CC BY
0ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
УДК629.01
ГРНТИ 78.25.13
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ОДНОРАЗОВЫХ И МНОГОРАЗОВЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
М.Ф. ВОЛОБУЕВ, доктор технических наук, доцент
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
С.Б.МИХАИЛЕНКО, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
А.Ж. ВАННУС-САЛЕХ
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
Предложен подход к обоснованию применения одноразовых или многоразовых беспилотных летательных аппаратов для решения конкретной боевой задачи. На основе предложенного подхода разработана методика обоснования применения беспилотных летательных аппаратов военного назначения в условиях огневого и радиоэлектронного противодействия противника. Методика основана на оценке стоимости применения многоразовых и одноразовых беспилотных летательных аппаратов, решающих боевую задачу с требуемой эффективностью. Так как однократное применение многоразового беспилотного летательного аппарата требует больших затрат по сравнению с применением одноразового беспилотного аппарата, то вопрос о рациональном выборе беспилотного летательного аппарата сводится к оценке минимальной кратности применения многоразового беспилотного летательного аппарата, при которой затраты на одно применение становятся сопоставимыми с затратами на применение одноразового беспилотного летательного аппарата. Введены понятия безусловной и условной кратностей применения многоразовых беспилотных летательных аппаратов. Безусловная кратность - кратность применения при отсутствии противодействия со стороны противника. Условная кратность - кратность применения при условии огневого и (или) радиоэлектронного противодействия противника. Выявлены основные военно-экономические факторы, влияющие на безусловную кратность применения многоразовых беспилотных летательных аппаратов по сравнению с одноразовыми беспилотными летательными аппаратами, а именно: увеличенная дальность полета, увеличенная масса беспилотного летательного аппарата, необходимость наличия посадочного оборудования, высокие эксплуатационные расходы, повышенные требования к надежности. Рассмотрены ситуации, снижающие эффективность применения беспилотных летательных аппаратов при воздействии средств радиоэлектронного и огневого противодействия противника. Приведен методический пример функционирования методики, показывающий возможность рационального выбора между беспилотными летательными аппаратами однократного и многократного применения.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, боевые задачи, кратность применения, огневое противодействие противника, радиоэлектронное противодействие противника.
Введение. Одной из причин, повлиявших на бурное развитие беспилотной авиации, помимо снижения потерь личного состава, было предположение о снижении затрат на выполнение определенного круга боевых задач, которые ранее традиционно решались пилотируемой авиацией. Однако в условиях современного вооруженного конфликта, когда применение беспилотных летательных аппаратов (БпЛА) осуществляется при массированном противодействии со стороны средств противовоздушной обороны (ПВО) и радиоэлектронной борьбы (РЭБ), гипотеза о существенном снижении затрат не была подтверждена.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024 75
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Опыт применения беспилотных летательных аппаратов показал, что потери БпЛА при воздействии средств ПВО и РЭБ существенно повышают затраты на выполнение боевых задач, которые зачастую оказываются сопоставимыми с затратами при решении этих же задач пилотируемыми летательными аппаратами. Попытки изменить ситуацию в сторону сокращения затрат привели к возникновению целого направления в области развития беспилотной авиации, а именно к разработке узкоспециализированных БпЛА однократного применения с минимальными эксплуатационными расходами.
Актуальность. Разделение всего множества БпЛА на такие две категории, как БпЛА однократного применения (ОБпЛА) и БпЛА многократного применения (МБпЛА), породило проблему рационального выбора БпЛА каждой категории для решения конкретной боевой задачи. Очевидно, что из соображений военно-экономической целесообразности оправданным следует считать такой выбор БпЛА из двух категорий, при котором обеспечивается требуемая эффективность выполнения данной боевой задачи при минимальных затратах.
Цель работы - разработка методики, позволяющей обоснованно выбирать многоразовый или одноразовый беспилотный летательный аппарат для решения конкретной боевой задачи.
Известно, что однократное применение многоразового БпЛА (МБпЛА) требует больших затрат по сравнению с применением одноразового БпЛА (ОБпЛА) для решения боевой задачи с требуемой эффективностью. Поэтому, возникает вопрос о кратности применения МБпЛА при которой затраты на его одно применение становятся меньше либо равны затратам на применение ОБпЛА. Фактически вопрос о рациональном выборе МБпЛА или ОБпЛА сводится к оценке минимальной кратности применения МБпЛА, при которой затраты на одно применение становятся сопоставимыми с затратами на применение ОБпЛА.
Для оценки влияния огневого и радиоэлектронного противодействия противника введем понятия безусловной и условной кратностей применения многоразовых БпЛА. Безусловную кратность определим, как кратность применения МБпЛА при отсутствии противодействия со стороны противника. Условную кратность определим, как кратность применения МБпЛА при условии огневого и (или) радиоэлектронного противодействия противника.
