Увидеть все

Новые сенсоры заставляют системы управления, связи, разведки обзаводиться компьютерами и боевыми системами.   2 Июль 2015, 19:42
Начиная с середины 70­х годов прошлого века на страницах воен­ных изданий стран НАТО появилась и стала употребляться все шире аббревиатура C3I, образованная из начальных букв слов „command”, „control”, „communication” и „intelligence”. Своевременно обра­тившие внимание на новый термин отечественные военные издания пе­реводили его как «управление, связь и разведка», три термина вместо четырех. К середине восьмидесятых C3I широко прижилась в штабных и бюджетных бумагах НАТО, на раз­ работки в этой сфере в 1986–1990 гг. пентагоном было выделено четверть миллиарда долларов.
Потом к трем «Cи» добавилась четвертая — „computers”, вычис­лительные машины, что означало резкое умножение возможностей таких систем.  Ну а сегодня западные издания пишут уже о C5I, добавив к автоматизированным и вычисли­тельным системам поля боя боевые системы, „combat systems”. Все шире становится и диапазон датчиков, поставляющих системам C5I инфор­мацию об окружающем мире, положении и действиях сил противника, а также расположении и состоянии своих сил, равно как и возможности обработки этой информации.
Рассмотрим же значение как англо­-язычных терминов, обозначающих данные системы (мышление, в том числе вероятного противника, отображается структурой его языка), перевод их как на русский гражданский, так и на русский военный, и обсудим те возможности, которые системы C5I способны привнести на поле боя.
Для начала обратим внимание, что „сommand and control”, или C2 советские военные специалисты переводили одним единственным термином: «управление» (напри­мер, «американская концепция „управление, связь и разведка”»,  Лощилов И. Н. , «американская концепция „управление, связь и разведка”», «военная мысль», No7/1986, стр. 63–72). Причем ему соответствовал отечественный тер­мин «командование»: выполнение лицами командного состава функций по управлению войсками.
Линейная кавалерия Наполеона

