dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Пишут, что 9 мая в Штатах успешно испытали, очередной раз, комплекс ПРО Aegis BMD (Ballistic Missile Defense): при помощи новой модификации SM-3 Block 1B перехватили мишень – баллистическую ракету. Кинетический перехватчик уничтожил мишень прямым попаданием. В пресс-релизе MDA есть некоторая статистика: этот успешный перехват стал 22 успешным из 27 попыток для Aegis BMD; а среди всех испытаний штатовских систем перехвата баллистических ракет (такой вот размытый показатель, да) – это 53 успешный перехват прямым попаданием (hit-to-kill) из 67 попыток, с 2001 года.

Aegis – это такой классический комплекс ПВО, просто, очень хорошо технически развитый. Между тем, баллистические ракеты лучше всего перехватывать ещё над территорией их базирования, сразу после старта. Или, может, не перехватывать, а уничтожать непосредственно до старта. Однако развёртывание подобной системы перехвата – это агрессивный шаг, делающий всю схему “одноразовой”, а то и необратимой. Хотя, понятно, что про подготовку такой системы известно станет не сразу, и нужно учитывать время политической реакции. Но всё равно, к самому политически сложному этапу, к созданию новых систем перехвата (орбитальная бомбардировка? гиперзвуковые ударные беспилотники?), стратегически правильно подходить с готовыми и отлаженными “дальними эшелонами”, к которым, как раз относится упомянутое испытание.

Впрочем, Штаты шумят про инициативу быстрого “глобального удара”. Это как бы “тактическая” система, решающая задачи по оперативному, в течение пары часов, уничтожению цели, находящейся в любой точке земного шара. Ключевые моменты: быстрое применение и глобальный охват. Если предположить, что подобная система будет создана легко масштабируемой по количеству возможных ударов (а почему нет? главное, заранее выбрать верную архитектуру; архитекторы-то, при этом, есть), то вот как раз и получается “упреждающий эшелон” ПРО, действующий над чужой территорией.

Как-то я писал о том, что, например, комплекс ПВО не является “изолированной” вычислительной системой, а, напротив, работает с данными, поступающими извне. Это означает, что состоянием комплекса можно манипулировать, создавая активные помехи (так выстраивается один из путей активации аппаратных закладок, если таковые имеются в вычислительных системах).

Занятно, что стороны, атакующей комплекс, могут быть подробные сведения о его устройстве (закупили образец). В таком случае, на стороне помехопостановщика можно построить математическую модель комплекса. Наличие такой модели позволяет построить некий интерфейс, автоматически подбирающий помехи таким образом, что аппаратура комплекса переходит в заданное оператором помехопостановщика состояние. Тут в качестве “канала управления” служат сигналы помехопостановщика, а в качестве обратной связи – “ответные” сигналы самого комплекса, в том числе внутренние, если их (или их следы) возможно принимать. Оборудование и сопутствующие системы можно разместить на борту самолёта РЭБ. Понятно, что такой интерфейс нужен для ведения эффективной “игры” против системы ПВО на уровне управляющих ей людей.

Да, добротно сконструированный комплекс ПВО, которым управляют опытные специалисты, не должен бы впадать в какие-то хорошо предсказуемые другой стороной состояния. Ну или хотя бы не должен сигналить в эфир о том, чем в данный момент заняты внутренние радиоэлектронные системы.

Так вот, вопрос в том, какое из двух только что приведённых теоретических построений (об управлении активными помехами и об устойчивом управлении комплексом) окажется ближе к реальности. Особенно в случае с устаревшими системами ПВО.

Про насекомых, из которых делают киборгов, я писал больше четырёх лет назад. Сейчас тема набирает популярность. Собственно, преимущества таких киборгов перед роботами, которых делают с нуля, всё те же: инженерам не нужно морочить голову, конструируя эффективные (экономичные) сервоприводы, обеспечивающие перемещение робота. Насекомое – тот же робот, только приводы у него уже есть и вряд ли можно сконструировать что-то эффективнее.

