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

Гиперзвуковые ракеты могут также использоваться в оборонных целях, для перехвата крылатых ракет. Гиперзвуковой полет возможен также для многоразовых космических транспортных средств, например современного космического самолета ВВС США X-37.

6.1 Возможности использования гиперзвуковых (оружейных) систем для вооруженных сил Альянса

Использование гиперзвуковых систем позволит быстро и с высокой точностью наносить кинетический удар. В рое или залпе это позволило бы увеличить кинетическую вероятность поражения важных целей. Гиперзвуковые ракеты, в частности, обеспечивают значительные возможности для преодоления ПВО противника за счет высокой скорости, маневренности и рабочих высот между боевыми пространствами традиционных систем ПВО и баллистических ракет.

Противостоять гиперзвуковым системам трудно в силу их природы (скорость и маневренность). Силам НАТО необходимы новые оборонительные комплексы, способные поражать такие цели массово и устойчиво. Они, скорее всего, будут электромагнитными (направленная энергия, гиперзвуковые рельсовые пушки, помехи, ракеты космического базирования и др.).

Гиперзвуковые самолеты будут поддерживать возможности Альянса в пост-стелс-операционной среде, обеспечивая технологическое преимущество. Такие системы могут обеспечить быстрое развертывание специальных сил или материалов по всему миру в течение нескольких часов.

Самодвижующиеся гиперзвуковые аппараты будут использоваться для высотного быстрого сбора разведданных, в качестве альтернативы спутникам или беспилотным летательным аппаратам.

6.2 Риски для вооруженных сил Альянса

На протяжении 20-летнего горизонта гиперзвуковые оружейные системы будут оставаться областью, которая развивается только теми противниками, потенциал которых близок к потенциалу НАТО, что связано со сложностью технических проблем и высокими затратами на их создание. Повышенные ударные возможности, более эффективные оборонительные контрмеры и гиперзвуковые самолеты бросят вызов операциям Альянса. В частности, возможность нанесения неядерного (кинетического) удара по стратегическим и оперативным особо важным целям значительно сократит время для принятия стратегических и оперативных решений, что может привести к серьезной дестабилизации. Как Китай, так и Россия продемонстрировали передовые программы гиперзвуковых систем, хотя их истинный эксплуатационный статус является предметом дискуссий. В России на вооружение поступили ракетные комплексы «Циркон» и «Авангард», гиперзвуковая ракета воздушного базирования «Кинжал». Китайская разработка гиперзвуковых планирующих аппаратов завершилась оперативным развертыванием (по состоянию на 2019 год) DF-17 и разработкой противокорабельных ракет.

6.3 Проблемы совместимости гиперзвуковых (оружейных) систем

Учитывая высокую стоимость разработок, гиперзвуковые системы будут оставаться под контролем федерального центра. Гиперзвуковые оборонительные системы могут создавать некоторые проблемы совместимости, но они, как ожидается, могут быть согласованы с развертыванием обычных систем. Более критичным будет несоответствие возможностей (наступательных и оборонительных) внутри Альянса, а также проблемы, связанные с комплексным тактическим предупреждением и оценкой угроз.

6.4 Перспективы развития гиперзвуковых (оружейных) систем

За последние 70 лет гиперзвуковые исследования прошли несколько стадий своего развития. Последние достижения в области материалов, двигателей, систем наведения и управления обеспечили новые подходы к решению многих существенных проблем. Будущие исследования должны быть сосредоточены, в частности, на следующем:

1. Платформы: новые теплостойкие материалы, новые режимы движения, миниатюризация, снижение веса, моделирование и имитация, новые конструкции транспортных средств, гиперзвуковая тяга, стелс-материалы и дизайн, автономное поведение (ИИ и рои), а также усовершенствованное управление полетом. Это направление включает:

- Материалы: температура поверхности гиперзвуковых систем может достигать более 1000 °C., следовательно, потребуется разработка новых прочных и термостойких материалов;

- Двигатели: двигатели должны быть дополнительно усовершенствованы, включая повышение надежности, эффективности и возможности альтернативного запуска;

- Управление: динамика полета на гиперзвуковых скоростях осложняется необычными характеристиками воздушного потока, что требует совершенствования моделирования (например, на основе вычислительной гидродинамики). Это, в свою очередь, позволит проводить исследования в области систем управления и наведения, что особенно важно для повышения точности, совершенствования контроля и автономного поведения.

2. Оборонительные контрмеры: противодействие гиперзвуковым угрозам будет необходимо, но его обеспечение имеет неясные перспективы в связи с высокими скоростями, маневренностью и эксплуатационными высотами гиперзвуковых вооружений. Это направление включает:

- Датчики и слежение: противодействие гиперзвуковым летательным аппаратам потребует улучшенных наземных и космических датчиков для обнаружения, идентификации и слежения, а также улучшенной навигации и управления для обеспечения успешных перехватов. Необходимо совершенствовать Аналитику данных и автономные функции для обеспечения быстрого принятия решений;

- Жесткие методы противодействия (Hard Kill): разработка новых анти-гиперзвуковых ракет или сверхскоростных снарядов, пригодных для противодействия гиперзвуку, будет представлять собой серьезную технологическую проблему. Направленное энергетическое оружие также может обеспечить возможность поражения, но сама природа гиперзвуковых аппаратов сделает это сложной задачей;

- Мягкие методы противодействия (Soft Kill): использование кибероружия, направленного энергетического оружия, радиоэлектронной бомбы и ложных целей в качестве средства противодействия гиперзвуковым системам вооружения.