C2 времен Наполеон

Вспомним строки российского ди­пломата и великого поэта Алексан­дра Грибоедова: «Когда из гвардии, иные от двора сюда на время при­езжали! кричали женщины: „Ура”! И в воздух чепчики бросали». В люб­ви прекрасного пола к военным, завистливо отмеченной штатским, определенную роль играла яркость мундиров. но белоснежность форм кавалергардов, мрачность «черных гусаров», алый цвет британских «томми» был вызван не тягой к укра­шательству. Это была суровая — и дорогостоящая до появления анилино­вых красок — необходимость: дать военачальнику возможность с одного взгляда определять происходящее на поле боя. Этакая архетипическая смесь систем „control” и оптической „communication”.
Американские термины C2 („command and control”) на невоенный рус­ский можно перевести как «управле­ние и контроль», или «командование и управление». Но для точного пони­мания сути дела надлежит воспользоваться определением из амери­канского же устава US Army  FM 3-0,  определяющего их как «осуществление полномочий и выдачу приказов подчиненным и приданным силам в целях выполнения поставленной задачи». Удобнее всего интерпрети­ровать их в терминах теории автоматического управления, сопоставив „сommand” с подачей команд на регулируемый объект, а „control” — с получением данных о положении регулируемого объекта. Скажем, в первоначальном центробежном регуляторе Уатта „сommand” — это положение плунжера, регулирующе­го подачу пара, а „control” — скорость маховика паровой машины. в воен­ном деле «командой», скажем, может быть приказ танковому подразделе­нию выйти на перекресток, а «кон­тролем» — получение информации, сколько танков осталось в строю и где они находятся.
Из вышеприведенного примера, почерпнутого из красочного военно­го фильма „Fury” («Ярость»), недав­но вышедшего на экраны, вытекает и важность „сommunication”, систем связи (которые и выходили из строя на единственном уцелевшем танкепо прозвищу „Fury”). Системы связи и есть единственный способ как пе­редачи силам и средствам приказов начальника, так и уведомления его о текущем положении и состоянии этих сил. Но поскольку системы свя­зи ныне цифровые — и, в силу этого легко интегрируемые в автоматизи­рованные системы, которые после этого обретают третью „C”, — то они мало отличаются от всех тех штатных систем, употребляемых в вооружен­ных силах, да и заслуживают отдельного разговора.
Защищенные компьютеры прошлых десятилетий мало отличаются внешне от современных: тот же брутальный вид и способность переносить экстремальные физические нагрузки
Через некоторое время аббревиату­ру C3I начала сменять аббревиатура C4I, в контур автоматизированных систем управления войсками начало включаться все больше и больше „сomputers” — вычислительных машин. Если изначально систе­мы C3I использовали ЭВМ класса мэйнфреймов (в стационарных системах управления стратегиче­скими ядерными силами или противовоздушной обороны), а также защищенные от спецвоздействий и адаптированные к транспортиров­ке версии мини­ - ЭВМ, то занимающая в 1990­е годы свое место четвертая «Си» означала массовое пришествие армейских эквивалентов «классиче­ских» персональных компьютеров. причем компьютеры эти могли по производительности уступать своим гражданским сверстникам­ ноутбу­кам. Дело в том, что для армейских устройств принципиально важна их устойчивость как к спецвоздействи­ям, поражающим факторам ядерного взрыва, так и к тяготам и лишениям армейской жизни — экстремальной эксплуатации. Так что выбор прихо­дится делать в пользу надежности, а не топовости характеристик.
Зачем же системам управления войсками нужны вычислительные возможности, да причем в таком масштабе, что они входят в имя системы? Рассмотрим простейший пример. Для усиления общевой­скового подразделения с целью обеспечения боевой задачи занятия высотки ему придается дивизи­он РСЗО. Современные системы разведки, все более и более точные и доступные (например, дешевый дрон может обеспечить аэроразвед­кой роту или батарею),  дают картину (в информационном, а не графиче­ском значении слова) размещения на местности сил и средств противника. Как правило, оно может быть све­дено к некоей графической фигуре. Кроме того, можно предположить реакцию противника в ходе боевых действий, подтягивание резервов, отвод сил в случае поражения... Эллипсы рассеяния РСЗО, вытянутые вдоль директрисы, нужно уложить так, чтобы обеспечить максимальный урон разведанного противника при артподготовке. А потом, перезаря­женными машинами, неплохо или ударить по отступающему врагу, или сокрушить узел сопротивления, или изолировать район боевых действий — нанеся удар по подтягиваю­щимся резервам и средствам снабже­ния. В зависимости от того, как будет развертываться бой — легко и просто на войне не бывает.
Конечно, раскладка веера пораже­ния на местности — традиционная задача артиллерийских офицеров. но наличие вычислительных мощностей дает возможность решать ее гораздо быстрее,  и не по таблицам, а как минимум по всему теоретиче­скому аппарату книг Елены Серге­евны Вентцель, на которых училось теории вероятности и исследованию операций не одно поколение оте­чественных инженеров и офицеров. Кроме того, обсчет по более точным моделям и алгоритмам применения огневых средств в операции позво­лит лучше определить расход бое­припасов, что благотворно скажется на решении задач снабжения. Там, где нужно, их окажется примерно столько, сколько необходимо. Ну и излишние запасы боеприпасов, го­рюче­смазочных материалов, ресур­са боевых машин не может позволить себе ни один военный бюджет.
СТАНДАРТЫ И ШТАНДАРТЫ  