Основными военно-экономическими факторами, влияющими на безусловную кратность применения МБпЛА, являются:
1. Увеличение, не менее чем в 2 раза, требуемой дальности полета МБпЛА для выполнения одной и той же боевой задачи, так как после выполнения боевой задачи он должен быть возвращен в точку старта.
2. Увеличение требуемой дальности полета увеличивает массу топлива и, соответственно, пропорционально увеличивает массу конструкции МБпЛА, в свою очередь, увеличивается начальная полетная масса МБпЛА, что приводит к дополнительному увеличению массы топлива.
3. Наличие посадочного оборудования, которое в зависимости от способа посадки может содержать как наземные, так и бортовые компоненты. В частности это относится к посадочному парашюту, который, как правило, всегда присутствует, если не как основное, то как дублирующее (аварийное) средство посадки. Наличие бортового посадочного оборудования еще больше увеличивает массу МБпЛА. В целом необходимость посадочного оборудования дополнительно увеличивает стоимость МБпЛА и всего беспилотного комплекса.
4. Высокие эксплуатационные расходы МБпЛА по сравнению с ОБпЛА (даже при пересчете на одно применение МБпЛА). Так, после посадки МБпЛА необходимо проведение послеполетной подготовки или подготовки к повторному вылету. Кроме того, при посадке всегда существует вероятность повреждения МБпЛА. Соответственно, необходимо проведение ремонта.
5. Увеличенные требования к надежности МБпЛА, так как он рассчитан на несколько применений.
На основании п.п. 1-5 можно заключить, что стоимость МБпЛА Смб существенно выше стоимости ОБпЛА Соб, предназначенного для выполнения той же боевой задачи (БЗ) с требуемой
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024 76
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
эффективностью. Учитывая, что стоимость ОБпЛА заведомо ниже стоимости МБпЛА, предназначенного для выполнения той же БЗ, пороговое значение затрат Стр, которое не должно быть превышено при применении МБпЛА, определим затратами при выполнении БЗ с привлечением ОБпЛА
Спор = СОБ +ACOi, (1)
где Соб - стоимость ОБпЛА; ДС01 - амортизационные расходы стартового оборудования, оборудования управления, оборудования для технического обслуживания и остального оборудования многократного применения из состава комплекса с ОБпЛА плюс эксплуатационные затраты на предполетную подготовку и старт.
Затраты Сбз на выполнение БЗ при однократном применении МБпЛА составляют
(2)
где Смб - стоимость МБпЛА; к - кратность применения МБпЛА; АС.ш - разовые затраты при одном применении МБпЛА (амортизационные расходы стартового и посадочного оборудования, оборудования управления, оборудования для технического обслуживания и остального оборудования многократного применения из состава комплекса с МБпЛА плюс эксплуатационные затраты при одном применении на оперативные виды подготовок, старт, ремонт и т. п.).
Тогда минимальное значение рациональной кратности, при которой целесообразно применение МБпЛА, определится из условия
откуда получим
С
МБ
к
МИН
+ьсм 1
= С +АС
ОБ О1 ’
С
МБ
к
мин
об + АСО1 — АС^1)
(3)
(4)
Учитывая, что кратность применения является целой величиной, выражение (4) представим в виде
кмин
С
МБ
+АС -АС 3
ОБ О1 М1J
+1,
(5)
где int [л] - целая часть числа х.
Соответственно, рациональная кратность крлц,, то есть кратность, обеспечивающая целесообразность применения МБпЛА при выполнении назначенной БЗ, определяется соотношением
кРАц > int
(Соб +кСт -АСМ1)
+1.
(6)
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
77
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
В первом приближении можно полагать, что стоимость БпЛА пропорциональна начальной полетной массе т0 [1-3]. Минимальная исходная информация, характеризующая назначенную БЗ, которая необходима для оценки начальной полетной массы БпЛА, включает дальность полета до подлежащей уничтожению цели Д, продолжительность полета Тпт, определяющая продолжительность выполнения БЗ, тип поражаемой цели Ц и требуемую эффективность ее поражения, показателем которой может служить требуемая вероятность поражения РЦр .
Начальная полетная масса БпЛА определяется соотношением [1]
т0 = тк + тпн + тт , (7)
где mK - масса конструкции БпЛА (планера и двигателя); тпн - масса полезной нагрузки БпЛА (датчика координат цели, боевого снаряжения, включающего боевую часть и взрыватель); тТ - масса топлива.
Масса конструкции БпЛА содержит три составляющие, которые зависят от функциональных элементов конструкции [1]:
составляющая, масса которой пропорциональна массе топлива
тк 1 = fK 1 (тг ) ~«тг; (8)
составляющая, масса которой пропорциональна массе полезной нагрузки
тк2 = fK2 (тПН ) ~ РтПН ’ (9)
составляющая, масса которой пропорциональна полетной массе
ткз = fKз Сто) -Д,то • (1°)
Коэффициенты а , р, /лд определяются на основании статистических данных [1].
