Как ЦРУ создало механическую стрекозу для тайной прослушки

В начале 1970-х годов ЦРУ разработало миниатюрное устройство для прослушивания, но столкнулось с практической проблемой: его нужно было незаметно доставить к цели. Отправлять сотрудника к охраняемому зданию было рискованно, а обычная радиоуправляемая модель оказалась бы слишком заметной.

Тогда инженеры предложили летательный аппарат размером с насекомое. Он должен был подлететь к окну, не вызвав подозрений, и передать звук оператору. Так появился Insectothopter — механическая стрекоза с машущими крыльями и лазерным управлением.

Прототип действительно научили летать. При длине всего несколько сантиметров он преодолевал около 200 метров, однако реальная улица оказалась для него гораздо сложнее лаборатории. Проект остановил обычный боковой ветер — живая стрекоза компенсирует такие порывы почти мгновенно.

Зачем понадобилось летающее насекомое

Самолёты-разведчики и спутники позволяли фотографировать крупные объекты, но для записи разговора требовалось подобраться значительно ближе. Даже чувствительный микрофон бесполезен, если его невозможно установить рядом с нужным помещением.

К началу 1970-х электронные компоненты уже позволяли создать компактный акустический датчик, но средства его доставки оставались крупными. Небольшой самолёт нуждался в свободном пространстве, а вертолётная модель привлекала внимание шумом и вращающимися лопастями.

Аппарат в форме насекомого мог перелететь через ограждение, приблизиться к открытому окну или затеряться среди растений. Сходство с живым существом требовалось не ради эффектного эксперимента, а для маскировки.

Почему выбрали стрекозу

Сначала носитель планировали замаскировать под шмеля. Его округлое тело давало больше места для оборудования, но характер полёта создавал проблему. Шмели часто зависают, резко меняют направление и приближаются к людям. Механическая копия, движущаяся по ровной траектории, могла выглядеть неестественно. Кроме того, насекомое с жалом скорее попытались бы прогнать.

Один из участников проекта, интересовавшийся энтомологией, предложил стрекозу. Её вытянутый корпус лучше подходил для размещения деталей, а прямолинейные участки полёта было проще воспроизвести механически. Стрекозы широко распространены и не воспринимаются как угроза, а с расстояния небольшие отличия модели были бы малозаметны.

Название Insectothopter образовали из английских слов, обозначающих насекомое и махолёт. Аппарат повторял размеры, силуэт и движение крыльев стрекозы.

Как был устроен Insectothopter

Длина корпуса составляла около шести сантиметров, размах крыльев — примерно девять сантиметров. Стартовая масса прототипа составляла всего около одного грамма. Внутри этого объёма нужно было разместить привод, запас энергии, механизм управления и акустическое оборудование.

Современных литий-полимерных аккумуляторов, лёгких контроллеров и миниатюрных датчиков ещё не существовало. Электромотор вместе с батареей и редуктором мог оказаться тяжелее всего аппарата, поэтому разработчики выбрали другую силовую установку.

Крылья приводил в движение миниатюрный струйный осциллятор. Поток газа внутри него попеременно направлялся по разным каналам, создавая колебания. Благодаря этому вращающийся двигатель и сложная передача не требовались: давление газа заставляло крылья двигаться вверх и вниз.

Для питания осциллятора использовали небольшой запас химического топлива. Образующийся газ приводил в движение крылья, а его остаток выходил через заднее сопло и создавал дополнительную тягу. Получилась комбинация махолёта и крошечного реактивного аппарата.

Детали изготавливались почти с часовой точностью. Каждый элемент приходилось облегчать: дополнительное крепление или провод могли нарушить равновесие и лишить модель возможности подняться в воздух.

При этом Insectothopter лишь внешне воспроизводил полёт стрекозы. Настоящее насекомое управляет четырьмя крыльями раздельно, меняя угол и скорость каждого из них. У механической копии крылья были связаны общим приводом и выполняли заданные движения. В спокойном воздухе этого хватало, но возможностей для быстрой коррекции почти не оставалось.

Лазер вместо радиоуправления

Обычная радиосистема не укладывалась в допустимую массу. Вместо неё разработчики решили использовать лазерный луч, направленный на биметаллический элемент в хвостовой части аппарата.

