4.11 Способы и. Средства, используемые для защиты информации от наблюдения в оптическом и радиодиапазонах. Принципы скрытия в технологии «Стелс».

Способы и средства противодействия наблюдению в оптическом диапазоне Защита информации от наблюдения в оптическом диапазоне основывается на рассмотренных общих методах с учетом особенностей рптического канала утечки информации. В интересах защиты информации об объекте (его демаскирующих признаков) необходимо уменьшать контраст объект/фон, снижать яркость объекта и не допускать наблюдателя близко к объекту. Мероприятия, направленные на уменьшение величины контраст/фон, называются маскировкой.

Маскировка представляет собой метод информационного скрытия признаков объекта наблюдения путем разрушения его информационного портрета. Применяются следующие способы маскировки:

• использование маскирующих свойств местности;

• маскировочная обработка местности;

• маскировочное окрашивание;

• применение искусственных масок;

• нанесение на объект воздушных пен.

Использование маскирующих свойств местности (неровностей ландшафта, складок местности, холмов, гор, стволов и кроны деревьев и т. д.) является наиболее дешевым способом скрытия объектов. Однако для реализации этого способа необходимо наличие в месте нахождения объекта соответствующих естественных масок. Кроме того, маскирующие возможности растительности зависят от времени года. Эффективность маскировки оценивается отношением площади, закрываемой, например, деревьями к общей площади контролируемой зоны.

Если отсутствуют или недостаточны для маскировки природные условия, то возможна дополнительная обработка местности, повышающая ее маскирующие возможности. Она состоит в дерновании (нарезании дерна) и посеве травы, создании изгородей из живой растительности, в химической обработке участков местности. Обработка местности направлена на изменение фона под основной цвет объекта: на зеленый при дерновании и посеве травы или другой цвет (бурый с различными оттенками, соломенно-желтый) при распятнении.

Распятнение достигается расчисткой поверхности почвы от дерна с помощью машин или химическим путем - солями (железным и медным купоросом, бертолетовой солью и др.) и гербицидами. Этот способ имеет ограниченное применение в связи с большой задержкой проявлений маскировочных свойств местности после обработки и вредным воздействием на природу. Например, трава вырастает через несколько недель после посева, а цвет растительности меняется через несколько дней после химической обработки.

Маскировочное окрашивание осуществляется путем нанесения на поверхность объекта красок, подобранных по цвету и яркости, близкими к фону. Различают 3 вида маскировочного окрашивания: защитное; деформирующее; имитационное.

Защитное окрашивание поверхности объекта проводится одноцветной краской под цвет и среднюю яркость фона окружающей местности и предметов возле маскируемого объекта.

Деформирующее окрашивание предусматривает нанесение на поверхность объекта пятен неправильной геометрической формы 2-3 цветов, имитирующих световые пятна окружающей среды. Деформирующее окрашивание широко применяется для маскировки военной техники и людей в полевом обмундировании. Цвет пятен соответствует основным цветам местности, характерным для сезона (лета, зимы).

При имитационном окрашивании цвет и характер пятен на поверхности объекта подбирается под расцветку окружающей местности, объектов или предметов в месте расположения защищаемого объекта. В этом случае обеспечивается наилучшее скрытие.

Маскировочное окрашивание просто реализуется, но эффект маскировки зависит от сезона и иных изменений окружающей среды. Кроме того, часто окрашивание объекта недопустимо.

Для маскировки без окрашивания создаются специальные конструкции - искусственные оптические маски. Они представляют собой металлический или деревянный каркас, накрываемый сплошным или сетчатым (транспарантным) покрытием.

В зависимости от формы маски и способа расположения ее возле объекта различают следующие типы искусственных оптических масок: маски-навесы; вертикальные маски; маски перекрытия; наклонные маски; радиопрозрачные маски; деформирующие маски.

Маски-навесы предназначены для скрытия объектов, расположенных на открытых сверху площадках и защищают их от наблюдения с помощью средств наблюдения, размещаемых на верхних этажах высотных зданий, возвышенностях и горах, на самолетах и космических аппаратах.

