dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Люди давным давно умеют строить подземелья. Современные технологии позволяют возводить огромные “пещеры” за разумное время. Главное, что “пещеры” научились делать очень прочными, используя в том числе и особенности рельефа, под которым подземелья устраивают. Все знают, что особо защищённые бункеры строят внутри гор и “складок местности”.

Большие подземные укрепления могут скрывать и завод, и базу подводных лодок. И, кстати, авиационные соединения. Впрочем, подземные аэродромы – не самое главное. Главное, что подземные сооружения научились хорошо строить, а вот наблюдать за тем, что происходит под землёй, обнаруживать ходы, норы, пещеры, бункеры – пока получается очень плохо. В случае, например, с наземным строительством такого принципиального дисбаланса нет. Да, самолёты-разведчики и спутники-шпионы могут увидеть, что в том или ином месте планеты, вероятно, начато подземное строительство. Но не более того: что именно строят, каковы объёмы и назначение сооружений – тут выводы делать очень сложно. Судите сами: при использовании современных технологий и намеренном сокрытии работ, даже отвалы грунта вовсе не обязательно полностью делать снаружи.

Информированность всегда была важнейшим фактором при принятии тех или иных важных решений, особенно стратегических. Но если неизвестно, какие вражеские заводы где зарыты – то принимать стратегические решения сложно. С тактической частью тоже проблема. Например, для планирования операций нужны хорошие карты. Карту вражеского города можно построить, используя спутниковые снимки. Как построить карту подземелий, в которые нет доступа?

Приплюсуйте к сказанному тот факт, что уничтожение подземных сооружений с воздуха – также задача весьма сложная. В итоге оказывается, что разрушение хорошо подготовленной подземной инфраструктуры некоторого государства с помощью дистанционных атак с воздуха большая проблема, даже для высокотехнологичных Штатов. Поэтому технологии подземного строительства (отрасль вполне гражданская) – на подъёме. Подземные заводы были и раньше, например, во времена Второй мировой. С тех пор строительные технологии ушли далеко вперёд – представьте, что можно построить теперь.

Довольно давно я упоминал подземных автономных роботов, которые могут действовать в военных целях. Это как раз второй аспект освоения подземелий. Вспомним, что хороших “подземных радаров”, с достаточным разрешением, в наличии нет. Следующим шагом нужно вспомнить уже неоднократно возникавшую в научной фантастике идею о том, что самоходные подземные механизмы уже несколько лет назад приползли в ключевые точки и теперь только ждут сигнала, чтобы, например, взорваться. Неприятная ситуация, да. Тем более, что, например, во многие крупные города, являющиеся портовыми, для подземного аппарата открыт вход “с моря” – начать бурить можно ещё под водой и пройти-то каких-то один-два километра. Впрочем, это фантастика.

Но в реальности следующая, если так можно выразиться, среда, которую будут осваивать сперва мобильные системы, а потом и средства наблюдения – это подземный мир. DARPA, например, уже вовсю заказывает “подземные радары” и тому подобные штуки. Автономные подземные роботы – уже, видимо, есть.

Кстати, в развитие предыдущей ссылки. Лазер, конечно, это новая штука. Но слишком “частная”. Так, можно провести интересные эволюционные параллели (они ниже по тексту, вместе с выявлением реальных “новинок”). Да, лазер доставляет энергию к цели на максимально возможной скорости. Использовав такой литературный приём, как гипербола (не кривая!), можно написать, что лазер, условно, действует мгновенно.

Впрочем, при поправке на современную скорость электронных вычислителей, для сколь-нибудь практических дистанций лазер действует далеко не мгновенно. Считайте сами: тридцать километров – это около 0.1 миллисекунды для лазерного луча. Где-то один порядок можно “накинуть”, так как требуются “прицеливающие” и “установочные” импульсы и каждый из них должен сбегать туда и обратно (пять импульсов – вот вам и дополнительный порядок). Итак, получаем оценочное “время реакции” в 1 миллисекунду. Процессор, работающий с частотой 100 МГц, успеет отщёлкать 100000 (сто тысяч) тактов за это время. 100 МГц – это не очень быстро, по современным меркам, верно? Но сто тысяч тактов на подходящем оборудовании позволяют вычислить решение не самой простой системы дифференциальных уравнений, например.

