CC BY
308Расчетно-моделирующий комплекс для оценки эффективности
^ U о
боевых действий
Подполковник А.А. БОЙКО, кандидат технических наук
К.С. ИВАННИКОВ
Полковник в отставке В.А. ИЩУК, кандидат физико-математических наук
Майор С.И. СТРЕЛЬНИКОВ
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
Рассмотрены границы применимости базовых методов математического моделирования боевых действий. Предложена структурно-функциональная модель перспективного расчетно-моделирующего комплекса, реализующего новый метод моделирования боевых действий, парирующий недостатки известных методов.
The paper looks at the limits of using basic methods of mathematical modeling of combat. It suggests a structural functional model of a prospective calculation and modeling complex that implements the new method of modeling combat and offsets the faults of known ones.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
KEYWORDS
Моделирование боевых действий, штабная модель, исследовательская модель, метод боевых эпизодов.
Combat modeling, scale/stock model, research model, combat episode method.
ВОПРОСЫ математического моделирования боевых действий не остаются без внимания военных исследователей с появления в начале XX века трудов русского генерала М.П. Осипова и английского инженера Ф.У. Ланчестера. Традиционно основными сферами применения математических моделей являлись строительство и боевое применение войск (сил)1.
В сфере боевого применения войск (сил) на оперативном уровне и выше, а также в сфере военного строительства математические модели позволили достичь значительных успехов. Накопленный опыт моделирования в этих сферах позволил создать семейство международных стандартов IEEE 15162. На их основе успешно функционируют автоматизированные системы управления (АСУ) ВС США и других стран НАТО. C высоким темпом процесс перехода АСУ на «новые рельсы» современных информационно-телекоммуникационных технологий в этих сферах идет и в России.
Однако в сфере боевого применения войск (сил) в тактическом звене результаты применения математических моделей и у нас, и за рубежом гораздо скромнее. Современный бой весьма сложен не только по причине его высокой маневренности, скоротечности, большой дальности и точности средств огневого поражения, применения широкой номенклатуры роботизированных образцов вооружения, но и вследствие применения в нем разнородных образцов техники радиоэлектронной борьбы, которые оказывают воздействие на информацию в боевых циклах противника (или циклах «разведка-поражение», циклах Джона Бойда и т. д.). Синергетическое использование совокупности этих аспектов в динамике боя является актуальной проблемой военной науки на текущем этапе ее развития. Мировой опыт системного анализа показывает, что без автоматизированной поддержки принятия решения, базирующейся на развитом
математическом аппарате, здесь не обойтись. Тем не менее в среде военных специалистов до сих пор ведутся дискуссии о том, какой из базовых методов моделирования следует взять за основу для тактического звена3. Мнения расходятся до диаметрально противоположных, вплоть до отвержения самой необходимости использования математических моделей или полного доминирования в таких моделях мнения эксперта. В этой связи даже высказываются мнения о необходимости применения вместо математических моделей номограмм4 (на «электронных планшетах»). Однако не принимается во внимание тот факт, что номограммы являются полномасштабно и широко апробированным результатом применения математических моделей, по сути, их квинтэссенцией, но никак не заменой.
В чем же причины успеха математических моделей в одной области применения и одновременно низкого уровня доверия к ним в другой области? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть сущность базовых методов математического моделирования боевых действий.
Аналитические модели описывают определенный процесс в моделируемой системе посредством математических конструкций (функций или функционалов, алгебраических или дифференциальных уравнений и т. д.). Они позволяют либо получить конечные результаты исследования в виде формальных соотношений, либо использовать для получения результатов исследования численные методы. Возможность получения ре-
зультатов с высокой скоростью является неоспоримым достоинством аналитических моделей. Но, как известно, «даже самый мощный аппарат современной математики позволяет адекватно описать поведение только относительно простых систем»5. Как следствие, недостаток аналитического моделирования состоит в существенной идеализации сложной системы и ее элементов. По этой причине в аналитических моделях боевых действий невозможно детально учесть траектории одновременного перемещения множества разнородных элементов боевых порядков (ЭБП). Это значительно «загрубляет» результаты исследования и делает их малопригодными для практики.
