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Warum Drohnenabwehr so kompliziert ist

 

Nach den Drohnenangriffen auf Anlagen der saudi-arabischen Ölgesellschaft Saudi Aramco am 14. September fragen viele, wie es denn sein könne, dass Drohnen unbemerkt in den saudi-arabischen Luftraum eindringen konnten. Und wenn diese Tat nicht verhindert werden konnte, drohen dann ähnliche Anschläge anderswo auf der Welt? Gibt es Abwehrmöglichkeiten? Mena-Watch sprach darüber mit dem Drohnenexperten Igor Tchouchenkov, Leiter der Forschungsgruppe „Verteilte Systeme“ am Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung.

Warum Drohnenabwehr so kompliziert ist
Angriffsdrohne (Quelle: Tasnim News Agency, CC BY 4.0)

Stefan Frank (SF): Herr Tchouchenkov, warum ist es so schwer, Drohnen zu orten?

Igor Tchouchenkov (IT) Prinzipiell geht es bei der Frage um verschiedene Größen von Drohnen. Kleinere Drohnen können aus einer Entfernung von über tausend Kilometern nicht eingesetzt werden. Sie können nur auf kurze Distanz verwendet werden und würden auch keine entsprechenden Wirkmittel tragen können. Größere Drohnen haben eine entsprechende Reichweite und können Wirkmittel tragen, sind aber auch leichter detektierbar.

Kleine Drohnen sind für herkömmliche militärische Radarsysteme kaum zu detektieren. Denn Radare zur Luftraumbeobachtung wurden entwickelt, um zwei andere Arten von Zielen zu orten: Zum einen große Ziele wie Flugzeuge und Hubschrauber und zum anderen relativ kleine Ziele wie Geschosse, die sich sehr schnell bewegen, zu großen Teilen aus Metall bestehen und in kurzer Distanz detektiert werden sollten. Kleine Drohnen hingegen bestehen hauptsächlich aus Kunststoff, Kohlenstofffaser und ähnlichem, dazu ein wenig Elektronik und kaum Metall. Darum sind herkömmliche Radarsysteme, die darauf ausgelegt sind, Metall oder größere Objekte zu orten, für diesen Zweck kaum geeignet.

Hinzukommt, dass alle Objekte schwer zu detektieren sind, wenn sie sehr tief fliegen. Man kann tief fliegende Drohnen z.B. mit Hilfe von Videobrillen sehr präzise steuern – vielleicht haben Sie selbst schon mal Kunstflugturniere gesehen, wo die Piloten unglaubliche Kunststücke vorführen. Man kann Drohnen so tief fliegen lassen, dass sie vom Boden aus erst aus einer Entfernung von wenigen hundert Metern geortet werden können. Aus der Luft oder aus dem Weltraum ist eine Detektion von kleinen Drohnen aufgrund der Sensorauflösung und der örtlichen sowie zeitlichen Abdeckung kaum möglich.

SF: Wenn eine Drohne entdeckt wird, ist es also meist schon zu spät.

IT: Ja, ein großes Flugobjekt kann man aus vielen Kilometern Entfernung orten, so dass einer Flugabwehr Zeit zur Reaktion bleibt. Doch wenn eine Drohne, sagen wir:100 km/h fliegt – und das wäre dann nicht einmal eine sehr schnelle Drohne –, dann bleiben nur Sekunden, um zu reagieren. Wenn der Angreifer die Angriffszeit und die Route schlau wählt, kann nur eine hoch automatisierte Abwehr erfolgen.

SF: Welche technischen Mittel stehen denn überhaupt zur Verfügung, um solche Angriffe abzuwehren?

IT: Es gibt einige Systeme, die auch militärisch einsetzbar sind. Diese sind aber sehr teuer und nicht für alle Drohnentypen und Einsatzformen der Drohnen – z.B. Schwärme oder Drohnen mit integrierten Gegenmaßnahmen – geeignet. Es gibt auch ein anderes Problem: Wenn ein Objekt detektiert wird, das eine Abmessung von mehreren Metern hat, wie etwa ein Hubschrauber, kann man sich sicher sein, dass es kein Vogel o. Ä. ist. Hat das Objekt aber nur eine Abmessung von 50 cm, dann ist es nicht einfach, zu bestimmen, ob es ein Vogel ist, eine Drohne oder vielleicht ein Stück Zeitungspapier. Ein System, das alles detektieren soll, was in der Umgebung fliegt, kann also eine Unmenge von falschen Alarmen produzieren.