Вертикальные маски защищают объекты от наблюдения с земли. Маски перекрытия состоят из каркаса и маскировочного покрытия, которые полностью закрывают объект. Они применяются, прежде всего, для защиты объектов, перевозимых на открытых платформах.

Наклонные маски используются в основном для скрытия теней объемных объектов, по длине которых с учетом положения солнца определяют высоту объектов при наблюдении сверху (с самолетов и космических аппаратов).

Радиопрозрачные маски выполняются из радиопрозрачных материалов (стеклопластика, пенопласта и др.), обычно в форме шара, для скрытия демаскирующих признаков и физической защиты антенн.

Деформирующие маски (обтекатели) не только скрывают внешний вид объекта, но создают у наблюдателя ложное представление о его форме.

Искусственные оптические маски изготовляются в виде различных сборных возимых маскировочных комплектов, которые могут использоваться многократно, не оказывают вредное воздействие на природу, совместимы с другими способами защиты.

Светонепроницаемые одно- и многоцветные воздушные пены, быстро наносимые с помощью пеногенераторов на объекты, обеспечивают их эффективную маскировку в широком диапазоне длин волн в течение до нескольких часов.

Для дезинформирования применяются кроме деформирующих масок ложные сооружения и конструкции, создающие признаки ложного объекта (объекта прикрытия). Ложные сооружения могут быть плоскими и объемными, функциональными и нефункциональными. Они относятся к наиболее дорогим средствам защиты информации, особенно объемные и функциональные, так как должны воспроизводить полный набор демаскирующих признаков объекта прикрытия в динамике в течение всего периода защиты. Если, например, имитируется объект, на котором работают люди, то они должны убедительно изображать соответствующую деятельность, а не устраивать непрерывные перекуры или греться на солнышке.

Энергетическое скрытие демаскирующих признаков объектов достигается путем уменьшения яркости объекта и фона ниже чувствительности глаза или технического фотоприемника, а также их ослепление. Классическим примером ослепления может служить применение наступающими советскими войсками ночью в Берлинской операции 1945 г. 142 прожекторов, свет которых лишил фашистов возможности вести наблюдение и эффективно обороняться. Наиболее естественным способом энергетического скрытия является проведение мероприятий, требующих защиты информации о них, ночью. Яркость объектов, имеющих искусственные источники света, снижается путем их выключения или экранирования светонепроницаемыми шторами и экранами.

Энергетическое скрытие объектов, наблюдаемых в отраженном свете, обеспечивают рассмотренные искусственные маски, а также естественные и искусственные аэрозоли в среде распространения.

Аэрозоли - вещества в виде дисперсии твердых частиц и капель жидкости, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. К аэрозолям относятся обычно дымы, туманы, пыль, смог.

Естественные аэрозоли образуются обычно пылью и частицами воды. В зависимости от размеров частиц воды метеорологическая дальность принимает значения от десятков метров (при очень сильном тумане, дожде и снеге) до 10-20 км (при дымке). Хорошая видимость обеспечивается при дальности 20-50 км, а исключительно хорошая - более 50 км.

Наиболее распространенной разновидностью аэрозольного состояния атмосферы является дымка. Дымка возникает при слипании мелкодисперсных частиц воздуха друг с другом и взаимодействии их с атмосферной влагой. В условиях повышенной влажности воздуха в результате взаимодействия паров воды с частицами растворимых в ней солей образуется туманная дымка, при которой метеорологическая дальность составляет 1-10 км.

Влияние аэрозольных образований в общем случае проявляется как в рассеянии, так и поглощении света частицами аэрозоля. Коэффициент ослабления (поглощения) в видимой области спектра изменяется в 1.5-2 раза. С увеличением длины волны потери ослабевают. Потери энергии волны при X = 0.55 мкм приблизительно в 10 раз больше потерь для Х = 1.06 мкм. Аэрозольное рассеяние света зависит от коэффициентов его ослабления отдельными частицами, их концентрации и размеров. Оно определяет прозрачность и метеорологическую дальность видимости.

