Mesh-Modem der russischen Shahed Drohne
Die iranische Shahed-136-Drohne (bzw. der russische Lizenzbau Geran-2) ist weiterhin eine der tödlichsten Waffen im Ukraine-Krieg. Die nur 25.000 bis 50.000 Euro teure Drohne hat eine Spannweite von knapp vier Metern und ist mit einem 550-cm³-Verbrennermotor ausgestattet. Sie kann 1.000 Kilometer weit fliegen und dabei eine 100 Kilogramm schwere Bombe tragen. Schlägt sie in einen Wohnblock ein, zerstört sie ein bis zwei Wohnungen. Plattenbauten können, wenn sie unglücklich getroffen werden, auch teilweise einstürzen.
Die Steuerung erfolgt automatisch und per Hand
Die Drohne wird teils per Hand und teils automatisch gesteuert. Die Russen nutzen jede Variante der Steuerung und Kommunikation. In den vergangenen Jahren haben wir völlig verschiedene Innenleben und Generationen von Modems und Sensoren gefunden. Nun haben wir die neueste Mesh-Modem-Hardware-Version 10.1 untersucht. Wir fanden westliche Komponenten, die sich kaum ersetzen lassen.
Was ist ein Mesh-Modem?
Bei einem klassischen Modem, wie man es aus dem Internet der 90er Jahre kennt, wird ein Gerät (der heimische Computer) mit einem anderen (dem Verteiler des Internetanbieters) verbunden. Ein Mesh-Modem hingegen arbeitet dezentral und bietet die Möglichkeit, viele wechselnde Endpunkte miteinander zu vernetzen. Jedes Modem agiert dabei als Knotenpunkt, auch „Node” genannt. Es kann Daten der eigenen Drohne senden und empfangen, aber auch die Daten anderer Drohnen annehmen und weitergeben. So wird die Reichweite des Signals verlängert. Jede Drohne kommt ca. 150–250 km weit. Daher werden die Shahed-Drohnen oft in Wellen im Abstand von ca. 150–250 km in Richtung Ukraine gestartet. Die erste Welle sendet ihre Daten an die zweite, diese an die dritte und so weiter, bis das Signal die Piloten in Russland erreicht.
Wird eine der Drohnen abgeschossen oder durch elektronische Kriegsführung gestört (auch „Jamming“ genannt), sucht sich das Signal automatisch einen anderen Weg über die verbleibenden Drohnen im Schwarm.
Das System nutzt vermutlich die Frequenzbänder 600 MHz, 1400 MHz oder 2300 MHz. Dadurch können Drohnen untereinander Daten austauschen, Zielinformationen weitergeben oder Befehle empfangen – selbst wenn direkte Signale vom Boden aus gestört werden.
In China gebaut – mit bleifreiem Lötzinn
Die verbaute Technik ist präzise Hochfrequenztechnik (HF). Die Bauart zeigt, dass das Modem in China in Serie gefertigt wird. Es wird auch EU-konformes, bleifreies Lötzinn verwendet. Das bedeutet, dass die Fabrik ansonsten für den westlichen Markt, vermutlich für EU-Exportprodukte, produziert. Dieses Detail zeigt, dass hier kommerzielle Standard-Fertigungsstraßen genutzt werden, die für den globalen zivilen Markt ausgelegt sind.
Auf der Außenseite des Modems befindet sich ein Garantieaufkleber mit der Aufschrift: „Meine Garantie erlischt, wenn ich das Gehäuse öffne.” Auch das weist darauf hin, dass das Modem in einer zivilen Fabrik gebaut wurde, die diese Aufkleber auf alle ihre Produkte klebt.
Das Shahed Mesh Modem zeigt die typische Bauweise eines modernen Software Defined Radio (SDR)-Systems. Es kann auf vielen Frequenzen arbeiten, schnell zwischen Frequenzen hin- und herschalten („Frequenzhopping“) oder mit verschlüsselten Signalen arbeiten. Ein SDR ist dabei kein Bauteil eines bestimmten Herstellers, sondern bezeichnet diese Art von Technik. Ein in der Drohne verbauter Computer sagt dem SDR, auf welchen Frequenzen es welche Daten senden oder empfangen soll – der Computer wertet die Daten dann aus und steuert damit beispielsweise die Drohne.