Имитационные модели решают проблему сложности систем и в известном смысле противостоят аналитическим. Ключевым признаком причисления математических моделей к имитационным является применение метода статистических испытаний (метода Монте-Карло). Он предусматривает: описание модели исследуемой системы в виде последовательности элементарных или агрегированных операций в соответствии с логикой структурных взаимосвязей, повторение статистически значимого количества «прогонов» имитационных экспериментов и анализ результатов совокупности этих «прогонов». Если в имитационной модели система описывается с использованием аналитических выражений, то такие модели называются аналитико-имитационными.
Достоинством имитационных моделей является возможность адекватного отражения различных свойств элементов системы, а их недостатком — необходимость проведения многократных статистических экспериментов. Кроме того, имеет место важная особенность имитационных моделей, существенно ограничивающая
их применение. Дело в том, что в них используется один или комбинация двух следующих способов учета модельного времени6' 7 8:
• способ постоянных приращений (или способ «ДЬ, принцип «ДЬ), состоящий в разбиении времени боя на заданные исследователем постоянные приращения времени Д^ величина которых во избежание пропуска значимых событий выбирается с учетом минимальной продолжительности цикла работы моделируемых объектов;
• способ существенных состояний (способ «Дг», способ «по событиям», принцип «6г»), при котором приращение времени Дг производится в момент наступления очередного события в модели.
Ни один из способов учета модельного времени в имитационном моделировании не позволяет решать в ходе одной реализации сценария боя оптимизационные задачи в рамках воинского формирования в целом или в рамках его относительно самостоятельных крупных составных частей. Эта особенность обусловлена неопределенностью в том, какие именно события в процессе боя брать за точки отсчета временных интервалов боевых циклов, в интересах которых проводится оптимизация.
В среде военных специалистов до сих пор ведутся дискуссии о том, какой из базовых методов моделирования следует взять за основу для тактического звена. Мнения расходятся до диаметрально противоположных, вплоть до отвержения самой необходимости использования математических моделей или полного доминирования в таких моделях мнения эксперта.
Достоинством имитационных моделей является возможность
адекватного отражения различных свойств элементов системы, а их недостатком — необходимость проведения многократных статистических
экспериментов. Кроме того, имеет место важная особенность имитационных моделей, существенно ограничивающая их применение. Дело в том, что в них используется один или комбинация двух следующих способов учета модельного времени.
На наш взгляд, заслуживающим внимания путем использования аналитических и имитационных моделей является интеграция их лучших качеств. Для этого за основу следует взять аналитическое моделирование, обеспечивающее высокую скорость расчетов, а от имитационного моделирования следует взять гибкость модельного времени и возможность учета траекторий движения ЭБП. Содержание метода разработки таких по известной клас-сификации9 операционных структурно-функциональных аналитических моделей изложено в цикле предшествующих работ10' 11 12 13 14 15.
В этом методе (далее — метод боевых эпизодов) бой представляется в виде последовательности боевых эпизодов, в каждом из которых рассчитывается динамика соотношения боевых потенциалов сторон при статичном размещении на поле боя ЭБП. Совокупность различных альтернативных последовательностей боевых эпизодов образует граф позиционной динамики боя. Каждая последовательность боевых эпизодов в графе формируется на основе задаваемых многоальтернативных разноранговых траекторий движе-
ния ЭБП сторон с изменяющейся скоростью и остановками разной продолжительности16. Боевые эпизоды в каждой последовательности являются общими для всех ЭБП сторон, что достигается за счет вероятностно-временной синхронизации их движения на поле боя. При этом в методе заложена возможность гибкой адаптации количества боевых эпизодов, на которые разбивается бой, ко времени, выделяемому для проведения расчетов, что особенно важно в боевых условиях. Это достигается за счет использования задаваемого параметра масштабирования траекторий движения ЭБП.
Процессы взаимодействия сторон в тактических боевых действиях настолько сложны, а эффекты от их влияния для каждого исследователя настолько субъективны, что при построении моделей боя неизбежно возникает классическая проблема «взрыва пространства моделируемых состояний». Для парирования этой проблемы ЭБП должны представляться в виде совокупности объектов, возможности которых могут быть подтверждены объективно вне зависимости от условий конкретной боевой обстановки. Поэтому в методе боевых эпизодов математическая модель боя в каждом боевом эпизоде детализирована до образцов ВВТ, возможности которых объективно определяются их ТТХ, оцениваемыми в ходе испытаний, а также до применяющих эти образцы людей.
