CC BY
83Обеспечение комплексной защиты наземных робототехнических комплексов военного назначения
Полковник в отставке В.Т. БЕБЕШЕВ, доктор технических наук
Подполковник Д.Н. МЕТЕЛЁВ, кандидат технических наук
АННОТАЦИЯ ABSTRACT
Исследуются проблемы сохранения боеспособности ударных наземных робототехнических комплексов военного назначения в бою. Предлагаются пути решения этих проблем, за счет формирования системы управления комплексной защитой, основанной на теории функциональных систем.
Робототехнические комплексы военного назначения, система управления комплексной защитой, обычные средства поражения, электромагнитное воздействие, кибернетическое воздействие, функциональная система.
The paper explores issues of preserving the combat effectiveness of ground-based military robotic units in battle. It proposes ways of solving these problems by means of forming a system of comprehensive security control based on the functional systems theory.
KEYWORDS
Military robotic units, system of comprehensive security control, conventional means of destruction, electromagnetic impact, cyber impact, functional system.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
НА ПРОТЯЖЕНИИ длительного периода времени геополитическая обстановка в мире остается весьма напряженной, что напрямую затрагивает интересы Российской Федерации. В этой связи первостепенной задачей является сохранение и динамичное развитие Вооруженных Сил. Это может быть достигнуто путем создания сбалансированной системы вооружения и военной техники, имеющей высокую боевую эффективность и живучесть на поле боя.
Система вооружения представляет собой совокупность образцов (комплексов) вооружения рода войск (сил), вида вооруженных сил и вооруженных сил в целом, предназначенная для выполнения определенных боевых задач1. Большой интерес в системе вооружения Сухопутных войск вызывает относительно новая составляющая «система робототех-нических комплексов и средств».
Опыт войн и вооруженных конфликтов последних двух десятилетий2, а также анализ программ развития вооружения вероятного противника позволяют сделать вывод о перспективности развития данного направления. Особую актуальность приобретает генезис наземных робототехнических средств, что обусловлено результатами боевых действий на Ближнем Востоке, где наряду с Воздушно-космическими силами активное участие принимают Сухопутные войска (СВ). Именно СВ являются той ударной силой, которая обеспечивает овладение и удержание районов, рубежей и позиций на завершающих стадиях операций и подвергается наибольшему воздействию средств поражения противника.
Наземные робототехнические комплексы военного назначения (НРТК ВН) представляют собой: совокупность функционально связанных одного или нескольких робототехнических средств (РТС) военного назначения и средств их технического обеспечения и обслуживания, предназначенных для выполнения задач по назначению в наземной среде функционирования3.
В данной статье рассматривается существующая проблема обеспечения требуемого уровня защищенности ударных НРТК ВН, а также определяются пути и перспективы ее решения и развития.
Ударные наземные робототехниче-ские комплексы военного назначения в составе подразделения предназначены для выполнения следующих задач:
• наступление на направлении главного удара;
• удержание узла обороны в полосе обеспечения;
• штурм населенного пункта.
Эти задачи характеризуются условиями, связанными с большим риском для экипажных образцов вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ), приводящими к ощутимым потерям среди личного состава.
Для выполнения данных задач НРТК ВН должны обладать соответствующим уровнем боевых возможностей, которые выражаются количественными показателями боевых свойств (рис. 1).
Защищенность ударных НРТК ВН является одной из важных и трудноразрешимых проблем. В современных боевых действиях потери неизбежны, и необходимо, чтобы они не превышали пределы, за которыми успешные активные действия стали бы уже невозможны.
Применительно к экипажному образцу ВВСТ под защищенностью от обычных средств поражения понимается его способность противостоять воздействию огневых средств против-
Рис. 1. Боевые свойства образца ВВСТ
ника и сохранять при этом боеспособность4. Защищенность обеспечивается способами и средствами, которые условно можно разделить на три группы:
• средства активного противодействия для подавления противотанковых средств противника (основное, дополнительное и вспомогательное оружие);
• средства, уменьшающие вероятность попадания (маскировка, размеры, маневренность на поле боя, активная защита, комплекс оптико-электронного подавления и др.);
• средства, уменьшающие вероятность поражения при пробитии корпуса (броневая защита, динамическая защита, противопожарное оборудование и др.)5.
