Гра в кішки-мишки: дивовижні проекти, про які ми зможемо говорити лише після закінчення війни…

Нещодавно в суботу вдень 26-річний інженер Богдан змусив працівника відімкнути двері до наукового корпусу в затишному куточку Київського політехнічного університету (КПУ). Худий, як рейка, та міцний, Богдан, який не назвав свого прізвища, щоб захистити себе та свого батька, артилерійського офіцера української армії, спустився бетонними сходами до підвальної майстерні.

Там, під плакатом у радянському стилі із закликом «Окупанту, загарбнику, мародеру, вбивці: смерть!», студент-фізик КПУ схилився над друкованою платою. Команда Богдана поспішала завершити нову версію дрона, який вона обіцяла поставити військовим того червневого вечора.

Про це пише у черговому репортажі з України відомий науковий репортер Річард Стоун у свіжому випуску популярного журналу Science.

Вони почали з квадрокоптера DJI Mavic 3, машини китайського виробництва, розміром близько 30 сантиметрів від ротора до ротора, яку можна придбати в інтернеті за ціною близько 2000 доларів.

«Це вирішальний інструмент для розвідки та цілевказання», – пояснив Богдан. Він та його аспіранти вже подвоїли максимальний час польоту дрона до 80 хвилин. Тепер вони тестували приховане вдосконалення свого дрона «Крук», або «Рейвен»: канал зв’язку, стійкий до глушіння.

Середовище радіоелектронної боротьби стає надзвичайно складним. Росіяни підривають усе на відстані до 15 кілометрів перед собою,

 

– сказав Богдан.

Команда КПУ — лише одна з легіону академічних дослідницьких груп, які Україна, яка вже четвертий рік веде запеклу війну з Росією, мобілізувала в надії досягти технологічної переваги над своїм набагато більшим та краще озброєним ворогом.

Оскільки російські війська неодноразово атакували військові науково-дослідні центри країни, уряд залучив широкі сфери наукової інфраструктури України до проведення військових досліджень.

«Нам довелося змінити наші пріоритети на оборону та безпеку. Багато інститутів зараз досить тісно залучені», — каже Анатолій Загородній, президент Національної академії наук України (НАНУ). Богдан, наприклад, називає своїм «ідеологічним обов’язком» розробку безпілотників-вбивць. «Є хижаки, а є жертви. Ми не хочемо бути жертвами».

Ця робота виходить далеко за рамки інновацій у сфері дронів. Вона включає проекти з багатоспектрального мобільного камуфляжу, зброї спрямованої енергії та склокераміки для ракет — усі вони є суворо засекреченими.

«Є кілька абсолютно дивовижних проектів, про які ми зможемо говорити лише після закінчення війни», — каже Ольга Полоцька, виконавчий директор Національного фонду досліджень України (НФДУ).

Але нещодавно українські вчені погодилися відкрити для Science деякі інші дослідницькі зусилля , що дозволило репортеру спостерігати за роботою в низці галузей, включаючи морські дрони, військову медицину та технології для захисту критичної інфраструктури та знакових історичних будівель.

Український солдат керує дроном. Він сидить у кріслі, схожому на туристичне крісло, з гарнітурою віртуальної реальності та тримає елементи керування дроном на колінах. На задньому плані стоять ще троє солдатів, один з яких також у гарнітурі віртуальної реальності та тримає елементи керування.

Війна торкається багатьох дослідників як особисто, так і професійно, оскільки бомбардування посилюються далеко за лінією фронту, в Києві та інших місцях, де розташовані університети та дослідницькі інститути. Напади, які часто відбуваються посеред ночі, стають дедалі смертоноснішими та завдають дедалі більшої шкоди психічному здоров'ю як солдатів, так і цивільного населення.

Я повністю психологічно травмована, — каже Полоцька. - Стає дуже важко триматися.

Головним архітектором  повномасштабних дослідницьких зусиль є Володимир Горбулін, 86-річний ветеран ракетно-космічної промисловості України. Під час холодної війни Горбулін був частиною команди досліджень і розробок на Південмаші, українському аерокосмічному заводі, який виробляв ракети «Космос» для Радянського Союзу. (Протягом останніх 3 років Росія неодноразово атакувала цей об'єкт, нині відомий як «Південмаш».)