Новые материалы и двигатели дали в последнее время импульс разработке гиперзвуковых аппаратов и значительно повысили вероятность их широкого применения. Китай, Россия, США, Великобритания, Франция, Индия, Япония и Австралия открыто приступили к исследованиям и испытаниям гиперзвуковых систем. Эти системы являются стратегически прорывными, учитывая их скорость, сложность разработки контрмер и угрозы, которые они представляют для особо значимых целей. Для НАТО гиперзвуковые возможности обеспечат повышенную эффективность в отношении приоритетных наземных и морских целей. Из-за высоких скоростей эти виды вооружений могут использоваться без боеголовок за счет их массы и кинетической энергии, что упрощает конструкцию оружия. Такие скорости повышают вероятность успешного удара и снижают вероятность перехвата. Ожидается, что американские системы будут введены в эксплуатацию к 2025 году, а гиперзвуковые беспилотники - к 2035 году. Китай, и Россия продемонстрировали передовые сверхзвуковые программы и ограниченное применение гиперзвукового оружия.

Гиперзвуковое оружие создает значительные проблемы для стратегий и технологий оборонительных контрмер. Эта проблема особенно остра из-за скорости и возможности больших роев. Контрмеры, использующие мягкие методы противодействия (например, глушение, обман и т.д.) могут быть полезными в некоторой степени. Более эффективными могут быть жесткие меры противодействия такие, как направленное энергетическое оружие (высокоэнергетические лазеры или пучки частиц) или космические перехватчики. Эти системы необходимо будет усовершенствовать и ввести в действие в рамках соответствующих политических и правовых ограничений, если в течение следующих десяти лет будут развернуты эффективные оборонительные контрмеры.

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

Таблица 6 Области перспективных исследований гиперзвуковых (оружейных) систем

Технологическая область	Воздействие	Общественное восприятие (в соответствии с циклом Гартнера)	Уровень готовности технологий	Временной горизонт
Платформы и двигатели	Высокое	Триггер (начальная стадия)	Проверка опытных образцов в реальных условиях (TRL 5)	2025 г.
Контрмеры	Высокое	Триггер (начальная стадия)	Аналитическое и экспериментальное доказательство концепции (TRL 3)	2030 г.

7. Биотехнологии и совершенствование человека

Биотехнологии используют организмы, ткани, клетки или молекулярные компоненты, полученные из живых существ, для воздействия на живые существа или действуют путем вмешательства в работу клеток или молекулярных компонентов клеток, включая их генетический материал. Технологии улучшения здоровья человека - это биомедицинские вмешательства, которые используются для улучшения внешней формы человека или функционирования его организма сверх того, что необходимо для восстановления или поддержания здоровья. Эти технологии позволяют усиливать физиологические, когнитивные или социальные функции.

Технологии биоинженерии и улучшения человека состоят из четырех основных областей (с существенным дублированием и синергией между ними):

1) биоинформатика и биосенсоры: датчики in vitro/ex vitro, медицинская визуализация, квантовая биология, прикладная Аналитика больших данных;

2) аугментация органов и тканей человека: смешанная реальность, виртуальная реальность, социальные сети, робототехника, искусственный интеллект, протезирование, экзоскелеты, нейро-электроника, реабилитация, нейробиология, робототехника, теле-операции, когнитивная производительность, вычислительная техника, доверенная автономия, перцептивные улучшения;

3) медицинские способы лечения и биомедицинские технологии: химико-биологические и радиологические ядерные способы выявления и лечения болезней, персонализированная медицина, биомаркеры, биоинженерия, пищевые добавки, физиология, физическая устойчивость, стрессоустойчивость;

4) синтетическая биология: генная инженерия, секвенирование ДНК, биопроизводство, модифицированный микробиом, живые сенсоры.

Достижения в области материалов, информационных систем и гуманитарных наук закладывают основу для значительного расширения человеческих возможностей, расширяя границы физиологических, когнитивных и социальных возможностей человека. Разработки в этих областях обеспечиваются быстрыми параллельными разработками в области робототехники и автономных систем, ИИ, Аналитики больших данных, миниатюризации и инновационных материалов/производства. В результате разработки биоинженерии и улучшения человека продвигаются с захватывающей скоростью, движимые научными прорывами, значительными национальными инвестициями и растущим коммерческим интересом. Ограничения их развития связаны с необходимостью проведения базовых исследований, а также с этическими, правовыми и политическими соображениями. В частности, существуют серьезные проблемы, связанные с использованием генной инженерии, персональных биологических данных, с использованием фармакологических усовершенствований и этическим тестированием новых терапевтических средств и методов лечения.

Биоинформатика и связанная с ней область вычислительной биологии связаны с хранением, поиском, организацией и анализом биологических данных, в частности данных человека. Обработка таких больших объемов данных, доступных для использования и оценки (часто в режиме реального времени), позволила значительно лучше понять биологическое, биохимическое, физиологическое, когнитивное и социальное поведение. В свою очередь, это поддержало новые технологические разработки в медицине, генетике и биологии. Особенно за последние 15 лет биоинформатика трансформировала биологические науки до такой степени, что появилась новая теоретическая биология, где модели могут быть оценены экспериментальной биологией, по аналогии с взаимодействием между теоретической и экспериментальной физикой. Значительный вклад в этот взрыв данных внесли разработки в области биодатчиков - приборов, которые измеряют биологические и биохимические процессы и преобразуют их в электрический сигнал. Они могут быть использованы для многих целей. Например, нанодатчики, встроенные в интеллектуальную одежду для обнаружения химических, биологических, радиологических и ядерных агентов, мониторинг лечения, татуировки для мониторинга физиологического или когнитивного стресса или датчики для биомедицинских исследований.

Прогресс и технологическая конвергенция различных наук позволяют разрабатывать новые более дешевые, компактные и надежные биодатчики. Научно-техническое развитие в области биоинформатики и биодатчиков в военных целях будет способствовать прогнозированию ухода за боевыми ранеными и их диагностике, оперативной готовности военных и оценке воздействия химических, биологических, радиологических и ядерных агентов.