Переходим к эволюционным параллелям. Развитое огнестрельное оружие позволило отправлять пули в цель с практически мгновенной, по сравнению с человеческими возможностями восприятия, доставкой. Тем не менее, сейчас артиллерийские снаряды успешно сбивают теми же лазерами или “противоракетами”. Достаточно высокоскоростные ПТУР успешно перехватывают на подлёте к танку перспективные системы “активной защиты” (не давно известные, а новые, с управляемыми противоракетами – очень эффективно, особенно по ПТУР, применяемым в комплексе с “ложными целями”).

Мощный боевой лазер – это, конечно, новое поколение. И да, тут достигается физический предел скорости. Но “принципиально нового” тут нет.

А “принципиально новое” – это “многомерная” информационная структура, которая появляется “на поле боя” и без которой, например, тот же противоракетный лазер бесполезен. Возможности получать, обрабатывать и разделять между “потребителями” самую разнообразную информацию о тактической обстановке в реальном времени, – для военизированного киберпространства найти эволюционных параллелей не получится. Второй аспект “принципиально нового” – это военные роботы, которые, по-сути, реализуют “проекцию” киберпространства в реальность, позволяют этому пространству в реальности присутствовать. Постоянно обменивающиеся между собой потоками информации машины, быстро, достаточно автономно (в “поведенческом” смысле) и полностью согласованно действующие группой – у этого явления тоже нет эволюционных предтеч в истории военного искусства: насколько я помню, управляемые из командного центра полчища крупных насекомых никакими древними армиями не применялись.

А почему строят и проектируют сравнимых с человеком по размерам шагающих военных роботов, перенимающих биомеханику живых четвероногих организмов? Не только потому, что фантасты о таких роботах писали.

Дело в том, что нужны роботы, способные действовать вместе с человеком, в составе небольших боевых подразделений (ну вот как сейчас собаки состоят на службе). При этом человек весьма и весьма “универсален” в плане преодоления различных преград рельефа. А вот, например, чисто колёсные платформы – они сильно ограничены в возможностях передвижения по сложным “рельефам” (лестницы, стенки, окна, трубы – это всё сложно для колёсных платформ). Но так как тип роботов, о котором речь, должен действовать вместе с человеком, непосредственно “работая” на том же “рельефе”, то становится очень важной соответствие “универсальности человека”: чтобы не быть обузой, робототехнические системы должны обладать сравнимыми возможностями в плане преодоления рельефа, иначе, как в случае с колёсными, робота придётся то и дело перетаскивать вручную. Вот поэтому системы и будут шагающими. И тут ещё нужно учитывать, что востребованы подобные боевые роботы, прежде всего, при операциях в городах. (Собственно, об этом же писал, например, Азимов, тем не менее, часто забывают о “специфике вопроса”.)

Сейчас есть собаки. Иногда используются другие животные (гораздо реже). Зачем же их заменять? Причин для замены животных – не так много, зато они веские. Самая главная – это способность к “электронной коммуникации”, к подключению в вычислительные сети. Информационные системы робота изначально проектируются так, чтобы легко сопрягаться с сетевой средой, там понятно с алгоритмами и сигналами. А можно ли незатратно подключить к сети “информационные системы” собаки? Вряд ли. По крайней мере, тут гораздо больше неясностей. Поэтому более вероятно появление чисто механических систем. (Ну или собаки-киборги – тоже вариант.)

Близится эпоха возрождения дирижаблей. Не то чтобы дирижабли совсем были позабыты, но новые технологии позволяют найти дирижаблям новые применения. Для чего пригодятся дирижабли в не столь далёком будущем? Для решения самых разных задач.