Aufwändige Qualitätssicherung
Die verbaute Hochfrequenz-Hardware wird offensichtlich per Hand kalibriert, was auf gezielte Qualitätskontrollen hinweist. Bei einer günstigen Massenproduktion ist das unüblich.
Die Aufschrift auf der Platine verrät, dass die Hardware bereits in der Version 10.1 vorliegt. Das System wurde also über etliche Iterationen hinweg aktiv weiterentwickelt und optimiert.
Zudem gibt es einen physikalischen Schalter, der für Firmware-Upgrades genutzt werden kann. Dadurch wird verhindert, dass die Drohne aus der Ferne gehackt und mit einer neuen Software versehen werden kann. Zusätzlich ist ein Kryptografie-Chip des Typs AD/Maxim DS28E01 verbaut. Er schützt die Firmware vor dem Auslesen und Ändern. Es scheint also, als habe man aus vergangenen Cyberangriffen auf die Shahed-Drohnen gelernt.
Im Modem sind eine Reihe leicht austauschbarer Chips verbaut, darunter Drosseln, Spulen und SMD-Kondensatoren. Diese sind etwa so leicht zu ersetzen wie ein Lichtschalter zu Hause. Von einigen Bauteilen, wie dem Netzwerk-Chip und den Spannungswandlern, gibt es sogar identische chinesische Klone.
Westliche Technik: Alternativlos
Doch die kritischen Schlüsselkomponenten sind fast nur im Westen erhältlich! Diese bilden das „Gehirn“ des Modems und sind extrem schwer durch eigene russische oder chinesische Entwicklungen zu ersetzen. Dazu gehört:
Xilinx Zynq-7000 (XC7Z020), AMD (USA)
Dieser Chip kombiniert programmierbare Logik (FPGA) mit einem hocheffizienten ARM-Prozessor auf einem einzigen Silizium-Chip. Die FPGA-Herstellung erfordert die fortschrittlichsten Halbleiter-Fertigungstechnologien. Er ist zentraler Teil des SDR und wichtig um das Funksignal digital zu verarbeiten – und andersrum die digitalen Daten zu senden. Weder Russland noch China haben direkte Alternativen mit vergleichbarer Rechenleistung und Software-Unterstützung.
Secure Memory/IP-Schutz (Maxim DS28E01), Maxim Integrated/Analog Devices (USA)
Dieser Kryptografie-Chip schützt die Firmware des Herstellers vor dem Auslesen und Verfälschen. Ein Austausch würde bedeuten, die komplette Authentifizierungsarchitektur des Modems neu zu schreiben.
Fazit
Während das physische Gehäuse, die Verkabelung und einfache Leistungsbauteile leicht zu beschaffen oder zu ersetzen sind, hängt die Signalverarbeitung und das Mesh-Protokoll des Modems vollständig von westlicher FPGA- und Speicher-Technologie ab. Dass diese Chips trotz Sanktionen in der Drohne landen, liegt an weit verzweigten zivilen Zwischenhändlern im asiatischen Raum. Den Herstellern ist es kaum möglich, den Verbleib der Chips komplett nachzuvollziehen.
