Нанотехнологии в военном деле

Содержание

1.Введение.

2.Военная деятельность.

- «жидкая броня»

- Высокотехнологичная война

- Вакуумная бомба

- Солдат будущего

3.Защита от биологического и химического оружия

Введение. Перспективы нанотехнологий.

Прогресс не стоит на месте, и с каждым десятилетием общество  получает новую волну технического прогресса. Одно из главных на сегодняшний день направлений прогресса - это нанотехнологии. Они проявляются везде: в медицине, в досуге (телевидение, информационные носители) и т.д. В реферате рассмотрим применение нанотехнологий в военном деле. Развитию военного комплекса в нашей стране всегда уделялось огромное внимание. Еще в годы СССР создавались лучшие образцы военной техники для своего времени. Они доказали это на полях сражений Второй Мировой Войны и в годы противостояния СССР и США. Лучшие образцы военной техники покрыли себя не увядаемой славой – это танк Т­-34, штурмовик ИЛ-2, гвардейские минометы Катюша, автомат Калашникова, наши балистические и космические ракеты, орбитальные  станции и т.д. Достижения таких высот в технике было возможно благодаря тому, что Советское правительство уделяло огромное внимание комплексному развитию образования в СССР, подготовке инженерных кадров для промышленности, но самое главное развитию фундаментальных направлений в науке: физике, химии, механике. Все это смогло дать хорошие результаты в создании новейших образцов военной техники в сжатые сроки в условиях Мировой войны.

Но сейчас «война» идет на другом фланге науке, которая  выдвигает новые технологии, материалы и их свойства. Также особое внимание теперь уделяется экипировке солдат:   легкие и прочные бронежилеты, приборы ночного видения, ультрасовременные приборы связи и навигации, новые способы оказания медицинской помощи, новые технологии в снабжении солдат. Открыть новое поле в разработке всего выше сказанного помогают нанотехнологии.

В реферате приведена информация о военной технике с элементами нанотехнологий. Новые уровни развития военного промышленного комплекса.

Нанотенология – наука, которая способна изменить структуру предметов, путем изменения их молекулярного строения.  Углерод – один из главных составляющих всего живого – является главным рабочим материалом для ученых работающих с наноматериалами. Другой стороной нанотехнологии является создание образцов приборов, устройств или их элементов крайне малых размеров, размер одной наночастици 10-9, это дает возможность создавать маленькте самолеты разведчики, приборы связи и наблюдения, новые медицинские приборы.

Российская «жидкая броня» улучшит защиту военной техники

Опыты, проводимые российским НИИ Стали, по созданию нового вида защитного покрытия на основе нанотехнологий, — «жидкой брони», дали положительный результат. Об этом представители компании заявили на 11 Международной выставке средств обеспечения безопасности государства «Интерполитех-2007», прошедшей недавно в Москве.

НИИ Стали провел ряд экспериментов с защитным покрытием, в создании которого использовались материалы, твердеющие при сильном ударе. При этом, тканевая броня пропитывается специальным гелем, который имеет включения наночастиц — карбида кремния или других материалов.

Проведенные эксперименты НИИ Стали пока не рекламирует, так как специалисты научно-исследовательского института считают, что первоначально необходимо решить ряд технических проблем, который еще существует на сегодняшний день.

По мнению экспертов, применение «жидкой брони» позволит без увеличения основных параметров качественно улучшить защиту военной техники, что даст новый толчок к оснащению армии современным вооружением, основанным на новейших разработках. Средства индивидуальной бронезащиты с такими техническими данными могут найти широкое применение в спецподразделениях по борьбе с организованной преступностью и терроризмом.

В США проблематика создания «жидкой брони» считается одним из наиболее перспективных направлений в области применения нанотехнологий для продукции военного назначения. Разработкой этой темы занимаются крупные исследовательские центры.

Считается, что новая технология может применяться как в военных целях, так и в гражданских — для спасателей, пожарных, частных охранных служб, в горнодобывающей и аэрокосмической отраслях, при создании бронированных машин.

Высокотехнологичная война будет беспрецедентно быстрой и разрушительной

Освоение и внедрение нанотехнологий называют третьей научно-технической революцией. Благодаря такому прорыву человек сможет создавать новый мир по своему хотению, даже «конструировать» живую материю, основанную на саморегуляции. В будущем нанороботы будут способны к самовоспроизведению (невольно вспомнишь писателей-фантастов, которые предсказывали выход машин из-под контроля их создателей, что грозило уничтожением человечества). Однако все это дело отдаленного будущего.

Практическое применение нанотехнологиям, как и всяким новинкам в науке, первыми ищут военные. Новая техника, уверены ученые в погонах, в корне изменит характер боевых действий — война станет быстрой и разрушительной.