Наиболее очевидная, наверное, это длительное воздушное патрулирование. Дело в том, что одно из главных преимуществ летательных аппаратов легче воздуха в том, что они могут летать длительное время, не тратя много топлива.

То есть, дирижабль с автоматическим управлением, начинённый разведывательным (наблюдательным) оборудованием, может непрерывно патрулировать границу или какую-то территорию сутками и месяцами. Если, конечно, погода совсем не испортится. Впрочем, в очень многих регионах мира несовместимая с дирижабельным полётом погода приключается редко. Тут нужно напомнить, что идея наблюдательного дирижабля – старая: наблюдения вели ещё с воздушных шаров, веками ранее.

Подвешенный в воздухе дирижабль может служить неплохим ретранслятором в сетях радиосвязи. Три-пять дирижаблей, с подвешенным к ним оборудованием, позволят быстро организовать над огромной территорией высокоскоростную и надёжную сеть передачи данных. А это особенно важно для специальных сетей, разворачиваемых над театром военных действий. Да, спутники – это хорошо, к спутникам все привыкли. Но нельзя отказываться от дополнительной технологии, для спутников недоступной, в силу физических особенностей атмосферы и удалённости от поверхности Земли. Что интересно: дирижабль, работающий опорным узлом сети связи, можно сделать дешёвым (относительно самолётов, конечно) и необитаемым. А значит потеря нескольких подобных узлов не будет существенной потерей.

Более футуристичное: дирижабль-авианосец. Большой беспилотный дирижабль служит базой для некоторого числа мелких беспилотников. Приложений – масса: разведка городских, к примеру, территорий (беспилотники “десантируются” в город, возвращаются с результатами наблюдений); ударный резерв, заранее выводимый в нужный район (актуально, скажем, над открытым морем и в береговой полосе); противоракетные системы, работающие в комплексе с несколькими РЛС, и так далее. (Кстати, самолёты, правда, не беспилотные, уже базировались на дирижаблях, в краткую эпоху цеппелинов.)

Дирижабль, в принципе, может служить недорогим воздушным транспортом. Но, к сожалению, медлительность тут полностью исключает все военные применения таких транспортов. Но тем не менее, у дирижаблей сейчас весьма радужное будущее.

Итак, воздушный океан более или менее освоен перспективными автономными роботами (летающими, то есть, беспилотниками). Поверхность земли также освоена довольно хорошо, тому подтверждением соревнования роботов, устраиваемые DARPA. Водная поверхность – также в списке неплохо освоенных автономными роботами “пространств”. В самой ближайшей перспективе – подводные автономные роботы, тут уже многое сделано. Внимание – вопрос: что дальше?

Ответ, в общем-то, найти несложно: дальше нас ждут подземные автономные роботы и, что особенно интересно, роботы “комбинированные”, способные передвигаться под землёй, по земле и под водой (как вариант). Для подземных роботов, кстати, потребуется довольно хитрая навигация, ведь с GPS и радиоволнами вообще – под землёй большие проблемы.

Подземные роботы весьма полезны. Могут пробираться в бункеры. Могут закопаться где нужно, “уснуть” и ждать “часа X” годами: поиски подобных роботов, правильно сконструированных, весьма затруднительны.

(Фото: Herrenknecht)

Ракетное вооружение истребители используют очень давно. О применении в Первую Мировую ракет против воздухоплавательной техники я писал ранее.

Повсеместное внедрение ракет в качестве основного вооружения истребителя задержалось на долгие годы только потому, что требовалось разработать управляемые, а лучше – ещё и самонаводящиеся ракеты. Дело в том, что неуправляемые ракетные снаряды особой эффективностью, в качестве вооружения истребителя (“воздух-воздух”), не отличались.

(Европейская ракета с воздушно-реактивным двигателем “Метеор”.)

Между прочим, именно отсутствие серийного “истребительного” управляемого ракетного оружия у Германии во Вторую Мировую сыграло одну из ключевых ролей в том, что немецкие реактивные истребители (Ме 262) оказались бесполезны в качестве сил ПВО.

