CC BY
154Развитие технологий искусственного интеллекта в интересах создания интеллектуальных боевых систем
Полковник запаса А.М. ЛУКАШОВ Полковник запаса О.С. ПАНФЕРОВ Подполковник запаса В.В. МАКСИМОВ Подполковник запаса А.Е. БАШКИРОВ
АННОТАЦИЯ ABSTRACT
Работа посвящена одному из основных направлений повышения эффективности вооружения и военной техники в условиях смены технологических укладов — развитию технологий искусственного интеллекта (ИИ) в интересах создания интеллектуальных боевых систем (ИнБС) как перспективных средств вооруженной борьбы в XXI веке. Определены основные факторы, обусловливающие актуальность развития технологий ИИ в интересах создания ИнБС, а также — их общая характеристика, роль и место в обеспечении национальной безопасности Российской Федерации.
Технологии, искусственный интеллект, интеллектуальная боевая система, вооруженная борьба, роботизированные (беспилотные) системы, инновации.
The work focuses on a major trend in improving the efficiency of weapons and military hardware in conditions of changing technological modes, namely, the development of artificial intelligence (AI) technologies in the interests of making intelligent combat systems (ICS) as prospective means of armed struggle in the 21st century. It has outlined the chief factors that condition the relevance of developing AI technologies in the interests of making ICS, and also their general characteristics, role and place in providing the national security of the Russian Federation.
KEYWORDS
Technologies, artificial intelligence, intelligent combat system, armed struggle, robo-technical (unmanned) systems, innovation.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
В НАСТОЯЩЕЕ время имеют место беспрецедентные темпы развития технологий в военных сферах. На смену традиционному последовательному процессу разработки и модернизации известных видов вооружений приходит качественно новый способ обновления систем оружия, обеспечивающий скачкообразный прирост их тактико-технических характеристик и боевых потенциалов на основе внедрения высокоэффективных технологических инноваций в комплексе с обеспечением эффективного оперативного взаимодействия этих систем на поле боя.
Наибольший прорыв наблюдается в области технологий искусственного интеллекта. Ключевую роль в изменении облика военных действий будет играть интеллектуализация военной техники и, что еще более важно, военных организационных и технических систем. Внедрение ИИ обеспечит прорыв в повышении боевого потенциала, в формировании облика и даже философии создания и применения вооружений, военной и специальной техники (ВВСТ).
Под термином искусственный интеллект понимается область информатики, в рамках которой разрабатываются компьютерные программы, методы и алгоритмы для решения задач, способных имитировать человеческий подход — обнаруживать смысл, обобщать и делать выводы, выявлять взаимосвязи и обучаться с учетом накопленного опыта1.
Технологии ИИ — комплекс технологических решений, позволяющий имитировать когнитивные функции человека (включая самообучение и поиск решений без заранее заданного алгоритма) и получать при выполнении конкретных задач результаты, сопоставимые как минимум с результатами интеллектуальной деятельности человека. Комплекс технологических решений включает информационно-коммуникационную инфраструктуру, программно-алгоритмическое обеспечение (в том числе использование методов машинного обучения), процессы и сервисы по обработке данных и поиску решений.
Можно выделить ряд основных научных направлений, решение которых способно обеспечить создание систем ИИ применительно к военной деятельности.
Первое. Представление знаний — разработка методов структуризации, классификации и формализации знаний из различных областей (политических, военных, военно-тех-
нических, психологических, организационных и др.) для последующей выработки решений на всех этапах военного строительства и применения Вооруженных Сил Российской Федерации для обеспечения ее национальной безопасности.
Второе. Моделирование рассуждений (процессов принятия решений) — изучение и формализация различных схем человеческих умозаключений на основе разнородной информации для ведения боевых действий, создание эффективных программ реализации этих схем в ЭВМ.
Третье. Создание диалоговых процедур общения на естественном языке, обеспечивающих контакт между интеллектуальной системой и человеком-специалистом в процессе решения задач, в том числе при передаче и приеме неформализованных команд в экстремальных ситуациях, связанных с риском для жизни.
