Bouclier sentinelle : Détection sur vaste zone pour l’alerte précoce à longue portée en cas de présence de systèmes aériens sans équipage

Le défi

Historique et contexte

Le ministère de la Défense nationale (MDN) et les Forces armées canadiennes (FAC), en collaboration avec leurs partenaires dans le domaine de la défense et de la sécurité, recherchent des solutions innovantes capables d’assurer en continu et en temps opportun la détection, la reconnaissance, l’identification et le suivi à grande échelle des systèmes aériens sans équipage (UAS) de classes I et II, y compris les nouveaux modèles qui ne reposent pas sur les techniques de navigation traditionnelles, telles que le système mondial de positionnement (GPS) ou les signaux de radiofréquence (RF).

Ce défi bénéficie du soutien du Bureau de recherche, d’ingénierie et de leadership avancés en matière d’innovation et de science (BOREALIS).

Approvisionnement et opérationnalisation de l’innovation et de la nouvelle technologie (AOINT) :

L’Approvisionnement et opérationnalisation de l’innovation et de la nouvelle technologie (AOINT) est un projet pilote de recherche et développement (R & D) et de l’acquisition subséquente optionnelle, mis à l’essai dans le cadre de ce défi. Il est conçu pour faciliter l’acquisition d’innovations une fois la phase de R & D terminée. Les innovateurs qui réussissent la phase de R & D peuvent, à la discrétion du Canada, se voir attribuer un contrat pour la phase 2, soit l’acquisition de leur solution à plus grande échelle. Les prochains défis de l’AOINT seront éclairés par les leçons retenues de cette initiative pilote.

Les exigences prévues associées à un éventuel contrat subséquent pour la phase 2 - Acquisition sont les suivantes :

• Valeur de l’acquisition subséquente : Jusqu’à 20 M$ (taxes exclues), incluant :
• Le nombre d’unités.
• Les coûts d’installations aux emplacements opérationnels.
• Le soutien en service (SES), pour une période d’environ 2 ans. Le SES doit comprendre la formation, l’entretien et la réparation des systèmes pendant cette période.
• Nombre d’unités requises : Un nombre suffisant de systèmes pour couvrir jusqu’à 27 sites, situés partout au Canada ou dans un lieu de déploiement précisé par les FAC, d’un rayon d’au moins 10 km par site.
• Échéancier pour l’attribution du contrat Phase 1 - Réalisation et essai :
• Étape 1 « Réaliser » (au besoin) : Année financière (AF) 2026-2027
• Étape 2 « Essai » à effectuer : mai 2027
• Échéancier pour l’attribution du contrat Phase 2 - Acquisition : AF 2027-2028
• Livraison estimée de la solution dans le cadre du contrat de la phase 2 - Aquisition : AF 2027-2028

Notez que les solutions doivent avoir atteint le niveau de maturité technologique (NMT) 5 et être prêtes à passer au NMT 6 ou supérieur pour se qualifier pour un contrat de réalisation et d’essai. L’ exécution du contrat de réalisation et d’essai ne garantit pas que votre solution sera retenue pour l’attribution d’un contrat optionnel à la phase 2 - Acquisition dans le cadre du projet d’AOINT.

Renseignements généraux et contexte

Ce défi fait partie de l’initiative élargie du Canada visant à moderniser la défense continentale et à renforcer la connaissance de la situation dans ses vastes régions nordiques, côtières et frontalières. Il s’harmonise avec les priorités énoncées dans la politique Protection, Sécurité, Engagement (PSE) et Notre Nord fort et libre (NNFEL) ainsi que dans l’initiative de modernisation des sciences et de la technologie du NORAD. Un objectif clé est l’élaboration de capacités anti-UAS (CUAS) de prochaine génération qui intègrent des capacités de détection à longue portée pour contrer l’évolution de la menace posée par les UAS de classes I et II (voir le tableau des classes d’UAS de l’OTAN dans la section Définitions ci-dessous).

