ドローン脅威に挑む次世代C-UAS(対無人航空機システム)

-VITA規格対応コネクタから大電流コンタクトまで、進化するC-UAS(対無人航空機システム)を支える、
アンフェノールのインターコネクトソリューションをご紹介-

進化するC-UAS技術と活用領域

進化するC-UAS技術と活用領域

FPVドローン、片道攻撃型ドローン、ドローンスウォームなど、小型・低コストでありながら高い効果を発揮するドローン技術の進化により、C-UAS(対無人航空機システム)プラットフォームには、能力面、インターコネクト面ともに、これまで以上に高度な要件が求められています。

小型・中型の無人航空システム(UAS)は、この10年ほどで飛躍的な進歩を遂げました。かつては限定的な脅威と考えられていましたが、FPV(First Person View:一人称視点)ドローン、片道攻撃型ドローン(一般に自爆ドローンまたはカミカゼドローンと呼ばれる)、ドローンスウォーム技術など、小型・低コストでありながら効果を増し続けるドローンは、軍事、治安、重要インフラの各分野において、恒常的な運用上の課題となっています。

低コストのプラットフォーム、自律飛行モード、連携されたドローンスウォーム戦術によって、従来の防空システムの費用対効果は低下しており、C-UAS(対無人航空機システム)には急速な進化が求められています。今日の対ドローンソリューションには、電磁波が錯綜する環境下において、ほとんど警告のない状況でも標的を探知・識別・無力化する能力が必要です。さらに、機動性や展開性に関する厳しい制約にも対応しなければなりません。

しかし、以前からこのような状況だったわけではありません。C-UASという任務が確立される以前、この種のドローンは一般的な防空上の脅威と見なされ、主に既存の防空能力や電子戦(EW)能力によって対処できると考えられていました。当時、ドローンは、より専門的な対応を必要とする脅威としてまだ認識されていなかったためです。

こうしたシステムが利用できない場合、戦闘員は通常、携帯型C-UASシステム(いわゆるドローンガン)、携行式防空ミサイルシステム(MANPADS)、小火器など、より即応性の高い対抗手段に頼ることになります。しかし、ロシア・ウクライナ戦争をはじめとする近年の紛争、特に開戦初期に繰り返し示されたように、これらの対抗手段は、システム上の制約に加え、1機わずか数千ドル程度の単純な攻撃用ドローンに従来型の防空兵器を投入するという著しいコストの不均衡があるため、必ずしも十分ではありません。ドローン防衛をこうした高価なシステムのみに依存した場合、地対空ミサイル(SAM)などの高度で高価な防空システムは、時間の経過とともに増大する需要に対し、サプライチェーンが追いつかなくなる可能性があります。

多くの点で、ドローン革命は、過去の軍事技術における大きな転換点を彷彿とさせます。19世紀後半に開発されたマキシム機関銃は、戦いのあり方を一変させる技術であり、より小規模な部隊が大規模な部隊と互角に戦い、打ち破ることを可能にしました。また、スコットランドの無線技術者ロバート・ワトソン=ワットが開発し、1938年に運用を開始した英国の「チェーン・ホーム」レーダーネットワークは、世界初の実用レーダーシステムでした。当時のこの画期的な技術は防空を一変させ、空軍が奇襲効果だけに頼れなくなったことで、当時の先進的な長距離航空機から戦術的優位性を奪いました。

歴史的に見ると、軍事分野に革新的な技術が登場するたびに、それに対抗する手段も開発されてきました。電子戦(EW)やステルス技術は、レーダーを組み込んだ防空システムに対抗し、これを無力化するために登場しました。それより数十年前には、マキシム機関銃のような兵器の優位性を克服するため、戦車などの装甲車両が登場し、その後、小部隊による射撃と機動を重視する近代的な歩兵戦術が発展しました。同様にC-UASは、低コストの攻撃用ドローン技術の成熟と普及によって生じた重大な脆弱性への対応を目的としています。

現代のC-UASシステムは、より分散化され、データ処理量と電力密度の高いシステムへと進化しています。センサーフュージョン、エッジ処理、電子戦、指向性エネルギー兵器(DEW)などの技術は、いずれもシステムに大きな負荷をもたらします。高速データ伝送、安定した電力供給、電磁干渉(EMI)への耐性、モジュール式システム設計は、C-UASアーキテクチャの性能、拡張性、ライフサイクルコストを直接左右します。

