Известная история гласит, что Интернет создавался для обеспечения связи в ситуации, когда большая часть сетей разрушена, выведена из строя (это только одна часть истории, но сейчас речь о другом). У DARPA есть программа TUNA (Tactical Undersea Network Architecture), цель которой – получение средств, позволяющих быстро наладить связь на больших расстояниях в море, при условии, что имеющиеся сети разрушены. Концепция подразумевает налаживание радиосвязи, но с использованием оптических линий между опорными узлами. То есть, в море выпускаются буи (например, сбрасываются с самолёта), между которыми под водой протягивается плавучая (это важно – кабель не опускается на дно) оптоволоконная линия, которая, как пишут, должна проработать до 30 дней. В новости по ссылке выше упоминают разработку лаборатории Вашингтонского университета – буй, который вырабатывает электричество, используя энергию морских волн.

Можно представить, что буи, формирующие узлы, сбрасывают один за одним с самолёта, при этом они сразу соединены очень тонким оптоволоконным кабелем. Кабель имеет нейтральную плавучесть, а это отчасти решает проблему с его проведением. Для волокна важно, чтобы радиус кривизны в местах изгиба не превышал некоторого предельного значения – иначе будет радикально теряться мощность передаваемого луча, так как исчезает полное отражение. Конкретные параметры зависят от частоты излучения, строения и материалов волокна, но понятно, что от “перекручивания” кабель всё равно как-то нужно защищать. В подвижной среде, при длине, измеряемой десятками километров, это не так просто. Хотя, на достаточно большой глубине хаотичных перемещений должно быть меньше, но при этом буи могут начать равномерно удаляться друг от друга, либо кабель будет увлекать течением, что грозит обрывом.

Сейчас программа прошла первую стадию, что-то вроде эскизного проектирования. На второй стадии обещают показать некоторые рабочие прототипы.



Комментарии (5) »

DARPA заказывает перспективную разработку портативных излучателей электромагнитных волн сверхнизких частот (ниже 30 кГц, а особенно – на частотах от 300 Гц до 3 кГц). Так как на этих частотах длина волны очень велика (это сверхдлинные волны – десятки, сотни и тысячи километров), традиционные системы для их излучения оказываются огромными. При этом сверхдлинные волны подходят для подводной и подземной связи. Например, они используются для обеспечения связи с подводными лодками.

Предполагается, что в рамках программы AMEBA (A MEchanically Based Antenna) создадут механические излучатели, основанные на движении постоянных магнитов или заряженных диэлектриков – да, речь именно про механическое движение. Устройства-передатчики должны потреблять менее 20 ватт и весить менее 10 килограмм. То есть, передатчик можно установить на автомобиле или даже переносить силами одного человека. В идеале – это подводная/подземная рация.

Физической основой для передачи сообщений в таких решениях является магнитная составляющая. Скажем, компактные антенны для приёма сверхнизкочастотных электромагнитных волн (например, если вы захотели послушать резонансы Шумана), выполняются в виде катушек и экранируются от электрической составляющей. С другой стороны, подводная связь использует “проволочные” антенны, большой длины (сотни метров), тянущиеся за лодкой или самолётом. Впрочем, данная программа касается только разработки передатчиков.

Из-за небольшой частоты, доступная полоса обмена данными узка. На частотах ниже 3 кГц она, скорее всего, вообще будет измеряться битами в секунду. Но это не должно помешать передавать текстовые сообщения, особенно, если использовать специальное кодирование. Скажем, в случае с подводными лодками, всего несколько битов кодируют сообщения из специального словаря. Предположим, что мы можем надёжно (то есть, с коррекцией) передавать один бит в секунду, тогда за пять секунд можно передать один из 25 = 32 символов, или одно из 32 возможных сообщений. Не так уж и мало.

Прототипы планируют получить в 2021 году.



Комментарии (5) »

У DARPA есть программа Gremlins, в рамках которой разрабатывают методы возвращения групп беспилотников на борт самолёта-носителя, который находится в воздухе. То есть, сперва большой транспортник (в программе речь про C-130), находящийся за пределами досягаемости ПВО, выпускает множество беспилотников, они отправляются выполнять задачи, а потом транспортник (возможно, другой) подбирает вернувшиеся. Всё это происходит в воздухе, что обеспечивает системе гибкость. При этом беспилотники можно использовать несколько раз.