Террористические угрозы и военные конфликты стимулировали исследования в области новых датчиков для обнаружения взрывчатых веществ и боевых отравляющих веществ. Фокус современных исследований в области биодатчиков выходит далеко за рамки материалов, он включает в себя способность принимать решения и действовать - интеллектуальное зондирование. Исследования в этой области включают применение: конструкции сенсорных материалов с использованием углеродных нанотрубок, полимерных нанопроводов и пористого кремния; машинное обучение и молекулярные вычисления на основе ДНК для интеллектуальных функций биосенсоров; а также биоэлектронику и нейроэлектронику. Усовершенствованная биоинформатика и биодатчики в сочетании с передовыми методами сбора данных и прогнозной аналитикой улучшат качеств мониторинга за состоянием здоровья военнослужащих, что повысит оперативную готовность и качество профессиональной подготовки посредством прогнозирования и упреждающего реагирования на экологические или индивидуальные проблемы.

Аугментация и усиление человека включают различные области человеческой деятельности - физиологическую, когнитивную и социальную, а также использование роботизированных экзоскелетов, интеллектуальных тканей, лекарств и бесшовных человеко-машинных интерфейсов. Развитие новых технологий аугментации (физических, фармакологических, неврологических или социальных) может существенно изменить возможности отдельного солдата, моряка или летчика и создавать интегрированные человеко-машинные симбионты с беспрецедентными возможностями, например:

- Усиление зрения с помощью имплантатов, очков или контактных линз. Эти визуальные усовершенствования будут обеспечивать обмен данными с командованием, улучшение идентификации целей, расширение видения за пределы видимого спектра;

- Запрограммированный мышечный контроль через опто-генетическую сенсорную сеть;

- Усиление слуха для связи и защиты;

- Прямое нейронное усиление человеческого мозга для двусторонней передачи данных.

Первые три технологии будут широко доступны в течение следующих 20 лет. Последняя потенциально является наиболее прорывной, но вряд ли станет широко доступной до 2050 года. Тем не менее, развитие прямых нейронно-кремниевых соединений, поддерживающих двунаправленную передачу данных, является реальной возможностью.

Учитывая последние достижения в понимании неврологических компонентов мозга и когнитивной архитектуры, нейроэлектронные компоненты, способные эффективно реализовывать мозгоподобные алгоритмы и взаимодействовать непосредственно с биологическим программным обеспечением, открывают возможности для новых технологических возможностей, которые могут существенно повлиять как на гражданскую, так и на военную сферу. Высокоскоростные и маломощные нейроморфные электронные компоненты позволяют создавать автономные системы и гетерогенные компьютерные архитектуры, включающие эти устройства. Такие системы позволят решать задачи, которые не доступны сегодня машинам, но легко решаются человеческим мозгом, такие как обширный гетерогенный анализ данных и обработка визуальных сцен. Сопряжение этих устройств с биологическими системами позволит предложить новые методы лечения неврологических заболеваний и улучшить механизмы взаимодействия между мозгом и электронными устройствами для лучшего контроля протезов.

Широкое внедрение экзоскелетов в коммерческих секторах, вероятно, останется весьма ограниченным в краткосрочной перспективе из-за их высокой стоимости (более 25 000 долларов за костюм). Тем не менее, в таких областях, как логистика, строительство и производство, чтобы облегчить нагрузку на работников, повысить эффективность и снизить травматизм они будут использоваться. Прогнозируется, что к 2025 году рынок экзоскелетов составит 1,8 млрд. долларов США, по сравнению с 68 млн. долларов США в 2014 году.

Вооруженные силы США и других стран продвигаются вперед в разработке и исследовании операционной эффективности экзоскелетов на театре военных действий.

Другие методы аугментации человека включают разработку новых физиологических и фармакологических когнитивных улучшений. Прямая стимуляция периферических нервов и другие неинвазивные методы также могут быть использованы для повышения синаптической пластичности для улучшения когнитивных функций, для быстрой подготовки военнослужащих к решению сложных задачах. Существующие технологии продемонстрировали способность улучшать индивидуальные физические и когнитивные показатели выше стандартного уровня в ключевых областях, имеющих центральное значение для вооруженных сил: сила, сосредоточенность, внимание, обучение и устойчивость к усталости.

Смешанная реальность - это технология создания новых цифровых или искусственных реальностей, где физические и цифровые объекты сосуществуют и взаимодействуют в реальном времени. Это головные дисплеи для пилотов и солдат для ситуационной осведомленности в режиме реального времени, цифровые кабины/окна, реалистичные учебные среды или предоставление помощи в выполнении работы без рук. Дополненная и виртуальная реальность - это подмножества смешанной реальности. Для получения такого опыта часто используются компьютерные имитационные модели. Эти технологии будут быстро развиваться в течение следующих 20 лет, но, прежде всего, будут ориентированы на коммерческий рынок.

Социальная сфера является важнейшим элементом человеческого существования, поэтому она также является объектом воздействия технологий в форме социальных сетей и средств массовой информации. Социальные медиа и сети помогли изменить социальный, экономический и политический мир за последние 15 лет. Ими пользуются 45% населения земного шара. Социальные сети приобрели огромную силу влиять на восприятие и поведение отдельных людей и обществ, поэтому они являются критически важными для обороны и безопасности НАТО. Это главная цель для операций в кибер-информационной сфере.

Рост глобальной информационной сети создает значительные трудности в понимании динамических информационных потоков внутри сети, а также связанных с ними проблем скорости, разнообразия и достоверности информации. Понимание динамики и распространения информации в рамках социальных сетей имеет особое значение для понимания информации, используемой в военных целях, и той роли, которую она играет в гибридной войне.