С учетом (7)-(10) масса конструкции БпЛА равна
тк = тк 1 + тк 2 + тк 3 ат + /Зтпн + [лд т0. (11)
Масса топлива зависит от полетной массы, дальности и средней скорости полета, или продолжительности полета при заданной дальности
тт = fTvVVV0 = 0 TT)• (12)
Масса полезной нагрузки зависит от типа цели и от требуемой эффективности выполнения боевой задачи
тпн = fnH (Ц, РцТР )• (13)
Содержащиеся в выражениях (12), (13) функциональные зависимости fi.(т0,Д,Vcp), fTT (.то, Д, ), fпн (Ц, РЦТГ) считаютсяизвестными.
Преобразуем выражение (7) с учетом (11),(12),(13)
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
78
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
m--~Mg0-(1+л)-- ff 0 f--0 - (I-Д)-пн0Ц,Рцтр0 ■
(14)
Выражение (14) представляет собой нелинейное уравнение, решение которого позволяет определить полетную массу m0 БпЛА в зависимости от основных параметров назначенной БЗ (дальности до цели Д, продолжительности полета Tnm, типа поражаемой (обнаруживаемой) цели Ц и требуемой вероятности поражения (обнаружения) Рц^ ).
Представим выражение (14) для ОБпЛА в следующем виде
m-
(1 + а) шТо + (1+ Д) mnHi О-Mg 0
(15)
где m0 . mT . mn„ - начальная полетная масса ОБпЛА, масса топлива ОБпЛА и масса полезной нагрузки ОБпЛА соответственно.
Будем считать, что при создании ОБпЛА и МБпЛА для выполнения одних и тех же БЗ используются одни и те же (максимально близкие) технические решения (за исключением решений, связанных с многократностью применения БпЛА). Это допущение необходимо для обеспечения корректности сопоставления затрат на выполнение БЗ при применении ОБпЛА и МБпЛА. С учетом сказанного будем полагать, что коэффициенты а, [>, Lig одинаковы для ОБпЛА и МБпЛА. Тогда выражение (14) для МБпЛА может быть представлено в следующем виде
m
(1 +а) шТм + (1+ Д)m ПН1 (! ~Mg 0
(16)
где m0 . mT . mn„ - начальная полетная масса МБпЛА, масса топлива МБпЛА и масса полезной нагрузки МБпЛА соответственно.
Введем следующие обозначения, связывающие массы топлива и полезной нагрузки ОБпЛА и МБпЛА
mTM aT mTo 0 mnHM anH mnHo 0 (17)
где aT, anH - численные коэффициенты, при условии aT > 1, anH > 1.
Рассмотрим два варианта взлета - посадки МБпЛА:
- взлет и посадка по-самолетному с использованием взлетно-посадочной полосы (ВИН), парашютная система применяется при аварийной посадке;
- взлет с пусковой установки, посадка с использованием парашютной системы, которая может включать амортизирующие устройства и собственно парашют.
Первый вариант соответствует аэродромному базированию МБпЛА, а второй -безаэродромному базированию МБпЛА, что позволяет применять МБпЛА из боевых порядков своих войск. Очевидно, что этот вариант МБпЛА ближе к ОБпЛА и имеет ряд очевидных тактических преимуществ.
Реализация первого варианта взлета-посадки МБпЛА требует наличия шасси и аварийного парашюта, что приводит к дополнительному увеличению массы МБпЛА. Реализация второго варианта взлета-посадки МБпЛА требует наличия парашютной системы, что тоже ведет к дополнительному увеличению массы МБпЛА.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
79
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Введем следующие обозначения для массы шасси тш и массы парашюта (парашютной системы) mmp, связывающие их со взлетной массой т0^ и массой конструкции тк^ МБпЛА
(18)
где аш, апар - численные коэффициенты, принимающие положительные значения меньше единицы.
Преобразуем выражение (16) с учетом (17), а также введя в него массу шасси тш и массу аварийного парашюта тпар в соответствии с (18) для варианта аэродромного базирования МБпЛА
т0
м
аТ (1 + а + апара} in + апн (1 + 0 + arapfi) шПНо (! ~Vg - аш - a„apVg )
(19)
Масса парашютной системы (амортизирующие устройства и собственно парашют) mnap для варианта безаэродромного базирования МБпЛА
т0
ои
ат (1 + а + anapd) mTo + апн (1+ 0 + anapfi) шПНо (1 ~Ug - а„арЦ>)
(20)
Стоимость БпЛА СБ определяется главным образом его начальной (стартовой) полетной массой т0 [3].В общем случае можно записать
С = С + С + С
Е Е. ПН Т ’
(21)
где Ск - стоимость конструкции БпЛА (планера и двигателя); Спн - стоимость полезной нагрузки БпЛА (датчика координат цели, боевого снаряжения, включающего боевую часть и взрыватель); Ст - стоимость топлива.
