Роль бионики в формировании проектной концепции бронированного транспортного средства

УДК 72.01 Быстров А. В.

Роль бионики в формировании проектной концепции бронированного транспортного средства______________________________________________

Бионика - наука, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности биологических организмов. Системное использование бионических принципов не раз позволяло решать сложнейшие инженерные задачи. Применение принципов бионики в дизайн-проектировании бронированных транспортных средств, на взгляд автора, позволит разрешить сложнейшие системные, технологические и компоновочные проблемы, с которыми в настоящий момент столкнулись создатели бронетанковой техники.

Ключевые слова: дизайн-концепция, бионика, современные танки, бионический принцип, защитные механизмы, средства вооружения.

BYSTROV A. V

BIONICS ROLE IN THE FORMATION OF THE PROJECT CONCEPT ARMORED VEHICLE

Bionics solve engineering problems, based on modeling the structure and functioning of biological organisms. Systematic use of bionic principles allows us to solve complex engineering problems. Applying the principles of bionics in design-projecting of armored vehicles for the author's view will solve the complex problems. These problems are facing now the creators of armored vehicles.

Keywords: design concept, bionics, modern tanks, bionic principle, the protective mechanisms, tools weapons.

Быстров

Алексей Валерьевич

аспирантУралГАХА E-mail: lexa_b@bk.ru

Всякий объект материальной культуры, создаваемый человеком, рождается, в первую очередь, как ответ на определенные его потребности. Создавая этот объект, человек не просто наделяет его определенными функциональными свойствами, а формирует вторую, рукотворную природу. Как справедливо отмечает Т. Ю. Быстрова, «всякая вещь - концентрат интеллектуальных возможностей ее творца, облеченных в материальную форму» [1]. Наиболее важное, фундаментальное значение имеют вещи, от которых зависит не только существование человека как индивида, но и производство, и воспроизводство его социальной жизни, уровень экономического и политического развития общества.

Такими онтологически сущностными рукотворными объектами, играющими огромную роль в человеческой истории, являются средства вооружения. Инстинкт самосохранения заставил человека создать средства, позволяющие ему не только добывать пищу и защищаться от нападения хищников, но и отражать агрессию воинственно настроенных собратьев. Проблема заключается в том, что человек, как элемент жи-

вой природы, не наделен достаточно развитыми внешними признаками, обеспечивающими ему защиту от агрессивных факторов внешней среды. Зато в его арсенале есть мощное оружие - развитый интеллект, т. е. способность к всестороннему анализу, а также креативные возможности. Необходимость добывания пищи, отвоевывание и защита территории, проживание в некомфортных климатических зонах заставляют человека оснащаться внешними защитными механизмами. И в этом смысле природа - его главный учитель.

Созданный природой за миллионы лет эволюции окружающий человека мир - учебник по выживанию. Как отмечал американский дизайнер В. Папанек, «...в биологических и биохимических системах природы уже разрешены многие проблемы, стоящие перед человеком. С помощью природных аналогий проблемы человека могут быть решены оптимально» [2, с. 217]. Черепаший панцирь, плотный хитиновый покров ракообразных, домики-раковины моллюсков и улиток, острые клыки, когти и клювы хищников, мимикрия насекомых, способность хамелеона менять цвет кожи от за-

Рисунок 1. Конструкция гусеничного дви-

жителя танка Т-90

щитного до агрессивного, способность змей и пауков убивать жертву ядом -вот далеко не полный перечень природных защитных механизмов.

Говоря об эстетико-созидательном инструментарии человека, И. А. Ро-зенсон пишет, что «пространственные образы-символы и образы символы сакрализованных (обожествленных) природных объектов могут быть включены в палитру выразительных средств формирования природно-пространственной среды»[3]. И действительно, элементы вооружения, создаваемые человеком - и оборонительные, и наступательные - содержат в себе разнообразные бионические признаки и образно-смысловые аналогии, заимствованные у природы и лежащие в основе самой проектной идеи того или иного вооружения как функционального объекта:

• пущенная из лука стрела, летящее копье - стремительный прыжок льва или пикирующий полет ястреба, а также пролонгированное действие укуса ядовитой змеи (наконечник стрелы, обработанный природным ядом);

• огнестрельное оружие, пришедшее на смену стреле и копью - устрашающая и разящая сила грома и молнии;

• обоюдоострый меч или изогнутая сабля - клыки и когти хищников, способные разорвать жертву;

• защитные шлемы, кирасы, рыцарские латы, бронированное конское снаряжение, осадные башни и машины - крепкие панцири черепах и броненосцев, раковины улиток и моллюсков;

• маскирующая или боевая раскраска лица и тела - мимикрия и маскирующий окрас различных представителей фауны;

• оружие массового поражения (химическое или ядерное) - по эффекту воздействия сродни извержению вулкана, землетрясению, цунами.