В описании сказано, что речь идёт о разведывательных аппаратах, а не об ударных. Это связано с тем, что для ударных беспилотников такая схема не столь актуальна: речь же идёт о возвращении аппаратов, а ударный беспилотник, стартующий с борта носителя – это, вообще говоря, ракета, поэтому должен применяться в одну сторону. Беспилотные системы, которые атакуют цели ракетами, уже есть, но использовать их с транспортного самолёта несколько странно, так как получается целых три уровня вложенности. Понятно, ничто не мешает распространить решение и на ударные аппараты, тогда получится что-то вроде возвращаемых ракет или варианта барражирующих боеприпасов.



Комментарии (1) »

Credit: Draper.comDARPA заказывает новую программу POSYDON, результатом которой должно стать построение в океане опорной навигационной сети для подводных аппаратов. В качестве подрядчика выбрали Draper (это известная Лаборатория Чарльза Старка Дрейпера, вышедшая из Массачусетского технологического института).

Из описания следует, что речь идёт о размещении в океане неких опорных устройств, которые будут передавать под водой навигационный сигнал, наподобие GPS (последняя, как известно, под водой не принимается – нужно подвсплывать). Подводный аппарат, таким образом, получает возможность вычислять собственное местоположение по принятым сигналам, зная координаты опорных устройств и, соответственно, расстояние до них. Решение предназначено для подводных аппаратов, скрытно проникающих в особо охраняемые области. Конечно, пишут, что и для гражданских применений такая навигация сгодится – в принципе, действительно, можно придумать гражданские аппараты, которым нужна скрытность и которые не должны всплывать для коррекции, дабы не обнаружить своё присутствие.

Кстати, для скрытной коррекции инерциальной навигационной системы аппарата по GPS вовсе не обязательно всплывать всему аппарату, можно выпустить небольшой специальный буй. Опыт подводных лодок показывает, что такой буй даже может отстать от аппарата на значительное расстояние, прежде чем всплыть и, теоретически, обнаружить своё присутствие. Однако наличие опорной навигационной сети переводит ситуацию на иной уровень: этой сетью могут пользоваться миниатюрные, относительно дешёвые аппараты, обладающие при этом большой автономностью. В качестве фантастического варианта – переносимые течениями, и, таким образом, совершенно бесшумные. Инерциальная навигационная система, несмотря на весь прогресс, будет накапливать ошибки. Чем дольше аппарат находится в автономном режиме, без коррекции, тем больше будет ошибка. Традиционные методы привязки координат, опирающиеся на картину рельефа дна, требуют активного измерения этой картины при помощи сонара (пассивная оптика под водой не очень помогает). “Подводный GPS” – напротив, пассивный.

Что касается подводной передачи навигационных сигналов, то, естественно, вряд ли будет использована радиосвязь, по понятным причинам. Акустический сигнал под водой может распространяться на достаточно большие расстояния. Так что, учитывая возможности по цифровой обработке и то, что для передачи навигационных данных не требуется большая информационная ёмкость, схема вполне реальна. Другое дело, что для противодействия могут быть использованы помехопостановщики.

Занятно, кстати, представить, как такой аппарат незаметно забирается в район базирования подводных лодок, залегает там на некоторое время, а после выхода лодки – автоматически прикрепляется к её корпусу (при должном подходе, это вполне можно проделать незаметно). В нужный момент аппарат перестаёт быть пассивным и, по команде, переданной через ту же самую опорную сеть, начинает громко транслировать текущее местоположение лодки в окружающий океан.



Комментарии (3) »

В DARPA Robotics Challenge 2015, соревнованиях роботов, имитирующих работу в ситуации техногенной катастрофы, победил робот DRC-HUBO южнокорейской команды KAIST. Это робот “гуманоидной”, точнее – андроидной, схемы, достаточно точно повторяющей человека. Это, впрочем, не помешало ему выиграть.