Після здобуття Україною незалежності в 1991 році він очолив її молоде Національне космічне агентство. Потім, у 2015 році, через рік після початку бойових дій на Донбасі, Горбулін став першим віце-президентом НАНУ та очолив початковий ряд оборонних наукових проектів.

Мізерні ресурси розчарували Горбуліна, який засуджував брак політичної волі для розробки ключових оборонних технологій. У пророчій книзі 2020 року «Як перемогти Росію у майбутній війні» він наголосив на важливості безпілотних літальних апаратів (БПЛА), вказавши на атаку дрона на саудівський нафтопереробний завод у 2019 році, яка на кілька днів скоротила вдвічі загальний обсяг виробництва в країні.

Заявивши, що 2020-ті роки будуть «найнебезпечнішим і найнепередбачуванішим» десятиліттям для сучасної України, Горбулін закликав до національних програм з БПЛА, високоточної зброї та систем радіоелектронної боротьби.

Пандемія COVID-19 уповільнила ці амбіції. Але повномасштабне вторгнення Росії у 2022 році зробило зусилля уряду щодо розширення військових досліджень і розробок ще більш актуальними.

Відтоді Горбулін налагодив тісні зв'язки з оборонним відомством України, щоб адаптувати дослідницький портфель НАНУ до потреб військових. Одним із нещодавніх прикладів є угода з Головним управлінням розвідки Міністерства оборони України (ГРМУ), за якою інститути НАНУ розроблятимуть безпілотні літальні апарати та супутникові системи.

Як би складно це не було, ми повинні підтримувати та розвивати нашу науку, оскільки вона має фундаментальне значення для оборони України,

 

– сказав начальник ГРМУ Кирило Буданов після зустрічі з Горбуліним та Загороднім у грудні 2024 року.

Зосередження Горбуліна на безпілотниках здавалося особливо пророчим вранці 17 червня, коли повітря в центрі Києва було густим від їдкого запаху паленого.

Сірий дим висів на дахах будинків у південному районі столиці України, де рано вранці російська ракета впала на багатоквартирний будинок. Безпілотник також вдарив по гуртожитку Київського авіаційного інституту, університетського центру досліджень і розробок безпілотників. Загалом, за словами українських чиновників, Росія за ніч запустила 440 безпілотників і 32 ракети по Києву, вбивши 30 людей і поранивши 172.

«Я зовсім не спав», – зізнався Максим Юрженко, науковець-матеріалознавець Інституту електрозварювання імені Є. О. Патона (ІЕЗ) – одного з кількох десятків інститутів НАНУ, залучених до військової дослідницької та розробницької кампанії Горбуліна. Члени родини Юрженка вже третій раз за тиждень ночували в підвалі свого житлового комплексу. Його 7-річній доньці зараз особливо важко, каже він. «Неможливо почуватися в безпеці».

Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона — це гігант: його лабораторії, в яких працює науковий корпус із 500 осіб, займають цілий міський квартал, а в інших місцях є дизайнерські майстерні та фабрики. За словами Юрженка, ці об'єкти стали очевидними цілями для російських військ і «постраждали від атак, деякі з яких були серйозними».

Відвідувачів інституту зустрічають приклади прикладної ручної роботи радянських часів: відрізок газопроводу, довжиною та висотою з причіп тягача, спроектований для обмеження збитків від вибухів.

Щоб урізноманітнити дослідження, у 2014 році Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона запросив Юрженка очолити новий відділ зварювання пластмас. Того року Росія анексувала Крим у України, а підтримувані Росією сепаратисти повстали на сході Донбасу.

Команда Юрженка невдовзі отримала перше замовлення від українських військових: розробити надувний рукав зі зварного пластику, який медики на полі бою могли б використовувати для іммобілізації поранених кінцівок перед транспортуванням поранених до лікарні. Зараз використовуються десятки таких рукавів.

В останні місяці портфоліо оборонних досліджень і розробок Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона переживає бум. Юрженко може привернути увагу до двох проектів.

Один з них спрямований на розробку біополімерного імплантату, надрукованого на 3D-принтері, для відновлення переломів кісток. Імплантат розчинятиметься в міру утворення нової кістки, що усуває необхідність, скажімо, в титановому імплантаті, який пізніше буде видалено хірургічним шляхом. Команда завершила випробування на безпеку та розпочинає випробування на поранених солдатах.

Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона також є одним із кількох інститутів НАНУ, які розробляють гелеві пов'язки, просочені ліками.