Человек на протяжении своей истории создал огромное количество средств вооружения, начиная от

Рисунок 2. Кошачья лапа с выпущенными когтями

самых простых, созданных из подручных природных материалов, заканчивая сверхсовременными продуктами высоких технологий, в которых аккумулированы самые передовые научно-технические достижения. Если принимать во внимание разнообразие проектных задач, то одной из наиболее сложных и наукоемких областей современного производства является создание комплексных видов вооружения, таких как боевые транспортные средства, представленные широким спектром бронетанкового вооружения.

С точки зрения военной науки бронетанковая техника - это «...бронированные подвижные машины различного назначения, обеспечивающие применение боевых машин ближнего боя» [4]. Предметом теории танка является «изучение законов движения быстроходных гусеничных машин в разнообразных условиях, выявление общих закономерностей, позволяющих определять, рассчитывать и оценивать скорости движения и динамические качества машин этого типа. В теории танка изучаются также закономерности указанных качеств от характеристик и параметров двигателя, трансмиссии, подвески и гусеничного движителя» [4].

С точки зрения дизайна, бронетанковая техника - многоаспектная, полифункциональная, сложно структурированная мобильная система защиты и нападения, одним из важнейших элементов которой является человек.

Разница в подходах очевидна. Дело в том, что дизайнер, создавая тот или иной объект, в том числе и вооружение, формирует «предмет мысли», проектирует идею вещи. Для него важны не столько формальные признаки, сколько общее функционально-образное видение. Условно говоря, с позиции дизайнера-проектировщи-ка бронетанковый объект представляет собой единый сложный живой организм, от взаиморасположения, взаимодействия и координации работы всех органов которого зависит

Рисунок 3. Заяц-беляк на снегу

жизнеспособность организма в целом. Для того чтобы правильно оценить весь спектр проектных задач, дизайнер должен тщательно проанализировать структуру этого организма, его функциональные особенности.

С развитием технологий антагонизмы функций вещи, объекта дизайна разрешаются в рамках все более широких структур. По мнению Ж. Бодрийяра, «...при каждом переходе от одной системы к другой, более интегрированной, при каждой перестройке внутри уже структурированной системы, при каждом синтезе различных функций возникает новый смысл, некая объективная смысловая структура» [5].

С точки зрения систематики материальных объектов, уровень организации бронированных транспортных средств представляет собой тип системы «человек - машина - среда», которой, согласно М. С. Кагану, присущи «сложная иерархическая организация; внутреннее и внешнее функционирование; саморегуляция на основе обратной связи; способность изменять свои состояния, сохраняя качественную определенность; историческая динамика, выражающаяся в закономерном процессе формирования, эволюционирования и гибели данной системы» [6].

Дизайнеру, ищущему нестандартные проектные подходы к созданию подобных сложно организованных систем, следует искать аналогии, «используя биологические прототипы и системы дизайнерского подхода, взятые из таких областей, как этология, антропология и морфология» [2, с. 220]. Изучение путей развития бронетехники, внутренней структуры и взаимосвязей в принципах ее построения, характера использования ее на поле боя выявило очевидные аналогии с анатомией, поведением, средствами маскировки, защиты и нападения, встречающимися в живой природе.

