Кибериммунитет цифрового неба: как защитить системы связи будущего

На вопросы о радиолокации, навигации и защите информации отвечали руководители секции ШМУ «Радиотехника и инфокоммуникационные технологии» форума «Микроэлектроника» – В. Ю. Михайлов и А. С. Тишин.

Радиотехника – это не просто инструмент для связи. Сегодня она стала полноценной частью гибких и адаптивных систем связи цифрового неба. Как обеспечить кибериммунитет цифрового неба? Как определить, что навигационный сигнал, принимаемый на борту, содержит истинные, а не ложные сведения? Почему классическая модель киберустойчивости, когда безопасность добавляется к готовому ПО как отдельный модуль, сегодня устарела? Как найти баланс между увеличением числа датчиков и сенсоров на борту и снижением нагрузки на системы их терморегулирования? Если вам интересны ответы на эти и многие другие загадочные вопросы по кибербезопасности, то это интервью будет вам интересно.

Мы знакомим участников Школы молодых учёных, которая в этом году состоится в седьмой раз и предваряет Российский форум «Микроэлектроника», с руководителями секции «Радиотехника и инфокоммуникационные технологии» – инженером-конструктором 1-й категории Виктором Юрьевичем Михайловым и ведущим инженером-конструктором, к.т.н. Александром Сергеевичем Тишиным. Содержание ответов на самые актуальные вызовы, встающие перед современными системами и устройствами связи, радиолокацией и навигацией, методами защиты информации, поражает широтой эрудиции и свежестью взглядов руководителей мероприятия. Это не просто теория, а глубокая практика, проверенная опытом. Приходите на заседания секции, участвуйте в обсуждении, и вы многому научитесь.

* На вопросы отвечали руководители секции: В. Ю. Михайлов и А. С. Тишин

Казалось, что в радиосвязи решены все технические вопросы, и разработка новых схемотехнических решений и алгоритмов направлены только на устранение помех и обработку сигналов. Какие причины заставили выделить в отдельную секцию в рамках Школы молодых учёных форума «Микроэлектроника 2025» обсуждение проблемы радиолокации и навигации, алгоритмов цифровой обработки сигналов и методов защиты информации?

Хотя основные технические вопросы радиосвязи в значительной степени решены, динамичное развитие технологий связи и их интеграция в современные системы диктуют новые вызовы, требующие инновационных подходов. По инициативе нашей команды и при содействии председателя программного комитета ШМУ, профессора, академика РАН Горнева Евгения Сергеевича была сформирована отдельная секция в рамках Школы молодых учёных. Мы признательны за оказанное доверие и, осознавая стратегическую значимость данного научно-технического направления, принимаем на себя особую ответственность за постановку дискуссии и формирование научной повестки. Создание новой секции открывает возможности для более глубокого обсуждения актуальных задач в радиолокации, навигации, цифровой обработке сигналов и защите информации в рамках конференции.

Развитие Интернета вещей (IoT), сетей 5G/6G, а также интеграция наземных, спутниковых и авиационных систем связи создают потребность в усовершенствованных методах обработки сигналов.

Например, технологии управления лучом (beamforming) и подавления помех становятся критически важными для обеспечения высокой пропускной способности и надёжности сетей.

Современные системы требуют новых алгоритмов, интегрированных с машинным обучением и искусственным интеллектом, для эффективной обработки больших объёмов данных в реальном времени. Это особенно актуально для радиолокации и навигации, где требуется высокая точность и устойчивость к помехам.

Программно-определяемое радио (ПОР) становится основой для разработки гибких и адаптивных систем связи. Однако в России создание полностью отечественных модулей ПОР остаётся нерешённой задачей из-за зависимости от зарубежных компонентов. Это подчёркивает необходимость исследований в области разработки национальных решений.
С ростом сложности систем связи возрастает важность обеспечения безопасности данных. Методы защиты информации, включая криптографию и противодействие киберугрозам, требуют новых подходов, особенно в условиях интеграции гражданских и военных систем.

