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.



Комментарии (1) »

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.



Комментарии (5) »

В одной из прошлых заметок обсуждалось то, как взлететь с авианосца. Но взлететь – это лишь одна проблема. Гораздо серьёзнее другая: как приземлиться?

Почему эта проблема серьёзнее? Прежде всего потому, что посадка самолёта вообще сложный элемент, а в случае с авианосцем ситуация ещё усложняется, так как к выполнению посадки предъявляются повышенные требования “по точности”.

Но прежде чем проявить “точность захода”, пилоту палубного истребителя нужно найти авианосец, плывущий где-то в океане. Навигация над водной поверхностью сложнее, чем над землёй: например, на водной глади сложно найти какие-то визуальные ориентиры. При этом нужно учитывать, что авианосец ещё и движется и что возможны посадки в ночное время, да ещё и в сложных метеоусловиях. Впрочем, современные самолёты используют навигационные системы, которые позволяют успешно отыскать плавучий аэродром “по приборам”. Более того, на современных авианосцах (и на палубных истребителях) установлены системы, позволяющие осуществлять и заход на посадку “по приборам”, что как раз весьма актуально ночью.

(Фото: КНААПО)

Для понимания сложности автоматического проведения совершающих посадку самолётов, нужно иметь в виду тот факт, что авианосец не склонен сам себя обнаруживать в радиоэфире. То есть такой корабль нельзя просто увешать обычными радиомаяками и приводами, потому что в таком случае он рискует принять на палубу не медленно снижающийся родной истребитель, а сверхзвуковую противокорабельную крылатую ракету противника.

Если палубный самолёт – это самолёт с вертикальной посадкой, то он может относительно просто приземлиться на отведённый участок палубы. То же самое касается вертолётов и конвертопланов. Впрочем, сильный ветер создаёт большие проблемы и вертикально приземляющимся аппаратам.

Для приёма самолётов горизонтальной посадки используют специальные тормозные устройства – аэрофинишёры. Аэрофинишёр представляет собой систему тросов, размещённых на палубе и связанных с тормозным механизмом. При посадке самолёт специальным тормозным крюком (по-морскому – гаком), обычно расположенным в хвостовой части, под фюзеляжем, цепляет один из (приёмных) тросов и, в результате, при пробеге вытягивает за собой трос из тормозного механизма. При этом тормозной механизм создаёт значительное усилие “на тросе”, это усилие и вносит существенный вклад в торможение самолёта, делая пробег минимальным.

(U.S. Navy photo)

Интересно, что во время посадки с аэрофинишёром, непосредственно перед захватом троса, двигатели палубного истребителя выводятся на взлётный режим (или на режим форсажа). Это делается для того, чтобы в случае, если трос не удалось зацепить, успеть уйти на второй заход.

Некоторые палубные самолёты с коротким (но горизонтальным) взлётом и посадкой могут приземляться на палубу больших авианосцев и без использования аэрофинишёра. Например, для уменьшения пробега у таких самолётов используется реверс тяги и специально подготовленные тормоза в колёсном шасси. В свою очередь, аэрофинишёры могут использоваться и на “сухопутных аэродромах”, имеющих очень короткую посадочную полосу.



Комментарии (11) »

Авианосцы вообще-то придумали очень давно, ещё в Первую Мировую, даже раньше. Правда, на первых авианосцах использовали гидросамолёты (с поплавковым шасси). Такой самолёт, например, и взлетал с воды, и посадку совершал тоже на воду (а на палубу его поднимали). Впрочем, гидросамолёт – не лучший вариант на роль, скажем, истребителя. Так что наибольшее значение среди палубных самолётов получили самолёты с колёсным шасси. Они, конечно, с воды взлетать не умеют (ну, в большинстве случаев).

Как же взлететь с тесной, по самолётным меркам, палубы авианосца? Ведь для пробега и разгона длины палубы может не хватить.

