Введение
Научно-исследовательская лаборатория ВМС США
Научно-исследовательская лаборатория ВМС США (англ. United States Naval Research Laboratory, NRL) — корпоративная исследовательская лаборатория ВМС США и Корпуса морской пехоты США. Она была основана в 1923 году и проводит фундаментальные научные исследования, прикладные исследования, технологическую разработку и создание прототипов. Специализация лаборатории включает физику плазмы, космическую физику, материаловедение и тактическую радиоэлектронную борьбу. NRL является одной из первых научных лабораторий США, занимающихся исследованиями и разработками, открытой в 1923 году по инициативе Томаса Эдисона и в настоящее время находящейся в ведении Управления военно-морских исследований. По состоянию на 2016 год NRL функционировала как подразделение Фонда оборотного капитала ВМС, что означает, что она не является отдельной статьей в федеральном бюджете США. Вместо прямого финансирования от Конгресса все расходы, включая накладные, покрывались за счет исследовательских проектов, финансируемых спонсорами. Годовые расходы NRL на исследования составляли около 1 миллиарда долларов. В некоторых случаях вклад лаборатории в военные технологии был рассекречен десятилетиями позже, после широкого внедрения этих технологий. В 2011 году исследователи NRL опубликовали 1398 неклассифицированных научных и технических статей, глав книг и материалов конференций. К текущим направлениям исследований в NRL относятся, например:
Лаборатория располагает широким спектром научно-исследовательских объектов. Дополнения 2014 года включали чистый цех нанопроизводства класса 100 Института нанонауки NRL, тихие и сверхтихие измерительные лаборатории, а также Лабораторию исследований автономных систем (LASR).
Космические науки
У Научно-исследовательской лаборатории ВМС (NRL) богатая история разработки космических аппаратов. Она включает в себя второй, пятый и седьмой американские спутники на орбите Земли, первый спутник с солнечными батареями, первый спутник-разведчик, первый метеорологический спутник и первый спутник GPS. В рамках проекта "Авангард" – первой американской спутниковой программы – NRL была поставлена задача спроектировать, построить и запустить искусственный спутник, что было осуществлено в 1958 году. По состоянию на 2024 год "Авангард-I" и его верхняя ступень запуска остаются на орбите, что делает их самыми долгоживущими спутниками, созданными человеком. "Авангард-II" стал первым спутником, наблюдавшим за облачным покровом Земли и, следовательно, первым метеорологическим спутником. Спутник NRL "Галактическое излучение и фон-I" (GRAB I) был первым разведывательным спутником США, предназначенным для картографирования советских радиолокационных сетей из космоса. Глобальная система позиционирования (GPS) была изобретена в NRL и испытана серией спутников "Timation". Первый функционирующий спутник GPS, "Timation IV" (NTS II), был спроектирован и построен в NRL. NRL стала пионером в изучении ультрафиолетового и рентгеновского спектра Солнца и продолжает вносить вклад в эту область с помощью спутников, таких как "Coriolis", запущенный в 2003 году. NRL также отвечает за программу тактических спутников, аппараты которой были запущены в 2006, 2009 и 2011 годах. NRL разработала первую систему слежения за спутниками "Minitrack", которая стала прототипом для будущих сетей слежения. До появления успешных спутников-разведчиков культовая параболическая антенна на крыше главного здания NRL в Вашингтоне, округ Колумбия, являлась частью проекта "Communication Moon Relay", использовавшего отраженные от Луны сигналы для исследований дальней связи и наблюдения за внутренними советскими передачами во время холодной войны. Программа разработки космических аппаратов NRL продолжается и сегодня с экспериментальным тактическим спутником разведки и связи "TacSat 4". Помимо проектирования космических аппаратов, NRL разрабатывает и эксплуатирует бортовые исследовательские инструменты и эксперименты, такие как прибор радиационного контроля на основе йодида стронция (SIRI) и датчик угла наклона и магнитного поля (RAMS) на борту STPSat 5, широкоугольный визуализатор для солнечного зонда (WISPR) на борту Parker Solar Probe и коронограф большого угла и спектрометр (LASCO) на борту Солнечной и гелиосферной обсерватории (SOHO). Космический гамма-телескоп NASA "Fermi Gamma-ray Space Telescope" (FGST) [ранее известный как "Gamma-ray Large Area Space Telescope" (GLAST)] был испытан на испытательных стендах NRL. Недавно ученые NRL внесли значительный вклад в изучение новых звезд и гамма-всплесков.
