"Зарубежное военное обозрение" 10'1988
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ОРУЖИЯ КЛАССА "ВОЗДУХ-ПОВЕРХНОСТЬ"
Подполковник В.Прокофьев,
кандидат технических наук
Настойчивая борьба Советского Союза за ликвидацию ядерного оружия начинает приносить свои плоды. Под давлением прогрессивной мировой общественности США вынуждены делать первые шаги к сокращению своих ядерных арсеналов. Однако такое развитие дел явно не устраивает американских "ястребов", пытающихся срочно найти эквивалентную замену ядерному оружию. Одним из таких "заменителей" считается управляемое высокоточное оружие в обычном снаряжении, для развития которого используются новейшие достижения науки и техники, привлекаются лучшие умы ученых и инженеров. Конечной целью этих устремлений является создание роботизированных систем, или, как их называют в западной прессе, "умных", "интеллектуальных" систем управляемого оружия.
История развития управляемого авиационного оружия - это прежде всего история развития его системы наведения. Не умаляя роли всех остальных составных компонентов такого оружия (двигателей, боевых частей, аэродинамических устройств, взрывателей и т. д.), зарубежные специалисты отдают тем не менее пальму первенства системам наведения, благодаря которым и появился сам термин "управляемое оружие". Это самая сложная, самая дорогая, самая "умная" часть большинства современных авиационных управляемых боеприпасов в обычном снаряжении.
Пройдя в своем развитии путь от простых систем ручного управления до сложных автоматизированных комплексов, системы наведения подошли к очередному этапу совершенствования - к появлению образцов с элементами систем искусственного интеллекта (1). Наиболее показательно это проявляется в системах наведения авиационного управляемого оружия класса "воздух - поверхность". В настоящее время данные системы уже обладают широкими возможностями: могут автоматически выбирать оптимальную траекторию полета боеприпаса, отслеживать маневры цели, обходить препятствия, подводить боеприпас к цели под ракурсом наиболее эффективного поражения. Однако распознавать цели и выбирать наиболее уязвимые места для их уничтожения они еще не могут. Такая задача пока под силу только человеку (оператору).
Не вдаваясь подробно в теорию распознавания, западные эксперты отмечают, что полнота решения задачи идентификации цели оператором зависит от количества и качества получаемых распознавательных признаков и уровня подготовки оператора, быстроты его мышления. Высшим уровнем решения этой задачи является распознавание обнаруженного объекта по его изображению до типа и состояния (например, танк Ml в движении), средним уровнем - распознавание до вида (танк), низшим - распознавание объекта по одному или нескольким признакам до класса (объект бронетанковой техники). Применительно к оружию класса "воздух - поверхность", за исключением противорадиолокационных ракет, разработчики стараются наделить системы наведения способностью решать [41] задачу распознавания по высшему уровню. По аналогии с человеком для этого необходимо выполнить, по крайней мере, три важнейших условия:
- оснастить систему наведения датчиками с высокой разрешающей способностью, чтобы она могла хорошо "видеть" объекты;
- снабдить ее высокопроизводительным вычислительным устройством - "мозгом" для обработки получаемой датчиками информации;
- научить это устройство "думать" и принимать решения, сопоставляя в соответствии со специальными алгоритмами предварительные данные об объекте, заложенные в его память (банк данных), и получаемые датчиками во время выполнения полета.
Такое "думающее" вычислительное устройство в иностранной прессе принято называть автоматом распознавания.
Датчики - это "глаза" системы наведения. Чем выше их разрешающая способность, тем зорче "глаза" и тем большую информацию они добывают для автомата распознавания. Дальнейшее развитие датчиков связывается с прогрессом в области технологии изготовления сверхбольших интегральных схем и оптико-электронных устройств с большой плотностью компоновки. Так, американская фирма "Хьюз" разработала электронно-лучевую технологию изготовления схем, которая позволяет создавать элементы разводки на микрокристалле толщиной меньше 1/10 длины волны света. Это дает возможность резко увеличить плотность компоновки электронных схем, и в первую очередь большого количества пассивных ИК датчиков на одном кристалле. Специалисты фирмы считают, что они будут занимать одно из лидирующих мест среди других датчиков, так как обеспечивают получение четкого изображения цели независимо от времени суток. В то же время большие надежды фирма возлагает на всепогодные РЛС и головки самонаведения (ГСН) миллиметрового диапазона волн, пытаясь в малых габаритах достичь достаточно высокого разрешения. Здесь работы сосредоточены на поиске новых миниатюрных устройств и на методах обработки сигналов для улучшения соотношения "сигнал/шум" и, следовательно, для достижения более высокой разрешающей способности, а также компенсации потерь энергии при наличии осадков.
