CC BY-NC
146Перспективные направления развития робототехнических комплексов специального назначения
Чиров Денис Сергеевич
доктор технических наук
Заместитель начальника, научно-исследовательский центр, ФГБУ "Главный научно-исследовательский
испытательный центр робототехники" Минобороны России
141411, Россия, г. Москва, уп. Синявинская, 11 И [email protected]
Новак Константин Викторович
старший инженер-испытатель, ФГБУ "Главный научно-исследовательский испытательный центр
119160, Россия, г. Москва, уп. Профсоюзная, 84/32 ЕЗ [email protected]
Статья из рубрики "Научно-техническое обеспечение национальной безопасности"
Аннотация.
В статье рассмотрены вопросы состояния и совершенствования робототехнических комплексов специального назначения на основе анализа существующей номенклатуры робототехнических комплексов зарубежных стран. Дан краткий обзор существующих типов робототехнических комплексов специального назначения, рассмотрены их характерные черты и основные проблемные вопросы. Показано, что в настоящий момент робототехнические комплексы специального назначения решают ограниченное количество тактических задач, вместе с тем существенно не влияя на формы и методы вооруженной борьбы. В тоже время, сформированный за последние десятилетия в фундаментальных и технологических областях науки задел, позволяет говорить о готовности к переходу на качественно новый уровень - роботизацию вооруженных сил. Исследования проводились путем статистического анализа выборки из более чем 700 образцов робототехнических комплексов специального назначения. В результате проведенных исследований определены основные направления исследований по развитию робототехнических комплексов специального назначения: повышение ресурсной и интеллектуальной автономности; модульность построения и реконфигурируемость; конструктивная и технологическая унификация образцов и их ключевых функциональных компонентов; помехозащищенность и скрытность систем связи и управления.
Ключевые слова: военная техника, робототехнический комплекс, военно-технический уровень, автономность, направления развития, интеллектуальные системы, беспилотный летательный аппарат, необитаемый подводный аппарат, безэкипажный катер, статистика
УДК:
623.094:004.896:001.82
DOI:
10.25136/2409-7543.2018.2.22737
Дата направления в редакцию:
19-04-2017
Дата рецензирования:
23-04-2017
Введение
Стремительное развитие информационных технологий, а также повсеместная автоматизация технологических процессов, наблюдаемых в мире в конце XX - начале XXI века, не могли не затронуть процесса создания образцов вооружения военной и специальной техники (ВВСТ). Автоматизация боевых процессов, а также внедрение в контуры управления оружием электронных вычислительных машин позволили существенно повысить эффективность ВВСТ, сформировав за последние десятилетия в фундаментальных и технологических областях науки достаточный задел, позволяющий говорить о готовности к переходу на качественно новый уровень - роботизацию ВВСТ.
Под роботизацией ВВСТ понимается комплекс взаимоувязанных организационных и военно-технических мероприятий, направленных на создание и внедрение безлюдных (малолюдных) военных технологий, обеспечивающих полное или частичное исключение (минимальное участие) личного состава в решении боевых и обеспечивающих задач
Высокий уровень автономности, способность действовать в агрессивной среде, адаптивность и многорежимность функционирования, удобство освоения, низкие затраты на эксплуатацию и ремонт (восстановление), а также существенные возможности по сбережению жизни и здоровья военнослужащих в большинстве случаев определяют безальтернативность образцов специальной робототехники для применения в военных конфликтах различной эффективности. Роботизация ВВСТ, в том числе разработка и создание военных роботов, на современном этапе является одним из перспективных направлений дальнейшего развития и совершенствования средств вооруженной борьбы, повышения боевых возможностей войск (сил) во всех базовых сферах вооруженной борьбы - воздушно-космической, наземной и морской [2, 3 4].
На сегодняшний день исследованиями и разработками в области робототехнических комплексов (РТК) специального назначения занимаются порядка 900 научно-исследовательских организаций и предприятий промышленности из 50 технологически развитых стран. Интенсивные исследования в области создания специальных роботов проводятся в России, США, Великобритании, Германии, Франции, Израиле, Китае,
Японии и Южной Корее 6].
1. Обзор существующих и перспективных РТК СН
Роль и место РТК в современной системе вооружения армий государств мира
формируется на основе классификации, охватывающей три основных среды применения специальных роботов и включающей комплексы с БЛА (КБЛА), наземные РТК (НРТК) и морские РТК (МРТК). Разносредные РТК (способные к применению в нескольких средах, например амфибии) в общем количестве существующих и разрабатываемых РТК в настоящее время представлены незначительно. Проводятся исследования в области обоснования облика космических РТК.