Защищенность оценивается вероятностными показателями, основным из которых является вероятность непоражения P = 1 - P , где
г непор пор ^
Pпор — вероятность поражения образца. Она определяется совокупностью различных противотанковых средств (ПТС), используя выражение:
^пор — ^1=1/1 (^обн^^поп^/обн^пор^/поп^)?
где: Ji — доля /-го ПТС в их общей совокупности
рбн. — вероятность обнаружения образца средствами разведки /-го ПТС;
Р . , — вероятность попадания
поп/обн/ г ^
/-го ПТС в образец ВВСТ при условии его обнаружения;
Р . — вероятность поражения
пор//поп/ -Г -Г
при условии попадания /-го ПТС.
Каждый сомножитель, за исключением Ji, характеризует эффективность тех или иных технических средств комплексной защиты. Показатель Робн обратно пропорционален степени обнаружения на окружающем фоне, что характеризует эффективность маскировки от обнаружения техническими средствами разведки и системами наведения противника. Показатель Р . , зависит от того, насколько об-
поп/обн
разец ВВСТ может сманеврировать, быстро покинуть зону поражения, и от эффективности средств противодействия прежде всего управляемому оружию. Совокупность действий по повышению возможностей этих показателей отражает эффективность технических решений, направленных на уменьшение количества поражающих факторов, воздействующих на образец ВВСТ6.
Прямое проецирование теории защищенности ВВСТ на НРТК ВН приводит к появлению проблем теоретического, практического и методологического характера.
Как отмечалось ранее, ударные НРТК ВН предназначены для выполнения задач, связанных с большим риском угрозы жизни для личного состава. Эти условия характеризуются повышенной снарядной нагрузкой со стороны обычных противотанковых
средств противника. Помимо ПТС на НРТК ВН оказывают детерминированное и диссипативное воздействие средства поражения в электромагнитном диапазоне, а также различные виды информационного оружия.
Для формирования теоретической основы построения комплексной защиты НРТК ВН необходим анализ средств поражения и их влияния на конструктивные особенности НРТК ВН.
В конструкции НРТК ВН используется большая номенклатура радиоэлектронных устройств, в которых применяются современные функционально-сложные изделия микроэлектроники. Это повышает ее уязвимость от воздействия радиационных и электромагнитных излучений различного происхождения. В свою очередь, отсутствие ручного дублирования систем управления оружием и движением делают эту уязвимость критичной. Поражающее действие электромагнитного оружия на НРТК ВН реализовано в следующей форме:
Особую актуальность приобретает генезис наземных робототехнических средств, что обусловлено результатами боевых действий на Ближнем Востоке, где наряду с Воздушно-космическими силами активное участие принимают Сухопутные войска (СВ). Именно СВ являются той ударной силой, которая обеспечивает
овладение и удержание районов, рубежей и позиций на завершающих стадиях операций и подвергается наибольшему воздействию средств поражения противника.
• воздействие на электронные схемы, бортовые информационно-управляющие системы и элементы навигационных систем, приводящее к временному (обратимому) или полному (необратимому) нарушению их функционирования;
• функциональное поражение радиоэлектронной аппаратуры различного назначения за счет непосредственного изменения электрофизических свойств материалов, используемых в элементной базе;
• резкое увеличение объема циркулирующей информации для сбоя работы системы дистанционного управления;
• нарушение путем ведения радиоэлектронной борьбы, работоспособности радио, оптико-электронных и информационно-управляющих каналов.
В системах связи НРТК ВН должна обеспечиваться надежность функционирования направлений связи в зависимости от групп важности информационных направлений. Как правило, информационное или кибернетическое воздействие основывается на изменениях, вносимых в программные средства без функционального поражения аппаратной базы. В качестве примера можно привести несколько типов специального информационного воздействия на системы НРТК ВН:
• заблаговременное включение в программное обеспечение НРТК ВН определенных элементов, самостоятельно активизирующихся и выводящих его из строя. При этом отказ может маскироваться под естественный сбой в работе аппаратуры;
• заражение аппаратуры компьютерными вирусами, разрушающими информацию в базах данных и программное обеспечение боевых систем;
• вхождение в каналы связи между РТС и подвижным пунктом дистанционного управления (ППДУ) и внесение в них ложной информа-
ции, генерации команды на ликвидацию робота, перехват всей добытой информации, перехват управления.