Следует отметить, что метод боевых эпизодов весьма трудоемок без применения ЭВМ. Для его реализации необходимо создать перспективный расчетно-моделирующий комплекс (РМК), который ввиду изложенных особенностей рассматриваемого метода может применяться в штабных и исследовательских целях. В штабных целях задачами такого РМК являются:
1) нанесение и обновление боевой обстановки на электронную карту местности по данным от сопряженных средств видовой и параметрической разведки и датчиков на элементах своего боевого порядка в режиме реального времени с применением искусственного интеллекта и полномасштабной технологии виртуальной реальности;
2) автоматическое целераспределе-ние собственных и придаваемых комплектов ВВТ воинских формирований с функциями разведки, связи, огневого поражения, управления, радиоэлектронного подавления, программного воздействия, поражения электромагнитным излучением, имитации обстановки, нелетального, психологического, радиационного, химического и биологического воздействия, аэрозольного противодействия;
3) расчет соотношения боевых потенциалов воинских формирований с детализацией до процессов работы отдельных информационно-технических средств с учетом свойств информации в боевых циклах, тактико-технических характеристик комплектов ВВТ и их позиций на местности, а также прогнозирование хода и исхода боя и оценка ущерба, наносимого противостоящему воинскому формированию по этапам выполнения задач;
4) оптимизация траекторий маневра и позиций ЭБП своего воинского формирования;
5) расчет потребности в боеприпасах и горюче-смазочных материалах (ГСМ) при выполнении боевых задач;
6) расчет потребности в придаваемых и поддерживающих силах и средствах при выполнении боевых задач (в том числе в авиационном ресурсе, ресурсе средств береговой охраны, ресурсе сил флота);
7) расчет потребности в мероприятиях инженерного обеспечения, в медицинской помощи, ремонтно-вос-становительных работах и восполнении потерь личного состава и образцов ВВТ (по видам ремонта);
8) расчет вклада формирований родов войск и образцов ВВТ с различными функциями (в том числе роботизированных средств) в ущерб, наносимый противнику, включая оценку эффективности информационного противоборства;
9) расчет темпа продвижения воинского формирования в наступлении и устойчивости позиций воинского формирования в обороне;
10) доведение задач и обобщение результатов расчетов с использованием формализованных боевых документов.
В исследовательских целях метод боевых эпизодов, на котором базируется предлагаемый РМК, способен в полном объеме обеспечить решение уже реализованных и перспективных задач РМК Сухопутных войск17.
Структурная схема перспективного РМК показана на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема перспективного расчетно-моделирующего комплекса, реализующего метод боевых эпизодов
Результаты расчетов, выполненные перспективным РМК на уровне штаба батальона/полка/бригады, могут обобщаться и ретранслироваться выше-
стоящим штабам до центра управления обороной (ЦУО) включительно. Варианты размещения перспективного РМК показаны в таблице.
Таблица
Варианты размещения перспективного расчетно-моделирующего комплекса
Вариант размещения ЦУО Штаб ОСК Штаб армии/ корпуса Штаб дивизии/ бригады Штаб полка/ батальона
1 +
2 + +/-
3 + + +/-
4 + + + +/-
5 + + + + +/-
Обозначения: + в обязательное размещение; +/- не обязательное размещение.
Исходя из особенностей размещения, перспективный РМК обеспечивает возможность работы в одном из трех основных режимов: «Обобще-
ние», «Обобщение и ретрансляция» и «Расчет». Диаграмма потоков данных в различных режимах работы перспективного РМК показана на рисунке 2.
Рис. 2. Диаграмма потоков данных в различных режимах работы перспективного расчетно-моделирующего комплекса
В режиме «Расчет» для исходных данных о противнике и своих силах и средствах формируется граф позиционной динамики боя, для каждого боевого эпизода которого последовательно выполняются следующие этапы.
Этап 1 — создание в ЭБП списков материальных и информационных целей воинских формирований, которые доступны средствам разведки. Список материальных целей включает цели противника, которые
подвергаются огневому поражению, радиационному, химическому, биологическому, психологическому, нелетальному воздействию и оптико-электронному подавлению. Список информационных целей включает информационно-технические средства противника, работу которых необходимо блокировать средствами и боеприпасами РЭБ. В зависимости от наличия АСУ списки целей могут формироваться в отдельных ЭБП, их группах или в воинских формированиях в целом.