Четвертое. Планирование боевой деятельности — разработка методов построения алгоритмов управления на основании знаний о проблемной области, которые хранятся в интеллектуальной системе и непрерывно поступают от различных и разнородных источников информации: разведывательной, геодезической, топографической, метеорологической, гидрографической и др.
Пятое. Обучение и актуализация базы знаний интеллектуальных систем в процессе их деятельности, создание средств накопления и обобщения умений и навыков.
Таким образом, с практической точки зрения развитие технологий ИИ подразумевает создание интеллектуальных машин или компьютерных программ, способных автоматически выполнять функции, которые ранее могли быть выполнены только человеком. Основными свойствами технических систем, относящихся к классу ИИ, считаются способность
к целесообразному поведению, автоматическому решению задач, рациональным рассуждениям, распознаванию образов и самостоятельному извлечению знаний (обучению на примерах).
Лидерство в области ИИ в ближайшие годы обеспечит лидерство в мире XXI века, подобно тому как во второй половине XX века лидерами являлись страны, освоившие технологии ядерной физики. Именно поэтому министерство обороны (МО) США приступило к реализации новой программы — стратегии нейтрализации военного преимущества потенциальных противников США — Третьей Компенсационной стратегии (или Стратегии смещения — Offset Strategy), задача которой заключается в смещении акцента развития вооруженных сил от прямого соревнования с потенциальным противником на стимулирование направления оборонного строительства, позволяющего компенсировать его преимущества.
Появлению новой концепции парирования широкого круга растущих угроз национальной безопасности США предшествовали «Новый взгляд» президента Эйзенхауэра и план министра обороны Брауна, выдвинутые в середине 50-х и 70-х годов прошлого века соответственно. В обоих случаях имело место значительное численное превосходство вооруженных сил стран Варшавского договора над силами США и НАТО. Кроме того, в середине 50-х годов США потеряли превосходство в ядерных силах, а в середине 70-х уже не обладали ядерным паритетом и значительно уступали Советскому Союзу в размере оборонных расходов.
Первая стратегия, разработанная при президенте Эйзенхауэре, была направлена на компенсацию количественного превосходства сил
стран Варшавского блока в Европе и вылилась в усиленное развитие «ядерной триады». Вторая была сформулирована после войны во Вьетнаме в условиях урезания оборонного бюджета и сводилась к технологическому и информационному превосходству над врагом. Благодаря ей американские вооруженные силы фактически приобрели современный облик — с высокоточным оружием, самолетами AWACS, системой GPS и др. Цель разработанной Центром стратегических исследований (CSBA) США третьей компенсационной стратегии (Offset Strategy) — восстановление глобальной боевой мощи их ВС в свете нового спектра серьезных угроз национальной безопасности страны, исходящих из разных частей мира, и в первую очередь — Азиатско-Тихоокеанского региона, Китая и России.
Простое наращивание экспедиционных межвидовых сил и средств в их нынешней структуре невозможно по экономическим причинам. Более того, в ближайшие десятилетия вероятно сокращение численного личного состава тех или иных формирований вследствие резкого роста медицинских, пенсионных и других расходов. По ряду причин тактического и стратегического характера все труднее становится проводить экспедиционные операции по образцу «Бури в пустыне» — предварять скоротечную общевойсковую операцию продолжительным формированием военной группировки (авианосных ударных групп, истребительных авиационных эскадрилий, механизированных батальонов морской пехоты, бригадных боевых групп и др.) и частей тыла в передовых, но безопасных районах.
Новая, третья компенсационная стратегия США должна обеспечивать оптимальные с оперативной и экономической точек зрения базирование
и безопасность сил в передовых районах на постоянной основе и их боевое применение без дополнительного развертывания2. При этом она должна учитывать наличие у противника на территории его ответственности хорошо прикрытых зон запрета/воспрещения доступа американским ВС (Л2/ЛБ), а также наращивание им арсеналов управляемых ракет в неядерном снаряжении.