Ориентировочные пропорции распределения существующих РТК специального назначения по средам применения приведены на рисунке 1. Анализ проведен на основе базы данных РТК, насчитывающей описание более 700 образцов. На этом же рисунке приведено актуальное на сегодняшний день соотношение количества РТК, применяемых силовыми ведомствами (стоящих на вооружении, снабжении, используемых для решения задач и т.п.) и РТК, разработанных (разрабатываемых) в инициативном порядке.
КБЛА
НРТК СН
МРТК СН
□ КБЛА
□ НРТК 1МРТК
■ Рззногрелные РТК
Ра з но ср е д ный Р ТК
Рисунок 1 - Распределение образцов РТК специального назначения по видам в зависимости от среды применения
При этом, как правило, РТК представляют собой конструктивно новые образцы техники, на которых отрабатываются основные принципы построения систем управления роботами специального назначения, а также принципы применения таких роботов в боевых порядках действующих подразделений. РТК, созданные в результате роботизации существующих образцов экипажной техники, составляют в общем количестве не более 10 % (рисунок 2) и, как правило, являются НРТК или безэкипажными катерами (БЭК) -подв идом МР ТК.
РТК ВН - конструктивно-новый образец
РТК ВН -роботизированный образец
Рисунок 2 - Долевое соотношение существующих образцов РТК специального назначения по конструктивному исполнению
Сложившаяся ситуация связана, прежде всего, с тем, что, несмотря на очевидные плюсы роботизации существующей ВВСТ (унификация обслуживания со штатной ВВСТ, простота интеграции в существующую систему вооружения) для разработки подобных РТК специального назначения требуется наличие соответствующей аккредитации, объемов финансирования на доработку и эксплуатацию образцов, а также полное перепроектирование ВВСТ, вызванное демонтажем целого ряда систем, обеспечивающих жизнедеятельность экипажа.
Существующие соотношения РТК специального назначения различной массы (рисунок 3) показывают, что основная часть РТК принадлежит к диапазону масс от легкого до среднего.
КБЛА НРТК ВН МРТК ВН
Рисунок 3 - Распределение РТК специального назначения различных видов в зависимости от их массы
Аппараты тяжелого класса занимают в общей совокупности РТК специального назначения не более 12 %. При этом, если среди тяжелых КБЛА преобладают, как правило, конструктивно новые аппараты большой дальности (продолжительности) полета («Predator» (США), «Reaper» (США), «Global Hawk» (США), «Barracuda» (ЕС), «Anka> (Турция), «BZK-005» (Китай), «Eitan» (Израиль) и др.), то среди НРТК и МРТК тяжелого класса существенную часть составляют роботизированные образцы экипажной техники, представленные доработанными болотоходами, бульдозерами, машинами разграждения, боевыми машинами пехоты и катерами различного назначения.
В части систем управления подавляющее большинство современных РТК специального назначения (порядка 70 %) относятся к роботам первого поколения ^ - дистанционно управляемым роботам с «жестким» программным управлением. Такие роботы не могут функционировать самостоятельно в недетерминированной обстановке, любое отклонение от заранее заданных условий ведет к сбою и остановке, а в наиболее тяжелых случаях -к аварии и выходу РТК из строя.
Оставшуюся часть общего количества существующих и разрабатываемых РТК специального назначения составляют роботы второго поколения, способные автономно действовать в определенных ситуациях недетерминированной среды. Также их можно назвать «опционально-автономными» РТК.
На основании анализа информации, поступающей с внешних датчиков, и информации о своем собственном состоянии «опционально-автономные» РТК способны распознавать тактическую ситуацию и автоматически приспосабливаться (адаптироваться) к заранее неопределенным и изменяющимся условиям применения. Очевидно, что адаптивность РТК второго поколения к изменяющимся условиям во многом зависит от полноты его «базы знаний»: набора программных вариантов действий, которая, как правило, неспособна предусмотреть все возможные ситуации реального боя.
На рисунке 4 отображено соотношения трех основных видов РТК специального назначения в зависимости от системы управления.
