Биполярный прогресс. Как США и Китай воюют в сфере технологий

Многоразовые космические ракеты

Создание работающей ракетной системы вертикального взлета и посадки – задача сложная, но выполнимая. Уже не один десяток аэрокосмических компаний и просто стартапов смогли это сделать. Гораздо сложнее сделать ракетный ускоритель (первая ступень), который выведет полезную нагрузку в космос, а затем успешно приземлится на тяге своих двигателей.

В настоящее время частично многоразовые ракеты-носители имеются только у компании SpaceX Илона Маска. Благодаря способной возвращаться на Землю первой ступени ракеты Falcon компания каждый раз экономит миллионы долларов, а ее услуги стоят дешевле, чем у конкурентов.

В конце 2014 г. разрешение на создание ракет-носителей получили частные компании Китая. Составить конкуренцию SpaceX стремится, в частности, компания Deep Blue Aerospace, основанная в 2017 г. Как и SpaceX, она использует реактивный способ посадки ракеты. Это означает, что аппарат спускается на Землю с включенными двигателями, тормозящими движение вниз.

В июле 2021 г. Deep Blue Aerospace провела тестирование своей ракеты Nebula-M1. Аппарат вертикально поднялся на 10-метровую высоту и сел вертикально. Двигатель этой ракеты, как и двигатель первой ступени ракеты Falcon, использует в качестве топлива керосин, а в качестве окислителя — жидкий кислород.

13 октября компания испытала Nebula-M1 в полете на 100 м². На видео можно заметить, что ракета взлетела с предварительно раскрытыми опорами для мягкой посадки. Достигнув запланированной высоты, она зависла в воздухе и стала опускаться на посадочную платформу. Когда до Земли оставалось 4–5 м, ракета резко сбавила скорость, но потом очень быстро опустилась. Коснувшись поверхности, немного подпрыгнула и, прежде чем окончательно приземлиться, наклонилась.

Естественно, все это не было запланировано. В идеале ракета должна была постепенно сбавлять скорость и мягко опуститься на платформу. Похоже, двигатель ракеты не смог плавно регулировать тягу. Представитель Deep Blue Aerospace сообщил SpaceNews, что техническая команда сейчас изучает данные испытаний, прежде чем принять решение о следующих шагах.

Компания планирует, что ее двухступенчатая ракета Nebula-1 диаметром 2,25 м совершит первый полет в 2023 г. и будет способна выводить на орбиту груз массой 500 кг. Далее Deep Blue Aerospace намерена использовать добытый опыт для создания более тяжелой двухступенчатой ракеты Nebula-2, которая сможет поднимать на орбиту груз массой до 4,5 т.

Гиперзвуковое оружие

В феврале министерство обороны США сообщило о своей стратегии развития гиперзвукового оружия. Речь идет прежде всего о разработке ударного гиперзвукового оружия с морским, воздушным и сухопутным базированием, способного поражать объекты, критически важные для противника. Руководитель этого направления Майк Уайт рассказал, что Пентагон хочет получить такое оружие к середине 2020-х.

Гиперзвуковыми называют скорости свыше 6 тыс. км/ч, то есть превышающие скорость звука в атмосфере более чем в пять раз. Еще большую скорость получают баллистические ракеты — более 22 тыс. км/ч. Однако гиперзвуковое оружие имеет свое преимущество: способность изменять траекторию и маневрировать во время полета, что делает его неуязвимым для систем противовоздушной и противоракетной обороны противника.

27 сентября Агентство передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA) минобороны США объявило об успешном испытании гиперзвуковой крылатой ракеты. Ее запустили с борта самолета, после чего был активирован двигатель. Благодаря относительно небольшой массе и габаритам такое оружие могут получить разные американские самолеты - как стратегические бомбардировщики, так и истребитель пятого поколения F-35.