Первыми изобретателями нанооружия стали американцы. По данным Национальной нанотехнологической инициативы (ННИ) США, в 2006 году в Афганистане были испытаны системы слежения за передвижением войск союзников НАТО, чтобы координировать их действия. А эксперты Института глобального климата и экологии «Росгидромета» говорят, что нанооружие как разновидность климатического оружия могло быть испытано США еще во Вьетнаме в начале 70-х годов прошлого века — тогда там искусственно вызывались муссонные дожди.

В России первые наноразработки тоже были связаны с оружием, но долгое время они оставались теоретическими. В 90-е годы, когда сворачивались фундаментальные исследования, наноразработки были приостановлены.

Недавно принятая государственная программа развития нанотехнологий предусматривает так называемый французский вариант внедрения — за счет создания государственных корпораций (в отличие от американского, где ставка сделана на частный бизнес).

Мозговым и управляющим центром отечественных исследований в новой области станет корпорация «Роснанотех», которая по капитализации, как обещает первый вице-премьер Сергей Иванов, может превзойти «Газпром».

Представители наноцентров Московского энергетического института и Российского научного центра «Курчатовский институт» не скрывают: вектор развития нанотехнологий — оборона. Среди других приоритетов охрана государственной границы, защита от техногенных катастроф.

Первыми изобретателями нанооружия стали американцы. По данным Национальной нанотехнологической инициативы (ННИ) США, в 2006 году в Афганистане были испытаны системы слежения за передвижением войск союзников НАТО, чтобы координировать их действия. А эксперты Института глобального климата и экологии «Росгидромета» говорят, что нанооружие как разновидность климатического оружия могло быть испытано США еще во Вьетнаме в начале 70-х годов прошлого века – тогда там искусственно вызывались муссонные дожди.

              В России первые наноразработки тоже были связаны с оружием, но долгое время они оставались теоретическими. В 90-е годы, когда сворачивались фундаментальные исследования, наноразработки были приостановлены.

Недавно принятая государственная программа развития нанотехнологий предусматривает так называемый французский вариант внедрения – за счет создания государственных корпораций (в отличие от американского, где ставка сделана на частный бизнес).

Мозговым и управляющим центром отечественных исследований в новой области станет корпорация «Роснанотех», которая по капитализации, как обещает первый вице-премьер Сергей Иванов, может превзойти «Газпром».

Представители наноцентров Московского энергетического института и Российского научного центра «Курчатовский институт» не скрывают: вектор развития нанотехнологий – оборона. Среди других приоритетов охрана государственной границы, защита от техногенных катастроф.

В США уже создан Институт солдатских нанотехнологий – для разработки вооружения и экипировки «солдата будущего». Это будет, собственно, уже не солдат в привычном сегодня понимании, а отдельный самостоятельный механизм. Например, одежда у него будет толщиной всего несколько миллиметров. Ее планируют создать на основе нановолокна из нанополиуретана. Последний по структуре очень напоминает паутину. Это, по сути дела, мягкая броня, защищающая солдата от неограниченного (!) количества пуль – в отличие от современных бронежилетов, где количество принятых пуль ограничено.

Пульс, давление, температуру солдата считывают микроскопические датчики в костюме, данные передаются врачу, который находится в сотнях километров от места боевых действий. Тот дает «костюму» команду сделать необходимые инъекции. «Костюм» же предупредит солдата о химической или биологической атаке.

Приказы универсальному солдату будут приходить, отображаясь на защитном стекле его шлема. Шлем заменит ему и бинокль, и прибор ночного видения. В рюкзаке за спиной солдата разместится аппаратура глобальной системы позиционирования, которая не позволит ему заблудиться даже в самой сложной местности.

В США уже объявили о замене в будущем традиционных солдат нанороботами, среди которых большое место занимают именно микроскопические. Например, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) разбросают тысячи мельчайших наносенсоров на территории противника, которые все об этом противнике расскажут.

          Американские ученые создали первый прототип костюма, который «...не человек будет носить, а костюм будет носить солдата...». Так же этот костюм будет связан с огромной сетью армии США с помощью которых из Пентагона можно будет отправлять команды, следить на солдатом и в крайней ситуации найти его в любой точке планеты. Идея разработчиков состоит в том, чтобы создать интегрированный комплекс систем, так, чтобы не приходилось всякий раз решать, что из жизненно необходимого оборудования взять солдату с собой, а без чего можно обойтись. 
              При этом новая униформа, получившая название "костюм скорпиона", будет весить не более 22,5 кг, что намного удобнее сегодняшнего комплекта оборудования, весящего в совокупности 54 кг. 
Униформа подключит солдата к разрабатываемой в настоящее время "боевой системе будущего" (Future Combat System), на разработку которой Пентагон уже выделил 15 млрд долларов. Элементами этой системы станут легкие танки, мощные компьютерные сети, а также мощный флот, состоящий из дистанционно управляемых летательных аппаратов и роботов. 

