В развитых странах армейская система такова, что при гибели одного-единственного солдата на поле боя армия выплачивает родственникам по страховке огромные суммы денег. Поэтому, естественно, армиям невыгодно, чтобы их солдаты на поле боя умирали от действий неприятеля.

Пусть лучше они умирают дома на пенсии. Как ты знаешь, жадность – двигатель прогресса, благодаря которой развиваются семимильными шагами военное обмундирование и средства индивидуальной защиты.

Если раньше брали тупой силой (например, в битве при Айзенкуре в 1415-м году полегло почти все европейское рыцарство), то сегодня один хороший диверсант в тылу врага может сделать много пакостей.

Да и на поле боя стали действовать осторожнее. Вперед посылаются беспилотные самолеты, затем тяжелая техника, и уж потом – пехота. Но даже при таком раскладе есть возможность, что тебя снимет из рокет лаунчера какой-то хитрый моджахед.

А вот представь такую картину: враги безостановочно пуляют по тебе из подручного оружия, а от тебя, как от железного Феликса, отскакивает 90% боеприпасов. Ты же в это время огромными прыжками добираешься до негодяев и показательно ломаешь им хребет.

Напоминает экшн-игру в стиле Half-Life или DOOM? Тем не менее, есть все предпосылки к тому, что войны будущего могут иметь много общего с сетевыми баталиями в командный FPS.

От железа к силикону

Былые времена, когда крепкий панцирь или кольчужная рубаха вселяли веру в рыцаря, прошли. Даже бронежилеты, которые так любит отечественная милиция и ОМОН, по сути дела, не гарантируют полной сохранности тела при серьезной заварушке на войне. О шлемах даже говорить не приходится – сегодня меткому снайперу ничего не стоит попасть в незащищенные шлемом части лица.

Но, несмотря на это, сегодня отечественные кузнецы предлагают довольно неплохие бронежилеты-комплекты. Например, костюм-тройка, который полностью защищает тебя от пистолетных пуль и ударов штык-ножом. Это стало возможным благодаря полимерному материалу кевлару, которым защищена плечевая и паховая области. А например, универсальный бронежилет повышенной пулестойкости «ЗУБР», состоящий из стальных и керамических бронеэлементов, защитит не только от автоматных очередей, но и от винтовочных выстрелов пулями с термоупрочненным и бронебойным сердечником.

Технологии керамической и кевларовой брони тоже имеют ограничения по прочности, поэтому для увеличения защиты оружейники обратились за советом к ученым и инженерам-материаловедам, работающим с такими экзотическими материалами, как нанотрубки и круглые молекулы углерода С60, называемые фуллеренами. Оказалось, что их использование в персональной броне позволит значительно уменьшить ее вес при увеличении степени защиты.

Кроме фуллеренов и нанотрубок, существуют «неорганические, подобные фуллеренам, наноструктуры». С точки зрения химии, они представляют собой сульфиды металлов: вольфрама, молибдена, титана и ниобия. Именно их ученые научились синтезировать в непривычных формах – в виде нанотрубок и сфер, подобных углеродным нанотрубкам и шарикам-фуллеренам с поперечником всего в десятки атомов.

Составленные из таких частиц материалы показывают необычайно высокую прочность и, кроме этого, могут превосходно впитывать (абсорбировать) кинетическую энергию ударного воздействия, сохраняя после воздействия начальную форму.

Сегодня компания ApNano разрабатывает различные наноматериалы для защиты человека от воздействия взрывной волны, механических и химических воздействий. Первые образцы, на основе вольфрама, останавливали стальные снаряды, летящие со скоростью 1,5 километра в секунду (при этом в точке удара создавалось давление до 250-ти тонн на квадратный сантиметр), а также выдерживали статическую нагрузку в 350 тонн на квадратный сантиметр. Теперь ApNano намерена перейти к развитию аналогичных образцов на основе титана, которые, как ожидают изобретатели наноматериалов, окажутся прочнее вольфрамовых. В настоящее время ApNano за день может изготовить только несколько килограммов нового материала, но через полгода она намерена нарастить мощность до 100-200 килограммов, а к 2007-му году — создать массовое производство с выходом нескольких тонн наноматериала в день.

Еще один недостаток практически всех современных бронежилетов – невозможность защитить те части тела солдат, которым необходимы подвижность и гибкость — в первую очередь, руки и ноги.

