Активно развивающаяся технология трехмерной печати, которая пока находится на начальном этапе, должна поменять все наши представления о системе снабжения, морского базирования и даже о военно-морской стратегии. Однако это вынуждает нас также тщательно и напряженно обдумать все возникающие в этой связи угрозы и недостатки.

По словам специалиста из Массачусетского технологического института Нила Гершенфельда (Neil Gershenfeld), 3-D печать является революционным направлением, поскольку она позволяет создавать из предметов данные, а данные превращать обратно в предметы. Для ВМС это означает переход от физических запасов материальных средств и имущества к цифровым. Вместо реальных запчастей на борту военного корабля можно установить 3-D принтеры и создать запас емкостей с различными ингредиентами в порошкообразном состоянии, после чего можно будет просто загружать файлы с чертежами для печати необходимых предметов.

Разумеется, на борту современных кораблей и подводных лодок не будет изготавливаться все необходимое, хотя возникает соблазн подумать о том, для чего можно было бы приспособить освободившееся пространство. Современные принтеры в основном могут печатать лишь детали из одного материала, и отклонение от размеров и параметров это тоже большая проблема. Однако разработка устройств, способных создавать элементы из различных материалов, идет полным ходом, а технология быстро продвигается вперед. Возможно, уже в ближайшем будущем появится обширная мировая производственная сеть, в рамках которой морякам и морским пехотинцам останется лишь отправлять сообщение по электронной почте с отсканированным изображением или чертежом необходимой им запчасти, которая затем будет печататься на ближайшем сертифицированном принтере. Если мыслить шире, некоторые корабли командования морских перевозок ВМС можно было бы превратить в плавучие заводы, которые будут выполнять поступающие от кораблей боевой группы заказы на печать.

Заказать в печати можно будет далеко не только простейшие детали. Силами нескольких университетских лабораторий и как минимум одного военного подрядчика был изготовлен беспилотный летательный аппарат, все элементы которого, за исключением двигателя и электронного оборудования были напечатаны на принтере. В лаборатории Технологического университета Виргинии, которая в пятницу начала работу по печати, к воскресенью уже был готов беспилотник, который можно сложить и хранить  в рюкзаке. А в Университете Саутгемптона разработчики создали беспилотный летательный аппарат, фюзеляж которого был скопирован с британских бомбардировщиков Vickers времен Второй мировой войны. Самолеты Vickers были необычайно прочными, но крайне затратными в производстве. Однако для 3-D печати этот фактор не имеет практически никакого значения. И наконец, в Университете Виргинии был напечатан беспилотный летательный аппарат, управляемый при помощи относительно недорогого телефона с системой Android. Камера телефона использовалась для аэрофотосъемки. Достигающий максимальной скорости 80 км/час аппарат разбился в ходе первого же испытательного полета. Но студенты вернулись в лабораторию и просто напечатали новый нос конусовидной формы. Такой возможности позавидовал бы любой механик из летной эскадрильи. Конечной целью является создание беспилотника, который сможет взлетать в воздух сразу из принтера после печати всех его элементов, включая двигатель и электронное оборудование. Возможность  печатать на кораблях, передовых оперативных базах или в процессе ликвидации последствий стихийных бедствий легко заменяемые беспилотники, которые можно использовать в качестве систем наведения или средств наблюдения, стала бы огромным подспорьем для моряков и морских пехотинцев.

Как насчет печати боеприпасов? Один мой коллега из Атлантического совета (Atlantic Council) раньше был начальником завода по производству боеприпасов в Рэдфорде, где производится значительный объем нитроцеллюлозы и взрывчатых веществ для нужд вооруженных сил. Мы завели разговор о печати боеприпасов, и он пояснил, что напечатать гильзы можно без особого труда, однако вся эта идея будет бесполезной до тех пор, пока мы не сможем печатать боезаряд. Тогда мы пригласили сотрудников лаборатории 3-D печати из Технологического университета Виргинии на завод в Рэдфорде. Исследователи из этого университета считают данную идею достойной изучения и даже полагают, что с использованием 3-D печати можно изготовить боезаряд с такой геометрией, которая позволит обеспечить более высокую интенсивность и скорость выгорания взрывчатого вещества. Все понимают, что боеприпасы используются в таких больших количествах, что при помощи 3-D печати вряд ли удастся удовлетворить все потребности. Но что если печатать боеприпасы в ограниченном количестве для восполнения запасов, или изготавливать их на заказ под какие-то особые задачи?