Метеорология
Отдел морской метеорологии (Naval Research Lab–Monterey, NRL–MRY), расположенный в Монтерее, штат Калифорния, вносит вклад в прогнозирование погоды в Соединенных Штатах и по всему миру, публикуя снимки с 18 метеорологических спутников. Спутниковые изображения опасных погодных явлений (например, ураганов и циклонов), используемые для заблаговременного предупреждения, часто поступают из NRL–MRY, как это было в 2017 году во время урагана Харви. NRL также участвует в разработке моделей прогнозирования погоды, таких как модель исследования и прогнозирования погоды при ураганах, выпущенная в 2007 году.
Материаловедение
NRL имеет долгую историю вклада в материаловедение, начиная с применения промышленной радиографии с гамма-лучами для неразрушающего контроля металлических корпусов и сварных швов на военно-морских судах, начиная с 1920-х годов. В NRL были заложены основы современной механической механики разрушения, которая впоследствии применялась для решения задач прочности военно-морских судов, коммерческих самолетов и ракет Polaris. Эти знания широко используются и сегодня в таких областях, как проектирование ядерных реакторов, самолетов, подводных лодок и резервуаров для хранения токсичных веществ. Высокочистый арсенид галлия (GaAs) также используется в высокоэффективных солнечных элементах, например, на марсоходах Spirit и Opportunity, принадлежащих NASA и в настоящее время находящихся на Марсе. NRL обнаружил водород солнечного ветра в образцах лунного грунта, предоставленных NASA в рамках финансируемой NASA исследовательской миссии. Фундаментальные аспекты технологии стелс были разработаны в NRL, включая механизмы поглощения радиолокационного излучения в материалах, содержащих ферриты, в частности, в магнитных материалах, наноматериалах и термопластах.
Радар
Первый современный американский радар был изобретен и разработан в NRL в Вашингтоне, округ Колумбия, в 1922 году. К 1939 году NRL установил первый действующий радар на борту USS New York, успев внести вклад в морские победы у Кораллового моря, Мидуэя и Гуадалканала. NRL продолжил разработку радиолокационных станций, способных обнаруживать цели за горизонтом, а также систем отображения радиолокационных данных. NRL продолжает важные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, способствуя повышению возможностей ВМС США и Министерства обороны США.
Тактическая электронная война
Отдел тактической электронной войны (TEW) NRL отвечает за исследования и разработки в поддержку тактических требований и задач военно-морского флота в области электронной борьбы. К ним относятся средства поддержки электронной борьбы, средства радиоэлектронного подавления и средства противодействия подавлению, а также исследования, анализы и моделирование для определения и повышения эффективности систем электронной борьбы. Сфера деятельности NRL TEW охватывает воздушную, надводную и наземную электронную борьбу. NRL отвечает за систему идентификации «свой-чужой» (IFF) и ряд других передовых разработок.
Информационная безопасность
В подразделении информационных технологий действует группа исследований и разработок в области информационной безопасности, именно там изначально были разработаны протоколы IP Security (IPsec) IETF. Протокол Encapsulating Security Payload (ESP), разработанный в NRL, широко используется для организации виртуальных частных сетей (VPN) по всему миру. Разработанные лабораторией проекты часто становятся широко распространенными приложениями, не привлекая внимания к своим создателям; примером в информатике является луковая маршрутизация, лежащая в основе анонимизирующего программного обеспечения Tor.