Стоимости Ск, Спн, Ст могут быть приближенно представлены линейными зависимостями [3]:
C'пн ' СПН №пн т0 ’
Ст = Ст /лт т0,
(22)
(23)
(24)
где Ст, Спн, Ск3 - среднестатистические показатели стоимости единицы массы топлива, полезной нагрузки и конструкций, массы которых пропорциональны полетной массе; Дт, ^пн - относительные массы топлива и полезной нагрузки.
С учетом (22), (23), (24) выражение (21) для стоимости БпЛА СБ примет вид
СБ = [Сг /лт (1 + а) + СПН№пн (1 + Р) + СК3P-g ~\mo ’ (25)
где и. , /лпн - относительные массы топлива и полезной нагрузки.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
80
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Для ОБпЛА выражение (25) принимает вид
СОБ ~ [лТо (1 +сР) + Спн рПНо (1 + Д) +
СК 3 Pg >0о- (26)
Аналогичное выражение можно получить для стоимости МБпЛА в варианте аэродромного базирования
СМБ ~ [ СТ №ти (1 +^+ а„ара') + СПН РПНМ О + Д + аПарР') +
+ С „, ц + С a + С а и. ~\mn
К. g ш ш пар пар g 0м
в варианте безаэродромного базирования
СМБ ~ [ СТ РТ,, (1 +^+ а„ара') + СПН РПНМ О + Д + аПарР') +
, (28) + С „ 3 и. + С а и. lm„
К з g пар пар g 0м
где Сш, Спар, - среднестатистические показатели стоимости единицы массы шасси и аварийного парашюта (парашютной системы).
Соотношения (26), (27), (28) позволяют оценить стоимости ОБпЛА и МБпЛА. При этом не учтены повышенные требования к надежности (безотказности) МБпЛА по сравнению с надежностью ОБпЛА (пункт 5). Для учета увеличения стоимости МБпЛА, связанного с необходимостью обеспечения его большей безотказности по сравнению с ОБпЛА, воспользуемся соотношением, связывающим стоимость оборудования с соответствующими уровнями его безотказности. Следуя [4], зависимость стоимости МБпЛА СМБ^ с требуемым (повышенным) уровнем безотказности Рм 1 по сравнению с исходным уровнем РЗАД, которому соответствует стоимость СМБ, представим в виде
СМБН = СМБ - B [1П(1 - РМ! ) - 1П(1 - РЗАД )] ,
(29)
где B - коэффициент, характеризующий эффективность вложения средств в повышение безотказности МБпЛА.
Наиболее действенным методом повышения безотказности является резервирование [5, 6], для которого коэффициент B определяется соотношением
B =-
С
\1Б
1П(1 - РЗАД ) '
(30)
Подставляя (30) в (29) и решая полученное уравнение, получим выражение, определяющее относительное увеличение стоимости МБпЛА, которое обеспечивает прирост безотказности МБпЛА от исходного уровня РЗАД до требуемого Рм 1
СМБН СМБ _ 1П(1 ~ Рмi) _ 1
С 1п(1 - РЗАД) • 1 ’
Разработанный методический аппарат позволяет предъявить требования к рациональному уровню кратности применения БпЛА военного назначения без учета огневого и
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
81
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
радиоэлектронного противодействия противника. Строгое проведение расчетов требует большого массива исходных данных, получение которых затруднительно.
Однако, учитывая, что стоимость БпЛА прямо пропорциональна его массе, можно получить приближенные, но при этом достаточно корректные гарантированные по нижней границе оценки рациональной кратности применения МБпЛА военного назначения, учитывающие основные определяющие факторы.
Считаем, что соотношение стоимостей МБпЛА и ОБпЛА примерно соответствует соотношению их начальных полетных масс, то есть в первом приближении можно считать справедливыми следующие соотношения:
СМБ СМБm0M ’ (32)
СОБ = COEт0о , (33)
C Cm
МБ = МБ °м
C ~ C m ’ ’
ОБ ОБ 0о
где CME, COE - среднестатистические показатели стоимости единицы массы МБпЛА и ОБпЛА соответственно, причем гарантированно справедливо условие CME > COE.