Если говорить о более приземленных планах, 3-D печать, которую также иногда называют послойной печатью, позволяет по-новому взглянуть на строительство убежищ и других сооружений на плацдарме высадки  десанта или на передовой оперативной базе. В Университете Южной Калифорнии разработали печатную головку, которая перемещается по направляющим и набирает специальную цементную смесь из емкости или грузовика. Такой принтер может создать помещение площадью 230 квадратных метров с нишами для окон и дверей примерно за 20 часов. Выполненные при помощи принтера бетонные стены по прочности в три раза превосходят традиционные конструкции.

Специалисты из Университета Южной Калифорнии и некоторые другие эксперты продемонстрировали способность принтера создавать предметы из материалов, взятых из окружающей среды. Одна группа таких исследователей использовала работающий от солнечной энергии 3-D принтер для печати объектов из стекла в пустыне Сахара. В качестве сырья для печати они применили имеющийся вокруг песок. Исследователи из Университета Южной Калифорнии на деньги НАСА и при помощи синтетического суррогата лунного грунта продемонстрировали, что трехмерные конструкции можно печатать прямо на Луне. Это наводит на мысль: а нельзя ли морякам воспользоваться минералами из окружающего их океана для создания деталей таких конструкций?

Проектирование органических объектов

На нашей родной планете трехмерная печать может коренным образом поменять имеющуюся систему медицинской помощи морякам и морским пехотинцам. В Национальном военно-медицинском центре им. Уолтера Рида, что в городе Бетесда, штат Мэриленд, в центре 3-D печати медицинского назначения уже проводится сканирование ампутированных и поврежденных конечностей и органов солдат, чтобы печатать индивидуальные протезы и создавать изображения черепов для печати титановых пластин, которые бы идеально подходили на первой же примерке. Эта работа показывает, что для 3-D печати индивидуально создаваемого объекта не нужно в принципе никаких изменений в технологии.

А как насчет замены кожных тканей и органов? Трехмерная печать значительно продвинулась и в области регенеративной медицины. Живые клетки используют вместо порошкообразного пластика и металлов. В Сан-Диего работает компания Organovo, первый коммерческий производитель аппаратов для биопечати, которому удалось воссоздать легочные, сердечные, хрящевые и костные ткани. Там  использовали биопечать живых тканей с собственной капиллярной системой. В этом процессе можно использовать клетки самого пациента, что исключает риск отторжения органа при пересадке. Сегодня главными клиентами Organovo являются фармацевтические компании типа Pfizer, использующие напечатанные ткани для проведения «испытаний на людях», не подвергая никого риску. Когда-нибудь в Organovo надеются напечатать целый орган или хотя бы что-то, что частично позволит восстановить работоспособность нерабочего органа. У меня в связи с этим возник вопрос: почему нельзя создать специальный орган, который работал бы лучше, чем оригинал?

Внедрение медицинских инноваций через биопечать является одним из направлений, к которому проявляют интерес военные. Другим таким направлением является печать кожных и костных имплантов, которые бы не отторгались и меньше травмировали пациента. Такие разработки были бы полезны в плане оказания медицинской помощи на месте, когда транспортировка пациента представляется невозможной или несет угрозу его жизни. Их можно было бы также применять для изучения последствий применения биотеррористических препаратов и веществ, раздражающих слизистую оболочку легких и кожу. Более того, их можно было бы использовать  для создания технологии печати лекарств и вакцин. Представьте себе, как центры контроля и предотвращения заболеваний будут рассылать нам по электронной почте чертежи вакцины, способной защитить от надвигающейся пандемии или возможной биологической атаки.