В настоящее время новая униформа видится разработчикам следующим образом. Нижнее белье будет оснащено датчиками, контролирующими частоту пульса, температуру тела и ритм дыхания. Сама униформа будет включать медицинские жгуты, которые при необходимости могут дистанционно затягиваться или ослабляться. Броня будет интегрирована с емкостями для хранения воды, боеприпасов, источников питания и всего того, что обеспечит солдату подключение к сети. Для того чтобы сделать костюм толщиной в несколько миллиметров достаточно прочным, исследователи хотят создать его на основе структуры паутины. «Изучив структуру паутины, – заявил Паола Хэммонд, руководитель команды по биологической и химической защите Института солдатских нанотехнологий, – мы создали нановолокна из полиуритана диаметром около 100 нм, которые структурно похожи на обычную паутину, только гибче, легче и жестче настоящей». Жесткость костюму будут обеспечивать наночастицы, присоединяющиеся к определенным участкам волокон, соединяя их между собой. Такая броня сможет принять неограниченное количество пуль, в то время как современные бронежилеты после попадания определенного количества пуль приходят в негодность.

Одним из наиболее сложных элементов системы станет шлем со встроенными миниатюрными камерами, позволяющими следить за противником в темноте. Каждый солдат сможет получать изображение с помощью неохлаждаемых инфракрасных камер, которые даже в сегодняшней американской армии нашли пока только лишь ограниченное применение. Также 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. Солдаты смогут обмениваться данными в реальном времени с транспортными средствами, вертолетами, танками, роботами поддержки и другой техникой. Возможно также дистанционное управление техникой солдатом. Потерявшие связь со своим подразделением солдаты - проблема иракской и других войн последнего времени - смогут благодаря современному шлему отобразить перед глазами цифровые карты местности и данные о собственном местонахождении. На них же могут выводиться изображения, получаемые беспилотными самолетами или, например, датчиками других бойцов подразделения. Шлем будет оснащен также лазерной системой опознавания "свой - чужой". 

Еще одной составной частью обмундирования станет заплечный рюкзак, благодаря которому модель экипировки «солдата будущего» получила название «F-16 на ногах». В этом рюкзаке разместится система позиционирования и навигации, которая позволит военнослужащему проделать все те операции по навигации, что и компьютеры самолета F-16. «Этот солдат может пересечь джунгли, ни разу не сбившись с пути», — говорит Де Гэй, один из исследователей создаваемой будущей экипировки. В новом костюме воин сосредоточится только на одном — на ведении боя.

Кроме того, униформа будет обладать открытой архитектурой, а также, возможно, автоматической "хамелеонообразной" системой камуфляжа. Винтовка у бойца будущего также будет новой. Через пять лет на смену М16 и М4 придет ХМ29 (производитель - немецкая компания Heckler & Koch). Она рассчитана на те же патроны, но также сможет стрелять программируемыми "гранатами воздушного взрыва". Сможет она стрелять также и "несмертельными" боеприпасами. Изучается возможность облегчения униформы за счет использования пористых материалов, которые могут закрываться, блокируя доступ химическим веществам, а также разработки волокон, которые могут "застывать" в определенном положении, превращаясь в шину для сломанной конечности. Исследуется также возможность контроля за попаданием токсичных веществ в организм с вдыхаемым воздухом, в результате чего в организм автоматически будет введено необходимое лекарство. Со временем датчики смогут даже определять место ранения. Экипировку «солдата будущего» планируется создать к 2020 году.

В США уже объявили о замене в будущем традиционных солдат нанороботами, среди которых большое место занимают именно микроскопические. Например, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) разбросают тысячи мельчайших наносенсоров на территории противника, которые все об этом противнике расскажут.

Другой пример: сброшенное с БПЛА облако микроскопических нанороботов само автоматически ищет цели, облепляет их, проникая в незащищенные места, и синхронно подрывается. Объемный взрыв сжигает системы управления, уничтожает все живое в защищенных бомбоубежищах. Объектом подрыва может быть и танковая колонна, и эскадрилья самолетов.

Нанотехнологии планируется применять как для атаки, так и защиты. Возможно создание краски, которая может затягивать мелкие пробоины в металле, менять цвет, например, боевой машины пехоты в зависимости от местности, а в дальнейшем вообще сделать ее невидимой. С помощью нанотехнологий можно управлять безэкипажной боевой техникой на расстоянии. Сегодня идут работы над управляемым снарядом для мортиры. Словом, нанотехнологии в военном деле открывают потрясающие перспективы.