С  темой  C3I  неразрывно  связан  стан­ дарт  MIL-STD-810G.
Технический термин «стандарт» происходит от того штандарта, знамени, под кото­рым собирались и за который бились рыцари («в степном дыму блеснет святое знамя...»). Кроме симво­лической роли, унаследованной нынешнем Боевым знаменем части, он нес и роль технологическую, коммуникационную. Ну а нынешний военный стандарт США MIL-STD-810G, действующий с конца октября 2008 года, определяет параметры тестовых воздействий, позволяющих определить устойчивость широкого перечня оборудования ко всевоз­можным воздействиям. Согласно ему проверяется воздействие на устрой­ство высокого и низкого давления, высоких и низкий температур, дождя, влажности, грибков, соляного тумана, песка и пыли, перегрузок, вибрации от стрельбы и тряски при транспор­тировке...
Но как бы ни расширялись возмож­ности букв „C”, одна ­единственная „I” („intelligence”, разведка) играет самую большую и абсолютно не­ заменимую роль.  Дело в том, что первые четыре «си» вполне реали­зуемы на обычных по архитектуре средствах информационно-вычис­лительной техники. Пусть устойчивых к спецвоздействиям и стойко переносящих полевые условия эксплуатации, но в принципе таких же, как и их гражданские «колле­ги». Разведка же, базирующаяся на использовании сенсоров различного рода, требует уникальных техниче­ских средств, не имеющих аналогов в гражданских технологиях. Именно наличие совершенных сенсоров и будет в ближайшее время опре­делять боевые возможности систем C3I, C4I и C5I.
Дело в том,  что сенсоры — это именно то, что говорит данным системам и об окружающем мире, и о противнике, и о положении своих сил и средств. Другими способами получить данную информацию не­ возможно, никакие сообщения от су­перагента не расскажут, как в данный момент развернулись на местности чужие войска и где же на самом деле стоят свои.
И вот разработкам сенсоров (а в ко­нечном счете единственной „I”) и уделяется крайне большое значе­ние в современных оборонных разработках — скажем в работах иссле­довательской лаборатории армии США (U.S. Army Research laboratory, ARl), запланированных на период 2015–2035 гг. На это накладывается необходимость обрабатывать все большие и большие объемы данных, поставляемых перспективными сенсорами. Попытаемся классифи­цировать перспективные разработ­ки, о которых рассказано в статье «Исследовательская лаборатория армии США: планы на 2015–2035 гг.» (Technowars #01/2015) с точки зрения применения в системах C5I.
Вышел первый номер журнала за 2015 год.
Каким было в нашей стране первое учебное заведение для геншта­бистов? Школа колонновожатых, офицеров умеющих правильно размещать на местности войска. Так что первая — и часто выпадающая из рассмотрения часть сенсоров — это датчики, дающие положение объекта на местности. Сегодня эти задачи обычно возлагаются на системы GPS/Глонасс. они очень точны, а приемники крайне дешевы.  Но — для их функционирования нужны работающие спутниковые группи­ровки.  А речь о противоспутниковом оружии идет постоянно... для пер­спективных систем оружия нужны новые датчики положения.
Привязанный к местности датчик может собирать данные, используя различные физические поля.  Самые традиционные из них — электромагнитные различных диапазонов. Они хороши тем, что распространяются с максимально возможной скоростью и позволяют формировать изображе­ния максимально высокого качества. Дальше — акустические данные,  которые крайне важны для морских систем оружия, хотя могут использо­ваться и на суше, работая в условиях, где исключена прямая видимость (джунгли, пресловутая «зеленка»). За ними идут сенсоры, реагирующие на различные химические вещества, на запахи — в настоящее время предста­вители этого семейства несут службу в аэропортах.­
Итак, самый традиционный датчик — оптический. Изначально им был глаз, имеющий прекрасный динамический диапазон (вплоть до способности видеть отдельные фотоны).  Сейчас же его все чаще заменяют и допол­няют электронные приборы.  Диапа­зон видимого света будет актуален всегда, ибо обусловлен подсветкой солнца (а по ночам — отражающей солнечный свет луны), имеющей максимум излучения именно в этом диапазоне, проницаемостью  атмос­феры и длиной волны, обеспечива­ющей высокое качество атмосферы при малых апертурах сенсоров.  Пер­спективные разработки тут связаны как с традиционной электроникой (удешевление матриц, повышение их чувствительности, комплекси­рование со средствами обработки данных), так и с новыми физически­ми принципами.

Данных мало не бывает


Обилие данных, получаемых со все большего числа сенсоров, и все большие и более дешевые вычислитель­ные возможности с неизбежностью приводят к применению в системах C4I такой технологии как Big Data — большие данные. В чем состоит ее главное отличие от прочих техноло­гий обработки информации?  Ведь и через обычные спецпроцессоры быстрого преобразования фурье, которые составляют ныне неотъемле­мую часть уже не вычислительной, но и измерительной, связной техники, непрерывно текут гигантские объемы информации.  Да и универсальные процессоры бытовой техники мощ­ней крупных ЭВМ тех времен, когда рождался термин C3I. А в «граждан­ских» базах данных хранятся и вовсе фантастические  объемы  информа­ции...

