Найти тему

Перспективные прорывные технологии НАТО на 2020-2040-е годы

В 2020 г. Организация по науке и технологиям НАТО опубликовала доклад "Направления развития науки и техники на 2020-2040".

Доклад касался прорывных технологий, способных повлиять на наращивание потенциала вооруженных сил НАТО, а также повысить эффективность проведения боевых операций. Рассмотрены научно-технологические разработки, определяющие военно-политические решения альянса.

В докладе сформулирован ряд определений:

  • перспективные технологии, которые достигнут высокого уровня развития в 2020-2040 гг., но еще не получили широкого распространения, или те, чье влияние на оборону, безопасность и предпринимательские функции альянса недостаточно очевидны;
  • прорывные технологии, которые в рассматриваемый период могут оказать значительное или революционное влияние на оборону, безопасность, а также предпринимательские функции НАТО;
  • технологическая конвергенция (процесс сближения и объединения разных технологий, способствующий получению прорывного результата)

В докладе в качестве перспективных и прорывных рассматривались технологии:

  • "больших данных" (технологии обработки больших объемов информации);
  • искусственного интеллекта;
  • создания автономных систем;
  • квантовые;
  • космические;
  • гиперзвуковые;
  • биотехнологии;
  • перспективных материалов и промышленного производства.

В настоящем документе рассмотрены только технологии, имеющие отношение к ВМС.

Рисунок взят из Интернета
Рисунок взят из Интернета

Технологии «больших данных»

Реализация технологии применительно к ВМС позволит осуществлять обнаружение и сопровождение объектов на значительном уда­лении за счет обработки данных, полученных от сети распределенных активных и пассивных дат­чиков, и построение на этой основе достоверной картины оперативной тактической обстановки.

При разработке перспективных датчиков будут широко использоваться квантовые тех­нологии, что позволит значительно увеличить дальность их действия, создать малогабаритные датчики повышенной производительности и т. д. Более распространенным станет использование цифровых двойников (детализированных вирту­альных моделей систем оружия и радиоэлектронной войны).

Большие перспективы в части повышения чувствительности электронно-оптических и инфракрасных датчиков имеет компьютерная визуализация СI (Computational imaging) - метод формирования изображений, основанный на цифровых вычисле­ниях для восстановления образа.

Это позволит снизить массо-габаритные ха­рактеристики, сократить потребляемую мощность и стоимость систем, одновременно обеспечив обнаружение цели и повышение ситуационной осведомленности.

Один из сегментов компьютерной визуализации - компрессионное зондирование Compressive sensing), которое обеспечит использование менее затратных компонентов с низкой пропускной способностью для получения изображений, аналогичных информационным массивам большого формата. Использование микроволновой фотоники обеспечит существен­ное повышение производительности, снижение потребляемой мощности, повышение надежности систем обнаружения и беспроводной связи в бо­евых условиях.

Для обработки и слияния (объединения) больших объемов информации разрабатываются новые вычислительные методы, один из которых - искусственный интеллект, особенно машинное обучение.

Гибкие энергосберегающие дисплеи усилят информационный поток во всех звеньях управ­ления и повысят ситуационную осведомленность. Квантовое шифрование обеспечит секретность связи между абонентами за счет мгновенного об­наружения стороннего прослушивания.

Распространение технологии обработки боль­ших объемов информации обеспечит решение широкого круга задач: разведки, наблюдения, рекогносцировки; ситуационной осведомленно­сти; обучения и боеготовности; логистики; под­держки выполнения операций и др.

Технологии искусственного интеллекта

Искусственный интеллект (ИИ) обеспечивает автономное выполнение задач планирования, рас­познавания объектов, обучения и т. д. Разработка ИИ считается самой большой технологической проблемой, стоящей перед специалистами стран альянса.

В течение 2020-2040 гг. ИИ окажет значи­тельное прорывное воздействие на:

  • разработку перспективных средств анализа больших объемов данных и автоматического ана­лиза видеоинформации;
  • широкое внедрение и использование кибер-физических систем;
  • принятие решений и оптимальное управление;
  • выполнение вычислительных операций.

Важной исследовательской задачей становится разработка симбиотического (человеко-центричного) ИИ, обеспечивающего совместную работу людей и когнитивных систем. Развитие всеобщего ИИ AGI (artificial general intelligence), т.е. обобщенного интеллектуального поведения на уровне человека - серьезная техническая проблема, остающаяся труднодостижимой целью.