По мнению Министерства обороны США, в процессе реализации новой стратегии целесообразно: совместно использовать образцы вооружения высокого и среднего технического уровней для одновременного превентивного сдерживания вероятных противников в различных районах мира; учитывать возможные потери или ухудшение качества работы средств космического базирования; использовать глобальную дальность действия воздушных и морских сил США, оперативность реагирования ВВС, ВМС и ракетных войск, большую продолжительность полета и низкую стоимость эксплуатации беспилотных летательных аппаратов (БПЛА); распространять превентивное сдерживание за пределы зоны боевых действий; вынуждать вероятных противников соперничать в выгодных для США областях техники (например, в подводных средствах); формировать военные союзы не только из соображений экономии финансовых средств (что не всегда возможно), но и для получения геостратегических преимуществ.
Практическая реализация США новой военной стратегии предполагает задействовать как положительный фактор их превосходство в ряде форм и способов ведения войны — боевом применении малозаметной авиации, в том числе увеличенной дальности, беспилотных разведывательно-ударных и транспортных средств и ведении боевых действий
под водой, а также в проектировании, формировании и применении сложных технических военных систем.
Центральное место в предлагаемой концепции занимает создание глобального разведывательно-ударного комплекса, гарантирующего оперативное и одновременное применение военной силы в разных районах мира и резкое сокращение потребности в уязвимых передовых базах.
В технологическом плане стратегия сосредоточивается на пяти ключевых направлениях: автономных обучающихся системах (искусственном интеллекте); взаимодействии человека и машины при принятии решений, помощи человеку в его действиях; продвинутых пилотируемых и беспилотных системах; автономном оружии с сетевой поддержкой. При этом развитие компьютерных наук и информационных технологий должно стать «базовой компетенцией» МО США. При окончательной реализации стратегии через 30—40 лет это означает полную роботизацию боевых действий.
Если решения, принятые в 1975 году по второй стратегии, привели к тотальному превосходству США в Ираке в 1991 и 2003 годах, то какие результаты может принести им принятие третьей стратегии через четверть века? И есть ли у России что этому противопоставить?
Анализ развития систем вооружений свидетельствует о том, что во многих отраслях высокотехнологичной промышленности возможности текущего технологического уклада в настоящий момент близки к исчерпанию (рис. 1).
Например, уровень развития технологий, обеспечивающих развитие современных образцов ВВСТ, достиг точки насыщения и не позволяет реализовать дальнейшее существенное увеличение их боевой эффективно-
I | I I
Точка насыщения I 1 1 1
исчерпание •
возможностей 1
развития > X 1 1 |
существующих к Г^ 1
технологии 1 1 1
Текущий (Ы-й) / 1 ...' Буду щи й (N+1 -й)
технологический I 1 технологический
уклад / I уклад
1 1 1
Эффективность
Рис. 1. Динамика технологического развития и смена технологических укладов
сти. Темп прироста уровня совершенства боевой техники сокращается, а финансовые затраты увеличиваются с нарастающим темпом. Необходимы прорывные технологии, которые обеспечат переход к новому технологическому укладу, качественное, а не количественное улучшение. Одним из направлений повышения эффективности вооружения и военной техники является разработка ряда таких технологий, обеспечивающих создание ВВСТ, использующих в основах своего применения искусственный интеллект.
В настоящее время в роботизированных (беспилотных) системах преобладают дистанционно управляемые (пилотируемые) средства, опирающиеся в своем применении на «естественный интеллект» оператора. Ненадежность или перегруженность линий связи, прогнозируемые до-
ступность и массовость применения роботизированных систем вступают в противоречие с допустимой численностью и психофизиологической нагрузкой на операторов, что приводит к логичному выводу о необходимости объединения отдельных беспилотных систем в единую интеллектуальную боевую систему (ИнБС) и переходу к максимально автономным ее действиям.
