Научные и технологические тренды: 2020–2040 гг.: перспективы научно-технического развития (доклад организации НАТО по науке и технологиям, 2020 г.)

Развитие автономных систем в области обороны будет оказывать существенное влияние на сферы разработок беспилотных летательных аппаратов, логистики, киберзащиты, оперативной информации и систем наведения.

Чтобы полностью реализовать преимущества автономных транспортных средств, неструктурированные геопространственные данные и метаданные должны иметь высокое качество и быть легкодоступными, что поднимает проблему обобщения и категоризации этой информации.

Надежные, постоянно усовершенствуемые и адаптивные термоядерные двигатели для военных многоцелевых применений должны быть модульными, управляемыми и внедренными через совместимые интерфейсы. Для деятельности Альянса в воздушном и космическом пространстве использование автономных систем будет существенным элементом будущего оперативного успеха, который будет основан использовании конвергентных технологий.

Рои недорогих, автономных воздушных и космических систем могут обеспечить адаптивность, быструю модернизацию и способность нивелировать потери, которые не могут нести традиционные судна с экипажем. Используя достижения в области искусственного интеллекта, недорогих датчиков и сетевых технологий связи, низкоуровневые системы могут восстанавливать гибкость, чтобы атаковать слабые места противника неожиданными способами, используя количество и сложность организации.

Мини-, микро- и нанобеспилотники - это новое решение для широкого спектра современных военных задач, включая городскую и нетрадиционную войну. Исследования в этой области направлены на использование биомиметических материалов (например, искусственных мидий).

Разработка дешевых роев микробеспилотников будет важным элементом будущих сетей IoT, но использование их в военных целях связано со значительными операционными, политическими и этическими проблемами. Так, их использование в сухопутных операциях будет иметь революционные последствия: это коренным образом изменит способ ведения боевых действий, повысив ситуационную осведомленность, сократив физические и когнитивные нагрузки на солдата, улучшив поддержку, облегчив передвижение и маневр, увеличив дальность действия и защиту войск, что даст командованию новые возможности и, возможно, позволит заменить солдат для решения самых опасных задач в боевом пространстве. Одновременно будет осуществляться разработка новых автономных подземных транспортных средств, незаменимых в городских условиях. Они будут перемещаться по сети туннелей, канализационных коллекторов и других городских подземных пространств. Многочисленны возможности для беспилотников и в морских операциях: противоминные меры, мониторинг запрещенной зоны, противолодочная война, «океан вещей», сбор разведданных и оперативная дезинформация противника. Помимо этого, беспилотники будут использоваться для оперативной поддержки. Например, логистические операции - это область, где складская робототехника широко используется в коммерческих целях и имеет ряд очевидных преимуществ для военных операций.

Ограничения применения беспилотников связаны с взаимодействием людей и машин. Большинство современных военных беспилотных систем управляются дистанционно оператором, который дополняет систему наведения, ситуационной оценки и принятия решений. Эти системы продемонстрировали неоспоримую ценность, играя жизненно важные роли. Но одновременно эти системы требуют увеличения количества рабочей силы и накладывают повышенную когнитивную нагрузку на операторов, поскольку автономным системам не хватает интеллекта, чтобы фактически снизить требования к экипажу или ускорить темп проведения операций.

Совместная автономия - это особенность автономных систем, действующих как социально-техническая команда под управлением военного оператора с сопутствующими социальными проблемами, проблемами сотрудничества и коммуникации. Для усовершенствования подобных систем разрабатываются новые способы человеко-машинного общения, включая неинвазивные неврологические и нейромоторные интерфейсы, виртуальные среды, биосенсоры, новые подходы к визуализации и управлению.

В контексте военных сенсорных систем одна большая мультисенсорная платформа может быть концептуально разбита на сенсорную команду, состоящую из ограниченного числа платформ, где каждая платформа обладает меньшим количеством или более дешевыми датчиками, чем одна большая платформа. Затем эта концепция может быть расширена до роя, в котором каждая платформа еще меньше и обладает ограниченными датчиками производительности. Потеря производительности датчиков на каждой платформе может быть компенсирована большим количеством дешевых платформ в рое. Роевая система дешевле и устойчивее к разрушению отдельных узлов в рое, но сопровождается увеличением организационной сложности. Решение проблемы самосинхронизации для движущихся платформ проложит путь к мультисенсорному и сетевому роению дронов.

Рои могут быть развернуты для различных целей разведки, наблюдения и рекогносцировки. Уже изучается потенциал использования летающих авианосцев C-130 (Hercules) и транспортных средств Арсенала (кораблей или самолетов) для перевозки и развертывания роев беспилотников. Использование крупномасштабных роев автономных транспортных средств в городских районах также рассматривается как значительный потенциальный мультипликатор силы.

По мере расширения использования роев в боевых условиях и в других неопределенных средах, необходимо разрабатывать инновационные проекты систем, а также новые методы анализа, тестирования, верификации и валидации. Повышается и потребность в защите от роев противника. Перехват встречных роев, радиоэлектронное противодействие, лазеры и другие системы направленной энергии могут быть использованы в этих целях. Тем не менее, широкий спектр автономных систем, от больших высотных систем длительного действия до нано-беспилотников представляет собой множество технических проблем для разработки эффективных контрмер, что становится приоритетной задачей для многих стран Альянса и партнеров.

