dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

В начале 20-го века множество моделей самолётов строилось по схеме биплана. Биплан – это самолёт с двумя крыльями (немного полезных пояснений: addon: крылья расположены одно над другим; если крыльев больше двух, то схема обычно называется триплан – три крыла; схемы с большим трёх числом крыльев – это полипланы; впрочем, триплан тоже иногда называют полипланом). Схема с одним крылом – это моноплан.

Целый букет расхожих заблуждений касается “взаимоотношений” бипланов (полипланов вообще) и монопланов на заре авиации: кто там кого вытеснил, когда и почему. Что тут важно отметить интересного?

Например, бипланы вполне себе сосуществовали с монопланами много десятилетий. Действительно, первые реальные самолёты братьев Райт были бипланами. А вот в 1909-м году через Ла-Манш впервые в истории на самолёте собственной конструкции перелетел француз Луи Блерио. Рекордный самолёт “Блерио ХI” был монопланом:

(На фото – “Блерио ХI”)

На фоне развития военных бипланов (по большей части деревянных, с полотняной обшивкой), в 1917-м году германская фирма “Юнкерс” построила Junkers J 9 – цельнометаллический моноплан (на фото):

(Junkers J 9)

Такой вариант “Юнкерса”, как J-10, 1918-1919 гг., вообще сильно похож на современные спортивные пилотажные самолёты:

(Junkers J 10)

Французский “Моран-Солнье тип L”, 1914 г, тоже моноплан:

Со стороны бипланов, задержавшихся в строю с наступлением господства монопланов, можно вспомнить итальянский “Фиат” CR.42 (“Фалько”), выпускавшийся до 1942-го года, или советский истребитель-биплан И-153 “Чайка”, воевавший до рубежа 1942-1943 гг.

Так что схема моноплана была хорошо известна с давних времён, а удачные бипланы использовались и тогда, когда основными стали монопланы. Господство бипланов в начале 20-го века было вызвано в основном тем, что тогда не умели конструировать прочное и лёгкое крыло – не было ни технологий-материалов, ни теории для расчётов.

Использование нескольких крыльев позволяло имеющимися технологиями достичь нужной подьёмной силы, сохранив небольшую удельную нагрузку на крыло. Понятно, что снижались требования к прочности конструкции, а это позволяло сделать её более лёгкой.

Бипланы вовсе не были “аэродинамически отсталыми” самолётами. Напротив, бипланы имеют хорошую маневренность и управляемость, особенно на малых скоростях. Но, конечно, как только удалось добиться нужной прочности крыла, от бипланов отказались, по одной простой причине: меньшее лобовое сопротивление моноплана позволяло, “при прочих равных”, достичь большей скорости полёта.

Давно, раньше радаров, для обнаружения самолётов использовались акустические системы. Этакие огромные “уши”. С помощью нескольких людей-операторов и четырёх (или более) “звукоприёмных рупоров” по звуку моторов вычислялось направление на летящий самолёт. Дальше в работу включался наблюдатель, которого в ночное время “поддерживал” мощный прожектор. Понятно, что подцепленный лучом вражеский самолёт тут же передавался на обслуживание зенитным батареям.

В принципе, по базовой логике работы, всё это очень близко к современным РЛС. Разве что радары работают с использованием радиоволн. Это, кстати, важный момент: радар, то бишь radio detecting and ranging, в переводе означает “радиообнаружение и определение дальности”. Поэтому никаких “акустических радаров” быть не должно.

Теперь обнаруживать в воздухе самолёты по звуку обычно не принято, РЛС справляется с задачей обнаружения несравнимо лучше. Однако акустическая локация и многие связанные с ней области отлично развиваются, находя разнообразные практические применения, в первую очередь – под водой (но не только).

Известно, что использование радиоволн для тех или иных задач под водой сопряжено с очень серьёзными трудностями по сравнению с воздушной средой. А вот звук, напротив, в воде распространяется быстрее и, условно говоря, дальше. Акустические подводные системы во многом похожи на радиосистемы по принципам действия. Это потому, что распространение звуковых волн имеет общие черты с распространением электромагнитных. В частности, математически многие акустические явления хорошо описываются теми же уравнениями, которые моделируют электромагнитное поле.