Интеллектуальная боевая система — это иерархическая структура информационно взаимосвязанных элементов: группировок управляемых (пилотируемых) и роботизированных (беспилотных) боевых систем и средств поражения, принятых в российских ВС пространственного размаха и соответствующего уровня применения (тактического, оперативно-тактического, оперативного и стратегического), способная самосто-
ятельно решать поставленные и вновь возникающие перед системой задачи и на основе этого принимать решения на действия. Боевые действия ИнБС позволят сохранить жизнь военнослужащих, повысить точность применения средств поражения и сократить потери среди мирного населения.
Основная задача применения ИИ в перспективных ИнБС — исключение человека из цепочки, когда решение надо принимать за кратчайшее время и у системы нет запаса долей секунд, чтобы советоваться с человеком. На поле боя выиграет тот, кто быстрее примет решение и отреагирует, здесь нет равных машинам. Искусственный интеллект позволит быстрее и точнее определять цели без участия человека, выдавать варианты и сценарии для последующих действий, гибко реагировать на изменяющуюся ситуацию в режиме реального времени. Кроме того, ИИ дает три главных преимущества: работу с большим объемом данных, высокую скорость обработки информации и автономность действий.
Перспективные ИнБС будут обладать способностью решать комплексные задачи в организованной агрессивной противодействующей среде с высокой степенью неопределенности боевой обстановки; с оторванностью от человека-командира в системе управления и необходимостью выполнить боевую задачу в условиях прерванного или отсутствующего информационного контакта с субъектом формирования задачи; быстро реагировать на динамичное изменение обстановки.
Базовое свойство перспективной ИнБС — это ее распределенность, такие системы не имеют жесткой детерминированной структуры, но формально можно выделить несколько элементов системы, ориентированных на выполнение функциональной задачи в группе.
Целью применения перспективных ИнБС является не воздействие их на определенные заранее объекты, а ведение эффективных боевых действий в условиях высокой степени неопределенности на основе данных об обстановке в заданном районе, полученных самой ИнБС. При этом ИнБС принимает и реализует ключевые решения, т. е. выполняет так называемые миссии, в рамках которых параллельно решает целый комплекс частных задач.
Учитывая специфические особенности роботизированных систем, их новые функциональные возможности и задачи, которые могут появиться в ближайшей перспективе, можно утверждать, что перспективные ИнБС и широкое применение беспилотных систем представляют собой новое средство вооруженной борьбы, требующее формирования новой «философии» использования и создания этого вида вооружения.
Вместе с тем концепция создания ИнБС представляет собой совокупность взглядов на определение организационных принципов их применения в системе Вооруженных Сил РФ следующего поколения, научно-технологические пути и перспективы развития технологий ИИ в интересах создания ИнБС, представляющие собой крупномасштабные информационно насыщенные разведывательно-ударные комплексы, обладающие высокой эффективностью, гибкостью применения, быстрым реагированием на возникающие и изменяющиеся угрозы, а также другими важнейшими свойствами, необходимыми в военных действиях будущего.
Военные действия ближайшего будущего можно охарактеризовать следующими основными направлениями их развития: сложностью ведения боевых действий в новых условиях («размытая» пространственно-временная протяженность;
высокая динамика изменения боевой обстановки, сложность и скоротечность ведущихся боевых действий; большое количеств локальных очагов военного конфликта; смещение акцента на боевые действия в условиях урбанистической инфраструктуры и др.) и исчерпанием психофизиологических возможностей человека.
Рассмотрим проблему исчерпания психофизиологических возможностей человека на примере авиации, в которой на отказы техники приходится 10—15 % всех летных происшествий, в 75—80 % случаев они связаны с психофизиологическим состоянием человека, доля происшествий по причине личного фактора может составлять от 50 % до 90 % в общей структуре аварийности.