Надо сказать, что самонаводящиеся ракеты “воздух-воздух” в течение довольно длительного периода своего развития (первое, второе, третье поколение) вообще не демонстрировали особого “интеллекта”. Например, ракеты с ИК-сенсорами наводились по элементарному “алгоритму” “погони”, то есть довольно тупо преследовали яркое тепловое пятно сопла вражеского истребителя при стрельбе вдогон.

Такое положение вещей с “ракетным интеллектом” в первую очередь определялось возможностями бортового оборудования: использовалась аналоговая радиоэлектроника, не отличавшаяся алгоритмической гибкостью. В редукцию “ракетного интеллекта” вносило немалую лепту и требовавшееся в расчётах и мат. моделировании сохранение понимания алгоритмов наведения и принципов работы аналоговой “начинки” ракеты (ведь и на стороне конструкторских работ мощные компьютеры стали доступны далеко не сразу). Ракеты сильно поумнели только тогда, когда цифровая вычислительная техника прочно укоренилась по обе стороны от сборочной линии: и на борту ракеты, и на столах разработчиков. И продолжают умнеть.

Какие ракеты нас ждут в ближайшем будущем? Прежде всего – более маневренные и более “интеллектуальные” (в рост “интеллектуальности”, кстати, внесёт свой вклад и широкое использование комбинированных, по принципу действия, сенсоров: например, известный тандем ИК-видео+РЛС). “Интеллекта” добавит то, что современная микроэлектронная элементная база наконец-то позволяет разместить на борту несколько очень мощных вычислителей, с огромной памятью (и для данных, и для команд). Маневренность возрастёт благодаря новым двигателям и большим возможностям по управлению полётом ракеты (тут опять “виновата” микроэлектроника).

Маневренные перспективные ракеты (ждать предсерийных образцов осталось год-два, что-то уже появилось) будут делать несколько заходов на цель, самостоятельно (или с помощью истребителя) обнаруживая эту цель снова, если она вдруг “потерялась”. Истребитель сможет перенацеливать ракету, уже находящуюся в полёте (уже кое-где реализовано), – весьма важный аспект при обстреле несколькими ракетами группы целей на большой дальности. Понятно, конечно, что ракеты смогут атаковать цель, расположенную практически в любой конфигурации относительно истребителя (обязательно будет “закрыто” 360^o по азимуту).

(Израильская ракета Python 5)

Изменятся алгоритмы наведения: суперсовременная ракета сможет наводиться по сложной траектории, заранее рассчитывая не только все возможные “точки встречи”, но и планируя собственный расход энергии. Тут нужно отметить, что очень помогут новые двигатели, в том числе и воздушно-реактивные. Они не только увеличат время полёта при наличии тяги двигателя (а это очень важный параметр для ракеты), но и позволят головке наведения управлять этой тягой в зависимости от тактической обстановки. Например, можно уменьшить тягу с целью снижения скорости полёта на определённом отрезке траектории. (Да, вовсе не обязательно ракете “воздух-воздух” лететь с максимальной скоростью: иногда торопиться уже некуда.)

Появятся ракеты сверхбольшой дальности (сильно больше ста километров). При этом у всех ракет “воздух-воздух” расширится диапазон дальностей, на которых их можно применять. То есть есть тенденция движения от строгого деления на ракеты “ближнего боя” и “дальнего боя” к универсальности.

В общем, подождём пару лет – будет много нового.

Не так давно я уже упоминал, что в ближайшем будущем прорывных, неожиданных и перспективных военно-технологических идей следует ожидать из-под воды. Не в том смысле, что всплывёт-таки великий Ктулху, а в смысле разнообразных подводных аппаратов. Тема акустической невидимости, актуальной под водой, разовьётся в одной из следующих заметок, а в этот раз – про хитрых автономных роботов.

