dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

В Штатах продолжают испытывать прототипы электромагнитных пушек. BAE Systems распространила видеозапись теста своего прототипа, там неплохо виден снаряд, которым эта штука пуляет:

Снаряд немаленький, но, как можно предположить, не очень-то тяжёлый. И форма его далека от практической.

В продолжение комментариев к заметке про управляемые пули. Интересно посчитать, примерно прикинуть, на каких интервалах времени должна работать гипотетическая система, обнаруживающая снайперов путём наблюдения полёта пули. Обнаружить стрелка нужно до того, как пуля поразит цель. Это только на первый взгляд кажется фантастикой. Существуют системы, работающие с куда более быстрыми процессами, чем полёт пули.

Итак, предположим, что скорость пули в момент вылета из ствола винтовки составляет 1000 м/с. Это очень и очень высокая оценка. Обычный винтовочный показатель – 700-900 м/с, для мощного патрона, заметьте. Дистанция до цели – 700 метров. Это довольно далеко (хотя рекордные показатели сейчас превышают километр). Понятно, что на всем протяжении полёта пуля теряет скорость. Да, для очень точных результатов нужно ещё учитывать, что траектория не будет прямой линией. Однако в нашем случае и без этих деталей понятно, что оптимистичная оценка времени полёта – около 800 мс (0.8 с). Важная особенность: получается, что полёт пули будет сверхзвуковым на всём протяжении, так что звуковые детекторы отпадают.

Для наблюдения за пулей используется сенсор, работающий с тем или иным электромагнитным полем (излучением). Пусть это будет специальный лидар, или РЛС миллиметрового диапазона (тут есть свои трудности с выбором технического решения, но это другая история). Для преодоления пути 700*2=1400 м (до винтовки и обратно) сигналу РЛС потребуется примерно 5 мкс (5*10^-6 секунды). То есть, за одну десятую часть времени полёта пули (0.08 с), зондирующий сигнал успеет сбегать до места нахождения снайпера и обратно примерно 16000 раз. Понятно, что требуется время на генерацию зондирующего сигнала и обработку принятого отражённого, и всё такое прочее. Но всё равно масштабы времени столь различаются, что сенсоры нашей гипотетической системы, пока пуля летит, будут успевать сканировать большой сектор пространства.

Вернёмся к одной десятой от подлётного времени. 0.08 секунды. Микропроцессор, работающий с тактовой частотой в 10 МГц и выполняющий одну команду за такт, успеет пробежать программу из 800000 команд. (Если, конечно, программисты не “накосячат” в коде и штука не повиснет раньше.) Это много.

Что в итоге? Во-первых, есть куча времени на то, чтобы промерить траекторию полёта пули (тысячи зондирующих импульсов); во-вторых, есть ещё больше команд вычислителя, которые за то же время рассчитают возможные точки попадания пули. И, естественно, местоположение снайпера. И вот остаётся только один занятный вопрос: а не проще ли будет обнаруживать этой сверхбыстрой суперсистемой не пулю, а самого снайпера, до того, как он выстрелит?

В воскресенье продолжаем тему управляемых пуль. С ними связано много интересных аспектов. Так, например, обычное баллистическое исследование предполагает, что пуля в полёте не корректировалась. Измерения, выполненные в точке попадания пули, помогают определить, где находился стрелок. И, что не менее важно, где стрелок никак не мог находиться. Но методика работает только для истинно “баллистических” пуль. Если пуля активная, то ситуация сильно меняется.

Тут можно сразу построить специальные “теории заговора”, предположив, что кто-то уже давно обладает корректируемыми пулями. Пусть даже их делают по дорогущему спецзаказу, в секретной лаборатории, партией из нескольких штук. Использование такой пули заведомо портит результаты баллистической экспертизы. Впрочем, нужно ещё добиться, чтобы странная пуля при этом не попала в руки к экспертам. Получается противоречие, да.

Можно не строить теорий заговора, а построить теорию дополнительной маскировки для снайпера: сейчас придумывают автоматические системы, которые станут вычислять местоположение стрелка практически в режиме реального времени, проанализировав звук выстрела и пронаблюдав полёт (попадание) пули. Маневрирующая пуля делает работу такой системы гораздо более сложной. И тут противоречий нет.

Если посмотреть на проблематику “самоуправляемых пуль будущего” чуть более системно, то окажется, что там есть три главных инженерных интерпретации задачи. Две – едва ли не реальных, а одна – совсем фантастическая.