Диссипативный характер средств воздействия в электромагнитном и информационном диапазонах характеризуется неопределенностью степени поражения НРТК ВН. Снижение эффективности комплекса может происходить постепенно, вследствие чего возникает трудность выявления самого факта поражения. Наиболее опасным для НРТК ВН является переход к противнику функций управления роботом. Именно эти направления противодействия НРТК ВН имеют приоритет во многих странах, ввиду потенциальной возможности изменения соотношения сил сторон в бою за счет контроля над средствами вооруженной борьбы противника.
Помимо появления новых средств воздействия, которые объективно снижают защищенность НРТК ВН по сравнению с экипажными образцами, комплексы, как сложные военные технические системы, имеют
ряд функциональных особенностей, оказывающих негативное влияние на уровень их защиты в бою.
Первое. Степень обнаружения образца ВВСТ на окружающем фоне характеризуется эффективностью маскировки от средств разведки. Постоянный радиообмен между ППДУ и РТС повышает вероятность их обнаружения, а большой объем передаваемой информации и соответствующая мощность передающих устройств существенно облегчает эту задачу для противника. РТС, как правило, использует целый набор активных средств (лазерный дальномер, лидар, радиолокационная станция и др.), излучающих в различных диапазонах электромагнитных волн, что является характерными демаскирующими признаками для средств разведки противника. Помимо перечисленного на степень об-наруживаемости РТС влияет объективная неспособность использования штатных и естественных маскировочных средств в бою, для установки которых требуется экипаж (рис. 2).
Рис. 2. Использование табельных и естественных маскировочных
средств на танке
Второе. Важную роль в обеспечении защищенности экипажных образцов играет умение экипажа эффективно использовать собственное вооружение, защитные свойства местности, средства противодействия, а также активное маневрирование. Эти навыки вырабатываются в течение продолжительного времени на занятиях по боевой подготовке и являются синтезом слаженных действий каждого члена экипажа. Скорость и динамика движения бронеобъекта на поле боя существенно влияет на вероятность выживания его под ог-
нем противника, так как определяет время, в течение которого объект находится под огневым воздействием. Отсутствие экипажа в НРТК ВН нивелирует эту важную составляющую в обеспечении комплексной защиты. В этом плане показателен пример организации управления движением на боевом многофункциональном робо-тотехническом комплексе «Уран-9» (рис. 3). В нем реализован принцип управления «один оператор вождения — четыре РТС», что не позволяет в полной мере использовать подвижность для обеспечения защиты.
Рис. 3. Боевой многофункциональный робототехнический комплекс «Уран-9»
Третье. Для экипажных образцов ВВСТ четко определены выполняемые ими задачи и существует накопленный статистический материал, на основе которого обоснованы требования к защищенности основных объектов ВВСТ (танк, БМП, БТР и т. д.). Статистики боевого применения НРТК ВН не существует, поэтому ана-
лиз тактических ситуаций, в которых могут быть использованы НРТК ВН в процессе своего боевого применения, осуществляется на основе имитационного моделирования. Это обстоятельство в значительной степени определяет не обоснованно заниженные требования к конструктивной стойкости некоторых элементов,
разрабатываемых робототехнических средств с системами вооружения. Часто некоторые критичные элементы не имеют даже противопульной защиты (вынесенные элементы системы наблюдения, контейнеры ПТУР). Экипажные ВВСТ с однотипным вооружением имеют более надежное бронирование. Данный недостаток носит системный характер и распространяется практически на все НРТК ВН, создаваемые отечественной промышленностью.
Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что методология оценки и обеспечения комплексной защиты НРТК ВН должна учитывать воздействия электромагнитных средств поражения, а также известных видов информационного оружия, демаскирующие факторы систем управления РТС, особенности сложной функциональной структуры НРТК ВН.
Важным аспектом обеспечения защищенности ударных НРТК ВН является принцип активного управления всеми элементами и системами, влияющими на способность комплекса сохранять или восстанавливать свою боеспособность в условиях воздействия противника. На этом принципе основана предложенная комплексная защита (КЗ) РТС с адаптивной системой управления.
Необходимым условием эффективного функционирования КЗ является способность к формированию полезных выводов относительно объектов и сцен реального мира на основе анализа поступающей информации. Выполнение данного условия не представляется возможным без внедрения современных интеллектуальных технологий в области искусственного интеллекта, систем технического зрения, машинного обучения и синергии разных научных направлений.