Этап 2 — целераспределение средств и боеприпасов в ЭБП. Для целераспределения боеприпасов огнестрельного оружия с различными целевыми нагрузками производится разделение текущего боевого эпизода на субэпизоды таким образом, что продолжительность каждого субэпизода равна периоду времени между моментами приведения в готовность ЭБП в текущем боевом эпизоде.
Этап 3 — расчет времени до уничтожения ЭБП. Каждый контур, в котором добываются и анализируются разведсведения, принимается решение и осуществляется воздействие, образует боевой цикл. Реальная возможность выполнения этапов каждого боевого цикла определяется тем, успеют ли участвующие в этом цикле ЭБП выполнить свои функции в условиях противодействия противника (в том числе аэрозольного).
Этап 4 — расчет системы показателей целевой эффективности воинских формирований. При расчете учитывается наличие критически важных элементов гражданской инфраструктуры и ЭБП в составе противоборствующих сторон, уничтожение которых автоматически приводит к поражению, несмотря на текущее соотношение боевых потенциалов. На тактическом уровне показатель соотношения боевых потенциалов вычисляется как частное
эффективных численностей воинских формирований, определяемых как доля боеготовых ЭБП воинского формирования, взвешенная коэффициентами их боевой соизмеримости, вычисляемыми без использования экспертных методов. На оперативном и вышестоящих уровнях соотношение боевых потенциалов вычисляется с применением аналитического выражения, выводимого из классического уравнения Осипова—Ланчестера. При этом дополнительно учитываются возможности сторон по ресурсному обеспечению, ведению разведывательно-диверсионной деятельности и перехвату информации в сетях связи, в том числе с применением специальных программных средств.
Этап 5 — автоматическая корректировка графа позиционной динамики боя в случаях отступления или полного уничтожения ЭБП, обнаружения ими минного поля, исчерпания боеприпасов или ГСМ, срабатывания датчиков присутствия противника, уничтожения мобильной базы ЭБП, завершения постановки аэрозольных завес и др.
Возможности предлагаемого РМК позволяют применять его при подготовке к бою для задания альтернативных вариантов поведения своих войск
Заслуживающим внимания путем использования аналитических и имитационных моделей является интеграция их лучших качеств. Для этого за основу следует взять аналитическое моделирование, обеспечивающее высокую скорость расчетов, а от имитационного моделирования следует взять гибкость модельного времени и возможность учета траекторий движения ЭБП.
(сил) и противника и оценки динамики соотношения боевых потенциалов сторон для этих вариантов, а также в ходе боя для оценки соотношения боевых потенциалов сторон в складывающихся условиях. Используемая в нем аналитическая модель боя в каждом боевом эпизоде учитывает типовые алгоритмы функционирования воинского формирования в бою, которые пользователь РМК может корректировать. Однако даже при самых совершенных алгоритмах этот комплекс не имеет цели заменить командира. РМК нацелен на то, чтобы помочь командиру в складывающихся всегда крайне сложных условиях боевой обстановки быстро получить ответ на вопрос: каким будет соотношение боевых потенциалов в бою, если обе стороны действуют «некоторым образом», комплексно применяя самые современные образцы ВВТ. И именно предполагаемый при планировании боя или реально складывающийся в бою «образ» действий представляет собой наиболее критичный фактор, влияющий на адекватность результатов, получаемых с использованием реализуемого в РМК метода.
В процессе планирования боя источником данных для определения начальных позиций ЭБП и построения альтернативных траекторий их движения даже при поддержке самых совершенных математических методов группового управления подвижными объектами является орган
управления воинского формирования, т. е. командир и его штаб. Степень достоверности этих данных всецело определяется достоверностью имеющейся информации о предстоящем бое, а также уровнем боевой подготовки и боевого опыта личного состава органа управления. Очевидно, что при низкой достоверности исходных данных ценность результатов моделирования будет ничтожной. Гораздо менее весомым, но все-таки значимым для используемого метода, является доступное для принятия решения время. При минимальном времени на проведение расчетов за счет трансформации траекторий движения ЭБП бой «сжимается» в один боевой эпизод, расчеты для которого будут весьма грубыми. Однако даже в таком случае полученное соотношение боевых потенциалов поможет командиру получить в складывающихся условиях ответ на ключевой вопрос: обороняться или наступать?