現在では、現代のC-UASスイートの複雑さを示すように、複数のC-UASシステムや防護ネットワークがすでに運用を開始しているほか、開発・導入が進められています。

移動式C-UAS(対無人航空機システム)

移動式C-UAS(対無人航空機システム)

訓練中の「移動式・低速・小型無人航空機統合撃破システム(M-LIDS)」[米陸軍]

移動式プラットフォームは、C-UAS技術の中でも特に急速に成長している分野の一つです。 敵の妨害・攻撃が想定される作戦地域で機動する部隊や車列には、現代の戦場動向を踏まえると、はるかに大規模で高度な部隊にも甚大な損害を与え得る、低コストの攻撃用ドローンによる大規模なスウォームに直面する可能性があります。ドローンスウォームの脅威にさらされる部隊や装備には、迅速かつ効率的に対処できる能力が不可欠です。

移動式C-UASプラットフォームには、さまざまなシステム形態があります。米陸軍の「移動式・低速・小型無人航空機統合撃破システム(M-LIDS)」は、C-UAS能力が、従来の防空システムや兵士が携行する装備から、車両搭載型の完全統合システムへと進化していることを示す一例です。

M-LIDSは、統合軽戦術車両(JLTV)や耐地雷・伏撃防護車両(MRAP)などの装甲車両に搭載される、複数の探知・対処手段を統合したC-UASシステムです。電子戦(EW)システムに加え、さまざまなセンサー、レーダー、カメラ、兵器を備え、ドローンの脅威を迅速に識別・排除します。このシステムは、米陸軍での運用を目的としています。

M-LIDSのようなシステムは、単一の探知手段や撃破手段だけに依存しません。理想的には、レーダー、電気光学/赤外線センサー、無線周波数(RF)探知、電子的な対処手段、場合によっては物理的な迎撃手段を組み合わせます。これらを移動式の多層防御システムとして統合することで、ドローンが重大な脅威となる前に、効果的に発見・追跡・撃破できるよう設計されています。

M-LIDSのような車両統合型のモジュール式C-UASアーキテクチャでは、システム内部のデータ通信量、電力配電、電磁環境の複雑性が大幅に増大します。特に、サイズ・重量・電力(SWaP)の要件による制約を受ける戦術車両では、これらへの対応が重要になります。

電子戦(EW)対ドローンプラットフォーム

電子戦(EW)対ドローンプラットフォーム

電子戦(EW)は、地対空ミサイル(SAM)や機関砲などによる物理的な迎撃を必要とせず、迅速かつ繰り返し効果を発揮できることから、現在も最も広く導入され、適応性に優れた対ドローン手段の一つです。

ドローンの自律性や周波数アジリティが向上し、オペレーターの介入をほとんど必要とせずに運用できるようになるにつれ、EWシステムも単純な「ドローンジャマー」から、より高度に設計・統合されたプラットフォームへと進化してきました。これらのシステムは、UASの通信、航法、任務遂行を可能にする信号を探知・識別・妨害するよう設計されています。また、多くの環境においてEWは、特に無力化、妨害、ドローンの任務中止を優先する場合に、機体を物理的に破壊するよりも付随的被害を抑えられる対処手段となります。

EW C-UASシステムには、重要インフラを防護する固定サイト型、地上部隊を支援する車両搭載型、防護区域全体に配置する分散型アーキテクチャなど、さまざまな形態があります。形態を問わず、高性能なEWシステムでは、妨害などの対処を行う前に対象信号を分類するため、RFセンシングおよび方向探知機能との組み合わせが進んでいます。

これは重要な変化です。現代のEW C-UASプラットフォームは、広帯域の妨害電波を無差別に送信するのではなく、混雑した電磁環境において、対象をより迅速に識別し、精密に絞り込み、周囲の電磁環境に及ぼす影響を適切に制御することを目指しています。

C-UASの導入が多層型アーキテクチャとマルチセンサーフュージョンへ向かうなか、EWには、レーダー、電気光学/赤外線(EO/IR)センサー、指揮統制ノードとの円滑な統合がますます求められています。この統合により、システム内部のデータ伝送、遅延、信号品質に対する要求が一層高まります。特に、サイズ・重量・電力(SWaP)の制約を受ける移動式プラットフォームや、機器が高密度に配置された固定サイト設備では、その傾向が顕著です。