Поэтому многие исследователи-материаловеды склоняются к выводу, что отдельные части солдатской брони должны принять жидкую форму. И недавно американские ученые из университета Делавэра (University of Delaware) и научно-исследовательской лаборатории армии США (U.S. Army Research Laboratory) создали смесь из микроскопических частиц кварца в гликоли полиэтилена и на его основе уже сконструировали жидкую броню для военных — особое вещество STF (Shear Thickening Fluid). В обычном режиме ткань сохраняет гибкость, но когда материал встречается с внезапным напряжением, вроде попадания пули, частицы кварца автоматически создают дополнительное сопротивление. А когда материал погружают в STF, кварцевые частички поглощаются волокнами ткани. Это позволяет пропитать жидкой броней гибкие участки солдатской униформы, повышая ее защиту.

До удара частицы жидкости находятся в состоянии равновесия. После удара, они слипаются, образуя твердые структуры.

Обработанный кевлар после удара от пули.

Обработанный кевлар после удара шилом.

Еще одни способ защиты совершенно незащищенных участков – нанесение на них специального покрытия. Как ты думаешь, как защитить от пулевого ранения лицо солдата? Даже самый крепкий шлем с защитным прозрачным щитком не защищает от прямого попадания в лицо.

Оказывается, снабдить защитой можно даже плексигласовые прозрачные панели шлема! Компания NanoTriton выпустила для этого покрытие NanoTuf™, которое в несколько раз увеличивает прочность пластика. NanoTuf™ состоит из наночастиц в растворе. При нанесении их на пластиковую поверхность они образуют сверхтвердую пленку, которая не только защищает от биологических и химических агентов, но и от попадания пули! Так, при проведении одного из тестов, в защитное стекло солдатского шлема, обработанное NanoTuf™, выпустили несколько пуль, и они не смогли расколоть обработанный наночастицами материал!

Возможно, впоследствии и такой защиты будет мало, поскольку уже появляются первые портативные образцы мощного лазерного оружия, способного пробить тепловым ударом (ведь большая часть бронежилетов защищает только от кинетического воздействия) практически любой тип современной брони. Так что развитие и улучшение материалов для бронежилетов еще впереди.

DOOM 2020

По большому счету, бронезащита не стала «умнее», она всего лишь стала прочнее и легче. Одно из достижений компьютерных FPS – появление полоски брони и жизни — может вскоре стать неотъемлемой частью любого солдатского костюма. В игре очень удобно следить за состоянием своего здоровья и количеством брони по цветным полоскам-маркерам. Я уже не говорю о состоянии боезапаса – отслеживание этой информации в реальном времени просто необходимо любому солдату. Частично эта проблема решена у пилотов-истребителей и бомбардировщиков – у них есть специальный интерфейс на шлеме, который показывает жизненно важные данные полета. Некоторые модели шлемов проектируют мини-монитор на сетчатку глаза, что существенно упрощает восприятие информации. Однако у простой пехоты по-прежнему такой возможности нет.

Но первые шаги по внедрению такой системы уже сделаны. Дело в том, что просто «прикрутить» такой информационный шлем к обычному снаряжению бессмысленно. Оно просто не сможет обеспечить компьютер шлема нужной информацией о состоянии тела солдата, о прочности брони и о боезапасе, поэтому новый солдатский интерфейс подразумевает наличие умного костюма, такого, например, как у Гордона Фримена.

Может быть, как раз реальным прототипом Гордона Фримена, Эдвином Томасом, и был создан Институт солдатских нанотехнологий на базе Массачусетского технологического института (МТИ) в США. Он был построен специально для разработки экипировки и вооружения «солдата будущего».

Основатели Института со стороны МТИ и армия США выделили на исследования грант размером в 50 миллионов долларов. Тем не менее, Эдвин Томас заявил, что «на разработку военного обмундирования и оружия, существенно улучшенного с помощью нанотехнологий, потребуется не менее 20-ти лет».

В институте ведется разработка в рамках семи проектов, каждый из которых составляет отдельный «кирпичик» будущего солдата. В работе участвуют 37 ученых из 8-ми разных отделений МТИ.

Эдвин и исследователи предлагают новую концепцию солдата. Они хотят сделать из человека, обмундирования и оружия некий гибрид, элементы которого будут настолько тесно связаны между собой, что полностью экипированного солдата будущего можно будет назвать отдельным организмом — автономным, быстродействующим, выживаемым.