Хотя слово «бионика» редко упоминается в связи с бронетанковой

техникой, ее принципы применяются в танкостроении со времени зарождения танков как класса боевых машин. Недаром танковый движитель получил название «гусеница», т. к. эта конструкция, состоящая из однородных, последовательно сочлененных секций, повторяет одноименный природный аналог класса насекомых не только по своему строению, но и по принципу перемещения, «переползая» складки местности. Конструкция самих танковых траков, имеющих специальные грунтозацепы, аналогична строению кошачьей лапы. При движении танка по рыхлой поверхности большая масса танка воздействует на тонкие и узкие грунтозацепы, которые уходят в мягкий грунт, цепляясь за него, подобно кошачьим когтям. При этом боевая машина не тонет в рыхлом грунте, так как гусеничные ленты достаточно широки и, подобно расплюснутой кошачьей лапе, равномерно распределяют вес танка на подстилающую поверхность (рис. 1, 2).

Уже на первых танках была применена камуфлирующая окраска, позволявшая, следуя бионическому принципу мимикрии цвета, с помощью цветовых пятен или окраски корпуса боевой машины под доминирующие цвета местности, затруднить ее обнаружение и усложнить противнику процесс прицеливания по закамуфлированному объекту (рис. 3, 4).

В основу идеи революционной по своей сути конструкции современного шведского танка 103 положен бионический принцип мимикрии формы. Использование гидропневматической подвески наряду с отсутствием на танке привычной башни позволяет маскировать машину совершенно необычным способом - приподняв с помощью подвески носовую или кормовую часть танка и затянув машину маскировочной сетью, можно получить общую внешнюю форму объекта, совершенно нехарактерную для танка (рис. 5).

Бионические принципы получили наиболее яркое и комплексное воплощение в конструкции отечественной боевой машины десанта (БМД), что позволяет ей успешно действовать в трех средах - в воздухе, на земле и в воде. С помощью специально разработанной системы БМД выбрасывается из транспортного самолета на парашюте и, подобно семенам растений, безопасно опускается на землю. Будучи оснащенной гидропневматической подвеской, машина, подобно присевшей в засаде дикой кошке, сливается с местностью. Находясь в режиме

самого низкого положения корпуса относительно земли, машины класса БМД способны менять дислокацию, «переползая» на другую боевую позицию, или, прячась за препятствиями, скрытно выдвинуться в заданную точку (как это и произошло во время проведения американской военной операции в Югославии в 1999 г., когда российские десантники, установив БМД на минимальную высоту подвески, в тумане скрытно обошли американские войска и выполнили боевую задачу по блокированию аэродрома Слатина). Благодаря наличию в конструкции БМД двух водометных движителей, работа которых основана на принципе реактивного движения с помощью водяной струи, аналогичном бионическому принципу перемещения беспозвоночных морских животных, боевая машина десанта обрела способность преодолевать водные преграды (этот принцип, впервые примененный в конструкции советского танка ПТ-76, стал отличительной чертой отечественной школы конструирования плавающих бронированных машин). Алюминиевая броня, примененная как основной конструкционный материал бронекорпуса и ходовой части боевой машины десанта, благодаря особому химическому составу и способу термической обработки, по своему назначению и исполнению напоминает легкий и прочный защитный панцирь насекомых - хитиновый покров.

Наблюдение за способами охоты ночных хищников подтолкнуло изобретателей на создание приборов ночного видения, включение которых в комплекс танкового оборудования позволило обеспечить боевым машинам способность обнаруживать противника и вести по нему прицельный огонь в ночное время суток. Впервые такой прибор появился на немецких танках «Пантера» к концу Второй мировой войны и получил говорящее название Uhu («Сова») [7].

Если рассматривать боевую машину сквозь призму бионики как единый организм, то можно сказать, что анализ этих способов и средств, отработанных в живой природе тысячелетиями эволюции, позволит существенно повысить ее боевые и эксплуатационные характеристики и поднять проектирование бронетанковой техники на новый уровень, а также снизить затраты на весь «жизненный» цикл от производства до утилизации. Творческое применение бионических принципов в дизайн-проектировании способно переосмыслить привычный образ,

радикально изменить внешний вид будущих бронированных «хищников» и расширить их функциональные возможности.

Намечая возможные пути проектного развития бронированных машин, можно с достаточной степенью уверенности предположить, что в перспективе единственным зримым напоминанием об их исторически сложившемся образе будет наличие гусеничного движителя. Интересно, что и здесь наблюдается тот же образно-смысловой бионический контекст, ведь этимология слова «гусеница» непосредственно связана с миром живой природы.