指向性エネルギー兵器(DEW)によるC-UAS

指向性エネルギー兵器(DEW)によるC-UAS

2022年4月、ホワイトサンズ・ミサイル実験場でドローンを迎撃する高エネルギーレーザー兵器。

指向性エネルギー兵器(DEW)は、C-UAS分野で特に急速に成熟している技術の一つです。DEWは、1回の対処にかかるコストがわずか数ドルで、標的へ迅速に対処できるため、低コストで大量かつ短時間に投入されるドローンの脅威に対する理想的なソリューションです。

迎撃ミサイルやその他の消耗型弾薬に依存するのではなく、DEWシステムは、高エネルギーレーザー(HEL)や高出力マイクロ波(HPM)などによって集中的な電磁エネルギーを照射し、ドローンを無力化します。これらのシステムは、従来型防空システムに伴う継続的な製造・補給負担を大幅に軽減できる可能性があります。

DEW C-UASプラットフォームは、さまざまな形態で配備できます。基地防衛用の固定サイト設備をはじめ、艦載システムや車両搭載システムなどがあります。HELシステムは通常、重要部品に熱損傷を与えることで個々の標的を精密に破壊します。一方、HPMシステムは、より広い範囲または複数の標的に対して電子機器を妨害できます。

DEWがもたらし得る極めて大きな運用上の可能性を踏まえ、現在、複数のシステムが開発・実地試験されています。その一例が、米海軍の「光学妨害・監視機能統合型高エネルギーレーザー(HELIOS)」です。HELIOSは、モジュール式の電源および光ファイバアーキテクチャにより、ファイバレーザー兵器の出力を60~120kW、将来的には最大150kWまで拡張できる能力を備えています。また、米海軍のアーレイ・バーク級駆逐艦に搭載されるイージス戦闘システムとの統合も始まっています。さらに、ドローンだけでなく、小型艇、さらには巡航ミサイルや対艦ミサイルへの対処を目的として、艦隊全体への導入計画も進められています。

サブシステムの観点では、DEWシステムはC-UASエコシステムの中でも特に厳しい統合要件を伴います。高出力の電力生成・調整・配電、出力を維持するための安定した熱管理、標的に対して一貫した効果を与えるための精密なタイミング制御と照準が必要です。

「兵器」自体が注目される場合でも、実際の運用環境におけるシステムの能力を左右するのは、パワーエレクトロニクス、冷却、ビーム制御、安全インターロックなどの支援アーキテクチャです。移動式DEWプラットフォームでは、サイズ・重量・電力(SWaP)の制約、限られた冷却能力、車両の電力容量によって、これらの要件への対応がさらに困難になります。

ドローンから重要インフラを防護

ドローンから重要インフラを防護

ドローンの脅威が高まるにつれ、重要な固定施設に深刻なリスクをもたらし得ることが明らかになっています。軍事施設や飛行場に加え、政府施設、民間空港、エネルギー施設、港湾、大規模な公共施設では、総合的な物理セキュリティ計画の一環として、対ドローン能力の導入検討が進んでいます。

前線での配備とは異なり、こうした施設では、継続的な警戒監視、安定した性能、明確な運用管理が重視されます。また、安全性、法規制への対応、付随的被害のリスクが特に重要となる環境で運用されることも少なくありません。

固定サイト型C-UASシステムにはさまざまな形態がありますが、最も効果的なアーキテクチャは通常、多層構成を採用しています。広域探知にはレーダーやRFセンシングを使用し、識別・追跡には電気光学/赤外線(EO/IR)カメラを用い、それらの情報を制御された対処手段と組み合わせます。多くの場合、この「対処」は、対処効果と対応のエスカレーションを適切に管理するよう設計されており、施設のリスク評価や交戦規定に応じて、電子攻撃、警備部隊との連携、ほかの無力化手段への目標情報の提供などが含まれます。