Ожидается, что мировой рынок автономных транспортных средств достигнет $172,3 млрд. к 2024 году. Военные инвестиции в такие технологии также растут, так, в оборонный бюджет США на 2020 год включает 3,7 млрд. долларов на финансирование разработок технологий беспилотных/автономных систем и 927 млн. долларов на разработки ИИ.

Тем не менее, успешное развитие полностью автономных систем будет происходить медленнее, чем ожидалось, поскольку их создание зависит от достижений в области маломощных датчиков, двигателей и искусственного интеллекта. Это может привести к растущему чувству разочарования в технологии. Тем не менее, успешная интеграция автономных систем на более низких уровнях автономии станет главным фактором развития потенциала Альянса и будущего оперативного успеха.

3.1 Возможности использования автономных систем для вооруженных сил Альянса

Беспилотники различного размера и степени автономности уже применяются в военных целях, используя преимущества длительного времени ожидания и гибкого позиционирования вблизи потенциальных целей. Беспилотники, способные длительное время находиться в воздухе, особенно важны для наблюдения, когда операции проводятся в течение нескольких дней. Однако более широкое использование небольших групп беспилотников дает значительные преимущества для сбора данных, а также для наступательных и оборонительных операций.

Беспилотники и автономные программные агенты заменят людей при решении рутинных, грязных, опасных и дорогих задач. Поэтому более широкое использование автономных систем будет препятствовать развитию соответствующих военных навыков, организационных/силовых структур и профессиональной подготовки.

Использование автономных систем в боевой технике повысит ее эффективность и позволит каждому солдату действовать как отряд, каждому кораблю - как оперативная группа и каждому самолету - как эскадрилья. Гибкое производство (например, 3D/4D печать смешанных материалов) позволит обеспечивать армию беспилотниками прямо на поле боя по требованию.

Более широкое использование беспилотников и их роение на поле боя потребует дополнительных силовых средств защиты и противодействия, которые будут включать жесткие и мягкие варианты уничтожения (электроволны, кибер-, кинетические убийства, направленное энергетическое оружие, рои перехватчиков и т.д.). Необходимо решать задачу защиты критически важных объектов от роев, учитывая, что каждый узел в рое является очень маневренным, адаптируемым и трудно обнаруживаемым. Методы борьбы с роем должны будут воздействовать на каждый узел очень быстро и экономически эффективно, чтобы победить рой.

Рои беспилотников позволят использовать новые парадигмы зондирования и атаки для сил Альянса. Один из подходов заключается в использовании роя в качестве расходуемого актива, например, для проникновения в защищаемые районы или для защиты критически важных активов с помощью большого числа беспилотников, что заставит противника тратить больше времени, энергии и денег, чтобы защититься от роя или преодолеть его.

Беспилотники будут перевозить пассажиров и грузы на поле боя. Дистанционно пилотируемые или автономные беспилотники способны доставлять боеприпасы войскам в полевых условиях при четко определенных обстоятельствах. Более широкое применение в логистической и транспортной системах позволит сократить количество отходов, повысить оперативную доступность и поддержать складские операции.

Повысится оперативная информированность за счет широко рассеянных, малозаметных беспилотников, использующих широкий спектр маломощных датчиков. Более широкое использование ожидается в развивающихся оперативных областях, таких как космос, кибернетика и городская среда. Будут доступны и широко использоваться ручные микро-аппараты, развертываемые солдатами в городских условиях. Длительность функционирования беспилотников особенно важна для наблюдения, когда операции проводятся в течение нескольких дней или лет. Киберагенты также будут все чаще использоваться для поддержания ситуационной осведомленности в виртуальных пространствах (социальных или иных) и для помощи в выявлении угроз или уязвимостей.

Большое количество недорогих систем и систем человек-машина позволит значительно снизить боевые потери. Вооруженный беспилотник обеспечит возможность воздушного боя, не подвергая пилота риску. Беспилотники могут сами превращаться в крылатые ракеты и использоваться для нападения на важные цели противника в военных операциях (вместо пилотов-камикадзе). Кроме того, беспилотники будут проводить в будущем боевые поисково-спасательные операции.

Повышенная тактическая и оперативная маневренность за счет численности (роев) и сокращения потребностей в логистике. Автоматизированные системы смогут быстро использовать тактические возможности в соответствии с оперативными задачами.

Микро-беспилотники повысят оперативную информированность в сложных городских районах. Эти транспортные средства также применимы для регулярных или специальных операций в нетрадиционных и/или асимметричных условиях угрозы, обеспечивая возможности сбора информации и обнаружения целей.

Автономные киберагенты будут все чаще проводить кибероперации (наступательные и оборонительные).

3.2 Риски для вооруженных сил Альянса

Равные или близкие по силе противники будут использовать те же преимущества, потенциально сводя на нет организационную и оперативную ценность автономных сил Альянса.

Использование автономных систем в тайных операциях гибридной войны может обеспечить достижении тактических, оперативных или стратегических целей при недоказанности участия в этом сил противника. По мере снижения затрат на создание автономных систем их использование негосударственными субъектами будет возрастать как по количеству, так и по эффективности. Технологии создания роя становятся широко доступными для негосударственных субъектов (ср. нападение йеменского движения хуситов на саудовские нефтяные объекты в 2019 году). Современные контрмеры не масштабируются и плохо адаптируются к широкому оперативному использованию больших количеств (роев), небольших или дешевых широко рассредоточенных автономных систем.