С учетом этого условия можно записать
C m0
4 >_2м.. (35)
COE т0о
Для получения нижней границы оценки будем полагать
C m0
Подставив в (36) выражения (16)и(19), получим
C
МБ
C
ОБ
1 ~У*
1 -и - a - а и.
g ш пар g
При выполнении условий
выражение (37) преобразуется к виду
aT (1 + а + апара) тто + апн (! + 0 + апарР> т ПНо (1+a)rnТо + (1+ /?) m ПНо
«= А
CME = 1 ~Уд . аТ (1 + ^ + а Пдр^)
CОБ 1 “As - аш - a„apVg 1 + «
(37)
(38)
(39)
(40)
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
82
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Анализ данных о значениях коэффициентов а и ft, содержащихся в [1-3], свидетельствует о допустимости принятия условия (38). Численные коэффициенты ат, апн введены в выражении (17) и связывают значения соответственно масс топлива и полезной нагрузки МБпЛА и ОБпЛА. Масса топлива МБпЛА должна не менее, чем вдвое превышать массу топлива ОБпЛА, поскольку после выполнения боевой задачи МБпЛА должен выполнить полет по обратному маршруту, то есть в конечном счете преодолеть вдвое большее расстояние, чем ОБпЛА при выполнении той же боевой задачи. Поэтому вполне допустим выбор значения ат = 2.
Далее рассмотрим наиболее сложную разведывательно-огневую боевую задачу. Тогда для обеспечения одинаковой эффективности обнаружения и поражения цели, которая должна быть не менее требуемой, ОБпЛА и авиационное средство поражения (АСП), которым вооружается МБпЛА, должны оснащаться боевыми частями (БЧ) одинаковой массы. Кроме того, ОБпЛА и АСП должны содержать датчик координат цели (ДКЦ), который можно считать одинаковым в обоих случаях. АСП, являющееся полезной нагрузкой для МБпЛА, помимо БЧ и ДКЦ содержит корпус, систему и органы управления, возможно, двигатель и топливо. С учетом сказанного представим полезные нагрузки ОБпЛА и МБпЛА следующими выражениями:
тпно ~ тБЧ + тдкц ’ (41)
тПНи ~ (.тБЧ + тдкц ) + (тд,п + mTAcn ) ’ (42)
где тБЧ, тдкц - массы БЧ и ДКЦ; т.^ - масса конструкции АСП (корпус, система и органы
управления, двигатель); тТл - масса топлива АСП.
В предположении справедливости равенства
и с учетом (17), (41), (42) получим значение коэффициента апн = 2, что обеспечит выполнение равенства (39) и, соответственно, справедливость выражения (40).
Для проведения расчетов по формуле (40) необходимо задаться значениями коэффициентов а , Lig , аш, апар . На основании статистических данных, приведенных в [1-3], примем а = 0,1; " = 0,1.
Масса шасси может составлять до 10-12 %, а масса парашютной системы - до 26 % от массы БпЛА [2,7]. Соответственно, примем аш = 0,12; агюр = 0,26. Подставляя значения коэффициентов ат, а, Lig, аш, апар в выражение (40), получим нижнюю гарантированную оценку отношения стоимостей МБпЛА и ОБпЛА без учета прироста стоимости МБпЛА, обеспечивающего требуемый повышенный уровень безотказности МБпЛА по сравнению с уровнем безотказности ОБпЛА
C
МБ
C
'-'ОБ
= 2,44.
(44)
Для оценки прироста стоимости МБпЛА, обеспечивающего требуемое повышение уровня безотказности, зададимся исходной и требуемой вероятностями безотказной работы: РЗАД = 0,9 ; PMj = 0,989. При этих значениях гарантируется по крайней мере десятикратное применение МБпЛА.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
83
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Подставляя принятые значения исходной и требуемой вероятностей безотказной работы в выражение (31), получим значение прироста стоимости МБпЛА, равное
(45)
На основании (44), (45) получим нижнюю гарантированную оценку отношения стоимостей МБпЛА и ОБпЛА с учетом прироста стоимости МБпЛА, обеспечивающего требуемый повышенный уровень безотказности МБпЛА по сравнению с уровнем безотказности ОБпЛА
(46)
Для оценки рациональной кратности применения МБпЛА в соответствии с выражением (6) помимо соотношения стоимостей МБпЛА и ОБпЛА необходимо знать эксплуатационные расходы, приходящиеся на применение одного ОБпЛА АСО1 и на однократное применение МБпЛА АСМ1. Допустим, эксплуатационные расходы АСО1 составляют 10 % от стоимости ОБпЛА, а эксплуатационные расходы АСМ1 в 3 раза выше. В этом случае в соответствии с (6) рациональная кратность применения МБпЛА составит не менее 6. Нижняя граница гарантированной оценки рациональной кратности может быть получена в предположении равенства эксплуатационных расходов АСО1 и АСМ1. В этом случае эта оценка будет определяться только соотношением стоимостей МБпЛА и ОБпЛА и для исходных данных, принятых при получении (46), составит не менее 5.