Главное отличие систем больших данных от обычных процессоров и от обычных баз данных состоит в том, что они умеют работать с неструктурированной информацией.  Могут обрабатывать ее по шаблонам,  кото­рые не заданы заранее.  Самостоятель­но находить скрытые закономерности и представлять их вниманию человека.

Как правило, системы работы с боль­шими данными строятся на свободно распространяемой «экосистеме» Hadoop от фонда Apache Software Foundation. Ну, скажем, работая в сети офлайновых универсальных магазинов или онлайновых магази­нов, торгующих бумажными книгами, системы больших данных умеют учесть и спрогнозировать продажи отдельных групп товаров, что позво­ляет лучше учесть потребительский спрос и минимизировать складские запасы. Но ведь теория массового обслуживания (или теория очередей, раздел теории вероятности — прим. technowars) описывает одними и теми же уравнениями процессы, протекающие и в газетном киоске, и в си­стеме ПВО. Одна и та же переменная описывает и потенциального покупа­теля, ушедшего без газеты, и самолет противника, прорвавшийся к цели из­ за того, что на него не хватило ракеты. Поэтому даже на уровне логистики, военного снабжения системы боль­ших данных смогут первыми в реаль­ном масштабе времени увидеть, что подразделению вскоре понадобятся боеприпасы, и отправить туда машины с грузом.  Или самостоятельно,  или подготовив приказ на визирование службе артвооружения. А в случае получения с сенсоров разведыва­тельной информации, скажем, дан­ных с оптических, тепловизионных сенсоров, с приборов радиоразвед­ки — со всего того, что группируется под индексом «ай», т.е. разведка — потенциальные системы больших данных смогут восстановить стоящую за различными сигналами картину размещения на местности вражеско­го подразделения, сопоставить их с штатом различных подразделений, определить оптимальный наряд сил и средств, необходимый для выполнения боевой задачи.  Причем все это система Big Data сможет делать впол­не творчески. Без заранее заданного трафарета сможет самостоятельно ориентироваться в реальном мире. причем лучше, чем человек.
Похоже, что исследовательская лаборатория армии США исследуя в разделе перспективного плана «химические науки» некие «фото­ реактивные полимеры», а в разделе «Биологические науки» — «мультисенсорный синтез» и «вычисле­ния на основе нейронов»,  как раз и имеет в виду создание некоего искусственного глаза, сопряженного с системой распознавания образов, которые куда более компактны и дешевы, чем те, которые дает традици­ онная кремниевая электроника.
Инфракрасная техника применяется в военном деле очень давно — будущий генерал Гровс (Leslie Richard Groves), глава манхэттенского проекта (программа CША по соз­данию ядерного оружия — прим. Technowars), вел такие работы еще в начале 1930-­х. Достоинством инфракрасного диапазона является то, что потенциальные цели сами себя в нем подсвечивают за счет теплово­го излучения, хоть и достаточно слабого. Исследования тут направлены как на удешевление тепловизионных сенсоров за счет массовости произ­водства и отработки технологий, так и на применение в них новых физи­ческих принципов. Именно на это ориентирована значительная часть работ раздела «физика» — скажем, к этому могут иметь отношение «химия квантовых состояний», «то­пологически защищенные состояния электронов», «гетероструктуры из сложных оксидов».  Возможно, часть читателей видела уже телевизоры с подсветкой на «квантовых точ­ках» — тут примерно то же, но наобо­рот: не излучение, а прием данных.
Приведем пример классического те­пловизора, приемлемые характеристики и крайне низкая цена обусловлены именно доводкой технологий: монтируемый с помощью планки пикатинни на пистолет тепловизор Т10 от британской компании Torrey Pines Logic. Весит этот прибор всего лишь пятьдесят граммов, и в гражданской версии продается по цене от пятисот долларов.  Это позволяет «видеть» тепло в поле зрения 25 или 50 градусов и обновлять изображение с частотой 9 герц. Вполне достаточно, чтобы в тех странах, где разрешена продажа короткоствольного оружия, создать изрядные неприятности оппоненту. Армейская версия вдвое тяжелей (это целых сто граммов!), зато обновляет картинку 30 раз в секунду и водостойка по стандарту IP67. Теперь представим себе, сколь дешевы могут быть устройства на аналогичных сенсорах, производимые по армейскому заказу массовой серией, и какую качественную картину происходящего на поле боя они могут дать полководцу.
Инициативы DARPA по развитию C4I  

В настоящий момент агентство передовых оборонных разработок США (DARPA) осуществляет работы над альтернативными системами обеспечения в режиме реального времени координат в пространстве, навигации и синхронизацию данных, обозначаемыми аббревиатурой PNT (Positioning, Navigation & Timing), которые способны работать при отсутствии сигналов GPS.