Однако 16 октября Financial Times сообщила, что Китай еще в августе опробовал гиперзвуковую систему, способную нести ядерный боезаряд. Ракета-носитель "Чанчжэн-2C", обычно используемая для запуска спутников, облетела вокруг Земли, после чего от нее отсоединился глайдер (то есть планер), который на гиперзвуковой скорости полетел в свою цель (сама же ракета сгорела в плотных слоях атмосферы). "Испытание показало, что Китай достиг поразительного прогресса в разработке гиперзвукового оружия и гораздо дальше продвинулся в этой сфере, чем считали американские официальные лица", — констатировали источники газеты. Однако они отметили, что система показала невысокую точность: глайдер отклонился от цели на 30 км. Для США особенно опасно, что такие системы могут атаковать со стороны Южного полюса, тогда как американская противоракетная оборона ожидает атак с противоположной стороны.

20 октября президент США Джо Байден выразил обеспокоенность относительно китайского гиперзвукового оружия. В тот же день военно-морские и сухопутные силы США провели три испытания прототипов компонентов гиперзвукового оружия. Пентагон назвал испытания успешными. Летные испытания нового оружия должны пройти уже в следующем году.

Ударные дроны

На проходившей в Чжухае выставке Airshow China 2021 на юге Китая, с 28 сентября по 3 октября, были представлены китайские беспилотные летательные аппараты нового поколения. В частности, государственная Китайская аэрокосмическая научная и технологическая корпорация (CASC) продемонстрировала ударный дрон CH-6 (Cai Hong 6). Он имеет максимальную взлетную массу 7,8 т, может вместить 2 т вооружения и боеприпасов, имеет общую ширину 20,5 м, длину 15 м, высоту 5 м, крейсерскую скорость 500-700 км/ч, крейсерскую высоту полета 10 км, максимальную продолжительность полета 8 часов, максимальную дальность 4500 км. Как отмечает The Drive, среди американских ударных дронов наиболее близок к CH-6 по своим тактико-техническим характеристикам, вероятно, Avenger от General Atomics, хотя CH-6 в своей конструкции делает меньший акцент на низкой заметности и имеет более простой общий дизайн. Отличием CH-6 являются два реактивных двигателя, расположенных в хвостовой части. Наличие двух двигателей повысит надежность, что может быть ключевым с учетом расстояний, на которые рассчитаны эти дроны, и менее развитое состояние китайских технологий реактивных двигателей по сравнению с американскими.

Еще одной новинкой от CASC на авиасалоне в Чжухае стал дрон FH-97 (Fei Hong 97), выглядящий как копия экспериментального беспилотника XQ-58 Valkyrie, разработанного американской компанией Kratos для военно-воздушных сил США. Но FH-97, как и CH-6, оснащен двумя реактивными двигателями вместо одного.

Итак, Китай идет по пути, по которому сейчас идут США, в направлении широкого использования скрытых ударных беспилотников, оптимизированных для опасных боевых вылетов с целью поражения различных целей, радиоэлектронной борьбы или разведки. Кроме того, ожидается, что эти виды дронов в сочетании с разработками в области искусственного интеллекта будут работать для сопровождения пилотируемых военных самолетов или как сетевые стаи для разных миссий, включая воздушные бои.

США с этой целью создали искусственный интеллект Skyborg и уже опробовали его способность управлять дронами UTAP-22 Mako от Kratos и MQ-20 Avenger от General Atomics. Есть признаки того, что Китай проводит испытание подобной концепции на секретной авиабазе Малань в провинции Синьцзян. Освоение этих технологий является частью усилий обеих стран для быстрого повышения беспилотных возможностей своей военной авиации, утверждает The Drive.

Беспилотные электромобили

Китайская компания WM Motor 22 октября представила концепт электрического седана M7. Автомобиль получит три лидара и еще около 30 измерительных устройств. M7 будет отличаться значительной для электромобиля дальностью – 700 км.

Лидары – ключевые датчики для беспилотных автомобилей. Они посылают лазерные лучи и измеряют время, за которое отраженный от объектов свет доходит до приемника. Это позволяет точно определить расстояние до объектов и даже построить рельефную карту пространства.