У государств-противников существуют различные подходы к противодействию автономным системам Альянса, такие как кибератаки, радиоэлектронная война, контррои или направленное энергетическое оружие. Они могут также использовать небольшие беспилотники для целенаправленных атак против отдельных лиц или в качестве средства повышения эффективности расходования материалов.

3.3 Проблемы функциональной совместимости автономных систем

Расширение использования автономных систем в рамках Альянса и стран-партнеров будет постепенным, но к 2025 году и далее подобные системы будут применяться повсеместно и во всех операциях Альянса. Необходимо будет решить вопросы связи, контроля и оперативной интеграции. Они включают в себя совместное использование больших объемов данных и стандартизацию операционных протоколов в широком диапазоне физических и виртуальных операционных сред. Хотя такие вопросы (особенно эффективное управление большим роем) представляют значительные технические проблемы даже для развитых стран, решения становятся все более доступными для регулярных и иррегулярных сил. По мере развития технологии и достижения все более высокогоуровня автономности систем, необходимо будет учитывать этические и правовые препятствия. Международное сотрудничество будет иметь решающее значение для предотвращения создания сложной, неэффективной и хаотичной операционной среды.

3.4 Перспективы развития автономных систем

Области исследований, заслуживающие внимания, охватывают широкий спектр проблем в области проектирования систем, зондирования, интерфейсов, контрмер, контроля со стороны человека. К ним относятся:

1. Автономные системы: малозаметные транспортные средства и системы следующего поколения, новые двигатели, космические и гиперзвуковые системы, маломощные, менее дорогие и высокочувствительные датчики, оптимизированная сеть распределенного сбора данных, ложные цели (decoys), повышенная миниатюризация, новые киберфизические иммунные системы, наступательные и оборонительные кибер-системы, социальные боты, а также применение в сложных динамических средах - в физической (воздух, море, суша, космос), человеческой (социальной) и информационной (кибер) областях.

2. Симбиоз человека и машины: улучшенное взаимодействие, оптимизированная социально-техническая интеграция, а также новые интерфейсные и управляющие конструкции (включая микроэлектронику).

3. Контрмеры: направленное энергетическое оружие, электромагнитное воздействие, ложные цели (decoys), перехват роев, кинетическое оружие.

4. Автономное поведение: крупномасштабное роение, улучшенный встроенный ИИ, точная навигация и цифровое управление.

История автономных систем в обороне восходит, по крайней мере, к 1998 году, когда Никола Тесла продемонстрировал беспроводную дистанционно управляемую беспилотную лодку. Однако за последние 20 лет произошел значительный рывок в использовании автономии в широком спектре физических и виртуальных сред. Разведка, наблюдение, системы наведения и высокоточные ударные платформы становятся все более распространенными в военных операциях. Конечная цель всегда состояла в том, чтобы объединить человека и автономную систему в единую команду, позволяющую автоматизированной системе брать на себя рутинные, грязные, опасные и дорогие задачи. Это позволит снижать затраты, сокращать численность персонала, повышать эффективность и сокращать потери.

Подходы к автономии могут варьировать от полностью автономных до полуавтономных систем. Конкретные уровни автономии зависят от датчиков, типа миссии, каналов связи, бортовой обработки данных и правовых/политических ограничений. Создание автономных систем военного назначения значительно расширит возможности НАТО в условиях, когда каждый солдат действует как рота, корабль - как оперативная группа, а самолет - как эскадрилья. Однако, правовые, политические рамки и вопросы эксплуатации будут препятствовать использованию автономных систем в качестве оружия уничтожения живой силы противника. Тем не менее, учитывая оперативные преимущества как для НАТО, так и для потенциальных противников, нет никаких сомнений в том, что использование автономных систем значительно усилит, поставит под угрозу и обеспечит оперативный потенциал в течение следующих 20 лет.

В таблице 3. представлены области перспективных исследований автономных систем, оценка их потенциального воздействия на сферу обороны и безопасности, технологический уровень и ожидаемые сроки массового распространения.

Таблица 3 Области перспективных исследований автономных систем

4. Квантовые технологии

Квантовые технологии нового поколения используют квантовую физику и связанные с ней явления на атомном и субатомном уровнях. Эти технологии используются в области криптографии, вычислений, точной навигации и синхронизации, зондирования и визуализации, связи и в разработке новых материалов.

Рисунок 1. Прогнозируемые сроки развития квантовых технологий [Figure D.1, p. 70].

Квантовые технологии нового поколения развиваются феноменальными темпами, но в основном обусловлены коммерческими интересами, в сфере же обороны и безопасности четыре ключевых направления (связь; вычислительная техника; позиционирование, навигация и синхронизация; и зондирование) развиваются неравномерно. Требуется активное международное сотрудничество, при этом временной горизонт развития квантовых технологий нового поколения - более 20 лет.

Современные военные системы основаны на использовании классической, статистической, квантовой и релятивистской физики. В частности, первая квантовая революция заложила основы для транзисторов, компьютерных чипов, лазеров, магнитно-резонансной томографии и современных технологий связи.

В настоящее время появляется второе поколение квантовых технологий, способных создавать и использовать более сложные и тонкие аспекты квантовой физики. Ожидается, что влияние этой новой технологии, иногда называемой второй квантовой революцией, будет глубоким и всеобъемлющим благодаря сложному взаимодействию автономии, передового производства, материаловедения, накопления энергии и квантовых технологий нового поколения.