Более того, насекомые уже поставляются с системой питания. А это, до сих пор, основная проблема: компактных и достаточно мощных источников питания, подходящих для микроробота по прочим параметрам, за четыре прошедших года так и не создали (см. старую записку по ссылке выше). В общем, со всех сторон выгоднее приделать свой контроллер к имеющемуся природному насекомому. Идеальное решение, конечно, будет подразумевать интеграцию чипов на уровне личинки, чтобы после превращения жук уже получался с дополнительными системами.

Особых проблем с передачей данных по каналу жук – центр в двух направлениях – нет. Куда как сложнее приделать чип к насекомому, чем обеспечить с ним дальнюю связь. Приём сигналов на стороне центра управления могут осуществлять и специальные спутники (большие антенны на них ставить научились очень давно), и самолёты, и перспективные высотные дирижабли, барражирующие в заданном регионе. Несколько сложнее обеспечить приём команд жуком. То есть, передавать-то мощный сигнал можно, но если действовать в лоб, то сигнал будет демаскировать факт применения киборгов. Кроме того, вмешаются помехи. На стороне киборга ситуацию ухудшает принципиальная невозможность размещения большой антенны.

Можно предложить такую схему: жук достаточно автономен и не нуждается в большом числе команд, поступающих в режиме реального времени; а небольшой набор “медленных” управляющих сигналов может передаваться в защищённом режиме (размазываем по времени и частотам) и восстанавливаться, вычисляться, на борту, при помощи накопления энергии сигнала. Равно та же методика хорошо работает для GPS-приёмников.

Так что затруднений на сигнальной стороне, про которые сейчас пишут, не будет в практическом применении созданных насекомых-киборгов. Если только их запустят в серию, то есть, примутся выращивать в особых инкубаторах сотнями – цель-то именно такая. И прикладные трудности тут касаются именно способов достижения этой цели, а не надуманных “проблем связи”.

Пожалуй, я вместо комментария в ветке про A400 напишу отдельную заметку. Что касается потенциальных ограничений на поставку самолёта иностранной державе, связанных с новыми “секретными” технологиями.

Вообще, таких технологий, которые действительно нельзя передать без серьёзного ущерба, и которые при этом из самолёта нельзя выкинуть, очень мало в принципе. В случае с самолётом, особенно в случае с военно-транспортным самолётом, большая часть сосредоточена не в готовом образце, а в производственном цикле. Запрятаны эти технологии глубоко: например, в цикле изготовления лопаток турбин компрессора двигателя; или в методах сварки деталей крыла; или ещё где-то, но тоже глубоко. Восстановить производственный цикл, разобрав готовый образец самолёта, не выйдет. Ну а производство можно не передавать.

Кстати, даже если удалось вытрясти из закупленных самолётов эти самые “секретные” новые технологии, то без наличия собственного столь же высокотехнологичного производства, выпускать аналогичный аппарат не выйдет, да и использовать эти новые технологии где-то ещё – тоже не получится. На эту тему есть старая байка про то, почему в СССР не смогли скопировать 286-й процессор: кристалл, как обычно, закупили, в специальном НИИ нарезали по слоям, срисовали схемотехнику, но отечественного производственного процесса для изготовления такого чипа – не было в принципе.

Можно предположить, что потенциальный покупатель изделия настолько отстал в технологическом плане, что для него будет открытием факт вроде “самолёты летают, но крыльями не машут” – ну это уже другая история. В таком случае, современные самолёты не поставляют.

Конечно, есть другой товар: сверхсовременные истребители. Тут можно придумать больше обоснований для охраны технологий методом запрета поставок. Например, закупив несколько образцов, вероятный противник может их всячески измерить и разработать эффективную тактику уничтожения подобных машин в воздухе. Но, опять же, это относится лишь к некоторым конкретным типам самолётов, то есть, явление редкое.

В Штатах продолжают испытывать прототипы электромагнитных пушек. BAE Systems распространила видеозапись теста своего прототипа, там неплохо виден снаряд, которым эта штука пуляет:

Снаряд немаленький, но, как можно предположить, не очень-то тяжёлый. И форма его далека от практической.

