dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Между прочим, камуфляжные рисунки на тканях, предназначенных для пошива военного обмундирования, тщательно исследуют. Исследуют ещё с тех пор, как впервые массово внедрили (во время Второй Мировой, хотя первые опыты были сильно раньше). Цели – понятны: определить, какой именно рисунок максимально скрывает бойца в том или ином пейзаже. Методы исследования включают, скажем, статистический анализ результатов наблюдений группами испытуемых: статиста одевают в различные “текстуры” и размещают на фоне пейзажа, на разном расстоянии от наблюдателей, “наблюдатели” же должны заметить статиста. Есть и другие исследовательские инструменты, вплоть до компьютерного анализа цифровых снимков “тестовых сцен”.

Камуфляжные рисунки по результатам исследований изменяют. В принципе, несложно проследить развитие, сравнивая полевую форму разных лет. Конечно, всё то же самое актуально и для техники (всех видов, не только наземной). Так что тема развивается. А поэтому понятно, что в будущем камуфляж останется, но будет другим. Интересно, каким именно?

Думаю, что тем, кто следит за темой, в голову первым делом приходит “плащ-невидимка”. Действительно, исследования в этом направлении ведутся. Есть уже заметное число открытых научных публикаций, рассказывающих, как можно с помощью специальных материалов добиться настоящей невидимости в том или ином диапазоне электромагнитных волн. Речь о технологиях, реализующих “огибание” прикрываемого оболочкой объекта электромагнитными волнами. Но, с другой стороны, создание практических тканей-невидимок, годных для полевого использования – дело далёкого будущего. (Хотя, опытные образцы таких тканей мы увидим уже в течение ближайших семи-девяти лет.)

В более близкой перспективе актуальны другие решения. Что это может быть? Например, динамический рисунок. “Электронные чернила”, потребляющие минимум энергии, уже есть. Их научились сопрягать с гибкими поверхностями. При использовании в качестве камуфляжа, нити, создающие рисунок, вплетаются (привариваются?) в ткань, а нужный рисунок выставляется вшитым микроконтроллером.

Камуфляжные текстуры редко обладают большим разнообразием цветов, чаще решение вообще практически “монохромное” (изменяется “насыщенность” одного, опорного, цвета). Геометрия рисунка – важнее. Поэтому, с цветопередачей как раз не должно возникнуть проблем (понятно, что непросто сделать электронные чернила на прочной ткани ещё и разноцветными). А вот геометрия рисунка на такой динамической ткани легко выставляется любая.

Рисунки находятся в памяти носимого компьютера. В простой реализации выбор узора производится либо на основе характеристик освещённости (видеокамеры, закрепляемые на касках, уже есть), либо на основе времени суток (часы в микроконтроллере), либо на основе местоположения бойца на карте (навигация работает), либо с учётом сразу всех этих параметров. Наверное, должен быть и ручной режим. Очевидное развитие, по мотивам живой природы, – динамический узор, конструируемый компьютером на основе наблюдения окружающей “текстуры”.

Такая ткань, в статусе опытного экземпляра, реализуема уже сейчас. Тем более, что в природе такие системы встречаются (кальмары, рыбы). В общем, ткань-хамелеон уже конструируют, нужно только реализовать сопряжение с системой управления.

Опять же, схема годится и для техники. Тут вместо ткани – специальная плёнка. На первый взгляд, задача с техникой проще, потому что не нужно делать гибкую ткань, постоянно работающую “под нагрузкой”. Но в реальности никакого упрощения нет: с техникой свои проблемы – нужно лучше следить за радиоэлектронной (а равно и ИК) заметностью, разные части имеют разную рабочую температуру и так далее.

Снижение заметности, кстати, это другая “камуфляжная” задача. Снижать ИК- и РЛ-заметность требуется и для пехотинцев, не только для техники. Активные элементы в ткани тут тоже помогут.

Оказывается, 1 июля французский Rafale публично признан пригодным для применения ракеты MBDA ASMPA, оснащённой ядерной боевой частью.