Ein weiteres Problem: Wie oben erklärt, bleibt oft nur eine Reaktionszeit von wenigen Sekunden. Der Mensch muss innerhalb weniger Sekunden entscheiden, was zu tun ist unter Abwägen möglicher Konsequenzen – was nicht einfach ist. Mögliche Gegenmaßnahmen hängen von der vorliegenden Situation ab.

SF: Das heißt, dass Großveranstaltungen mit Hunderttausenden von Besuchern von Polizei und Armee gar nicht gegen Drohnenangriffe geschützt werden können?

IT: Polizei und Militär können schon einiges unternehmen. Die Frage ist aber, ob die materielle und personelle Ausstattung der Sicherheitskräfte bei Großveranstaltungen zur Abwehr von kleinen Drohnen ausreichend ist.

SF: Wie kann man eine als feindlich erkannte Drohne denn überhaupt im zivilen Bereich bekämpfen und welche Probleme gibt es dabei?

IT: Natürlich kann man eine Drohne abschießen. Das ist nicht einfach, aber es geht. Wenn die Drohne aber biologische oder chemische Stoffe trägt, dann können sich diese trotzdem verteilen. Und wenn man schießt, dann gehen einige Geschosse daneben, die Schaden anrichten können. Und unter der abgeschossenen Drohne können sich Menschen befinden. Weil einige Rotoren der Drohne nach dem Treffer sich noch drehen können, ist es nicht vorherzusehen, wo genau sie niedergehen wird und welche Schäden dabei entstehen.

SF: Was ist mit Lasern?

IT: Ein Laser, die man für solche Zwecke verwenden würde, wäre etwa 10 Kilowatt stark oder noch mehr; der könnte auch ein Passagierflugzeug selbst in großer Entfernung beschädigen.

Man verwendet in Drohnenabwehrsystemen zwar nicht einen Laser, sondern mehrere, von denen jeder vielleicht 0,5 Kilowatt hat, aber auch das ist nicht ungefährlich. Wenn man kein Flugzeug trifft, besteht immer noch die Gefahr, dass der Laser horizontal gerichtet oder gespiegelt wird und dann Personen treffen könnte. Darum sind Laser eher für militärische Einsätze geeignet, insbesondere auf See oder in präparierten Schutzzonen, wo man die Drohne in der Regel gut detektieren kann und nicht viele Hindernisse in der Nähe sind.

Auch beim Lasereinsatz ist die Ladung der Drohne zu beachten. Wenn die Drohne Sprengstoff transportiert, kann dieser durch den Laser ungewollt zur Explosion gebracht werden.

SF: Welche anderen Möglichkeiten kommen in Frage?

IT: Es gibt mehrere Möglichkeiten, z. B. ein elektromagnetischer Puls. Das ist ein gerichtetes sehr starkes elektromagnetisches Feld. So etwas wird von Sicherheitsbehörden manchmal benutzt, um Autos anzuhalten. Diese Systeme führen zum Ausfall von Elektronik. Die Drohne ist dann nicht steuerbar und kann unkontrolliert abstürzen.

Da sie in einem Stück runterkommt, werden etwaig enthaltene chemische oder biologische Stoffe nicht aus der Luft verteilt. Aber wenn sich Personen in der Nähe aufhalten, können diese zu Schaden kommen. Zudem ist elektromagnetische Strahlung nicht so eng gerichtet wie ein Laser. In der Umgebung können Handys und Autoelektronik beschädigt werden, aber auch z.B. Herzschrittmacher. Man kann eine Drohne auch mit einer anderen Drohne abfangen.

SF: Wie mit einem Schmetterlingsnetz?

IT: Ja, so ähnlich. Das funktioniert aber gut, wenn die feindliche Drohne schön gerade fliegt oder in der Luft steht. Dann kann man die Drohne mit einer größeren Drohne leicht einfangen und dorthin transportieren, wo man sie haben möchte. Hat die angreifende Drohne allerdings Sprengstoff, kann der Steuerer sie in der Luft zur Explosion bringen. Und es wird ja nicht immer mit nur einer einzigen Drohne angegriffen, sondern vielleicht in Schwärmen. Die zur Verteidigung eingesetzten Drohnen können so durch „Kamikaze-Drohnen“ außer Gefecht gesetzt werden.

Das größte Problem ist aber logistischer Art: Wie ich anfangs sagte: Wenn eine Drohne mit ein paar Hundert km/h angreift, bleiben nur wenige Sekunden, um zu reagieren. Ehe die Drohne zur Abwehr eines Angriffs überhaupt gestartet werden kann, ist es schon zu spät.