DRC-HUBO

Робот RoboSimian NASA, один из немногих неандроидных вариантов, представленных в финале соревнований, оказался на пятом месте из 23 команд (какие-то очки, при этом, получили только 19 команд).

RoboSimian

Надо заметить, что двуногие роботы слишком часто падали во время выполнения задач, иногда с фатальными последствиями. Риск опасного падения даже в несложной, казалось бы, ситуации, – большая проблема для двуногой схемы. А вот RoboSimian, например, будучи оснащённым ещё и колёсами, передвигался гораздо более безопасно, по сравнению с подавляющим большинством андроидов (посмотрите сами – есть видеозапись). Вообще, андроиды вовсе не обязательно являются подходящим для решения подобных задач вариантом.

DARPA DRC

В восприятии DARPA Robotics Challenge – многое зависит от того, как вы относитесь к перспективе наполнения окружающей действительности бегающими и прыгающими автономными роботами, которых, конечно, вооружат не только лобзиками и шуруповёртами, как в этих соревнованиях. В зависимости от точки зрения, робот-андроид, медленно и не очень уверенно пробиравшийся на своих механических ногах сквозь небольшой завал из строительных блоков, а в самом конце вояжа рухнувший с размаху оземь, отключившись и потеряв навесные агрегаты, может и опечалить, и ободрить – мол, не так уж и близко идти технологиям до уверенного передвижения перебежками между разрушенными зданиями. Впрочем, похоже, что близко. Очень близко.



Comments Off on DARPA Robotics Challenge 2015 – результаты

У DARPA есть проект MOIRE, цель которого – получение новых оптических систем, пригодных для использования на спутниках (выведенных на геосинхронную орбиту, в частности). Новизна оптики заключается в том, что, благодаря принципиально иным техническим решениям (мембранным модулям), на орбите окажутся телескопы, чья разрешающая способность превысит показатели лучших современных систем в несколько раз. Так как огромные зеркала (или линзы) выводить на орбиту чрезвычайно трудно, предлагается построить трансформируемую систему, которая в сложенной конфигурации занимает минимум пространства, а разворачивается – в гигантский оптический прибор, с “зеркалом” диаметром 20 метров. (Есть видео, иллюстрирующее процесс разворачивания телескопа.)

Credit: DARPA

(На картинке – сравнительные размеры зеркал различных телескопов и зеркала проекта MOIRE, в представлении художника; DARPA.)

Подобные конструкции-трансформеры, иногда весьма сложной структуры, давно используются на разведывательных спутниках. Только раньше таким способом сворачивались-разворачивались огромные антенны. Интересно, что именно эта инженерная задача – проектирование сложных механических “сворачивающихся структур” – в своё время стала одной из ключевых причин развития такой математической дисциплины, как компьютерная геометрия.

Мощные телескопы на геосинхронной орбите нужны для того, чтобы вести мониторинг большей части поверхности Земли (лучше – всей поверхности), в режиме реального времени, с большим разрешением. Такая система мониторинга позволяет оперативно глянуть из космоса в любой уголок нашей замечательной планеты – не нужно ждать прохождения спутника, заказывать “обзор” заблаговременно. Естественно, задачи, прежде всего, – разведывательные: все мощные орбитальные телескопы, которые сейчас используются астрономами, выросли из решения задач орбитальной разведки.

Подобная система мониторинга земной поверхности будет иметь дело с огромными объёмами данных. Примем, что площадь поверхности Земли – 510 млн квадратных километров, а полезное разрешение – 10 метров (пусть вертикальное совпадает с горизонтальным, тогда в одном квадратном километре – 10 тыс. пикселей). Это означает, что один “снимок” поверхности Земли будет содержать 510*10^6*10^4 = 5,1*10^12, то есть, около 5 триллионов пикселей. Если мы записываем значение яркости пикселя с разрешением в 8 битов, то наш снимок займёт лишь около 5 терабайт в хранилище. Не так много, особенно если учитывать, что десятиметровое разрешение позволяет увидеть множество типов самолётов, прочей военной техники, идентифицировать типы кораблей, различать колонны грузовиков (или танков), в общем, немало. Но, естественно, для настоящей разведки требуется разрешение менее метра, что значительно увеличивает объёмы данных, не делая, впрочем, их фантастическими, потому что нужно же учитывать плюсы эффективного кодирования и прочей “дедупликации”.