Вот уже с начала года множество “околотехнологических” СМИ рассказывают о разрабатываемых в Штатах (в том числе) беспилотных летательных аппаратах, которые смогут без посадки находиться в воздухе много месяцев или даже лет. Если попытаться перенести “проект” на море, то выяснится, что подводными лодками, совершающими многомесячные автономные переходы, сейчас никого не удивишь. Что, впрочем, нисколько не умаляет значения других устройств: автономных и подвижных подводных роботов, действующих годами.

Такие роботы как раз проектируются. Что-то уже даже построено. В перспективе – малозаметные аппараты водоизмещением в несколько тонн, автономно совершающие патрулирование по заданным маршрутам и при этом покрывающие расстояния в тысячи километров. Такие роботы находятся в толще воды, перемещаются по течениям (подробные навигационные карты давно “оцифрованы”), а также и с помощью собственного двигателя.

Мощный двигатель для крейсерского режима тут не нужен (торопиться некуда), так что и энергии потребляется не так много. (Тем более, что уже давно известны “нырковые” схемы: здесь для горизонтального движения используют крыло, “движущая” сила на котором создаётся во время всплытия и погружения аппарата. Такой аппарат передвигается, то всплывая, то погружаясь. Понятно, что для реализации такого режима на борту имеется система изменения плавучести.)

Предположим, что у перспективного автономного робота пополнение бортовых запасов электроэнергии производится периодически: аппарат всплывает до небольшой глубины и выпускает на поверхность буй с солнечными батареями. Один из вариантов. Есть и другие.

Так или иначе, подъём буя обязательно потребуется для высокоскоростной связи с центром управления (через спутник, например) и для уточнения собственного положения (опять же, спутники GPS и, вероятно, “традиционная”, неспутниковая навигация в автоматическом режиме; как такая навигация реализуется – это предмет для отдельной заметки). Высокоскоростная связь нужна для передачи собранной информации в центр и для обновления заданий робота.

Океан большой и глубокий. Робота, по сравнению с обитаемым аппаратом, проще сконструировать так, что он сможет погружаться на большие глубины и находиться там длительное время. И таких роботов нужно много. Для чего? Например, для наблюдения за подводными лодками и вообще – для разведки.

Центр управления, анализируя совместно данные от нескольких роботов, может узнать много интересного, особенно, если роботы побывали в чужих территориальных водах. (Интересно, что подобный робот, при тщательном проектировании, может даже скрытно заходить из моря в крупные реки.) Ценности материалу добавит то, что робот, конечно, оснащается широким набором разнотипных сенсоров. Более того, робот может доставлять различные разведывательные устройства (понятно, автономные) в заданный район и, позже, забирать их обратно. (Сейчас такие задачи решают хорошо подготовленные пловцы-люди, но возможности робота – существенно шире.)

Интереснее станет, если вспомнить “новую” моду на “барражирующие боеприпасы”, которые сами выбирают цели, прибыв к полю боя. Понятно, что автономный, подвижный и достаточно большой подводный робот может нести мощную боевую часть и, в случае необходимости, атаковать противника. При этом в “район патрулирования” робот приплывает сильно заранее (может, даже за год) и, получая периодические “обновления” по системам связи, ждёт цель.

А есть и другие применения.

Боевые беспилотники с вертикальным взлётом. Как только доведут до ума соответствующие силовые установки, такие беспилотники сразу появятся. В первую очередь – на кораблях. Почему? Потому что перспективные летающие роботы обязательно будут действовать группами (скажем, числом от семи роботов).

Группа роботов действует согласованно, обмениваясь информацией в реальном времени. Такая организация даёт множество преимуществ, которые просто не доступны одиночным беспилотникам. Например, одни “элементы роя” наводят, другие – атакуют. При этом, если используется радиолокационное наведение, то атакующие беспилотники действуют в пассивном режиме, что снижает их заметность. Группа роботов, объединяя информацию от своих сенсоров, может эффективно вычислять координаты целей, работая, опять же, только на приём (я об этом как-то писал, правда, применительно к группам пилотируемых истребителей). При этом, понятно, за беспилотниками остаются и все очевидные известные тактические преимущества действия группой (скажем, несколько беспилотников прикрывают атаку одного и т.п).