Физиологические затраты летчика в полете достаточно высоки. В обычном горизонтальном полете на самолетах-истребителях у многих пилотов повышается частота сердечных сокращений до 120 ударов в минуту и более, а при переходе на сверхзвуковую скорость и пробивании облаков — до 160 ударов в минуту, в процессе высшего пилотажа может происходить кратковременное повышение артериального давления до 240/150 мм рт. ст. У опытных летчиков (со стажем работы 12—20 лет) во время дозаправки в воздухе в сложных условиях наблюдается учащение пульса до 150—180 ударов в минуту, частоты дыхания — до 35—40 в минуту.
У военного летчика, летчика-испытателя организм постоянно функционирует в напряженных условиях (выход на предельные режимы полета, отказы техники, полеты в сложных условиях, катапультирование), сопровождающихся изменениями показателей сердечно-сосудистой системы, выбросом стероидных гормонов, адреналина, глюкозы, триг-лицеридов в 5—7 раз выше физиологической нормы. Напряжение,
концентрация внимания за час полета на истребителе соответствует восьмичасовой нагрузке любой водительской профессии, за этот период времени летчик выполняет около 2000 рабочих операций.
В ближайшей перспективе человек как командир и оператор авиационной техники, с его имеющими естественные ограничения возможностями по скорости обработки больших объемов информации и принятия решений, станет слабым звеном, так как все нарастающее многообразие сложнейших комплексных задач, которые необходимо решать «здесь и сейчас» в условиях неопределенности быстро меняющейся боевой обстановки, нивелирует доставшиеся человеку от природы психофизиологические и когнитивные способности. Кроме того, подготовка высококлассного летчика для пилотирования машин 5-го поколения со всем боевым оснащением будет обходиться для ВВС в 350—500 млн руб. Применение же беспилотных систем позволяют заметно снизить расходы в сравнении с пилотируемыми летательными аппаратами.
В мировой науке наблюдается рост числа изобретений в области ИИ и переход от теоретических разработок к коммерческим применениям этих технологий. В частности, отношение числа патентных заявок к числу научных публикаций возросло в период 2010—2016 годов более чем в 2,5 раза.
В данной связи сложился необходимый технологический базис для создания интеллектуальных систем в части аппаратной и алгоритмической составляющих.
В части аппаратной составляющей:
• развитие специализированных высокопроизводительных бортовых нейровычислителей с низким потреблением энергии, снабженных специализированными модулями обработ-
Базовое свойство
перспективной интеллектуальной боевой системы — ее распределенность; такие системы не имеют жесткой детерминированной структуры, но можно выделить несколько элементов системы, ориентированных на выполнение функциональной задачи в группе.
ки изображений, обеспечивающих реализацию основных функций технического зрения в реальном времени в темпе поступления информации от датчиков;
• увеличение возможностей по хранению объемов получаемой информации;
• развитие бортовых информационных датчиков, беспилотных платформ, широкополосных помехоза-щищенных каналов передачи 2D- и 3D-информации в дистанционно управляемых, а также пространственно-распределенных беспилотных платформах, и между беспилотными платформами, действующими в составе группы.
В Российской Федерации серийно выпускается ряд специализированных процессоров, реализующих алгоритмы машинного обучения на основе глубоких нейронных сетей производительностью порядка 0,5 ТОпс ф32. Данные процессоры относятся к первому поколению. Также осуществляется разработка аппаратных решений следующего поколения. Таким образом, с учетом созданного научно-технического задела для решения задач в сфере обороны и безопасности целесообразно развитие аппаратно-программных средств для реализации технологий искусственного интеллекта в изделиях ВВСТ.
В качестве бортовых информационных датчиков могут использоваться:
• матричные приемники оптического излучения и оптико-электронные модули и системы на их основе для получения 2D-изображений наблюдаемой сцены ультрафиолетового и телевизионного диапазонов, а также ИК-диапазонов;
• лазерные локаторы для получения 3D-данных, а также полей скоростей окружающих объектов (в режиме селекции движущихся целей);
• радиолокаторы (РЛ) различных диапазонов для получения информации о возможных целях на большой дальности, а также РЛ-диапазонов для реализации режима радиовидения с целью получения детальных двумерных и трехмерных данных о сцене наблюдения;
• гиперспектральные и ультрафиолетовые сенсоры для определения материального состава наблюдаемой сцены, а также вскрытия замаскированных элементов;
• акустические и ультразвуковые датчики для получения 2D- и 3D-дан-ных о пространственном распределении элементов окружающей среды;
• различные датчики другой физической природы, позволяющие получать метрически точную информацию о пространственном расположении элементов окружающей среды, их состоянии и движении относительно образца ВВСТ.