Так что есть акустические локаторы, использующие звуковые импульсы, например, для обнаружения целей и измерения их параметров – эти активные устройства широко известны и используются даже продвинутыми рыболовами.

Есть пассивные устройства, слушающие подводные акустические шумы. Среди них много интересных. Например, специальные автономные буи, которые сбрасывают в нужном районе океана с самолёта. Плавая в воде, такой буй с помощью электронной системы слушает подводный мир звуков (на предмет прохождения подводных лодок, обычно), а собранную информацию периодически передаёт в некий “центр обработки”. Разбросав множество подобных устройств “по району”, можно реализовать распределённую систему слежения.

Конечно, есть и подводные акустические помехопостановщики, и акустические “ложные цели”. (“Звуковые” помехопостановщики, кстати, весьма широко используются и вне морей-океанов, во вполне “офисной жизни” – для защиты от подслушивающих устройств. Но об этом – в другой раз.)

(Рисунок: Edward L. Cooper)

Но самое интересное в том, что есть и аналог популярной (и, конечно, суперактуальной) сейчас исследовательской темы по полной “электромагнитной невидимости” – акустическая невидимость. Оказывается, что, судя по всему, реализовать невидимость для акустических локаторов (активных, пассивных и “бистатических” – это которые используют разнесённое зондирование) может быть даже проще, чем электромагнитную невидимость. Речь, прежде всего, о невидимых подводных объектах. Нужно ли говорить, насколько важна подобная невидимость на практике?

Правда, понятно, что будут большие проблемы с самодвижущимися подводными объектами. А вот плывущий по течению “подводный контейнер” можно очень эффективно “прикрыть” от звуковых обнаружителей.

А ещё интереснее то, что такой “невидимый для акустики” подводный объект, конечно, будет отлично виден в оптическом диапазоне, то есть с использованием электромагнитных способов обнаружения. (Ну, если для оптической маскировки не принято дополнительных мер.)

Если провести параллель с электромагнитной невидимостью дальше, то легко заметить, что акустические системы локации могут вдруг обрести дополнительную немаленькую популярность и в воздушной среде, так сказать, на берегу. Это произойдёт с приходом невидимых в электромагнитном диапазоне объектов. Ведь совершенно невидимый для электромагнитного поля объект вполне можно обнаружить, скажем, с помощью ультразвукового локатора. А совместить акустическую невидимость с электромагнитной – это уже задача совсем другого порядка сложности.

Такое наблюдение.

Между прочим, одно из преимуществ дирижаблей в том, что их, судя по всему, проще сделать невидимыми для очень широкого диапазона электромагнитных полей. Почему? Потому что дирижабль – это “плавательный аппарат” (в отличие от самолёта), а значит его внешнюю форму можно варьировать в куда более широких пределах. Более того, рассчитывать эту форму проще, так как мягче соответствующие аэродинамические ограничения. Вдобавок режим полёта позволяет использовать для внешних оболочек мягкие и не самые прочные материалы. Всё это важно для практического обеспечения невидимости с меньшими затратами.

Полезная нагрузка, кабина управления – всё это можно упрятать внутрь “пузыря”, обеспечивающего полёт. При этом, сам многослойный “внешний пузырь”, сделанный из метаматериалов с нужными свойствами, как раз будет прикрывать внутренности дирижабля, делая их (и себя заодно) невидимыми. Конечно, речь идёт о невидимости не только для радаров с разной рабочей длиной волны, но и об оптической невидимости.

Правда, проблем доставит двигатель: он должен быть хоть частью снаружи. С другой стороны, для дирижабля достаточно миниатюрного двигателя, а большую часть двигательного устройства вполне можно спрятать под “пузырь”. Также, придётся разобраться с сенсорами и навигацией, ведь как-то смотреть наружу и определять собственное местоположение нужно. Но, опять же, “входы” пассивных сенсоров можно сделать минимальными по размерам и открывать лишь иногда на короткое время.

Такой невидимый “пузырь” может медленно парить на большой высоте, перевозя свою нагрузку (достаточно большую, например десантный корпус военных роботов) до места назначения.

Сколько лет ждать осуществления? Судя по всему, лет десять-двенадцать.

“В безоблачном небе вдруг открылся широкий люк, и из него горохом посыпались на землю военные роботы.”

Между тем, штатовский спутник-шпион приближается, и в феврале упадёт на землю. При этом ответственные за спутник структуры – молчат, как бы и не замечая проблем.