По словам Томаса, с помощью традиционных технологий таких результатов достичь трудно, но возможно. С помощью современных нанотехнологий их достичь еще трудней, но Томас надеется на их дальнейшее развитие.

На недавней выставке в Капитолии члены Конгресса США смогли увидеть две «демонстрационные модели» солдат: образца 2010-го и 2020-го года. Там же был представлен видеоролик, объясняющий работу новых костюмов и их отличие от современных.

Модель 2010-го года была названа исследователями «F-16 на ногах», поскольку система позиционирования и навигации, расположенная в заплечном рюкзаке солдата, позволяет проделать все те операции по навигации, что и компьютеры самолета F-16. «Этот солдат может пересечь джунгли, ни разу не сбившись с пути», — говорит один из исследователей, работающих в МТИ, Де Гэй, обслуживающий презентацию в Капитолии.

Шлем солдата оснащен сенсорами, детектирующими вибрации костей черепа и челюстей. Эта система успешно заменяет обычный микрофон, использовавшийся ранее. Весь обмен информацией будет производиться через проектор, который передает информацию прямо на сетчатку. Так у солдата появится ряд «операционных окон», которые будут информировать солдата о приказах, о противнике, заменят бинокль и приборы ночного видения, а также будут отображать состояние организма. По «видимым» размерам экран будет сопоставим с 17″ монитором.

Медицинский компьютер модели 2020-го года передает важнейшие параметры солдата на камеру, проектирующую изображение на сетчатку глаза. Солдату показывают основные физиологические параметры: пульс, кардиограмму, температуру тела и окружающей среды, радиоактивность среды, калориметр, а также количество выпитой им воды. Контроль над объемом жидкости позволит экономнее расходовать воду и предотвратить обезвоживание организма. Ряд полимерных актюаторов, из которых будет состоять костюм, по сигналу от медицинского компьютера будут делать определенные его участки жестче или мягче. Если, например, солдат сломает ногу, местный экзоскелет позволит захватить ее в искусственные шины, сформированные тканью костюма. Ну а если солдат болен, то доктор, находящийся в тысячах километрах от него, проанализировав состояние солдата, отдаст соответствующие команды медицинскому компьютеру, который сделает необходимые инъекции и сконфигурирует экзоскелет. МЭМС-акселерометры всегда скажут солдату, какого направления выстрелов стоит опасаться, то есть постоянно обновляющаяся вероятность пробивания бронежилета, в зависимости от попадания в солдата, также будет одним из жизненно важных информативных показателей.

Если же солдат не успеет сам вызвать медика, то это сделает его компьютер по данным датчиков, заблокировав солдата в экзоскелете и включив системы жизнеобеспечения. Таким образом, солдат будет «закован в латы» до прихода врача.

Солдаты смогут обмениваться данными в реальном времени с транспортными средствами, вертолетами, танками, роботами поддержки и другой техникой, возможно также дистанционное управление техникой. Еще, по словам Де Гэя, вертолеты, летящие впереди отряда, будут передавать информацию о противнике пехоты. В новом костюме солдат сосредоточится только на одном — на ведении боя.

Можно смело сказать, что с таким снаряжением ведение войн будет напоминать сетевую баталию Battlefield 2142.

Однако тебе никто не сможет помешать попробовать перехватить контроль над «умным костюмом» на себя, и тогда огромная армия может за пару минут превратиться в беспомощные консервы, заблокированные своими же костюмами. Но сделать это, скорее всего, будет нелегко: все командные передачи в основном криптографируются, и не факт, что можно будет сломать этот код за время наступления суперармии.

Отсюда вывод: технически отсталые страны при возникновении военного конфликта в будущем практически обречены на поражение. Даже партизанская война может не принести результатов при такой степени защиты и снабжении информацией одиночного солдата.

Зачем тебе 2 скелета?

Вряд ли солдат будущего будет носить на себе броню. Скорее всего, броня сама будет его носить. Одна из важнейших частей солдатской брони будущего – экзоскелет, который не только позволит передвигаться быстрее и переносить тяжести (например, стационарные пулеметы и ракетные установки), но и позволит в моменты опасности полностью «закуклить» солдата в сверхтвердый кокон.