Выделение отдельной секции для обсуждения радиосвязи, радиолокации, навигации, цифровой обработки сигналов и защиты информации обусловлено их ключевой ролью для достижения технологической независимости. Эти направления охватывают весь спектр задач – от физических основ радиоволн до высокоуровневых алгоритмов и защиты данных, что делает их приоритетными для научных исследований и разработок.

Новая эпоха освоения космоса и неба заставляет задуматься о понятиях «цифровое небо» и его «кибериммунитет». Какие новые архитектурные решения необходимо включать для обеспечения стойкости ПО к киберугрозам?

Мы понимаем, что классическая модель, когда безопасность добавляется к готовому программному обеспечению как отдельный модуль, сегодня устарела. В условиях цифрового неба, где миллионы устройств, летательных аппаратов, спутников и наземных станций взаимодействуют в единой распределённой сети, киберустойчивость должна проектироваться на уровне самой аппаратуры и микросхем. Это означает, что в архитектуру вычислительных комплексов закладываются доверенные аппаратные корни – защищённые элементы, которые гарантируют подлинность исполняемого кода и данных.

Особое внимание уделяется аппаратным механизмам изоляции: разделение доверенных и недоверенных вычислительных зон внутри одной системы, что позволяет контролировать и ограничивать воздействие потенциально скомпрометированного модуля. Появляются специализированные контроллеры доверенной загрузки, аппаратные средства динамической верификации и встроенные в микросхемы блоки защиты памяти.

Наряду с этим, всё активнее используются методы аппаратной криптографии. Реализация криптографических протоколов в виде выделенных СБИС-блоков позволяет минимизировать задержки и повысить устойчивость к атакам по побочным каналам. Важную роль играют и новые схемотехнические решения в силовой электронике и системах энергопитания: они создаются таким образом, чтобы снижать предсказуемость токопотребления и тем самым ограничивать возможности анализировать внутренние процессы.

Если говорить шире, то кибериммунитет цифрового неба обеспечивается через принцип «безопасность по умолчанию» – каждый модуль, каждая микросхема, каждый узел связи должен проектироваться так, чтобы быть готовым к атакам, а не надеяться на внешние средства защиты. Именно этот переход к интегрированной, встроенной безопасности отличает новую архитектуру космических и авиационных систем.

2–3 июля 2025 года в Национальном центре «Россия» прошёл V Форум «Сильные идеи для нового времени», на площадке которого говорилось об изменениях в построении архитектуры ПО, где система обеспечения безопасности строится не отдельным модулем, а должна быть интегрирована в каждый проектируемый модуль – построение доверенных систем из доверенных и недоверенных элементов. Будет ли обсуждаться этот вопрос в рамках секции на Школе?

Этот тезис действительно является ключевым и был ярко озвучен на Форуме «Сильные идеи для нового времени», особенно в контексте доверенных систем, где взаимодействие доверенных и недоверенных элементов требует переосмысления подходов к проектированию. Однако в рамках нашей секции в этом году этот вопрос в формате докладов подниматься не будет. Причина проста: секция дебютирует, и не все профильные подразделения и исследовательские группы успели подать заявки. Тем не менее, сам факт того, что подобные идеи обсуждались на столь высоком уровне и при участии ведущих экспертов отрасли, показывает, насколько этот вектор развития значим.

Мы рассматриваем этот сюжет как стратегически важный и абсолютно уверены, что в ближайшие годы он станет предметом отдельного рассмотрения на нашей площадке, в том числе в рамках нашей секции. Более того, мы ожидаем, что именно в следующих циклах Школы будут представлены содержательные доклады по архитектуре доверенных систем, которые расширят понимание кибериммунитета и встроенной безопасности в перспективе «цифрового неба».

Какова длительность жизненного цикла ПО для наиболее критичной информационной структуры, обеспечивающей связь в околоземном пространстве?