Кстати, если спутниковая группировка пишет “видео всей Земли” с частотой 12 кадров в секунду, то суточный лог займёт (без сжатия) 86400*12*5Тб = (примерно) 5 эксабайт (или пять миллионов терабайт). Это уже много. Как минимум, такой объём сложно хранить на самих спутниках.

Основная проблема с большим объёмом данных, образующихся на орбите, в том, как их скачать на землю. Но несколько параллельных лазерных “даталинков”, идущих в наземные оптические телескопы, могут предложить весьма быстрый канал, который точно позволит вести в реальном времени мониторинг земной поверхности с низким разрешением, мгновенно переключая орбитальную оптику в “субметровый режим”, если потребовалось понаблюдать за каким-то отдельным регионом в деталях. Лазерные системы связи активно испытываются много лет, например, есть относительно свежий эксперимент NASA на МКС – Optical PAyload for Lasercomm Science (OPALS). Если данные передаются на землю со скоростью один гигабит в секунду, или в 100 мегабайт/сек, то изображение региона 100х100 км, с разрешением в 2 байтовых пикселя на метр, объёмом в 40 несжатых гигабайт, скачается примерно за семь минут. Очевидно, что оптимизация процесса позволит получать высококачественные снимки территорий всего через несколько минут после того, как эти снимки запросили. Задачи общего обзора и детального наблюдения могут быть разделены между спутниками. Всё это сильно приближает к реальности распространённый кинематографический сюжет, когда находящиеся на земле бойцы сил специальных операций за какие-то минуты получают на свои носимые компьютеры свежие космические снимки соседнего населённого пункта, позволяющие видеть фигуры людей на улицах.



Comments Off on Тотальное наблюдение за поверхностью Земли

Сегодня и завтра проходят первые соревнования роботов, предназначенных для автономной работы в ситуациях техногенных катастроф, ну и вообще – в сложных условиях. Это проект DARPA Robotics Challenge. На сайте, кстати, есть прямая трансляция выполнения упражнений роботами (надо сказать, зрелище не очень воодушевляющее, но это только первая попытка развить данную тему). Упражнения – это преодоление разных препятствий (лестницы, двери, завалы и так далее), а также управление транспортом (небольшой автомобиль, типа багги).

Я бы предположил, что неплохие шансы у самого “неандроидного” робота-участника, но посмотрим на итоговые результаты.



Comments Off on Соревнования роботов DARPA

В DARPA испытывают прототип экзоскелета, усиливающего возможности человека по переносу различного снаряжения. В принципе, эта штука – прямая основа для костюма с дополнительной бронёй: в ней тяжёлый пехотинец будущего может, сохранив мобильность, приобрести невиданную ранее защиту от стрелкового оружия. Естественно, такие бронекостюмы обязательно построят.

С подобной электромеханической техникой есть известная проблема: в случае повреждения аппаратуры костюма/экзоскелета, которое привело к тому, что он потерял подвижность, боец, привязанный к костюму, оказывается автоматически заблокирован. Поэтому главной функцией является функция быстрого сброса силового костюма. Естественно, в DARPA об этом знают. Правда, на картинке, сопутствующей проекту экзоскелета, среди его достоинств указана возможность размещения под униформой.

Image: DARPA



Комментарии (5) »

DARPA подыскивает технологии для создания радиоканалов с полосой 100 Gb/s. Планируют разработать, построить и испытать канал для радиосвязи воздушного базирования, обладающий пропускной способностью, эквивалентной волоконно-оптической линии, способный действовать сквозь облака. При этом требуется всепогодность (допускается, впрочем, снижение показателей при неблагоприятных атмосферных условиях). Дальность действия – 200 километров для каналов “воздух-воздух” и 100 километров для “воздух-поверхность”. Работает с высотной летающей платформы – то есть, дирижабль, как я думаю.



Комментарии (1) »
Навигация по запискам: Раньше »