Программа по созданию адаптируемых навигационных систем ANS (Adaptable Navigation Systems) направлена на создание усовершенствованных инерционных измерительных приборов с помощью интерферометра на технологии охлажденных атомов, который измеряет относительное ускорение и вращение атомного облака, ведущего себя на макроуровне как единая квантовая частица, в датчике. Цель ее состоит в создании чрезвычайно точных приборов, которые для определения времени и координат могут работать в течение длительного времени без доступа к внешним данным. Кроме того, в рамках программы ANS планируется использовать в качестве реперных точек источники электромагнитных сигналов — например, радио­ и телевизионные передающие центры и даже данные об  ударах молний.

В рамках программы Micro - PNt создаются микроэлектромеханические навигационные системы, стандартизированные и крошечные гироскопы и гироплатформы, благодаря малой материалоемкости и большим объемам производства способные стать очень дешевыми.

Программа измерения и индикации с использованием свойств квантовой физики QUASAR (Quantum­ Assisted Sensing and Readout) имеет целью создать самые точные и компактные атомные часы, которые в настоящее время имеются только в лабораториях.  Исследователи программы QUASAR разработали в лабораторных условиях оптические атомные часы с ошибкой синхронизации менее 1 секунд в 5 млрд лет.  Эти прецизионные портативные устройства могут усовершенствовать существующие военные навигационные системы и, возможно, позволят создать совершенно новые РЛС, лидары и измерительные приборы.

Программа, реализуемая в области технологий сверхбыстрых лазеров PULSE (Program in Ultrafast Laser Science and Engineering), предусматривает применение последних достижений импульсных лазерных технологий с целью существенного улучшения точностных и массогабаритных характеристик атомных часов и микроволновых источников, что позволит более точно выполнять временную и частотную синхронизацию на больших расстояниях.