Жизненный цикл программного обеспечения, обеспечивающего работу наиболее критичной информационной инфраструктуры связи в околоземном пространстве, имеет чётко выраженную двухсегментную структуру. С одной стороны находится бортовой сегмент, включающий ПО низкоорбитальных космических аппаратов, отвечающее за телеметрию, командно-измерительные функции, управление полезной нагрузкой, маршрутизацию и энергосистемы. С другой – наземный сегмент, в который входят центры управления, комплексы приёма и передачи данных, а также служебная инфраструктура как сети, архивы и системы обработки.

В целом жизненный цикл ПО рассматривается не только в рамках этапа разработки, но и на протяжении всего срока эксплуатации и сопровождения, охватывая как космический, так и наземный сегменты. Для бортового ПО длительность жизненного цикла определяется сроком службы самого аппарата. В современных реалиях для массовых низкоорбитальных спутников связи этот срок составляет в среднем пять–семь лет. Именно на этот срок проектируют и поддерживают бортовое программное обеспечение, закладывая возможность обновлений «по воздуху» и резервного хранения образов на борту.

Наземный сегмент живёт по иным временным масштабам. Здесь можно выделить два подхода. Первый, условно консервативный, когда планируется «на века», а по факту примерно на 25 лет, при этом обновления аппаратной базы, операционных систем, баз данных и прочих компонентов выполняются с большими интервалами и планируются как технологические реконструкции. Второй подход более гибкий – наземный сегмент разрабатывается как долгоживущая платформа, однако внутри неё есть возможность постепенного обновления ключевых элементов без остановки работы. В любом случае жизненный цикл ПО определён соответствующими нормативными базами и отраслевыми стандартами.

Какие межотраслевые документы, на ваш взгляд, требуется разработать в ближайшее время для регулирования комплексного использования беспилотных авиационных систем в приборах безопасности, обработке сельскохозяйственных угодий и лесов, развитии региональной экономики и других видов экономической деятельности?

Вопрос регулирования комплексного использования беспилотных авиационных систем (БАС) действительно является ключевым для реализации их потенциала в различных отраслях экономики. Существующая нормативная база, включая Постановление Правительства № 658, закладывает основы, но носит фрагментарный характер и не поспевает за технологическим развитием. Для достижения амбициозной цели в 1 млн единиц БАС к 2030 году и их эффективной интеграции необходима разработка пакета межотраслевых документов, которые обеспечат сквозное регулирование по всей цепочке создания стоимости: от производства до выполнения полётных заданий и обработки данных.

На наш взгляд, в ближайшее время требуется разработать сквозной регламент полётов БАС, который будет описывать упрощённые процедуры согласования для различных отраслей экономики, формат передачи и хранения данных, полученных в результате работы БАС.

Какие сквозные технологии находят применение в авиационной и космической технике связи гражданско-военного назначения?

Сквозные технологии, проникающие в различные отрасли, активно применяются в авиационной и космической технике связи. Ключевыми из них являются искусственный интеллект (ИИ), большие данные, промышленный интернет вещей (IIoT), а также блокчейн и квантовые технологии.

ИИ используется для обработки данных с датчиков, управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) и анализа спутниковых данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В гражданской авиации ИИ интегрирован в автопилоты (например, в самолётах Airbus A350).
Большие данные позволяют анализировать телеметрию космических аппаратов (например, спутников ГЛОНАСС), оптимизировать маршруты полётов и прогнозировать неисправности оборудования.

IIoT обеспечивает координацию сетей БПЛА, как в проекте «ДронФлот» НТИ «Аэронет», где IoT используется для управления дронами в реальном времени и интеграции с системами управления воздушным движением.

Блокчейн применяется для защиты данных телеметрии и цепочек поставок, а квантовые технологии – для создания высокозащищённых каналов связи, что особенно важно для систем двойного назначения. Аддитивное производство (3D-печать) используется для создания лёгких компонентов, а дополненная реальность – для обучения пилотов и моделирования миссий.
Сквозные технологии значительно повышают эффективность и безопасность авиационной и космической техники связи. Их дальнейшее развитие будет способствовать созданию более надёжных и многофункциональных систем для гражданских и военных нужд.

