TM:n arkistoista: Artikkeli on ensimmäisen kerran julkaistu Tekniikan Maailman numerossa 1/2016. Digitilaajana voit lukea sen myös digilehdestä tai näköislehdestä.


Heinäkuussa 1945 neuvostoliittolaisten nuorten pioneerien lähetystö lahjoitti Yhdysvaltain Moskovan suurlähettiläs W. A. Harrimanille puusta kaiverretun valtionvaakunan, jossa komeilee valkopäämerikotka. Huomionosoituksesta liikuttunut lähettiläs ripusti vaakunan huoneensa seinälle. Hän ei tiennyt, että siihen oli kätketty huippuherkkä langaton mikrofoni, jota oli lähes mahdoton havaita.

Upean kaiverrustyön kerrottiin symboloivan kahden toisessa maailmansodassa rinta rinnan taistelleen suurvallan ystävällisiä suhteita. Tämän ystävyyden nimissä vaakuna sai pysyvän paikan lähettilään virkahuoneessa.

Eräänä päivänä vuonna 1952, Englannin Moskovan-lähetystön ilmailuasiamies viritteli lyhytaaltovastaanotintaan Neuvostoliiton ilmavoimien käyttämille taajuuksille. Yhtäkkiä hän kuuli virkaveljensä äänen radiosta. Asiamies tajusi heti, että joku kaupungissa kuuntelee salaa länsivaltojen diplomaattien keskusteluita.

Niin sanotun kylmän sodan kaudella 1950-luvulla, valtioiden toisiinsa kohdistama radiotiedustelu ja salakuuntelu toki jo tunnettiin ja siihen osattiin varautua. Yhdysvaltain Moskovan lähetystörakennuskin oli sanitoitu eli mitattu jo moneen kertaan tuntemattomien radiolähetinten toteamiseksi. Mitään epäilyttävää säteilyä ei kuitenkaan ollut havaittu.

Suurlähetystön mikrofonijahti

Brittien raportoitua asiasta amerikkalaisille virkaveljilleen, USA:n ulkoministeriön tiedusteluekspertit ryhtyivät välittömästi perinpohjaiseen mikrofonijahtiin. Kaikkien kauhuksi lähetin paikannettiin suurlähettilään virkahuoneeseen, tarkemmin sanoen huoneen seinällä riippuvaan lahjavaakunaan.

Vaakuna siis poimi huoneessa synnytettyjä äänivärähtelyitä, vahvisti niitä ja sinkosi ne ulos rakennuksesta korkeataajuisina radioaaltoina. Puinen vaakuna purettiin, jolloin sen sisältä paljastui pettävän yksinkertaisen näköinen koje. Kyseessä oli salakuunteluväline, joka perustui amerikkalaisille tuolloin vielä tuntemattomaan tekniikkaan.

Neuvottomina amerikkalaiset ottivat yhteyden Iso-Britannian kotimaantiedustelun eli MI5:n johtavaan signaalianalyytikkoon, Peter Wrightiin. Hänelle kerrottiin, että vaakunamikrofonille oli jo tehty tavanomaiset lähikenttämittaukset.

Mittauksissa laitteen oli todettu säteilevän radioaaltoja 1,8 gigahertsin eli nykyaikaisen matkapuhelinverkon taajuudella. Säteilyn teho oli kuitenkin niin vaatimatonta luokkaa, ettei sitä voisi vastaanottaa lähetystörakennuksen ulkopuolella.

Kerrotun perusteella Wright arvioi venäläisten rakentaneen langattoman, suurtaajuusresonanssiin perustuvan mikrofonin. Hän ei kuitenkaan osannut sanoa, kuinka lähete oli heikkoudestaan huolimatta, kantautunut toiseen taloon eli Englannin lähetystörakennukseen asti.

Yhdysvaltojen Moskovan suurlähettilään työhuoneen seinällä riippui Neuvostonuorten lahjoittama puinen vaakunalevy, jonka sisään oli piilotettu langaton mikrofoni. Vaakuna ehti olla paikallaan seitsemän vuotta ennen kuin sen lähettämät radioaallot huomattiin – vahingossa!

Outo onteloresonaattori

Salaperäinen vaakunalaatta toimitettiin pikavauhtia Lontooseen Wrightin analysoitavaksi. Englannissa ensin julkaisukieltoon joutuneessa kirjassaan Vakoojasieppari (Spycatcher, 1987), Wright kirjoittaa, ettei mikrofonissa ollut minkäänlaista akkua tai paristoa; ainoastaan seitinohuella metalliverkolla tai -kalvolla peitettyyn onteloon juotettu lyhyt johdonpätkä. Ontelon sisällä oli sormenpään levyinen metallitappi.

