Система формирования защищенной квантовой связи для беспилотных поездов «Ласточка»

Актуальность и необходимость

Развитие беспилотного железнодорожного транспорта (беспилотные «Ласточки», маневровые локомотивы) требует высокой защищенности каналов управления и сбора телеметрии. Классическая схема с ручной сменой ключей шифрования (раз в 15 месяцев) не обеспечивает необходимой частоты обновления и исключения человеческого фактора (уязвимость «человек посередине»).

При этом бортовые накопители видеоданных и телеметрии требуют регулярной выгрузки больших объемов информации, что затруднительно сделать при помощи радиоканалов мобильной сети. Выгрузку информации на жесткий диск производит сотрудник депо. Разработанная система позволяет автоматизировать процесс смены ключей и безопасной передачи данных в момент планового заезда подвижного состава в депо не реже чем раз в месяц.

Суть технологии

Система состоит из двух частей:

стационарной, установленной в эксплуатационном депо и соединенной с шифратором в Центре управления беспилотным движением;
бортовой, установленной на крыше подвижного состава и соединенной с шифратором подвижного состава.

Электропоезд останавливается в эксплуатационном депо с точностью ±0,5 м для проведения технического обслуживания. По команде оператора система автоматически наводит стационарную и бортовую часть, образуя двухканальную атмосферную линию на длине волны в диапазоне 1260–1565 нм, при этом потери в такой линии связи составляют не более 5 дБ. В ходе техобслуживания происходит генерация квантовых ключей (занимает около часа), а также защищенная передача данных между Центром управления движением и бортовым оборудованием. После завершения обслуживания система автоматически убирается под купол и состав уезжает с новыми ключами шифрования для защиты радиоканала управления беспилотным электропоездом. Технология использует методы высокоточного наведения, отработанные в космической отрасли, но адаптированные для работы в условиях железнодорожного депо.

Ключевые преимущества и эффект от внедрения

Полная автоматизация смены ключей

Высокая частота обновления ключей

Ключи могут меняться при каждом плановом обслуживании (каждые несколько недель), что значительно снижает нагрузку на ключ шифрования.

Защищенная передача больших объемов данных

В том же оптическом канале передаются телеметрия и видеопоток, что позволяет отказаться от ручного съема информации.

Безопасность канала управления

Универсальность

Фото: Production Perig/Shutterstock/FOTODOM

Мировой контекст

Атмосферные линии КРК известны и применяются в лабораторных условиях. Однако комбинированных промышленных систем, совмещающих высокоточное наведение и волоконные линии связи КРК с передачей данных в условиях железнодорожного депо, в мировой практике не обнаружено. Разработка опирается на методы наведения, отработанные в космической отрасли, но адаптирует их под специфику наземного транспорта.

Российская реализация

Проект реализуется по заказу ОАО «РЖД». Исполнители — НИИАС (Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте) и АО «НПК «СПП» (научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения»). В настоящее время изготавливаются опытные образцы системы для двух типов подвижного состава: беспилотной «Ласточки» (Московское центральное кольцо) и беспилотного маневрового локомотива (Куйбышевская железная дорога). Для маневрового локомотива конструкция имеет повышенные требования к эксплуатационным характеристикам, так как маневровый локомотив в процессе работы испытывает большое количество вибраций и ударных нагрузок.

Текущий статус и перспективы

Завершен этап разработки технического проекта, проведены исследовательские испытания макетов системы, разработана рабочая конструкторская документация. В 2026 году планируется завершить изготовление опытных образцов и провести предварительные и приемочные испытания на двух полигонах. После успешного завершения опытно-конструкторских работ система будет передана в опытную эксплуатацию (длительностью 6–12 месяцев), по результатам которой будет принято решение о внедрении в постоянную эксплуатацию и тиражировании устройства. В перспективе разработка может быть адаптирована для других видов беспилотного транспорта, требующих регулярной автоматической смены квантовых ключей и защищенного съема данных.

Образец системы квантового распределения ключей на непрерывных переменных с использованием балансного детектора

Исследование возможность снижения стоимости систем КРК за счет отказа от детекторов одиночных фотонов