В течение следующих 20 лет наиболее широкое использование ИИ ожидается при создании:

- многофункциональных информационно-управляющих систем;

- систем вооружения (для организации непрерывного отслеживания вероятного противника и наведения средств вооружения на цель, расчета траектории полета оружия, планирования групповых операций автономных средств, выбора средств поражения целей, оценки степени боевых повреждений и другое).

- автономных платформ (для планирования их задач, в т.ч. навигации, сбора данных, определения характеристик окружающей среды и адаптивного зондирования, предотвращения столкновений, проведения групповых операций и др., а также оказания помощи оператору, например, при управлении несколькими беспилотными системами).

Кроме того, ИИ может быть использован:

  • в процессе принятия аналитических решений по долгосрочному планированию боевых возможностей в рамках НАТО;
  • для более точной оценки многочисленных сложных фактором и результатов;
  • в управлении оборонными предприятиями (инвестиционное и бизнес-планирование, управление эффективностью программ и рисками, стратегические преобразования и другое, решение финансовых проблем);
  • для решения проблем логистики (минимизация простоя оборудования и потерь при системных сбоях, улучшение управления запасами, ремонтами и др.);
  • при обучении и подготовке военнослужащих (повышение уровня индивидуального и группового обучения за счет адаптации к поведению человека в реальном масштабе времени и создание индивидуальных учебных сред или сценариев).

Технологии создания автономных систем

Автономность - способность системы самостоятельно реагировать на изменение обстановки путем планирования и выбора различных вариантов действий на основе информации о состоянии окружающей среды и конкретной ситуации. Она характеризуется степенью независимости, варьирующейся от полностью ручного до полностью автономного управления.

Роботизация - процесс проектирования и построения автономных систем, охватывающих все уровни автономности, включая полный контроль человеком-оператором. Необитаемые транспортные средства могут управляться человеком дистанционно или действовать автономно в зависимости от решаемых задач.

Робототехнические системы планируется использовать в труднодоступных районах, а также для проведения разведки и постоянного наблюдения за объектами, обеспечения всесторонней поддержки военнослужащих, включая более экономичные автоматизированные логистические поставки. Автономные системы могут выполнять определенные задачи и во взаимодействии с человеком. Использование автономных систем позволит заменить военнослужащих в опасной оперативной/тактической обстановке (например, в условиях радиоактивного заражения, наличия минных заграждений и т.п.).

Автономные необитаемые системы будут использовать весь спектр средств уничтожения нейтрализации целей, включая системы выво­да из строя электронного оборудования, оружие направленной энергии и др. Оснащенные ору­жием беспилотные летательные аппараты (БПЛА), необитаемые подводные аппараты (НПА) или необитаемые надводные средства становятся боеспособными, не подвергая экипажи рискам уничтожения. Они могут до­ставлять к цели боеприпасы или использоваться для нанесения огневых ударов по важным мор­ским или наземным целям в ходе операций. Ши­рокое их использование на морских театрах военных действий, в том числе групповое, при котором каждый компонент является высокоманевренным и труднодоступным для обнаружения, потребует оснащения кораблей дополнительными средствами защиты.

Совершенствование процессов разведки и на­блюдения широко распределенных малозаметных автономных систем с длительными сроками функ­ционирования, использующих широкий спектр датчиков с пониженной мощностью (электро- оптических, инфракрасных, радиолокационных, магнитных и т.д.) позволит повысить ситуаци­онную осведомленность.

Применение автономных систем в логисти­ческих и транспортных операциях позволит со­кратить потери времени и средств, повысить эксплуатационную готовность и ускорить складские операции.

Ожидается, что использование автономных систем в вооруженных силах стран НАТО будет постепенно нарастать, а, начиная с 2025 г., такие системы будут широко применяться в операциях альянса. В связи с этим перед руководством НАТО остро стоит проблема обеспечения функционального взаимодействия стран-участниц альянса.

Квантовые технологии

Квантовые технологии для использования в системах обороны и безопасности разрабатыва­ются и совершенствуются по четырем основным направлениям: коммуникации; компьютеризация; точность определения местоположения, навига­ции и синхронизации по времени; распознавание объектов.

