Мрія спецслужб. Як повна невидимість стала військовою технологією
40 років тому (1977) вийшла книга Бенуа Мандельброта "Фрактальна геометрія природи". За минулі з тих пір роки фракталам було присвячено безліч конференцій, форумів і навіть художніх виставок. А завдяки комп'ютерній графіці фрактали успішно завойовують масову культуру і робочі столи комп'ютерів.
Втім, за ті ж роки було чимало інших видатних відкриттів у різних науках. Бозон Хіггса, прискорене розширення Всесвіту, доказ Великої теореми Ферма, розшифровка генома людини... Але навіть на цьому яскравому тлі фрактали виділяються. Вони унікальні тим, що їх можна знайти на всіх поверхах людського знання. Більш того, кожна наука сама по собі фрактальна. І всі науки, разом узяті, теж являють собою фрактал, як і бізнес, і людське суспільство в цілому.
Ілюзія кордонів
Всі науки здавна ділилися на "чисті" і "прикладні". Зразки самої "чистої" науки давала математика, яка могла займатися вигаданими об'єктами, абсолютно не піклуючись, чи мають вони якесь відношення до реального світу.
Звичайно, і в математиці є прикладні розділи, хоча б та ж статистика, яку нерідко називають державної математикою (statistics = state mathematics), або теорія ігор. Але завжди існував досить чіткий вододіл між "наукою заради науки" і "наукою заради практичних результатів". Перша не приносила ніяких доходів і могла існувати лише завдяки сторонньому фінансування, яке рідко бувало щедрим. Друга обіцяла прибутку і тому набагато успішніше знаходила спонсорів як державних, так і приватних.
Звичайно, так завжди було не тільки в математиці, але і в будь-якої природничої науки — астрономії, фізики, хімії, біології. Досить згадати Йоганна Кеплера, який заробляв на життя складанням астрологічних гороскопів, щоб витрачати решту часу на розгадку таємниці руху планет. Математика відрізнялася тим, що її об'єкти розташовані ще далі, ніж зірки, взагалі за межами Всесвіту, в якомусь ідеальному світі. І чим більше математикам вдавалося заглибитися в той світ, тим менше вони могли розраховувати, що їх відкриття будуть зрозумілі або хоча б цікаві кому-небудь тут, на Землі.
Так було до тих пір, поки Мандельброт не відкрив фрактали. Точніше, він відкрив їх тричі. Спочатку він відкрив їх як математичний об'єкт — безліч Мандельброта, чудове тим, що воно повторює себе у виступах на своєму кордоні, знову і знову в усі меншому масштабі.
Потім (практично відразу ж) Мандельброт відкрив фрактали серед природних об'єктів. Причому виявилося, що фрактали – це не виняток, а правило. А винятком з правил слід вважати всі ті гладкі об'єкти, що рухаються з гладким траєкторіях, яким всіх вчать у школах і вузах. Реальні об'єкти у величезному діапазоні – від рівня атомів і молекул до сверхскоплений галактик — фрактальны.
Іменно про це Мандельброт розповів у своїй книзі "Фрактальна геометрія природи". Він показав або, якщо називати речі своїми іменами, він просто ткнув вчених носом в те, що природні об'єкти не мають чітких кордонів. Будь то острів у морі, хмари в небі або дерево на землі. Та що там, у кожному з нас живуть як мінімум чотири грандіозних фрактала — нервова, дихальна, серцево-судинна і лімфатична системи, тісно сусідять і щільно співпрацюють в самих різних органах.
Те ж саме Мандельброт виявив і в межах між областями знання і людської діяльності. Ці області опинилися фрактальными по своїй структурі і формі. І це було третім відкриттям фракталів.
