Нанотехнології в сучасних системах озброєння

Свідіненко Юрій.

Не секрет, що застосування високих технологій у сучасної військової техніки є запорукою успішного ведення бойових дій. Завдяки цьому підвищується автономність використовуваної бойової техніки, а також її ефективність. Вже існують автономні роботи-розвідувальні літаки та роботи, які допомагають вести наземні бойові дії. Використання нанотехнологій у бойовій техніці і системах озброєння дозволить створити радикально нові військові пристрої. Деякі з досягнень в області нанотехнологій вже використовуються у військовому обмундируванні і озброєння. І, звичайно, існують проекти "зброї майбутнього", на розробку якого військові агентства виділяють чималі інвестиції. У цій статті буде описано, що реально реалізовано сьогодні.

На сьогоднішній день військові нанотехнологи зайняті пошуком нових матеріалів, поліпшенням систем управління військовою технікою і розробкою систем захисту про бактеріологічного і хімічної зброї. Причина цього - почастішали терористичні акції. Тепер від ворога спочатку необхідно захиститися, а потім вразити його високоточним зброєю. Оповідання нижче буде побудовано за типом огляду найбільш успішних, реально, продуктів.

Навігація й управління

Компанія Crossbow, що спеціалізується на розробці різних електронних пристроїв, випустила систему навігації NAV420, яка дозволяє управляти військової технікою на відстані. При цьому блок навігації можна підключити до літака, кораблю, бойовій машині або танку. NAV420 також забезпечує зв'язок з GPS, видає точні координати, швидкість, і висоту тієї машини, на якій встановлено.

Блок захищений від вібрації, герметичний, і може працювати в різних погодних умовах. Його вже використовують в управлінні безпілотними літаками Global Hawk, в нових машинах типу Hummer, керованих дистанційно, а також у дослідних зразках морських розвідувальних судів. Система NAV420 настільки гнучка, що її використовують льотчики авіаносців як автопілота. Особливо багато хороших відгуків про роботу навігатора в погану погоду і шторм, коли пілоту важко посадити літак на авіаносець.

Математик Алекс Райан з дослідницького відділення міністерства оборони США розробив алгоритми управління групою бойових одиниць, використовуючи при цьому природний аналог - Вулик бджіл. Як стверджує Алекс, колективні комахи вміють вести війну з своїми ворогами кількома способами, і, при цьому, кожна одиниця вулика знає, що їй треба робити. Алекс планує випробувати свій алгоритм на "вулику" літають безпілотних дронів, які коштують набагато менше, ніж Global Hawk. Далі, математик спробував змоделювати самовідтворюються керований "вулик" з наномашин, який буде здатний виконувати ряд операцій. І тут Алекса спіткала невдача - отримана система вела себе дуже хаотично, щоб нею можна було керувати. Як він каже, "змодельована мною система репликатор через час занурюється в повний хаос. "Вченій вдалося створити алгоритм виконання деяких військових операцій "вуликом" однотипних механізмів, але для його перевірки потрібні додаткові дослідження. В усякому разі, реплікативного зброї військові поки створювати не збираються з-за його неконтрольованості.

Висока точність системи навігації і швидкість визначення швидкості транспортного засобу, на якому вона встановлена, залежить від вбудованих МЕМС-сенсорів і МЕМС-акселерометров. Ці сенсори виготовлені за допомогою фотонанолітографіі і подальшої мікроскладені.

Літак Global Hawk вже билв небі над полями бою в Іраку. З його допомогою у командирів була інформація в реальному часі про розташування військових одиниць противника. Завдяки системі навігації літак міг вести розвідку з великих висот, що дуже допомагало при виникненні на поверхні пилових бур, які були в перші дні війни в Іраку.

Інші швидкодіючі НЕМС-акселерометри будуть використовуватися у військовій екіпіровці майбутнього покоління для того, щоб детектировать удар кулі про бронежилет настільки швидко, щоб встиг включитися зовнішній екзоскелет костюма.