Рисунок 2. Потенциал использования квантовых технологий для сил Альянса [Figure D.2, p. 71].

4.1 Возможности использования квантовых технологий для вооруженных сил Альянса

Квантовые компьютеры на порядок повысят вычислительные возможности, которые будут выходить за теоретические пределы классических компьютеров для конкретных классов аналитических задач (например, оптимизации и моделирования). Это позволит использовать очень сложные подходы к шифрованию и дешифрованию кодов, что сделает существующие криптографические методы устаревшими. Сложные и быстрые моделирование и имитация позволят принимать сложные операционные и организационные решения. Появятся новые способы разработки до сих пор неизвестных материалов и биотехнологий, а также ИИ следующего поколения (например, квантовые нейронные сети).

Квантовые датчики будут во много раз более чувствительными, чем современные системы. Это будет способствовать развитию противорадиолокационных и скрытых радаров; магнитных, акустических и гравитационных датчиков со значительно возросшими возможностями противоракетной обороны; а также поддерживать разработку маломощных высокочувствительных бортовых и дистанционных датчиков.

С помощью квантовых технологий будут созданы высокоточные приборы (например, часы), которые позволят осуществлять операции в условиях отказа GPS или в сложных условиях (например, при длительных подводных автономных операциях подо льдом).

Развитие криптографии и способности расшифровывать закодированные сообщения с использованием современных криптографических методов окажет революционное воздействие на современные системы связи.

4.2 Риски для вооруженных сил Альянса

В период 2020-2040 годов основная угроза исходит от ближайших конкурентов, особенно с учетом высокого уровня математической сложности и необходимых инвестиций в НИОКР. Угрозу безопасности несут новые методы шифрования, возможная потеря воздушной и подводной скрытности, а также возможного преимущества противника в создании аналитических систем для поддержки принятия решений, обеспечиваемых квантовыми вычислениями.

Проблемы функциональной совместимости квантовых технологий

Использование квантовых технологий следующего поколения будет сопряжено со значительными проблемами интероперабельности, обусловленными главным образом различиями в темпах инвестиций и, учитывая потенциально значительные улучшения в области зондирования и связи, соображениями национальной безопасности.

4.3 Перспективы развития квантовых технологий

Следует отметить следующие направления исследований в области обороны и безопасности:

1. Зондирование: уровень развития квантовых технологий зондирования пока достаточно невысокий, однако, некоторые из содействующих этому технологий развиваются довольно быстро и могут быть доступны в среднесрочной перспективе для решения проблем сбора данных. Усовершенствованные датчики могут быть использованы для построения геореферентных карт гравитационных и магнитных аномалий по всему миру. Краткосрочные целевые инвестиции в гравитационные и магнитные датчики на базе квантовых технологий могут дать новые военные возможности для обследования туннелей, обнаружения магнитных аномалий и электромагнитного зондирования. В среднесрочной перспективе улучшенные квантовые датчики позволят использовать эти возможности в более сложных условиях проведения военных действий, например, в космосе. В долгосрочной перспективе использование распределенных сетей может сделать распределенные датчики в тысячи раз более точными, чем это доступно в настоящее время.

2. Позиционирование, навигация и синхронизация: существует два принципиально различных подхода: один включает передачу и прием внешних сигналов, таких как GPS, а другой опирается на автономное восприятие движения, например, обеспечиваемое инерциальными системами. Ожидается, что квантовые технологии будут поддерживать сочетание сверхточных измерений времени со сверхточными измерениями ускорения и углового вращения, чтобы обеспечить сверхточную инерциальную навигацию и синхронизацию. Эти технологии на первом этапе будут внедряться через стоечные блоки (размером с настольный компьютер), пригодные для эксплуатации на более крупных мобильных военных системах, например на кораблях. При постоянных инвестициях в среднесрочной и долгосрочной перспективе ожидается, что системы уменьшатся в размерах, весе, мощности и стоимости и в конечном итоге обеспечат улучшенную навигацию, при значительно меньшей зависимости от внешних устройств.

3. Квантовое дистанционное зондирование: квантовое дистанционное зондирование, такое как квантовый радар, обладает потенциалом сделать стелс-технологии устаревшими, обеспечить более точную идентификацию целей и скрытое обнаружение и наблюдение. Квантовые датчики позволят проводить гораздо более точные и чувствительные измерения и использовать гораздо меньшую мощность для обнаружения и отслеживания небольших, незаметных целей.

4. Магнитное и гравитационное зондирование: точное измерение магнитного поля используется морскими патрульными самолетами для локализации подводных лодок с использованием датчиков магнитных аномалий. Современные датчики не подходят для использования на небольших беспилотных летательных аппаратах из-за ограничений по размеру, весу и мощности, но новые квантовые технологии могут обеспечить решение этой проблемы. Существуют также специальные технологии гравитационного зондирования, которые могут быть использованы, например, для обнаружения подземных сооружений (туннелей, бункеров) с летательных аппаратов.

5. Квантовые вычисления: исследования в области квантовых вычислений ведутся преимущественно в коммерческих интересах. В то время как специальные квантовые вычислительные устройства могут быть доступны в среднесрочной перспективе, разработка подлинного универсального квантового компьютера общего назначения, применимого к проблемам НАТО, вероятно, еще далека от того, чтобы быть доступной (временной горизонт в 15-50 лет). В среднесрочной перспективе разработка новых квантово-оптимизированных алгоритмов возможна только для ограниченных задач Аналитики больших данных.