Команда Юрженко створила дві формули: одну з мікробіцидними наночастинками срібла, а другу з оксидом цинку та іншими сполуками, що сприяють регенерації тканин. Обидві проходять випробування в лікарнях. Ще один гель, який розробляється в іншому кінці міста в Інституті молекулярної біології та генетики, використовує цілющі властивості комбучі, ферментованого напою з бактеріями та дріжджами.

Інші команди готують мазі для загоєння ран. Одна цікава суміш – це суміш каоліну та кремнезему для зупинки кровотечі, а також наночастинок срібла та золота і незрілих волоських горіхів.

Екстракт волоських горіхів і дорогоцінні метали зменшують запалення та знищують мікроби, каже Ігор Затовський, хімік Інституту біоколоїдної хімії імені Ф. Д. Овчаренка НАНУ. Одна з цілей – запобігти поширенню небезпечних штамів бактерій, стійких до антибіотиків, які циркулюють в організмі українських солдатів. Очікується, що випробування в лікарнях розпочнуться найближчим часом.

Знаменитий напад,  здійснений Україною 3 роки тому, надихнув експерта з аерокосмічної галузі Андрія Дреуса спробувати відродити в мініатюрі гарячкову мрію радянських часів, відому як «Каспійське чудовисько».

Під час нападу в жовтні 2022 року було використано вантажівку-замінник, щоб обвалити секцію Керченського мосту, що з'єднує Росію та Крим. Українці схвально відгукнулися про штурм мосту, який Росія завершила у 2018 році вартістю 3,7 мільярда доларів і який використовується для постачання військ.

Цей сміливий удар спонукав Дреуса, спеціаліста з гідромеханіки Дніпровського університету імені Олеся Гончара, задуматися про нові способи атаки над водою.

Він звернувся до аеродинамічного явища, яке радянські інженери досліджували під час Холодної війни, називаючи його ефектом землі: повітряна подушка, що утворюється між низько летючим літаком і землею, збільшуючи підйомну силу та зменшуючи опір.

«Екраноплани» теоретично можуть перевозити більшу вагу на вищих швидкостях, ніж звичайні літаки, а летячи низько, вони можуть уникнути радіолокаційного виявлення.

Радянським зразком опору став «Корабль Макет» (КМ) – екраноплан з 10 турбореактивними двигунами та розмахом крил майже 38 метрів, який літав на висоті всього кількох метрів.

Завершений у 1966 році, КМ на той час був найбільшим літаком, коли-небудь побудованим, і, як повідомляється, міг розвивати швидкість 650 кілометрів на годину.

Радянський флот витратив 15 років на випробування цього апарату на Каспійському морі, перш ніж він зазнав аварії та затонув у 1980 році; інші радянські екраноплани працювали до 1990-х років. (Раніше новинні агентства повідомили, що Китай почав випробувати власний екраноплан, який отримав прізвисько «Бохайське морське чудовисько», на Бохайському морі).

Будучи студентом університету, розташованого в Дніпрі — закритому місті за радянських часів через його військову промисловість, — Дреус виконав завдання з аеродинаміки екранопланів.

Він знав, що вони можуть бути примхливими. Чим менший екраноплан, тим більше його стійкість порушується нерівною топографією, що на відкритій воді означає хвилі.

Університет Дреуса має одну з небагатьох діючих аеродинамічних труб в Україні, яку він та його команда використовували для випробування різноманітних конструкцій. Вони знайшли переможця: дрон з розмахом крил 6 метрів, який має літати зі швидкістю 250 кілометрів на годину.

Нещодавно вони представили свою концепцію Міністерству стратегічних галузей промисловості України та співпрацюють з приватними компаніями щодо створення прототипу, каже Дреус.

Екранний дрон доповнив би зростаючий арсенал безпілотників України, який 1 червня зіграв головну роль в одному з найзухваліших військових маневрів: операції «Павутиння». У ньому використовувалися фальшиві вантажні контейнери для контрабанди безпілотників до Росії вантажівками за місяці до нападу, а потім їх розміщували на військових літаках на базах глибоко всередині країни.

Це була кульмінація нової тактики: наближення ударної потужності до цілі,

 

— каже Катерина Бондар, аналітик з питань оборони Центру стратегічних та міжнародних досліджень.