Биметаллическая пластина состоит из двух соединённых металлов, которые при нагревании расширяются по-разному. Под действием лазера она изгибалась и воздействовала на механизм управления, позволяя оператору корректировать траекторию.

Та же оптическая линия предназначалась для передачи сигнала от акустического датчика. Подобная схема позволяла обойтись без тяжёлого радиопередатчика, но требовала постоянной прямой видимости. Оператор должен был удерживать узкий луч на движущемся объекте длиной несколько сантиметров.

Неизвестно, проходили ли лазерное управление и аппаратура прослушивания полноценные совместные испытания. Летающий прототип был построен и проверен, однако до готового разведывательного комплекса проект не дошёл.

Испытания и боковой ветер

В спокойных условиях результаты выглядели многообещающе. Insectothopter мог пролететь около 200 метров за 60 секунд. Этого хватило бы, чтобы пересечь двор или приблизиться к соседнему зданию. Благодаря малым размерам и движущимся крыльям с расстояния его можно было принять за крупное насекомое.

Проблемы начались за пределами контролируемой среды. Воздух рядом со зданиями, деревьями и нагретыми поверхностями постоянно движется. Даже в ясный день возникают слабые порывы и завихрения, почти незаметные для человека.

Для аппарата массой около одного грамма такой ветер становился серьёзной силой. Бокового потока скоростью примерно восемь километров в час было достаточно, чтобы стрекоза сбилась с курса. Запаса мощности и возможностей управления не хватало, чтобы быстро вернуться на заданную траекторию.

Живое насекомое постоянно определяет положение тела и за доли секунды меняет движение отдельных крыльев. У прототипа не было гироскопов, акселерометров и бортового компьютера. Его полёт зависел от внешнего лазера и сравнительно простого механизма.

Эта разница оказалась важнее внешнего сходства. Инженеры смогли повторить размеры стрекозы и заставить крылья двигаться, но воспроизвести её реакцию на окружающую среду техника того времени не позволяла.

Почему проект остановили

Увеличение мощности не решало проблему. Более сильному приводу потребовалось бы дополнительное топливо, а значит, выросла бы масса. Установка системы стабилизации также требовала датчиков, электроники и источника питания. После таких доработок аппарат перестал бы соответствовать размерам насекомого.

Механическая стрекоза должна была не только добраться до цели, но и удержаться рядом с ней, передать качественный звук и не выдать себя. Для посадки или закрепления понадобились бы дополнительные механизмы, которым внутри корпуса уже не оставалось места.

Одной минуты полёта хватало для демонстрации, но не для надёжной операции. Любое отклонение сокращало и без того небольшой запас времени. Зависимость от спокойной погоды лишала аппарат практического смысла, поэтому Insectothopter не использовали в реальных разведывательных операциях.

Тем не менее эксперимент показал, что летательный аппарат размером с крупное насекомое можно построить даже с использованием технологий начала 1970-х годов. Неудача заключалась не в самом полёте, а в невозможности точно управлять им в реальных условиях.

Возвращение машущих аппаратов

За последующие десятилетия электроника сильно уменьшилась. Современные гироскопы, акселерометры и контроллеры весят доли грамма и могут непрерывно корректировать положение аппарата. Легче стали аккумуляторы, электромоторы, камеры и системы радиоуправления.

Однако миниатюризация по-прежнему связана с жёсткими ограничениями. Чем меньше летательный аппарат, тем сильнее на него воздействует неспокойный воздух и тем меньший запас энергии помещается на борту. Поэтому многие современные махолёты имеют размеры не насекомого, а небольшой птицы: внутри такого корпуса проще разместить привод и электронику.

Принцип их работы можно увидеть на примере радиоуправляемой бионической птицы. Вращение электромотора через механическую передачу превращается во взмахи, крылья одновременно создают подъёмную силу и тягу, а хвост помогает менять направление. Такая конструкция намного современнее Insectothopter, но решает ту же задачу — пытается воспроизвести полёт живого существа при помощи ограниченного набора механических деталей.

Проект ЦРУ опередил возможности тогдашних систем управления. Инженеры сумели создать летающий аппарат нужного размера, но ещё не располагали лёгкими датчиками и вычислителями, способными заменить органы чувств и быстрые реакции настоящей стрекозы.