В качестве концептуальной платформы построения системы управления (СУ) КЗ используется с не-
которыми допущениями теория функциональных систем П.К. Анохина7. Система управления осуществляет выбор действия в соответствии с заданной целью и текущей ситуацией, формирует прогноз результата действия, а также инициирует команду на выполнение действия.
Алгоритм действия СУ может быть следующим:
1. Известна цель (сохранение боеспособного состояния) и известна ситуация, заданная входным вектором характеризующим состояние внешней и внутренней среды РТС. Матрица состояний внешней среды формируется за счет собственных сенсоров (приборы разведки и наблюдения, средства позиционирования, датчики контроля технического состояния и т. д.) и средств получения информации от внешних источников (целеуказание, внешняя разведка, команды управления и т. д.).
2. Осуществить поиск наиболее «перспективных с точки зрения СУ»
Диссипативный характер средств воздействия в электромагнитном и информационном диапазонах характеризуется неопределенностью степени поражения НРТК ВН. Снижение
эффективности комплекса может происходить постепенно, вследствие чего возникает трудность выявления самого факта поражения. Наиболее опасным для НРТК ВН является переход к противнику функций управления роботом. Именно эти направления противодействия НРТК ВН имеют приоритет
во многих странах ввиду потенциальной возможности изменения соотношения сил сторон в бою за счет контроля над средствами вооруженной борьбы противника.
способов достижения цели. Для этого используются накопленные массивы данных, описывающие развитие критических ситуаций.
3. Если, согласно прогнозу, есть действия, направленные на приближение к цели, то подается команда на выполнение действия, максимально соответствующего данной цели.
4. Осуществить контроль правильности выполнения действия — соответствия обратной афферента-
ции обратной связи от достигнутого результата и параметров запланированного результата, заложенных и хранящихся в аппарате акцептора результатов действия.
Схема СУ комплексной защиты (рис. 4) состоит из блока афферентного синтеза, блока принятия решения (ПР), эффекторного устройства, выполняющего действия (блок «Действие»), блока оценки результатов действия и блока акцептора результатов действия.
Рис. 4. Схема системы управления комплексной защитой
Блок афферентного синтеза включает массив нейронных сетей {ММ.}, осуществляющих прогноз результатов возможных действий А. (г = 1, ... п). Считаем, что СУ может выбрать одно из п возможных действий.
Рассмотрим работу СУ КЗ. В данный такт времени СУ может быть активна либо неактивна (находится в ждущем режиме). Активация СУ производится по команде суперсистемы управления РТС (по каналу 1). При этом суперсистема РТС определяет текущую цель О для СУ КЗ. Считаем, что цель задается в виде вектора, компоненты которого нормированы и представляют собой действительные числа в интервале [0,1]. На вход
активированной СУ поступает также входной сигнал Х(0, характеризующий состояние внешней и внутренней среды РТС. По входному сигналу определяется прогноз результата каждого из возможных действий А.. Прогноз результата г-го действия А., осуществляет г-я нейронная сеть массива прогнозирующих нейронных сетей ММ} блока афферентного синтеза. Таким образом, определяются прогнозы Ргдля всех действий А.. Прогнозы представляют собой векторы Ргнормированные таким же образом, как и цели О.
Далее прогнозы поступают в блок принятия решения ПР, в котором прогнозы Ргсравниваются с це-
лью О и определяется: есть ли действие, для которого рассогласование между целью и прогнозом меньше заданного порога.
Если такого действия нет, то считается, что система защиты с заданием не справилась, управление передается назад «суперсистеме» (по каналу 2), а во всех нейронных сетях блока афферентного синтеза СУ производится разобучение.
Если такое действие есть, то определяется номер выполняемого действия Л. по минимальной удаленности прогноза и цели. После выполнения действия Л. определяется состояние внешней и внутренней среды в следующий такт времени и оценивается результат действия К (в блоке оценки результатов действия). Данные о результате К поступают в блок акцептора результатов действий. Далее определяется, насколько прогноз отличается от результата, т. е. вычисляется величина ошибки прогноза.
Если величина ошибки прогноза меньше/больше некоторого заданного значения, то соответствующая нейронная сеть NN. массива прогнозирующих нейронных сетей {NN.1 блока афферентного синтеза дообучается/ разобучается соответственно. При дообучении отображение между входом и прогнозом Рт(Я.), выполненное в данный такт времени нейронной
Методология оценки и обеспечения комплексной защиты НРТК ВН должна учитывать воздействия электромагнитных средств поражения, а также известных видов информационного оружия, демаскирующие факторы систем управления РТС, особенности сложной функциональной структуры НРТК ВН.