«ж я™ ¡0« «А
III
КЬЛА НРТК МР1К
■ ДиОГ^нциОнкОе ■ ОПциОнайимС-МТОнОМий* у|1[1-тпгниг
Рисунок 4 - Долевое соотношение существующих образцов РТК специального назначения по системам управления
Как видно из соотношений, доля опционально-автономных РТК специального назначения особенно значительно представлена среди КБЛА и МРТК. Несмотря на свою условную (опциональную) автономность, в среди МРТК подобные подводные аппараты принято выделять в отдельный класс: автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА).
Полученные соотношения вытекают из особенностей сред применения рассмотренных видов РТК специального назначения. Так, управление движением в воздухе и воде не представляет для РТК специального назначения существенных технических проблем, более того, алгоритмы управления таким движением известны довольно давно и реализованы, например, в программно-аппаратных комплексах автоматического управления летательными, надводными и подводными экипажными аппаратами. В то же время, реализация подобных систем управления для движения по земной поверхности в недетерминированных условиях, сталкивается с существенным усложнением задач навигации, обнаружения и распознавания объектов. Решение этих проблем до настоящего времени является сдерживающим фактором повышения автономности НРТК специального назначения.
Вопросы управления РТК специального назначения, в свою очередь, оказывают непосредственное влияние на дальность применения образцов робототехники, которая для дистанционно-управляемых РТК ограничивается дальностью командной линии управления [8, 9].
При этом можно условно определить существующие порядки дальностей применения, обеспеченных устойчивым управлением:
для РТК специального назначения, управляемых по кабелю - от единиц до десятков метров;
для РТК специального назначения, управляемых по радиоканалу - от сотен метров до нескольких километров (для КБЛА, ввиду отсутствия препятствий в воздушной среде, дальность устойчивого радиоканала управления может достигать нескольких десятков километров);
для опционально-автономных РТК специального назначения и РТК специального назначения, управляемых по каналам спутниковой связи, в общем случае дальность применения ограничивается их ресурсной автономностью (энергоресурс, моторесурс и др.)
В зависимости от возможностей по применению и функционального назначения РТК специального назначения используются при решении различных боевых и обеспечивающих задач, среди которых можно выделить разведывательные, специальные (РХБЗ, РЭБ, РЭР, задачи разминирования и др.), транспортные и боевые (ударные). Достаточно большое количество РТК способно совмещать ряд перечисленных задач и относятся к многофункциональным РТК специального назначения.
Для рассматриваемой выборки ориентировочное соотношение количества РТК специального назначения, предназначенных для решения задач различного характера и масштаба, можно представить в виде двусторонней диаграммы (рисунок 5).
,шт.
Трмкк^шк Ь««*!^»«? :"|™иыы Мкто^ищичынв* Ртлшмнш титт™» окуап«« Iдкрглш'
■ МРТС ■НРТК "КЬЗЛ
Рисунок 5 - Распределение существующих образцов РТК специального назначения по функциональному назначению и масштабу решаемых
задач
При систематизации РТК специального назначения по масштабу решаемых задач, следует отметить различия, существующие в оценке такого масштаба в России и за рубежом.
Так, несмотря на то, что в современной зарубежной классификации присутствует понятие стратегических РТК специального назначения (например, в отношении КБЛА), согласно отечественной теории военного искусства, выполняемые ими задачи более подходят под
определение оперативных —Долю РТК специального назначения, решающих задачи оперативного (оперативно-стратегического) масштаба, среди существующих и разрабатываемых образцов специальной робототехники можно оценить как не превышающую 2 %. Как правило, такие РТК являются средствами организации стратегического взаимодействия и управления вооруженными силами или средствами разведки (дальнего радиуса действия) возможностей и намерений вероятного противника.
Большая часть РТК специального назначения является тактическими средствами (83%), оперативно-тактические РТК составляют не более 15% от общего числа. При этом основными функциями РТК специального назначения остаются разведывательные и специальные (ретрансляция сигналов управления, радиоэлектронная борьба, радиотехническая разведка и др.).
Перспективным направлением применения РТК специального назначения является решение ударных (огневых) задач. Большинство концептуальных документов, регламентирующих развитие вооруженных сил ведущих иностранных государств на средне и долгосрочную перспективу, отмечают необходимость расширения роли и места
применения ударных РТК в целях экономии боевых ресурсов, сбережения жизни и здоровья военнослужащих I"12-141. к настоящему моменту доля РТК специального назначения, обладающих возможностями по поражению целей, составляет в процентном соотношении порядка 8% и продолжает увеличиваться.