Распространение получили несколько способов. Первый – взлёт с помощью катапульты. Это основной способ, применяемый сейчас на флоте США. Катапульта, действуя вместе с двигателями, разгоняет самолёт по палубе с большой перегрузкой, позволяя быстро достичь взлётной скорости. Используют паровые катапульты, в проекте есть катапульты электрические. То есть катапульта выстреливает самолёт с палубы, позволяя сократить разгонную дистанцию.

Может показаться, что катапультой реально запустить всякий самолёт, если только его масса соответствует мощности катапульты. Но это не так. Например, самолёт придётся оборудовать подходящей “сцепкой”, за которую его будет разгонять челнок катапульты (скажем, это может быть штанга на усиленной носовой стойке шасси). Более того, катапульты обычно довольно серьёзно ограничены по перегрузке и по длине разгона, поэтому палубный самолёт катапультного взлёта всё равно должен иметь небольшую (по авиационным меркам) взлётную скорость.

Можно взлетать и без катапульты. Например – вертикально. Правда, для этого потребуется самолёт особой конструкции или, скажем, вертолёт, а может – конвертоплан типа V-22 Osprey. Вертолёты, понятно, не годятся на роль истребителей (как и конвертопланы). А настоящие истребители с вертикальным взлётом – это довольно проблемные летательные аппараты, среди которых пока нет ни одного, который по боевым возможностям блистал бы на фоне горизонтально взлетающих собратьев.

Но оказывается, и без катапульты можно взлетать горизонтально с палубы авианосца. Для этого самолёт должен иметь большую тяговооружённость, а конструкция его планера должна обеспечивать короткий взлёт (собственно, эти самолёты так и называют: “самолёты с коротким взлётом и посадкой“). Для того чтобы сократить потребный для взлёта пробег, используют разные аэродинамические хитрости, улучшающие несущие свойства крыла (например, применяют специальную механизацию крыла или даже обдув крыла струями двигателей). Горизонтальный взлёт без катапульты происходит с помощью трамплина, который располагается в конце палубы авианосца. Взлёт с трамплина использовался на советских тяжёлых авианесущих крейсерах.

(На фото: Су-33, взлетающий с трамплина. КНААПО.)

(Верхнее фото – U.S. Navy)



Комментарии (5) »

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).



Comments Off on Пассажирские и сверхзвуковые – где они?

Сигнатура – это такой “след” (условно, конечно), характеризующий некоторый объект. Сигнатуры могут быть уникальными, а объекты, с ними связанные, не обязательно материальны: например, термин “сигнатура” используют в отношении компьютерных вирусов.

В радиолокации сигнатурой можно назвать некоторый набор характеристик отражённого целью сигнала, принятого радаром. Интересно, что параметры этой сигнатуры весьма полезны, так как дают в руки разработчикам инструмент, позволяющий распознавать цели. И в этом работа мат.обеспечения РЛС в чём-то напоминает работу антивирусных сканеров. Правда, задача с РЛС несколько сложнее.

Понятно, что распознавание типов целей – это весьма важная функциональность. Скажем, в самом простом случае РЛС, наблюдающая цель с помощью приёма отражённых сигналов, показывает эту цель оператору (или, скажем, пилоту истребителя) в виде некоторой отметки на экране. Сама по себе отметка ни о чём не говорит, что не есть хорошо.

В принципе, первым шагом на пути улучшения информационного потока будет добавление к отметке информации о курсе цели, скорости и дальности (эту информацию с готовностью предоставляет радар). Система опознавания “свой-чужой” добавит к отметке “штрихи” государственной принадлежности цели (тоже важно, правда?).

Но этого мало. Хотелось бы видеть, какая именно модель истребителя скрывается за вражеской отметкой. Тут и может пригодиться “анализ сигнатуры“. Оказывается, что отражённый тем или иным истребителем сигнал приобретает некоторую “внутреннюю” структуру, которая имеет достаточно уникальные черты. Связано это с тем, что в формирование отражённого сигнала вносят вклад разные агрегаты и поверхности облучаемой цели, и различная конфигурация этих поверхностей/агрегатов будет давать различный сигнал. При этом для самолётов одного типа сигналы будут похожи, так как форма и устройство этих самолётов практически совпадают в основных чертах. Правда, есть большая проблема: при наблюдении с разных ракурсов сигнатура будет меняться самым разительным образом.