Интерпретация первая. Пуля, после того, как покинула ствол, автономно корректирует свой полёт и следует идеальной траектории, как если бы выстрел был произведён из оружия без изъянов, в вакууме. Строго говоря, это вовсе не самонаводящаяся пуля, а лишь “корректируемая”. Отличие от самонаводящейся тут фундаментальное: если за время полёта пули цель переместилась, а стрелок не взял нужного упреждения, то корректируемая пуля промахивается. Иными словами, активная корректируемая пуля – просто демонстрирует сверхстабильный полёт, компенсируя действие внешних (атмосферных) факторов. Цель такая пуля не преследует: хорошо прицелился стрелок – есть попадание; прицелился плохо или цель увернулась – промах.

Второй вариант. Действительно самонаводящаяся пуля: летит не по заданной траектории, а, напротив, сама изменяет траекторию для того, чтобы попасть в цель. Это как раз пуля из фантастических произведений. Стрелок отметил цель, потом выстрелил “как придётся”, примерно в направлении этой цели, а пуля сама наводится, агрессивно маневрируя. Если стрелок неряшливый, то пули потребуется больше энергии для того, чтобы компенсировать ошибки.

В случае с корректируемой пулей решение может быть полностью автономным: внутри пули размещается инерциальная навигационная система, на основе её данных корректируется полёт. Не требуется загружать “на борт” пули какие-нибудь траекторные указатели. Ускорение при выстреле – известно (либо его можно измерить); второй необходимый параметр – длина канала ствола, – также известен заранее. Корректируемая пуля подходит для снайпера и, если вычеркнуть необходимый учёт атмосферных условий при точной стрельбе на большую дальность, вроде бы, не противоречит сложившейся стрелковой практике. При стрельбе по движущейся цели потребуется брать упреждение, вообще нужно выставлять правильные углы прицеливания, учитывая баллистику, ну и так далее – читайте соответствующие наставления, как говорится.

Пуля самонаводящаяся устроена заведомо сложнее, так как здесь ещё требуется либо система связи с прицелом оружия, для передачи целеуказания, либо собственные сенсоры, позволяющие не только “наблюдать” цель, но и распознавать её, либо и то, и другое, и ещё куча электронного барахла на борту – ибо получается уже не пуля, а некая “ракета” (пусть и без двигателя). Заметьте, что из-за размеров пули заведомо возникают большие трудности с размещением сенсоров системы наведения: ни антенны, ни мощного объектива к пуле прикрепить не получится. Тем не менее, проект пули, вокруг которого сейчас некоторая шумиха, как раз представляет собой самонаводящийся вариант.

Ну а третий, фантастический, вариант появляется, если представить, что между самонаводящейся пулей и её целью возникло препятствие. По условиям задачи, пуля умеет маневрировать. Вопрос: может ли она облететь препятствие? Понятно, что информация о текущем положении цели имеется. Есть проблема с детектированием самого этого препятствия и определением его формы. Хотя, на фоне того, что самонаводящаяся пуля уже как-то справляется с селекцией цели, следующий уровень, подразумевающий наблюдение прочих объектов, не выглядит недостижимым. Или всё ж выглядит?

Самонаводящиеся пули – самая перспективная тема из области разработок стрелкового оружия. Сегодня Sandia National Laboratories распространяют пресс-релиз как раз по этой теме. Они построили действующий образец (прототип, конечно). Правда, наводится данная пуля с использованием лазерной подсветки, так что это пока не то решение, которое бы мы хотели получить. Но всё равно, скорость прогресса впечатляет. Хотя, данной пулей ещё не стреляют даже по мишеням. На паре фотографий ниже – траектория пули во время испытаний и сам опытный образец.

Как пишут, роль трассера выполнял светодиод.

Управление осуществляется при помощи особого оперения. Надо сказать, что поверхности довольно большие, да и саму пулю нельзя назвать короткой. Понятно, что закручивание при помощи нарезок для активной пули не требуется, поэтому стрелковое оружие будущего – гладкоствольное.

Весь этот шум вокруг истории “Фобос-Грунта”, с активно продвигаемыми идеями об искусственном “внешнем воздействии”, ставшем, якобы, фатальным, – показывает, как растёт интерес к проблеме “закрытия” ближнего космоса некоторой геополитической силой, обладающей техническим превосходством.

Давно известно, что вывод из строя искусственных спутников – это эффективный инструмент борьбы. Что там провальный “Фобос-Грунт”! Сейчас и связь, и навигация, и разведывательные мощности у развитых стран завязаны на спутники. Заметьте, что наибольшие риски у той стороны, у которой спутниковая группировка слаба и малочисленна. (Очевидно: резервирования нет; выбрать объект для уничтожения противнику проще – меньше же целей на орбите, и так далее.) При этом особо продвинутые страны без многочисленной спутниковой группировки не могут осуществлять глобальное управление. Да, самый рельефный пример – США, которым без плотного населения ближнего космоса разнообразными аппаратами уже никак не обойтись.