Ученые уверяют, что можно создать устройство размером с мельчайшее насекомое, которое будет находить незащищенных людей и впрыскивать им яды. Для достижения результата достаточно 100 нанограммов — это всего одна сотая объема микроустройства. Чтобы убить все человечество, достаточно 50 млрд доз. Они вполне умещаются в небольшом контейнере. Исходя из этого многие компании, причастные к нанотехнологиям, совершенствуют системы защиты от химического и биологического оружия — от перчаток, которые не пропускают токсичные вещества, до специальных кремов, уменьшающих токсичность элементов, попавших на кожу солдата.

Однако опаснее химического и биологического оружия станут невидимые виды вооружения. Они возможны благодаря наносборке и молекулярному конструированию. Такие нанороботы вообще могут уничтожить биосферу земли, используя ее как строительный материал.

В реальности ситуация с наногонкой такова: более 50 государств в этом году инвестируют в нанотехнологии более 12 млрд долл. Прежде всего это США, государства Евросоюза, Япония и Китай. Россия, по сути, в эту гонку только вступает. Но результаты уже есть.

Российские специалисты провели ряд системных исследований и базовых разработок ключевых технологий военной робототехники. Это позволило создать ряд экспериментальных и действующих образцов роботизированных систем и комплексов военного назначения. Как заявил главком Сухопутных войск Алексей Маслов, создание безэкипажных мобильных боевых и обеспечивающих робототехнических комплексов — одно из ключевых и перспективных направлений развития средств вооруженной борьбы.

Исследования проводятся в рамках комплексной целевой программы. Роботизированными комплексами различного назначения планируется оснастить мотострелковые и танковые соединения Сухопутных войск. В итоге сократится численность боевых расчетов, снизится неблагоприятное влияние человеческого фактора в боевых условиях.

Безусловно, военные всех стран говорят о том, что уже стало открытой информацией. Что делается в закрытых исследовательских и внедренческих организациях, мы не узнаем еще очень долго. Известно разве что главное свойство нанооружия — против него нет другой защиты, кроме нанозащиты. Масштаб исследований и рост числа полуфантастических проектов сдерживаются лишь гипотетической опасностью — пока неизвестна токсичность наноматериалов.

Есть, безусловно, и опасность геополитическая: страна, первая освоившая и выпускающая вооружения во всем нанодиапазоне, приобретет огромную военную силу, которой мало кто сможет противостоять.

Мощность нанофабрик в отличие от ядерного комплекса может расти не по дням, а по часам. Миллионы военных боевых устройств можно будет выпускать за считанные часы. И неприятель не сможет узнать об этом даже с помощью изощренной технической и электронной разведки. Баланс сил может измениться мгновенно. И, пожалуй, главная опасность: вдруг кто-то не сможет удержаться от искуса вновь попробовать овладеть миром в одиночку. Этим «кто-то» необязательно будет государство, это могут быть и отдельные группы людей — те же террористы или тоталитарные секты.

Вакуумная бомба:

Вакуумная авиационная бомба, не имеющая аналогов в мире, создана в России. Со столь громким заявлением выступил сегодня в эфире "Первого канала" заместитель начальника Генерального штаба Вооруженных сил России генерал-полковник Александр Рукшин.

"Результаты испытаний созданного авиационного боеприпаса показали, что он по своей эффективности и возможностям соизмерим с ядерным боеприпасом, в то же время действие этого боеприпаса абсолютно не загрязняет окружающую среду по сравнению с ядерным боеприпасом", - уточнил Рукшин. И добавил, что новое оружие "обеспечит нам возможность дать реализацию безопасности государства и в то же время противостоять международному терроризму в любой обстановке и в любом регионе".

Новая вакуумная авиабомба позволит заменить целый ряд созданных ранее ядерных средств поражения малой мощности. При этом в Минобороны РФ всячески подчеркивают, что эта военная разработка не нарушает ни одного международного договора и что Россия не развязывает новую гонку вооружений.

Взрыв удивительного снаряда происходит еще в воздухе - взрывается облако из распыленного горючего вещества. Но основные разрушения производит сверхзвуковая воздушная ударная волна и невероятно высокая температура - все живое просто испаряется. Почва из-за этого после взрыва больше похожа на лунный грунт, с тем лишь отличием, что нет ни химического, ни радиоактивного загрязнения.

До этого самая мощная в мире вакуумная авиабомба была на вооружении американских ВВС. Ее испытали в 2003 году, кадры показали все телекомпании мира, тогда же супероружие окрестили "матерью всех бомб". По аналогии российские разработчики прозвали и свой новый боеприпас "папой всех бомб". У этой авиабомбы пока нет официального названия, лишь секретный шифр. Известно, что взрывчатое вещество, заключенное в ней, существенно мощнее тротила. Этого удалось достичь благодаря использованию нанотехнологий.