Рисунок 6 - Возможности существующих и разрабатываемых образцов РТК специального назначения по поражению противника
Типовое вооружение современных ударных РТК специального назначения (рисунок 6) представляет собой:
для НРТК - модули со стрелково-пушечным вооружением малых и средних калибров (максимальный калибр - 30 мм), гранатометы, а также одноразовые контейнеры ПТУР;
для КБЛА - ограниченный перечень ракетно-бомбардировочного вооружения малого калибра, в том числе авиационных ПТУР, управляемых бомб, свободнопадающих гранат, адаптированных для подвески под КБЛА, а также собственная боевая часть для КБЛА одноразового применения;
для МРТК - модули со стрелковым вооружением калибра до 12,7 мм (на БЭК), собственная боевая часть для необитаемых подводных аппаратов специального назначения, а также разработки в области оснащения НПА с собственным минно-торпедным вооружением.
2. Результаты анализа направлений развития РТК ВН
Обобщая полученные статистические данные, можно констатировать, что на сегодняшний день:
несмотря на то, что большинство разработанных РТК специального назначения по-прежнему представляют собой КБЛА, доля специальных роботов наземного и морского применения на мировом рынке РТК стремительно растет;
основная часть разработанных РТК специального назначения представляет собой конструктивно новые дистанционно-управляемые образцы техники легкого и среднего класса (КБЛА - от 1 до 500 кг, НРТК - от 25 до 18000 кг, МРТК - от 30 до 5000 кг), выполняющие разведывательные (осмотровые) задачи тактического уровня;
невысокая «интеллектуальная» автономность РТК специального назначения, наряду с ограниченной ресурсной и функциональной автономностью, недостаточной унификацией разрабатываемых образцов до настоящего времени остаются одними из первоочередных проблемных вопросов военной робототехники;
современные РТК специального назначения по своим боевым возможностям существенно уступают штатным образцам экипажной ВВСТ;
отсутствие единых стандартов разработки РТК специального назначения, их отдельных элементов, единых протоколов приема, обработки и доведения информации приводит к разунификации модельного ряда, затрудняет применение РТК различного базирования в составе робототехнических группировок;
существующая номенклатура и характеристики отечественных изделий электронной компонентной базы, материалов, полезных нагрузок, систем технического зрения, средств навигации, связи и передачи информации не обеспечивают в полном объеме реализацию потребностей пользователей и разработчиков РТК специального назначения. Возможности легального заимствования таких технологий за рубежом ограничены, в результате массогабаритные характеристики и показатели энергопотребления отечественных РТК, как правило, существенно превышают зарубежные аналоги;
достигнутый в мире военно-технический уровень существующих РТК специального назначения позволяет успешно применять их только в рамках действий против противника, не обладающего современными огневыми средствами и средствами РЭБ (например, в специальных операциях, антитеррористических мероприятиях и т.п.).
Перечисленные обстоятельства в комплексе с многомерностью, скоротечностью и вариативностью современного общевойскового боя определяют сформировавшуюся потребность ВС РФ в интеллектуальных РТК специального назначения, способных к анализу и обобщению, обучению и накоплению опыта (знаний и навыков), адаптации к
изменяющимся условиям в процессе боевых действий а также обладающих боевыми
возможностями, сравнимыми с возможностями экипажной ВВТ I16!.
На основании вышеизложенного, представляется, что в опытно-конструкторских работах по созданию РТК специального назначения третьего поколения должны быть реализованы:
повышенная ресурсная автономность; модульность построения и реконфигурируемость;
конструктивная и технологическая унификация образцов и их ключевых функциональных компонентов;
помехозащищенные многоканальные средства и системы информационно-управляющего взаимодействия и опознавания;
интеллектуальные программно-алгоритмические средства, позволяющие обеспечить распознавание объектов и рабочей обстановки, рефлексивное прогнозирование развития событий, планирование рационального (оптимального) поведения, и, как следствие, адаптивное контролируемое функционирование РТК специального назначения в неопределенных, динамически изменяющихся разнородных условиях применения;
интеллектуальные программно-алгоритмические средства, позволяющие обеспечить интеграцию разнотипных РТК специального назначения в единую группу с последующим управлением их совместными действиями в однотипных, разнотипных и смешанных боевых порядках, а также действиями в координации с экипажной ВВСТ;
интеллектуальные системы человеко-машинного интерфейса и поддержки принятия решений операторами управления РТК специального назначения при решении боевых
(ударных, огневых), обеспечивающих и специальных задач.