Итак, пока в ВМС печатают запчасти, беспилотники, укрытия, протезы и, возможно, даже некоторые боеприпасы, чем занимаются на камбузе? «Нам нужно избавиться от той нелепости, что мы растим целую курицу, чтобы потом съесть лишь ее грудку или крыло. Мы добьемся этого путем отдельного выращивания таких частей в подходящей среде», - говорил Уинстон Черчилль в 1932 году. Сегодня над этим работает компания Modern Meadow, являющаяся филиалом Organovo и базирующаяся в исследовательском центре НАСА имени Эймса. Компания частично финансируется Министерством сельского хозяйства, а частично — Национальным научным фондом. Технология  заключается в извлечении мышечных клеток коровы или свиньи, их размножении и внедрении в картриджи, где они затем используются как биочернила. Принтер печатает клетки, создающие мясо, у которого есть вкус, форма, и которое можно готовить. Научный соучредитель компании, который является также отцом ее генерального директора, организовал видеоконференцию, в процессе которой он приготовил и съел небольшой кусок свинины, созданный компанией.

Все условия, необходимые для осуществления этого процесса, имеются на борту авианосца или подводной лодки. От вас требуется лишь добавить в принтер «чернила», в роли которых в данном случае выступают пакеты с порошком. Напечатанная еда может и не очень аппетитная, но она позволит сократить цепочку снабжения ВМС, снизить угрозы безопасности, финансовые затраты и потребление электроэнергии.

Препятствия и опасности


А какие препятствия лежат на пути к полной ликвидации глобальных систем снабжения? Давайте рассмотрим простейший пример: запчасти. Прежде чем приделать что-нибудь в самолете или на подводной лодке, мы должны убедиться в надежности этого элемента. Для некоторых целей напечатанные запчасти прекрасно подходят. Компания Boeing использует 22 тысячи напечатанных деталей на уже введенных в эксплуатацию самолетах. У компании Lockheed имеются напечатанные запчасти для F-35, который пока не летает.

Однако все это — несущественные запчасти, не являющиеся структурными компонентами. Сейчас изготавливаемые методом трехмерной печати детали существенно отличаются друг от друга. На это влияет качество принтера и сырья, а также условия, в которых эти запчасти создаются. Необходимы стандарты. В ноябре Национальный институт стандартов и технологий провел первую конференцию с целью выработки таких стандартов. Кроме того, ВМС не выкупили права на интеллектуальную собственность ни по одной из деталей с середины 1980-х годов. Для печати деталей к существующим системам необходимо будет покупать чертежи, причем скорее всего, за большие деньги (хотя их можно было бы отсканировать, но это вызвало бы новые вопросы правового характера). Наконец, имеется еще проблема требований Конгресса, которыми предписывается, что мы должны покупать определенное количество деталей у разных компаний. Можно предположить, что в Конгрессе начнутся обмороки и припадки, когда военные станут объединять предприятия в своих регионах по той причине, что теперь два завода смогут выполнить работу четырнадцати.

Однако не сомневайтесь, эта технология станет основой нашего производственного процесса. Достаточно взглянуть на то, как быстро это дело осваивают американские компании. Генеральный директор General Electric Джеффри Иммелт (Jeffrey Immelt) заявил, что 3-D печать «заслуживает моих стараний, времени и денег». Заявление, сделанное представителем компании, славящейся мощным стремлением к эффективности, является крайне важным. Они не стали бы этим заниматься, если бы печать не снижала издержки производства.

В конечном итоге, для эффективного превращения многообещающей 3-D печати в реальность от министерства ВМС потребуется всеобъемлющая стратегия трехмерного печатного производства. В случае выработки такой стратегии будет сделан важнейший шаг на пути  создания технологии, которая отвечала бы запросам ВМС и двигала их в нужном для нас направлении.

Обратная сторона

Недостатки 3-D печати найти нетрудно. О них все более активно пишет пресса. Ключевым фактором, вызывающим опасения, является возможная демократизация производства. Опасение вызывает не то, какие вещи можно будет создавать, а то, что создавать их сможет кто угодно. То, что ранее требовало наличия технических знаний и значительных навыков, теперь можно будет сделать простым нажатием кнопки.