Российская авиабомба существенно превосходит американский аналог по всем параметрам. Масса взрывчатого вещества меньше, но при этом бомба в четыре раза мощнее. Температура в эпицентре взрыва выше в два раза. А по общей площади поражения "папа всех бомб" превосходит "маму" аж в 20 раз.

Солдат будущего

Нанотехнологии заинтересовали в первую очередь военных. Пока нет нанороботов, приходится воевать людям. И для того, чтобы повысить боевую мощь солдата, в США основали Институт Солдатских Нанотехнологий, который разрабатывает униформу солдата будущего. В этой статье описаны прогнозы и реальные разработки в области будущего обмундирования.

На базе Массачусетского технологического института (МТИ) был создан Институт Солдатских Нанотехнологий для разработки экипировки и вооружения «солдата будущего». Основатели института со стороны МТИ и армия США выделили на исследования грант размерами в 50 миллионов долларов. Тем не менее, Эдвин Томас, глава института, сказал, что «на разработку военного обмундирования и оружия, существенно улучшенного с помощью нанотехнологий, потребуется не менее 20 лет.» В институте ведется разработка в рамках семи проектов, каждый из которых составляет отдельный «кирпичик» будущего солдата. В работе участвуют 37 ученых из 8 разных отделений МТИ.

Эдвин и исследователи предлагают существенно 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, хотя и возможно. С помощью современных нанотехнологий их достичь еще трудней, но Томас надеется на их дальнейшее развитие и твердо верит в то, что команда выполнит больше того, что будет описано ниже.

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

Конструкция

Боевой бронежилет толщиной всего несколько миллиметров, названный исследователями «динамическая броня», составляющий одну из основных деталей экипировки солдата, будет облегать его наподобие водолазного костюма. При этом в его тонком слое будут содержаться довольно сложные молекулярные компоненты, с помощью которых новая форма будет и бронежилетом, и универсальным медицинским диагностическим инструментом, и экзоскелетом. Обмундирование солдата, воевавшего в Ираке, весило 48 килограмм. Обмундирование 2010 года будет весить 20 килограмм. Сколько будет весить броня 2020 года, исследователи пока не уточняют. Но вряд ли солдат будет носить на себе броню. Скорее всего, броня сама будет его носить.

Все жизненно важные параметры солдата (пульс, кровяное давление, энцефалограмма, температура тела и др.) будут измеряться встроенными в костюм датчиками. Состояние солдата будет выведено как на проектор на шлеме, так и на медицинский компьютер, который будет принимать решения о трансформировании костюма в экзоскелет или броню мгновенно и независимо от солдата. Ряд полимерных актюаторов, из которых будет состоять костюм, по сигналу от медицинского компьютера будут делать определенные его участки жестче или мягче. Если, например, солдат поломает ногу, местный экзоскелет позволит захватить ее в искусственные шины, сформированные тканью костюма.

Как говорит один из исследователей, специально сконструированные наномашины - усилители, входящие в состав экзоскелета брони 2020, смогут увеличить силу солдата на 300%. Униформа образца 2010 года может «усилить» солдата только на 35%.

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, что через несколько лет речь уже будет идти о НЭМС-акселерометрах. И именно они наверняка будут использоваться в качестве детекторов ударов в солдатском костюме.

Полимерные наноактюаторы и датчики испытываются пока на моделях

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. На мультфильме, который можно посмотреть здесь, можно увидеть историю про солдата, потерявшего сознание от ранения. Но медицинский компьютер вовремя включил экзоскелет, и это спасло солдату жизнь.

Для того, чтобы сделать костюм толщиной в несколько миллиметров достаточно прочным (постоянное использование экзоскелета может вызвать большие энергетические затраты), исследователи хотят создать его на основе структуры паутины. Паутина прочна, водоустойчива, гибкая и легкая, 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, что «изучив структуру паутины, мы создали нановолокна из полиуритана диаметром около 100 нм, которые структурно похожи на обычную паутину, только гибче, легче и жестче настоящей».

Нановолокна на основе полиуретана станут основным материалом солдатского костюма

Различные электропроводные материалы на основе нанополимеров

Для того, чтобы сделать новый материал жестким, исследователи добавили к новым нановолокнам наночастицы, присоединяющиеся к определенным участкам волокон, соединяя их между собой и таким образом делая новый материал прочнее. Как говорит Паола, одежда на основе искусственной паутины будет гораздо прочнее обычной, и ее будет трудно износить или разрезать. Вероятно, что данное открытие используется и в мирном назначении в качестве «неизнашиваемого» материала для обычной одежды. Также добавление различных наночастиц к нановолокнам позволяет изменять их электропроводность. Так в костюме можно создать участки проводимости, связав расположенные внутри него сенсоры с компьютерами и обеспечив передачу энергии к наноактюаторам экзоскелета.