Wrightiltä kului seuraavat kymmenen viikkoa vaakunamikrofonin toimintaperiaatteen selvittämiseen. Antennijohdon pituus (17 cm) viittasi noin 1,8 gigahertsin taajuuteen, mutta virityksen säteilyteho sillä taajuudella oli olematon.

Vaakunaa purkaessaan amerikkalaiset olivat vahingossa puhkaisseet onteloa peittävän metallikalvon. Wrightin pingotettua sen takaisin paikalleen, laite alkoi toimia ja sen lähetysteho voimistui huomattavasti kohdistettaessa siihen noin 0,8 GHz:n taajuinen radiosäteily.

Venäläiset olivat tosiaan onnistuneet yhdistämään herkän mikrofonin ja melkein mikroaaltotaajuudella värähtelevän onteloresonaattorin.

Ontelon ollessa resonanssitilassa heikoimmatkin ääniaallot liikuttavat metallikalvoa, muuttaen kalvon ja ontelon keskinäiskapasitanssia. Muutokset puolestaan moduloivat antennilangan muodostaman resonanssipiirin taajuutta puheen tahdissa.

Onteloresonanssiin perustuvan langattoman mikrofonin rakenne ja toimintaperiaate. Laite käynnistyy ja saa käyttösähkön siihen kohdistetusta suurtaajuisesta radiosignaalista.

Herkällä vastaanottimella ja suoraan mikrofonia kohti suunnatulla antennilla tällainen taajuusmoduloitu äänilähete voidaan vastaanottaa jopa usean kilometrin päässä.

Kyseessä oli siis periaatteessa passiivinen laite, joka voitiin aktivoida ampumalla radioaaltokeila sitä kohti. Tämän todettiin tapahtuneen pakettiauton takatilasta, jossa oli USA:n lähettilään virkahuoneen ikkunaa kohti suunnattu lähetys- ja vastaanottoantenni.

Wrightille selvisi vähitellen, että resonaattorimikrofonin täytyi olla lähtöisin neuvostokeksijä ja -vakooja L. Termenin aivoista. Lev Sergejevits oli esitellyt ensimmäisen theremin-soittimensa jo 1920-luvulla. Se on syntetisaattori, jota soitetaan liikuttamalla käsiä laitteen yläpuolelle luodussa säteilykentässä.

Puolessatoista vuodessa Wright kehitti venäläisten resonaattorimikrofonista oman, matkalaukkuun mahtuvan versionsa. Laitteeseen kuului sateenvarjoksi naamioitu lähetys- ja vastaanottoantenni.

Sähkönsiirtoa ilman johtolankaa

Mikroaaltoputki tai -resonaattori ei ollut tuntematon komponentti enää 1950-luvulla. Radioresonanssia oli hyödynnetty jo sota-ajan tutkalaitteissa. Puuvaakunaan piilotetun langattoman mikrofonin toimintaperiaate oli erikoinen kahdessakin suhteessa. Laite voidaan kytkeä radioteitse päälle ja pois, jolloin sitä on hyvin vaikea havaita millään mittauslaitteella.

Vielä mullistavampaa on, että laite ei tarvitse omaa akkua tai paristoa toimiakseen, koska se saa käyttösähkönsä ulkoa tulevasta radiolähetteestä. Ensimmäinen langattomasti välitettävää käyttösähköä hyödyntävä laite patentoitiin vasta 1970-luvulla. Nykyään vastaavaa rfid-tekniikkaa (radio-frequency identification) käytetään nfc-etälukulaitteiden (near-field communication) välisessä tiedonsiirrossa.

Amerikkalaisten kannalta nolointa asiassa oli, että vaakuna ehti noin seitsemän vuoden aikana koristaa neljän suurlähettilään työhuonetta, ennen kuin se paljastui – lähes sattumalta!

Neuvostoliiton lahjoittaman puuvaakunan ja siihen kätketyn salakuuntelulaitteen jäljennös on nähtävillä NSA:n National Cryptologic Museumissa.


 Tekniikan Maailma kertoi aiemmin tällä viikolla amerikkalaistutkijoiden kehittämästä akuttomasta matkapuhelimesta. Puhelimen toiminta perustuu samaan onteloresonanssiteknologiaan, joka ihmetytti amerikkalaistutkijoita 70 vuotta sitten.