Вообще, это секретный разведывательный спутник, поэтому информации о параметрах его орбиты в официальных публичных источниках нет. Но, вообще говоря, нужно понимать, что спрятать что-то размером с грузовик на низкой околоземной орбите – это, мягко говоря, очень сложная задача. За спутниками следят не только хорошо оснащённые радарами специальные службы других стран, но и астрономы-любители по всему миру.

Правда, у любителей не очень широкие возможности по идентификации спутников и определению их орбит, но, тем не менее, есть даже целые группы энтузиастов, специализирующиеся именно на вычислении секретных спутников. Собственно поэтому падение штатовского орбитального шпиона не пройдёт незамеченным.

Это большой спутник. Судя по всему, на несколько тонн. Такие большие аппараты, при падении, обычно не сгорают в атмосфере полностью, какие-то фрагменты падают на поверхность. По логике, аппарат сперва, в верхних слоях атмосферы, должен развалиться на несколько частей, некоторые из которых сгорят, а некоторые (например, массивные части из тугоплавких материалов) упадут на землю.

Правда, предсказать место падения с большой точностью – не реально.

Как пишут, управление спутником было потеряно практически сразу после его вывода на орбиту. Это означает, что на борту аппарата осталось некоторое количество топлива (возможно, большое). Запас топлива на борту спутника требуется для выполнения орбитальных маневров. Ракетное топливо, используемое спутниками, действительно очень токсично. Впрочем, скорее всего, топливный бак взорвётся во время падения и топливо просто сгорит.

В принципе, подобный спутник вполне может иметь на борту радиоактивные материалы (какие-нибудь дополнительные “изотопные” источники энергии, например). Что будет с этими материалами при падении – не понятно, всё зависит от того, как они “упакованы”.

Впрочем, раз это спутник-шпион, вероятно, туго набитый какими-нибудь секретными новыми радарами, то там может быть предусмотрена какая-нибудь дополнительная и автономная система тщательной самоликвидации. Так что штатовские правительственные структуры просто ждут, пока эта система сработает, поэтому и молчат.

Републикую свой старый текст на тему “звукового барьера”:

Оказывается, одним из широко распространённых околоавиационных заблуждений является так называемый “звуковой барьер”, который “преодолевают” самолёты.

Даже больше: со сверхзвуковым полётом связан целый букет заблуждений. Как же обстоит дело в реальности? (Рассказ с фотографиями.)

Заблуждение первое: “хлопок”, якобы сопровождающий “преодоление звукового барьера” (ранее, ответ на этот вопрос опубликован на сайте “Элементы”).

С “хлопком” происходит недоразумение, вызванное неверным пониманием термина “звуковой барьер”. Этот “хлопок” правильно называть “звуковым ударом”. Самолет, движущийся со сверхзвуковой скоростью, создает в окружающем воздухе ударные волны, скачки воздушного давления. Упрощенно эти волны можно представить себе в виде сопровождающего полет самолета конуса, с вершиной, как бы привязанной к носовой части фюзеляжа, а образующими, направленными против движения самолета и распространяющимися довольно далеко, например до поверхности земли.

Когда граница этого воображаемого конуса, обозначающая фронт основной звуковой волны, достигает уха человека, то резкий скачок давления воспринимается на слух как хлопок. Звуковой удар, как привязанный, сопровождает весь полет самолета, при условии что самолет движется достаточно быстро, пусть и с постоянной скоростью. Хлопком же кажется проход основной волны звукового удара над фиксированной точкой поверхности земли, где, например, находится слушатель.

Другими словами, если бы сверхзвуковой самолет с постоянной, но сверхзвуковой, скоростью принялся летать над слушателем туда-сюда, то хлопок слышался бы каждый раз, спустя некоторое время после пролета самолета над слушателем на достаточно близком расстоянии.

А “звуковым барьером” в аэродинамике называют резкий скачок воздушного сопротивления, возникающий при достижении самолетом некоторой пограничной скорости, близкой к скорости звука. При достижении этой скорости характер обтекания самолета воздушным потоком меняется кардинальным образом, что в свое время сильно затрудняло достижение сверхзвуковых скоростей. Обычный, дозвуковой, самолет не способен устойчиво лететь быстрее звука, как бы его ни разгоняли, – он просто потеряет управление и развалится.

