dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Все знают, что лазеры давно уже широко используются даже в быту, а не только в медицинской технике. Понятно, что осталось не так долго ждать момента, когда мощные лазеры поступят на вооружение, так сказать, в качестве средств доставки энергии к “атакуемому объекту”.

Заметьте, что лазеры как таковые уже давно на вооружение поступили: например, лазерные средства наведения много лет используются сплошь и рядом в самых разных оружейных системах. Нет пока только массовых лазеров очень большой мощности, таких, которые могли бы посоперничать с огнестрельной пушкой в способности наносить урон. Главное преимущество лазерного оружия достаточно очевидно: доставка энергии к цели на максимально доступной скорости (скорость света), по прямой, с максимальной точностью.

Малореально “перехватить” лазерную атаку. Почему? Опять же, по причине скорости распространения лазерного луча: узнать о его приближении “сильно заранее” не получится.

Подлетающую ракету можно наблюдать с достаточно большого расстояния, например посылая в направлении ракеты электромагнитные волны и принимая отражённый сигнал (РЛС). В случае с лазером скорость распространения зондирующего импульса и лазерного луча практически совпадают, так что обнаружить начало обстрела раньше попадания луча в цель – невозможно.

Лазеры привлекательны для использования в системах ПВО и ПРО, ведь здесь минимальное время доставки поражающей энергии к цели – ключевой момент. Собственно, лазерные средства ПВО и ПРО уже активно разрабатываются и испытываются.

Есть и множество других применений. Скажем, мгновенное “ослепление” систем наведения и наблюдательных систем противника. Здесь планируют использовать сверхмощные лазеры (гигаваттной мощности), очень быстро разрушающие компоненты оптики. Понятно, что оптика тут оказывается по определению открыта для атаки, а “моментальность” действия лазера позволяет (в теории) одной установке выводить из строя множество “биноклей и оптических прицелов” в какие-то доли секунды.

(В скобках нужно заметить, что оружие, ослепляющее людей, запрещено соответствующей международной конвенцией. Тем не менее, маломощные лазеры уже используют в качестве “нелетального оружия”, вызывающего кратковременную потерю зрения.)

Так вот, как только лазеры поступят на вооружение, против них придумают защиту. Собственно, можно переформулировать: боевые лазеры не поступят на вооружение раньше, чем против них придумают защиту. Дело в том, что выпустить в свободное плавание “абсолютное оружие” – это не самая привлекательная перспектива.

Защита от лазеров может быть самой разной.

Банальный вариант, напрашивающийся на ум каждому начинающему писателю фантасту, – зеркало. Действительно, зеркала отражают свет. Но с зеркалами для лазеров есть большие проблемы. Такое зеркало должно отражать около 100% энергии. Это недостижимо на практике.

Особенно если учесть, что защита должна быть установлена на боевой технике, которая в условиях поля боя будет ползать и летать в дыму, песке и копоти. Даже не очень существенное ослабление отражающей способности зеркала приведёт к тому, что под воздействием лазерного излучения поверхность зеркала быстро нагреется и, собственно, зеркалу придёт конец. Хуже того, можно специально устроить лазер так, что он быстро лишит самое хорошее зеркало зеркальности – см. выше про “антиоптические” лазеры.

Другой вариант защиты – рассеивание луча. В этом случае перед прикрываемым объектом, на пути лазерного луча, создаётся среда, рассеивающая луч (это может быть облако аэрозоли или даже турбулентность в атмосферном воздухе). Рассеянный луч не страшен, так как главная “ударная сила” лазера в том, что энергия излучения фокусируется на малой площади.

Особой трудности с рассеиванием лазерного луча с помощью того или иного “атмосферного эффекта” – нет. Проблема тут другая: как очень быстро (доли секунды) доставить “рассеивающее облако” в нужную точку пространства. Впрочем, нужная среда может образоваться непосредственно в месте попадания луча по некой “лазерной броне” – например, вещество брони активно испаряется.

Но наиболее перспективно выглядит использование для защиты от лазеров метаматериалов (искусственных материалов, с особыми, заданными при конструировании материала, свойствами).