Создание экзоскелета — это сверхзадача, ведь нужно создать аппарат, который бы помогал, когда требуется, и при этом не мешал. В идеале экзоскелет заменит человеку руки, ноги и возьмет на себя минимум 95% груза. Кроме того, «костюм» должен слиться с человеком, исполнять его желания, нередко предугадывая их. Американское оборонное агентство DAPRA уже давно занимается превращением солдат в строггов, приделывая им различные пневматические конечности и делая из них «летунов». На сегодняшний день именно DAPRA имеет наиболее солидный парк прототипов различных экзоскелетов. Но из-за громоздкости и неудобства управления они пока не достигли совершенства.

Однако это не мешает даже этим несовершенным киберусилителям поражать воображение. Например, австралийская арт-группа STELARC еще в 1998-м году создала на основе сконструированных ею экзоскелетов-паков Exoskeletons красочное шоу. Шестиногая шагающая машина может двигаться во все четыре стороны, разворачиваться на месте и приседать на корточки. В центре шагающей машины находится вращающаяся платформа (место для человека), оборудованная механической «левой рукой» с пневматическим манипулятором. Зрелище, надо сказать, не для слабонервных.

Другой пример – летающий экзоскелет с двумя турбовентиляторами SoloTrek XFV, который должен летать. Но одной из главных его проблем является двигатель: он должен быть мощным, но не шумным. А отсюда вытекает еще одна проблема — источники питания и топливо.

Не до конца все ясно и с рабочими «ногами». Судя по всему, от колес и гусениц решено отказаться, а среди предложений встречается и вариант с пружинящими гидравлическими костылями (игрушка-тренажер подобного типа у нас продавалась под маркой «Кузнечик», а у них — Pogomatic), и «паучий» вариант — платформа с множеством ног, а также вариант, близкий к киношному Powerloader.

Есть рабочие экзоскелеты даже на двигателе внутреннего сгорания! Например, фирма Sacros из Солт-Лейк-Сити, штат Юта, создала конструктивно сложный экзоскелет с множеством «суставов» и собственным бортовым компьютером, принимающим сигналы от 20-ти датчиков. В движение элементы экзоскелета приводятся гидравлической системой, работающей от ДВС, размещенного в специальном ранце. Все это позволяет владельцу скелета носить без каких-либо затруднений 90-100 кг груза. В настоящее время разработчики экзоскелета пытаются создать более удобный привод для своего детища, так как таскать с собой двигатель с запасом топлива в боевых условиях не слишком безопасно.

Еще один путь – биомеханические протезы, которые будут управляться биотоками мышц солдата. Но и это не снимает проблему получения энергии для него.

Фантастический вариант предлагает для экзоскелетов уже известный нам друг Гордона Фримена Эдвин Томас. Он предлагает сделать весь костюм экзоскелетом, состоящим из специально сконструированных наномашин-усилителей, которые смогут увеличить силу солдата на 300%.

Томас заявляет, что ответная реакция костюма будет аналогична работе подушек безопасности в автомобилях. «Меньше секунды пройдет между детектированием удара или кровотечения и ответной реакцией костюма. И все это благодаря существующим МЭМС-акселерометрам», — говорит Томас.

Естественно, через несколько лет речь уже будет идти о НЭМС-акселерометрах. И именно они наверняка будут использоваться в качестве детекторов ударов в солдатском костюме. Исследователи поясняют, как они будут работать над созданием экзоскелета. Для обеспечения нужного быстродействия актюаторы должны быстро принимать нужное положение в зависимости от поступившего сигнала. Для этого необходимо поработать с уже имеющимися полимерами, найти методы их «быстрой» самосборки в нужные структуры и сделать их электропроводными. Далее необходимо узнать, будут ли эти полимерные материалы совместимы с живой тканью при длительном контакте. И наконец, воспользовавшись математическим моделированием, вычислить наиболее оптимальные места для размещения датчиков, их количество и типы. Далее действуют программисты — они пишут программное обеспечение для медицинского компьютера.

Для того чтобы сделать костюм толщиной несколько миллиметров достаточно прочным (постоянное использование экзоскелета может вызвать большие энергетические затраты), исследователи хотят создать его на основе структуру паутины. Паутина прочна, водоустойчива, гибка и легка, поэтому есть все основания полагать, что ее модификации будут хорошей базой для обмундирования. Паола Хэммонд, руководитель команды по биологической и химической защите Института солдатских нанотехнологий, говорит: «Изучив структуру паутины, мы создали нановолокна из полиуретана диаметром около 100 нм, которые структурно похожи на обычную паутину, только гибче, легче и жестче настоящей».