Les leçons retenues des récentes zones de conflit d’intensité élevée ont mis en évidence le caractère perturbateur des UAS. Ces systèmes, souvent déployés en essaims coordonnés ou encore opérant avec peu ou pas d’émission RF, peuvent pénétrer dans l’espace aérien critique sans être détectés, cibler des infrastructures critiques et compromettre le rythme des opérations. Les adversaires exploitent des technologies commerciales et militaires pour mettre en œuvre des plateformes d’UAS plus petites, plus rapides et plus autonomes, et de plus en plus résistantes à la détection grâce à la réduction des signatures RF, à des cellules plus furtives et des profils de vol novateurs.

Leur capacité à déjouer les méthodes de détection conventionnelles telles que les radars de trafic aérien, les mesures de surveillance électronique et les capteurs optiques, grâce à leur taille, leur vitesse, leur faible section efficace de radar (RCS) et leur capacité à voler à différentes altitudes sans émission RF, met en évidence une vulnérabilité croissante au sein des architectures de défense actuelles. Il est nécessaire de mettre sur pied des façons nouvelles ou novatrices pour détecter, repérer, identifier et suivre les UAS qui ne sont pas basées sur ces approches conventionnelles ou traditionnelles. Il faut aussi pouvoir surveiller et protéger une grande superficie (rayon d’au moins 10 km) afin de fournir une alerte précoce en cas d’intrusion potentielle.

Ce défi porte principalement sur la détection sur une vaste zone autour d’installations, telles que les bases militaires, les stations radar et autres infrastructures militaires critiques. Dans cette situation, il faut assurer une surveillance continue et persistante dans un rayon de 10 km autour du centre du site, et idéalement au-delà, afin de permettre la détection, la reconnaissance, l’identification et le suivi précis et rapide des menaces représentées par les UAS de classes I et II à faible RCS. Ces menaces peuvent voler à des altitudes allant de la surface à 10 000 pieds (3 048 m) au-dessus du sol (AGL), voler à des vitesses et des trajectoires de vol variées ou former des essaims, ce qui augmente la complexité de la détection, de la reconnaissance, de l’identification et du suivi.

Les FAC mettent actuellement en service des capteurs pertinents pour le CUAS qui répondent à certaines de ces exigences, mais elles souhaitent avoir des systèmes supplémentaires et complémentaires afin de créer des défenses en couches.

Les FAC cherchent à améliorer l’efficacité globale de leur CUAS en recherchant des solutions évolutives à faible coût apportant des améliorations importantes dans les domaines suivants :

• Alerte plus précoce sur plus vaste zone :
• Étendre la portée de détection initiale et la couverture angulaire pour les UAS micro/mini silencieux à faible RCS et et sans émission RF (classe I).
• Réduction de la charge de l’opérateur :
• Fournir une distinction fiable entre les UAS et les non-UAS et une classification générale par classe/type afin de permettre aux opérateurs d’agir en toute confiance et d’automatiser l’activation des capteurs/effecteurs.
• Assurer l’utilisation conjointe avec d’autres systèmes CUAS dans le cadre d’une approche de défense à multi-couches. Interopérabilité avec les réseaux de commandement et de contrôle (C2) des FAC/systèmes de ciblage existants au moyen de protocoles standards (c.-à-d. l’application Android Tactical Awareness Kit [ATAK], le protocole Joint Range Extension Application Protocol-C [JREAP-C], les messages CoT [curseur sur la cible], la détection de la protection des actifs grâce à la technologie électronique intégrée en réseau [SAPIENT], etc.)
• Abordabilité et déployabilité sur l’ensemble du cycle de vie
• Réduire la charge d’acquisition, d’installation et de soutien en service (coûts, électricité, empreinte, mât/tour, abris).
• Il est préférable d’adopter des mesures de cybersécurité pour protéger les données et les canaux de communication afin d’assurer la continuité et l’efficacité opérationnelles de la solution.