Программой STOIC (Spatial, Temporal and Orientation Information in Contested environments, «инофрмация о положении, времени и ориентации в пространстве в сложных условиях») предусматривается разработка PNT -  ­систем, которые обеспечат независимую от GPS возможность определения координат, навигации и синхронизации данных на театрах военных действий с уровнем точности, не уступающим аналогичному при использовании GPS. Программа STOIC включает три основных элемента: устойчивые опорные сигналы, принимаемые на большой территории, сверхточные защищенные часы, а также много­ функциональные системы, которые предоставляют информацию PNT многочисленным пользователям.
Радиоразведка — пеленгация вражеских радиостанций — ведет историю с Русско-­японской войны. Сейчас благодаря изобилию излучающих устройств противника — рация чуть ли не у каждого бойца — пассивные радиосенсоры могут дать качествен­но новую информацию. Но только в составе достаточно масштабных систем.  Во - ­первых, нужна значительная апертура антенны для точной пеленгации источников излучения.  Во­вторых, нужны очень большие вычислительные мощности, чтобы интерпретировать эти данные, восстановить по радиосигналам размещение противника на местности. Возможно, такие же средства могут применяться и для динамического восстановления положения своих подразделений. Пеленгация раций бойцов даст старшему начальнику картину дел в его подразделениях.
Пример миниатюризации радаров: малый контрбатарейный радиолокатор AN/ TPQ-48 весит в комплекте менее 70 кг,  разворачивается двумя бойцами за 20 минут и отслеживает траектории полета боеприпасов различного калибра на расстоянии до 10 км. AN/TPQ-48 получил известность благодаря событиям на юго-востоке Украины, когда появилась информация, что из трех поставленных в  Украину  Соединенными  Штатами радаров один  был  поврежден при транспортировке, второй уничтожен артиллерией ополченцев, а третий ополченцы захватили в качестве трофея.
Впрочем, никак не уйти и от активных сенсоров радио-диапазона, известных как радиолокаторы. Нужда в «подсветке» возникает из­-за того, что вероятные цели в отличие от постоянно излучаемого тепла в радиодиапазоне «светятся» изредка, а то и сохраняют радиомолчание. Одной из тенденций, видимо, станет миниатюризация радиолокаторов. Скажем, модернизированная система управления главного оружия дронов и вертолетов США, ПТУР AGM­114 Hellfire, должна будет нести головку самонаведения, работающую в режиме РЛС миллиметрового диапазона или по лазерной подсветке. Радиоволны проникают через все атмосферные помехи и большинство типов оптической маскировки вроде листвы или сетей, поэтому ставка делается на них.
Не обойдут вниманием и химические сенсоры. «Нюхать» американцы пытались еще во Вьетнаме, пытаясь засечь партии грузов, перемещаемых «тропой Хо Ши Мина», по выделению аммиака в поте носильщиков. Современные сенсоры могут строиться на основе скрещенных с биохимическими соединениями микросхем, имея точность и чувствительность выше, чем у собачьего носа. Комплексируя их с вибродатчиками, можно, скажем, получить мину, взводящуюся от шума шагов и срабатывающую на запах пота — мину, ничем не выдающую себя.
Ну а предельно дешевые, производимые по массовым технологиям сенсоры смогут, рассеиваясь над полями сражений, формировать на основе собираемой информации точнейшую картину происходящего и передавать ее штабам. Передавать скрытно — например, переизлучая от сенсорной станции к сенсорной станции маломощные инфракрасные сигналы, генерируемые чем­-то вроде биолюминисцентных молекул.  И передавать именно системам C4I.  Именно с помощью «вычислительного» компонента, причем в значительной степени работающего по принципу больших данных, можно обработать и интерпретировать такой объем данных.
Сетевая бомба.
Одним из видов оружия, включенного в сеть C5I, может быть новая авиабомба вмс США JSOW C­1. Она является модификацией управляемой планирующей бомбы AGM­- 154, то есть такой, у которой благодаря наличию плоскостей аэродинамическое качество значительно больше, чем у бомб свободного падения. Это дает возможность управлять боеприпасом с момента отделения ее от самолета. Для наведения бомбы может использоваться как целеуказание со стороны, от сети C4I — через связь стандарта Link-16, — так и благодаря встроенному инфракрасному сенсору в сочетании с модулем GPS. Максимальная масса боевой части JSOW достигает 450 килограммов.
Но в силу сверхвысокой динамичности отображения обстановки на поле боя, которые могут дать высокоточные сенсоры, необходимо замыкать данные системы C4I на „сombat systems” — системы вооружения. Причем тут надо сделать один главный вывод: эти системы оружия не обязательно должны быть робототехническими, дронами или наземными боевыми роботами. Дело в необходимости обеспечить максимально быструю реакцию на данные разведки, принесенные сенсорами. Ну, выстроились машины противника и его личный состав так, что их можно накрыть одним залпом РСЗО — надо бить немедленно. Появилась колонна на дороге — идет приказ на ее уничтожение барражи­рующим истребителям­ бомбардировщикам. 
Примером находящейся у DARPA в разработке системы такого рода является система обеспечения немедленной воздушной поддержки Persistent Close Air Support (PCAS). Считается, что концепция Persistent Close Air Support полностью изменит тактику авиационной поддержки. Она позволит наземным подразделениям делиться в режиме реального времени данными с сенсоров и данными о своем размещении с экипажами барражирующих в районе самолетов и вертолетов. Это позволит авиации наносить удары управляемым оружием по нескольким целям и позволит значительно сократить время между вызовом авиаподдержки и нанесением удара по полю боя.
В завершение сделаем вывод. Первичен именно системный компонент, именно комплексная обработка тех данных, которые принесут сенсоры. (Так комплексирование радиоэлектронного оборудования с зенитным и ударным оружием в системе Aegis дало название классу кораблей, ныне известное далеким от техники людям...) А по мере развития технологий производства сенсоров и применения в них новых физических принципов этих данных будет все больше и больше, что потребует все большей комплексированости систем оружия.