Огневое и радиоэлектронное противодействие противника снижает эффективность применения и ОБпЛА, и МБпЛА, а также существенно влияет на достижимую кратность кд применения МБпЛА, которая может оказаться ниже требуемой. Аналогично приведенным выше рассуждениям применение МБпЛА оправдано из соображений военно-экономической целесообразности, в том случае, когда обеспечивается требуемая эффективность выполнения боевой задачи, а затраты на ее выполнение не превышают затрат при применении ОБпЛА.
Соответственно, воспользуемся выражениями (3), (4) для оценки безусловной
рациональной кратности применения МБпЛА.
Требуемая кратность применения МБпЛА ктр не должна быть меньше минимального значения безусловной рациональной кратности кмин
к > —_______
Р (СОБ + &Ст -ЬСМХ)
(47)
Очевидно, что при ктр > кмин затраты на выполнение боевой задачи с помощью МБпЛА будут ниже затрат на выполнение этой же боевой задачи с помощью ОБпЛА. В интересах оценки влияния огневого и радиоэлектронного противодействия противника на кратность применения БпЛА рассмотрим следующие ситуации [7].
Ситуация 1, Полагаем, что в отсутствие противодействия эффективность МБпЛА и ОБпЛА одинакова и равна требуемому для выполнения боевой задачи значению W0. В условиях радиоэлектронного противодействия эффективность МБпЛА (ОБпЛА) снижается и равна
(48)
где Ррэп - вероятность подавления бортового оборудования МБпЛА (ОБпЛА), приводящего к невыполнению боевой задачи.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
84
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Для выполнения боевой задачи с требуемой эффективностью W0 необходимо увеличить расход ОБпЛА или увеличить количество самолетовылетов для МБпЛА до значения и, определяемого следующим выражением
n = int
ln(l - Wo)
ln(l - (1 - Ррэп Wo)
+1,
(49)
где int [л] - целая часть числа x.
Тогда затраты на выполнение боевой задачи с привлечением ОБпЛА составят
С = (СОБ +ДСО1) п. (50)
БЗо
Затраты на выполнение боевой задачи с привлечением МБпЛА составят
(51)
где к - кратность применения МБпЛА.
Минимальное значение условной рациональной кратности применения МБпЛА k..,,,,,v должно определяться из условия равенства затрат на выполнение боевой задачи МБпЛА и ОБпЛА. Из условия равенства выражений (50) и (51) следует
C
кМин = — • (52)
ОБ О1 М Ы
Из выражения (52) видно, что в случае, когда радиоэлектронное противодействие противника не приводит к потере МБпЛА, а лишь одинаково снижает эффективность МБпЛА и ОБпЛА, условная кратность применения МБпЛА равна безусловной, соответственно требуемая кратность применения не изменяется.
Ситуация 2 и ситуация 3, тождественные по характеру влияния на рациональную кратность применения МБпЛА. Как и ранее полагаем, что в отсутствие противодействия эффективность МБпЛА и ОБпЛА одинакова и равна требуемому для выполнения боевой задачи значению Wo. В условиях радиоэлектронного (ситуация 2) и огневого (ситуация 3) противодействия эффективность МБпЛА и ОБпЛА снижается и определяется формулой (48), в которую вместо вероятности Ррэп необходимо подставить вероятность потери БпЛА Рп в результате радиоэлектронного или огневого противодействия.
Расход ОБпЛА и затраты на выполнение боевой задачи с привлечением ОБпЛА сохраняются такими же, как в ситуации 1, и определяются соотношениями (49) и (50) соответственно.
Наряд МБпЛА для выполнения этой же боевой задачи также должен быть увеличен до n, определяемого выражением (49). При этом часть МБпЛА будет потеряна (Рпn), а часть сохранится (Рпn, где Рп = 1 - Рп ). Затраты на выполнение боевой задачи с привлечением МБпЛА составят
(53)
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
85
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Минимальное значение рациональной кратности применения МБпЛА для ситуаций 2 и 3 определим из условия равенства выражений (50) и (53)
к =
МИНу
PC
_______1 П^МБ______
С + ДС - PC -АС
ОБ О1 П^МБ М1
(54)
Кратность кМИНу, аналогично кратности кКтн, будем трактовать как максимальные относительные затраты на выполнение боевой задачи с помощью МБпЛА, при которых целесообразность применения МБпЛА и ОБпЛА одинакова.
Выражение (54) имеет смысл при условии, что его знаменатель положителен
СОБ + АСО1 - РПСМБ - ЬСМ1 > 0 • (55)
Решая неравенство (55) относительно Рп, получим
р , СОБ + АО>1 1
п С
МБ
(56)
Предположим, что стоимость МБпЛА в четыре раза больше, чем ОБпЛА (СМБ = 4СОБ ), а также справедливы заимствованные из источников [1-4, 8] стоимостные соотношения: АСО1 = 0,1СОБ , АСМj = (1...3)ДСОj = (0,1...0,3)СаБ. Подставляя эти данные в выражение (56), получим
рп < 0,25...0,2.