Хищные представители животного мира обладают наиболее развитым арсеналом средств нападения и защиты. Морфологические и поведенческие особенности определяют их охотничью тактику в борьбе за выживание:

• слияние с местностью, нападение из засады, скоростная погоня, молниеносный удар, долгий последующий отдых - гепард («легкая» разновидность крупных кошек);

• слияние с местностью, выслеживание добычи, нападение из засады, стремительная погоня, мощный удар - тигр (крупная кошка, охотящаяся в одиночку);

• коллективная организация охоты с использованием приемов, описанных выше - львиный прайд, волчья стая;

• воздействие на объект атаки химическим веществом, смертельным для жертвы и безвредным для самого хищника - ядовитая змея, паук.

При этом важно отметить, что лапа хищника обладает различными функциональными возможностями, демонстрируя комплексный подход живой природы к «агрегативному конструированию»: с выпущенными когтями она представляет собой мощный инструмент убийства, позволяющий свалить крупную жертву; с втянутыми когтями лапа хищника превращается в нежный и заботливый инструмент воспитания.

Танк - оружие наступления, король поля боя, способный при массовом использовании существенно изменить положение противоборствующих сторон. Танк подобен крупному хищнику, способному для достижения своих целей действовать как индивидуально, так и коллективно, в составе танковой бригады.

Между крупным хищником и боевой машиной существуют определен-

Рисунок 4. Зимний камуфляж японского танка Туре 90

ные функциональные и поведенческие (организационные) параллели:

1 Выбор тактических действий определяется, в первую очередь, рядом морфологических признаков - весом, габаритами, мощью вооружения, степенью защищенности.

2 Определяющим фактором в достижении успеха является «коллективный разум», основанный на принципах единоначалия (вожак - командир подразделения), имеющий иерархическую структуру и допускающий инициативные индивидуальные действия при условии их подчинения генеральному замыслу. По мере своего совершенствования механический «стальной зверь» приобретает все больше качеств, характерных для «идеального хищника»:

• Хищник во время охоты анализирует складывающуюся ситуацию, скрытно выдвигается к объекту охоты, условными сигналами обеспечивая координацию действий стаи, прайда. Современный танк, благодаря приборам с элементами искусственного интеллекта, обрел функционально совершенное зрение: тепловизоры, способные видеть в темноте и тумане, пассивные системы наблюдения, приборы ночного видения. Внедрение в оптическую систему современного танка пассивных приборов наблюдения позволило отказаться от инфракрасной фары - в безлунную ночь света звезд, усиленного специальной оптикой, экипажу достаточно для наблюдения за полем

боя без опасности обнаружения себя на местности дополнительной инфракрасной подсветкой.

• Охотясь с целью пропитания, хищник никогда не нападает на себе подобного, распознавая его по характерным признакам с помощью органов зрения, слуха, обоняния. Подобные «распознающие» системы должны найти применение в следующих поколениях танков, чтобы избежать применения так называемого «дружеского огня» по своей, замаскированной на местности, технике.

3 Хищник на охоте маскируется всеми доступными средствами: белый медведь закрывает лапой черный нос, хищные рептилии меняют окраску под цвет местности, львица двигается бесшумно, практически сливаясь с местностью. Бронетехника, благодаря новейшим технологиям, может обрести аналогичные свойства, обеспечивающие незаметность на поле боя:

• возможность бесшумного передвижения;

• снижение заметности за счет применения специальных покрытий;

• понижение теплового фона за счет снижения температуры выхлопных газов, применения тепловых экранов;

• изменение внешней конфигурации с помощью встроенных элементов - надувных или выдвигающихся из корпуса;

• для снижения радиолокационной заметности следует избегать (по мере возможности) ступенчатости

в формообразовании боевых машин.

4 Применение самовосстанавлива-ющихся и самозатягивающихся материалов (по аналогии с «самозаживлением» ран) позволит бронетехнике не терять свои функциональные качества в экстремальных условиях. Частично подобное решение применяется в авиации - самозатягивающиеся топливные баки; применение специальной пены, предотвращающей взрыв топливного бака при попадании снаряда.