Использование естественных аэрозолей в качестве средств защиты от наблюдения затруднено из-за случайного характера их проявлений в виде образований, приводящих к малой метеорологической дальности. Тем не менее, естественные аэрозоли в виде облаков создают серьезные проблемы для разведки при наблюдении наземных и надводных объектов с помощью средств космической разведки. Учитывая, что траектории движения КА и облаков независимые, то вероятность выполнения временного условия разведывательного контакта (совпадения моментов пролета спутника над интересующим разведку объектом и отсутствием облачности) равна произведению вероятностей каждого из этих событий. Следовательно, для обнаружения и распознавания объекта даже при отсутствии мер защиты информации о нем потребуются многократные пролеты над ним разведывательных КА.

С помощью дымовых шашек, специальных боеприпасов (снарядов, бомб), аэрозольных генераторов и дымовых машин создаются дымовые завесы (облака) из искусственных азрозолей, обеспечивающие (при учете направления и силы ветра), эффективное, но кратковременное скрытие. Время и площадь скрытия зависит от многих факторов, в том числе от объема облака дыма, направления и скорости ветра, и колеблется от минут до 1-2-х часов. Наиболее эффективные завесы образуются при скорости ветра 3-5 м/с.

В качестве химических веществ для образования дыма применяются эпоксидные, фенольные, полиэтиленовые, силикатные, уретановые смолы и другие высокомолекулярные соединения. Дымы из таких веществ получаются распылением частиц вещества в потоке горячих газов и другими способами. В зависимости от состава компонентов частицы, образующие аэрозольное облако, могут иметь диаметр от 1 до 100 мкм. Для образования аэрозольного облака, обеспечивающего, например, ослабление излучений в ИК-диапазоне примерно в 80 раз, на площади 600 м² потребуется распылить около 400 г дымообразующего вещества.

Так как спектральные характеристики объектов и среды отличаются для видимого и ИК-диапазонов, то при организации защиты информации от наблюдения в оптическом канале необходимо учитывать диапазон частот носителя информации. Хотя параметры средств визуально-оптического наблюдения (по разрешению, дальности, цвету изображения) в ИК-диапазоне значительно более низкие, чем в видимом, но при наблюдении в нем появляется дополнительный демаскирующий признак объектов, не обнаруживаемый в видимом, - температура поверхности объекта относительно температуры фона.

Естественный фон в ИК-диапазоне можно рассматривать как сложный источник ИК-излучения, характеристики которых зависят от условий освещения, географической широты и долготы, сезона и температуры среды, метеоусловий, природы подстилающей поверхности, времени и т. п. Отражающая способность ряда природных фонов, таких как трава и листва деревьев, возрастает со смещением максимума излучений в область более длинных волн. Например, отражающая способность травы и листвы в диапазоне волн 0.76-12 мкм выше отражающей способности в видимом диапазоне приблизительно в 5-10 раз, коры - в 3-5 раз. Поэтому объекты, окрашенные маскирующей краской для видимого диапазона, могут хорошо наблюдаться в ИК-диапазоне. Следовательно, при выборе краски необходимо учитывать характер изменения ее коэффициента отражения от длины волны падающего на объект света, в том числе и в ИК-диапазоне.

Кроме того, на яркость объекта с собственными источниками тепла, и, следовательно, на его контраст с фоном в ИК-диапазоне влияет температура поверхности объекта. Для его информационной защиты применяются различные теплоизолирующие экраны, в том числе листья деревьев и кустарников, сено, брезент и др. материалы. Хорошими теплоизолирующими свойствами обладают воздушные пены.

Способы и средства противодействия радиолокационному и гидроакустическому наблюдению

Специфика зашиты от радиолокационного наблюдения вызвана особенностями получения радиолокационного изображения. Структура радиолокационного изображения зависит от разрешающей способности радиолокатора, электрических свойств отражающей поверхности объектов и фона, от степени ее неровностей (шероховатости), от длины и поляризации волны, облучающей объект, угла падения электромагнитных волн на поверхность объекта. Разрешающая способность локатора определяется в основном шириной диаграммы направленности его антенны, как известно, совмещающей в одной конструкции функции передающей и приемной.