Так вот, при чём здесь вертикальный взлёт: дело в том, что только так можно с максимальной эффективностью обеспечить одновременный взлёт группы с тесной палубы авианосца (или с небольшого аэродрома). Понятно, что можно взлетать с катапульты по очереди: взлетевшие раньше – ждут остальных в воздухе. Однако “время на сборы” – это фактор вполне критический, особенно если нужно быстро поднять в воздух несколько ударных групп.

Более того, для обеспечения высокой маневренности в полёте (а она хорошо подходит беспилотникам), всё равно потребуются силовые установки, позволяющие реализовать в дополнение к аэродинамическому газодинамическое управление (например, аппарат может иметь тот или иной набор отклоняемых реактивных сопел: управление вектором тяги). Понятно, что вертикальный взлёт в таком случае можно получить в качестве развития системы газодинамического управления.

Конечно, обитаемым летательным аппаратам тоже лучше действовать группой – это очень давно проверено на практике. Однако теперь на первое место по значению всё равно выходит автоматический оперативный обмен информацией между бортовым компьютерным оборудованием внутри группы, а не только между пилотами. Если прибавить к этому факту всё возрастающую роль беспилотников, становится понятным, что двигателисты подтянут технологии (которые в своё время не позволили создать действительно эффективные истребители вертикального взлёта), и в будущем нас ждут вертикально взлетающие боевые беспилотники. Тем более, что отсутствие кабины пилота добавляет простора и для проектирования силовой установки, а не только для аэродинамики.

Первые образцы подобных беспилотников уже есть. Правда, в основном это вертолёты. А нужны реактивные – их развития придётся подождать несколько лет.

Многие с нетерпением ждут, когда же появятся в большом количестве пассажирские сверхзвуковые или даже гиперзвуковые лайнеры, которые сократят время в пути. Между тем, ждать подобных лайнеров не нужно – в ближайшей перспективе их не будет.

Дело в том, что сейчас авиаперевозчиков интересует увеличение числа потенциальных пассажиров. Перевозчиков заботит собственная прибыль. А “на круг” можно гораздо больше заработать, перевозя 100 пассажиров по условной цене билета в 300 рублей (но десять часов в полёте), чем перевозя одного пассажира по 3000 рублей (но три часа лететь). Понятно, что тех, кто готов летать по 300 – очень много, это основа массовых перевозок.

Чтобы летали многие пассажиры и летали они много – нужно прежде всего решать две задачи: во-первых, повышение доступности плётов, а для этого лайнеры должны быть экономичными (в пересчёте на перевозку одного пассажира); во-вторых – повышение надёжности и безопасности: растёт интенсивность перевозок, а каждая катастрофа – отпугивает потенциальных покупателей билетов, поэтому лайнеры должны быть ещё более надежными (это, вообще говоря, очень сложная задача, так как современные лайнеры и так являются супернадёжными машинами) и сама организация полётов должна быть безопасной (а человеческий фактор – это тоже деньги и расходы).

Собственно, эти две задачи – дешевизна и надёжность – сейчас и решают. А дальнейшее увеличение скорости полёта не так уж и важно: на большинстве линий время в полёте более или менее устраивает тех, кто хочет билет подешевле.

Сверхзвуковые лайнеры тут неотвратимо и сильно проигрывают по обоим направлениям: это дорогие машины (обязательно больше топлива, другие технологии и тп.) и это машины ненадёжные (не отработана конструкция, другие нагрузки на агрегаты и тд.)

Вот и выходит, что сверхзвуковые пассажирские лайнеры появятся, конечно, но это прежде всего будут “бизнес-самолёты”, перевозящие несколько пассажиров за очень большие деньги (ну, возят тех, кому реально нужно быстро – таких мало).

На рисунке – проект Ту-444 (ОКБ Туполева).