Вариант ракеты для Rafale это развитие программы, в рамках которой сконструировали аналогичные ракеты для Mirage 2000. ASMPA использует прямоточнный воздушно-реактивный двигатель. Понятно, что разумное предназначение – борьба с кораблями: летает достаточно далеко, над морем можно особенно точно не прицеливаться.

В развитие темы активных систем защиты техники (противоракетных перехватчиков): прикинем требуемое быстродействие и масштаб временной шкалы, на которой происходит срабатывание всей системы (сперва посмотрим на малые скорости, а потом на гиперзвуковые снаряды).

Понятно, что время нужно измерять от момента обнаружения угрозы сенсорами до момента, в который защищаемый объект (танк там, или самолёт) будет поражён. Предположим, что сенсоры обнаруживают подлетающий снаряд (гранату, ракету) на расстоянии в 1000 метров. Тогда, при средней скорости подлёта в 500 м/с, остаётся аж две секунды на всё про всё, можно хорошо прицелиться и так далее.

Вообще, 1000 метров – это очень далеко. В городе просто нет таких практических дистанций в прямой видимости (разве что с верхней полусферы). В поле – посвободнее, но будет много заведомо лишних целей. С другой стороны, и две секунды – это очень долго, считать не пересчитать.

Более практичное расстояние – 100 метров. Получаем 0.2 сек. = 200 мс при средней скорости подлёта 500 м/с. 200 миллисекунд – это 200 тыс. тактов процессора, работающего на частоте 1 Мгц. 200 тыс. операций – как оценка, выглядит достаточной для вычисления параметров перехвата. При этом, 1 Мгц – по нынешним меркам очень медленно даже для военной специальной ЭВМ. Нужно, впрочем, скинуть время, необходимое для актививрования бортового перехватчика (поджиг ускорителей и т.п.) и передачи в этот перехватчик данных целеуказания.

Тут интересно взглянуть, как же может быть устроен перехватчик: например, противоракета выкидывается пороховым зарядом из стартового “стакана”, выдаёт несколько реактивных импульсов корректирующими двигателями (эти двигатели придают разворачивающий момент; т.е., смотрят, так сказать, вбок) и после этого, включив основной ускоритель, отправляется на встречу с целью. Собственно, именно так работает одна из штатовских систем, насколько можно судить по видео. Думаю, понятно, в чём суть схемы. Противоракета всегда выкидывается из пускового устройства в одном направлении. Скажем, вертикально вверх. Это конструктивно удобнее. Уже в воздухе противоракета очень быстро разворачивается в сторону точки перехвата, обеспечивая прикрытие по полусфере.

Ускорители со специальным топливом – они срабатывают очень быстро, хватит 5-10 мс плюс ещё 10 мс накинем на выполнение разворота. Тут, впрочем, кроется весьма хитрое “ноу-хау”: нужно так устроить корректирующие двигатели, чтобы они точно дозировали создаваемый момент, иначе противоракета будет разворачиваться с ошибкой, что сделает всю систему бесполезной. В используемом нами масштабе, заметным становится время, за которое противоракета достигнет точки перехвата. Предположим, что противоракета также показала среднюю скорость 500 м/с (очень такой прикидочный расчёт). Получается, что через 20 мс (10% от общего интервала в 200 мс) противоракета пролетела 10 метров. С запасом хватает для наземной бронированной техники (с точки зрения защиты пехоты перехват должен осуществляться как можно ближе к танку; у самолётов – там ситуация иная, но это для другой записки).

Время на передачу данных по проводам: похоже, им можно пренебречь (примем, что около 4 нс на метр, при использовании оптоволокна в качестве среды распространения). Также не рассматриваем задержки на распространние сигнала радара. Загрузка данных в противоракету: несколько байтов, несколько десятков тактов, получается – в пределах миллисекунды, при условии, что данные передаются по интерфейсу с основной частотой в 1 Мгц.

Промежуточный итог: для медленных целей (500 м/с) времени на вычисление параметров и на сам перехват – целый вагон (у нас специально занижена потенциальная производительность ЭВМ). Выглядит всё реально.