Також МЕМС-сенсори і системи навігації на їх основі будуть використовуватися в снарядах, ракетах і торпедах нового покоління. Так у 2005 році починається випуск 155 мм керованого снаряда Excalibur і керованого снаряду XM395 для 120 мм мортир. Снаряд XM395 обладнаний лазерним шукачем, який визначає відстань до цілі і координує курс снаряда по даними, отриманими з системою навігації GPS. Також в XM395 використовуються мікроактюатори, за допомогою яких розкриваються стабілізатори снаряда в процесі польоту. Всі системи навігації працюють завдяки інерційним вимірювальним пристроїв на МЕМС основі. Система із трьох гіроскопів і трьох МЕМС-акселерометров, пов'язана з GPS, являє собою навігаційний блок.

Також МЕМС-сенсори використовуються в системі моніторингу та охорони заданої території від вторгнення в будь-яких погодних умовах. Раніше розроблена система дистанційних сенсорів Improved Remote Battlefield Sensor System (IREMBASS) була дорогої і великогабаритної. Компанія L-3 Communications Inc. розробила REMBASS II, яка використовує МЕМС для скорочення розмірів сенсорів.

Також, дослідженнями в області удосконалених систем навігації займається американська військова дослідна організація DARPA.

Захист від біологічної та хімічної зброї

нанокомпанії вже кілька років поспіль вдосконалюють системи захисту від хімічної і біологічного оружія.Только 2002 році уряд США виділив на дослідження засобів біологічного та хімічного захисту півмільярда доларів. У підсумку за термін фінансування з 2002 по 2004 низкою компаній були розроблені ефективні захисні засоби. Засоби захисту простягаються від захисних рукавичок, які не пропускають токсичні речовини і до спеціальних кремів, які зменшують токсичність патогенів, що потрапили на шкіру солдата. Опишемо деякі з них.

Компанія NanoScale Materials Inc. цього року запропонувала комерційний продукт на основі нанотехнологій, який нейтралізує токсичні хімікати. "Природно, одним з основних застосувань нового продукту буде військове, "сказав Том Аллен, віце-президент компані.

З часу терактів 11 вересня в США компанія удосконалювала засоби захисту від хімічної і біологічної зброї. "Наша основна специфікація складається в випуску продуктів, ефективно нейтралізують хімічні та біологічні військові агенти ", говорить Аллен. "Звичайно, нашу технологію можна буде використовувати і в мирному руслі - для захисту людей, що працюють на токсичному виробництві, "- додав віце-президент.

Один з продуктів компанії - порошок FAST ACT (First Applied Sorbent Treatment Against Chemical Threats), який знешкоджує токсичні хімікати. Порошок складається з активних наночастинок, які пов'язують і деактивується близько 24 відомих токсичних хімічних сполук (а також деякі кислоти), що використовуються в хімічних атаках. Порошок може використовуватися при температурах нижче нуля, а також у різних середовищах. На відміну від кремів, він може бути ефективним і в розпиленому стані (а захисні креми повинні бути вологими), і в розчині. Компанія Gentex Corp., США у співпраці з NanoScale Materials Inc. розробила захисний костюм для солдатів, в якому використовується матеріал, інтегрований з порошком FAST ACT.

Для захисту від спор Bacillus anthracis, бактерії, найбільш поширеною як військовий бактеріологічного агента, компанія Nanomaterials Research Corp. запропонувала використовувати фулерени, з'єднані з антитілами. Результати клінічних випробувань препарату показали, що він вбиває саму бактерію і її суперечки до того, як концентрація патогенів в організмі призведе до його смерті. При цьому, з моменту зараження організму антраксом пройшло 24 години.

Інша компанія, CombiMatrix, запропонувала чіп визначення біологічної небезпеки розмірами з поштову марку. Пристрій може визначити присутність декількох видів різного бактеріологічної зброї. На його базі CombiMatrix випустила детектор HANAA, який можна використовувати в польових умовах. Прилад поміщається в долоні, харчується від батарей і важить близько одного кілограма. Його принцип дії заснований на реплікації ДНК зразка за допомогою полімеразної ланцюгової реакції. Коли ж шуканої ДНК стає достатньо для визначення, прилад обробляє її за допомогою флуоресцентних міток і співвідносить з одним із запрограмованих типів патогенної ДНК. Весь процес обробки 4х різних зразків займає 30 хвилин. За допомогою нанотехнологій була створена кремниевая мікро-камера, в якій відбувається процес нагріву-охолодження ДНК. Як кажуть розробники приладу, він може впізнати патоген при концентрації 10 бактерій у 1 пробі (1 проба являє собою капсулу діаметром 5 мм і 2 см завдовжки).