Новые материалы на основе нескольких полимеров позволит защитить солдата от попадения пуль и осколков. Исследователи ведут разработки в направлении энергопоглощающих полимеров на основе жидких кристаллов, которые при их деформации распределят энергию по всей поверхности. Вполне возможно, что исследователи смогут утилизировать энергию пуль и осколков, попадающих в солдата.

Полимеры, поглощающие энергию

Также планируется снабдить костюм солдата рядом гибких солнечных панелей, которые будут вмонтированы в костюм. Тогда автономность солдата заметно возрастет. Как сказал один из исследователей, новая броня сможет принять неограниченное количество пуль, в то время как современные бронежилеты после попадания определенного количества пуль приходят в негодность.

Одна из важнейших проблем в разработке костюма — создание эффективной гибридизации организма человека с механизмами костюма. Исследователи давно занимаются производством нанометровых трубок (не обычных углеродных нанотрубок) для того, чтобы создать работоспособные биологические лаборатории-на-чипе.

Лаборатория-на-чипе: искусственная печень

Для того, 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 о 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 представляет собой биореактор, способный производить специфические вещества при воздействии на него другими веществами и микроорганизмами. Через чип постоянно циркулирует вода, снабжая клетки питательными веществами. Через 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.

Интерфейс

Модель 2010 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 исследователь 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.

Интерфейс тестовой программы, которая отображает состояние солдата

Медицинский компьютер модели 2020 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 сколько воды выпил солдат. Контроль над количеством жидкости позволит экономнее расходовать воду и предотвратить обезвоживание организма. Если солдат болен, то доктор, находящийся в тысячах километров от него, проанализировав состояние солдата, отдаст соответствующие команды медицинскому компьютеру, который сделает необходимые инъекции и сконфигурирует экзоскелет.

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 солдатом. Еще, по словам Де Гэя, вертолеты, летящие впереди отряда, будут передавать информацию о противнике солдатам. В новом костюме солдат сосредоточится только на одном — на ведении боя.

Эдвин Томас также отметил, что все представленные институтом разработки уже близки к завершению. Следующим этапом будет соединение всех частей в одно изделие. Вполне возможно, что в недалеком будущем к уже ведущимся исследованиям добавятся новые, которые расширят возможности новой униформы. Но и без этого предложенный Томасом солдат будущего поражает своей автономностью, быстродействием и неуязвимостью.

        Не секрет, что применение высоких технологий в современной военной технике является залогом успешного ведения боевых действий. Благодаря этому повышается автономность используемой боевой техники, а также ее эффективность. Уже существуют автономные разведывательные роботы-самолеты и роботы, помогающие вести наземные боевые действия. Использование нанотехнологий в боевой технике и системах вооружения позволит создать радикально новые военные устройства. Некоторые из достижений в области нанотехнологий уже используются в военном обмундировании и вооружении. И, конечно, существуют проекты «оружия будущего», на разработку которого военные агентства выделяют немалые инвестиции. В этой статье будет описано, что реально реализовано сегодня.

На сегодняшний день военные нанотехнологи заняты поиском новых материалов, улучшением систем управления военной техникой и разработкой систем защиты от бактериологического и химического оружия. Причина этому — участившиеся террористические акции. Теперь от врага сначала необходимо защититься, а потом поразить его высокоточным оружием. Повествование ниже будет построено по типу обзора наиболее успешных, реально функционирующих продуктов.

Навигация и управление

Компания Crossbow, специализирующаяся на разработке различных электронных устройств, выпустила систему навигации NAV420, которая позволяет управлять военной техникой на расстоянии. При этом блок навигации можно подключить к самолету, кораблю, боевой машине или танку. NAV420 также обеспечивает связь с GPS, выдает точные координаты, скорость и высоту той машины, на которой установлен.

Блок защищен от вибрации, герметичен и может работать в различных погодных условиях. Его уже используют в управлении беспилотными самолетами Global Hawk, в новых машинах типа Hummer, управляемых дистанционно, а также в опытных образцах морских разведывательных судов. Система NAV420 настолько гибкая, что ее используют летчики авианосцев в качестве автопилота. Особенно много хороших отзывов о работе навигатора в плохую погоду и шторм, когда пилоту трудно посадить самолет на авианосец.