固定サイト型の配備には、ほかのC-UAS任務では生じない、固有の電磁環境およびネットワーク上の課題もあります。重要インフラの環境は、電気的ノイズが多く、物理的に広大で、すでに多数の通信システムが稼働している場合があります。センサーを屋上、塔、敷地周辺などへ配置し、C-UASソリューションの分散化が進むにつれ、システムアーキテクチャには、施設全体にわたる大量のデータ伝送、同期、電磁両立性への対応が求められます。さらに、既存のセキュリティネットワークや運用センターとの統合により、明確なインターフェース、予測可能な遅延、拡張可能な内部帯域幅の必要性が一層高まります。

以上は、ドローンの脅威がもたらす新たな現実に対応するため、C-UAS技術が進化している用途の一部にすぎません。それぞれの用途には、固有の能力と運用上の課題があります。

C-UASを支えるアンフェノールのインターコネクト製品

C-UASを支えるアンフェノールのインターコネクト製品

アンフェノールは、急速に進化するC-UASプラットフォームのシステムアーキテクチャにおいて高まるインターコネクトの課題に対応するため、信号と電力の双方の要件に合わせてカスタマイズ可能な、幅広いインターコネクトソリューションを提供しています。

WaSPシリーズ

WaSPシリーズ

WaSPシリーズは、量産用途に適し、SWaP-C(サイズ・重量・電力・コスト)を最適化した、UASおよびC-UASシステム向けの超小型ソリューションです。
極めて軽量かつ薄型で、アルミニウムシェルを採用したプラグとレセプタクルの嵌合時の重量はわずか9g強です。WaSPは、動作電圧400V ACに対応し、周囲温度に応じて最大5AのDC電流を流すことができる25 AWGコンタクトを備えています。

WaSPは、IP67の防水・防塵性能、パッシベーション処理を施した場合の48時間の塩水噴霧耐性、-55~+85℃の動作温度範囲など、優れた耐環境性能を備えています。嵌合は、ジャムナットを使用しない1/4回転式のポリマー製ロックリングにより、迅速かつ容易に行えます。

UASおよびC-UAS技術では、低コストかつ短期間で製造可能なシステムアーキテクチャへの移行が急速に進んでいます。一方、過酷な環境で使用されるシステムに求められる堅牢性を確保するには、インターコネクトにも高い信頼性が不可欠です。WaSPは、こうしたニーズに応えるために設計されています。

VITA規格対応コネクタ

アンフェノールのVITA規格対応コネクタは、VITA 46、VITA 46.30、VITA 62、VITA 66、VITA 91をはじめとする幅広いVITAオープン規格に対応し、電磁環境が複雑で急速に進化するC-UASプラットフォームに最適な、基板間接続用インターコネクトです。

VITA製品群は、マルチギガビットのデータ伝送速度(MIL-HD2では最大56Gb/sのPAM4伝送を含む)、1インチ当たり最大140信号の高密度実装に対応します。また、PCIe(Gen 1~5)、Serial RapidIO、Gigabit Ethernetなど、さまざまな高速通信プロトコルと互換性があります。

さらに、堅牢なコンタクトシステム、低嵌合力設計、既存のVITA 46ソリューションとの互換性により、過酷な環境で使用される組み込みシステムに対応できるよう設計されています。これによりC-UASプラットフォームは、システム全体を再設計することなく、演算処理能力の向上、RFモジュールや光モジュールの追加、機能拡張を行うことができます。

光ファイバコネクタ

アンフェノールの光ファイバインターコネクト製品群は、実績あるMIL-DTL-38999シリーズIIIプラットフォームを基盤とし、過酷な環境に求められる堅牢性を維持しながら、C-UASアーキテクチャ全体で信頼性の高い光ファイバデータリンクを実現します。

光ファイバ製品群は、以下をはじめとする幅広い光ファイバ技術に対応しています。

-MIL-PRF-29504 サイズ16コンタクト(シングルモード/マルチモード)
-HD20高密度サイズ20コンタクト
-ARINC801コンタクト
-多心・超高密度接続に対応するMTフェルールソリューション

これらはすべて、D38999シリーズコネクタおよび光/銅ハイブリッド構成で利用できます。

CF38999はD38999シリーズIIIの要件に適合し、耐腐食性材料、耐振動性、優れたEMIシールド性能(10GHzで最低65dB)を備え、過酷な環境に対応するよう設計されています。 さらに高密度な用途では、MTフェルールにより、シェルサイズ11で最大24心、シェルサイズ21で最大96心の光ファイバを収容できます。