Живейший интерес западные специалисты проявляют и к датчикам, созданным на базе лазера на СО2, обладающим, почти как РЛС, практической всепогодностью. Благодаря уникальным свойствам лазерного излучения эти датчики дают возможность получать трехмерное изображение объекта. Более того, с помощью регистрации сдвига доплеровской частоты отраженных сигналов можно получать такие распознавательные признаки, как факт перемещения турели (гусениц, башни) и частоту вибрации корпуса при работе двигателя.
Успехи в области микроминиатюризации датчиков открывают возможности для использования различных комбинаций датчиков, что резко увеличивает количество распознавательных признаков целей. Так, испытания многофункционального лазерного локатора американской фирмы "Воут" на самолете-лаборатории показали, что ИК система переднего обзора может быть встроена в этот локатор. Подобный симбиоз, по мнению специалистов фирмы, может привести к коренным изменениям в системах наведения оружия.
Обработка получаемой датчиками информации до недавнего времени осуществлялась аппаратурой на базе аналоговой техники. В частности, применительно к обработке изображения цели с помощью такой аппаратуры производились спектральная фильтрация сигналов, коррекция границ, изменение масштаба и поворот изображения, регулировка его контраста и т. п. Подлинный скачок в этой области произошел с переходом на цифровые методы обработки, давшие возможность запоминать и хранить изображения объектов в цифровой форме, а затем сопоставлять их в различных комбинациях. Перевод изображения объекта в цифровую форму занимает определенное время. Чем детальнее изображение и чем больше объектов, тем больше времени требуется на эту операцию. Но мало лишь перевести изображения объектов в цифровую форму. Для того чтобы их распознать, надо еще обработать по соответствующим алгоритмам получаемую от датчиков информацию и сравнить ее с имеющейся на борту. А для этого нужна мощная вычислительная техника и отличное программное обеспечение.
Сложность решения задачи распознавания объектов в авиационном оружии класса "воздух - поверхность" усугубляется еще и тем, что система наведения здесь функционирует не в статическом, а в напряженном динамическом режиме и при остром дефиците времени. Изображения целей должны обрабатываться системой при непрерывно меняющихся ракурсах и масштабах, на различных подстилающих фонах, в условиях естественных и организованных помех.
Американские военные специалисты, проводящие исследования по системам наведения оружия класса "воздух - поверхность", пришли к выводу, что для распознавания образов целей количество информации, которое надо обработать и проанализировать на борту боеприпаса, на несколько порядков превышает количество информации, которое способен обработать и проанализировать самый современный бортовой цифровой процессор. Более того, чтобы система наведения могла определить, что обнаруженный объект, например танк, ведет себя соответствующим образом, необходимо использовать методы систем искусственного интеллекта.
Перспективные вычислительные устройства с элементами СИИ будут отличаться от современных устройств несравненно большим быстродействием. Так, специалисты, работающие в области технологии СИИ, ближайшей целью ставят увеличение быстродействия устройств на два порядка, а в последующем и на пять. Отмечается, что достижение такого быстродействия невозможно без сверхскоростных и сверхбольших интегральных схем. Эксперты фирмы "Ханиуэлл", разрабатывающей на базе таких схем процессор, входящий в состав оптико-электронного оборудования и оптимизированный [42] для использования в системах распознавания при работе только с одним датчиком, считают, что требуемое быстродействие процессора составляет 5-10 млрд. опер./с. Обработка информации методами искусственного интеллекта и интегрирование данных, полученных от нескольких датчиков, потребуют увеличения быстродействия еще в 3 - 4 раза.
