На службе у войны: негласный союз астрофизики и армии - Тайсон Нил Деграсс

Для астрофизика «мякина» представляет интерес, так как ее маскирующий эффект основан на альбедо – отражающей способности, необходимой характеристике небесных тел в широком диапазоне длин электромагнитных волн. В отличие от астрофизиков, биологи, геологи, химики и физики, как правило, не посвящают себя целиком решению задач регистрации света. А вот у военных тоже наблюдается растущий интерес к альбедо. Его минимизация – первоочередная задача для обеспечения невидимости, хотя военные специалисты по радиолокации чаще оперируют понятием эффективной поверхности рассеяния. В этой области для целей национальной безопасности требуются новаторские решения.

Альбедо объекта – это средний процент света, который отражается от его поверхности, взятый от общего количества падающего на него света. Что не отражается, то поглощается. Чем ниже альбедо, тем труднее зарегистрировать объект. Луна, спутник Земли, – объект шокирующе темный, ее альбедо всего 0,12 – примерно, как у автомобильной шины. Это значит, что в общем итоге, учитывая, что на ней есть более светлые и более темные области, Луна отражает 12 % падающего на нее света и поглощает все остальное. Затянутая облаками Венера, наша ближайшая соседка среди планет, имеет альбедо 0,75 – потому-то она и сияет так ярко на сумеречном небе, где ее частенько принимают за висящий в высоте НЛО. Спутник Сатурна Энцелад, почти сплошь покрытый свежеобразованным девственным водяным льдом, обладает фантастически высоким альбедо: 0,99. Получается, что объект, который ваши приемники регистрируют как яркий, совсем не обязательно расположен близко. Он может быть далеким, но с поверхностью, имеющей высокую отражающую способность, а может быть и близким, но имеющим меньшее альбедо. Так что само по себе альбедо, хоть и дает вам исключительно важную информацию, все же только частично характеризует вашу цель.

Вся индустрия невидимости работает на то, чтобы сделать альбедо вашего объекта столь близким к нулю, сколь это возможно. Вы хотите, чтобы у вашего самолета была эффективная поверхность рассеяния, как у шмеля, – тогда он исчезнет с экрана вражеского радара и не образует заметного когерентного радиоэха. Если вы добьетесь этого, противник не будет знать, был ли сигнал его радара поглощен или просто беспрепятственно улетел в пространство. Или можно установить на самолете радиоприемники, которые покажут вам, что вас запеленговали: тогда вы можете начать маневрировать, чтобы избежать удара ракеты класса «земля – воздух».

Но есть еще один, лучший выход: можно покрыть всю поверхность фюзеляжа вашего самолета мелкими гранями, расположенными по отношению друг к другу под различными, но определенным образом рассчитанными углами. Тогда луч радара отразится от каждой из таких площадок в разных направлениях, ни одно из которых не будет указывать на вас. Это сделает ваш самолет почти невидимым для радиоволн и, как говорят в ВВС, «внесет элемент неожиданности». Поздравляем – вы изобрели «стелс-истребитель» F-117A, «малозаметный» одноместный самолет треугольной формы, для еще большей невидимости покрытый черной субстанцией, поглощающей радиоволны. Он одновременно напоминает гигантского журавлика-оригами и воздушно-десантный танк. С точки зрения аэродинамики он не особенно хорош, но зато по крайней мере на некоторое время – ведь со всякой неожиданностью в конце концов можно справиться – позволяет ВВС вновь овладеть инициативой в смысле выбора времени и места атаки.