Опишите, пожалуйста, свою концепцию использования физических платформ связи наземного и орбитального базирования (радиосвязь, оптическая лазерная связь, оптическая волоконная связь)?

Концепция использования физических платформ связи наземного и орбитального базирования соответствует перспективным подходам, разрабатываемым для сетей шестого поколения (6G) и других передовых систем связи. Оптическая волоконная связь формирует магистральную инфраструктуру глобальной сети, обеспечивая высокоскоростное соединение между наземными станциями спутниковой связи, центрами обработки данных и конечными пользователями. Она служит основой для передачи больших объёмов данных с минимальными задержками.

Радиосвязь остаётся ключевой технологией для обеспечения мобильности и широкого покрытия, предоставляя доступ к сети в удалённых регионах и поддерживая приложения реального времени, такие как управление беспилотными аппаратами и устройствами Интернета вещей (IoT). Она также играет роль резервного канала для повышения надёжности системы.

Оптическая лазерная связь (FSO) используется для создания высокоскоростных каналов передачи данных, как на орбите, так и на земле. В космосе лазерные межспутниковые соединения (ISL) обеспечивают передачу данных между спутниками с пропускной способностью до сотен Гбит/с, минимизируя задержки. На земле FSO применяется для соединений в условиях прямой видимости, например, между зданиями или дата-центрами. Лазерная связь также повышает безопасность каналов благодаря узкой направленности сигнала.

Основная задача многослойной концепции – эффективное управление потоками данных с оптимизацией переключения между технологиями в зависимости от погодных условий, требований к пропускной способности и регулирования (например, распределения частотного спектра или орбитальных позиций). Бесшовная интеграция достигается за счёт использования программно-определяемых сетей (SDN), протоколов маршрутизации и координации через центры обработки данных, которые обеспечивают обработку, синхронизацию и распределение данных.

Ограничения, такие как чувствительность лазерной связи к погодным условиям или высокая стоимость прокладки оптоволокна, компенсируются резервированием и гибридным подходом, обеспечивающим надёжность и масштабируемость системы.

Летом 2025 года был утверждён проект паспорта Национального проекта по обеспечению технологического лидерства «Развитие космической деятельности Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года». Какие принципы закладываются в конструкцию и материалы элементов силовой электроники для снижения нагрузки на систему терморегулирования космических аппаратов?

Прежде всего, внимание уделяется выбору конструкционных материалов с высокой теплопроводностью. Это необходимо для того, чтобы рассеивание тепла происходило максимально эффективно, снижая нагрузку на систему активного терморегулирования. Например, использование композитов и новых керамических подложек, способных одновременно выдерживать значительные температурные перепады и обеспечивать механическую прочность.

Немаловажным направлением является переход на использование широкозонных полупроводниковых материалов – карбида кремния и нитрида галлия. Эти материалы отличаются высокой допустимой рабочей температурой, низкими потерями при переключении и высокой энергоэффективностью, что уменьшает требования к системе охлаждения. Однако данное направление в большей степени рассматривается в секции наших коллег – «СВЧ и силовые приборы микроэлектроники».

Наконец, отдельное внимание необходимо уделять построению самих конструкций силовых модулей: их компоновке, применению новых методов упаковки, которые способствуют более равномерному распределению тепла и повышают надёжность работы в экстремальных эксплуатационных условиях в условиях космоса.

Таким образом, принципы, закладываемые в конструкции и материалы силовой электроники для космических аппаратов, базируются на сочетании трёх факторов: использованию новых материалов с повышенной теплопроводностью и энергоэффективностью, использованию технологий с широким температурным рабочим диапазоном и применению передовых методов компоновки и упаковки. Всё это направлено на то, чтобы снизить нагрузку на систему терморегулирования и обеспечить устойчивость работы в жёстких условиях околоземного пространства.

В рамках предыдущего вопроса: какие новые архитектурные решения будут заложены в алгоритмы управления?