Scénario opérationnel

Bien que tout système CUAS puisse être utilisé dans diverses situations, afin de proposer des solutions à ce défi, les résultats essentiels et souhaités seront pris en compte dans le cadre d’un scénario de détection des menaces liées aux UAS à l’intérieur et autour d’un centre des opérations de base militaire, présentant les caractéristiques suivantes :

• Le périmètre de la base sera un cercle d’un rayon de 2,5 km à partir du point central de la base, avec une clôture périphérique de sécurité autour de la base à cette distance.
• La zone à couvrir par le système CUAS commence au centre et s’étend au-delà du périmètre de 2,5 km, pour devenir un cylindre avec un rayon de 10 km et à des altitudes de 10 000 pieds (3 048 m) AGL jusqu’à la ligne d’horizon visible sur cette distance.
• L’UAS cible à détecter est un micro-UAS de classe I de l’OTAN qui présente des caractéristiques similaires à celles d’un DJI Phantom 4, avec un RCS de l’ordre de 0,01 m² à 35 GHz et 94 GHz, tel que mesuré par les évaluations internes de Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC), se déplaçant à une vitesse de 50 km/h.
• Les systèmes proposés peuvent être situés n’importe où à l’intérieur du périmètre de sécurité de 2,5 km, avec un accès facile aux petits bâtiments, à l’électricité, au chauffage et à la lumière, sans autres préoccupations en matière de sécurité.
• Si le système CUAS comporte des composants installés à l’extérieur de ce périmètre de 2,5 km (comme un réseau de capteurs, par exemple), cette zone externe doit être considérée comme non sécurisée et rurale sans les services suivants : ce qui signifie que toute proposition devra comprendre la façon dont ces services seront fournis, au besoin :
• Électricité, chauffage ou autres services publics
• Accès aux communications (Internet, réseaux, etc.)
• Accès routier
• Sécurité
• Protection contre les éléments
• L’exploitation de la solution sera insérée dans le « Centre des opérations de la base » 24 heures sur 24, 7 jours sur 7.

Résultats essentiels

Les solutions doivent démontrer qu’elles atteignent simultanément les résultats suivants dans le scénario opérationnel ci-dessus.

• Couvrir toute la surface du cylindre dans un rayon de 10 km. Cette couverture comprend non seulement le moment où une cible franchit la limite, mais également ses déplacements à l’intérieur du cylindre.
• Détection, reconnaissance et suivi simultanés d’au moins trois des cibles du scénario (micro-UAS de classe I de l’OTAN de type DJI Phantom 4) à des vitesses pouvant atteindre 50 km/h. Remarques :
• La détection signifie que la solution peut distinguer un objet de l’écho fixe.
• La reconnaissance signifie que la solution peut reconnaître la classe générale du type de l’objet (s’agit-il d’un UAS de classe 1 ou un UAS de classe 2, d’un UAS plus grand ou d’un aéronef, etc.?), afin de réduire les fausses alertes.
• Interopérabilité de C2 avec au moins l’un des éléments suivants : ATAK, JREAP-C, Liaison 16, messages CoT ou SAPIENT pour permettre des cycles de décision en temps réel.
• ou SAPIENT pour permettre des cycles de décision en temps réel.
• Surveillance continue de la zone 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et détection à l’intérieur de celle-ci.
• Latence en temps quasi réel de moins de 2 minutes pour la détection, la reconnaissance et le suivi des cibles.
• Capacité de résister et de fonctionner dans toutes les conditions météorologiques canadiennes, y compris la chaleur extrême (+40 °C) et le froid (-40 °C), la pluie, la neige, le brouillard et la fumée.
• Il est admis qu’une certaine dégradation limitée et raisonnable du rendement peut se produire pendant les périodes de pluie, de neige, de brouillard et de fumée, mais lorsque ces effets environnementaux prennent fin, le rendement complet reprend sans nécessiter d’interventions de l’opérateur ou d’entretien.
• Par exemple, il est raisonnable de penser que pendant une période de neige légère, il peut y avoir une dégradation minimale de la portée de détection, mais dans une forte tempête de neige, il se peut qu’il n’y ait presque aucune possibilité de détection.  Lorsque les chutes de neige prennent fin, la portée de détection complète reprend.
• Intégration des caractéristiques de conception et de production et configuration durable destinée aux essais finaux et à une utilisation continue, notamment, mais sans s’y limiter : composants installés dans des boîtiers de protection, dispositifs extérieurs résistants aux intempéries, câblage externe robuste avec connecteurs appropriés, commandes et commutateurs pouvant supporter des milliers de cycles, etc.