Теперь предположим, что появились упомянутые в комментах гиперзвуковые кинетические снаряды. Скорость такого боеприпаса – 1500 – 2000 м/с. То есть, времени меньше в четыре раза (скорость в четыре раза выше). Но, собственно, для вычислительной части времени всё равно достаточно (мы же взяли самую медленную ЭВМ) и даже задержки на передачу данных опять не заметны. Если противоракета продолжает тратить 40 мс на прибытие в точку встречи, то гиперзвуковой снаряд за это время пролетает всего 80 метров, что укладывается в предложенную схему (дистанция 100 метров). Так что, в теории, не так всё плохо. А ведь есть ещё лазеры. Для перехвата.

Следующим шагом в борьбе “брони и снаряда” станет внедрение активных систем перехвата этих самых снарядов – в этом мало кто сомневается. Речь о системах, защищающих, например, танки, с помощью противоракет, оперативно вылетающих навстречу средствам поражения. Радар определяет траекторию снаряда, компьютер вычисляет лучший способ перехвата, навстречу выкидывается противоракета. Первые системы уже собираются внедрять в Израиле.

Очевидно, что скоро подобные системы начнут продвигать на борт самолётов, как единственный эффективный способ борьбы с противовоздушными ракетами.

Между прочим, получается, что такая активная система защиты – первый практический шаг к полностью автоматическим системам вооружений. Почему? Потому, что в данном случае человек просто не может успеть оценить обстановку и принять решение об открытии огня. Счёт идёт на миллисекунды. Конечно, сперва внедряются версии, где задачи чисто оборонительные, что-то вроде особенно продвинутой версии мины, срабатывающей на приближающийся снаряд. Но в системе уже есть сложная логика, вычисляющая траектории и распознающая цели (нужно отфильтровывать помехи, разные безопасные “снаряды”, типа брошенного камня, и так далее). Развитием же станет увеличение дальности и расширение спектра распознаваемых угроз.

Другой момент: повышаются требования к средствам радиоэлектронной борьбы, потому что радарная активная защита танка, сбивающая ПТУРы, должна преодолеваться при помощи помех. Постановщик помех нужно либо размещать на самой ракете, либо на машинах (или летательных аппаратах) поддержки, которые могли бы поставить помехи сразу группе атакуемых танков. (Непосредственно на пусковом устройстве ПТУР помехопостановщик размещать бесполезно: потому что либо придётся работать с минимального расстояния, что не имеет смысла, либо слишком большая мощность для помехи потребуется, “избирательность” при этом только снизится.)

Вот, выходит, что ещё одно направление у РЭБ в “киберпространстве” возникает.

Кстати, всегда интересно сравнивать публикуемые фотографии многообещающих военных проектов: один и тот же проект, но снимки разного времени. Ведь с такими фотографиями их источники специально работают, подбирая нужные. Посмотрим, например, на случай с моделями X-51 (прототип гиперзвукового ЛА, который недавно совершил первый самостоятельный полёт).

Вот фотография модели под крылом B-52 (судя по сообщениям, осень 2009 года) + увеличенные фрагменты:

Важная (без шуток) деталь – край. Даже поставлена рука в кадре.

Носок – изменяемый. Смотрим дальше.

Весеннее фото, судя по новостям, май 2010 (вероятно):

Ой, а здесь, видимо, дополнительный “звукоулавливатель” синего цвета в кадре оказался. Случайно.

Носок.

И промофото из прошлой записки по теме:

Вот как меняется техника.

В ленте АРМС-ТАСС пересказывают информацию главу компании “БраМос аэроспейс” о сверхзвуковой ракете “Брамос”:

“Ракета воздушного базирования будет несколько отличаться от остальных версий, поскольку сама платформа Су-30МКИ работает на сверхзвуковых скоростях, и, таким образом, исключается необходимость разгонять ракету до аналогичной скорости.”

То есть, по версии журналистов, выходит, что обязательно на сверхзвуке будет отделяться такая немаленькая ракета (а ещё и разогнаться ж нужно). Задача, скажем так, это непростая. Я, кстати, как-то писал об особенностях запуска ракет с ЛА в полёте.