В продолжение комментариев к заметке про управляемые пули. Интересно посчитать, примерно прикинуть, на каких интервалах времени должна работать гипотетическая система, обнаруживающая снайперов путём наблюдения полёта пули. Обнаружить стрелка нужно до того, как пуля поразит цель. Это только на первый взгляд кажется фантастикой. Существуют системы, работающие с куда более быстрыми процессами, чем полёт пули.

Итак, предположим, что скорость пули в момент вылета из ствола винтовки составляет 1000 м/с. Это очень и очень высокая оценка. Обычный винтовочный показатель – 700-900 м/с, для мощного патрона, заметьте. Дистанция до цели – 700 метров. Это довольно далеко (хотя рекордные показатели сейчас превышают километр). Понятно, что на всем протяжении полёта пуля теряет скорость. Да, для очень точных результатов нужно ещё учитывать, что траектория не будет прямой линией. Однако в нашем случае и без этих деталей понятно, что оптимистичная оценка времени полёта – около 800 мс (0.8 с). Важная особенность: получается, что полёт пули будет сверхзвуковым на всём протяжении, так что звуковые детекторы отпадают.

Для наблюдения за пулей используется сенсор, работающий с тем или иным электромагнитным полем (излучением). Пусть это будет специальный лидар, или РЛС миллиметрового диапазона (тут есть свои трудности с выбором технического решения, но это другая история). Для преодоления пути 700*2=1400 м (до винтовки и обратно) сигналу РЛС потребуется примерно 5 мкс (5*10^-6 секунды). То есть, за одну десятую часть времени полёта пули (0.08 с), зондирующий сигнал успеет сбегать до места нахождения снайпера и обратно примерно 16000 раз. Понятно, что требуется время на генерацию зондирующего сигнала и обработку принятого отражённого, и всё такое прочее. Но всё равно масштабы времени столь различаются, что сенсоры нашей гипотетической системы, пока пуля летит, будут успевать сканировать большой сектор пространства.

Вернёмся к одной десятой от подлётного времени. 0.08 секунды. Микропроцессор, работающий с тактовой частотой в 10 МГц и выполняющий одну команду за такт, успеет пробежать программу из 800000 команд. (Если, конечно, программисты не “накосячат” в коде и штука не повиснет раньше.) Это много.

Что в итоге? Во-первых, есть куча времени на то, чтобы промерить траекторию полёта пули (тысячи зондирующих импульсов); во-вторых, есть ещё больше команд вычислителя, которые за то же время рассчитают возможные точки попадания пули. И, естественно, местоположение снайпера. И вот остаётся только один занятный вопрос: а не проще ли будет обнаруживать этой сверхбыстрой суперсистемой не пулю, а самого снайпера, до того, как он выстрелит?

В воскресенье продолжаем тему управляемых пуль. С ними связано много интересных аспектов. Так, например, обычное баллистическое исследование предполагает, что пуля в полёте не корректировалась. Измерения, выполненные в точке попадания пули, помогают определить, где находился стрелок. И, что не менее важно, где стрелок никак не мог находиться. Но методика работает только для истинно “баллистических” пуль. Если пуля активная, то ситуация сильно меняется.

Тут можно сразу построить специальные “теории заговора”, предположив, что кто-то уже давно обладает корректируемыми пулями. Пусть даже их делают по дорогущему спецзаказу, в секретной лаборатории, партией из нескольких штук. Использование такой пули заведомо портит результаты баллистической экспертизы. Впрочем, нужно ещё добиться, чтобы странная пуля при этом не попала в руки к экспертам. Получается противоречие, да.

Можно не строить теорий заговора, а построить теорию дополнительной маскировки для снайпера: сейчас придумывают автоматические системы, которые станут вычислять местоположение стрелка практически в режиме реального времени, проанализировав звук выстрела и пронаблюдав полёт (попадание) пули. Маневрирующая пуля делает работу такой системы гораздо более сложной. И тут противоречий нет.

Если посмотреть на проблематику “самоуправляемых пуль будущего” чуть более системно, то окажется, что там есть три главных инженерных интерпретации задачи. Две – едва ли не реальных, а одна – совсем фантастическая.