Разработанный в 1970-х и начале 1980-х на овеянной легендами, когда-то совершенно секретной военной базе «Зона-51» на берегу высохшего соленого озера в Неваде истребитель F-117A провел сотни атак на ближней дистанции и бомбовых вылетов в Ираке в ходе операции «Буря в пустыне» в 1990–1991 годах и операции «Свобода Ирака» в 2003-м. Научной базой его создания была монография, написанная в 1962 году одним советским инженером и физиком-теоретиком[291]. Этот труд подвел прочный математический фундамент под вычисление «дифракции электромагнитных волн на металлических телах сложной формы» – или, более конкретно, «на отражающих телах со скачкообразными разрывами поверхности или острыми ребрами (полоска, диск, конечный цилиндр или конус и т. п.)». В 1971 году монография была переведена для ВВС США и вскоре после этого внимательно изучена одним специалистом по радарам, работавшим в занимавшемся секретными перспективными исследованиями подразделении «Сканкуоркс» компании Lockheed Aircraft – именно этот отдел ранее спроектировал знаменитый самолет-разведчик У-2[292].

Хотя ученые к этому времени уже понимали, что определенные характеристики поверхности фюзеляжа могут позволить самолету избежать пеленгации радаром, математический аппарат, необходимый для построения работающей физической теории дифракции, еще не существовал. Его и разработал Петр Уфимцев, автор упомянутой монографии 1962 года. Этой книге, в первое десятилетие холодной войны остававшейся в неизвестности, суждено было стать «розеттским камнем», совершившим прорыв в стелс-технологии, «технологии невидимости». Высказанные в ней идеи привели к созданию не только стелс-истребителя «Локхид F-117A», но позже и элегантного нортроповского стелс-бомбардировщика В-2, фюзеляж которого вместо множества граней состоит из непрерывно изгибающихся криволинейных поверхностей. Различия между этими подходами связаны просто-напросто с разницей в вычислительных мощностях, существовавших во время создания одной и другой модели, с различиями между компьютерами 1970-х и 1980-х – последние были в сто раз мощнее[293]. Если бы Бэтмен летал на «бомбардировщике-невидимке», его «Бэтапланом» был бы В-2.

Уже более полувека в военном деле большая часть излучения регистрируется вне области видимого света. Столь же долго регистрируют космические явления на различных длинах электромагнитных волн и астрофизики, изобретая для этого все новые и новые приемники. В сентябре 2015 года к арсеналу их наблюдательных методов добавился еще один: регистрация гравитационных волн. Эти сигналы, обнаруженные коллаборацией LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), представляют собой экзотическую «рябь» на ткани пространства-времени, порожденную действием гравитации, и не имеют отношения к свету. Но при этом гравитационные волны, распространяющиеся сквозь Вселенную, так ослабляются к тому времени, как достигают Земли, что, вероятно, пройдет еще много лет – может быть, столетия или тысячелетия, – прежде чем гравитационная астрофизика приведет к рождению новой военной техники.

В наше время большинство астрофизических сенсаций обязано своим появлением именно детекторам, работающим в невидимых частях спектра: от крайне низкочастотных, низкоэнергетических радиоволн с длиной волны в несколько сот миль до крайне высокочастотных и высокоэнергетических гамма-лучей с длиной волны в квадриллионные доли сантиметра. Хотите увидеть гигантский звездный поток на расстоянии в 76 000 световых лет от Земли, состоящий из звезд, в несколько миллионов раз более слабых, чем самые слабые светила, различимые невооруженным глазом? Это можно сделать с помощью принадлежащего NASA инфракрасного космического телескопа Спицера. А как насчет внезапной вспышки гамма-лучей, произошедшей в галактике, отстоящей от нас на расстоянии в 7,6 миллиарда световых лет и гораздо более древней, чем сама Земля? Эту вспышку можно «увидеть», используя гамма-телескоп VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) в Аризоне, а подтверждает данные космический гамма-телескоп NASA «Ферми». Посмотреть на галактику, находящуюся почти в 10 миллиардах световых лет от Земли, с массой в 400 триллионов раз больше массы Солнца? Воспользуйтесь данными космической обсерватории ESA «ХММ-Ньютон» и рентгеновской космической обсерватории NASA «Чандра», и вы сможете определить ее массу.