В части алгоритмической составляющей:
• методы и алгоритмы управления движением и автоматизации действий на основе глубоких нейронных сетей и машинного обучения;
• нейротехнологии наблюдения, наведения и навигации для эффективного обеспечения процессов ситуационных действий БПЛА;
• бортовое программное обеспечение, реализующее методы и алгорит-
Концепция создания интеллектуальных боевых систем представляет собой совокупность взглядов на определение организационных принципов их применения в системе Вооруженных Сил Российской Федерации следующего поколения, научно-технологические пути и перспективы развития технологий искусственного интеллекта в интересах их
создания, представляющие собой крупномасштабные информационно насыщенные разведывательно-ударные комплексы, обладающие высокой эффективностью и быстрым реагированием на возникающие угрозы в войнах будущего.
мы компьютерного зрения для работы в реальном времени на бортовых вычислителях с учетом особенностей их архитектуры и ограничений по располагаемым вычислительным ресурсам;
• методы и алгоритмы компьютерного зрения и машинного обучения, обеспечивающие функциональное понимание роботом окружающей сцены и прежде всего автоматическое обнаружение и распознавание объектов/целей и других основных элементов динамически меняющейся окружающей среды;
• средства улучшенного и синтезированного видения, виртуальной реальности.
Начиная с 2015 года лучшие архитектуры глубоких конволюцион-ных (сото1ыНопа1) нейронных сетей (ГКНС) превосходят возможности человека-оператора в решении задач автоматического обнаружения (рис. 2) и распознавания (рис. 3) объектов на изображениях при тестировании на основных базах изображений (например, ImageNet) и в рамках конкурсов в области систем технического зрения.
Рис. 2. Доля правильных решений (accuracy) по лучшим архитектурам ГКНС (best AI System) и человека-оператора (Human Performance) в задаче автоматического обнаружения объектов
Рис. 3. Ошибка распознавания нейронных сетей по сравнению с человеком
В области машинного обучения глубокие нейронные сети (ГНС) демонстрируют результаты на уровне человека и даже выше.
В случае отработки возможностей групповых действий автономных платформ значимость обеих составляющих — сенсорной и вычислительно-алгоритмической — является примерно равной с тенденцией увеличения значимости алгоритмической составляющей по мере продвижения к созданию функционального ИИ.
В настоящее время созданы все технологические предпосылки для разработки на единой концептуальной основе интеллектуальных боевых систем, способных вывести на новый качественный уровень всю систему вооружений. Таким образом, перспективные интеллектуальные боевые системы являются концептом поля боя будущего.
В заключение следует сказать, что ни один из масштабных государственных гражданских инновационных проектов в Российской Федерации за последние десять лет ярких результатов так и не показал. С учетом же той высокой эффективности, которую в настоящее время демонстрирует российская армия, именно она способна стать эпицентром новой индустриализации, основанной на инновационных технологиях.
Интеллектуализация перспективных систем военной техники и вооружения, а также способов ведения боевых действий на базе технологий искусственного интеллекта может обеспечить прорыв в боевом потенциале, в формировании облика вооружений, идеологии создания и применения систем военной техники и вооружения.
ПРИМЕЧАНИЯ 1 Национальная стратегия развития искусственного интеллекта на период до 2030 года. Утверждена Указом Президента РФ от 10.10.2019 г. № 490 «О развитии
искусственного интеллекта в Российской Федерации».
2 Ходаренок М., Калинин И. Третья стратегия: как будут воевать США // Газе-та^ш 2017. 2 декабря.
