Железные солдаты

В конце прошлого года журнал «Тайм» опубликовал очередной рейтинг «50 самых лучших изобретений года». В раздел «Военное дело» вошел экзоскелет военного назначения XOS 2, разработанный под руководством Стефана Якобсена в компании «Саркос». Она находится в г. Солт-Лейк-Сити и принадлежит корпорации «Рейтеон». Официально данный экзоскелет был представлен широкому кругу специалистов в сентябре 2010 года и стал еще одной демонстрацией высокой активности, проявляемой корпорациями в области разработки искусственных «силовых скелетов» военного или двойного назначения.

Экзоскелет XOS 2 был разработан под требования cухопутных войск США и получил неофициальное название «Костюм «Железного человека» («Iron Man» Suit). По названию фильма «Железный человек», в котором роль «владельца» подобного костюма Фила Коулсона исполнял Кларк Грегг, приглашенный корпорацией «Рейтеон» для его рекламы. Экзоскелет представляет собой специальный роботизированный костюм, предназначенный для военнослужащих полевых подразделений материально-технического обеспечения, занимающихся транспортировкой и обработкой боеприпасов, военного оборудования и снаряжения, продовольствия и т. п. В рекламном ролике с участием Кларка Грегга демонстрировалась легкость, с которой одетый в «костюм» человек способен «рубить» руками достаточно толстые доски, делать десятки отжиманий за один подход, а также поднимать и переносить различные грузы, включая тяжелые ракеты и другие боеприпасы.

Экзоскелет XOS 2 относится к так называемым «силовым» экзоскелетам (powered exoskeleton), основа мощи которого — гидравлическая система и прочная конструкция «костюма». Его оператор может без существенных усилий поднимать груз массой до 91 кг (при собственном весе конструкции 70 кг, для модели XOS — 68 и 90 кг соответственно). Отличительной особенностью данного образца является наличие в его составе не только достаточно мощного вычислительного процессора, но и компьютеризированного боевого защитного шлема. XOS 2 предлагается сегодня военным в двух вариантах — облегченном боевом (экзоскелет облегает только ноги и таз и предназначен преимущественно для облегчения переноски тяжелых рюкзаков и снаряжения) и полном (данный вариант предназначен для логистических подразделений). В настоящее время корпорация «Рейтеон» осуществляет разработку нового военного экзоскелета, получившего обозначение XOS 3. Он будет более легким, надежным и мобильным, чем две предыдущие разработки, и будет требовать еще менее мощного источника питания.

У разработанного «Рейтеон» экзоскелета имеется один существенный недостаток — конструкция требует подпитки энергией, для чего экзоскелет постоянно связан силовым кабелем с источником питания. Это существенно снижает мобильность его оператора и не позволяет использовать его в боевой обстановке. Да и не на каждом складе или полевой базе его можно будет применить.

От фантастики до реальности

Экзоскелет — в переводе с греческого «внешний скелет» — в общем и целом представляет собой устройство, предназначенное для увеличения мускульной силы человека за счет использования внешнего прочного каркаса. Экзоскелет, который сегодня уже можно достаточно легко интегрировать в какой-либо специальный скафандр или боевое снаряжение, повторяет биомеханику человека и позволяет пропорционально увеличивать усилия его «оператора». Причем экзоскелет не является уникальным изобретением человека. Идея данной конструкции была почерпнута инженерами из природы. История экзоскелета насчитывает уже 550 млн. лет, именно такой возраст имеют самые старые окаменелые экзоскелеты, найденные при раскопках.

Первыми идею практического применения экзоскелетных конструкций взяли на вооружение, как и в большинстве аналогичных случаев, фантасты. Они с удовольствием совместили «в одном флаконе» огневую мощь лазерных пушек, толстую броню танка с подвижностью и скоростью человека. Первые экзоскелеты появились на страницах фантастических произведений в 1950-х годах: бронекостюм с экзоскелетом в романе «Том Свифт и его «Джетмарин» Джона Элмквиста, вышедшем в длинном — более 100 книг — цикле об изобретателе и авантюристе Томе Свифте («Tom Swift and His Jetmarine», 1954); надеваемые поверх космического скафандра «прыгающие скелеты» в романе «Туманность Андромеды» Ивана Ефремова (1957); боевые бронескафандры с интегрированными скелетами в популярном романе «Звездный десант» Роберта Хайнлайна («Starship Troopers», 1959) и др.