(57)
Таким образом, если в ситуациях 2 или 3 не выполняется условие (57), то применение МБпЛА нецелесообразно с военно-экономической точки зрения.
Условие (57) является необходимым, но не достаточным. Военно-экономическая целесообразность применения МБпЛА для решения боевых задач гарантируется при условии, что требуемая кратность применения МБпЛА ктр удовлетворяет условию
ктр >
(58)
Рассмотрим, как влияет огневое и радиоэлектронное противодействие противника на минимальную рациональную кратность применения МБпЛА. Для этого на основании выражений к
(47), (54) определим соотношение SCn = ^Hy
кмин
рп (СОБ +АСО1 -АСМ1) Соб + АСО1 — РПСМБ — АСМ1
(59)
Величину 5СП можно трактовать как относительный прирост стоимости выполнения боевой задачи с применением МБпЛА относительно его же стоимости в условиях отсутствия огневого и радиоэлектронного противодействия противника.
Введем величину Сдоп, которая определяет допустимые затраты на выполнение боевой задачи с применением БпЛА.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
86
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Тогда выполнение боевой задачи с использованием ОБпЛА или МБпЛА можно считать рациональным при выполнении следующего условия
■ССиЕ , Сдоп. (60)
В случае, когда условие (60) не выполняется, с военно-экономической точки зрения целесообразно применять другое вооружение и военную технику, например, пилотируемые авиационные комплексы.
В соответствии, с представленными выше результатами методика обоснования применения одноразовых и многоразовых БпЛА имеет вид, представленный на рисунке 1.
Рисунок 1 - Методика обоснования применения ОБпЛА и МБпЛА военного назначения
В качестве методического примера, в соответствии с выражением (59), получим зависимость изменения относительной стоимости выполнения боевых задач МБпЛА в условиях огневого и радиоэлектронного противодействия противника. При расчетах используем следующие стоимостные соотношения ОБпЛА и МБпЛА: СМБ = 4СОБ, С^ = 5СОБ, СМБ = 6СОБ ,
ДС01 = 0,1СОБ, 1 =ДС01.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
87
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Зависимость изменения относительной стоимости выполнения боевых задач МБпЛА в условиях огневого и радиоэлектронного противодействия противника представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Зависимость изменения относительной стоимости выполнения боевых задач МБпЛА в условиях огневого и радиоэлектронного противодействия противника
Выводы. В условиях ограниченного радиоэлектронного противодействия противника, которое в равной степени снижает эффективность МБпЛА и ОБпЛА, но не приводит к потере БпЛА, рациональная кратность применения МБпЛА сохраняется такой же, как и в случае отсутствия противодействия, что обусловлено одинаковым ростом затрат на выполнение боевой задачи с применением как МБпЛА, так и ОБпЛА.
В условиях сильного огневого или радиоэлектронного противодействия противника, которые в равной степени снижают эффективность МБпЛА и ОБпЛА и приводят к потере БпЛА с вероятностью более 0,25, применение МБпЛА нецелесообразно с военно-экономической точки зрения при соотношении стоимостей МБпЛА и ОБпЛА 4:1и более.
Целесообразность применения МБпЛА в условиях огневого или радиоэлектронного противодействия противника зависит не только от вероятности потери МБпЛА, но и от соотношения стоимостей МБпЛА и ОБпЛА; так, относительный прирост стоимости выполнения одной боевой задачи при вероятности потери МБпЛА 0,15 составляет 8СП = 8,5 при соотношении стоимостей МБпЛА и ОБпЛА 6:1 и 8СП = 2,125 при соотношении стоимостей МБпЛА и ОБпЛА 4:1.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дракин И.И. Основы проектирования беспилотных летательных аппаратов с учетом экономическойэффективности. М.: Машиностроение, 1973. 224 с.
2. Щеверов Д.Н. Проектирование беспилотных летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1978. 264 с.
3. Белов Г.В., Зоншайн С.И., Оскерко А.П. Основы проектирования ракет. М.: Машиностроение, 1974. 256 с.
4. Кузьмин Ф.И. Задачи и методы оптимизации показателей надежности. М.: Советское радио, 1972. 224 с.
5. Волобуев М.Ф. Методы логического резервирования систем управления сложными техническими объектами: теория и практика: Монография. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2017. 294 с.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
88
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
6. Актуальные вопросы исследований в авионике: теория, обслуживание, разработки: Монография / Под ред. В.Н. Букова. Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2020. 456 с.