Поэтому весьма ценную информацию можно собрать, если понаблюдать полёты истребителей “вероятного противника” с разных ракурсов, при помощи хорошей РЛС. Например, наблюдая за учениями или за передвижением какой-нибудь авианесущей группы в нейтральных водах Мирового Океана.

Собранные сигнатуры сохраняются в специальной базе данных (почти как с антивирусными сканерами), которая позже входит в состав программного обеспечения РЛС. Впоследствии РЛС может подсказать тип и модель цели, сверяясь с базой данных.

Впрочем, это только один из теоретических способов.

(Фото: Raytheon)



Комментарии (1) »

Популярная тема – атаки на компьютерное оборудование, использующие уровень аппаратуры. Особенно интересны тут троянские системы: есть хорошая статья Samuel T. King, et al про специальный процессор, позволяющий реализовывать произвольные атаки на той системе, где этот процессор установлен (там рассматривают ПК под управлением Linux, к которому подключаются через ЛВС). Вообще, проблема очень актуальна для систем вооружений.

О чём идёт речь? Допустим, микроэлектронные компоненты для бортовой системы закупаются на более-менее открытом рынке, у обычных поставщиков. Это дешевле, и с разработкой проще. Понятно, что в этом случае поступающая аппаратура может содержать в себе “жучки” и “закладки”, сделанные, так сказать, конкурентами, желающими в том или ином подходящем случае сохранить за собой возможность отключить управляющее оборудование.

Обнаружить подобные “жучки” весьма сложно. Особенно если они сделаны грамотно – а тут важно то, что сразу же дающие сбои комплектующие просто не имеют шанса попасть “на борт”. В принципе, с помощью дорогостоящих процедур можно исследовать внутренности закупленных микросхем. Но, во-первых, исследуемую микросхему, скорее всего, придётся разрушить (потому что неразрушающие методы, если они и есть, обойдутся ещё дороже). Во-вторых, довольно сложно разобраться с логикой работы и назначением тех или иных составляющих сложной интегральной микросхемы, содержащей миллионы базовых элементов (при этом внести нужные изменения на стороне производителя – многим проще).

Как можно использовать “закладки”? Разными способами, выбор тут зависит от конкретной задачи. В теории, устройство может просто отключаться по специальному “радиосигналу”. Правда, приёмник не так просто сделать незаметным. Удобнее логическая схема управления: например, процессор останавливается, наткнувшись на особую (достаточно длинную, а поэтому не встречающуюся в “штатных программах”) цепочку значений байтов памяти. Понятно, что никакое программное обеспечение не может противодействовать атаке на уровне аппаратуры. И также понятно, что ракета (или комплекс ПВО) с “зависшей” системой управления вряд ли будет представлять какую-то опасность.

Остаётся один важный вопрос: как отправить на борт военной системы противника нужную команду? Тут поможет тщательное изучение алгоритмов работы системы (это задача разведки; в принципе, экспортные системы можно просто закупить, напрямую или через подставные фирмы). Изучив алгоритмы, можно вычислить те внешние условия, при наступлении которых атакуемая система сама разместит нужную последовательность в памяти. (Например, в упомянутой в начале заметки статье, ключевая последовательность передаётся в составе сетевого пакета данных: операционная система атакуемой машины так устроена, что должна прочитать пакет для того, чтобы выяснить, нужно ли его обрабатывать. Понятно, что уже во время чтения ключевая последовательность из пакета попадёт в процессор и сделает своё дело, вне зависимости от того, “хочет” этого операционная система или нет.)

В случае с комплексом ПВО можно себе представить специальный помехопостановщик, передающий такие помехи РЛС, обработка которых бортовой вычислительной машиной как раз и приводит к появлению в памяти последней ключевой последовательности, отключающей процессор. Понятно, что отстройка от помех потребует обработки каких-то параметров этих помех ЭВМ.