6. Квантовая связь: это важная область исследований, которой движут как коммерческие интересы, так и интересы разведки. В краткосрочной перспективе с помощью квантовых технологий можно будет обнаруживать подслушивающее устройство на канале связи. Дальнейшее развитие квантового распределения ключей и квантового шифрования обеспечит Альянс превосходными возможностями шифрования. В среднесрочной перспективе инвестиции должны быть сосредоточены на оптической квантовой связи для защиты от подслушивания и в качестве защиты от помех. В долгосрочной перспективе следует разработать глобальную распределенную квантовую систему для поддержки защищенной связи.

7. Материалы: квантовое моделирование позволит прогнозировать характеристики материалов, что можно использовать для проектирования новых материалов с определенными желательными физическими свойствами, такими как сверхтвердая броня, сверхпроводимость, устойчивость к высоким температурам и т. д.

Квантовые явления лежат в основе многих современных технологий, включая транзисторы, ядерную энергию, электронные микроскопы, сверхпроводимость, фотоэлектрические детекторы, медицинскую визуализацию, лазеры и твердотельные устройства. В последние десять лет квантовые технологии использовались для разработки перспективных технологий. Эти разработки следующего поколения включают в себя: сверхчувствительные датчики; невероятно точные часы; невзламываемое шифрование и связь; и квантовые вычисления.

Хотя новые квантовые технологии обладают потенциалом революционного воздействия на операции НАТО, большинство из них находятся на ранних стадиях развития, и перед разработкой оперативных систем стоят серьезные технические задачи. Горизонт развития квантовых вычислений - 15-20 лет, хотя реализация их в бизнесе без должной научной проработки возможна уже через 5-10 лет.

Использование сверхчувствительных гравиметрических, магнитных или акустических датчиков значительно повысит эффективность подводных боевых средств, потенциально делая океаны прозрачными. Квантовый радар обеспечит более точную идентификацию целей и скрытое обнаружение и наблюдение. Точные часы позволят разработать системы позиционирования, навигации и хронометража для использования в труднодоступных районах (например, подо льдом). Невзламываемое шифрование будет поддерживать существенно более надежную и безопасную связь. Квантовые вычисления - потенциально наиболее прорывная квантовая технология из всех - позволит решить многие задачи в сфере Аналитики больших данных, ИИ и моделирования. Достигнутое с помощью этой технологии преимущество потенциально может значительно повысить эффективность принятия решений и оперативную эффективность сил НАТО, а также создать принципиально новые методы шифрования.

Для развития технологии необходимо добиться интероперабельности, обеспечить стандартизацию квантового шифрования и протоколов связи.

В таблице 4. представлены области перспективных исследований квантовых технологий, оценка их потенциального воздействия на сферу обороны и безопасности, технологический уровень и ожидаемые сроки массового распространения.

Таблица 4 Области перспективных исследований квантовых технологий

5. Космические технологии

Обычно считается, что космос начинается на высоте 90-100 км над уровнем моря. Космические технологии предназначены для работы в особых условиях, включающих: свободу действий, глобальное поле обзора, скорость, свободу доступа; почти вакуум; микрогравитацию; изоляцию; и экстремальные условия (температура, вибрация, звук и давление).

НАТО сильно зависит от космических возможностей для проведения миссий оперативно и эффективно. Для этого необходим доступ к ракетам-носителям, платформам (спутникам), датчикам. НАТО определила 5 основных космических потенциалов (Таблица 5)

Таблица 5

Малые космические аппараты массой менее 500 кг, вращающиеся на низкой околоземной орбите, могут быть использованы для научных, коммерческих и государственных, а также военных целей.

Особая категория модульных малых спутников (кубсатов) имеет объём не более нескольких литров и массу в несколько килограммов. Эти спутники значительно дешевле, чем более крупные платформы, и могут быть запущены быстро и с меньшими затратами. Кроме того, малые спутники позволяют развертывать их группировки для выполнения задач с повышенным разрешением, цикличностью и более высокой производительностью. Следовательно, малые космические аппараты могут обеспечивать боевые возможности, адаптированные к конкретным оперативным потребностям. В контексте НАТО малые космические аппараты могли бы поддерживать три стратегических потенциала НАТО:

1) стратегическое информационное доминирование;

2) надежную, безопасную связь;

3) повышение ситуационной осведомленности.

В технологическом плане малые космические аппараты значительно продвинулись за последнее десятилетие. Этому способствовала коммерциализация услуг по запуску малых спутников. В некоторых случаях малые спутники расширяют возможности обычных более крупных космических аппаратов, например, решают менее сложные задачи или поддерживают ретрансляторы связи. Малые спутники также быстро становятся жизнеспособными платформами для выполнения конкретных военных задач. Они могут выполнять обычные или специализированные функции, работать индивидуально, в созвездиях или автономно в роях для миссий более высокой сложности. Технические разработки в данной сфере направлены на создание крупных созвездий (сетей), функциональное разделение и контроль, повышение надежности и отказоустойчивости за счет снижения сложности, на обеспечение быстрой сборки, интеграции и верификации для сокращения времени и затрат на запуск, на разработку инновационных двигательных установок, на интеграцию в космические операции и др. Спутники являются полностью автономными или полуавтономными, поэтому зависят от разработок в области автономии транспортных средств.