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Update 1: Modem identifiziert
Bei dem verwendeten Modem könnte es sich um eine Variante des Xingkaitech MESH XK-F358 handeln. Optik und Spezifikationen passen. Hier die technischen Details laut Webseite des Herstellers:
| General | ||||
| Waveform | Mobile Network MIMO (MN-MIMO) | |||
| MIMO Technology | Space-time coding、Space Diversity、TX /RX beamforming、Spatial multiplexing | |||
| Receive Sensitivity | -103dBm@5MHz BW | |||
| Channel Bandwidth | 1.25/2.5/5/10MHz optional | |||
| Data Rate | 1-70Mbps(10MHz BW) Adaptive,QoS | |||
| Modulation Mode | TD-COFDM,BPSK/QPSK/16QAM/64QAM/256QAM/1024QAM Adaptive(Fixedsetting optional) | |||
| RF Output Power(Support TPC, transmisson power control) | 10Watts x2 | |||
| Single HopCommunication Distance | 100-300 KM (visible), 1-30 KM (urban area) | |||
| Mode | Distributed centerless Point-to-point/Point-to-multipoint/Multipoint-to-multipoint, Layer 2 or 3 of Dynamic routing、Multi-hop relay, Star/Line/Network/Hybrid | |||
| Single Hop Delay | Average 7mS (20MHz BW) | |||
| Encryption | DES, AES128/256, SNOW3G/ZUC optional, Chip/TF card encryption customized or external encryption machine | |||
| Anti-jamming Mode | Manual spectrum scanning channel selection, Full band enhanced intelligent frequency selectting(spectrum awareness)/Full band adaptive frequency hopping/ Roaming mode optional | |||
| Local/Remote Management | Operating frequency, channel bandwidth, network ID, transmit power and other parameter settings, spectrum scanning, real-time display and statistical records of network topology, link field strength signal-to-noise ratio, upload and download traffic,node distance, GPS/Beidou electronic map, temperature/voltage/jamming Monitoring, software upgrade. Remote silence and wake-up optional | |||
| Others | The startup time is less than 28 seconds, and the network access/update/switchover time is less than 1 second.There is no limit on the user capacity of a single system (256 nodes or more) and the number of hops in Mesh networks (Data 15+ hops, voice 10+ hops, video 8+ hops). The total bandwidth loss of multiple hops is less than 70%.Automatic carrier tracking, adapted to a Doppler frequency deviation of ± 6kHz frequency offset, supports mobile communication at speeds above 7200 kilometers per hour (6 Mach, 2000 meters per second). | |||
| Bands(70M-6GHz. 2T2R at single band, or 1T2R at dual band selectable/smart change*) | ||||
| BAND | Frequency range (MHz) | BAND | Frequency range (GHz) | |
| UHF | 430-550/570-700/800-950,225-400/320-470* | S Band | 1.6-1.8/1.8-2.0/2.0-2.2/2.2-2.5/2.5-2.7/2.7-2.9,1.6-2.3/1.9-2.7* | |
| L Band | 1000-1200/1300-1500,1200-1700* | C Band | 4.4-5.0/5.25-5.85,4.2-5.2/5.5-6.0* | |
| MIIT | 336-344/512-582/566-626/606-678/1420-1520/1430-1444 | |||
| Environmental | ||||
| Operation Temperature | -40℃ ~+80℃ | |||
| Protection Level | IP66, IP67/IP68 Customized | |||
| Mechanicl | |
| Size/Weight | 12.7×11.0×3.3cm/635g (10Watts×2 Airborne Radio-Lron Gray) |
| Color | Lron Gray |
| Installation | 4 Mounting Holes |
| Power | |
| Supply Voltage | 18-36VDC (10Watts×2) |
| Power consumption | Operation 3-6A/Standby 0.7-0.9A@16.8V (10Watts×2) |
| Power Selection | Power Supply by Twist-Lock Battery or Main Cable |
| Interface | |
| Basic interface | 2xTNC RF, 1-3xRJ45 Ethernet 100/1000BaseT, WiFi AP,GPS/BD RS232/TTL(UART), Sbus/Bluetooth, 1.2-230.4Kbps, DC Input |
| Push to talk/Auxiliary interface | MIC, SP, PTT, GND, RS485/422, USB2.0 OTG |
| Network Extension Optional | Public Network Routing/4G LTE, WB-NB integration, Fiber, Satellite |
| Video Extension Optional | Low Delay HDMI/SDI/CVBS, 4K/2K/1080P/720P/D1 |
| Link Status Indicator | Steady red – The network is not connectedBlinking red – Starting/not connected to the network Steady green – The network is connectedBlinking green – Voice PTT is down |
| RSSI Link Indicator | Steady green – The link quality is excellent Steady Blue – The link quality is good Steady yellow – The link quality is mediumSteady purple – The link quality is slightly worse Steady red – The link quality is poor or link is down |
| Management Interface/Control Interface | Web-based network management/GUI, API for secondary development interface/ SNMP |
Update 2:
Wir wurden darauf hingewiesen, dass man das Mesh Modem bei Wildberries bestellen kann. Dem russischen „Amazon“ Pendant, welches derzeit oft von der Ukraine bombardiert wird. https://www.wildberries.ru/catalog/1145343760/detail.aspx