Таким образом, в настоящей работе предложен облик перспективного расчетно-моделирующего комплекса, который реализует новый метод аналитического моделирования боевых действий — метод боевых эпизодов. Используемое в комплексе математическое обеспечение позволяет применять его в условиях современного боя. Несомненно, в процессе разработки, тестирования и верификации такого комплекса потребуется решить немало организационных и технических
В методе боевых эпизодов математическая модель боя в каждом боевом эпизоде детализирована до образцов ВВТ, возможности которых объективно определяются их ТТХ, оцениваемыми в ходе
испытаний, а также до применяющих эти образцы людей. Следует отметить, что метод боевых эпизодов весьма трудоемок
без применения ЭВМ. Для его реализации необходимо создать перспективный расчетно-моделирующий комплекс (РМК), который ввиду изложенных особенностей рассматриваемого метода может применяться в штабных и исследовательских целях.
задач, но математическая база и основные компоненты программного и информационного обеспечения для этого уже существуют. Создание такого комплекса позволит получить прообраз отечественной тактической системы боевого управления будуще-
го, а его внедрение в практику Вооруженных Сил позволит существенно повысить адекватность принятия решений не только в крайне сложных и никогда не повторяющихся условиях боевой обстановки, но и в ряде вопросов военного строительства.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Буренок В.М., Горчица Г.И., Ищук В.А., Цырендоржиев С.Р. Проблемные вопросы моделирования военных действий в целях создания перспективных систем вооружения // Военная Мысль. 2015. № 11. С. 34—45.
2 IEEE 1516-2010 IEEE Standard for Modeling and Simulation (M&S) High Level Architecture — Framework and Rules. URL: https://standards.ieee.org/ standard/1516-2010.html (дата обращения: 01.04.2020).
3 Иванов С.С., Педенко Н.П., Таненя О.С. Методологические основы описания процессов общевойскового боя при имитационном моделировании // Военная Мысль. 2020. № 3. С. 74—83.
4 Вайнер А.Я. Тактические расчеты. М.: Воениздат, 1982. 176 с.
5 Сирота А.А. Компьютерное моделирование и оценка эффективности сложных систем. М.: Техносфера, 2006. 280 с.
6 Там же.
7 Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 2009. 343 с.
8 Чуркин И.П., Костров С.А., Бегла-рян С.Г. Имитационное моделирование вооруженного противоборства в воздушно-космической сфере // Военная Мысль. 2018. № 9. С. 41—47.
9 Микони С.В., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Квалиметрия моделей и полимодельных комплексов. М.: РАН, 2018. 314 с.
10 Бойко А.А. Метод разработки иерархических многоуровневых моделей для аналитической оценки соотношения сил воинских формирований // Военная Мысль. 2019. № 7. С. 104—113.
11 Бойко А.А. Способ аналитического моделирования боевых действий // Системы управления, связи и безопасности. 2019. № 2. С. 1—27.
12 Бойко А.А., Дегтярев И.С. Метод оценки весовых коэффициентов элементов организационно-технических систем // Системы управления, связи и безопасности. 2018. № 2. С. 245—266.
13 Бойко А.А. О защищенности информации воинских формирований в современном вооруженном противоборстве // Военная Мысль. 2016. № 4. С. 38—51.
14 Бойко А.А. Способ аналитического моделирования процесса распространения вирусов в компьютерных сетях различной структуры // Труды СПИИРАН. 2015. № 5. С. 196—211.
15 Бойко А.А., Храмов В.Ю. Модель информационного конфликта информационно-технических и специальных программных средств в вооруженном противоборстве группировок со статичными характеристиками // Радиотехника. 2013. № 7. С. 5—10.
16 Бойко А.А., Иванников К.С., Кузнецов Д.А. Методика построения графоаналитической модели позиционной динамики боя на основе вероятностно-временной синхронизации действий элементов боевых порядков воинских формирований // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 2. С. 24—48.
17 Горчица Г.И., Ищук В.А. Проблемы применения и направления развития систем моделирования в интересах сопровождения создания перспективных комплексов вооружения // Известия РАРАН. 2018. № 4. С.15—22.