Биотехнологии имеют огромный потенциал для военной медицины. Помощь раненым может быть значительно улучшена за счет использования биоинформатики и биодатчиков, дистанционного мониторинга, молекулярной и клеточной биологии, ИИ для быстрой диагностики, новых материалов для лечения повреждений тканей и инфекций. Эти технологии способны значительно снизить смертность и заболеваемость в результате травм на поле боя, повысить эффективность последующей медицинской помощи и активизировать усилия по реабилитации.

Фундаментальные исследования также нацелены на понимание динамики сложных биологических систем, таких как человеческий биом, и разработку механизмов оценки и оптимального управления ими. Синтетическая биология включает в себя точные генетические манипуляции и инженерию организмов для научных исследований и разработки уникальных характеристик и возможностей, не замеченных в природе. Кроме того, синтетические биологические процессы могут дать новые органические молекулы, материалы или даже новые парадигмы биопроизводства. Синтетическая биология опирается на человеческую традицию генетических манипуляций, тем не менее она начала развиваться очень быстро из-за конвергенции молекулярной биологии, системной инженерии, информатики и других новых технических областей. Синтетическая биология - это не единая технология, а скорее интегрированная среда синергетических технологий, используемых в манипулировании последовательностями ДНК и эксплуатации полученных сложных молекул.

Биологическая инженерия - это развивающаяся область исследований, которая имеет значительные перспективы. Целью биологической инженерии является проектирование и конструирование многоклеточных биологических систем, включая использование искусственного интеллекта и генетического дизайна. Цель - создание биологических материалов с инженерными свойствами. Разработки в этой области включают специализированные биороботы для наноразмерного производства и живые биосенсоры.

Масштабы воздействия синтетической биологии на военную сферу пока не поддаются оценке, но нет сомнений в том, что эта технологическая область будет оказывать существенное воздействие везде, где она используется. Примерами практического применения синтетической биологии являются разработка новых макрофагов, растений, насекомых, вирусов, аккумуляторов и ксеноботов для наноразмерного производства.

Тем не менее, для того чтобы полностью реализовать гипотетический потенциал синтетической биологии, необходимо преодолеть множество технических барьеров, а также смягчить многие этические и институциональные ограничения.

Широкая глобальная осведомленность и распространение базовых стимулирующих технологий синтетической биологии в значительной степени препятствуют ее всеобъемлющему контролю. Можно ожидать, что потенциальные противники и экономические конкуренты будут иметь мало препятствий, если вообще будут, для ее использования в своих целях.

Биотехнологии, нанотехнологии и геномика стремительно развиваются в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Эти достижения в основном стимулируются частным сектором, но при необходимости могут быть легко перенесены в военный сектор.

7.1 Возможности использования биотехнологий для вооруженных сил Альянса

Использование биомаркеров для прогностической диагностики позволит заранее выявить медицинские проблемы или недостатки (например, мышечно-скелетные, психологические, иммунологические, физиологические или пищевые). Усовершенствованная диагностика и новые методы лечения приведут к повышению профессиональной готовности и эффективности вооруженных сил. Мониторинг состояния человека в режиме реального времени позволит оптимизировать индивидуальную и командную работу.

Носимые биомедицинские системы, которые обеспечивают возможность непрерывного мониторинга здоровья солдат, могут обеспечить знание о начале и развитии травмы. Информация о состоянии здоровья солдат на поле боя может принести большую пользу для оценки состояния сил. Силы, использующие биоинформатику, датчики и улучшающие технологии, могут достигать нужных результатов меньшими силами. Виртуальная реальность и нейронные интерфейсы будут способствовать значительному улучшению оперативной информированности и функционирования автономных систем. Смешанная реальность может быть использована для моделирования и имитации будущих миссий. Визуализация быстро генерируемых точных 3D-представлений физической среды (рельеф + здания + инфраструктура) из открытых источников и военных данных может дать реалистичное представление о местности будущих активных действий. Неврологические интерфейсы ускорят обмен информацией, повысят оперативную информированность и эффективность взаимодействия человека и машины.

Использование биомаркеров, биодатчиков и микрочипов позволит быстро диагностировать и реагировать на синтетические или природные патогены, химические вещества, а также в режиме реального времени контролировать варианты лечения. Использование биомаркеров, новых фармацевтических препаратов, генной терапии и биоинженерии резко повысит эффективность лечения и реабилитации раненых, особенно в таких областях, как посттравматический синдром и легкая черепно-мозговая травма.

Оптимизация работы каждого человека, будь то в когнитивной или физической областях, в дополнение к повышению сплоченности и эффективности команды, позволит силам Альянса быстрее принимать адекватные решения и эффективнее действовать с учетом потребностей ситуации. Нынешние и будущие достижения в области мониторинга физиологического и психологического состояния позволят максимизировать общую производительность человека. Преимущества включают в себя лучшую оценку руководством состояния вооруженных сил, повышение адаптации и эффективности учебных программ, а также качества мониторинга здоровья и безопасности. Мышечно-скелетная аугментация (например, экзоскелеты) увеличат «грузоподъемность» во время операций, сократят травмы и улучшат боевые характеристики.

Социальные сети поддерживают военную деятельность шестью ключевыми способами: сбор разведданных, таргетинг, кибероперации, командование и контроль, оборона и психологическая война (информирование и влияние). Сочетание данных из социальных сетей с другими данными и интеграция операций в социальных сетях в более широкие оперативные и стратегические действия станут важнейшим фактором успеха в противодействии гибридным и меметическим военным операциям.