Метаматериалы, обладающие свойствами по рассеиванию лазерного излучения, но при этом имеющие подходящие для практического применения “механические параметры” могут быть включены в состав брони. При этом, лазерное излучение, по самой своей природе, сильно облегчает задачу конструирования нужного метаматериала, ведь обеспечить заданные электромагнитные свойства в узком диапазоне частот (а лазерное излучение монохромно, да ещё и когерентно) – гораздо проще, чем сделать что-то универсальное (как в случае с электромагнитной невидимостью).

Продолжение темы – в следующий раз.

Между прочим, параллельно с продвинутыми военными роботами на вооружение поступят и животные-киборги. Это вполне вероятно, хотя могут быть протесты. Опыты по интеграции животных с механизмами не то что не прекращаются много лет, а существенно набирают обороты в последнее время.

При этом экспериментальные киборго-строительные работы движутся сразу в двух важных направлениях: первое – механизмы, управляемые “биосигналами” от нервной системы и органов животных (например, манипуляторы, управляемые сигналами из мозга крысы); второе – животные, управляемые электрическими сигналами от внешних кибернетических устройств (та же крыса, “принимающая” радиокоманды “из чипа” прямо в свой небольшой мозг).

Интересно, что всякие новые способы “стимуляции” организмов тоже хорошо отработаны именно на животных: скажем, их умеют освобождать от необходимости спать на длительное время. И известно, что лабораторных животных некоторых типов (например, собак, крыс, каких-нибудь, скажем, овец) научились лечить так эффективно, что “людская медицина” может только позавидовать. (Это потому, что на лабораторных животных много лет проверяют разнообразнейшие методы лечения всего и вся, без каких-то там ограничений.)

Таким образом, собрать животных-киборгов, возможно, будет дешевле, чем конструировать аналогичных роботов. Например, собаки уже широко используются, поэтому вместо создания искусственного носа, как-то приближающегося к способностям естественного собачьего, проще сделать из носителя носа киборга, который будет заниматься круглосуточным разминированием, используя команды, передаваемые по радио. Днем такая собака вместо еды будет заряжаться от солнечных батарей (очень эффективно, если дело происходит в пустыне).

Крысы-киборги могут проникать на базы противника и вести там разведку. А мотыльков, интегрированных с миниатюрными беспилотниками, уже конструируют. Что ждать от овцы-киборга – даже и подумать страшно.

Между прочим, одно из преимуществ дирижаблей в том, что их, судя по всему, проще сделать невидимыми для очень широкого диапазона электромагнитных полей. Почему? Потому что дирижабль – это “плавательный аппарат” (в отличие от самолёта), а значит его внешнюю форму можно варьировать в куда более широких пределах. Более того, рассчитывать эту форму проще, так как мягче соответствующие аэродинамические ограничения. В добавок режим полёта позволяет использовать для внешних оболочек мягкие и не самые прочные материалы. Всё это важно для практического обеспечения невидимости с меньшими затратами.

Полезная нагрузка, кабина управления – всё это можно упрятать внутрь “пузыря”, обеспечивающего полёт. При этом, сам многослойный “внешний пузырь”, сделанный из метаматериалов с нужными свойствами, как раз будет прикрывать внутренности дирижабля, делая их (и себя заодно) невидимыми. Конечно, речь идёт о невидимости не только для радаров с разной рабочей длиной волны, но и об оптической невидимости.

Правда, проблем доставит двигатель: он должен быть хоть частью снаружи. С другой стороны, для дирижабля достаточно миниатюрного двигателя, а большую часть двигательного устройства вполне можно спрятать под “пузырь”. Также, придётся разобраться с сенсорами и навигацией, ведь как-то смотреть наружу и определять собственное местоположение нужно. Но, опять же, “входы” пассивных сенсоров можно сделать минимальными по размерам и открывать лишь иногда на короткое время.

Такой невидимый “пузырь” может медленно парить на большой высоте, перевозя свою нагрузку (достаточно большую, например десантный корпус военных роботов) до места назначения.

Сколько лет ждать осуществления? Судя по всему, лет десять-двенадцать.

“В безоблачном небе вдруг открылся широкий люк, и из него горохом посыпались на землю военные роботы.”

Что нужно добавить в продолжение темы про военные базы, состоящие из роботов: вот, в комментариях к предыдущей записке по этой теме справедливо замечают:

…обслуживающий персонал все равно никуда не денется. Заправлять и чинить беспилотники по-любому будут не в Калифорнии.