Но и это еще не все. Томас надеется наномашинами утилизировать кинетическую энергию пуль и осколков с тем, чтобы использовать ее для питания тех же наноактюаторов-моторов! Такой костюм будет получать энергию от выстрелов и пуль и становиться «жестче» при каждом попадании! С таким раскладом уложить на обе лопатки солдата будет нелегко. Необходимо будет выстрелом преодолеть определенную границу «энергетического барьера», чтобы костюм не смог поглотить избыточную кинетическую энергию. Но этот барьер будет достаточно высоким, поскольку предел прочности бронежилета будет стремиться к модулю Юнга для алмазоидных материалов, ведь в идеале наномашины-актюаторы будут изготовлены именно из алмазоида.

Куколка в коконе

Одна из важнейших проблем в разработке костюма — создание эффективной гибридизации организма человека с механизмами костюма. Это нужно для успешного вытягивания из солдата информации о его здоровье и для срочного медикаментозного вмешательства. Инженеры и биологи давно занимаются производством нанометровых трубок для того, чтобы создать работоспособные биологические лаборатории-на-чипе, которые можно имплантировать в тело, соединив костюм и живые ткани. Опять попахивает строггами? Но вообще-то строггами быть отчасти выгодно – их можно в случае чего быстро «подлатать», причем даже на поле боя!

Чтобы эффективно распознать химическую или биологическую атаку, исследователи предложили использовать обычную человеческую печень. Как известно, этот орган очень чувствителен к различным вирусам и ядам. Исследователи изготовили чип, на котором содержится около 1,5 миллионов живых клеток печени для того, чтобы вовремя сообщить солдату об опасности. Под руководством Линды Гриффит отдел из Института солдатских нанотехнологий создал мобильную и компактную версию печени.

Чип представляет собой две ультратонкие пластины из кремния, разделенные рядом микроканалов. Далее на поверхность одной из пластин помещают живые клетки печени, которые располагаются в ячейках микронных размеров. Как только клетки «расположатся» внутри чипа, он будет похож собой биореактор, способный производить специфические вещества при воздействии на него другими веществами и микроорганизмами. Через чип постоянно циркулирует вода, снабжая клетки питательными веществами.

Через некоторое время клетки организуются в такие же структуры, как и в живой печени. Тогда чип начинает работать. Как только к клеткам поступят вещества, вредные для человека, они выработают определенный химический ответ, который будет интерпретирован медицинским компьютером, и солдат получит сообщение об опасности. Искусственная печень может обнаружить вредные вещества в очень малых концентрациях, что дает возможность солдату защититься от химической или биологической атаки раньше, чем она станет смертоносной.

Интеллектуальные экспресс-анализаторы крови и различные датчики, размещенные в тканях тела, позволят упредить любое критическое состояние солдата. Кроме стандартной процедуры наложения локальной шины при переломе, системой костюма «датчики-экзоскелет» предусматривается даже интернет-конференция с «телехирургами» и даже руководимое ими малое хирургическое вмешательство с помощью микроманипуляторов-зондов. И представь себе – это все на поле боя!

А может, хватит?

Как бы радужно тебе не представлялись перспективы персональной брони, с трудом верится в то, что кирзовые сапоги и плащ-палатки исчезнут навсегда. Ведь для окончательной разработки, массового выпуска и взятия на вооружение даже самого чудесного бронежилета нужно немало времени. Скорее всего, все вышеописанные чудеса массово будут распространены только в 2030-м году. И это связано не с технической стороной дела, а скорее с экономической. Куда прикажешь деть практически все современное обмундирование? Войнам и локальным конфликтам нужно сперва «доесть» то, что на складах, а к тому времени, глядишь, появятся первые универсальные костюмы.

Трудно пока представить, какими будут прототипы 2030-2040-х годов, но если не предвидится грандиозных открытий в физике типа сингулярного оружия или силового поля, то вполне возможно, что обмундирование опять сделает скачок в количественную сторону, а не в качественную.

Может быть, добавятся технологии стелса или хамелеона, когда солдаты будут маскироваться под камни, деревья и неприятельских солдат. Также первостепенным станет информационное противостояние и методы ведения хакерской войны, когда перехватывается управление над армиями, штабами и заводами. На этом фоне пословица «один в поле не воин» кажется актуальной как никогда.

Автор: Юрий Свидиненко
(metamorph@yandex.ru) aka Lazarus

Категория: Амуниция | Нет комментариев »

Комментарии