7.2 Риски для вооруженных сил Альянса

Угрозы, связанные с биоинженерией и усилением человека, будут возрастать, в немалой степени благодаря демократизации связанных с ними технологий. Значимые этические, правовые и политические аспекты Альянса не разделяются равными или близкими ему по потенциалу противниками. Но еще большую угрозу несет их использование криминальными и иными подобными структурами. С глобализацией и увеличением темпов научных открытий появляется высокая вероятность того, что противник получит доступ к знаниям, необходимым для создания возможностей, аналогичных тем, что есть у НАТО. Это означает, что противник получит значительное преимущество, если технологии не будут ограничены этическими соображениями.

Новые патогены, биологические или химические агенты с явно сконструированными и целенаправленными эффектами (например, повышенная вирулентность, физическое, неврологическое или физиологическое воздействие, генетическая восприимчивость и др.), потенциально увеличат потери, снизят боевую эффективность и станут стратегическим вызовом для Альянса. Воздействие неизвестных биологических агентов поставит под сомнение способность медицинских и логистических систем справляться с ними, в то время как методы лечения могут представлять значительные проблемы для здоровья и безопасности.

Преступные и негосударственные субъекты все чаще будут иметь возможность разрабатывать недорогие фармакологические средства, используемые для срыва операций Альянса или дестабилизации Альянса посредством целенаправленных психосоциальных воздействий.

Биоинженерия позволит создать фармакологически, неврологически и физиологически усиленных солдат противника, которые во взаимодействии с автономными и полуавтономными системами будут значительным вызовом для вооруженных сил Альянса.

7.3 Проблемы функциональной совместимости биотехнологий

Ограничения в использовании биоинженерии и усиления человека будут связаны с различными правовыми, политическими, учебными, оперативными и этическими стандартами стран-участниц. Разработка стандартов для персональных биосенсоров, обработка биологических данных, обмен методами лечения, человеко-машинные интерфейсы (включая неврологические) и биомеханические системы будут иметь решающее значение для обеспечения эффективных операций и возможностей альянса в сфере биоинженерии.

7.4 Перспективы развития биотехнологий

Ожидается, что исследования биотехнологий в течение следующих 20 лет будут включать следующие направления:

- Биоинформатика и биодатчики: сбор, классификация, хранение, извлечение и анализ биологических и биохимических данных с использованием новых сенсорных технологий, ИИ и Аналитики больших данных. Достижения в этих технологиях позволят создать новые возможности выявления биомаркеров, а также обработки и использования огромных объемов персонализированных, разведывательных и экологических данных. В дополнение к повышению оперативной информированности это будет способствовать разработке все более сложных и прогностических моделей и имитаций, необходимых для клинических вмешательств, персонализированной медицины, индивидуального обучения, оценки естественных или искусственных биологических угроз.

- Медицинские методы и технологии: разработка новых методов диагностики, терапии и вакцин (с использованием биоинформатики, генной инженерии и биосенсоров) для прогностической диагностики, идентификации угроз, моделирования и лечения. При лечении раненых будут применяться достижения молекулярной и клеточной биологии, ИИ, биоинформатики и новых материалов для быстрого выявления и лечения повреждений и инфекций.

- Аугментация человека (физиологическая и когнитивная): использование генетических модификаций, фармакологических агентов, электромеханических устройств и неврологических интерфейсов для повышения физиологических и неврологических показателей человека за пределами нормальных пределов.

- Увеличение человеческого потенциала (социальное): расширение вычислительных и моделирующих возможностей для понимания информационных потоков в сложных социальных сетях. Разработка новых количественных методов будет иметь особое значение для углубленного понимания динамики информационных сетей и разработки контрмер в контексте гибридной войны.

- Синтетическая биология: проектирование, разработка и создание новых синтетических или модифицированных биологических компонентов или систем. Это включает в себя разработку многоклеточных биосенсорных систем для наблюдения и производства.

Ожидается, что в течение следующих 20 лет будут доступны технологии биоинженерии и гуманизации, которые изменят наше понимание того, что значит быть солдатом, моряком или летчиком. Эти технологии охватывают весь спектр биологических наук: генетические манипуляции для разработки новых патогенов или медицинские методы лечения, методы производства, использующие биологические процессы, совершенствование человека с помощью интегрированной робототехники (например, экзоскелеты), нейронные интерфейсы, улучшенное зрение; социально-технический симбиоз с ИИ и автономными системами; фармакологические подходы к когнитивному и физическому совершенствованию; повышенная виртуализация социально-когнитивной среды, поддерживающей развитие новых социальных, информационных и организационных структур, а также новые биосенсоры и биоинформатика. Прорывными областями исследований, представляющими потенциальный интерес для НАТО, являются: биоинформатика и биосенсоры, аугментация человека, медицинские методы и технологии, синтетическая биология. Эти технологии повлекут за собой значительные социальные, правовые и политические проблемы.

В таблице 7. представлены: области перспективных исследований в области биотехнологий, оценка их потенциального воздействия на сферу обороны и безопасности, технологический уровень и ожидаемые сроки массового распространения.

Таблица 7 Области перспективных исследований биотехнологий

Технологическая область	Воздействие	Общественное восприятие (в соответствии с циклом Гартнера)	Уровень технологической готовности	Временной горизонт
Биоинформатика и биодатчики	Умеренное	Завышенные ожидания	Демонстрация прототипов в реальных условиях (TRL 6)	2025 г.
Аугментация человека	Высокое	Завышенные ожидания	Проверка опытных образцов в реальных условиях (TRL 5)	2030 г.
Медицинские методы и технологии	Высокое	Триггер (начальная стадия)	Проверка опытных образцов в лабораторных условиях (TRL 4)	2030 г.
Синтетическая биология	Высокое	Триггер (начальная стадия)	Демонстрация прототипов в реальных условиях (TRL 6)	2025 г.