Другим важнейшим аспектом перспективных вычислительных устройств с элементами СИИ будет способность хранить Огромное количество данных и логически их обрабатывать. В соответствии с этим считается необходимым развивать специализированные вычислительные устройства двух типов: первые предназначены для хранения и накопления знаний (банка данных) - так называемые экспертные устройства; вторые способны делать логические заключения на основе хранимой и оперативно получаемой информации - устройства индуктивного (логического) заключения. Использование 'подобных устройств в системах наведения авиационного оружия предъявляет к ним жесткие условия по массо-габаритным характеристикам. Зарубежные ученые видят решение этих проблем в создании микропроцессоров на кристаллах. В частности, управление перспективного планирования научно-исследовательских работ министерства обороны США финансирует разработку кристалла микропроцессора, создаваемого на основе элементов размерами 2 мкм, способного заменить несколько сот микросхем.
В западной печати подчеркивается, что эффективность применения боевых систем в возрастающей степени зависит от программ, используемых в вычислительных устройствах. Для систем оружия высокой точности, в которых применяются элементы СИИ, программное обеспечение играет решающую роль. Представители ВВС США отмечают, что в настоящее время процесс программирования является очень трудоемким и зависит от человеческого фактора. Создание сложного программного обеспечения сейчас ближе к искусству, чем к науке. Поэтому работы в области технологии программного обеспечения и перспективной машинной технологии в значительной мере направлены на повышение автоматизации процесса изготовления программ. Судя по сообщениям иностранной прессы, в США в настоящее время делается опытный образец пакета программного обеспечения с некоторыми элементами искусственного интеллекта для цифрового бортового оборудования управляемых ракет.
Большая стоимость системы наведения с элементами искусственного интеллекта, особенно автомата распознавания, играет не последнюю роль в построении структурной схемы "интеллектуального" оружия класса "воздух - поверхность". Западные эксперты предлагают два варианта такой схемы. Первый, предназначенный в основном для оружия ближнего боя, предполагает размещение автомата распознавания и основных датчиков на борту самолета (вертолета). В этом случае на боеприпасе имеются лишь простые исполнительные системы, позволяющие управлять его полетом по командам с борта носителя. Второй вариант более подходит для оружия дальнего действия или оружия, применяемого в зоне сильной ПВО противника. Здесь система наведения полностью размещается на борту боеприпаса. После пуска в направлении цели боеприпас становится автономным и не зависимым от борта носителя. В районе цели он самостоятельно осуществляет поиск, обнаружение, распознавание цели, самонаведение на нее и поражение. Отмечается, что одноразовое использование такого оружия очень дорого, однако это оправдывается при его действии по особо важным объектам противника.
Интенсивные работы по созданию авиационного "интеллектуального" оружия первого варианта ведутся рядом американских фирм по контрактам с ВВС США в рамках программы Pilot's Associate, целью которой является исследование возможности применения методов искусственного интеллекта для повышения боеспособности экипажей боевых самолетов, особенно одноместных истребителей. Так, фирма "Хьюз" проводит эксперименты по точному распознаванию целей для достижения высокой частоты пусков управляемых ракет "Мейверик" с телевизионной ГСН. В системе, установленной на самолете-лаборатории, используется шесть мощных ЭВМ для распознавания целей по форме их изображений, получаемых ГСН ракеты и передаваемых на индикатор с отображением данных на фоне лобового стекла в кабине. Благодаря специальным устройствам на индикаторе выделяются зоны вокруг возможных целей и указывается их приоритет. За счет этого облегчается задача летчика по быстрому нахождению целей на фоне местности и принятию решения на пуск ракет. Отмечается, что способность селекции целей системой уже почти такая же, как и у летчика. По утверждению специалистов фирмы, в данной системе реализованы алгоритмы выявления пораженных целей, и поэтому она способна отличать уничтоженные цели от функционирующих. Первоначально предусматривалось обеспечить возможность захвата двух целей в одной атаке, однако фирме удалось обеспечить захват четырех целей. Этим самым открывается перспектива резкого сокращения времени нахождения боевого самолета в зоне действия ПВО за счет реализации залпового пуска управляемых ракет с разведением их на различные цели.