Интерпретация первая. Пуля, после того, как покинула ствол, автономно корректирует свой полёт и следует идеальной траектории, как если бы выстрел был произведён из оружия без изъянов, в вакууме. Строго говоря, это вовсе не самонаводящаяся пуля, а лишь “корректируемая”. Отличие от самонаводящейся тут фундаментальное: если за время полёта пули цель переместилась, а стрелок не взял нужного упреждения, то корректируемая пуля промахивается. Иными словами, активная корректируемая пуля – просто демонстрирует сверхстабильный полёт, компенсируя действие внешних (атмосферных) факторов. Цель такая пуля не преследует: хорошо прицелился стрелок – есть попадание; прицелился плохо или цель увернулась – промах.

Второй вариант. Действительно самонаводящаяся пуля: летит не по заданной траектории, а, напротив, сама изменяет траекторию для того, чтобы попасть в цель. Это как раз пуля из фантастических произведений. Стрелок отметил цель, потом выстрелил “как придётся”, примерно в направлении этой цели, а пуля сама наводится, агрессивно маневрируя. Если стрелок неряшливый, то пули потребуется больше энергии для того, чтобы компенсировать ошибки.

В случае с корректируемой пулей решение может быть полностью автономным: внутри пули размещается инерциальная навигационная система, на основе её данных корректируется полёт. Не требуется загружать “на борт” пули какие-нибудь траекторные указатели. Ускорение при выстреле – известно (либо его можно измерить); второй необходимый параметр – длина канала ствола, – также известен заранее. Корректируемая пуля подходит для снайпера и, если вычеркнуть необходимый учёт атмосферных условий при точной стрельбе на большую дальность, вроде бы, не противоречит сложившейся стрелковой практике. При стрельбе по движущейся цели потребуется брать упреждение, вообще нужно выставлять правильные углы прицеливания, учитывая баллистику, ну и так далее – читайте соответствующие наставления, как говорится.

Пуля самонаводящаяся устроена заведомо сложнее, так как здесь ещё требуется либо система связи с прицелом оружия, для передачи целеуказания, либо собственные сенсоры, позволяющие не только “наблюдать” цель, но и распознавать её, либо и то, и другое, и ещё куча электронного барахла на борту – ибо получается уже не пуля, а некая “ракета” (пусть и без двигателя). Заметьте, что из-за размеров пули заведомо возникают большие трудности с размещением сенсоров системы наведения: ни антенны, ни мощного объектива к пуле прикрепить не получится. Тем не менее, проект пули, вокруг которого сейчас некоторая шумиха, как раз представляет собой самонаводящийся вариант.

Ну а третий, фантастический, вариант появляется, если представить, что между самонаводящейся пулей и её целью возникло препятствие. По условиям задачи, пуля умеет маневрировать. Вопрос: может ли она облететь препятствие? Понятно, что информация о текущем положении цели имеется. Есть проблема с детектированием самого этого препятствия и определением его формы. Хотя, на фоне того, что самонаводящаяся пуля уже как-то справляется с селекцией цели, следующий уровень, подразумевающий наблюдение прочих объектов, не выглядит недостижимым. Или всё ж выглядит?

Самонаводящиеся пули – самая перспективная тема из области разработок стрелкового оружия. Сегодня Sandia National Laboratories распространяют пресс-релиз как раз по этой теме. Они построили действующий образец (прототип, конечно). Правда, наводится данная пуля с использованием лазерной подсветки, так что это пока не то решение, которое бы мы хотели получить. Но всё равно, скорость прогресса впечатляет. Хотя, данной пулей ещё не стреляют даже по мишеням. На паре фотографий ниже – траектория пули во время испытаний и сам опытный образец.

Как пишут, роль трассера выполнял светодиод.

Управление осуществляется при помощи особого оперения. Надо сказать, что поверхности довольно большие, да и саму пулю нельзя назвать короткой. Понятно, что закручивание при помощи нарезок для активной пули не требуется, поэтому стрелковое оружие будущего – гладкоствольное.