8. Новые материалы и производство

Современные (новые) материалы - это искусственные материалы с уникальными и новыми свойствами. Современные материалы могут быть изготовлены с использованием методов, заимствованных из нанотехнологий или синтетической биологии. Разработка может включать в себя покрытия с высочайшей термостойкостью, высокопрочную броню корпуса или платформы, стелс-покрытия, сбор и хранение энергии, сверхпроводимость, передовые датчики и дезактивацию, массовое производство продуктов питания, топлива и строительных материалов. Исследования графена, других новых двумерных и топологических материалов являются весьма перспективной областью, пользующейся растущим интересом. Аддитивное производство, которое часто используется как синоним трехмерной печати, представляет собой процесс создания почти любого трехмерного твердого объекта из цифровой модели путем послойного добавления материалов. Аддитивное производство может быть использовано для быстрого прототипирования, производства и ремонта военной техники в полевых условиях, а также производства нестандартных или уникальных деталей.

Исследования в области новых материалов и их производства в значительной мере определяют успех 4 промышленной революции, и ожидается, что это положение будет сохраняться. В течение следующих 20 лет три основные технологии в этой области будут прорывными:

1) Новые материалы;

2) аддитивное производство;

3) энергетика.

Исследование новых материалов и передового производства - это обширная область, затрагивающая уникальные и удивительные свойства двумерных материалов, новые трехмерные методы производства продукции, уникальное проектирование, интеллектуальные материалы, квантовые моделирование и имитацию, нанотехнологии и биопроизводство. Они имеют широкий спектр применения. Одним из наиболее революционных является создание новых способов производства и хранения энергии.

Революция в исследованиях материалов произошла с момента создания графена, а затем - топологических изоляторов и дихалькогенидов переходных металлов. Графен - это новый углеродный материал с широким спектром уникальных механических, физических, химических и электрических свойств, не встречающихся ни в одном другом известном материале. Он химически стабилен, нетоксичен, легок и относительно прост в производстве из доступного сырья. Индивидуальные свойства графена превосходят свойства обычных материалов и комбинация этих свойств уникальна. Это приведет к значительному улучшению материалов для применения в аэрокосмической промышленности (композитные конструкции), высокочастотной электронике (терагерцовая, радиолокационная, охлаждающая), функциональных покрытиях (антиобледенительная, антикоррозионная защита), накопителях энергии (батареи, ультраконденсаторы), камуфляже (радиолокационные поглотители), оружейных технологиях (энергетика, ракеты), защите (броня, текстиль), датчиках (фотоприемники, датчики давления/деформации, химические) и портативных устройствах (дисплеи).

Другие новые двухмерные материалы, такие как фосфорен, гексагональный нитрид бора и дихалькогениды переходных металлов также характеризуются свойствами. Исследования и разработки в этой области проводятся по всему миру, но ведущая роль принадлежит Китаю, а также Южной Корее. В январе 2013 года графен был определен как один из двух флагманских проектов будущего и новых технологий Европейского союза с бюджетом 1 млрд. евро в течение 10 лет, что является самой значительной исследовательской инициативой в истории Европы.

Свойства этих новых материалов могут стать решающими факторами для разработки целого ряда перспективных технологий. Однако применение их в военной сфере в течение ближайших 10-15 лет, скорее всего, будет носить эволюционный характер, на основе сочетания новых материалов между собой и с традиционными материалами. Эксперименты с графеновыми листами выявили их уникальные электрические свойства (сверхпроводимость), а также возможность их использования в биодатчиках. Можно ожидать появления следующих новых технологий и приборов:

- Интеграция с обычными полупроводниковыми приборами для улучшения инфракрасного фотодетектора для тепловизионной съемки или широкополосной связи;

- детекторы биологических и химических боевых действий;

- барьеры для специфических биохимических молекул;

- проводящие мембраны для гибкой или печатной электроники;

- высокоскоростная электроника для поддержки развития изображений и дальности (радар), а также терагерцовых частот связи;

- охлаждение электроники;

- графеновая оптоэлектроника и фотоника для солнечных панелей, сенсорных экранов, фотоприемников и сверхбыстрых лазеров.

Современные исследования двухмерных материалов проводятся в весьма широком спектре: от производства и хранения энергии до оптоэлектроники и биохимического зондирования, а также гибких, легких, но механически прочных тканей и проводящих полимеров. В настоящее время в промышленности проводятся испытания по применению графена в различных технологиях, имеющих отношение к таким отраслям, как электроника, медицина, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, хранение энергии, опреснение воды, композиты, покрытия и краски, солнечные технологии, нефть и связь.

С точки зрения обороны основное внимание может быть сосредоточено на технологиях, которые обеспечат ключевые преимущества для НАТО, скорее всего, в оптоэлектронике. В целях обороны могут использоваться и другие материалы. Кремний, хотя и хорошо изучен и широко применяется, обладает дополнительными свойствами или состояниями, представляющими интерес (черный кремний, микроструктурный кремний, который хорошо поглощает видимый и инфракрасный свет и может использоваться в производстве фотоприемников, систем ночного видения и солнечных панелей). Топологические материалы - класс квантовых материалов, квантовые состояния которых неестественно стабильны при изменениях окружающей среды (например, топологические изоляторы представляют особый интерес в связи с необычным сочетанием изолирующих и проводящих свойств).

Аддитивное производство (3D-печать) осуществляется с помощью аддитивного материального процесса, при котором последовательные слои материала укладываются в различных формах, что отличает ее от традиционных методов удаления материала или механической обработки, которые основаны на резке, фрезеровании или сверлении (субтрактивные процессы). Аддитивное производство уже оказывает сильное влияние на коммерческое производство и цепочки поставок. Полученные в результате материалы могут обладать уникальными свойствами, которые не могут быть получены с использованием традиционных методов. Промышленность США лидирует в развитии 3D-печати, при этом мировой рынок 3D-печати вырастет с 5,8 млрд. долларов США в 2016 году до 55,8 млрд. долларов США к 2027 году.