Ядерные исследования
Исследования в области ядерной энергетики в NRL начались еще в 1939 году и определили проектирование завода по обогащению урана Национальной лаборатории Оук-Ридж. В настоящее время NRL разрабатывает методы лазерной фокусировки для технологии инерционного термоядерного синтеза.
Физические науки
Статический разрядник, который можно увидеть на задних кромках практически всех современных самолетов, был первоначально разработан учеными NRL во время Второй мировой войны. После войны лаборатория разработала современные синтетические смазочные материалы, изначально для использования в реактивных самолетах ВМС, но впоследствии принятые коммерческой авиационной отраслью. Их методы лежат в основе компьютерных пакетов, используемых в фармацевтических лабораториях и исследовательских институтах по всему миру для анализа более 10 000 новых веществ ежегодно. В последнее время NRL опубликовал исследования в области квантовых вычислений, квантовых точек, плазменных ударных волн, термодинамики жидкостей, моделирования разливов нефти и других тем. NRL управляет небольшой эскадрильей исследовательских самолетов, именуемой Научно-исследовательская эскадрилья (VXS) 1. В ее задачи входит, например, операция Rampant Lion, в ходе которой использовались сложные бортовые приборы (гравиметры, магнитометры и гиперспектральные камеры) для сбора точной трехмерной топографии двух третей Афганистана и обнаружения природных ресурсов (подземных газовых и минеральных месторождений, типов растительности и т. д.) там, а также в Ираке и Колумбии.
Наука о плазме
Отдел физики плазмы проводит исследования и разработки в области ионизированной материи. НРЛ в настоящее время является обладателем мирового рекорда по энергии снаряда рельсотрона и скорости самого быстрого искусственного объекта.
Искусственный интеллект
В 1981 году NRL учредил Центр военно-морских прикладных исследований в области искусственного интеллекта, который занимается фундаментальными и прикладными исследованиями в области искусственного интеллекта, когнитивной науки, автономных систем и вычислительной техники, ориентированной на человека. Среди его достижений – прогресс в области когнитивных архитектур, взаимодействия человека и робота, а также машинного обучения.
Организация
По состоянию на 2017 год лаборатория состояла из четырех исследовательских управлений, одного финансового управления и одного исполнительного управления. Все управления имеют штаб-квартиру в Вашингтоне, округ Колумбия. Многие управления располагают дополнительными объектами в других местах, преимущественно в космическом центре Стеннис в Бэй-Сент-Луисе, штат Миссисипи, или в Монтерее, штат Калифорния.
Персонал
Большинство сотрудников NRL – гражданские лица федеральной государственной службы, при относительно небольшом числе военнослужащих ВМС в звании рядового или офицера. Практически все сотрудники NRL являются гражданами США и не имеют двойного гражданства. Кроме того, на территории NRL работают некоторые подрядные организации. По состоянию на 31 декабря 2015 года, во всех подразделениях NRL насчитывалось 2540 гражданских сотрудников (то есть, без учета гражданских подрядчиков). Это позволяет NRL более гибко осуществлять оплату труда сотрудников на основе их результатов и заслуг, а не стажа или других критериев выслуги лет. В NRL существует несколько групп оплаты труда, каждая из которых предназначена для различных категорий гражданских служащих. По состоянию на 31 декабря 2015 года в NRL работало 1615 гражданских ученых/инженеров в системе оплаты труда NP, 103 гражданских технических специалиста в системе оплаты труда NR, 383 гражданских специалиста/профессионала в системе оплаты труда NO и 238 гражданских сотрудников административной поддержки в системе оплаты труда NC.
Дирекции по исследованиям
Четыре исследовательских директората в составе NRL включали в себя: шесть исследовательских отделений: акустика, дистанционное зондирование, океанография, морские геонауки, морская метеорология и космическая наука. Космический центр космических технологий (код 8000) является ключевым центром и интегратором технологий NRL, применяемых в космических системах. Он обеспечивает системную инженерию и техническую поддержку разработки и закупки космических систем. В его составе два исследовательских отдела: разработка космических систем и конструирование космических аппаратов.