На прошлой неделе полетел тестовый образец X-51A, это боинговский перспективный гиперзвуковой летательный аппарат с воздушно-реактивным двигателем. В пресс-релизе пишут, что полёт длился около трёх минут и X-51A достиг скорости M=5. Понятно, что это такие очень приблизительные числа, так как нет информации по ускорению. Но, предположим, что аппарат все три минуты летел “на 5 махах”, тогда получается расстояние около 450 километров (высота полёта – ~15000 метров, так сообщает “Боинг”). Вроде бы, не далеко улетел. Тем более, что это оценка сверху. Но это ведь первый успешный полёт, и раньше подобные аппараты на такие расстояния не летали. Да и гиперзвуковая скорость, это более “пяти махов”.

С другой стороны, обнаружить небольшой летательный аппарат с расстояния 450-500 километров – это тоже себе задача. Да, пока такие аппараты летают на высотах более 10 км всё ещё не так сложно: штатно работают наземные РЛС. Когда высоту снизят до минимальных значений, массовые наземные РЛС сантиметрового диапазона окажутся за горизонтом и вообще ничего не увидят, в принципе. При этом, понятно, что если даже обнаружили аппарат, то времени на перехват традиционными средствами нет. Во-первых, три минуты это вообще очень мало. Во-вторых, даже если в воздухе уже находятся одиночные перехватчики, то не факт, что они успеют встретить скоростной аппарат. В-третьих, поднять в воздух что-то, кроме хорошо подготовленной ракеты – времени опять же нет. Остаются только сверхсовременные комплексы ПВО/ПРО, которых должно быть много, действовать они должны автоматически, и, в случае с маловысотными целями, потребуется ещё и наведение с воздуха (плюс поддержка загоризонтными наземными РЛС). Проблем много, да. (Кстати, истребитель пятого поколения, очевидно, тут не поможет, потому что нужно длительное патрулирование.)

Фото модели аппарата (U.S. Air Force):

Вот обсуждали недавно тему про возможность дистанционного полного дезориентирования операторов комплекса ПВО с помощью сложных помех, то есть, так называемый “перехват управления” комплексом ПВО посредством инструментов РЭБ. Я уже писал ранее об этой, на первый взгляд, совершенно фантастической, возможности. Но нужно добавить ещё буквально пару интересных моментов.

Речь, напомню, о том, что противник, обладающий информацией об устройстве комплекса и мощными вычислительными ресурсами, использует тот фундаментальный факт, что современный комплекс ПВО – это система, в существенной мере управляемая внешними данными (внешними сигналами), принимаемым без проверки и защиты. (Такое положение дел, кстати, позволяет активировать аппаратные закладки, которые, теоретически, могут быть встроены в микроэлектронную начинку изделия.)

Так вот, для точного вычисления текущего режима работы комплекса требуется считывание информации из потоков данных, которые циркулируют между составляющими комплекс структурными элементами (понятно, что у хорошего мощного комплекса ПВО обычно пространственно разнесены собственно разные радары, командные пункты, пусковые установки, вспомогательные машины и т.д.). Можно предположить, что внутрисистемные потоки данных – зашифрованы, криптографически защищены (хотя это далеко не всегда так). Как же по ним ориентироваться? Оказывается, можно построить сигнатуры состояний комплекса, нерасшифровывая поток “внутренних команд”. Помогут всё те же “побочные эффекты” и утечки.

Вот упрощённый пример. Предположим, что шифрованием защищается некое полезное содержание передаваемых данных, например, координаты сопровождаемых целей. Хорошо, выяснить координаты не получается. Однако пакет данных, содержащий эти самые координаты имеет разную длину, в зависимости от количества целей (вполне обычная, самоочевидная практика – ПО для комплексов разрабатывают нормальные программисты, не сомневайтесь). При этом старт передачи пакета по каналам связи (пусть они даже кабельные, а не УКВ) и окончание передачи – отмечаются хорошо известным сигналом, который определяется используемым протоколом обмена (последовательного, как обычно). Опять же – ничего фантастического, ситуация типичная. Инженер РЭБ противника, с помощью специального оборудования, принимает только утечки стартовых и стоповых импульсов, но это позволяет ему измерять длину пакета. Изменение этой длины будет свидетельствовать о том, принял ли комплекс на сопровождение дополнительную цель или, наоборот, цель он потерял – очень важная информация, между прочим, судите сами.