Одним из наиболее известных примеров «киношного» применения технологии экзоскелетного костюма — правда, не военного, а логистического назначения — является экзоскелетная конструкция, использованная в блокбастере «Чужие». С помощью погрузочного экзоскелета героиня актрисы Сигурни Уивер сражалась на борту космического корабля с инопланетным монстром. Не обошлось без экзоскелетов и в нашумевших фильмах «Район № 9» и «Аватар». В первом экзоскелет был интегрирован в боевой бронекостюм, больше напоминающий человеко-танк, а в последнем случае применялись боевые экзоскелеты, сопряженные с достаточно мощным вооружением в виде скорострельной 30-мм пушки. В боевике «Хищник» спецназовцы использовали 7,62-мм пулемет «Миниган» подобной конструкции (с вращающимся блоком стволов), но носили его «на руках».

Естественно, что и в практическом применении экзоскелеты первыми попытались взять на вооружение именно военные. Попытки применить данные конструкции в медицине для помощи травмированным людям и людям с инвалидностью были предприняты несколько позже. Активно изучается возможность применения силовых экзоскелетных костюмов и в качестве специального снаряжения спасателей. С их помощью можно упростить и ускорить выполнение работ по разбору завалов рухнувших строительных конструкций. Главная проблема, ограничивающая развитие и внедрение экзоскелетных конструкций, заключается в отсутствии компактных, с одной стороны, и мощных — с другой — элементов питания. Без них невозможно конструирование силовых экзоскелетов, являющихся наиболее совершенным типом «костюма» рассматриваемого типа.

Первый блин комом

Первой практической попыткой создания оснащенной системой питания экзоскелетной конструкции является «Хардиман» («Hardiman»), созданный в 1960-х годах специалистами компании «Дженерал Электрик» совместно с минобороны США. Данный экзоскелет имел собственную массу 680 кг и позволял оператору поднимать грузы массой до 340 кг (поднимая груз массой 110 кг, оператор прилагал усилие, равное подъему груза массой 4,5 кг). Компания «Дженерал Электрик» сделала на «Хардиман» большую ставку, намереваясь активно использовать его для работы на военных арсеналах, работы с крупнокалиберными авиационными боеприпасами, для осуществления подводных работ, а также для эксплуатации на атомных электростанциях и в космосе. Прототип «Хардимана» был построен в 1965 году и сразу же поступил на испытания, в ходе которых выявились многочисленные недоработки и проблемы технического плана.

Во-первых, инженерам «Дженерал Электрик» не удалось реализовать первоначальные планы по созданию костюма, обеспечивающего оператору возможность работы с грузами до 680 кг. Во-вторых, что главное, инженерам так и не удалось добиться полной синхронизации в работе верхней и нижней частей экзоскелета. Оператор мог использовать его части по отдельности. Например, двигать только одной рукой, шагать при этом было невозможно. Взяв груз, оператор пытался сделать шаг или повернуться и тут же переходил в «неуправляемое движение» (инженеры шутили, что экзоскелет поражала «механическая пляска Святого Витта»). Получалось, что экзоскелет, имея расчетную массу 680 кг, позволял оператору работать с грузами массой всего 340 кг. В два раза меньше расчетных данных. В итоге к 1970 году разработчикам удалось полностью отработать только работу одной «руки» экзоскелета. «Костюм» в серию решено было не передавать, и в начале 1970-х годов проект был положен на полку.

Походный экзоскелет

Экзоскелет XOS 2 хоть и вызвал интерес у широкого круга специалистов и привел к многочисленным публикациям в прессе, пока является непрактичным с точки зрения применения в военной области. Главный недостаток — необходимость применения мощного источника питания и использования длинных силовых кабелей, ограничивающих мобильность и дальность передвижения оператора. Проще говоря, в бой в таком костюме, да и просто в дальний пеший переход не пойдешь.