EMI/EMPフィルターコネクタ

アンフェノールのEMI/EMPフィルターコネクタは、堅牢なMIL規格コネクタに、ノイズフィルタリング機能と過渡電圧抑制機能を直接組み込んでいます。これにより、コネクタレベルでノイズを除去して、コネクタに接続される精密な回路を保護するとともに、システムのほかの箇所に追加のEMI抑制部品を搭載する必要性を低減できる可能性があります。

EMIフィルター製品群は、MIL-DTL-38999シリーズI、II、III、MIL-DTL-26482、MIL-DTL-5015など、主要なMIL規格に対応しています。ローパスフィルターには、C、L-C、C-L、Pi(π)、T、カスケードPi(π)構成など、幅広いオプションを用意しています。

フィルターにはプレーナコンデンサ技術を採用し、信頼性に優れたコンパクトなフィルタリングを実現します。また、金属酸化物バリスタ(MOV)や過渡電圧抑制(TVS)ダイオードによる過渡電圧保護により、落雷、電磁パルス(EMP)、静電気放電(ESD)、負荷切り替えに伴う危険からシステムを保護します。

これらのEMI統合ソリューションは、受信機の信号品質を維持し、システム間の干渉を防止します。さらに、C-UASアーキテクチャ全体のモジュール性や保守性を損なうことなく、電磁波が高密度に存在し、妨害が想定される電磁環境における安定した動作を支えます。

高速伝送用コネクタおよびコンタクト

アンフェノールの高速伝送用コネクタおよびコンタクトは、同軸、Twinax、Triax、Quadrax、Octonet、Differential Twinaxコンタクトを使用し、システム全体の高速データ伝送アーキテクチャを支えるよう設計されています。これらの製品は、MIL-DTL-38999コネクタに組み込んで提供されます。

アンフェノールの高速製品群は、多様な高速コンタクトと関連技術を取りそろえています。サイズ8のQuadraxおよびDifferential Twinaxコンタクトは、100Ωまたは150Ωにインピーダンス整合された差動ペアを形成し、高速データ伝送に対応します。一方、Octonetコンタクトは、1本のサイズ8コンタクト内に100Ωのインピーダンス整合差動ペアを4組収容し、D38999シリーズIIIコネクタにおいて10ギガビットEthernetへの対応と優れたクロストーク抑制性能を実現します。

RFおよびマイクロ波信号の伝送経路には、サイズ4、8、12、16の同軸コンタクトとインピーダンス整合型製品を用意し、VSWR(電圧定在波比)とシールド性能を適切に制御できるよう設計されています。

これらの製品により、C-UASシステムにおいて、信号品質に優れた伝送、信頼性の高い高速データ経路、拡張性に優れたセンサー・プロセッサ間接続を実現します。

大電流・高電圧コネクタ

アンフェノールの大電流・高電圧コネクタは、最新のC-UASプラットフォームにおける高度な電力配電要件に対応するよう設計されています。

現代のC-UASシステムには、高い電力を必要とするさまざまな機器が搭載されると考えられます。そのため、熱的安定性と機械的信頼性を維持しながら、大電流を伝送できる堅牢なインターコネクトが必要です。

大電流・高電圧ソリューションは、MIL-DTL-5015 High Powerや38999 Tri-Powerコネクタなど、実績あるMIL規格対応製品を基盤としています。また、RADSOK®Temper-Grip、High Current Pin(HCP)コンタクトなどの先進的な電力コンタクト技術を採用しています。

High Power 5015 MatrixシリーズとHigh Power 5015シリーズは、標準の5015コネクタと比較して、それぞれ40%および40~50%高い電流容量を実現します。また、圧着、ねじ式、はんだ、PCB、バスバーなど、用途に応じてコンタクトの結線方法を選択できます。

RADSOK®などの技術は、低い接触抵抗と高い挿抜耐久性を実現します。また、Temper-Gripコンタクトは、200℃(392°F)を超える高温環境でも電流容量を維持します。

本記事は、Amphenol Aerospaceが公開した英文記事を日本語に翻訳したものです。
[原文記事はこちら(英語)]