Для преодоления звукового барьера ученым пришлось разработать крыло со специальным аэродинамическим профилем и придумать другие ухищрения. Интересно, что пилот современного сверхзвукового самолета хорошо чувствует “преодоление” своим летательным аппаратом звукового барьера: при переходе на сверхзвуковое обтекание ощущается “аэродинамический удар” и характерные “скачки” в управляемости. Вот только с “хлопками” на земле эти процессы напрямую не связаны.

Заблуждение второе: “срыв тумана”.

Если о “хлопке” почти все знают, то с “туманом” ситуация несколько более “специальная”. Есть множество снимков, где летящий самолёт (обычно это истребитель) как бы “выскакивает” из туманного конуса. Смотрится очень эффектно:

Туман и относят к “звуковому барьеру”. Мол, это на фотографии как раз запечатлён момент “преодоления”, а туман и есть “тот самый барьер”.

На самом же деле, возникновение тумана связано лишь с резким перепадом давления, сопровождающим полёт самолёта. В результате аэродинамических эффектов за элементами конструкции самолёта образуются не только области повышенного давления, но и области разрежения воздуха (возникают колебания давления). Именно в этих областях разрежения (протекающего, фактически, без теплообмена с окружающей средой, так как процесс “очень быстрый”) и конденсируется водяной пар. Причиной этому служит резкое падение “локальной температуры”, приводящее к резкому смещению так называемой “точки росы”.

Так что, если влажность воздуха и температура подходят, то такой туман – вызванный интенсивной конденсацией атмосферной влаги – сопровождает весь полёт самолёта. И не обязательно на сверхзвуковой скорости. Например, на фотографии ниже, бомбардировщик B-2, а это дозвуковой самолёт, сопровождается характерной дымкой:

Конечно, так как фотография фиксирует один миг полёта, то, в случае со сверхзвуковыми самолётами, создаётся ощущение “выскакивающего” из тумана истребителя. Особенно выраженного эффекта можно достичь при полёте на небольших высотах над морем, так как в этом случае атмосфера обычно очень влажная.

Именно поэтому большинство “художественных” снимков сверхзвукового полёта сделано с борта того или иного корабля, а запечатлены на снимках самолёты палубной авиации.

(Использованы фотографии U.S. Navy News Service и U.S. Air Force Press Service)

(Отдельное спасибо Игорю Иванову за ценное замечание по физике образования тумана.)

Думаю, что правильно будет развить тему с АФАР (Активной Фазированной Антенной Решёткой – более подробно о том, что такое АФАР, я писал в отдельной заметке ранее).

А добавить нужно вот что: каких-то сомнений в том, что перспективные бортовые РЛС истребителей будут только с АФАР – нет.

АФАР обладает во много раз большим потенциалом по повышению чувствительности. Дело в том, что пассивная ФАР, использующая один приёмо-передатчик, вынуждена мириться с очень существенными потерями энергии в волноводах и фазовращателях. В АФАР непосредственно по антенне распределены отдельные приёмо-передатчики – и потери энергии минимальны.

(На фото: РЛС c АФАР APG-81, Northrop Grumman.)

АФАР можно сделать очень надёжной, так как выход из строя нескольких приёмо-передатчиков не ведёт к потере работоспособности радара: приёмо-передающих модулей в антенне много сотен и вполне можно выполнять задачи с десятком неработающих. В случае с пассивной ФАР выход из строя единственного приёмо-передатчика (а этот приёмо-передатчик там очень мощный и, скорее всего, поэтому капризный) приведёт к тому, что самолёт ослепнет.

Но главное, что структура АФАР позволяет РЛС параллельно решать несколько задач. Например, не только действительно параллельно обслуживать несколько целей, но и, скажем, параллельно с обзором пространства ставить помехи радарам противника. Достигается это тем, что независимые приёмо-передатчики управляющим компьютером РЛС делятся на группы, и каждая группа получает свой режим работы. При этом параллелизм достигается и по приёму, и по передаче. (Правда, там возникают проблемы по взаимному влиянию модулей, но эти проблемы решаемы).