Stellen Sie sich vor, Sie wollten ein großes Volksfest im Stadtgebiet gegen Angriffe von Drohnen sichern – dann müssten sehr viele Drohnen zur Abwehr permanent in der Luft sein. Solche Mittel sind eher für kurzfristige Gefahrensituationen geeignet, etwa wenn ein Politiker eine kurze Rede hält, aber für größere Veranstaltungen ist das nicht praktikabel. Man hat auch versucht, Greifvögel zur Drohnenabwehr zu trainieren.

SF: Dann darf die Drohne aber nicht zu groß sein, oder?

IT: Zum einen das. Die wichtigere Frage ist aber, ob der Vogel im kritischen Moment wie gewünscht agiert. Er hat nicht unbedingt immer ein Territorialverhalten und dazu noch seinen eigenen Kopf. Wenn er an sicherem Ort Fressen sieht und Hunger hat, dann fliegt er meistens gerne dorthin. Und wenn er einmal nach einer Drohne gegriffen und den Rotor an die Krallen bekommen hat, wird er das wahrscheinlich kein zweites Mal machen.

SF: Es soll auch möglich sein, über eine Fernsteuerung die Kontrolle über eine Drohne zu übernehmen.

IT: Wenn es klappt, die Kontrolle über die Drohne zu übernehmen, ist das sicherlich die beste Lösung. Das ist aber nicht so einfach. Bei früheren analog gesteuerten Drohnen konnte man durch eine Fernbedienung mit stärkerer Leistung die Steuerung relativ problemlos übernehmen. Bei digital gesteuerten Drohnen ist das viel schwieriger, insbesondere wenn sie über einen verschlüsselten Kommunikationskanal gesteuert werden.

Es ist prinzipiell möglich, erfordert aber in der Regel ziemlich viel Aufwand und Zeit. Stattdessen kann man einfach die Steuerung jammen (unterdrücken). Das macht das Militär etwa bei Einsätzen in Afghanistan, damit die durch Funk auslösbaren improvisierten Sprengfallen (IED) nicht explodieren. Das kann man auch bei Drohnen machen, aber wie die Drohne sich dann verhält, weiß man nicht. Sie kann entweder zurückfliegen oder aber landen und doch Schaden anrichten.

Man kann auch das GPS-System der Drohne täuschen, aber der Autopilot der Drohne verfügt auch über andere Sensoren. Widersprechen sich die aktuellen und die gespeicherten Sensordaten, ist die Reaktion der Drohne nicht vorhersehbar.

SF: Welche Komplikationen können dabei auftreten?

IT: Man muss bei der Verfälschung des GPS-Signals vorsichtig vorgehen, da auch andere GPS-basierte Systeme falsche Angaben bekommen. Fliegt die Drohne aber videobasiert, nützt das alles nichts. Der Angreifer wird die Drohne dann wahrscheinlich zuerst GPS-gesteuert fliegen lassen und erst am Ende auf videobasierten Flug umschalten. Solche Drohnen gibt es noch nicht zu kaufen, aber für einen Fachmann ist es kein Problem, sie herzustellen – alle Technologien sind vorhanden.

SF: Das klingt sehr beunruhigend. Müssten die Vorschriften der EU zum Einsatz von Drohnen verschärft werden – oder Drohnen vielleicht sogar völlig verboten, weil sie eine zu große Gefahr sind?

IT: Letzteres wird wohl schwierig werden, weil Drohnen ja auch einige Vorteile bringen. Aber Drohnen sollten sich über Signale gegenüber einem Luftraumkontrollsystem ausweisen können, so dass kontrolliert werden kann, wer da am Himmel unterwegs ist. Die Drohne würde dann aus ein paar Kilometer Entfernung auf Anfrage mitteilen, dass sie beispielsweise eine Logistik-Drohne ist und welche Route sie fliegt.

Allerdings könnte jemand, der einen Anschlag plant, eine solche Drohne auch stehlen. Es müsste also zusätzlich verifiziert werden können, dass die Angaben stimmen, etwa mithilfe einer zentralen Datenbank, in die alle Flüge eingetragen werden und die man über ein Netzwerk abfragen kann. Man könnte dann beim Logistikunternehmen automatisch nachfragen: Hat es seine Richtigkeit, dass die Drohne Nummer soundso diese Route fliegt?

Zudem wäre es gut, wenn es einen Standardkanal gäbe, über den man die Drohne notfalls übernehmen könnte. Wie ein Generalsschlüssel. Das hätte natürlich auch Nachteile.

SF: Welche?

IT: Wenn jemand das System hackt, könnte er die Kontrolle über sämtliche Drohnen übernehmen. Das System muss entsprechend gesichert werden, um Missbrauch auszuschließen.

SF: Müsste nicht heutzutage jede Polizeidienststelle ein Radargerät haben, mit dem man Drohnen orten kann?