Résultats souhaités

Les solutions proposées devraient comprendre les capacités et les considérations suivantes dans le scénario opérationnel décrit ci-dessus. L’importance relative de ces caractéristiques est comprise en pourcentage du « facteur de pondération » (FP), qui sera utilisé au cours des processus d’évaluation et de sélection. La somme de tous les FP est de 100 % :

Rendement opérationnel (FP 75 %)

• (FP 20 %) Couverture de détection sur un cylindre dont le rayon est supérieur à 10 km et jusqu’à 30 km.
• (FP 10 %) Altitude de détection au-dessus d’un cylindre avec une altitude à partir de la ligne d’horizon visible à la portée maximale de détection de la solution jusqu’à 10 000 pieds (3 048 m) AGL.
• (FP 10 %) Capacité de fonctionner dans toutes les conditions météorologiques canadiennes sans dégradation du rendement pendant les périodes de pluie, de neige, de brouillard et de fumée.
• (FP 10 %) Être simultanément efficace contre plus de trois des cibles du scénario (micro-UAS de classe I de l’OTAN qui présente des caractéristiques similaires à celles d’un DJI Phantom 4), y compris des essaims comptant jusqu’à 100 cibles simultanées.
• (FP 5 %) Être en mesure d’identifier les cibles (en plus de les détecter et de les reconnaître – voir les définitions à la fin du document), ce qui signifie que la solution peut déterminer précisément les détails au sujet de l’objet détecté, et faire la distinction entre les types d’UAS mini/micro.
• (FP 5%) Être efficace contre des cibles se déplaçant à plus de 50 km/h et jusqu’à 300 km/h.
• (FP 5 %) Être efficace contre les cibles silencieuses RF, telles que les UAS captifs équipés d’un système de navigation et de contrôle embarqué.
• (FP 5 %) Latence en temps quasi réel aussi brève que possible (moins de 5 secondes) pour la détection, la reconnaissance et le suivi des cibles.
• (FP 5 %) Être efficace par rapport aux autres catégories d’UAS de classes I et II (voir le tableau ci-dessous) dans le scénario opérationnel.

Autres caractéristiques (FP 25 %)

• (FP 5 %) La couverture est réalisée avec tous les composants de la solution situés à l’intérieur de la clôture périphérique de la base militaire décrite dans le scénario opérationnel (la clôture se trouve dans un rayon de 2,5 km du centre de la base).
• (FP 5 %) Réduire au minimum les ressources humaines que les FAC devront affecter pour exploiter la solution couvrant une seule base, conformément au scénario opérationnel, et en supposant que l’exploitation de la solution sera insérée dans un centre des opérations de la base existant et déjà doté en personnel. L’évaluation se fera comme suit :
• La solution est entièrement automatisée et ne nécessite pas d’opérateurs dédiés supplémentaires. Son fonctionnement peut raisonnablement être effectué avec le personnel normal du centre. (Points d’évaluation complets pour ce résultat)
• La solution comporte une certaine automatisation de base, mais l’opérateur devra surveiller ou contrôler activement la solution environ 50 % du temps. (50 % de points d’évaluation pour ce résultat)
• La solution n’est pas automatisée et nécessite un ou plusieurs opérateurs dédiés plus de 50 % du temps pour maintenir une couverture continue. (Aucun point d’évaluation pour ce résultat)
• (FP 5 %) Interopérabilité de C2 avec plus d’un des éléments suivants : ATAK, JREAP-C, Liaison 16, messages COT et SAPIENT pour permettre des cycles de décision en temps réel.
• (FP 5 %) Utiliser une architecture ouverte (non exclusive) qui s’intègre harmonieusement au cadre de commandement, de contrôle et de communication (C3) existant du MDN et des FAC (au moyen de normes ouvertes), permettant au MDN et aux FAC de modifier, de mettre à niveau ou d’intégrer les composants au fil du temps sans restrictions exclusives.
• (FP 5 %) Intégration d’une fonctionnalité visant à prévenir ou à résister aux cyberattaques.