Ілюзорність кордонів між науками Мандельброт показав не тільки своїми всюдисущими фракталами, але і самим своїм життям (1924-2010). Працюючи з 1959 р. в науково-дослідницькому центрі IBM, він спокійно йшов далеко від прикладних математичних проблем, важливих для компанії, заходячи в області лінгвістики, теорії ігор, економіки, аеронавтики, географії, фізіології, астрономії, фізики. Сфера його наукових інтересів, поза сумнівом, являє собою фрактальний об'єкт.
Заснована ним наука про фрактали — це теж фрактальний об'єкт, проникаючий у всі науки від математики і фізики до біології та економіки. Для науки про фрактали немає кордонів між чистими науками, прикладними науками і бізнесом. Можна навіть сказати, що вона з легкістю замінює собою ці межі.
Нафтові спонсори фрактальної геометрії
Найпершою на державному рівні почала рясно фінансувати науку про фрактали Норвегія. Берегова лінія цієї країни, порізана фіордами з безліччю островів, є улюбленим прикладом географічних фракталів. Але гроші на фрактальну геометрію норвежці стали витрачати не з любові до фіордах, а за більш глибокої причини. Ця причина залягає на глибинах до 10 км і більше під Північним, Баренцовим, Норвезьким морями і називається нафтою.
Нафтоносний шар являє собою фрактальний об'єкт, і саме тому "висмоктати" з нього нафту виявляється дуже непростим завданням. Вже у 1980-х рр. державна нафтовидобувна компанія Statoil стала спонсором досліджень, що проводилися під керівництвом фізиків Торстейна Йоссанга і Енса Федера з метою застосування фракталів в геології, геохімії та інших областях знання, що представляють безпосередній інтерес для розвідки і розробки нафтових родовищ. Починалося все з вивчення конкретних явищ типу освіти в'язких пальців при витіснення рідини в пористих середовищах, а вилилося в дослідження, що мають фундаментальне значення.
У 1985 р. за ініціативою заступника виконавчого директора Statoil, фізика-ядерника Хенріка Агер-Ханссена був заснований спільний дослідницький проект VISTA компанії Statoil і Норвезької академії наук і літератури. Через цей проект пішло щедре фінансування наукових досліджень і навчання студентів по темі фракталів.
До початку нафтового буму Норвегія була бідною риболовецької країною, чиї жителі масово виїжджали на заробітки в Америку. Але за лічені роки вона вийшла на світовий рівень наукових робіт з фрактальної геометрії. Показовий факт: влітку 1986 р., коли Енс Федер привіз у США попередню рукопис своєї книги "Фрактали", Бенуа Мандельброт в ході обговорень прочитаного настільки подружився з автором, що довірив йому використовувати в книзі великий цикл своїх робіт, що були до того надбанням лише вузького кола його близьких друзів і знайомих.
Книга вийшла у Нью-Йорку в 1988 р., але, зрозуміло, Енс Федер розповів в ній не все, що знав. Багато чого залишилося комерційною таємницею Statoil.
За останні три десятиліття методи фрактальних досліджень перетворилися в стандартний, повсюдно використовується науковий інструмент і знайшли широке застосування в самих різних сферах бізнесу. Математичні, природні, економічні, соціальні фрактали вивчаються широким фронтом, отримуючи фінансування з державних і приватних джерел. Однак цим справа не обмежилася.
Виявилося, що на чисто математичних, намальованих комп'ютером фрактали, можна побудувати солідний бізнес. І мова йде не про якийсь там комп'ютерної анімації, а про замовлення для дуже серйозних людей.
Вигода від фрактального мислення
Те, що ми живемо в світі фракталів, не всюди помітно. Звичку до фракталам важко засвоїти, наприклад, в місті з прямолінійними за планом прокладеними вулицями.
А ідеальним місцем для того, щоб перейнятися фрактальної ідеєю, є незайманий ліс. Там бачиш фрактали всюди, куди не кинеш погляд: вгорі — густі крони дерев, перед очима — непролазный підлісок, внизу, якщо опуститися до самої землі, — як би ліс в мініатюрі з трави, опалого листя та пуху. І все це разом — один великий фрактал.