Стоимость набора из лидара, радара и других сенсоров может превышать стоимость самого автомобиля, и некоторые разработчики создают беспилотные автомобили без лидаров благодаря развитию алгоритмов компьютерного зрения. К примеру, на электромобилях Tesla стоят только радары и камеры (впрочем, сами машины при этом назвать беспилотниками нельзя), и в этом году компания объявила, что откажется даже от радаров и будет использовать для навигации только камеры.

В сентябре прошлого года американская компания Lucid Motors представила электрический седан Air, который сможет проезжать на одном заряде до 837 км. Электромобиль выделяется продвинутой системой помощи водителю с камерами, радарами и фронтальным лидаром. Автомобиль уже поступил в продажу. Его можно приобрести за $77,4 тыс.

Электрический седан M7 китайской компании WM Motor оборудован не одним, а тремя лидарами с общим углом обзора в 330 градусов. Кроме того, он имеет пять радаров, излучающих миллиметровые волны, 12 ультразвуковых датчиков, семь камер с разрешением 8 мегапикселей, четыре панорамные камеры и высокоточный модуль позиционирования.

Обрабатывать данные из всех этих устройств будут четыре чипа NVIDIA DRIV Orin-X. Вычислительная способность каждого из них – 254 трлн операций в секунду. Кроме того, WM Motor обещает непрерывное улучшение интеллектуальных алгоритмов распознавания объектов и управления автомобилем, благодаря чему интеллектуальная система вождения M7 станет еще безопаснее и надежнее.

Массовое производство автомобиля M7 намечено на 2022 г. Своей целью компания называет обеспечение возможностью автономного управления пятого уровня. Это означает полную автоматизацию вождения по всем сценариям (паркование, движение по городским дорогам и междугородным магистралям). Такие автомобили смогут ехать, куда нужно владельцу, и делать все, что способен сделать опытный водитель.

Квантовые компьютеры

Конкуренция между Китаем и США нарастает в сфере квантовых вычислений. Это технология завтрашнего дня. Сегодня она находится только на стадии экспериментальных испытаний, однако завтра обещает удивительные достижения.

Размер квантового компьютера измеряется в кубитах, при этом каждый новый кубит удваивает мощность устройства. В качестве кубитов могут использоваться фотоны (частицы света), электроны, атомные ядра, локальные эффекты в сверхпроводниках и т.д.

23 октября 2019 г. в журнале Nature вышла статья, где команда Google похвасталась созданием 54-кубитного сверхпроводящего квантового компьютера Sycamore. Его вычислительные возможности были опробованы на моделировании случайных квантовых цепочек. Команда Google заявила, что процессор Sycamore за 200 секунд справился с задачей, для выполнения которой современному классическому суперкомпьютеру понадобилось бы 10 тыс. лет. Правда, компания IBM заявила, что ее суперкомпьютер Summit способен выполнить такую задачу за 2,5 суток. Но все же 200 секунд — это более чем в тысячу раз быстрее 2,5 суток.

Два года спустя этот рекорд побили китайцы. 25 октября 2021 г. в Physical Review Letters вышла статья, в которой команда Научно-технического университета Китая известила о создании 66-кубитного сверхпроводящего квантового компьютера "Цзучунчжи". Он тоже был опробован на моделировании случайных квантовых цепочек. Задание, выполненное "Цзучунчжи", по объему вычислений в сотни раз превысило то, на котором команда Google испытала свой процессор Sycamore два года назад. "По нашим оценкам, задача, с которой "Цзучунчжи" справился примерно за 1,2 часа, займет у самого мощного суперкомпьютера по крайней мере восемь лет", — заявила китайская команда. 1,2 часа — это почти в 60 тыс. раз быстрее восьми лет.

Тогда же в том же издании вышла статья той же команды о ее успехах в создании квантового компьютера другого типа — фотонного. В прошлом году она создала фотонный компьютер "Цзючжан", который выполнил тестовое задание в 100 трлн раз быстрее, чем это мог бы сделать классический суперкомпьютер. И вот теперь она рассказала о "Цзючжан-2", который превысил классический суперкомпьютер в триллион триллионов раз.

Перспективные применения квантовых компьютеров – прогнозирование цен на акции, расчет генных мутаций, создание новых материалов и лекарств, моделирование гиперзвукового полета и т.д.