В новых принципах развития космической электроники особое внимание уделяется не только конструктивным материалам, но и архитектуре алгоритмов управления. В проекте паспорта национального проекта подчёркивается, что нагрузка на систему терморегулирования должна снижаться не только за счёт теплоотводящих решений, но и через интеллектуальное управление силовой электроникой.

В алгоритмы закладываются принципы распределённого управления потоками энергии и адаптивного регулирования режимов работы приборов. Это выражается, во-первых, в переходе от статичных схем управления к динамическим, где параметры переключателей, преобразователей и драйверов изменяются в реальном времени с учётом тепловой картины. Во-вторых, активно внедряются архитектуры с прогнозирующими моделями: алгоритм заранее рассчитывает тепловую нагрузку и перераспределяет мощности, чтобы избежать локальных перегревов. В-третьих, предполагается широкое использование модульных систем управления с возможностью отключения или перенастройки отдельных блоков при перегрузках, что снижает необходимость постоянного активного охлаждения.

Таким образом, ключевой архитектурный тренд в алгоритмах управления силовой электроникой для космических аппаратов заключается в интеграции термоадаптивных и интеллектуальных методов регулирования, когда управление энергопотреблением становится не вспомогательной функцией, а органической частью общей конструкции аппаратуры. Это напрямую связано с целью уменьшить нагрузку на систему терморегулирования и обеспечить более высокий ресурс работы бортовой электроники в условиях космоса.

В рамках предыдущего вопроса: какие новые конфигурации энергопреобразующих приборов для аппаратов космического низкоорбитального базирования найдут место в будущих конструкциях?

Согласно материалам национального проекта по развитию космической деятельности, в ближайшие годы конфигурации энергопреобразующих приборов для аппаратов низкоорбитального базирования будут существенно обновляться. Основной акцент делается на повышение энергоэффективности и снижение тепловых потерь, что напрямую связано с требованиями к долговечности спутников и уменьшению нагрузки на системы терморегулирования.

Во-первых, в конструкции будут шире применяться приборы на основе широкозонных полупроводников, как мы уже обсуждали ранее.

Во-вторых, возрастёт роль модульных и многоканальных схем, где несколько преобразователей распределяют нагрузку и работают в параллельных конфигурациях. Такой подход обеспечивает как резервирование, так и адаптивное перераспределение потоков энергии в зависимости от профиля нагрузки спутника.

В-третьих, в новых конфигурации энергопреобразующих приборов закладываются интеллектуальные системы управления, способные динамически изменять рабочие параметры преобразователя – частоту переключений, режимы работы силовых ключей и схем фильтрации. Это позволяет уменьшать пиковые нагрузки, предотвращать перегрев и оптимизировать энергопотребление.

Таким образом, будущее низкоорбитальных аппаратов связано с переходом от традиционных монолитных преобразователей к адаптивным, модульным и высокоэффективным системам на базе SiC и GaN, которые будут обеспечивать как надёжность, так и снижение требований к терморегулированию.

Как распознать спуфинг при определении навигации?

Навигационный спуфинг – это преднамеренная подача приёмнику GNSS, будь то ГЛОНАСС, GPS, Galileo или BeiDou, искусственно сформированных сигналов, которые выглядят как настоящие спутниковые. В отличие от глушения, где задача атакующего – нарушить работу системы, здесь цель иная: незаметно подменить вычисляемые координаты, скорость или время так, чтобы пользователь продолжал полагаться на полученные данные, не подозревая об их искажении. В практике противодействия спуфингу применяется комплексный подход, охватывающий и анализ логического содержимого навигационных сообщений, и изучение характеристик самого физического сигнала, и сопоставление данных с другими источниками.