Ведь теперь у РЭБ противника есть инструмент, позволяющий определить, захватил атакуемый комплекс активную помеху, имитирующую сопровождение цели или ещё нет. Не мало, правда? Развиваем схему дальше. Например, если активная помеха захвачена, то можно приблизительно вычислить, какие координаты получит фиктивная цель в ЭВМ комплекса. Предположим теперь, что РЭБ противника принимает не только импульсы начала/окончания передачи данных, но и шифрованные пакеты с координатами целей. Если это так, и помеха захвачена (вывод из изменения длины пакета), то можно провести стандартную атаку на шифр – ведь известна часть шифротекста. Теперь можно читать внутренние команды и подстраивать под них помехи. Даже если читать пакеты не получается, то наличие флага “захват/потеря” позволяет определять эффект от разных типов помех, тоже не мало.

Совокупность многих утечек-признаков, их последовательность, с учётом порядка и времени появления, позволяет построить сигнатуры состояний атакуемого РЭБ комплекса и автоматически их использовать в помехопостановщиках.

Ну и так далее.

Все описанные способы атак давно и хорошо известны в смежных областях. Однако многие и многие комплексы ПВО разрабатывались тогда, когда суперкомпьютеры не могли уместиться даже на борту тяжёлого транспортного самолёта. Поэтому многие теоретические хитрости не учитывали, как неосуществимые на практике.

Сейчас ситуация с суперкомпьютерами сильно поменялась. Вернее, то, что десятилетия назад называлось суперкомпьютером и занимало целый зал в здании, нынче летает в небольшом реактивном самолёте. Анализ утечек сигналов и сопоставление его с моделью атакуемого комплекса ПВО для выработки сложных помех в реальном времени – это, как раз, вопрос для мощного компьютера с соответствующим ПО, то есть, не фантастика. Результат работы такой системы РЭБ – как раз и есть тот самый “перехват управления”, который пока не включает прямой передачи вредоносных команд атакуемому комплексу, а просто позволяет водить этот комплекс за нос, рисуя перед операторами совсем неожиданную картину воздушной обстановки.

Такие перспективы.

Ранее по теме я писал, например, вот что:

Активация аппаратных “закладок” в специальных ЭВМ;
“Вскрытие” управления комплексом ПВО;
Атаки на специальные сети извне.

Кстати, в комментариях к предыдущей записи обсуждается необходимость навигации в будущем, нужна ли она вообще при фантастических захватнических операциях.

В реальности всё довольно просто: планирование эффективной военной операции без точных карт – невозможно. Точные карты требуют наличия точной навигации – это очевидно. Это что касается стратегии. Тактика проведения эффективной операции, опять же, требует точной информации о местоположении частей. Чем точнее и быстрее такая информация распространяется, тем эффективнее операция и больше шансов на успех. То есть, идеальное решение – распространение “навигационной информации” в режиме онлайн.

Моментальный и подробный (с “топографией”) ответ на вопросы типа “где я сейчас нахожусь?”, “где находятся другие части/подразделения?” и тому подобные – это основной предмет разрабатываемых и испытываемых сейчас перспективных военных информационных систем поля боя. Наиболее нашумевшая инициатива (имевшая, впрочем, некоторые проблемы): Future Combat Systems (FCS).

“Гибкая” автоматизированная навигация, использующая различные источники данных и “параметры” окружающей среды для “определения координат” – эта тема уже десяток лет находится среди наиболее актуальных прикладных исследований.

Другими словами, если даже сейчас автоматической навигации уделяется столько внимания, то очень странно полагать, что в фантастическом будущем, где возможны межпланетные перелёты, универсальная и точная общедоступная (“для своих”, конечно) навигационная система не является чем-то само собой разумеющимся. Ну как сейчас компьютеры и радары на корабле, примерно.