Найпоширенішим на українській лінії фронту є дрон з оглядом від першої особи (FPV): зазвичай це квадрокоптер, оснащений камерою, яким дистанційно керує оператор за допомогою окулярів.

Цього року Україна пообіцяла випустити 4,5 мільйона дронів FPV, які можна оснастити різноманітним озброєнням або використовувати для розвідки.

Інші БПЛА включають більші дрони для запуску ракет, дрони нічного удару «Баба Яга», адаптовані з сільськогосподарських дронів, що обприскують посіви, та перехоплювачі, які з дедалі більшим успіхом використовуються для знищення російських далекобійних дронів «Герань».

Україна також має звіринець човнових дронів, а також безпілотні наземні транспортні засоби для встановлення мін, розмінування та виконання завдань камікадзе.

Україна особливо вправно ставиться до мілітаризації комерційних технологій. Наприклад, за словами Бондар, розробники створили програмне забезпечення для автономної навігації, яке в кілька разів збільшує ймовірність потрапляння готових дронів FPV у ціль.

«Таким чином, потрібно менше дронів», – каже вона. І кожен, хто має доступ до 3D-принтера, може долучитися до військових зусиль.

Некомерційна організація «3D Print Army» передає запити від українських військових волонтерам по всій Європі.

Люди друкують маленькі деталі та фрагменти, необхідні армії», такі як елемент для скидання бомб, прикріплений до дронів «Баба Яга»,

- каже Бондар.

З початку повномасштабного вторгнення, за словами 3D Print Army, вона доставила на передову понад 18 мільйонів одиниць.

Україна протистоїть потужним російським безпілотникам. Ніч за ніччю Росія випускає хвилі безпілотників «Герань» з розмахом крил 2,5 метра, створених за зразком іранського безпілотника «Шахед».

І Росія мала величезну перевагу на початку повномасштабного вторгнення: неперевершений досвід в радіоелектронній війні, який використовувався для глушіння та виведення з ладу українських безпілотників.

Натомість Україна відточила асиметричні заходи реагування. Наприклад, вчені з інститутів НАНУ та університетів розробляють системи штучного інтелекту для своїх дронів, які аналізують, на яких частотах росіяни глушать, і швидко перемикають канали зв'язку на життєздатну частоту.

Це гра в кішки-мишки», — каже Бондар. Ще один розумний контрзахід — це наручний годинник, розроблений у Національному університеті «Львівська політехніка», який виявляє звуки дрона, що наближається, задовго до того, як його почують солдати, а потім передає сповіщення через Bluetooth товаришам поблизу.

Інші контрзаходи є явно низькотехнологічними. Наприклад, українські солдати час від часу виводили з ладу складні російські дрони, підключені до операторів через оптоволоконні кабелі, перерізаючи кабель кухонними ножицями.

Гонка озброєнь безпілотниками переосмислює мистецтво війни таким чином, що інші країни, включаючи Китай та Сполучені Штати, тільки починають осягати.

Тепер уряди повинні думати, що практично все можна мілітаризувати в гаражі чи підвалі», — каже Бондар. - Ви не знаєте, як це буде використано, коли і де це буде розгорнуто, і як протидіяти загрозі.

12 грудня 2023 року Росія здійснила руйнівну кібератаку на найбільшого оператора мобільного зв'язку України, «Київстар».

Двотижневий збій торкнувся 24 мільйонів людей; загальмував військовий, енергетичний, банківський та транспортний зв'язок; а також вивів з ладу загальнонаціональну систему попередження про повітряну тривогу.

Щоб запобігти подібній атаці в майбутньому, яка може призвести до зупинки стільникового зв'язку, Микола Бешлей, спеціаліст з інформаційних технологій Львівської політехніки, розробив інтелектуальну систему перенаправлення стільникових дзвінків на Wi-Fi та інтернет.

Технологічні та програмні налаштування тепер забезпечують стабільну роботу дзвінків через українські мережі Wi-Fi у разі втрати сигналу стільникового зв'язку.

Росія також регулярно вдається до грубої сили — ракет та мінометів — для руйнування критично важливої інфраструктури України, частою мішенню якої є електростанції та підстанції. Ці атаки стимулювали сплеск досліджень та розробок щодо зміцнення електромережі.

Одним із простих рішень є модуль розміру з транспортний контейнер, заповнений акумуляторами важких транспортних засобів, які можна розгорнути на критично важливих об'єктах.

