Реферат: Нанотехнологии в современных системах вооружения

Свидиненко Юрий.

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 о 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. Далее, 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 былв 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 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 и 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 компани.

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., США в сотрудничестве с NanoScale Materials Inc. разработала защитный костюм для солдатов, 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 прошло 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.

Новые материалы

Применение наноматериалов в военном оборудовании открывает новые возможности для улучшения его прочности. Усилия современных нанотехнологов сосредоточены на керамических материалах. По словам Дэвида Райзнера, перзидента 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 в трое 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" министрество обороны США выделило исследователям около 2х 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.;

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://en.edu.ru/