Думаю, очевидно, что РЛС с пассивной ФАР, имеющая только один приёмо-передатчик, обрабатывающий суммарный сигнал со всей антенны, в принципе не может обеспечить настоящий параллелизм. (Там только можно пытаться быстро переключать режимы – а это совсем другая история, в точности совпадающая с “параллельной” многозадачностью на однопроцессорной ЭВМ.)

Так как вычислительная система радара с АФАР получает более подробную информацию о характеристиках принятого сигнала (много приёмников), то только с помощью цифровой обработки можно существенно улучшить характеристики антенны.

Прежде всего, возрастает разрешающая способность. Но есть и другие важные моменты: например, существуют алгоритмы, которые позволяют вычислительными методами уменьшить чувствительность системы в целом по боковым лепесткам (это очень важная практическая задача). Другие алгоритмы позволяют “затенить” источник помех.

Изобретательное управление лучами АФАР приводит к проблемам у помехопостановщиков противника, потому что они, скажем, не могут определить, куда в данный момент “смотрит” РЛС.

Для пассивной ФАР, а тем более для других устаревших типов антенн, решение этих задач не под силу.

Кстати, хорошая авиационная РЛС с АФАР может параллельно сопровождению нескольких целей картографировать поверхность, получая карты высокого разрешения. На картинке ниже – результат картографирования территории аэропорта, полученный, как пишет Northrop Grumman, с помощью РЛС APG-81:

Вот, на примере космического аппарата MESSENGER (почему на его примере – будет понятно в конце заметки), хочу поделиться таким наблюдением из мира разработки программного обеспечения.

Точнее, там есть два мира.

Первый – очень известен, с ним соприкасаются очень многие (в основном, на правах пользователей). Этот первый мир – разработка “офисного” ПО. “Офисное” – конечно, условное название. Тем не менее, большая часть этого ПО используется именно в офисной работе. Это ПО работает на настольных компьютерах, серверах. К этому же миру относится и типичное современное web-программирование. Здесь в ходу такие “типы” ПО: текстовый процессор, редактор изображений, бухгалтерская программа и др. И известны такие “характеристические” понятия: Windows, Visual Basic, Delphi и т.п.

Хорошо известно, что в мире “офисного” ПО можно смело выдать на рынок недоделанный, не отлаженный продукт с кучей ошибок (потому что главное – регулярно и быстро выпускать новую версию, опережая конкурентов; особенно рельефно эта тенденция видна в современных web-сервисах, которые теперь уже публикуют в неработающем виде, заявив, что это альфа-версия, ну или “бета” – особенной разницы на практике нет). Массовый клиент, понятно, уже приучен к ошибкам в программах и к тому, что нет никаких гарантий работоспособности. Это давно известная тенденция.

Вторая тенденция вот в чём: в связи с тем, что комплектующие для офисного (и, конечно, серверного) компьютерного оборудования всё дешевеют и дешевеют (в пересчёте на вычислительную мощность), то разработчики из “офисного” мира готовы напрочь забыть об оптимизации и алгоритмов, и кода. Эти разработчики говорят так: “Лучше взять побольше железа – это выйдет дешевле, чем год возиться с оптимизацией”, “Пока вы оптимизируете ваш код, память подешевеет ещё в два раза” и тому подобные вещи.

И разработчики тут, в общем-то, правы. Допустим, стоит задача вывалить хоть как-то работающий новый поисковик (условно) уже через месяц. Конечно, лучше купить два дополнительных сервера в систему, на которой поисковик будет работать, чем рисковать усложнением кода и тем, что квалификации имеющихся программистов (это вообще отдельная история про “логарифмическую сложность”) просто не хватит на то, чтобы реализовать оптимальный алгоритм в коде.

Это свой мир. Со своими ценностями.

А есть второй – совершенно другой: разработка специального ПО для встроенных систем. Здесь не только в ходу неизвестные в “офисном” мире понятия из теории сложности, но и совсем другие представления о надёжности. Потому что ошибка в “текстовом процессоре” грозит лишь секретарше (да и угроза лишь в том, что придётся набирать полэкрана текста заново). Ошибка в ПО управления спутником связи грозит многомиллионными убытками, а иногда – реальной катастрофой. Хуже того, в случае со спутником – его разработчикам придётся отвечать. (Понятно, что в “офисном” случае всякая ответственность с разработчиков заранее “списана” условиями лицензирования.)

