Современный бой: батальоны просят нанотехнологий

В 1996 году специалистами из лаборатории министерства энергетики США Sandia National Laboratories был создан маленький автономный робот MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle), объем которого составлял всего два кубических дюйма. При этом мини-робот имел процессор, датчик температуры, микрофон, видеокамеру и химический датчик (сенсор). Основным назначением устройства был поиск опасных биологических и химических материалов.

При добавлении к MARV миниатюрного двигателя и четырех колес получался микросапер, который мог бы обнаруживать различные подрывные устройства. Естественно, такого «малыша» с удовольствием бы приобрели и Пентагон, и спецслужбы США, но этим надеждам не дано было сбыться. «Ахиллесовой пятой» MARV стала неустойчивая связь с оператором. При ее потере робот превращался в неуправляемый объект.

Несмотря на это, первый опыт миниатюризации был признан настолько успешным, что им заинтересовались в DARPA и исследовательском институте RAND Corporation, которые фактически дали старт широкому внедрению нанотехнологий в военное дело.

Справка

Нанотехнологии - это технологии, дающие возможность работать с ничтожно малыми объектами, хотя бы один линейный размер которых лежит в диапазоне до 100 нанометров. Один нанометр равен одной миллиардной части метра.

Основные направления применения нанотехнологий

В настоящее время разработки нанотехнологий в интересах вооруженных сил активно ведутся во всех промышленно развитых странах по четырем основным направлениям.

Во-первых, в сфере энергетических ресурсов и боеприпасов (совершенствование рецептур топлива и состава взрывчатых веществ).

Во-вторых, для обеспечения скрытности и защиты объектов по физическим полям (обеспечение невидимости объектов).

В-третьих, в области создания самовосстанавливающихся систем, которые позволяют автоматически приводить в первоначальное состояние поврежденные поверхности и несущие конструкции военной техники, а также проводить их маскировку, изменяя цвет наружных поверхностей.

В-четвертых, в направлении конструирования современных систем связи, устройств и средств обнаружения химических и биологических загрязнений (сенсорные системы, датчики, микроботы).

«Умная пыль»

Первоначально исследования ученых всего мира были сосредоточены на создании систем устойчивой связи микросенсорных устройств, которые из-за размера стали называть мотами (от англ. mote - пылинка). Первые автономные сенсоры, годные для применения в армии, имели размер спичечного коробка.

Мот состоял из набора датчиков, микрокомпьютера, передатчика, устройств питания и зарядки. Основным назначением этих «коробочек» было ведение скрытой разведки. Сейсмические датчики отслеживают движение военной техники противника, радиодатчики - применение средств связи, оптические датчики ИК диапазона фиксируют тепловые сигнатуры бойцов, а датчики окружающей обстановки сообщают данные о погодных условиях на местности, где ведутся боевые действия.

Все эти датчики можно объединить в одну информационную сеть (что и делается уже), которая снабжает командира информацией дополненной реальности. Например, когда используется оптико-электронный бинокль, то одновременно с наблюдением обстановки можно считывать информацию с мотов, которая отображается поверх видимого изображения. Сеть разбросанных мотов, способных выдавать различную информацию, назвали  «умной пылью» (Smart Dust).

Создание более мелких мотов - наноботов пока ограничено возможностями современных технологий. Дело в том, что, отлично работающие в лабораторных условиях, моты в реальном бою оказываются далеки от заявленного совершенства.

Не так страшен «рой», как его «малюют»

Кстати, «рой дронов», над созданием которого сегодня работают во многих странах, основан на технологиях «умной пыли». В объеме одного мини-дрона, в нескольких кубических сантиметрах, умещаются датчики, источники энергии, устройства цифровой связи и микрокомпьютер. Помимо этого, миниатюрный беспилотник сможет нести и небольшое количество взрывчатки - весом в 50-150 граммов. В США «рою дронов» придают первостепенную значимость в борьбе с российскими системами ПВО.

Другой возможный способ применения «роя», который придумали американские военные, это поражение танков противника: «рой» нанодронов, несущих мини-заряды взрывчатых веществ, «окутывает» бронированную машину и по команде, одномоментно, взрывается.

Но не так страшен «рой», как его «малюют» сегодня теоретики военного дела. Развитие средств защиты от мини-дронов тоже не стоит на месте. Вполне вероятно, что взаимодействие комплексов РЭБ и ПВО, а также дальнейшее совершенствование средств радиоэлектронной борьбы поставят крест на перспективе эффективного применения в боевых действиях этого ноу-хау.

Стелс-технологии и нанокомпозиты

В то же время устойчивый положительный результат дает совершенствование рецептур ракетного топлива - путем введения в них нанопорошков. Так, например, добавление серпентинита способствует повышению теплотворной способности топлива на 10-15%, а также обеспечивает полноту его выгорания. С таким нанотопливом ракеты смогут полететь дальше и быстрее.