7. Волобуев М.Ф., Михайленко С.Б., Ваннус-Салех А.Ж. Обоснование применения одноразовых и многоразовых беспилотных летательных аппаратов для ведения воздушной разведки//Военная мысль. 2024. № 10. С. 45-54.
8. Лобанов Н.А. Основы расчета и конструирования парашютов. М.: Машиностроение, 1965. 362 с.
REFERENCES
1. Drakin I. I. Osnovy proektirovaniya bespilotnyh letatel'nyh apparatov s uchetom 'ekonomicheskoj 'effektivnosti. M.: Mashinostroenie, 1973. 224 p.
2. Scheverov D.N. Proektirovanie bespilotnyh letatel'nyh apparatov. M.: Mashinostroenie, 1978. 264 p.
3. Belov G.V., Zonshajn S.I.,Oskerko A.P. Osnovy proektirovaniya raket. M.: Mashinostroenie, 1974. 256 p.
4. Kuz'min F.I. Zadachi i metody optimizacii pokazatelej nadezhnosti. M.: Sovetskoe radio, 1972. 224 p.
5. Volobuev M.F. Metody logicheskogo rezervirovaniya sistem upravleniya slozhnymi tehnicheskimi ob'ektami: teoriya i praktika: Monografiya. Voronezh: VUNC VVS «VVA», 2017. 294 p.
6. Aktual'nye voprosy issledovanij v avionike: teoriya, obsluzhivanie, razrabotki: Monografiya / Pod red. V.N. Bukova. Voronezh: Izdatel'sko-poligraficheskij centr «Nauchnaya kniga», 2020. 456 p.
7. Volobuev M.F., Mihajlenko S.B., Vannus-Saleh A.Zh. Obosnovanie primeneniya odnorazovyh i mnogorazovyh bespilotnyh letatel'nyh apparatov dlya vedeniya vozdushnoj razvedki // Voennaya mysl’. 2024. № 10. pp. 45-54.
8. Lobanov N.A. Osnovy rascheta i konstruirovaniya parashyutov. M.: Mashinostroenie, 1965. 362 p.
© Волобуев М.Ф., Михайленко С.Б., Ваннус-Салех А.Ж., 2024
Волобуев Михаил Федорович, доктор технических наук, доцент, начальник кафедры робототехнических комплексов и систем воздушного базирования, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, [email protected].
Михайленко Сергей Борисович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник отдела научно-исследовательского центра (проблем применения обеспечения и управления авиацией ВВС), Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, [email protected].
Ваннус-Салех Али Жамел, адъюнкт, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
89
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
UDC 629.01
GRNTI 78.25.13
THE PROCEDURE FOR RATIONALE THE USE OF DISPOSABLE AND REUSABLE UNMANNED AERIAL VEHICLES FOR MILITARY PURPOSES
M.F. VOLOBUEV, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor
MERC AF «AFA» (Voronezh)
S.B. MIHAJLENKO, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
MERC AF «AFA» (Voronezh)
A.Zh. VANNUS-SALEH
MERC AF «AFA» (Voronezh)
An approach is proposed to substantiate the use of disposable or reusable unmanned aerial vehicles to solve a specific combat task. Based on the proposed approach, a procedure has been developed to rationale the use of unmanned aerial vehicles for military purposes in conditions of fire and electronic counteraction of the enemy. The procedure is based on an assessment of the cost of using reusable and disposable unmanned aerial vehicles that solve a combat task with the required efficiency. Since the single use of a reusable unmanned aerial vehicle requires high costs compared to the use of a single-use unmanned aerial vehicle, the question of the rational choice of an unmanned aerial vehicle is reduced to an assessment of the minimum frequency of use of a reusable unmanned aerial vehicle, in which the cost of one application becomes comparable with the cost of using a single-use unmanned aerial vehicle. The paper introduces the concepts of unconditional and conditional multiplicities of the use of reusable unmanned aerial vehicles. Unconditional multiplicity is the multiplicity of application in the absence of opposition from the enemy. Conditional multiplicity is the multiplicity of application under the condition of fire and (or) electronic counteraction of the enemy. The main military and economic factors affecting the unconditional multiplicity of reusable unmanned aerial vehicles compared with disposable unmanned aerial vehicles have been identified, namely: increased flight range, increased weight of an unmanned aerial vehicle, the need for landing equipment, high operating costs, increased reliability requirements. The situations that reduce the effectiveness of the use of unmanned aerial vehicles when exposed to the enemy's electronic and fire countermeasures are considered. A example of using the technique is given, showing the possibility of a rational choice between single-use and multiple-use unmanned aerial vehicles.
Keywords: unmanned aerial vehicle, combat missions, frequency of use, enemy fire resistance, enemy electronic counteraction.
«Воздушно-космические силы. Теория и практика» | № 32, декабрь 2024
90