В настоящее время наиболее широко используется для радиолокации см-диапазон. Разрешение на местности в этом диапазоне самолетных (бортовых) радиолокаторов составляет единицы метров. С целью повышения разрешающей способности радиолокаторов применяется мм-диапазон, в котором проще создать антенны приемлемых размеров с более узкой диаграммой направленности. Но мм-волны сильнее затухают в атмосфере, что приводит к снижению дальности наблюдения. Кроме того, более длинные волны имеют лучшую проникающую способность в поверхность объекта, что затрудняет его маскировку.

Таким образом, радиолокационное изображение существенно отличается от изображения в оптическом диапазоне и используется разведкой для получения дополнительных демаскирующих признаков на существенно большем удалении от объекта и в неблагоприятных климатических условиях. Указанные особенностей учитываются при организации защиты информации. Меры по защите направлены на снижение ЭПР объекта в целом и его характерных участков, содержащих информативные демаскирующие признаки.

Информационное скрытие обеспечивается в результате разрушения структуры «блестящих точек» на экране локатора путем покрытия объекта радиотражающими оболочками и экранами с иной конфигурацией, размещения в месте расположения объекта дополнительных отражателей и генерирования радиопомех.

В качестве дополнительных радиоотражателей применяются уголковые, линзовые, дипольные отражатели и переизлучающие антенные решетки (ПАР). Уголковый радиоотражатель состоит из жестко связанных между собой взаимно перпендикулярных плоскостей Важнейшим свойством уголковых отражателей является то, что значительная доля энергии волны, падающей на них с любого направления в пределах достаточно большого угла (около 80 градусов), отражается обратно в сторону облучающей РЛС. Благодаря этому уголковые радиоотражатели даже небольших размеров имеют значительную эффективную площадь рассеяния. Например, ЭПР трехгранного уголкового отражателя с размерами граней 0.5 м и длине волны РЛС 3 см составляет 290 м², в то время как ЭПР самолета-бомбардировщика В-52 - около 100 м² [41].

Линзовые отражатели создаются на основе линз Люнеберга. Линза представляет собой многослойный шар с различными значениями диэлектрической проницаемости слоев.

При такой конструкции электромагнитные волны фокусируются на внутренней поверхности шара, покрытой металлической радиоотражательной пленкой-экраном. Ширина диаграммы рассеяния линзы зависит от размеров экранирующей поверхности сферы и достигает 140 градусов. ЭПР линзового отражателя диаметром 60 см и массой 40 кг достигает на длине волны =10 см величины более 150 м², на =3 см более 1800 м² [41].

Переизлучающие антенные решетки (ПАР) состоят из набора обычных антенн, которые работают в режиме переизлучения принимаемых сигналов. Такой режим достигается путем замыкания антенн в точке подключения фидера или волновода. Простейшие ПАР образуются при попарном соединении элементарных полуволновых вибраторов.

Уголковые радиоотражатели, линзы Люнеберга, ПАР, размещенные вблизи защищаемого объекта, создают на экране РЛС многочисленные яркие засветки, среди которых трудно обнаружить маскируемый объект.

Для маскировки воздушных объектов применяют дипольные радиоотражатели (диполи). Они представляют собой полоски металлизированной бумаги или алюминиевой фольги, металлизированные стеклянные или нейлоновые волокна, разбрасываемые в зоне расположения защищаемого объекта. Длина диполей и их толщина выбираются так, чтобы обеспечить эффективное рассеивание радиоволн по возможности в более широком диапазоне частот. Диполи в виде металлизированных стекловолокон имеют длину 35-40 см и толщину 0.025 мм, медная проволока толщиной в доли мм нарезается длиной около 50 см. Дипольные отражатели обычно упаковываются в пачки из десятков и сотен тысяч единиц и при выбрасывании с самолета в воздух создают облако медленно опускающихся на землю отражателей. Отраженные от них сигналы наблюдаются на экране индикатора РЛС в виде множества ярких точек, маскирующих отраженный от самолета сигнал. Если последовательно сбрасывать достаточно большое количество пачек, то на экране РЛС образуются засвеченные полосы, в которых трудно обнаруживать воздушные объекты.