Другой важный момент, отличающий мир разработки встроенного ПО, в том, что здесь вычислительные ресурсы всегда существенно ограничены и алгоритмы и программный код приходится оптимизировать.

В мире встроенного ПО совсем не работают методы типа “за год память подешевеет вдвое”. Почему? Вот тут-то мы и приходим к примеру с космическим аппаратом MESSENGER.

Внимание, пример: MESSENGER стартовал летом 2004-го года. На орбиту вокруг Меркурия аппарат должен встать весной 2011-го года. Понятно, что как бы ни подешевели за это время на Земле компьютерная память и процессоры – “проапгрейдить” аппарат в районе Меркурия вряд ли получится. А вот загрузить на борт новое ПО – можно, с Земли.

При этом, если, скажем, удалось “ужать”, в смысле того или иного используемого ресурса, программную реализацию какой-то функции на борту аппарата, то освободившиеся ресурсы можно использовать для решения новых задач, расширив функциональность аппарата. То есть грамотная и интенсивная оптимизация приносит прямые выгоды. Про надёжность программного кода и отсутствие в нём ошибок, думаю, можно не повторяться.

Кстати, в мире встроенного ПО, на “борту изделий”, Windows совсем не в ходу, как ни странно. Там свои операционные системы.

Так вот, к чему это длинное наблюдение: оказывается, многие и многие люди, связанные с разработкой ПО, нынче думают, что существует только первый, “офисный” мир и его законы универсальны. Про то, как делают управляющее ПО, скажем, для ракеты “воздух-воздух”, эти “офисные” разработчики даже и не задумываются. И это, наверное, правильно – зачем бы им?

Что нужно добавить в продолжение темы про военные базы, состоящие из роботов: вот, в комментариях к предыдущей записке по этой теме справедливо замечают:

…обслуживающий персонал все равно никуда не денется. Заправлять и чинить беспилотники по-любому будут не в Калифорнии.

Да, момент обслуживания – важен. И обслуживать роботов придётся “на местах”. Однако для этого вовсе не обязательно держать инженеров и прочие квалифицированные кадры непосредственно на базе. Интересно, что как раз в этом аспекте фантастики уже меньше всего.

Дело вот в чём: есть такое давно развивающееся направление – “телемедицина”. То есть медицинское обслуживание живых людей (не роботов) на расстоянии. В том числе ведутся работы по созданию телеуправляемых операционных. Потому что в хирургии особенно важен личный опыт и качество рук хирурга, и при этом часто столь же важно провести операцию как можно быстрее. В случае с травмами часто счёт идёт на минуты и квалифицированный хирург просто не успевает приехать к пациенту.

Так вот, поэтому пациента хорошо бы быстро “погрузить” в специальную операционную (понятно, что подготовить к операции может и фельдшер, и для того чтобы переместить пациента хирург тоже не нужен). В этой телеуправляемой операционной операцию проведёт хирург, находящийся за тысячи километров. Хирург управляет специальным роботом с манипуляторами. Такими операционными можно оснастить медпункты в “глобальном масштабе” – и хирургам вовсе не придётся выезжать из своего центра, чтобы всегда быть в нужном месте, в нужное время.

Разработка хорошо роботизированных капсул-операционных, транспортируемых вертолётами и грузовиками, вовсю ведётся в Штатах, по заказу DARPA: уже даже демонстрируют опытные образцы.

А теперь можно сделать вывод: если уже разрабатывают системы для удалённого “технического обслуживания” живых людей, то разве возникнет проблема с удалённым обслуживанием роботов? Нет, конечно. Уже сейчас можно реализовать.

(Картинки из презентации концепции Trauma Pod – SRI International)

Если используемая для наблюдения за противником среда – общая, то ждите помех, потому что плох тот противник, который не помешает за собой наблюдать. (В соответствии с проведённым в ЖЖ опросом, первая заметка про помехопостановку.)

Помехи бывают самые разные. Например, из очень древних сказаний известно, что ещё до появления огнестрельного оружия противника пытались ослеплять блеском щитов. Впрочем, это, скорее всего, просто сказка (с намёком, понятное дело). А вот известные с давних времён дымовые завесы – однозначная быль, на практике служившая для создания эффективных помех визуальному обнаружению.

(На фото выше – постановка дымзавесы эсминцем, 1944-й год. Заметьте, что янки на корабле грамотно подготовились к отражению воздушной атаки, заняв все посты.)