У разі відключення електроенергії 50-кіловатний блок миттєво забезпечує електроенергією основні потреби, такі як обладнання для життєзабезпечення лікарень. Блок може працювати годинами або навіть днями, якщо його заряджати від сонячних панелей або вітрових турбін, каже Дмитро Редчиц, директор Інституту транспортних систем і технологій НАНУ.

Це у багато разів дешевше, ніж використання дизельного генератора, і має нульові викиди CO2,

 

— каже він.

Але рано вранці 26 липня Росія завдала удару по заводу з виробництва акумуляторного блоку за допомогою безпілотників та балістичних ракет «Іскандер», знищивши значну частину його унікального обладнання, каже Редчиц. «На щастя, всі працівники заводу вижили», — каже він.

Культурна спадщина України також перебуває під загрозою. Рано вранці 10 червня вибухова хвиля від сусіднього бомбардування пошкодила фасад Софійського собору, об'єкта Всесвітньої спадщини ЮНЕСКО XI століття в Києві. Президент України Володимир Зеленський назвав напад «неприйнятним та катастрофічним».

На щастя, пошкодження Святої Софії були поверхневими, каже Стелла Шехунова, директор Інституту геологічних наук (ІГН) НАНУ. Але може знадобитися час, щоб пошкодження, спричинені вибуховими хвилями, проявилися, оскільки тріщини розширюються, а порушені ґрунти осідають під фундаментами.

Щоб завчасно попереджати про такі структурні загрози, співробітники Шехунової встановили акселерометри, велосиметри та інше модернізоване моніторингове обладнання в ще одному культурному скарбі України: розлогій Києво-Печерській лаврі, монастирі з лабіринтом катакомб, де ченці вперше оселилися в XI столітті.

Розташований над Дніпром, об'єкт Всесвітньої спадщини розташований на схилі, що складається з лесу, піску та глини. В результаті, земля під багатьма його історичними будівлями, включаючи пару величних центральних споруд, Велику лаврську дзвіницю та Успенський собор, надзвичайно вразлива до землетрусів. Протягом століть хранителі Лаври будували підпірні стіни, щоб укріпити її.

Система моніторингу IGS задокументувала тріщини, що з'явилися в стінах Лаври після того, як Україна збила ракети або дрони за п'ять і більше кілометрів від монастиря. За словами Шехунової, поки що йому вдалося уникнути серйозних пошкоджень. Але удар у межах кількох кілометрів, не кажучи вже про пряме влучання, може спричинити небезпечні поштовхи, каже вона.

Найновіший  план оборонних досліджень і розробок на 2025-2029 роки включає нерозголошений обсяг нової підтримки для вчених, зокрема для роботи над технологіями асиметричної війни.

Горбулін, який започаткував ці зусилля, задоволений. Інститути НАНУ «рухаються у правильному напрямку та зараз відіграють життєво важливу роль», – сказав він під час інтерв’ю в штаб-квартирі НАНУ.

Дійсно, він вважає, що «війна є каталізатором відродження» наукового потенціалу України, який неухильно погіршувався з часів розпаду Радянського Союзу.

Однак, захоплення Україною військових досліджень і розробок призвело до скорочення і без того мізерних ресурсів для фундаментальних досліджень, особливо в галузях без правдоподібного зв'язку з обороною, таких як астрономія, ботаніка та гуманітарні науки.

«Це дуже болюче питання», — каже Полоцька з НФДУ. Вчені в цих галузях «зараз бідні, як церковні миші».

Повернення до рівноваги доведеться почекати до закінчення війни.

Більшість наших вчених розуміють, що необхідно продовжувати цим шляхом», – каже Загородний. - Це означає залишатися на своїх лабораторних лавах, знаючи, що їхній інститут чи університет може стати наступною мішенню для для ворожої «Герані».

Ми залишаємося тут, проводимо свої дослідження, – каже Юрженко. - Ось так ми боремося за свою свободу.

 

Підготовку цієї статті було підтримано Пулітцерівським центром.

Читайте також:

Від «Боже мій, що ми накоїли?» — до «Допомогти видворити легіони Сталіна». 80 років після Хіросіми – всесвітній страх

Неупереджена журналістика, експертний аналіз, обґрунтовані думки. Тільки перевірена інформація на нашому сайті та в наших соцмережах.