Энергетическое скрытие достигается за счет уменьшения эффективной площади рассеяния объекта в основном двумя способами: изменением диаграммы направленности отражающей поверхности объекта и поглощением облучающей энергии РЛС. Уменьшение отраженной энергии для объекта, подлежащего защите от радиолокационного наблюдения, должно предусматриваться еще при его создании путем исключения на поверхности объекта плоскостей, образующих уголковые отражатели.

ЭПР конусообразных и шарообразных форм в сотни раз меньше уголковых отражателей. Готовые изделия, имеющие поверхности сложной формы с резкими переходами, целесообразно накрывать экранами, искажающими и отклоняющими диаграмму направленности объектов, лучше всего шарообразной формы.

Для энергетического скрытия объектов от радиолокационного наблюдения его поверхность покрывают также материалами, обеспечивающими градиентное и интерференционное поглощение облучающей электромагнитной энергии.

Градиентное поглощение обеспечивают многослойные материалы, каждый слой которых состоит из основы - диэлектрика (стеклотекстолита, пенопласта, каучука и др.) и наполнителя (ферритов, карбонильного железа, порошка графита, угольной пыли и др.), поглощающих электромагнитную энергию. Внешний слой поглотителя имеет диэлектрическую проницательность, близкую к 1, а для увеличения поверхности имеет рифленую структуру или шипы. В каждом последующем слое диэлектрическая проницаемость увеличивается. По мере проникновения электромагнитной волны в поглощающий материал ее энергия убывает, а направление изменяется. В результате искривления направления распространения волны удлиняется ее путь в поглощающем материале и. следовательно, увеличивается поглощение. Например, покрытие из пористого стекловолокна толщиной 12.7 мм поглощает до 99% энергии электромагнитной поля в см-диапазоне длин волн.

Другой вид радиопоглощающего материала использует эффект интерференции прямой (падающей) и отраженной от объекта электромагнитных волн. Простейший поглощающий материал состоит из слоя диэлектрика и электропроводящей пленки. В результате наложения прямой и отраженной волн в диэлектрике возникают стоячие волны. Тип и толщина диэлектрика, магнитная проницаемость и волновое сопротивление пленки выбираются такими, чтобы сдвиг по фазе между падающей и отраженной волнами был близок к 180°. В этом случае происходит подавление отраженной волны падающей и ЭПР объекта резко уменьшается. Однако такой эффект наблюдается в узком диапазоне длин волн. Для расширения диапазона применяются многослойные материалы, каждый слой которых рассчитан на свой диапазон длин волн облучающей электромагнитной волны. Но многослойные материалы, обеспечивающие эффективное поглощение в достаточно широком диапазоне частот, толстые и тяжелые.

В современных поглощающих материалах используют оба способа уменьшения энергии отраженной электромагнитной волны. Например, коэффициент отражения керамического ферритового радиопоглощающего материала составляет 10% в диапазоне волн 30-300 МГц при толщине ферритового слоя 0.83 см. Созданы достаточно легкие радиопоглощающие материалы в виде многослойной ткани [41].

Примером технических решений, обеспечивающих эффективное энергетическое скрытие за счет соответствующей конструкции с плавными формами и применения поглощающих материалов, является американская технология «Стеле». На ее основе созданы самолеты-бомбардировщики В-1 и В-2, эффективная площадь рассеяния которых не превышает ЭПР автомобиля.

Другой способ энергетического скрытия, который широко применяется для защиты объектов от радиолокационного наблюдения - генерация помех. Простейшей помехой является гармоническое колебание на частоте РЛС, создаваемое генератором помех в месте нахождения защищаемого объекта. Так как диаграмма направленности антенны РЛС имеет, как правило, боковые лепестки, то такая помеха создает шумовую засветку экрана локатора.

Более сложной по структуре является модулированная помеха с одним или несколькими изменяющимися параметрами. Модулированная помеха бывает непрерывной и импульсной и обладает спектром, близким к спектру излучения РЛС. По эффекту воздействие помехи классифицируются на маскирующие изображение объекта путем зашумления экрана РЛС и имитирующие на нем ложные световые пятна. Изменяя структуру и время задержки имитационной помехи можно менять форму, место и характер движения ложной засветки на экране локатора.