Более широкое использование робототехники в космосе также способствует восстановлению, дозаправке и ремонту спутников на орбите. Хотя эта технология еще только зарождается, в течение следующих десяти лет она значительно сократит затраты на эксплуатацию и увеличит долговечность. Поскольку спутники выполняют задачи связи и наблюдения, то их развитие связано также с разработками специализированных датчиков (электрооптических/инфракрасных), в частности для поддержки противоракетной обороны, новых радаров (работающие на частотах выше 100 ГГц, пассивные когерентные радары и т.п.), новых систем связи.

Широкий спектр других связанных с космосом технологий окажет непосредственное влияние на будущие космические операции НАТО. К числу наиболее важных относятся: Аналитика больших данных и ИИ для обработки возрастающего объема космических данных, цифровая реальность (виртуальная, смешанная и др.) для поддержки космических операций и подготовки кадров, высокоскоростная оптическая связь, улучшенная киберзащита для предотвращения несанкционированного использования или переориентации спутников или их созвездий, а также моделирование и имитация, повышающие осведомленность о космической ситуации.

Космос становится все более коммерчески привлекательным. В настоящее время на орбите находится 2000 спутников. Ожидается, что к 2030 году их число увеличится в пять раз, уже в 2025 году ожидается запуск 1100 спутников в год (почти в четыре раза больше, чем в 2018 году). К 2040 году мировая космическая отрасль, по прогнозам, вырастет с $350 млрд. (США) до $1 - 2,7 трлн.

Рост космической отрасли повышает уровень угроз. Недавние действия российских операторов космических аппаратов, а также китайские и индийские противоспутниковые мероприятия вызывают серьезную озабоченность. К этому добавляются угрозы кибератак на космическую инфраструктуру, а также угрозы захвата существующих спутников, использования прямого энергетического оружия для ослепления спутниковых систем или более традиционного глушения спутниковой связи и управления. Технологии роботизированного обслуживания на орбите, вероятно, откроют двери для разработки нового оружия, такого как паразитные микроспутники, предназначенные для захвата, глушения, изменения назначения, уничтожения или скрытого мониторинга спутниковой активности. Таким образом, страны Альянса будут испытывать растущую потребность в создании устойчивых спутников, способных защитить себя (пассивно или активно) от таких угроз.

5.1 Возможности использования космических технологий для вооруженных сил Альянса

Малые космические аппараты поддерживают множество различных военных возможностей, поскольку они могут выполнять военные миссии, которые когда-то могли выполнять только большие космические аппараты. Сегодня малые спутники различного размера и степени автономности уже используются для сбора данных, используя преимущества очень короткого времени запуска и гибкого позиционирования. Более широкое использование малых космических аппаратов с новыми маломощными пассивными и активными датчиками повысит оперативную информированность.

Микроволновая фотоника может сильно повлиять на космические функциональные возможности и производительность высокочастотных радаров. Интеграция фотоники может помочь в уменьшении размера и веса, а также в повышении надежности (нечувствительность к электромагнитным помехам).

Увеличение дальности обнаружения наземных базовых радаров, дополненное космическими приемниками, позволит получать в реальном времени распознаваемую воздушную картинку на гораздо более широкой территории над нейтральной территорией и территорией противника. Это позволит получить углубленное представление о деятельности на широкой территории и обеспечить обнаружение, точное отслеживание и идентификацию целей с использованием передатчиков противника или нейтральной страны. Преимуществом такого подхода станет возможность более полного обнаружения и сопровождения пусков гиперзвуковых ракет.

Квантовые технологии будут использоваться для зондирования, в частности, обнаружения погруженных под воду или скрытых объектов противника. Улучшенная визуализация позволит более быстро и точно идентифицировать угрозы. Квантовые технологии обеспечат защищенную связь, но есть несколько проблем, которые необходимо преодолеть в отношении расстояния и размера сети. Оперативное выявление вторжений может оказать существенную помощь киберразведке.

Терагерцовые датчики будут поддерживать экзо-атмосферное зондирование с высоким разрешением. Возможности перехвата и контрмер в этом спектре не позволят другим субъектам использовать такие возможности против НАТО.

Борьба с космическим мусором, спутниками-охотниками-убийцами, перегруженными орбитами, коммерческой космической разведкой, мега-созвездиями, космической погодой и возросшей деятельностью человека в космосе - все это потребует повышения осведомленности о космической ситуации.

5.2 Риски для вооруженных сил Альянса

Поскольку малые космические аппараты могут разрабатываться в короткие сроки и с приемлемыми бюджетами, они также могут использоваться в качестве угрозы космическим средствам НАТО. Главным ограничением будет размещение малых космических аппаратов на соответствующих орбитах, требующих наличия ракет-носителей, которыми сегодня владеет лишь небольшое число стран. Однако пусковые мощности могут быть получены из России, Китая или развивающихся коммерческих компаний. Стремительное падение цен на космические запуски и растущая миниатюризация значительно расширят доступ к космосу, в т.ч. для криминальных или асимметричных угроз.

Применение микроволновой фотоники в беспроводных системах связи и распределенных сенсорных сетях сделает эту технологию доступной во всем мире. Такая доступность позволит противнику создавать все более мелкие и функциональные спутники и их созвездия.

Государства-противники получат возможность скрытого обнаружения и отслеживания деятельности сил НАТО на больших расстояниях.

Особую озабоченность вызывает возможность того, что противник сможет легче обнаруживать скрытые объекты с помощью космических терагерцовых датчиков.