сетью NN закрепляется, а при разоб-учении это отображение ослабляется.
После выполнения действия и обучения происходит передача информации о достигнутом результате К, «суперсистеме» РТС и возвращается управление суперсистеме (по каналу 3).
Следовательно, если СУ КЗ получает задание (достичь определенную цель) от «суперсистемы» РТС, и если она компетентна выполнить задание, она его выполняет. Если СУ КЗ некомпетентна выполнить задание, то она только сообщает суперсистеме, что она не смогла выполнить задание8.
Для реализации указанного алгоритма действий системы управления КЗ необходимо использование технологии искусственного интеллекта.
Применение КЗ на основе технологий искусственного интеллекта позволит:
во-первых, выполнять анализ поступающей информации, определять параметры угроз и передавать принятое решение на исполнительные элементы системы защиты;
в о- в то рых, проводить анализ результатов действий и решать задачи несколькими способами (сохранять результат, отправлять на смежные вычислительные мощности, прибегать к другим алгоритмам);
в-третьих, обучаться в процессе функционирования;
в-четвертых, согласованно функционировать в составе группы (возможность объединения в группы с распределенным центром обработки информации).
Исходя из теории формирования бионических систем (проецирование физиологических свойств живых организмов на техническую сущность) система управления защитой будет использовать те же принципы адаптивного поведения, что и живые организмы для достижения потребности — безопасность.
Если СУ КЗ получает задание (достичь определенную цель) от «суперсистемы» РТС, и если она компетентна выполнить задание, она его выполняет. Если СУ КЗ некомпетентна выполнить задание, то она только сообщает суперсистеме, что она не смогла выполнить задание.
Для реализации указанного алгоритма действий системы управления КЗ необходимо использование технологии искусственного интеллекта.
Основу данной системы будет составлять искусственный интеллект, ориентированный на такие качества, как адаптивность, самообучаемость и «интуитивность» (способность принимать решения при неполноте информации). Возможность формирования функции самосохранения с использованием технологий искусственного интеллекта для технической системы подтверждена работами выдающихся ученых РАН академиков К.В. Анохина, М.С. Бурцева, И.О. Зарайской и другие.
Таким образом, усложнение комплексов вооружения, масштабное использование микропроцессорных и кибернетических технологий привели к выходу на лидирующие позиции средств радиоэлектронной и информационной борьбы. В свою
очередь, многосферный характер поступающей информации о среде функционирования и угрозах со стороны противника, а также усложнение систем защиты, внедрение автоматизированных интеллектуальных средств диктует требования по формированию адаптивной системы управления КЗ НРТК ВН.
Исследование вопросов защищенности НРТК ВН, как наиболее представительного образца высокотехнологичного современного оружия, позволяет выявить и решить актуальные научные проблемы и в общей теории защищенности сложных технических систем, таких как ВВСТ, что имеет важное оборонное значение, и внесет значительный вклад в развитие военно-промышленного комплекса и обороны страны.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Военный энциклопедический словарь / пред. гл. ред. комиссии Н.В. Огарков. М.: Воениздат, 1983. С. 863.
2 Герасимов В.В. Развитие военной стратегии в современных условиях. Задачи военной науки // Вестник Академии военных наук. 2019. № 2 (67). С. 6—12.
3 Государственный военный стандарт ГОСТ РВ 0101-002-2018. Робототехни-ческие комплексы военного назначения. Термины и определения. Издание официальное. М.: Стандартинформ, 2018.
4 Павлов Ю.П. Боевая эффективность вооружения общевойсковых частей и соединений: учебник / Павлов Ю.П., Мальцев А.М., Бекетов С.А. и др. М.: ОА ВС РФ, 2004. С. 329.
5 Военные гусеничные машины: учебник. М.: ОА ВС РФ, 2009. С. 395.
6 Григорян В.А., Наумов В.Н. и др. Защита танков. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана,
2007. С. 326.
7 Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем: монография. М.: Директ-Медиа,
2008. С. 131.
8 Анохин К.В., Бурцев М.С., Зарайская И.Ю., Лукашев А.О., Редько В.Г. Проект «Мозг Анимата»: разработка модели адаптивного поведения на основе теории функциональных систем / 8 национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием. М.: Физматлит, 2002. С. 781—789.