Такими лісами славиться Канада. І, схоже, зовсім не випадково саме тут народилася Hyperstealth Biotechnology Corp, стала світовим лідером в області камуфляжу і маскування. У Hyperstealth розроблено понад 14 тис. зразків камуфляжу. Форму від Hyperstealth використали понад 5 млн військовослужбовців Йорданії, США, Канади, Нової Зеландії, Мексики, Ямайки, Афганістану і Філіппін.
Засновник Hyperstealth Гай Крамер в союзі з американською фірмою ADS Inc. створив камуфляжну форму US4CES, яка в 2012 р. увійшла в число чотирьох фіналістів конкурсу Camouflage Improvement Effort, оголошеного армією США. Сам цей конкурс, до речі, довелося проводити не від хорошого життя. У 2004 р. американська армія зробила колосальну помилку. Вона представила новий цифровий камуфляж UCP (Universal Camouflage Pattern), здатний працювати у всіх середовищах. Через кілька місяців в один день розгорілася війна в Іраку, і кожен солдат на землі дізнався правду: намагаючись працювати в кожній ситуації, UCP не впорався з жодною.
Американський ресурс Gizmodo розпитав Гая Крамера, в чому різниця між візерунками UCP і US4CES. Як пояснив Крамер, цифрові камуфляжі намагаються використати передові оптичні прийоми, щоб заплутати мозок противника. "Ви не можете просто заляпати фарбою стіну і назвати це камуфляжем, — каже Крамер. — Ми не намагаємося створити випадковість. Ми хочемо, щоб мозок інтерпретував візерунок як частину фону".
Такого роду візуальна хитрість — складне завдання. Вона включає в себе уявлення про науку кольору, анатомії людського ока і навіть логістику створення візерунка. І вона все ще не досконала. Всі цифрові камуфляжі складаються з двох шарів: мікроузори (пікселі) і макроузоры (форми об'єднання пікселів). Якщо масштаби макроузоров будуть занадто малі, — як і трапилося з UCP, — виникне оптичне явище під назвою изолюминация, тобто фарбування ретельно побудованої моделі камуфляжу в масу яскравого кольору. Іншими словами, на дистанції такий костюм можна розгледіти з легкістю.
Це стало однією з найбільших проблем UCP, але не єдиною. У 2004 р., коли армія США представила UCP, з'ясувалося, що у всьому візерунку немає ні краплі чорного кольору. Справа в тому, що чорний не зустрічається в природі, — так пояснили офіційні представники. Але Крамер категорично не згоден. Чорний і коричневий необхідні для імітації тіні. "Якщо у вас не буде хоча б відсотка такого в камуфляжі, він буде виглядати плоским, оскільки немає ефекту глибини", — пояснив Крамер.
Засновник Hyperstealth знає все це не з теорії. Він є піонером в області алгоритмічної конструкції камуфляжу. Замість того, щоб покладатися на власний мозок у проектуванні візерунків, він написав програму, яка генерує справжні геометричні фрактали. Ось чому візерунки Крамера використовувалися скрізь: від гвинтівок до вертольотів, не кажучи вже про 5 млн уніформ. Оскільки вони повторюються в будь-яких масштабах, вони здатні сховати як людини, так і ціла будівля.
Як вже говорилося, фрактали розчиняють в собі будь-які межі. Люди з фрактальним мисленням — теж. Крамер не обмежив себе класичними геометричними фракталами і проник в незвідану область квантового камуфляжу.
В кінці 2012 р. Hyperstealth оголосила про створення матеріалу, завдяки яким людину можна зробити невидимим. Матеріал назвали Quantum Stealth. І з нього можна зшити справжній плащ-невидимку, в якому людину неможливо буде виявити неозброєним оком. Настільки невидимим, що зайшовши в кімнату, де знаходиться чоловік, одягнений у плащ з такого матеріалу, ви навіть не дізнаєтеся, що він там знаходиться.