Concept en vue de la mise à l’essai 

La mise à l’essai de solutions pour évaluer dans quelle mesure elles répondent aux exigences décrites ci-dessus ne peut être entièrement planifiée et acceptée qu’une fois que les technologies à mettre à l’essai ont été sélectionnées et que leurs exigences particulières en matière d’essais ont été définies et comprises.  Au préalable, l’intention théorique des essais, susceptible d’être modifiée à la seule discrétion du Canada, est la suivante :

• L’intention est d’effectuer des essais appartenant à l’entrepreneur en présence du MDN et des FAC.
• L’objectif des essais est d’évaluer le rendement des technologies sélectionnées par rapport au scénario opérationnel et à chacun des résultats essentiels et souhaités.
• La mise à l’essai ne se veut pas un programme exhaustif « d’essai et évaluation opérationnels » de chaque solution, comme cela peut être nécessaire pendant la mise en service opérationnelle d’une solution qui est achetée pour la mise en œuvre opérationnelle.
• Les paramètres d’essai à examiner pendant l’essai seront les suivants :
• Pour toutes les solutions, être les résultats essentiels et souhaités décrits ci-dessus, à condition qu’il s’agisse d’un élément qui peut être mis à l’essai dans l’environnement que le MDN obtient aux fins des essais. Certains résultats peuvent être difficiles à tester dans l’environnement sélectionné et resteront une évaluation sur papier de la configuration de la solution au moment de l’essai.
• Les solutions qui ne prétendent pas atteindre un résultat souhaité particulier ne seront pas évaluées en fonction de ce résultat, et le résultat sera déclaré comme « non atteint ».
• Si une solution prétend pouvoir faire quelque chose qui n’est pas décrit dans les résultats, mais qu’il s’agit d’une fonctionnalité intéressante et pertinente pour les FAC et qu’elle peut être raisonnablement testée dans l’environnement et le délai impartis, elle peut être ajoutée au plan d’essai.
• Les technologies de toutes les entreprises sélectionnées seront mises à l’essai simultanément à un lieu approprié, simulant les scénarios décrits ci-dessus.
• L’entrepreneur conservera la propriété de la solution pendant les essais.
• Le Canada fournirait toute l’infrastructure de soutien et le soutien logistique pour les essais, y compris l’emplacement, les services publics, l’équipe rouge et l’UAS cible. L’entrepreneur fournirait sa technologie, ses opérateurs et son soutien technique.
• L’équipe rouge réalisera diverses trajectoires pour approcher, pénétrer et voler à l’intérieur du cylindre de 10 km du scénario.
• Les paramètres de ces trajectoires de vol seront finalisés afin de tester et d’identifier les limites maximales de performance et les faiblesses potentielles des technologies sélectionnées. Sous réserve de ces précisions, ces essais pourraient comprendre des portées allant jusqu’à 30 km, des altitudes allant jusqu’à 10 000 pieds (3 048 m) AGL, des vitesses allant jusqu’à 300 km/h, divers angles d’approche et de formation en essaims. Dans la mesure du possible, il y aura des ajustements pour tester les limites de rendement des technologies mises à l’essai.
• Les essais devraient avoir lieu en mai 2027 (sous réserve) et durer environ deux semaines.

Calendrier

Le calendrier théorique est le suivant :

Définitions

Classes d’UAS

Les définitions suivantes des classes d’UAS de l’OTAN sont utilisées dans le cadre de ce défi. Source : CONEMP UAS (Tableau 1 – Guide de classification des UAS de l’OTAN, réunion du Groupe des capacités interarmées en matière d’UAV [JCGUAV] en septembre 2009 [page 6])  (en anglais seulement) :

Détails du capteur détecté. Pour déterminer la quantité de détails qu’un système de capteurs du CUAS peut déterminer, on utilise l’échelle de définitions suivante :

• La détection signifie que la solution peut distinguer un objet de l’écho fixe.
• La reconnaissance signifie que la solution peut reconnaître la classe générale du type d’objet (s’agit-il d’un mini ou micro UAS, d’un UAS plus grand ou d’un avion, etc.?), et, par conséquent, réduire la probabilité des alarmes nuisibles.
• L’identification signifie que la solution peut déterminer précisément les caractéristiques de l’objet détecté et distinguer les différents types de mini et micro UAS.