5 При проектировании бронетехники важно соблюдать бионический принцип морфологического баланса. Установка крупной пушки требует поиска противовесного композиционного решения. В биологических природных конструкциях эта проблема решается изменением геометрических размеров передних и задних конечностей: небольшие передние лапы прыгающих животных и общий вес их тела смещены к более длинным и развитым задним конечностям для стабилизации тела в прыжке. Подобный конструктивный прием можно использовать при конструировании башни танка, смещая точки подвески орудия ближе к центру башни и перенося в заднюю часть башни боеукладку или какие-либо другие элементы оборудования. Естественно, такое решение повлияет и на внешний облик проектируемого объекта. Т. к. точки крепления орудия

(цапфы) будут смещены назад, то появится возможность сделать наклон брони передней части башни под большими углами, что повысит ее снарядостойкость. Внешне танк приобретет более гармоничный, близкий к бионическим объектам, вид, что благоприятно скажется на маскировочных возможностях танка на местности.

6 Средствами дизайна в конструкции боевой машины возможна реализация принципа «ложной цели» (или «разделения целей»), в основе которого лежит бионический принцип «отбрасывания хвоста». Например, сброс контейнера, раздувающегося с помощью пены или иных средств до размера танка. При этом ложная цель активно обозначает себя на местности (возможно, издает звуки, имитирующие стрельбу) и отвлекает внимание противника от реальной цели. В это время танк (обладатель «сброшенного хвоста»), максимально «присев» к земле, выключив основной дизельный двигатель (чтобы не создавать тепловых помех), с использованием запасенной на борту энергии тихо меняет место дислокации.

7 Принцип «ложной цели» может иметь несколько сценариев развития:

• Возможен сброс обитаемой капсулы с находящимся внутри экипажем и слияние ее с местностью при помощи тех или иных средств маскировки. Тем временем подбитый горящий бронетехнический объект, маневрируя, «отползает» в сторону, отвлекая огонь противника на себя.

• Возможно использование противоминной «шумящей собаки» -отделяемого от бронированной машины малогабаритного дистанционно управляемого беспилотного объекта, идущего впереди нее и производящего противоминную разведку.

8 Возможно применение нелетального боеприпаса, осуществляющего, по аналогии с некоторыми представителями животного мира, «плевок» самотвердеющей субстанцией, выводящей из строя оптические системы приборов наблюдения противника.

Принимая во внимание характер

современных военных конфликтов и учитывая социально-экономическую ситуацию в современном обществе, можно с уверенностью говорить о том, что концепция бронированного

мобильного вооружения не потеряет своей актуальности в обозримом будущем и имеет хорошие перспективы развития на современном инновационном технологическом уровне. Доктор технических наук О. Брилев пишет

о том, что «анализируя возможное развитие танков и бронетанкового вооружения в первой четверти XXI века с учетом возможного появления принципиально новых средств вооруженной борьбы, можно предполагать следующее. Концепция танка как массового наземного тактико-оперативного оружия передней линии, равно эффективного при решении как наступательных, так и оборонительных задач, останется в своей основе неизменной. Такое оружие будет основой боевой мощи сил общего назначения, необходимость в которых сохранится до тех пор, пока существуют вооруженные силы вообще» [8].

На всех этапах исторического развития вооружение являлось одним из важнейших элементов цивилизационного фактора, под которым понимается сложившееся в каждом конкретном сообществе людей отношение к человеческой жизни. По словам системного аналитика В. Н. Цыгичко, в настоящее время «для развитых демократических государств все большее значение в военной сфере приобретает цивилизационный фактор - уровень допустимых потерь в живой силе при решении внешнеполитических проблем военным путем. Опыт военных конфликтов различного масштаба в последнее десятилетие говорит о том, что уровень допустимых потерь составляет сегодня десятки, если не единицы, человеческих жизней, и это становится одним из важнейших факторов сдерживания этих стран от применения военной силы» [9]. Поэтому перед производителями современной военной техники стоит важная задача создания новых образцов вооружения, соответствующих новым военным доктринам. Современное бронетанковое вооружение подошло к определенному рубежу своего развития и стоит на пороге новых структурных изменений.