Самым известным примером обеспечения скрытности военной техники являются стелс-технологии. Они связаны с нанесением на поверхность военной техники специальной краски, содержащей дисперсные микросферы феррита. Излучение РЛС, действуя на такое покрытие, вызывает превращение энергии электромагнитного излучения в тепло, которое передается всей конструкции техники и рассеивается в атмосферу. Известным недостатком такого покрытия является ограниченность защиты в одном диапазоне принимаемого излучения от РЛС, т.е. техника, невидимая в одном диапазоне радиолокационных частот, может быть хорошо заметна в другом.

Как сообщалось в открытых источниках, в России покрытия с использованием ферритов нашли применение в создании защиты от электромагнитного излучения помещений, в которых располагается электронная аппаратура.

Характерным примером такой защиты является создание на боевых кораблях защиты отсеков и поверхностей, обеспечивающих работу различных РЛС и антенн связи. Покрытие на основе ферритов как бы «изолирует» друг от друга излучающие элементы, исключая частотные помехи, дополнительно защищая экипаж корабля от СВЧ-излучения.

Также сообщалось, что в состав конструкции российских боевых самолетов и вертолетов, для снижения радиолокационной заметности, включены элементы обшивки и конструкции, созданные на основе технологии нанокомпозитов - многокомпонентных твердых материалов, в которых один или несколько компонентов состоит из наночастиц.

Во всем мире в военном деле также все шире применяются полимерные нанокомпозиты. От обычных полимеров они отличаются меньшим весом, большей ударопрочностью и износостойкостью, хорошим сопротивлением химическим воздействиям.

Действительно, добавление углеродных наночастиц, таких как фуллерены, нанотрубки, астралены, придали элементам, входящим, например, в конструкцию самолета, новые характеристики - радиопрозрачность и молниестойкость.

«Плащ-невидимка»

Известно, что в России ученые занимаются созданием новых материалов для обмундирования и экипировки, способных обеспечить защиту военнослужащих. Теоретическая возможность создания материала с отрицательным коэффициентом преломления или «эффектом невидимости» была обоснована еще в 1967 году советским ученым-физиком Виктором Веселаго. Теория легла в основу создания маскировочных устройств, так называемых «плащей-невидимок», которые вошли в состав экипировки российского военнослужащего, а также стали основой маскировочных покрытий (маскировочных сеток) для военной техники.

В США с 2002 года над наноматериалами, входящими в состав экипировки солдата работает The Institute for Soldier Nanotechnologies. Конечной целью своих исследований американские ученые ставят кардинальное снижение числа жертв среди солдат при ведении боевых действий.

Институт ведет исследования в пяти направлениях:

1. Создание сверхлегких многофункциональных нановолокон и наноматериалов.
2. Медицинское обеспечение в обмундировании.
3. Защита от взрывов.
4. Разработка методов защиты от химического и биологического оружия.
5. Интеграция наносистем в единую систему защиты военнослужащего.

Теме создания «умных материалов», входящих в экипировку «солдата будущего», можно посвятить несколько статей. Поэтому для краткости приведу пример о наносоединении фуллеренов с антителами. Предназначение - для защиты от возможного применения противником биологического оружия. Полученный на основе такого синтеза наноматериал убивает споробактерии Bacillus anthracis, наиболее известные из боевых бактериологических агентов.

А американская компания NanoScale Materials Inc. предложила продукт на основе нанотехнологий, который нейтрализует токсичные химикаты. Порошок состоит из активных наночастиц, которые связывают и дезактивируют около 24 известных боевых токсичных соединений.

На пороге

Согласно опубликованным в 2010 году прогнозам американских военных аналитиков Л. Хэмли и С. Мецца, реальное использование в боевых действиях микросистемной техники и нанотехнологий наступит уже через 10-15 лет (т.е. сегодня мы уже стоим на пороге), а массовое военное применение нанотехнологий ожидается к 2030 году.

Ключевая отрасль

Оценивая перспективы развития нанотехнологий, президент России Владимир Путин еще в 2007 году сказал следующее: «Нанотехнологии, безусловно, будут ключевой отраслью для создания сверхсовременного и сверхэффективного как наступательного, так и оборонительного вооружения, а также средств связи».

С того же 2007 года в нашей стране действуют государственные программы развития нанотехнологий. По понятным причинам, общественности становится известна информация о работах гражданского направления. Таких, например, как проекты производства нанороботов для борьбы с онкологическими заболеваниями или нановидеокамер, работающих сразу в нескольких спектральных диапазонах - от ультрафиолетового до инфракрасного.

Безусловно, наши ученые и конструкторы ведут исследования и в военном направлении. Например, как сообщалось в российских СМИ, новейший боевой вертолет Ми-28НМ получил композитные лопасти, созданные с применением нанотехнологий, затем их получил и Ми-26Т2В. Применение нанокомпозитов привело к сниженной радиолокационной и тепловой заметности самолета Су-57. Корпус нового тральщика «Александр Обухов» (проект 12700) - полностью композитный, в качестве армирующих материалов при его создании были использованы арамидные ткани различного плетения.

И это только то, что известно общественности. Но уже и по этим, опубликованным в открытых источниках информации данным, можно судить о том, что в России нанотехнологии развиваются успешно.