В целях достижения вышеперечисленных качеств в настоящий момент идет последовательное совершенствование технических и технологических решений, закладываемых в РТК специального назначения и их системы, а также активная апробация существующих РТК в реальных вооруженных конфликтах различной интенсивности. В ходе апробации РТК специального назначения решают ограниченное количество тактических задач, вместе с тем существенно не влияя на формы и методы вооруженной борьбы.
Интенсивное применение РТК в условиях реальных боевых действий позволяет ведущим западным странам накапливать значимые результаты в области создания и применения РТК специального назначения, что в среднесрочной перспективе предполагает реализацию в виде увеличения вклада РТК в решение задач тактического, оперативного и далее стратегического масштаба.
Заключение
Существующие темпы развития обширного спектра прорывных разработок в области информационных технологий и робототехники к 2030-му году способны обеспечить значимый прогресс в развитии базовых тактико-технических возможностей военных роботов, а также разработку и внедрение РТК специального назначения третьего и последующих поколений. Можно прогнозировать, что массовое и многомерное применение робототехники на поле боя будет инициировать в военной теории, искусстве и практике революционные изменения, соизмеримые с последствиями внедрения ракетного и ядерного оружия, автоматики и радиолокации в середине прошлого столетия.
Современное развитие технологий специальной робототехники направлено на решение задач, стоящих перед Вооруженными Силами Российской Федерации с новым качеством. Интеграция РТК специального назначения в существующую систему вооружения является перспективным направлением развития ВС РФ и позволяет обеспечить условия для сбережения жизни и здоровья военнослужащих при выполнении ими мероприятий профессиональной деятельности.
Библиография
1. Хрипунов С.П., Благодарящев И.В., Чиров Д.С. Военная робототехника: современные тренды и векторы развития // Тренды и управление. 2015. № 4. С. 410-422.
2. Буренок В.М., Леонов А.В., Пронин А.Ю. Военно-экономические и инновационные аспекты интеграции нетрадиционных видов оружия в состав системы вооружения. М.: Издательская группа «Граница», 2014. - 240 с.
3. Каляев И.А., Рубцов И.В. Боевым роботам нужна программа // Национальная оборона. 2012. № 8 (77). С. 34-48.
4. Рубцов И.В. Вопросы состояния и перспективы развития отечественной наземной робототехники военного и специального назначения // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2013. № 3 (140). С. 14-21.
5. Аналитическое исследование: Мировой рынок робототехники. М.: НАУРР, 2016. -157 с.
6. Экспертно-аналитический отчет. Потенциал российских инноваций на рынке систем автоматизации и робототехники. М.: РВК, 2014. - 128 с.
7. Накано Э. Введение в робототехнику. М.: Мир. 1988 - 334 с.
8. Донченко А.А., Чиров Д.С. Обоснование требований к системе связи беспилотных летательных аппаратов средней и большой дальности // T-Comm -Телекоммуникации и Транспорт. 2015. № 12 (9). С.12-16.
9. Сердюк П., Слюсар В. Средства связи с наземными роботизированными системами. Современное состояние и перспективы // Электроника. Наука, технология, бизнес. 2014. № 7 (00139). С. 66-74.
10. Рогозин Д.О. Война и мир в терминах и определениях. М.: Издательский дом «Порог». 2004. - 625 с.
11. Военный энциклопедический словарь. М.: Военное издательство, 1984. - 863 с.
12. Army Equipment Modernization Plan / US Army G-8, 2014. - 88 p.
13. Army Equipment Program in support of President's Budget 2016 / US Army G-8, 2015. -56 p.
14. Robotics on the Battlefield. Part I: Range, Persistence and Daring / CNAS, 2014. - 68 p.
15. Чиров Д.С., Хрипунов С.П. Интеллектуальные методы распознавания тактических ситуаций в условиях автономного применения робототехнических комплексов военного назначения // Вопросы безопасности. 2017. № 1. С.22-34. DOI: 10.7256/2409-7543.2017.1.21643.
16. Шеремет И.Б., Рудианов Н.А., Рябов А.В., Хрущев В.С., Комченков В.И. Обоснование семейства боевых и обеспечивающих роботов для боя в городе // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2012. № 3(128). С.37-41.