Поэтому для военных более привлекательным пока является представленный в феврале 2009 года экзоскелет HULC (Human Universal Load Carrier), разработанный под руководством Хами Казеруни. Он позволяет оператору поднимать и переносить грузы массой до 90 кг. Причем данный «костюм», который можно надеть (снять) за 30 секунд, не требует постоянного подключения по кабелю к источнику питания. Он изначально проектировался специалистами корпорации для использования в походе (на марше). Источник питания все же есть — но более компактный, в виде литий-ионных батарей, рассчитанных не менее чем на час интенсивной работы (существует также вариант, в котором возможно использование применяемого в реактивной авиации топлива JP8, что позволит увеличить срок работы «костюма» до 72 часов). По словам разработчиков данного «костюма», устройство позволяет достаточно свободно бегать, прыгать, приседать и передвигаться ползком. Причем на коротких дистанциях оператор может развивать скорость до 18–19 км/час. Основные элементы экзоскелета крепятся к ногам оператора, отдельные конструкции охватывают тело военнослужащего в районе пояса и нижней части спины. Выглядит не слишком впечатляюще, особенно по сравнению с костюмом XOS 2, но с практической точки зрения HULC является более привлекательным.

Что интересно, Казеруни, работавший тогда в компании «Беркели Роботикс энд Хьюман Инжиниринг Лэборатори», приступил к созданию HULC практически одновременно с Якобсеном — создателем экзоскелета XOS 2. Якобсен сумел заинтересовать своим проектом корпорацию «Рейтеон». Затем и Казеруни нашел «спонсора» — корпорацию «Локхид Мартин», под «крышей» одного из подразделений которой — по разработке ракетного оружия и систем управления огнем — и осуществляется сегодня находящейся в Орландо, штат Флорида, компанией «Беркели Бионикс» разработка «костюма» HULC.?Единственным серьезным недостатком HULC, пожалуй, является то, что его конструкция не предусматривает «увеличения силы рук» оператора. Крушить поленья, как это делается в рекламном ролике XOS 2, не получится, можно лишь поднимать и переносить крупновесовые грузы.

Зато к HULC можно добавить — по желанию — многочисленные опции: дополнительные бронепластины, систему обогрева или кондиционирования, различные сенсоры и даже прикрепить к плечевой секции пусковую установку для ракет или же закрепить на костюме пулемет «Миниган», соединив их с нашлемным прицелом или лазерным целеуказателем. В итоге получится боевой костюм инопланетного воина из фильма «Хищник». Ряд экспертов в своих комментариях выразили сомнение в том, что нормальный человек захочет «слышать у себя над ухом грохочущий М60», не говоря уже о другом, более мощном вооружении.

Однако все это идеи будущего, а пока, с января 2010 года, данный «костюм» проходит полевые испытания в одном из подразделений сухопутных войск США.?Армейские специалисты были поражены потенциальными возможностями HULC, представленного в рамках зимней конференции американских сухопутных войск — 29 февраля 2009 года — и в кратчайшие сроки «позволили уговорить себя» на проведение полномасштабных испытаний нового средства. Кроме того, в июле 2010 года Исследовательский инженерный центр СВ США (US Army Natick Soldier Research Development and Engineering Center — NSRDEC) подписал с корпорацией «Локхид Мартин» контракт стоимостью 1,1 млн. долларов на проведение испытаний нового, модернизированного экзоскелета HULC. К программе испытаний планируется приступить в начале 2011 года. Специалисты «Локхид Мартин» также рассматривают возможность адаптации данной экзоскелетной конструкции для гражданского промышленного и медицинского применения.

Медики не против

Экзоскелеты в последнее время находят все большее распространение в мире. Причем не только в военной или производственной отраслях. К настоящему времени успешно применяются на практике другие разработки экзоскелетных костюмов — гражданского назначения: «Экзоскелетон Легс» компании «Хонда» («Honda Exoskeleton Legs»; собственная масса — 6,5 кг), экзоскелет от «Биомехатроникс Груп» компании «Эм.Ай.Ти. Медиа Лаб» (масса 11,7 кг) или «Рекс» компании «Рекс Бионикс» («REX» — от «Robotic Exoskeleton Legs»; масса 38 кг). Другая компания, японская «Кибердайн», разработала и уже поставляет малыми сериями различные экзоскелетные конструкции семейства HAL («Hydraulic Assisted Limbs»), предназначенные для медицинских целей. В частности, для инвалидов с двигательными ограничениями. Скажем, аппарат HAL 5 позволяет увеличить силовые возможности человека в 10 раз. Отличительной особенностью экзоскелетов марки HAL является то, что они практически не ограничивают движения оператора, позволяют человеку поднимать груз, масса которого не менее чем в пять раз больше обычного.