IT: Zunächst mal muss eine – dezentrale – Luftraumkontrolle für Drohnen eingerichtet werden ggf. auch mit mobilen Komponenten. Diese stünde der Polizei für Auskünfte zur Verfügung. Es ist aus meiner Sicht nicht die Aufgabe der Polizei, eine Luftraumüberwachung durchzuführen. Allerdings sollte die Polizei mit wirksamen Mitteln gegen unerwünschte Drohnen ausgestattet werden. Die Polizei verfügt über diverse Geräte und testet diese, z.B. solche, die ein mit Stahlkugeln beschwertes Netz um die Drohne werfen und diese dann mit Fallschirmen zu Boden bringen.

SF: Bei dem Terroranschlag in Saudi-Arabien mussten die Drohnen womöglich eine große Entfernung zurücklegen. Welche Reichweite haben Drohnen denn eigentlich?

IT: Es gibt verschiedene Typen. Kleine Drohnen aus dem Handel können schon 20 oder 30 Kilometer fliegen, aber die Fernsteuerung reicht gar nicht so weit, darum kann man sie nicht in solcher Entfernung einsetzen.

Baut man aber Drohnen mit Verbrennungsmotor – was kein Problem ist, obwohl es davon auf dem Markt nicht so viele gibt –, dann könnten die mehrere Hundert Kilometer fliegen. Im Januar 2018 gab es einen Drohnenangriff auf eine russische Militärbasis in Syrien, der wohl vom Islamischen Staat verübt wurde. Damals wurden 13 Drohnen mit Verbrennungsmotoren eingesetzt, die etwa 50 bis 60 Kilometer geflogen sind. Ich habe die Fotos der Drohnen im Internet gesehen, das waren sozusagen Einwegdrohnen, die mit Klebeband zusammengeklebt waren.

Aber bei tausend Kilometern kommt es ja nicht nur auf die Drohne an, sondern man benötigt auch die entsprechende Steuerung. Technisch ist auch das möglich. Man muss aber Fachmann sein, um so etwas bauen zu können. Größere militärische Drohnen können über tausende Kilometer eingesetzt und gesteuert werden.

SF: Kann man den nach einem solchen Anschlag anhand von Bauteilen u.ä. Rückschlüsse auf den Täter ziehen?

IT: Viele Bauteile kann man identifizieren; das Problem ist, dass man die meisten dieser Teile anonym im Internet kaufen kann. Da müsste man Glück haben, dass man eine Firma findet, die bestätigt: ‚Wir haben kürzlich 27 Motoren an den und den verkauft.’

Könnte man herausfinden, woher die Drohne gekommen ist, hätte man schon viel gewonnen. Aber im Unterschied zu einer ballistischen Rakete, bei der man ziemlich genau berechnen kann, wo sie abgefeuert wurde, geht das bei einer Drohne nicht. Vielleicht kann man auf Satellitenbildern etwas sehen, wenn ein Satellit gerade das Gebiet beobachtet hat und die Auflösung hoch genug ist. Oder jemand hat die Drohnen gesehen oder gehört.

SF: Nehmen wir an, Saudi-Arabien würde entscheiden, Objekte wie Raffinerien gegen Drohnenangriffe zu sichern und würde dabei auf die von Ihnen genannten möglichen Kollateralschäden keine Rücksicht nehmen müssen. Welche Methode wäre dann die effizienteste?

IT: Wahrscheinlich Laser, weil die Kosten eines Schusses nicht so hoch sind. Eine Drohne, die 500 Euro kostet, mit einer Patriot-Rakete abzuschießen, die mehrere Millionen kostet, ist etwas teuer.

SF: Und mit Lasern könnten die Anlagen effizient geschützt werden?

IT: Grundsätzlich ja, aber man braucht mehrere Systeme und man muss die Drohnen zuerst zuverlässig detektieren und orten können. Dazu braucht man geeignete Sensorik, z. B. Radare. Es gibt spezielle Radarsysteme für die Drohnendetektion – manche stammen von Vogelradaren ab –, die man rund um die Anlagen installieren kann, um dann, sobald etwas fliegt, es mit Laserstrahl abzuschießen. Wenn man die Drohnen aus größerer Entfernung ortet, kann man auch mit anderen Drohnen gegen sie vorgehen.

SF: Was kosten Radargeräte zur Vogeldetektion, mit denen man Drohnen orten kann?

IT: Mindestens einige hunderttausend Euro, das hängt natürlich von der gewünschten räumlichen und zeitlichen Abdeckung sowie weiteren Parametern ab. Diese Radare können auch rotorgetriebene Drohnen von Vögeln unterscheiden, weil sie die Dopplereffekte der drehenden Rotoren erkennen können.

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