Одним из ключевых элементов такой защиты стала аутентификация навигационных данных. Например, для проверки подлинности данных можно использовать цифровую подпись, которую достаточно сложно подделать. Таким образом можно определить факт внесения изменений в посылку, однако в этом подходе также есть ограничение в виде внесения преднамеренной задержки сигнала. То есть третьей стороной принимается подлинный спутниковый сигнал и, не изменяя содержимое, ретранслируется с небольшой задержкой, частотным сдвигом или с другого направления. Таким образом, сигнал выглядит корректно, подписи сходятся, однако геометрия прихода сигнала искажена, и это приводит к ошибкам в определении положения.

Манипулируя временем прихода, можно создать эффект увеличенной псевдодальности, изменяя частоту – имитировать иное движение спутника, а перекрывая сигнал направленной антенной – убедить приёмник, что источник находится в другом месте на небесной сфере.

Выявить такую подмену помогают методы интегритет-мониторинга, которые анализируют согласованность измерений от разных спутников. Внимание привлекают аномально высокие остатки после фильтрации, одинаково высокий уровень соотношения сигнал-шум для всех псевдоспутников, несогласованность поправок между созвездиями или неприродные скачки доплеровских частот. Ещё один мощный инструмент – пространственные методы: управляемые антенные решётки и многоантенные приёмники, которые позволяют определить углы прихода сигналов и зафиксировать факт прихода всех сигналов из меньшего количества направлений, чем ожидается, например, из одного или двух, вместо пяти-шести. Также стоит отметить, что приёмник может находиться в динамической системе, то есть некое транспортное средство, таким образом, дополнив устройство дополнительными датчиками, можно осуществить кросс-сенсорную верификацию. Иными словами, по данным лидаров, акселерометров, гироскопов, барометров, магнитометров или видовой съёмки можно обнаружить несоответствия, недоступные для анализа исключительно по принимаемому сигналу. Наконец, спуфинг использует более сильный сигнал, который приглушает, но не устраняет истинный. Имея более чувствительный приёмник, возможно зафиксировать и сфокусироваться на более слабом сигнале, а машинное обучение поможет выявить тонкие закономерности и аномалии, которые трудно уловить классическими алгоритмами. Таким образом, надёжное распознавание спуфинга требует сочетания криптографической аутентификации, контроля согласованности измерений, пространственного анализа, проверки по независимым сенсорам и глубокой оценки физических характеристик сигнала. Только в комплексе эти меры дают шанс вовремя обнаружить подмену и предотвратить последствия, будь то увод судна с курса, искажение траектории беспилотника или нарушение синхронизации критической инфраструктуры.

Приглашаем всех заинтересованных участников ШМУ присоединиться к работе секции «Радиотехника и инфокоммуникационные технологии».

***

Организаторами форума «Микроэлектроника 2025» выступают АО «НИИМЭ» и АО «НИИМА «Прогресс» при поддержке Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Генеральные партнёры – НИЦ «Курчатовский институт», Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», Фонд перспективных исследований (ФПИ). Стратегический партнёр – Группа компаний «Элемент». Официальный партнёр – ОАО «РЖД». Инновационные партнёры – Холдинг «Швабе», ООО «Лазерный Центр», Многопрофильный ИТ-Холдинг «Национальная компьютерная корпорация», ООО «Т8», АО «Крафтвэй корпорэйшн ПЛС». Стратегический информационный партнёр – Генеральное информационное агентство «ТАСС». Образовательный партнёр – Университет «Сириус». Спортивный партнёр – НИУ МИЭТ. Партнёры – ООО «ХайТэк», ООО «НМ-Тех», АО «Корпорация Роботов»,Т1 Интеграция, АО НИИТМ, АО «Концерн ВКО «Алмаз – Антей», АО «Уральское проектно-конструкторское бюро «Деталь», НИЯУ МИФИ, АО «Сигналтек», АО «Нанотроника», Российский научный фонд, АО «НПЦ «РПК», Группа компаний «Остек», Консорциум робототехники и систем интеллектуального управления, ООО «ФОРМ». Генеральный информационный партнёр – АО «РИЦ «ТЕХНОСФЕРА». Оператор Форума – Агентство деловых коммуникаций «ПрофКонференции».