Да, момент обслуживания – важен. И обслуживать роботов придётся “на местах”. Однако для этого вовсе не обязательно держать инженеров и прочие квалифицированные кадры непосредственно на базе. Интересно, что как раз в этом аспекте фантастики уже меньше всего.

Дело вот в чём: есть такое давно развивающееся направление – “телемедицина”. То есть медицинское обслуживание живых людей (не роботов) на расстоянии. В том числе ведутся работы по созданию телеуправляемых операционных. Потому что в хирургии особенно важен личный опыт и качество рук хирурга, и при этом часто столь же важно провести операцию как можно быстрее. В случае с травмами часто счёт идёт на минуты и квалифицированный хирург просто не успевает приехать к пациенту.

Так вот, поэтому пациента хорошо бы быстро “погрузить” в специальную операционную (понятно, что подготовить к операции может и фельдшер, и для того чтобы переместить пациента хирург тоже не нужен). В этой телеуправляемой операционной операцию проведёт хирург, находящийся за тысячи километров. Хирург управляет специальным роботом с манипуляторами. Такими операционными можно оснастить медпункты в “глобальном масштабе” – и хирургам вовсе не придётся выезжать из своего центра, чтобы всегда быть в нужном месте, в нужное время.

Разработка хорошо роботизированных капсул-операционных, транспортируемых вертолётами и грузовиками, вовсю ведётся в Штатах, по заказу DARPA: уже даже демонстрируют опытные образцы.

А теперь можно сделать вывод: если уже разрабатывают системы для удалённого “технического обслуживания” живых людей, то разве возникнет проблема с удалённым обслуживанием роботов? Нет, конечно. Уже сейчас можно реализовать.

(Картинки из презентации концепции Trauma Pod – SRI International)

Как-то в блоге уже появлялась заметка про адаптивное будущее летательных аппаратов, касающееся и беспилотных систем. У перспективных военных беспилотников, которые заменят современные истребители и бомбардировщики, есть и другие особенности.

Например, в гипотетической схватке, где с одной стороны выступает человек, управляющий истребителем, а с другой – вооружённый беспилотник, у беспилотника есть целый ряд преимуществ.

Скажем, из-за того, что на борту беспилотника не нужно размещать средства обеспечения деятельности пилота (а это очень не маленький и по объёму, и по весу набор аппаратуры и механизмов – как минимум полтора кубических метра объёма и полтонны веса), при сравнимых размерах беспилотник можно лучше вооружить и сделать более тяговооружённым. (Электроника сейчас становится всё более компактной, так что гипотетический супермощный компьютер, обеспечивающий “думание” для беспилотника и, вроде бы, не нужный на борту истребителя, вовсе не займет много места.)

(Boeing Photo)

Летающий робот гораздо менее восприимчив к перегрузкам, а значит получает преимущество по маневрированию, так как может выполнять маневры с большей перегрузкой. При этом маневренные возможности беспилотника могут быть сопоставимы с такими же возможностями ракеты воздух-воздух (вот уж кто сумеет хорошо выполнить противоракетный маневр – так это беспилотник). То есть у истребителя, сколь бы хитрый и расторопный пилот им не управлял, будут проблемы со “средствами поражения”: рядовая ракета просто не сумеет “достать” маневрирующий беспилотник, а для поражения роботов потребуются специальные ракеты.

Казалось бы, беспилотный истребитель не сумеет применить какую-нибудь хитрость, по причине тупости компьютерных мозгов – это очень распространённый аргумент в пользу живого пилота на борту. Действительно, способность импровизировать в нестандартной ситуации навсегда останется привилегией человека. Но хитрость в том, что воздушный бой строго определяется физическими законами. Имея подробную модель и мощный вычислитель, можно просчитать допускаемые законами физики “позиции”, начиная с любого момента времени и на вполне определённую “глубину” вперёд.

Имея информацию о характеристиках летательного аппарата противника, о его положении в пространстве и о векторе скорости, не так сложно предсказать, что он может сделать в следующий момент. Грубо говоря, ведение боя становится подобным шахматной партии. А в шахматах тупой, но очень быстрый компьютер уже умеет преодолевать все хитрости и “неожиданные” ходы человека.