При этом, стратегическое противостояние по поводу распределения ресурсов привязано к ближнему космосу, хотя, казалось бы, ресурсы-то на земле. Дело в том, что с использованием спутниковой группировки освоение и контроль ресурсов идут эффективнее. Вообще, есть некое предельное количество этих самых “ресурсов”, которое можно контролировать без массы космических аппаратов. Чтобы двинуться дальше – спутники строго необходимы.

Так что нужно ждать новых масштабных космических инициатив в ближайшие годы.

Вот, пишут в новостях (занятные формулировки, да):

“Ижевский машиностроительный завод” представил первый образец автомата Калашникова 5-го поколения с рабочим названием АК-12. Сборка автомата, разработка которого была инициирована главным конструктором “Ижмаша” Владимиром Злобиным, была завершена в 2011 г. Сейчас же начались испытания первого опытного образца, сообщили сегодня корр.ИТАР-ТАСС в пресс-службе предприятия.

“Разработка нового семейства автоматического оружия является приоритетным направлением для “Ижмаша”, чтобы вернуть мировую долю рынка”, – заявил генеральный директор научно- производственного объединения “Ижмаш” Максим Кузюк.

[…]

Государственные испытания автомата могут начаться уже в конце 2012 г. – начале 2013 г.

Что-то вот не понятно, почему же “пятое поколение” и новое семейство? И гос. испытания только через год (возможно).

Сейчас принято связывать с малозаметными истребителями “малозаметные” радары (LPI – англоязычная аббревиатура). Эти радары используют разные методы, снижающие вероятность обнаружения факта их работы детекторами. Да, понятно, что для малозаметного самолёта простой радар не подходит: “громкие” зондирующие импульсы испортят всю малую заметность. Но ведь сама проблема шире и едва ли не старше, чем “Стелс”. Скрытность работы важна не только для бортовых РЛС истребителей.

Например, существуют особые загоризонтные РЛС, предназначенные для решения разных задач, среди которых есть и наблюдение за воздушными, морскими целями, или, скажем, за стартом и полётом межконтинентальных ракет. Загоризонтные РЛС на то и загоризонтные, что будучи расположенными на земле – просматривают пространство далеко за горизонтом, расстояния измеряются сотнями и тысячами километров. То есть, такие РЛС, возможно, зондируют чужую территорию. При этом решение задачи мониторинга подразумевает, что станции работают непрерывно. Естественно, если работа такой РЛС в эфире обнаруживается другой стороной во всех деталях самыми простыми техническими мерами, то тут же возникает идея с постановкой помехи, тем более, что радар работает на большие расстояния. А помеха, понятно, может лишить сам радар практического смысла. Поэтому и тут разумной практикой оказывается использование специальных сигналов, снижающих вероятность обнаружения работы станции и, – что не менее важно, – затрудняющих раскрытие структуры сигналов и алгоритмов их формирования. Та же ситуация снижения заметности работы РЛС, но при этом никаких истребителей. Понятно, что практически любой радар станет более полезным, если его работу в эфире сделают “малозаметной”, но не для всех сценариев применения РЛС затраты на снижение заметности оказываются оправданы. Загоризонтная разведка – сценарий как раз подходящий.

Вспомним про штатовский беспилотник RQ-170, который оказался захвачен в Иране. Что касается автоматики и помех GPS. (Как пишут, именно постановка активной помехи сигналу GPS позволила “приземлить” сей секретный летательный аппарат.) Понятно, если связь ЛА с центром управления потеряна (заглушили), то аппарат переходит исключительно на автопилот. Кстати, сейчас даже готовые “коробочные” автопилоты (с поддержкой GPS, да), доступные энтузиастам-любителям, умеют осуществлять полёт по маршруту, заранее записанному в память бортового компьютера. То есть, не обязательно аппарату “ложиться в циркуляцию” и ждать восстановления связи. Пусть он летит себе на базу автономно.