Современная ситуация, требующая решения эргономических, экологических, гуманизационных проблем, ставит перед проектировщиками военно-технических системных объектов сложные задачи, которые являются непосильными для традиционного метода проектирования. «Строить... процесс творческого поиска на традиционном применении чертежа изделий, рассматривавшихся как не-

изменные элементы, значит полностью заблокировать возможности новаторства на уровне систем» [10]. По словам В. Папанека, на нынешнем производственном этапе «...мы входим в биоморфную эру развивающихся технологий, дающую возможность эволюционных изменений» [2, с. 220]. Интуитивно-образные методы дизайн-проектирования, применение бионических принципов и творческое использование современных технологических возможностей дают инновационный импульс общему проектному процессу и позволяют вывести его на новую орбиту.

Философ Н. А. Бердяев, говоря

об иррациональной, символической природе всякой войны как рефлексии на всякое зло, писал о том, что «физического насилия не существует как самостоятельной действительности, оно есть лишь выражение духовного состояния человека и мира. ...Вопрос о войне есть прежде всего вопрос установки ценностей» [11]. Дизайнер, проектирующий военную технику, привносит новые ценностные характеристики в будущий объект. Он не проектирует «машину для убийства». Его задача - создать технику, позволяющую вывести из строя военно-технические объекты противника, сохранив при этом как можно больше жизней как с той, так и с другой стороны военного конфликта, не нанеся при этом экологического ущерба окружающей среде. Подобный подход является прямым следствием биологического принципа экологического равновесия: задача хищника - добыча средств пропитания для сохранения и поддержания собственного бытия и создания жизнеспособного потомства, а не полное истребление жизненно важного звена пищевой цепочки. Использование этого принципа в качестве основы для создания дизайн-концепции при проектировании боевых транспортных средств в полной мере соответствует современным цивилизационным тенденциям. Сегодня, когда дизайн стал неотъемлемой частью всего культурно-созидательного процесса и именно ему принадлежит основная роль по эстетической организации предметно-пространственной среды, назрела необходимость объединить усилия дизайнеров и производителей средств вооружения по созданию новой боевой техники. Принимая во внимание, что «важнейшей задачей системного дизайна является нетрадиционное рассмотрение широкого круга специфических эстетических

Рисунок 5. Шведский танк Strv-103C

проблем и, главное, их практическое разрешение» [12], на смену эволюционным процессам, предполагающим дальнейшее насыщение бронетехники оборудованием, все более усложняющим процесс эксплуатации, должны прийти решения по созданию антро-потехнической системы, основанной на новых принципах взаимодействия человека и машинных компонентов.

Заключение

Нынешнее поколение бронетанковой техники достигло предела модернизационных возможностей в существующих конструктивных рамках, в результате перед создателями современной бронетехники возникли сложные задачи эргономического, экологического и гуманизационно-го характера, для решения которых необходимо выйти за рамки традиционных проектных схем. Комплексное и творческое применение бионических принципов в дизайн-проектировании бронированных транспортных средств способно изменить привычный образ, радикально изменить внешний вид будущих бронированных «хищников» и расширить их функциональные возможности.

Список использованной литературы

1 Быстрова Т. Ю. Вещь. Форма.

Стиль: введение в философию дизайна. Екатеринбург, 2001. С. 35.

2 Папанек В. Дизайн для реального мира / пер. с англ. М., 2004.

3 Розенсон И. А. Основы теории дизайна : учебник для вузов. СПб., 2010. С. 112.

4 Лосик О., Брилев О. Имеют ли танки будущее? Современные компоновочные концепции бронетанкового вооружения // Техника и вооружение. 2006. № 1. С. 9.

5 Бодрийяр Ж. Система вещей. М., 1995. С. 37.

6 Каган М. С. Системный подход и гуманитарное знание. 1991. С. 21.

7 Приборы ночного видения. И^: armor.kiev.ua/ptur/demask/ nightvision.html

8 Брилев О. Танк на пороге XXI в. // Военный парад. 1998. № 1. С. 59.

9 Цыгичко В. Н. Цивилизационный фактор в свете нового вызова международной безопасности. ИКЬ: http://www.inion.ru/product/ eurosec/St2V2.htm

10 Джонс Дж.К. Методы проектирования / пер. с англ. М., 1986. С. 76.

11 Бердяев Н. А. Мысли о природе войны. И^: www.vehi.net/ ЬеЫуае^.../11.^т1

12 Дизайн: Очерки теории системного проектирования. Л., 1983. С. 29.