Кстати, дымзавесы в той или иной форме применяются и сейчас, работая вовсе не только против “визуального обнаружения”. Но всё ж, самое бурно развитое направление – это постановка помех в радиоэфире, с помощью электромагнитного излучения. Почему? Потому что ключевые средства наблюдения/наведения сейчас радиолокационные, а эфир – заведомо общий, по законам природы.

Постановкой помех работе радиолокаторов занимаются специальные, очень хитрые, хорошо компьютеризированные устройства – помехопостановщики. Дело в том, что простой и широкий “шум в эфире” – это не слишком эффективное средство: во-первых, может мешать своим; во-вторых, может фильтроваться противником; в-третьих, по источнику такой помехи можно наводить ракету (что втройне неприятно); в-четвёртых, требуется много энергии; и т.д. Поэтому современные помехопостановщики действуют по сложным алгоритмам.

Например, помехопостановщик принимает зондирующие сигналы от радара противника и эти сигналы тщательно анализирует, разбирая на составляющие. Часто, по характеристикам принятого импульса (а лучше – нескольких импульсов), можно вычислить класс и назначение радара, действующий режим работы радара, а во многих случаях, когда под рукой есть подходящая база данных, можно определить тип и модель того изделия, на котором этот радар установлен. Определив максимум параметров радара противника, помехопостановщик принимается за сами помехи, подбирая их под тип атакуемого устройства.

Зондирующие импульсы современных радаров имеют непростое кодирование и сложную модуляцию. Сами радары, оснащённые быстрыми компьютерами, работают по сложным алгоритмам. Все эти сложности сделаны и для того, чтобы бороться с помехами. Со своей стороны, постановщики помех изобретают ещё более сложные алгоритмы, позволяющие ещё более быстрым компьютерам раскрывать сигнальные хитрости радаров и генерировать эффективные помехи. В сугубо теоретической области развитием этого противоборства управляет такая математическая дисциплина, как теория игр.

В сугубо практической области без оборудования помехопостановки не обходятся даже военно-транспортные самолёты, а подлететь, проявляя радарную активность, на разумное расстояние к, скажем, сколь-нибудь большой группе кораблей потенциального противника и не получить при этом облако, а вернее – тучу помех, не выйдет даже в мирное время. На фото: антенны станции РЭБ (радиоэлектронной борьбы) военного корабля:

(Фото: Raytheon)

Например, помеха радару системы наведения может быть поставлена таким способом: принятый и записанный помехопостановщиком зондирующий импульс локатора противника излучается обратно, в направлении этого локатора, спустя некоторое время. Импульс может возвращаться без изменений, но лучше, если его немного “подредактировали”. В теории, в зависисмости от момента времени и режима работы атакуемого радара, такая помеха может быть воспринята радаром как дополнительная цель или как единственная цель, вместо “действительной”.

Интересно, что при этом радар противника может совсем неверно вычислить координаты цели-помехи и они не будут совпадать с положением в пространстве помехопостановщика. Впрочем, ошибочные координаты как раз могут быть использованы для отстройки от помех (так сказать, “второй ход в игре”) – но это уже история за рамками нашей заметки.

Помехопостановщик может выдавать “ложные цели”, прятать настоящие цели (например, нарушая работу процедур определения дальности и азимута цели у радара противника), и, скажем, срывать сопровождение цели радиолокационной системой наведения (для этого, на основе анализа сигнала радара, генерируется сложная помеха, характеристики которой коррелируют с работой системы наведения противника). На практике, понятно, ситуация ещё сложнее, и уже много лет выигрывает тот, кто хитрее работает с помехами (не только ставит их, кстати).

Помехопостановщик может представлять собой отдельную, достаточно большую систему, расположенную на собственном шасси (если это сухопутный комплекс). Довольно мощные системы помехопостановки подвешиваются к истребителям в специальных контейнерах – такая система может работать вместе с локатором системы управления вооружением истребителя:

Для ведения радиоэлектронной борьбы готовятся и специализированные самолёты. Например, на базе истребителей: на фото ниже – EA-18 Growler ВМФ США, самолёт РЭБ, созданный на базе истребителя F/A-18 Super Hornet.

(Фото: Boeing Media)

Продолжение – в следующий раз.