Риски от противоспутникового оружия или роботизированных паразитных систем станут более существенными. Все более перегруженные орбиты, все более широкое использование крупных созвездий малых космических аппаратов и растущий объем космического мусора, загрязняющего околоземную среду, скажутся на эффективности и надежности космических систем.

5.3 Проблемы функциональной совместимости космических технологий

На сегодняшний день НАТО не владеет непосредственно спутниками, а использует те, которые принадлежат странам Альянса, использует полученную из космоса информацию и спутниковые коммуникационные сети. Таким образом, могут возникать проблемы в связи с доступом к строго засекреченной космической информации, оперативным использованием коммерческих сетей связи, обменом опытом, политикой использования данных, собираемых коммерческими датчиками, и возможностями Альянса запрашивать у государств сбор данных в определенных целях. Общие интересы и готовность к совместной работе характерны для международной деятельности в космосе, в том числе с участием НАТО, и такая координация и сотрудничество будут иметь особое значение для обеспечения оперативного использования и долгосрочной полезности космоса для целей НАТО.

5.4 Перспективы развития космических технологий

1. Микроволновая фотоника: продолжение исследований позволит повысить производительность систем и поддержать дальнейшую миниатюризацию.

2. Миниатюризация: множество малых спутников уже используются в военных операциях во всех областях. Однако эти системы все еще имеют технические ограничения. Чтобы полностью покрыть военные потребности, необходимо провести дополнительные исследования по маломощным двигателям, автономности и управлению спутниками, чтобы обеспечить возможность роения малых спутников следующего поколения или корректировки орбиты конкретной миссии.

3. Автономия: необходимо продолжать исследования для расширения автономных возможностей на орбите. Эти разработки включают в себя расширение возможностей бортового ИИ и обработки данных, совершенствование средств накопления энергии, более эффективные технологии подруливающих и двигательных установок, а также усовершенствованную робототехнику.

4. Пассивные когерентные локационные радары: исследования в настоящее время находятся на уровне теоретических рассуждений и моделирования. Отдельные полевые испытания показывают способность пассивных радаров отслеживать быстрые объекты, такие как ракеты. Предполагается, что эта технология достигнет уровня прототипа в течение следующих пяти лет и уровня готовности в течение 20-летнего периода времени.

5. Квантовые технологии: в течение 5-15 лет высокоточные навигационные системы, квантовые тепловизоры и датчики могут достичь уровня готовности.

6. Терагерцовые датчики: через 10-20 лет компоненты, разработанные первоначально для автомобильных систем и систем связи, будут доступны для космических систем, что позволит получать изображения космических объектов с радиолокационным сечением около 0,1 м² с разрешением более сантиметра на дальности 50 км.

7. Устойчивость: необходимо будет развивать и поддерживать устойчивые космические активы и сети. Следует изучить новые методы быстрого недорогостоящего тактического запуска, повышения осведомленности о космической ситуации (включая космическую погоду), усиление защиты спутников (новые материалы, живучесть и кибернетика) и активного/пассивного противодействия атакам.

Человечество эффективно использует космос уже более 60 лет. Однако появились две взаимосвязанные тенденции, которые приводят к взрывному росту использования космоса и космических средств. Во-первых, мировая коммерческая космическая индустрия стала играть ведущую роль не только в разработке спутников, но и во все большей степени в области датчиков, связи и запуска. Эта тенденция привела к резкому снижению затрат на запуск, появлению новых вариантов развертывания космических средств и коммерческой доступности высококачественной космической информации практически в режиме реального времени. Во-вторых, новые технологии и методы производства изменили характер, доступность и стоимость космических спутников. Такие технологии включают в себя новые двигатели, бортовой ИИ, передовую робототехнику, дистанционное обслуживание спутников на орбите, миниатюризацию систем (что позволяет использовать меньшие и более дешевые спутники), усовершенствованные и новые датчики, 3D-печать, улучшенное хранение энергии и эффективность, а также технологии шифрования следующего поколения. В результате космическое пространство становится все более коммерческим, перегруженным и конкурентным.

Использование космического пространства для зондирования, навигации и обороны является центральным элементом многих существующих возможностей НАТО, и в конечном счете это основа, на которой НАТО построила технологическое преимущество. Это использование космоса и космических данных будет только увеличиваться в течение следующих 20 лет. В сочетании с Аналитикой больших данных и ИИ это может значительно улучшить оперативную информированность на всех уровнях, оценку ситуации в реальном времени и повысить качестве систем наведения. Однако по мере того, как Альянс все больше будет полагаться на эти возможности, риски от противоспутниковых или роботизированных паразитных систем будут становиться все более существенными. Также негативно влиять на надежность космических систем будет перегруженность космического пространства. Правовые и политические проблемы включают конфликты между коммерческим, академическим и военным использованием, управление глобальным (космическим) достоянием и потенциал для усиления милитаризации космоса.

В таблице 6 представлены: области перспективных исследований в области космических технологий, оценка их потенциального воздействия на сферу обороны и безопасности, технологический уровень и ожидаемые сроки массового распространения.