Схема выглядит хитро, но вполне себе реальна (можно даже показать почему, используя, скажем, тот факт, что во многих системах слежения традиционно применяются широкоизвестные алгоритмы фильтрации и т.п). Вот поэтому для производства действительно защищённой техники требуются собственные микроэлектронные заводы.



Комментарии (15) »

На днях Ratheon достался правительственный контракт на $400,000,000 по созданию радара для систем ПРО, размещаемых Штатами в Европе. Это тот самый радар в Чехии, насчёт которого уже много спорили на самых разных уровнях, и, собственно, спорить продолжают. Работы по развёртыванию радара в рамках контракта планируют завершить к 2013 году. Для чего?

xbr1.jpg

(Картинка: Raytheon)

Действительно, часто спрашивают, какая такая особенная польза от подобного радара для ПРО, особенно, когда есть спутники на орбите?

Польза, вообще говоря, очень большая (это помимо того, что радар никогда не бывает лишним):

Например, каждый дополнительный ракурс наблюдения за целями добавляет точности системам наведения, а значит – растёт эффективность ПРО.

Имея несколько каналов для сопровождения целей, можно обслуживать большее число этих самых целей одновременно, то есть, опять растёт эффективность ПРО.

Спутники – довольно далеко на орбите, а для связи с ними нужны дополнительные радиоканалы (падает надёжность). А с наземной станции можно быстрее передавать данные целеуказания противоракетам (думаю, понятно, что тут каждая сотня миллисекунд на счету).

Более того, наземный радар может эффективно подсвечивать цели, в том числе и для наблюдения их со спутников (вспомните про бистатическую радиолокацию).

xband.jpg



Комментарии (7) »

В продолжение темы “Стелс” и малой заметности истребителей: известно, что одним из основных устройств на борту истребителя является РЛС, потому что слепой самолёт, по нынешним временам, бесполезен. РЛС на борту даже может быть несколько, и каждая – с антенной. Традиционно самая большая антенна РЛС располагается под носовым обтекателем истребителя.

И если сам истребитель малозаметен для радаров, из-за правильно подобранной формы агрегатов и верно спроектированных материалов, то как быть с этой антенной? Ведь при облучении с передней полусферы антенна будет очень хорошо “отсвечивать”, то есть возвращать отражённый сигнал радарам противника. Казалось бы, это неустранимая проблема, так как сама “природа” антенн для приёма радиосигналов мешает снижению заметности.

Тем не менее, способы решения есть. Например, если в РЛС используется фазированная антенная решётка – ФАР (лучше активная ФАР), то антенну можно зафиксировать под острым углом к продольной оси самолёта. Это снизит уровень отражённого сигнала по крайней мере с самых выгодных для противника ракурсов. Если взглянуть на некоторые современные РЛС с АФАР для истребителей, то именно такое положение антенны и наблюдается:

ngapg81.jpg

(APG-81, Northrop Grumman)

Что ещё можно сделать? Вообще говоря, хорошо бы закрыть антенну колпаком нужной формы, который будет отражать падающее излучение преимущественно в сторону от источника. Правда, под таким колпаком антенна хоть и снизит свою заметность, но и принимать нужные для работы РЛС сигналы перестанет.

Выход есть: потребуется колпак (или экран) из хитрого материала, пропускающего только электромагнитные волны заданного диапазона и отражающего другие. То есть проходить сквозь колпак-экран будут только те самые сигналы, которые необходимы для работы РЛС.

Дальнейшим развитием этого направления является такой носовой обтекатель, параметры радиопрозрачности которого быстро изменяются по команде от систем самолёта, синхронно с работой РЛС. В принципе, нужные для реализации этой идеи материалы есть в лабораториях. Летают ли они уже – вот в чём вопрос.

Продолжение – в следующий раз. (А пока на пару дней в блоге dxdt.ru – перерыв.)



Comments Off on Незаметные радары
Навигация по запискам: « Позже Раньше »