Математик Алекс Райан из Исследовательского отделения Министерства обороны США разработал алгоритмы управления группой боевых единиц, используя при этом природный аналог — улей пчел. Как утверждает Алекс, коллективные насекомые умеют вести войну со своими врагами несколькими способами, и при этом каждая единица улья знает, что ей надо делать. Алекс планирует испытать свой алгоритм на «улье» летающих беспилотных дронов, которые стоят гораздо меньше, чем Global Hawk. Математик попытался смоделировать самовоспроизводящийся управляемый «улей» из наномашин, который будет способен выполнять ряд операций. И тут Алекса постигла неудача — полученная система вела себя слишком хаотично, чтобы ею можно было управлять. Как он говорит, «смоделированная мной система репликаторов через время погружается в полный хаос.» Ученому удалось создать алгоритм выполнения некоторых военных операций «ульем» однотипных механизмов, но для его проверки нужны дополнительные исследования. Во всяком случае, репликативного оружия военные пока создавать не собираются из-за его неконтролируемости.

Высокая точность системы навигации и быстрота определения скорости транспортного средства, на котором она установлена, зависит от встроенных МЭМС-сенсоров и МЭМС-акселерометров. Эти сенсоры изготовлены с помощью фотонанолитографии и последующей микросборки.

Самолет Global Hawk уже был в небе над полями сражения в Ираке. С его помощью у командиров была информация в реальном времени о расположении военных единиц противника. Благодаря системе навигации самолет мог вести разведку с больших высот, что очень помогало при возникновении на поверхности пылевых бурь, которые были в первые дни войны в Ираке.

Другие быстродействующие НЭМС-акселерометры будут использоваться в военной экипировке будущего поколения для того, чтобы детектировать удар пули о бронежилет настолько быстро, чтобы успел включиться внешний экзоскелет костюма.

Также МЭМС-сенсоры и системы навигации на их основе будут использоваться в снарядах, ракетах и торпедах нового поколения. Так в 2005 году начинается выпуск 155 мм управляемого снаряда Excalibur и управляемого снаряда XM395 для 120 мм мортир. Снаряд XM395 оборудован лазерным искателем, который определяет расстояние до цели и координирует курс снаряда по данным, полученным системой навигации с GPS. Также в XM395 используются микроактюаторы, с помощью которых раскрываются стабилизаторы снаряда в процессе полета. Все системы навигации работают благодаря инерционным измерительным устройствам на МЭМС основе. Система из трех гироскопов и трех МЭМС-акселерометров, связанная с GPS, представляет собой навигационный блок.

Также МЭМС-сенсоры используются в системе мониторинга и охраны заданной территории от вторжения в любых погодных условиях. Ранее разработанная система дистанционных сенсоров Improved Remote Battlefield Sensor System (IREMBASS) была дорогостоящей и крупногабаритной. Компания L-3 Communications Inc. разработала REMBASS II, которая использует МЭМС для сокращения размеров сенсоров.

Также исследованиями в области усовершенствованных систем навигации занимается американская военная исследовательская организация DARPA.

Защита от биологического и химического оружия

Нанокомпании уже несколько лет подряд совершенствуют системы защиты от химического и биологического оружия. Только в 2002 году правительство США выделило на исследования средств биологической и химической защиты полмиллиарда долларов. В итоге за срок финансирования с 2002 по 2004 рядом компаний были разработаны эффективные защитные средства. Средства защиты простираются от защитных перчаток, которые не пропускают токсичные вещества, до специальных кремов, которые уменьшают токсичность патогенов, попавших на кожу солдата. Опишем некоторые из них.

Компания NanoScale Materials Inc. в этом году предложила коммерческий продукт на основе нанотехнологий, который нейтрализует токсичные химикаты. «Естественно, одним из основных применений нового продукта будет военное,» — сказал Том Аллен, вице-президент компании.

Со времени террактов 11 сентября в США компания совершенствовала средства защиты от химического и биологического оружия. “Наша основная спецификация состоит в выпуске продуктов, эффективно нейтрализующих химические и биологические военные агенты, — говорит Аллен. — Конечно, нашу технологию можно будет использовать и в мирном русле — для защиты людей, работающих на токсичном производстве,” — добавил вице-президент.

Один из продуктов компании — порошок FAST ACT (First Applied Sorbent Treatment Against Chemical Threats), который обезвреживает токсичные химикаты. Порошок состоит из активных наночастиц, которые связывают и деактивируют около 24 известных токсичных химических соединений (а также некоторые кислоты), использующихся в химических атаках. Порошок может использоваться при температурах ниже нуля, а также в различных средах. В отличие от кремов, он может быть эффективен и в распыленном состоянии (а защитные кремы должны быть влажными), и в растворе. Компания Gentex Corp. из США в сотрудничестве с NanoScale Materials Inc. разработала защитный костюм для солдат, в котором используется материал, интегрированный с порошком FAST ACT.