Известно, что в американской системе GPS, для гражданского канала, ранее вводился обязательный “уводящий сигнал”, сильно затруднявший точное и быстрое определение координат. Делалось это для того, чтобы, например, враги США не могли использовать GPS для наведения высокоточного оружия или для точной глобальной синхронизации действий. Позже помеху убрали, но, понятно, при необходимости могут вернуть её обратно без предупреждения. (Военные приёмники GPS, используя дополнительную информацию, могут корректировать координаты и работать точно, даже при наличии помехи для других.) То есть, действительно, лучше использовать ГЛОНАСС, когда его развернут.

GPS (и системам спутниковой навигации вообще) можно ставить разные помехи, особенно эффективные в отношении гражданской версии – там и приёмники попроще, и кодирование сигнала менее стойкое. Это известно. И, конечно, известны методы защиты от примитивных наземных помех (типа “генератора-пищалки”). Мы сейчас о более интересном случае.

Потому что самая интересная помеха GPS – это активная помеха с орбиты. Действительно, если сторона, ставящая помехи, располагает подходящими спутниками в околоземном пространстве и хорошо знает сигнальные особенности “атакуемой системы”, то кто же помешает этой стороне запрограммировать пару-тройку своих спутников так, что они станут имитировать работу штатных спутников GPS? При этом помеху можно проецировать на разные регионы Земли независимо от других регионов. И приёмники GPS будут тихо сходить с ума.

Собственно, отчасти и по этой причине, никто, применительно к военным операциям, не отменяет старых и проверенных способов навигации – что бы там не писали журналисты широкой прессы.

(И, конечно, важен паритет в возможностях.)

Что-то довольно часто смешивают квантовый компьютер и квантовую криптографию – самым причудливым образом, особенно в этом преуспевают журналисты. Видимо, причина вот в чём: криптография в сознании обывателя теперь прочно привязана к компьютерам вообще (что, в общем, соответствует окружающей действительности), в этой канве и делаются “логические” привязки – неверные.

Между тем, квантовый компьютер – это гипотетическое устройство, которое может позволить выполнять некоторые “вычислительные” операции, используя, скажем так, “квантовые свойства материи”. Но, во-первых, в строгом смысле, квантовый компьютер ничего не вычисляет – вычисления на нём можно проводить лишь приведя некоторую задачу к физической модели, реализуемой в данном квантовом компьютере. (Сразу оговорюсь: только что приведённое описание ситуации – очень грубое.) А, во-вторых, практических квантовых компьютеров пока не создано. Например, про упражнения коммерческих компаний по созданию квантовых компьютеров я как-то писал в одной из колонок на “ИнфоБуме”.

Квантовая криптография – это метод создания канала связи, скрытное прослушивание которого “невозможно” (более строго: такое прослушивание будет обнаружено с очень высокой вероятностью). Квантовая криптография тоже использует “квантовые свойства материи”, но, вообще говоря, ничего не шифрует. А практическая польза квантовой криптографии состоит в том, что с её использованием можно организовать очень защищённый (законами квантовой механики) обмен ключами. После того как ключи, с помощью “квантовой криптографии”, распределены между сторонами, шифрование производится вполне традиционным образом. Реальные системы квантовой криптографии уже созданы.

Теоретически, квантовый компьютер может дать инструмент для быстрой факторизации больших чисел [факторизация – это нахождение разложения числа (целого, понятно) на простые множители]. Для этого придуман особый алгоритм Шора. На сложности задачи факторизации основаны распространённые сегодня криптосистемы с открытым ключом (например, RSA). Таким образом, – теоретически, опять же, – появление квантового компьютера достаточной “разрядности” ставит под угрозу практическую стойкость этих криптосистем. Впрочем, оценка этой угрозы очень туманна: может так статься, что раньше, чем появится квантовый компьютер, придумают очередной аналитический метод факторизации, быстро работающий на традиционных компьютерах (исследования этого направления в математике не затихают).

Квантовая криптография абсолютна надёжна тоже только в теории, потому что на стойкость практической системы сильно влияют возможные ошибки в практической реализации протокола и электронных схем. Зашифрованная с помощью распределённых по “квантовому каналу” ключей информация вполне может быть расшифрована криптоаналитиком, вооружённым традиционным компьютером – квантовый компьютер тут совсем не является необходимым.