Вопрос: как же бороться с беспилотниками? Ответ: такими же беспилотниками, при условии, что генеральную линию их действий задаёт человек (из пункта управления), имеющий подробную информацию о текущем состоянии “схватки”.

Вот АРМС-ТАСС пишет:

ВВС Индии намерены модернизировать имеющийся парк многоцелевых истребителей Мираж-2000H (индийское обозначение “Ваджра”) до стандарта пятого поколения, сообщают индийские СМИ.

Дальше рассказывают, что планируется оснастить “Мираж” новым электронным оборудованием и навесить более современное вооружение (типа ракет “Питон-5″). А вот модернизировать планер и двигатели – не планируется.

Что тут можно сказать?

Во-первых, если понимать “пятое поколение” в сложившейся терминологии, то модернизировать до него никакой истребитель прошлого поколения не выйдет – самолёт нужно проектировать заново. Почему? Потому, что для пятого поколения нужен крейсерский сверхзвук+сверхманевренность (а это двигатель) и малая радиолокационная заметность, “Стелс” (а это новый планер, особенно если говорить о “Мираже 2000″).

(Mirage 2000-5 Mk2)

Во-вторых, модернизацией радиоэлектронного оборудования вполне можно достичь всех остальных характеристик “пятого поколения”. (Модернизация радиоэлектронного оборудования уже очень хорошо зарекомендовала себя на практике.) Например, одна только замена старой бортовой РЛС на современный радар с АФАР даёт удивительный рост возможностей истребителя. При этом, если ещё дополнить истребитель самыми современными ракетами, то и сверхманевренность оказывается не нужна. А если истребитель предназначен для ПВО собственной территории, а не для преодоления чужой ПВО, то и “Стелс” больше не является ключевым моментом.

Если продолжить рассуждения, то вот что получается: составить неплохую конкуренцию пятому поколению можно, оснастив истребители четвертого поколения самой современной радиоэлектроникой и вооружив их ракетами нового поколения. Особенно хороший результат выйдет, если в качестве платформы для модернизации использовать хорошо доведённые за три десятка лет образцы, типа Су-30. А от пятого поколения тогда можно отказаться. Но не просто так, а с прицелом на будущее, то есть с прицелом на беспилотники.

Всё равно “шестое поколение” будет беспилотным, а для разработки и проектирования ударных беспилотников нужно время и ресурсы. Эти ресурсы можно получить, перепрыгнув через пятое поколение истребителей. При этом особой пользы от каких-то специфических достижений пятого поколения при создании ударных беспилотников будущего ожидать не приходится. Потому что эти летающие роботы без живого пилота внутри – изделия иного порядка, они ближе к ракетам.

Солдатам будущего нужны экзоскелеты – они помогают нести тяжёлую броню и мощное оружие (а тяжелая пехота страшна; например, для танков).

Оказывается, недавно Raytheon приобрела у компании Sarcos её робото-технологический бизнес. Raytheon входит в число ключевых поставщиков военных технологий вооружённым силам США.

Как связано такое приобретение с экзоскелетами? Вот как: Sarcos уже демонстрировали опытный образец действующего экзоскелета. Видео с этой демонстрацией – по ссылке под картинкой:

(видео)

Пока что появлению подобного снаряжения на поле боя мешает отсутствие одной (только одной) ключевой технологии: нет компактных, мощных и надёжных источников энергии, которые можно было бы прицепить к такому “костюмчику”. Исследования, правда, движутся.

(Via)

Эффективные роботы будущего будут действовать в группе. При этом, понятно, накопленный опыт создания сложных систем приведёт к тому, что эти группы роботов не будут иметь жётско назначенных лидеров: распределённая одноранговая система с “выборами” центров управления – гораздо надёжнее.

Тем временем, такие системы окончательно перешли из области фантастического кинематографа и литературы в мир реальный. Учёные из Японии развивают вполне практическую реализацию “роя роботов”. Базовый робот-элемент группы довольно незатейлив, но может самостоятельно передвигаться и, что главное, способен жёстко (механически) соединяться с другими подобными элементами:

Получающаяся конструкция действует как единое целое, используя для своей работы довольно сложные алгоритмы, которые пока что реализует внешний компьютер (надолго ли?). Из большого количества базовых роботов могут собираться весьма сложные “механизмы”, забирающиеся по стенам, перешагивающие через препятствия и проползающие под препятствиями:

Группа, собравшаяся в одну конфигурацию, оперативно пересобирается в другую, более подходящую для решения очередной задачи:

Думаю, понятно, что бороться с подобной штукой, пытаясь “прострелить центральный компьютер” – не получится. Отцепив выведенные из строя элементы, роботизированный рой продолжит движение, возможно, изменив конфигурацию.