Для защиты от спор Bacillus anthracis — бактерии, наиболее распространенной в качестве военного бактериологического агента — компания Nanomaterials Research Corp. предложила использовать фуллерены, соединенные с антителами. Результаты клинических испытаний препарата показали, что он убивает саму бактерию и ее споры до того, как концентрация патогенов в организме приведет к его смерти. При этом с момента заражения организма антраксом проходит 24 часа.

Другая компания, CombiMatrix, предложила чип определения биологической опасности размерами с почтовую марку. Устройство может определить присутствие нескольких видов различного бактериологического оружия. На его базе CombiMatrix выпустила детектор HANAA, который можно использовать в полевых условиях. Прибор помещается в ладони, питается от батареек и весит около одного килограмма. Его принцип действия основан на репликации ДНК образца с помощью полимеразной цепной реакции. Когда же искомой ДНК становится достаточно для определения, прибор ее обрабатывает с помощью флуоресцентных меток и соотносит с одним из запрограммированных типов патогенной ДНК. Весь процесс обработки 4х различных образцов занимает 30 минут. С помощью нанотехнологий была создана кремниевая микро-камера, в которой происходит процесс нагрева-охлаждения ДНК. Как говорят разработчики прибора, он может опознать патоген при концентрации 10 бактерий в 1 пробе (1 проба представляет собой капсулу диаметром 5 мм и 2 см длиной).

Так как такие токсины, как рицин, не содержат ДНК и, соответственно, не могут быть опознаны детектором HANAA, то CombiMatrix также выпустила устройство на основе иммуннохимического чипа, которое может опознавать 5 токсинов типа рицина.

Эти устройства были успешно испытаны на специальном танке «FOX» в ходе войны в Ираке. Танк обнаружил следы рицина, зарина, споры антракса и другие токсины.

Также для биологической защиты будут применяться наноматериалы. Дэвид Додерер, инженер из U.S. Global, заявил, что компания разработала воздушные фильтры на основе нановолокон, которые первоначально предназначались для астронавтов НАСА. Благодаря ультрамалым порам (около 50 нм), фильтр не пропускает отдельные вирусы и бактерии.

Конечно, и детекторы, и средства защиты будут использоваться и на гражданке: в охране аэропортов, многоэтажных зданий, больниц, правительственных учреждений и пр. Главы компаний серьезно верят в то, что благодаря их усилиям международный терроризм не сможет использовать биологическое и химическое оружие.

Применение наноматериалов в военном оборудовании открывает новые возможности для улучшения его прочности. Усилия современных нанотехнологов сосредоточены на керамических материалах. По словам Дэвида Райзнера, президента компании Inframat Corp., покрытия из нанокерамики применяются в 150 областях: это и валы пропеллеров, и телескопические перископы, и т.д. Нанокерамика используется везде, где необходимо водонепроницаемость и защита от коррозии. Также новый материал гораздо жестче обычной керамики и не столь ломок.

Используя наноструктуры из карбида кремния, ученым удалось втрое повысить жесткость материалов на основе обычного SiC. На сегодняшний день компания NanoTriton выпустила покрытие NanoTuf™ для прозрачных полимерных поверхностей, 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! На рисунке ниже приведен пример теста защитного стекла для солдатского шлема, обработанного NanoTuf™, в который затем выпустили несколько пуль.

Военные машины предполагают оснастить специальной «электромехан­ической краской», которая позволит менять им цвет наподобие хамелеона, а также предотвратит коррозию и сможет «затягивать» мелкие повреждения на корпусе машины. «Краска» будет состоять из большого количества наномеханизмов, которые позволят выполнять все вышеперечисленные функции. На исследования «нанокраски» Министерство обороны США выделило исследователям около двух миллиардов долларов в год. Также с помощью системы оптических матриц, которые будут отдельными наномашинами в «краске», исследователи хотят добиться эффекта невидимости машины или самолета. Миниатюрные камеры будут считывать изображение с одной стороны устройства, передавая его на фотоэлементы на другой стороне, формируя таким образом изображение заднего фона спереди машины. Однако первые испытания прототипа будут не раньше, чем в 2005 году. А внедрение его на поле боя — в 2009.

Список литературы:

1. SmallTimes, http://www.smalltimes.com/document_display.cfm?document_id=5957;

2. SmallTimes, http://www.smalltimes.com/document_display.cfm?document_id=5956;

3. Defence Update, http://www.defense-update.com/;

4. Официальный сайт компании Crossbow;

5. Официальный сайт компании Inframat Corp.;

6. Официальный сайт компании CombiMatrix;

7. Официальный сайт компании NanoScale Materials Inc.;

8. Официальный сайт компании U.S. Global;

9. Официальный сайт компании L-3 Communications Inc.;

28