Квантовые компьютеры, как ожидается, обе­спечат существенное (на порядок) увеличение вычислительных возможностей по сравнению с классическими компьютерами, особенно для определенного класса аналитических задач (например, оптимизация и моделирование). Это, в частности, решит проблемы шифрования и де­шифрования кодов, позволит отказаться от устарев­ших методов криптографии. Ускорение процессов моделирования и имитации обеспечит комплексное принятие решений, а также позволит реализовать новые способы разработки и создания перспектив­ных материалов и биотехнологий, в том числе ИИ следующего поколения (например, квантовых ней­ронных сетей для решения проблем распознавания объектов). Квантовые вычислительные устройства специального назначения станут доступными уже в среднесрочной перспективе, однако разработ­ка универсального квантового компьютера, от­вечающего требованиям НАТО, маловероятна и в отдаленной перспективе. На создание такого компьютера потребуется от 15 до 50 лет.

Квантовые эффекты поддерживают ра­боту чувствительных и точных инструментов для решения задач позиционирования, навигации и синхронизации по времени PNT (Positioning, Navigation and Timing). Это обеспечит работу приборов в условиях подавления сигналов спут­никовых систем навигации и определения коорди­нат в сложной оперативной обстановке (например, в ходе продолжительных подводных операций подо льдом). В ближайшее время войскам будут доступны блоки PNT, смонтированные на стой­ках крупных мобильных платформ. Квантовые технологии обеспечат поддержку объединенных измерений времени, ускорений и угловых пере­мещений объектов для точной инерциальной на­вигации и синхронизации по времени.­

Квантовые датчики могут использовать­ся для решения задач разведки и наблюдения, в частности, для построения навигационных карт с привязкой к местности с учетом гравитаци­онных и магнитных аномалий. В долгосрочной перспективе применение распределенных сетей связи позволит одновременно использовать ты­сячи чувствительных элементов для получения общей картины обстановки с большей точностью, чем это возможно в настоящее время. Чувстви­тельность квантовых датчиков будет повышена в несколько раз.

Квантовое моделирование позволяет создавать точные модели различных объектов и прогнози­ровать характеристики новых материалов. Это обеспечит создание материалов с конкретными требуемыми свойствами, в частности, повышен­ной твердости, с эффектом сверхпроводимости, устойчивых к высоким температурам и др.

Гиперзвуковые технологии

К гиперзвуковому оружию относят ракеты, боевые блоки и другие средства, осуществляющие полет в атмосфере со скоростью, превышающей скорость звука более, чем в пять раз (5М).

Гиперзвуковое оружие подразделяется на три типа:

- планирующие летательные аппараты (глайдеры) HCV (Hy­personic Glide Vehicles), состоящие из разгонного блока с реактивным двигателем и планирующего (скользящего) боевого блока;

- крылатые ракеты НСМ (Hypersonic Cruise Missiles), оснащенные гиперзвуковыми реактивными двигателями;

- управляемые человеком или беспилотные летательные аппараты (например, самолет SR 71 ВВС США, имеющий скорость более ЗМ).

Использование гиперзвуковых систем по­зволит быстрее решать задачи боевых дей­ствий и наносить точные кинетические удары. Их массированное применение позволит повысить вероятность поражения важных целей средства­ми кинетического действия. Гиперзвуковые летательные аппараты будут широко использоваться для масштабного и быстрого сбора разведывательных данных.

Основные задачи научных исследовании и разработок гиперзвуковых технологий:

- создание новых механически прочных и теплостойких материалов, миниатюризация, снижение массы;

- разработка новых двигателей и движителей; |

- совершенствование процессов моделирова­ния и имитации динамики полета на гиперзвуко­вых скоростях; исследования в области управле­ния и наведения летательных аппаратов.

Технологии перспективных материалов и промышленного производства

В течение следующих 20 лет три основных на­правления научно-исследовательских работ станут прорывными: новые ма­териалы; аддитивное производство; энергетика.

Среди разрабатываемых новых материалов в докладе отмечаются графен и топологические изоляторы.

Графен - материал на основе углерода с ме­ханическими, физическими, химическими и элек­трическими свойствами, не встречающимися ни в одном другом известном материале. Он может использоваться в аэрокосмической промышленности (композитные конструкции), высокочастотной электронике, при изготовлении функци­ональных покрытий (антиобледенительных, антикоррозионных), накопителей энергии (батарей, ультраконденсаторов), средств маскировки (радиолокационные поглотители), в оружейных технологиях (воспламеняющие вещества, ракеты), средствах защиты (броня, текстиль), датчиках (фотоприемники, датчики давления/деформации, химические) и в портативных устройствах (дисплеи).

Топологические материалы - класс материалов, квантовое состояние которых остается стабильным при изменениях окружающей среды. Особый интерес представляют топологические изоляторы (topological insulator) в связи с необычным сочетанием их изолирующих и прово­дящих свойств.