Современные методы 3D-печати в основном применимы для ограниченных серий производства, специализированных конструкций или прототипирования и становятся все более популярными как на индивидуальном, так и на промышленном рынке в силу повышения доступности. Примерно две трети американских производителей уже внедрили 3D-печать, а около 50% используют ее для прототипирования и конечных продуктов.

Тем не менее, системы аддитивного производства еще не достигли уровня зрелости, необходимого для замены традиционных методов полноразмерного промышленного производства. Потенциальными областями 3D-печати считаются:

- концептуальное моделирование и прототипирование;

- малообъемные сложные детали, такие как ракетные двигатели;

- заменяемые (устаревшие) детали;

- конструкции с использованием легких, высокопрочных материалов;

- смешанные материалы и встраивание аддитивно изготовленной электроники непосредственно в детали;

- ремонт на поле боя, на борту корабля или в космосе;

- создание крупных (нетранспортабельных) конструкций непосредственно на месте;

- производство новых конструкций или использование уникальных материалов;

- биоматериалы, такие как заменяющие ткани, органы и части тела.

Процесс 4D-печати объединяет 3D-печать с новыми 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.). Родственная технология - нанотехнологии - это процессы манипулирования материалами в атомном масштабе, часто приводящие к новым свойствам материалов.

Современные 3D/4D-печать и нанотехнологии имеют прямое отношение к обороне и безопасности, но, поскольку они широко доступны, то воспользоваться их преимуществами могут и потенциальные противники, включая негосударственных субъектов, которые могут использовать незаконные конструкции или детали (например, необходимые для современных самолетов или ракет).

Развитие синтетической биологии позволяет создавать новые материалы, наноразмерное производство и биопроизводство, хотя эти технологии пока находятся на ранней стадии развития.

Получение и накопление энергии является критическим аспектом для военной сферы. За последние 10 лет технологии накопления электроэнергии и возобновляемые источники энергии получили значительное развитие. Эти достижения основаны на разработке новых материалов, методов производства, управления энергией (например, использование ИИ). Литий-ионные аккумуляторы, в частности, используются для датчиков, транспортных средств, передовых вычислений, мобильных устройств и др. Исследования в области энергетики охватывают широкий круг тем и подходов, причем социальные и военные потребности ежегодно возрастают. Этот спрос не может быть удовлетворен с помощью существующих технологий, и по-прежнему необходимы прорывы в таких областях как возобновляемая энергетика, использование водорода, термоядерный синтез, деление (расплавленная соль, торий, мини-реакторы и др.), сбор и хранение энергии, управление питанием с поддержкой искусственного интеллекта, батареи (графен, углеродные нанотрубки, твердотельные, металловоздушные и др.).

8.1 Возможности использования новых материалов испособов производства для вооруженных сил Альянса

Снижение нагрузки на оборудование (за счет возможности замены громоздких компонентов легкими материалами и устройствами), особенно важное для дальних операций и критическое для авиационных систем.

Интегральная легкая, гибкая электроника, вплетенная в ткани для скрытых носимых устройств; более быстрая электроника для связи (более широкие полосы пропуска) и улучшенные вычисления.

Улучшенное обнаружение слабых сигналов (радиочастотных/микроволновых или оптических), расширяющих физический диапазон рабочих платформ (связи, дальномера, тепловизионного/теплового поиска).

Мембраны, которые защищают от биохимического воздействия или обеспечивают более высокую чувствительность в отношении взрывоопасных паров.

Легкие ударопрочные материалы для новой брони и защитной экипировки, существенно более легкие, чем материалы, производимые на основе традиционных технологий.

Уменьшение радиолокационных отражений от всех платформ (наземных, морских и воздушных) за счет добавления графена в полимеры для радиопоглощающих покрытий.

Накопление энергии в ультраконденсаторах и батареях с использованием накопителей на основе графена. Некоторые продукты уже сертифицированы для применения в космосе.

Носимые технологии. Ожидается, что графен может быть полезен в качестве покрытия на текстильных изделиях для униформы, для повышения атмосферостойкости и для мониторинга состояния с использованием интеллектуального текстиля. Химическая защита перчаток, масок и др. также может быть улучшена.

Аддитивное производство обеспечит улучшение технического обслуживания и логистики за счет сокращения запасов запасных частей, повышения их доступности на месте, снижения транспортных расходов, снижения затрат на создание и ремонт и повышения эффективности использования новых конструкций и дорогостоящих изделий, особенно в аэрокосмической или морской среде.

Производство сырьевых материалов с повышенной эффективностью, обеспечивающей экономию производства за счет масштаба, например топлива, продовольствия и строительных материалов.

Использование уникальных возможностей для зондирования окружающей среды и других явлений, которые в настоящее время не поддаются обнаружению или не достигают необходимых масштабов.

Создание специальных материалов, обладающих особыми химическими или физическими свойствами, включая лекарственные препараты, пищевые добавки и другие вещества, требующие наномасштабных производственных сборочных процессов.

8.2 Риски для вооруженных сил Альянса

Поскольку прогресс в области аддитивного производства в основном обусловлен гражданскими/коммерческими интересами, вполне вероятно, что эти технологии будут доступны широкому кругу стран, негосударственных субъектов и вооруженных сил. Таким образом, новое использование асимметричных угроз (огнестрельное оружие, самодельные взрывные устройства и др.) может представлять значительную угрозу для Альянса.

Существуют серьезные проблемы, связанные с управлением технологиями аддитивного производства для оборонительных целей. Цифровые конструкции, необходимые для 3D-печати, можно легко взломать, модифицировать, подделать и т.д. При этом могут быть легко изготовлены продукты и комплектующие, на которые распространяется эмбарго, что ограничивает эффективность санкций.