Защита информации об объектах, находящихся в воде, предусматривает, прежде всего, защиту от гидроакустического наблюдения. Способы этой защиты по сути соответствуют рассмотренным с учетом особенностей канала утечки. В качестве основных применяются следующие:

• маскировка с использованием природных явлений. При перепаде температуры слоев возникают акустические экраны, трудно преодолимые для акустических излучений;

• использование звукопоглощающих покрытий сотовой конструкции из нейлона, полиэтилена, полипропилена и различных пластмасс, а также содержащих натуральный каучук. За рубежом проводятся опыты по покрытию корпусов подводных лодок материалами, поглощающими до 90% акустической энергии;

• создание активных помех гидролокаторам, в том числе путем ретрансляции облучающих сигналов с усилением их мощности.

Скрытие - как метод защиты информации является в основе своей реализации на практике одного из основных организационных принципов защиты информации - максимального ограничения числа лиц, допускаемых к секретам. Реализация этого метода достигается обычно путем: засекречивание информации, то есть отнесение ее к секретной или конфиденциальной информации различной степени секретности и ограничение в связи с этим доступа к этой информации в зависимости от ее важности для собственника, что проявляется в поставляемом на носителе грифе секретности; устранения или ослабления технических демаскирующих признаков объектов защиты и технических каналов утечки сведений о них.

Скрытие - один из наиболее общих и широко применяемых методов защиты информации.

Стелс-технология

Стелс (англ. stealthy — незаметный, тайный) — метод маскировки боевых самолётов посредством специально разработанной конструкции фюзеляжа, позволяющий рассеивать радарные волны ПВО и таким образом незамеченным проникать в воздушное пространство противника. Поверхность самолёта собирают из нескольких тысяч плоских треугольников специального волнопоглощающего материала. Но главная цель поверхности — отражать волны (так как добиться полного поглощения волн независимо от угла падения технологически очень сложно), только делать это надо так, чтобы отражённый сигнал не вернулся туда, откуда он пришёл.

Основной характеристикой, определяющей свойства самолета как отражающего электромагнитные излучения объекта, является эффективная поверхность рассеяния. Она характеризует способность преобразовывать падающую электромагнитную волну в рассеянную волну, распространяющуюся в направлении на приемник. В дальнейшем мы будем рассматривать однопозиционную локацию, когда приемник и передатчик расположены в одном месте. Эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) определяется как: s = 4pR02Ss/Si, где R0 - расстояние между передатчиком и объектом; Ss - плотность потока энергии рассеянной волны вблизи приемника; Si - плотность потока энергии падающей волны вблизи тела.

Величина ЭПР зависит от ориентации объекта относительно луча локатора и длины волны электромагнитного излучения. Для физиков наилучшая аналогия ЭПР - это дифференциальное сечение рассеяния назад. Если рассматривать частотную зависимость ЭПР металлического шара (рис. 1), то в диапазоне малых длин волн ЭПР совпадает с площадью его поперечного сечения. При длинах волн, сравнимых с размерами шара, возникают дифракционные минимумы и максимумы.

Стелс-технология включает в себя следующие основные направления: теорию дифракции на сложных телах, разработку и исследование радиопоглощающих материалов, технологию нанесения покрытий и, наконец, радиофизический эксперимент, используемый для контроля в каждом из перечисленных направлений.

В настоящее время стелс-технология начинается с математического моделирования рассеяния электромагнитной волны на объекте, радиолокационная заметность которого должна быть снижена. Этот шаг принципиален для предварительной оценки достижимого результата и позволяет оптимизировать форму и электрофизические характеристики объекта. Математические и расчетные модели базируются на решении граничных задач дифракции электромагнитных волн на телах сложной формы, имеющих в своем составе специальные материалы и покрытия. Возможности современной вычислительной техники позволяют создавать программное обеспечение для моделирования рассеяния электромагнитной волны даже на таких сложных объектах, как самолеты и корабли, учитывая многообразие подвесного оборудования, щелей, лючков и многих других, казалось бы, незначительных деталей конструкции.