Лаборатория исследований автономных систем
Открытая в марте 2012 года Лаборатория исследований автономных систем (LASR) – это комплекс площадью 50 000 квадратных футов, предназначенный для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области автономных систем. Комплекс поддерживает широкий спектр междисциплинарных фундаментальных и прикладных исследований автономных систем, включая исследования самих автономных систем, интеллектуальной автономии, взаимодействия и сотрудничества человека с автономными системами, сенсорных систем, систем электроснабжения и энергетики, сетей связи и коммуникаций, а также платформ. LASR располагает уникальным оборудованием и высокими помещениями с имитацией различных сред (прибрежной, пустынной, тропической и лесной), а также оснащенными и реконфигурируемыми высокими помещениями для интеграции научных и технологических компонентов в исследовательские прототипы.
Ранняя история
Артефакты, найденные на территории кампуса NRL, такие как каменные орудия и керамические фрагменты, свидетельствуют о том, что эта местность была заселена с позднего архаического периода. Сесил Калверт, 2-й барон Балтимора, передал участок земли, включающий в себя территорию современного кампуса NRL, Уильяму Миддлтону в 1663 году. В 1791 году эта территория вошла в состав округа Колумбия, а в 1795 году её приобрел Томас Графтон Аддисон, который назвал этот район Белвью и построил особняк на возвышенностях к востоку. Захария Берри купил землю в 1827 году и сдавал её в аренду для различных целей, в том числе для рыбной ловли в районе Блу-Плейнс. Особняк был разрушен во время Гражданской войны для строительства форта Гребл. В 1873 году федеральное правительство приобрело эту землю как аннексию к Морской оружейной фабрике (Naval Gun Factory), и было построено несколько зданий, включая дом коменданта, "Квартал А", который используется и по сей день.
Основание
Научно-исследовательская лаборатория Военно-морского флота возникла из идеи, принадлежавшей Томасу Эдисону. В мае 1915 года в редакционной статье журнала New York Times Magazine Эдисон написал: "Правительство должно поддерживать большую исследовательскую лабораторию, в которой можно было бы разрабатывать все новейшие военные и военно-морские технологии, не неся при этом огромных расходов". Это заявление было вызвано обеспокоенностью по поводу Первой мировой войны в Соединенных Штатах. Впоследствии Эдисон согласился возглавить Консультативный совет ВМС, состоявший из гражданских экспертов. Основной задачей Консультативного совета ВМС было консультирование ВМС США по вопросам науки и техники. Совет разработал план создания современного комплекса для нужд флота. В 1916 году Конгресс выделил 1,5 миллиона долларов на реализацию этого плана. Однако, из-за войны и разногласий внутри совета, строительство было отложено до 1920 года. 2 июля 2023 года Научно-исследовательская лаборатория ВМС США отмечает 100-летие со дня основания в качестве корпоративной лаборатории флота, обладающей богатой историей передовых научных исследований и значительного вклада в укрепление военных сил США на море, под водой и в воздухе.
Загрязнение окружающей среды
Экологические исследования ВМС начались в 1984 году. NRL не был включен в Национальный список приоритетных объектов для проведения работ по Суперфонду, а Департамент окружающей среды штата Мэриленд осуществляет нормативный надзор. С начала 2010-х годов ВМС и MDE координируют свою деятельность на территории NR. В 2017 году при исследовании подземных вод было обнаружено присутствие ПФАС в верхнем водоносном горизонте на базе. По состоянию на 2022 год в отряде Чесапикского залива имеется 6 действующих объектов IRP (выброс отходов фотопроявки, площадка для испытания огнестойкости и т.д.) и 3 действующих объекта реагирования на боеприпасы на бывших стрелковых полигонах, загрязненных свинцом. Онлайн-заседание Реставрационного консультативного совета (RAB) в мае 2021 года вызвало обеспокоенность у местных жителей из-за крайне высоких уровней ПФАС в почве на учебно-пожарном полигоне CBD.