8.3 Проблемы функциональной совместимости новых материалов и способов производства

Возможны некоторые технические диспропорции между силами НАТО. Развитие аддитивного производства в целях укрепления интегрального потенциала НАТО потребует разработки дизайна, программного обеспечения, кибернетики, сертификации и производственных стандартов, если передовые 3D/4D печатные детали будут использоваться в системах вооружения (например, аэрокосмическая промышленность потребует сертификации и квалификации в качестве оригинальных или запасных частей деталей, созданных с помощью 3D-печати). Это потребует глубокого понимания всех факторов, приводящих к изменчивости свойств, а также методов точной проверки и сертификации компонентов. Использование цифровых конструкций, сканирование и 3D-печать деталей может нарушать права интеллектуальной собственности подрядчиков и увеличить риск судебных исков против сил Альянса, ограничивая при этом оперативную гибкость и снижая оперативную доступность.

8.4 Перспективы развития новых материалов и способов производства

Исследования графена и двумерных материалов находятся на ранней стадии развития, что не позволяет выявить весь спектр их потенциального применения. Некоторые продукты на их основе уже есть в продаже, другие разрабатываются на уровне идеи. В ближайшие 7 лет произойдет революция в их применении к ультраконденсаторам, клеям, эластомерам, нетребовательным волокнистым композитам (спортивному оборудованию), некоторым покрытиям.

В среднесрочной перспективе (8-20 лет) получат широкое применение термоинтерфейсные материалы для электронного охлаждения, некоторые датчики и электронное оборудование. К концу этого периода будет достигнут значительный прогресс в области многофункциональных (структурных) маскировочных покрытий.

Применение биопроизводства на наноуровне в настоящее время находится на самом низком уровне технологической готовности. Предполагается, что многие ранее неизвестные синтетические биологические материалы и их применение будут развиваться в течение следующих 10-15 лет. 3D/4D-печать уже сегодня используется в различных отраслях промышленности для самых разных целей, в то же время быстро развиваясь и расширяясь.

Разработки в области новых материалов и производства продемонстрируют как прорывные, так и перспективные аспекты в течение следующих 20 лет. Гибкое производство (3D/4D печать) признается прорывной технологией в развитии промышленного потенциала и логистики, лежащие в их основе технологии уже хорошо внедрены и продолжают активно развиваться, расширяться и использоваться промышленностью. На переднем крае исследований находятся разработка и использование новых материалов, новые свойства материалов, производство ранее невозможных конструкций, новые методы производства (например, основанные на биотехнологиях), наноразмерные манипуляции с материалами, печать смешанных материалов, а также использование ИИ и Аналитики больших данных для поиска новых материалов.

В таблице 8. представлены: области перспективных исследований в области новых материалов, оценка их потенциального воздействия на сферу обороны и безопасности, технологический уровень и ожидаемые сроки массового распространения.

Таблица 8 Области перспективных исследований новых материалов и способов производства

Технологическая область	Воздействие	Общественное восприятие (в соответствии с циклом Гартнера)	Уровень готовности технологий	Временной горизонт
Новые материалы	Высокое	Триггер (начальная стадия)	Сформулирована технологическая концепция или способы использования (TRL 2)	2040 г.
Аддитивное производство	Умеренное	Массовое знакомство с технологией	Демонстрация прототипа в космической среде (TRL 7)	2025 г.
Хранение энергии	Умеренное	Триггер (начальная стадия)	Проверка опытных образцов в лабораторных условиях (TRL 5)	2030 г.

Заключение

Перспективные и прорывные технологии могут оказать значительное влияние (положительное и отрицательное) на Альянс в течение следующих 20 лет. Однако продуктивное использование этих новых технологий создаст серьезные проблемы и поднимет фундаментальные вопросы этики и законности. Расширенное использование ИИ, Аналитики больших данных и автономных систем обеспечит более широкий доступ к критически важным оперативным данным и знаниям, но с риском нового информационного взрыва. Сама информация будет все больше превращаться в поле военных действий и в товар. Параллельно с этим использование автоматизированных и потенциально автономных систем в военных операциях без участия человека станет более распространенным и усилит стратегическую конкуренцию. Несмотря на эти потенциальные инновационные прорывы, эволюционирующее боевое пространство будет сочетать в себе старые унаследованные системы и новые системы вооружения. Эта смесь может бросить вызов технологической целостности Альянса в силу неравенства технологического потенциала и возможностей стран-участниц. Технологические пробелы будут создавать проблемы в области связи, коммуникации, доктрины, права и интероперабельности.

Технический прогресс в сочетании с демографическими изменениями придаст особое значение развитию человеческого капитала, способного руководить и действовать во всех областях (включая стратегический, оперативный и тактический уровни), а также на различных территориях. Хотя вполне вероятно, что Альянс сохранит определенное технологическое преимущество, некоторые области, вероятно, станут дешевле и более доступными для противника. Зависимость НАТО от передовых технологий может все больше превращаться в отягощающий фактор, если не будут приняты меры по их интеграции и разработке контрмер. Союзники должны быть готовы к практическим действиям (заслуживающим доверия, осознанным, сетевым, гибким и устойчивым). Развитие новых технологий должно быть согласовано с военными функциями НАТО и сосредоточено на достижении желаемых военных эффектов (обеспечение, сдерживание, поражение, защита, стабилизация и трансформация). Крайне важно, чтобы мы понимали природу этих новых технологий, анализировали их последствия для обороны и безопасности, изучали возможности, которые они предлагают, раздвигали границы возможного и были готовы снизить связанные с ними риски. НАТО благодаря своему международному характеру имеет хорошие шансы для решения этих проблем.