На жаль, HyperStealth відмовилася ділитися якими-небудь подробицями, як працює Quantum Stealth. Воно й не дивно, адже технологічним проривом дуже зацікавилися американські і канадські військові. Замість цього компанія вирішила показати кілька знімків, щоб люди зрозуміли, про якому рівні невидимості йде мова.
"Ті люди, яким дійсно потрібно було дізнатися, як працює ця технологія, її побачили. Дві роздільні групи американських і канадських військових побачили матеріал в дії, — заявив Крамер. — Вони тепер знають принцип роботи матеріалу... без будь-яких камер, батарейок, світлових джерел і дзеркал. Цей матеріал дуже легкий і не дуже накладний у виробництві".
На його думку, Quantum Stealth буде неоціненним для пілотів, які опинилися в тилу ворога і бажають уникнути захоплення, а також для спеціальних підрозділів, що виконують рейди серед білого дня. Також наступне покоління літаків може стати невидимим не тільки для радарів, але і для неозброєного ока, в той час як танки і підводні човни можна буде виявити лише за звуком їх двигунів і гармат.
У березні 2017 р. засновник Hyperstealth поділився новою інформацією про плани своєї компанії. "Мені подобається придумувати нові рішення, які не були випробувані раніше, що робить мене руйнівником в цій галузі! — затверджує Крамер. — Ви можете копіювати бізнес-моделі або технології інших компаній, але це зазвичай не ставить вас на перше місце. Ви повинні зробити незвичайне, несподіване, неможливе, щоб виділитися з натовпу".
Сіль в тому, що давати продукт "не як у всіх" — це нерідко одна з головних вимог замовника. "Проблема з носінням того ж, що і у всіх, — це оперативна безпека, — пояснює Крамер. — Чи може хто-то легко проникнути у ваш захист, надівши щось, що майже кожен може придбати? Одна з найбільших скарг громадськості щодо Hyperstealth полягає в тому, що вони не можуть придбати наші шаблони, навіть на Ebay, тоді як зразки продукції наших конкурентів легко отримати. Причина в тому, що більшість країн, з якими ми працюємо, отримують ексклюзивний зразок. Це забезпечує їм оперативну безпеку, якої вони потребують".
Розповів він і про квантовому камуфляжі. "У 2011 р. я розробив технологію Quantum Stealth і знайшов спосіб повністю приховати мета, згинаючи весь спектр видимого світла навколо мети. Ця технологія також працює в ближньому ультрафіолетовому, близькому інфрачервоному і температурному спектрах. Багато фізики стверджують, що те, що я зробив, неможливо. Це дійсно корисно для мене, оскільки дає мені більше часу для розробки та вдосконалення версії 2, перш ніж вони навіть з'ясують, що таке версія 1. Я провів безліч демонстрацій технології для ряду військових та урядових груп високого рівня, і прогрес є, але це все, що я можу сказати, нічого не розкриваючи".
Втім, він тут же додав, що квантова технологія робить багато аспектів традиційного камуфляжу застарілими, а це "створить масу проблем для наших власних сил", і саме тому Quantum Stealth все ще не може бути показаний широкій публіці. "Я не проти скептиків, я був би сам одним з них, якби був на вулиці", — каже Крамер.
Дорога, розпочата 40 років тому Бенуа Мандельброт, сравнившим свого математичного виродка (безліч Мандельброта) з природними островами, хмарами і деревами, виявилася шляхом до бізнесу, здатної заробляти на комп'ютерних фрактали і обганяти науку у створенні нових матеріалів. Чиста математика, сама непрактична наука в світі, призвела до військових технологій, які можуть бути вирішальними у гібридної війні.
Схоже, навіть якщо наш світ і був колись плоским, він стає все більш фрактальним. Буквально на очах.