Таблица 6 Области перспективных исследований космических технологий

6. Гиперзвуковые (оружейные) системы

Усовершенствованные системы гиперзвукового вооружения (ракеты, транспортные средства и др.) работают на скоростях, превышающих 6125 км/ч. При такой скорости диссоциация воздуха становится значительной, и возрастающие тепловые нагрузки представляют чрезвычайную угрозу для транспортного средства. Гиперзвуковые фазы полета происходят во время возвращения из космоса в атмосферу или во время атмосферного полета с помощью ракетного, гиперзвукового или комбинированного двигателя. Системы такого рода могут основываться на кинетических эффектах или включать дополнительные боеголовки (ядерные или неядерные). Контрмеры против отдельных, залповых или роевых гиперзвуковых систем особенно сложны из-за их скорости и маневренности. Потенциальные области применения включают быстрый, дальний удар по целям, противоракетную оборону, спутники и многоразовые космические транспортные средства.

Разработки в области гиперзвуковых систем прошли несколько стадий за последние 60 лет, на последней из которых появились возможности их оперативного применения.

Гиперзвуковое оружие бывает трех типов:

1) Космопланы (глайдеры): гиперзвуковые планирующие аппараты используют баллистический запуск ракетой, но планируют и маневрируют без питания на гиперзвуковых скоростях в атмосфере. Эти аппараты обычно летают на высотах от 40 до 100 км, достигая скорости до 25 Маха;

2) Крылатые ракеты: гиперзвуковые крылатые ракеты обычно запускаются с воздуха и приводятся в действие гиперзвуковыми двигателями, которые используют тягу, создаваемую сжатым воздухом, движущимся с гиперзвуковой скоростью, смешанным с топливом, а затем воспламеняемым. В результате им требуются ракеты для вспомогательного взлета или запуска, чтобы разогнать гиперзвуковую ракету до 3 или 4 Маха, где начинает работать гиперзвуковой двигателе. Гиперзвуковые крылатые ракеты обычно летают на высотах 20-30 км;

3) Гиперзвуковые летательные аппараты: летательные аппараты с человеческим экипажем или беспилотники, которые обычно используются в ударных или разведывательных целях.

Баллистические ракеты достигают аналогичных скоростей, но обычно следуют по предписанной (т. е. баллистической) траектории полета после исчерпания запасов топлива. В результате они исключаются из этой оценки. Аналогичным образом, рельсовые пушки, которые стреляют гиперскоростными снарядами, также исключены, поскольку они обычно используют неманевренные снаряды и электромагнитный импульсный запуск.

Исследования, направленные на разработку новых конструкций двигателей и режимов их работы, будут иметь решающее значение для более широкого развития гиперзвуковых возможностей. В частности, разработка двухрежимных двигателей, обеспечивающих переход от экономичной работы турбины к прямоточному воздушно-реактивному режиму, обеспечит существенное продвижение в использовании гиперзвуковых средств для дальних ударов, а также позволит существенно снизить стоимость полетов на орбиту.

Экспериментальные разработки в данной области смогут проводить только страны с высокоразвитым научно-исследовательским потенциалом и готовые нести очень высокие издержки. Так, США ежегодно тратят 1 миллиард долларов на эти цели. В настоящее время США, Россия и Китай являются лидерами в области исследований и разработок в области применения военных гиперзвуковых аппаратов. При этом Китай демонстрирует значительное научно-техническое лидерство во многих аспектах гиперзвукового полета. Что еще более важно, Китай и Россия объявили об успешных испытаниях и разработках, в то время как США выразили опасения по поводу потери своего технологического превосходства в этой области.

Рисунок 3. Количество научных публикаций [Figure F.5, p. 81]

В последние годы многие другие страны, такие как Великобритания, Франция, Япония и Австралия инициировали новые программы гиперзвуковых исследований. Ожидается, что к 2030-м годам гиперзвуковые ракетные технологии выйдут за рамки доставки боеголовок и будут включать гиперзвуковые разведывательные полеты. Это актуализирует разработку контрмер. Использование перехватчиков, радиоэлектронных средств противодействия, лазеров и других систем направленной энергии (например, высокочастотного оружия большой мощности) предлагает некоторые варианты противодействия гиперзвуковым угрозам. Современные разработки гиперзвуковых систем можно считать революционными в немалой степени в силу отсутствия контрмер. В то же время, гиперзвуковое оружие не является экзистенциальной угрозой, учитывая значительные технические проблемы, возникающие при работе на таких высоких скоростях.

Гиперзвуковые аппараты могут использоваться в разведывательных целях или для быстрого дальнего удара гиперзвуковой крылатой ракетой. Их применение, скорее всего, будет стратегическим, а не тактическим, и только в отношении особо значимых целей в силу своей высокой стоимости.

Такие высокие скорости позволяют быстро наносить удары по критически важным целям с безопасных дистанций противостояния, удерживая стартовую платформу далеко за пределами районов военных действий. Кроме того, экстремальная скорость гиперзвуковых систем делает кинетический перехват очень трудным. Самодвижущиеся гиперзвуковые аппараты будут летать на очень большой высоте со скоростью около 6-8 Маха и с ограниченной маневренностью. Это создает значительные проблемы для контрмер и перехвата. Крылатые ракеты могут использоваться в качестве боеголовок баллистической ракеты, обладающей преимуществом маневренной способности для точного наведения и пробития обороны. Эти аппараты будут развивать более высокую гиперзвуковую скорость (>10 Маха), но в течение более короткого периода времени.

Дальняя разведка, наблюдение, рекогносцировка - это еще одно потенциальное применение. Хотя пилотируемые системы возможны, гиперзвуковой беспилотник будет более эффективным, чем разведывательные спутники с возможностью доставки оружия.