doorkruipen en, achter de deur gekomen, gewoon weer opstijgen.”

Om de vergelijking met een insect door te voeren heeft Michelson - auteur van wetenschappelijke verhandelingen met titels als A reciprocating chemical muscle for Micro Aerial Vehicle 'Entomopter' Flight en The Future of UAV's in NATO - voorgesteld om de 'entomopter' ook flappende vleugels te geven, aangedreven door een kunstmatige spier, precies zoals een hommel of een tor. De problemen hierbij liggen volgens hem nauwelijks in het miniaturiseren van de mechanische 'organen': “De grootste hordes die we moeten nemen zijn energie-opslag en voortdrijving.” Wanneer de metamorfose van prototype naar operationeel exemplaar zal plaatshebben weet Michelson niet. “Maar als slechts tien procent van het geld dat in het verleden is geïnvesteerd in geannuleerde UAV's was gestopt in de technieken die ik voorstel, dan hadden we nu al operationele 'entomopters' rondvliegen.”