Подобные же исследования проводятся фирмой "Ханиуэлл" по контракту с армией США. Фирма пытается уменьшить продолжительность нахождения вертолета в опасной зоне путем применения бортовой автоматической системы распознавания целей ATR (Automatic Target Recognizer). В данной системе поиск целей осуществляется тепловизионным или телевизионным датчиком в соответствии с заранее определенной схемой поиска. Обнаружение и распознавание целей производится процессором по результатам обработки информации, поступающей от датчиков, и сравнения ее с банком данных. Процессор обеспечивает выявление потенциальных целей среди обнаруженных объектов и производит их [43] классификацию (танк, автомобиль, средство ПВО и т. д.). По команде процессора исполнительное устройство генерирует символику, показывающую на индикаторе приоритет цели. В любой момент процесса поиска каждый член экипажа может взять управление на себя и внести необходимые коррективы в работу системы. После распознавания целей экипаж принимает решение на открытие огня по выбранному объекту или на уход за укрытие. Во время осуществления маневра система ATR отслеживает изменение пеленга цели и после вторичного выхода вертолета в атаку быстро уточняет ее местонахождение. Это позволяет экипажу открывать огонь сразу же после выхода вертолета из укрытия и обстреливать за одну атаку несколько важнейших целей.
Фирма "Боинг" на вертолете UH-1B проводит демонстрационные летные испытания радиолокационной системы распознавания целей, работающей в миллиметровом диапазоне. Система распознает по радиолокационным признакам некоторые виды военной техники - танки, бронетранспортеры, грузовые автомобили. Информация о них отображается на индикаторе в кабине вертолёта.
Для "интеллектуального" оружия класса "воздух - поверхность" дальнего действия, создаваемого по второму варианту структурной схемы, как полагают западные специалисты, в первую очередь могут быть разработаны системы наведения, способные распознавать такие важные цели, как аэродромы или мосты. Сообщалось, в частности, что фирма "Хьюз" в лабораторных условиях добилась распознавания с помощью ЭВМ изображений аэродромов, полученных как оптическими средствами, так и РЛС, работающей в режиме синтезированной апертуры. Ими установлено, что для распознавания аэродрома требуется около четверти миллиона элементов на одно изображение. Летные испытания экспериментальной системы распознавания фирма планировала провести в 1987 г. Предполагается, что боевая система распознавания будет программироваться на стоянке самолета или даже в полете перед пуском ракеты. Для этого намечается применять световой луч, проходящий по изображению цели, предназначенной для поражения.
С 1986 г. в США ведется исследование возможности создания автономной крылатой ракеты AAV (Automatic Air Vehicle), которая должна самостоятельно вести поиск заданных целей и поражать их самонаводящимися кассетными боеприпасами. Для выполнения боевой задачи процессор ракеты должен программироваться таким образом, чтобы после выполнения одной задачи система наведения могла переходить к другой (с учетом складывающейся обстановки).
В начале 1987 г. министерство армии США выдало фирме "Локхид" контракт на проектирование, разработку и проведение демонстрационных испытаний беспилотного летательного аппарата, способного без участия оператора обнаруживать и распознавать цели, классифицировать их по важности, принимать решение и проводить атаку. Для противокорабельных ракет большой дальности фирма "Хьюз" пытается обеспечить системам наведения возможность не только распознавать и захватывать наиболее важные цели после пуска, но и выбирать для поражения самые уязвимые места кораблей.
Вышеизложенное свидетельствует о том, что в США интенсивно разворачиваются работы по созданию авиационного "интеллектуального" оружия класса "воздух - поверхность". Пентагон старается объединить усилия многих фирм, ведущих исследования в этой области, направляя их в первую очередь на разработку перспективной технологии систем искусственного интеллекта и микроэлектроники, а также на создание соответствующих алгоритмов обработки информации от многих датчиков. При этом большое внимание уделяется изучению подходов к искусственному интеллекту с учетом нейробиологических аспектов. Одновременно проводится экспериментальное накопление распознавательных признаков различных целей (банка данных) при наблюдении их в различных диапазонах длин волн. По мнению зарубежных специалистов, первые образцы "интеллектуального" оружия класса "воздух - поверхность" появятся уже в первой половине 90-х годов. Предполагается, что это будут системы с ограниченными возможностями, способные идентифицировать и поражать только определенные виды целей, например только танки, аэродромы, корабли. По мере увеличения быстродействия бортовых вычислительных устройств, развития программного обеспечения и наполнения банка данных боевые возможности такого оружия будут возрастать.
(1) Под системами с искусственным интеллектом (СИИ) зарубежные специалисты понимают системы, способные самостоятельно, без участия человека, принимать решения в условиях неопределенности. Считается, что обращение оператора к СИИ позволит ему иметь информацию, аналогичную той, которую он мог бы получить от специалиста в данной области знаний.
HTTP://ATTEND.TO/COMMI
Статья предоставлена: http://www.zw-observer.narod.ru