На сайте разработчиков есть довольно много видеоматериалов (внимание! большой трафик!), которые отлично демонстрируют, что к чему.

Летательные аппараты (ЛА) будущего, в том числе военные беспилотники, будут адаптивными. Не только в смысле алгоритмической начинки. Адаптивными будут аэродинамические элементы. Точнее, весь аппарат будет менять форму, в зависимости от режима полёта. И речь тут вовсе не о простом “механическом” изменении угла стреловидности крыла или о выпуске каких-нибудь щитков (как в существующих сейчас схемах). Нет.

В перспективных системах будет плавно, в разных масштабах, меняться множество составляющих формы ЛА, от профиля крыла до длины аппарата. Работы в этом направлении ведутся уже давно. Началось всё с разработки крыльев с адаптивным профилем. Например, NASA облетало экспериментальный F-111 с таким крылом ещё в начале 80-х годов прошлого века:

(Фото: NASA)

Эффективный полёт в атмосфере требует разной аэродинамики от аппарата в зависимости от скорости полёта, в зависимости от режима полёта. При относительно нешироком диапазоне скоростей полёта можно отыскать какую-то одну форму, которая будет приемлемой “в среднем” на нужных режимах полёта. Да и то уже при пересечении границы скорости звука потребовались весьма серьёзные научно-технические ухищрения, чтобы найти подходящую “статическую” схему, пригодную для хорошего дозвукового полёта и для удовлетворительного сверхзвукового. Хороший пример: современные сверхзвуковые истребители. Показательно, что в случае с этими истребителями определяющую роль в расширении допустимых “режимов эксплуатации” всё равно играет механизация крыла и прочие, – по сути, “адаптивные” – механизмы, изменяющие аэродинамические характеристики в процессе полёта:

(F/A-18 Super Hornet; Фото: US Navy Photo)

Если же требуется расширить диапазон скоростей до гиперзвуковых, то ограничиться “статичной формой” с механизацией не получится. Да и на рядовых скоростях действительно адаптивные системы окажутся лучше.

Одна из хитростей тут в том, что, например, гиперзвуковой аппарат с воздушно-реактивным двигателем должен иметь аэродинамическую схему, где все элементы плотно интегрированы с двигателем (тому есть множество причин). С другой стороны, гиперзвуковой воздушно-реактивный двигатель не сможет работать при небольших скоростях полёта. Если, конечно, воздухозаборник этого двигателя не подвергнется “трансформации”, а сам двигатель одновременно не получит работающий компрессор.

Понятно, что плотно интегрированный с таким двигателем планер должен будет и сам существенно измениться – адаптироваться к новому режиму полёта. Никаким примитивным “выпуском закрылков” и перемещением консолей крыла необходимой адаптации не добиться.

Поэтому перспективные аппараты будут использовать эластичную внешнюю обшивку, а “силовые каркасы” внутри этой обшивки будут приспособлены для плавного изменения собственной геометрии (изменения будут сложными и в широком диапазоне, но развитие компьютерной техники и математики позволяет конструкцию посчитать уже сейчас).

Первые шаги (минимальные, но зато – практические) в этом направлении уже сделаны. Например, сейчас предлагают адаптивные профили для крыльев. На видео (ссылка под картинкой ниже) можно наблюдать работу такого крыла. Это 2003-й год, вполне реальная разработка FlexSys Inc (развитие её, вроде бы, планируют использовать на истребителях; возможно на F-16).

(FlexSys Inc)

Итак, перспективный аппарат сможет не просто “сложить крыло”, переломив консоли по разрезам в двух местах. Напротив, в рамках плавного и гладкого (можно так сказать?) изменения собственной формы, летательный аппарат сможет перепрофилировать воздухозаборники, “вытянуть” сопло двигателя, выставить в набегающий поток турбину компрессора и продолжить полёт уже на дозвуковой скорости, “сбросив 6-7 Махов”. Правда, придётся подождать лет тридцать.