Но самый интерес в другом: очевидно, что на борту есть инерциальная навигационная система. Если предположить, что действительно получилось военному GPS поставить активную помеху, уводящую координаты в нужном направлении, то ключевую роль будет играть то, каким образом несколько источников навигационной информации увязываются между собой бортовым компьютером ЛА. Если есть только инерциальная система и GPS, то при возникновении существенного расхождения между ними приоритет разумно отдать всяким гироскопам, поскольку они привязаны к более надёжным физическим основам. С другой стороны, условные гироскопы тоже могут поломаться (маловероятно, между прочим). Предположим, сигнал GPS постоянно используется для коррекции данных инерциальной системы. Тогда, если активная помеха построена таким образом, что действует в рамках типичного, допустимого, отклонения инерциального автопилота, возникает ситуация, позволяющая плавно увести аппарат куда требуется. При этом критического расхождения данных обнаружено не будет. Если действовать подобным образом, то уводящие “дельты” координат нужно вводить, так сказать, по одной из осей. Так проще не выскочить за пределы допустимой, с точки зрения ПО беспилотника, погрешности.

Впрочем, на борту аппарата может оказаться подробная карта местности, над которой он пролетает, и точный высотомер. Тогда к наведённым ложным сбоям инерциальной системы добавляется расхождение траектории с картой высот. Однако если ЛА пролетает над пустыней, то с изменением высот возникают понятные трудности. Да и вообще, не факт, что разработчики учитывают эти самые высоты подобным образом.

Может показаться, что для построения точной активной помехи нужна подробнейшая информация об устройстве данного конкретного беспилотника. В реальности же маловероятно, что разработчики ПО для секретного аппарата используют какую-то столь же секретную математику – алгоритмы систем автоматического управления похожи друг на друга, основа там общая, и наверняка использовали имеющиеся наработки. Если атакующая сторона с помехой несколько раз потренировалась, то у неё есть нужные калибровочные коэффициенты, полученные опытным путём. В общем, теоретически всё выглядит гладко.

Но относительно практики возникают, конечно, определённые сомнения. Может, там есть какая-то двойная игра и RQ-170 специально сдали? Посмотрим.

А между тем штатовский проект летающего мощного лазера – ABL – вроде, теряет государственную поддержку. Напомню, что речь о боевой лазерной установке, смонтированной на борту самолёта Boeing 747-400, и, в теории, предназначенной для поражения разных целей, прежде всего, только что стартовавших баллистических ракет. Этот долгоиграющий проект уже несколько раз замирал, потом опять двигался, опять замирал, опять оживал, и вот – очередной раз свёрнут. В феврале прошлого года ABL успешно сбил мишень и после этого ничего о проекте слышно не было.

С разведывательными спутниками связана интересная и важная тенденция. Так как технологии развиваются, и подобные спутники не только дешевеют, но и становятся гораздо более функциональными, то однажды может так выйти, что территория той или иной страны детально и в реальном времени просматривается спутниковой группировкой, с низкой орбиты. Действительно, спутники сейчас согласованно работают в группах, при этом бортовые РЛС, очевидно, не стояли на месте и хорошо шагнули вперёд в своём развитии. И не только РЛС, оптические системы – тоже.

Сеть спутников, находящихся на малой высоте, задачу “зондирования земной поверхности” решает на новом уровне. Учитывайте, что информация, поступающая от группы космических аппаратов, обрабатывается согласованно и одни данные дополняют другие.

Теперь перейдём к наземной части проблемы, к тем, за кем наблюдают. Не так трудно составить список стратегических задач, выполнение которых требует скрытности. Например, перемещение систем вооружений. Или, скажем, строительство укреплённых объектов для размещения ракетных комплексов. Что уж говорить про организацию добычи тех или иных стратегически важных полезных ископаемых. В общем подобных задач много, но если территория круглые сутки мониторится в реальном времени, то обеспечение скрытности если и не становится невозможным, то существенно усложняется.

То есть, появление сплошного наблюдательного поля в околоземном пространстве – это заметная угроза. Под подобным мониторингом придётся либо играть совсем в открытую, либо разработать какие-то превентивные меры, которые помешают мониторинг построить или, хотя бы, создадут ему помехи.

Вариант с помехами – самый мягкий. Во-первых, некоторый опыт противодействия спутникам-шпионам уже имеется. Во-вторых, помехопостановщики можно сделать не агрессивными, то есть, они не обязательно будут выводить спутники из строя. Но проблема в том, что ставить помехи группе спутников, использующей самые разные сенсоры для наблюдения – задача хитрая, и такие системы противодействия (наверняка) связаны с существенными затратами на развёртывание и сопровождение. При этом система нужна развитая, включающая множество узлов, иначе сам факт постановки помех окажется демаскирующим признаком.

Агрессивный вариант – это препятствование развёртыванию системы мониторинга. И вот тут на ум приходит противоспутниковое оружие. В том числе, в форме специальных микроспутников, заранее выведенных на орбиту. И, наверное, где-то тут кроется мотивация для пересмотра международных соглашений о вооружениях в космосе.