Недавно в Washintgon Post появилась статья о попытке компании Defence Distributed полностью напечатать на принтере ствольную коробку автоматической винтовки. Однако в таких историях по большому счету упускается из виду то обстоятельство, что  эти детали проще достать традиционными способами. Возьмите ту же ствольную коробку автоматической винтовки: ее чертежи доступны, и ее можно легко изготовить в любой мастерской, где есть станок с числовым программным управлением. Во многих статьях также говорится о возможном злонамеренном использовании напечатанных беспилотных летательных аппаратов. Однако никто не говорит о том, что аппараты с гораздо более продвинутой системой дистанционного управления свободно продаются в ближайшем магазине досуга.

Существующая технология все равно создает много проблем. При наличии цифрового чертежа любой человек, у которого есть соответствующий принтер, может изготовить по этому чертежу деталь. Таким образом, это представляет угрозу не только для корпоративной интеллектуальной собственности, но и для национальной безопасности. Американские компании и государственные органы лишились документов и данных на множество терабайт. Что произойдет, если украденный файл будет содержать не просто проектные характеристики сверхсекретного оружия, но и цифровые инструкции, которые предельно упростят его производство?

Представьте себе другой вариант возможной угрозы: при помощи компактного цифрового сканера-томографа можно будет просветить контейнеры и упаковки, изучить внутреннее устройство оружия, а затем автоматически создать его цифровой чертеж для последующей печати.

Можно пойти еще дальше. Если противник может украсть ваши запатентованные файлы, что помешает ему взломать вашу систему и изменить эти файлы? Внезапно напечатанные вами беспилотные летательные аппараты начнут таинственным образом падать на взлете. Или может отказать ваша почка, созданная при помощи биопечати. Или испытанная вами и проверенная на безопасность вакцина окажется не такой уж надежной и эффективной. Способность трехмерной печати сочетать различные материалы порождает возможность создания самодельных взрывных устройств нового поколения. Представьте себе пожарный гидрант, который выглядит и  работает как гидрант, пока в один момент детонатор не приведет в действие заложенную внутрь взрывчатку.

Заключение

Даже сейчас, когда 3-D печать находится на начальном этапе своего развития, несложно понять, насколько серьезно она может укрепить потенциал наших ВМС. Потенциал, повышающий автономность флота и дающий возможность производить такие изделия, которые позволят нам выполнять оперативные и боевые задачи максимально долго, окажет огромное влияние на всю стратегию ВМС.

А ведь ВМС больше, чем любой другой вид вооруженных сил, выиграют от этих нововведений. Не зря и в НАСА тоже серьезно заинтересовались этим направлением. Подобно  морякам и морским пехотинцам, астронавты работают далеко от своих баз, имеют крайне ограниченное пространство для хранения запасов и очень сильно зависят от  весьма ненадежной, уязвимой и временами очень затратной системы обеспечения и снабжения. А что если бы экипаж «Аполлона-13» мог  просто напечатать нужную деталь?

Капитан третьего ранга Майкл Лленза является старшим научным сотрудником Центра международной безопасности им. Брента Скоукрофта (Brent Scowcroft Center on International Security) при Атлантическом совете. В качестве пилота морской авиации он принимал участие в операциях «Иракская свобода» и «Несокрушимая свобода», пять раз побывав в зоне боевых действий. На его счету более 160 боевых вылетов. Он также служил в аппарате министра обороны по делам резервистов и по вопросам международной безопасности.

 

*В оригинале заголовок звучит как "Print when you are ready, Gridley" (Печатайте, когда будете готовы, Гридли). Чарльз Гридли - знаменитый офицер американских ВМС. В 1898-м году во время битвы в Манильской бухте адмирал Дьюи дал Гридли знаменитую команду: "Стреляйте, когда будете готовы, Гридли".  Тем самым он увековечил имя капитана - прим. ред.