Одним из наиболее интересных проектов является созданный в начале 2000-х годов японскими специалистами из Технологического института Канагавы экзоскелет для медсестер «Пауэр Ассист Сьют». По замыслу разработчиков, он должен помочь облегчить их труд, связанный с перекладыванием и переноской больных.

В ходе испытаний прототипа медсестра весом 64 кг без особых усилий поднимала пациентов весом 70 кг, не прикладывая при этом практически никаких физических усилий. Главным недостатком прототипа, собственная масса которого составила 18 кг, являлась слишком громоздкая система приводов. За медсестрой «тащился» длинный шлейф шлангов, посредством которых обеспечивалась подача сжатого воздуха, увеличивавшего «подъемную силу». Входящий в состав экзоскелетного костюма портативный компьютер выполнял автоматический расчет усилия, требуемого на подъем конкретного пациента, что позволяло обеспечить медсестре плавность и мягкость действий, а также сэкономить энергию. Конструктивно данный экзоскелет включает по два ручных и ножных, а также один грудной элементы, которые принимают на себя всю нагрузку.

Большой интерес к медицинским экзоскелетам проявляет и министерство обороны США. Специалисты медицинской службы Пентагона изучают возможность использования подобных конструкций для облегчения последствий ранений, полученных военнослужащими ВС США в области спины. По оценкам военных медиков, в настоящее время такие ранения имеют около 26000 военных ветеранов. Только начиная с 2003 года ранения и травмы, связанные с повреждением позвоночника, в Афганистане и Ираке получили 525 американских военнослужащих, из них 170 — в боестолкновениях с боевиками. Для таких раненых новозеландская компания «Рекс Бионикс» разработала оснащенный удобным управляющим джойстиком экзоскелетный костюм. Пока «кусается» его закупочная цена — не менее 150 тысяч долларов.

И все же в последнее время наиболее активно развивается тема военных, а точнее, боевых экзоскелетов. Начиная с 2001 года американское агентство DARPA инвестировало в создание военных экзоскелетов, в рамках программы «Concepts of Operations for Exoskeletons for Human Performance Augmentation» (EHPA), более 50 млн. долларов. Одним из таких проектов стал экзоскелет Bleex («Berkeley Lower Extremity Exoskeleton»). Другой проект — перспективный экзоскелет на основе сверхпрочного тканеподобного материала и метало-композитного скелета, который не только позволит повысить силу бойца, но и сыграет роль бронекостюма. Разработкой последнего занимаются специалисты Техасского университета во главе с Рэем Богманом — автором сверхпрочного тканевого материала на основе наноматериалов. Усилие на разрыв удалось увеличить по сравнению с базовым образцом в 100 раз. Подобную технологию инженер решил применить и при создании военного экзоскелета. Хотя здесь не обходится без источника питания — его роль выполняют миниатюрные батареи на основе водородных топливных элементов (по требованию заказчика длительность работы носимого бесшумного источника питания не должна быть менее 24 часов). Причем указанные экзоскелеты должны оснащаться «умными» блоками управления, включающими в себя приемники сигналов спутниковой навигационной системы GPS, электронную карту местности и различные сенсоры, включая медицинский блок, отображающий такие параметры военнослужащего, как давление, работу сердца, температуру тела и другие.

Командование ВС США, в частности, рассматривает возможность включения экзоскелетных костюмов в состав снаряжения, создаваемого по программе «Солдат будущего» (Future Force Warrior) в рамках более глобального проекта «Перспективные боевые системы» (Future Combat Systems). Правда, срок реализации такой задумки — весьма отдаленный, в районе 2030–2032 годов. До той поры солдатам, вероятно, придется носить вооружение, снаряжение и грузы на «своих двоих».

Владимир Щербаков
Фото из архива автора
Братишка 01-2011