Применение новых материалов повысит на­дежность и срок службы устройств и механизмов, а также снизит их массогабаритные характеристи­ки. Кроме того, это приведет к появлению новых усовершенствованных устройств и расширению сфер их применения, таких как:

- интеграция с обычными полупроводнико­выми приборами в интересах совершенствования инфракрасных фотодетекторов тепловизионной съемки или для достижения более быстрой оптической моду­ляции в системах широкополосной связи;

- создание детекторов биологических и хи­мических загрязнений и противофильтрационных мембран для специфических биохимических молекул;

- разработка токопроводящих мембран для гибкой или печатной электроники;

- создание высокоскоростной электроники для формирования сигналов изображений и опре­деления расстояния (радиолокационные системы), а также терагерцовых радиостанций;

- совершенствование систем охлаждения электроники за счет высокой теплопроводности графена;

- разработка графеновой оптоэлектроники и фотоники для солнечных элементов, сенсорных экранов, фотоприемников и сверхбыстродейству­ющих лазеров.

Использование графена и других двумерных материалов позволит:

- снизить массу систем военной техники;

- увеличить быстродействие электроники для систем связи (увеличить полосу пропускания ка­налов) и усовершенствовать вычислительную технику;

- улучшить обнаружение слабых сигналов (радиочастотных/микроволновых или оптиче­ских), что позволит увеличить дальность действия боевых платформ, а также систем связи, локации или средств наведения по тепловому излучению;

- разработать новые легкие ударопрочные ма­териалы для бронирования техники и индивиду­альной защиты, улучшить прочностные свойства и эластичность таких волокон как сверхвысоко­молекулярный полиэтилен;

- снизить радиолокационную заметность платформ (назем­ного, морского и воздушного базирования);

- аккумулировать энергию в ультраконденса­торах, батареях и т. д.

Аддитивные технологии (Additive Manu­facturing), или технологии послойного синтеза.

Аддитивное производство (3D-printing) по­зволяет на основе цифровых моделей создавать трехмерные объекты практически неограниченной формы из широкого спектра металлов, пластмасс и смол. Это достигается за счет последовательно­го наращивания слоев материала и синтеза объек­та в отличие от традиционных методов удаления лишнего материала или механической обработки на основе резки, фрезерования или сверления.

Потенциально аддитивное производство мо­жет использоваться:

- для концептуального моделирования и прототипирования;

- для мелкосерийного производства деталей сложной формы и заменяемых деталей;

- для выпуска конструктивных элемен­тов с использованием легких высокопрочных материалов;

- для изготовления компонентов электроники из разнородных материалов, запасных частей на поле боя, на борту корабля или в космосе, круп­ных конструкций непосредственно на месте и т. д.

Близкий с аддитивным производством про­цесс четырехмерной печати (4D-printing) объ­единяет трехмерную печать с перспективными материалами, чувствительными к условиям окру­жающей среды. Эти материалы запрограммированы на изменение своей формы или физического поведения, когда они подвергаются воздействию окружающей среды (например, тепла, давления, тока, света и т. д.).

Использование аддитивных технологий позволит:

- оптимизировать разработки новой продук­ции за счет сокращения этапов проектирования и уменьшения затрат в единицу времени;

- совершенствовать техническое обслужи­вание и логистику за счет сокращения резервов запасных частей (на базах, кораблях или за рубежом), повышения доступности запчастей и сни­жения транспортных расходов;

- снизить затраты и повысить эффектив­ность новых конструкций и дорогостоящих из­делий, особенно в аэрокосмической или морской сферах. Например, монокристаллические лопатки турбин, покрытые теплозащитными покрытиями, или сверхмалошумные гребные винты подводных лодок имеют сложную конструкцию и требуют комплексной обработки материалов, что делает их очень дорогостоящи­ми. Эффективный ремонт таких узлов с исполь­зованием аддитивных технологий позволит зна­чительно снизить эксплуатационные издержки и повысить эксплуатационную готовность.

По направлению «Энергетика» работы ведутся в области производства, накопления, управления и хранения энергии. Они включают исследования возобновляемых источников энергии, водородной энергетики, термоядерного синтеза, аккумулиро­вания энергии, аккумуляторных батарей (графеновых, на углеродных нанотрубках, твердотель­ных, металл-воздух и т. д.).

#нато #аддитивные технологии #искусственный интеллект #автономность #перспективные материалы #инновации  #квантовые технологии #биотехнологии #необитаемый подводный аппарат #нанотехнологии