Так як такі токсини, як рицин, не містять ДНК, і, відповідно не можуть бути пізнані детектором HANAA, то CombiMatrix також випустила пристрій на основі іммуннохіміческого чіпа, яке може пізнавати 5 токсинів типу рицин.

Ці пристрої були успішно випробувані на спеціальному танку "FOX" в ході війни в Іраку. Танк виявив сліди рицин, зарину, суперечки антракс та інші токсини.

Також для біологічного захисту будуть застосовуватися наноматеріали. Девід Додерер, інженер з US Global, заявив, що компанія розробила повітряні фільтри на основі нановолокон, які спочатку призначалися для астронавтів НАСА. Завдяки ультрамалим порам (близько 50 нм), фільтр не пропускає окремі віруси і бактерії.

Звичайно, і детектори, і засоби захисту, будуть використовуватися і на громадянці: в охороні аеропортів, багатоповерхових будівель, лікарень, урядових установ та ін Глави компаній серйозно вірять в те, що завдяки їхнім зусиллям, міжнародний тероризм не зможе використовувати біологічну та хімічну зброю.

Нові матеріали

Застосування наноматеріалів у військовому обладнанні відкриває нові можливості для поліпшення його міцності. Зусилля сучасних нанотехнологів зосереджені на керамічних матеріалах. За словами Девіда Райзнер, перзідента компанії Inframat Corp., покриття з нанокерамікі застосовуються в 150 областях: це і вали пропелерів, і телескопічні перископи, і т.д. Нанокераміка використовується скрізь, де необхідно водонепроникність і захист від корозії. Також новий матеріал набагато жорсткіше звичайної кераміки, і не настільки ломок.

Використовуючи наноструктури з карбіду кремнію, вченим вдалося в троє підвищити жорсткість матеріалів на основі звичайного SiC. На сьогоднішній день компанія NanoTriton випустила покриття NanoTuf ™ для прозорих полімерних поверхонь, яке в кілька разів збільшує міцність пластику. NanoTuf ™ складається з наночастинок в розчині. При нанесенні їх на пластикову поверхню вони утворюють надтвердих плівку, яка не тільки захищає від біологічних та хімічних агентів, але і від попадання кулі! На малюнку нижче наведений приклад тесту захисного скла для солдатського шолома, обробленого NanoTuf ™, в який потім випустили кілька куль.

Військові машини припускають оснастити спеціальної "електромеханічної фарбою", яка дозволить їм змінювати колір на зразок хамелеона, а також запобіжить корозію і зможе "затягувати" дрібні пошкодження на корпусі машини. "Фарба" буде складатися з великої кількості наномеханізмов, які дозволять виконати всі перераховані вище функції. На дослідження "нанокраскі" Міністрества оборони США виділило дослідникам близько 2-х мільярдів доларів на рік. Також, за допомогою системи оптичних матриць, які будуть окремими наномашин в "фарбі", дослідники хочуть домогтися ефекту невидимості машини або літака. Мініатюрні камери будуть зчитувати зображення з одного боку пристрою, передаючи його на фотоелементи на іншій стороні, формуючи, таким чином, зображення заднього фону спереду машини. Однак перші випробування прототипу будуть не раніше, ніж у 2005 році. А впровадження його на полі бою - в 2009.

Список літератури

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. Офіційний сайт компанії Crossbow;

5. Офіційний сайт компанії Inframat Corp.;

6. Офіційний сайт компанії CombiMatrix;

7. Офіційний сайт компанії NanoScale Materials Inc.;

8. Офіційний сайт компанії U.S. Global;

9. Офіційний сайт компанії L-3 Communications Inc.;

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://en.edu.ru/