Искусственная среда для имитации поля боя новое качество в подготовке Вооруженных Сил
ВОЕННАЯ МЫСЛЬ № 2/1995, стр. 54-59
Искусственная среда для имитации поля боя: новое качество в подготовке Вооруженных Сил
Генерал-майор В. К. ТОПОЛЬЦЕВ
Полковник А.В.ФИЛОНОВИЧ,
кандидат технических наук
Н.Н.ИВАНОВ,
кандидат физико-математических наук
Полковник Г.В.САВИЛОВ,
кандидат технических наук
Подполковник Ю.Н.СУДАКОВ,
кандидат технических наук
НИ ОДНА из сложных и дорогостоящих военных технических систем в любом из видов вооруженных сил не может эффективно функционировать без хорошо обученного персонала. При подготовке специалистов для работы на таких системах возникает ряд проблем. Во-первых, непосредственное обучение на реальной боевой технике и в условиях, приближенных к боевым, нередко становится невозможным вследствие экономических причин. Во-вторых, некоторые фрагменты боевой работы расчетов для множества возможных ситуаций (даже на масштабных войсковых учениях) трудновоспроизводимы. При этом чем более совершенным оказывается вооружение, тем труднее его использовать в учебных целях.
Для решения указанных проблем необходимо пересмотреть отношение к тренажерам и имитационным комплексам. В сознании командного состава, научных работников и разработчиков они должны перейти из категории вспомогательного, второстепенного оборудования в одну из категорий, определяющих боеспособность современной армии, и стать инструментом подготовки войск и разработки военной техники.
Значительные сокращения ассигнований на оборону, предусмотренные на ближайшие годы в вооруженных силах большинства развитых стран, с особой остротой поставили вопрос сохранения и роста боеготовности при масштабном сокращении использования вооружения и военной техники в учебных целях. Поэтому неудивительно, что в последние годы за рубежом резко увеличилось число разработок компьютерных тренажеров и их сетей, чему способствует устойчивое и возрастающее финансирование соответствующих программ. Так, в США под руководством Управления перспективных исследовательских проектов разработаны долгосрочные программы SIMNET, JERNET и WARNET для СВ, ВВС и ВМС соответственно, причем затраты на каждую из них будут исчисляться сотнями миллионов и миллиардами долларов.
Тренажное оборудование должно одновременно совершенствоваться по следующим направлениям.
Разработка тренажеров для конкретных видов вооружения и военной техники. Здесь наиболее впечатляющими и скорее всего наиболее дорогими станут тренажеры, имитирующие визуальную информацию с круговым обзором, а также тренажеры, выполненные по технологии «виртуальной реальности» с использованием взаимодействующих с компьютером нашлемных дисплеев под правый и левый глаз, перчаток или костюмов, средств имитации динамических нагрузок, создающих зрительную, осязательную и слуховую иллюзию нахождения в боевой обстановке, моделируемой и имитируемой программно.
Формирование сети тренажеров для отработки боевых задач типа дуэльных и ряда других ситуаций. В качестве примера можно привести совершенствуемую в США сеть, включающую тренажеры зенитных ракетных комплексов «Патриот» и «Хок», обучения летчиков истребителей-бомбардировщиков F-15, а также центральный пункт тренажной системы, который применяется для составления сценариев поведения противника, ввода карты местности и данных, имитирующих процесс управления через средства воздушного и космического базирования.
Формирование масштабной сети из сотен тренажеров, имеющих в своем составе высокопроизводительные компьютеры, объединенные в локальные и территориальные сети и дополненные средствами имитации действий войск, а также точными моделями поведения противника. Она должна охватывать все вооруженные силы и военно-промышленный комплекс. Конечной целью исследований и работ по созданию масштабной сети компьютерных тренажеров является, на наш взгляд, перевод боевой подготовки войск в иное (по сравнению с сегодняшним днем) качество: в мирное время войска должны в процессе непрерывных многосуточных тренировок в искусственной среде, имитирующей поле боя, приобретать опыт, сравнимый с опытом, накопленным в результате реальных боевых действий. Эта сеть рассматривается как универсальная военно-техническая система, выполняющая следующие функции.
Обучение и боевая подготовка персонала военно-технической системы. Прежде всего, следует отметить, что в состав сети войдут компьютерные тренажеры для тренировки персонала командных пунктов и военных технических систем, таких, например, как боевой самолет или зенитный ракетный комплекс. Сеть тренажеров и имитаторов будет строиться на основе концепции распределенной интерактивной имитации, которая, судя по зарубежным публикациям, наиболее глубоко проработана и внедрена в США. Она предусматривает включение людей в контур действия системы. Поэтому на отдельных рабочих местах сети (в дальнейшем будем называть ее искусственной средой) окажется возможной индивидуальная отработка своих функциональных обязанностей всеми военнослужащими. Далее, связь между тренажерами используется для отработки взаимодействия людей в процессе решения боевой задачи. Пользователи смогут входить в искусственную среду в любое время, изучать различные точки зрения и способы организации боевых действий, видеть влияние конкретных решений на последующие события, исследовать различные варианты поведения противника. Последний будет имитироваться системой достаточно сложных математических моделей (программно-реализованный противник) и организацией в рамках искусственной среды дуэльной ситуации, в которой воспроизводятся боевые действия между группами пользователей. Анализ открытых зарубежных публикаций показывает, что роль дуэльной ситуации часто недооценивается. Отечественные фирмы предполагают прежде всего реализовать именно эту ситуацию (зенитный ракетный комплекс - летчики звена самолетов). Кроме моделей противника искусственная среда должна содержать и модели поведения своих войск, чтобы недостающие элементы боевых порядков не препятствовали тренировкам отдельных пользователей или их групп.
Планирование боевых действий. В искусственной среде можно задействовать достаточно крупные контингента войск, причем необязательно, чтобы все они принимали в имитируемых боевых действиях непосредственное участие. Большинство участников «сражений» можно представить программно. Таким образом, появляется возможность отработки новых тактических приемов боевых действий и положений военной доктрины. Это делалось и раньше на математических моделях, но возможность интерактивного влияния участников имитируемых сражений на ход боевых действий обеспечивает тактике и оперативному искусству переход в новое качество - они в полной мере станут экспериментальными науками. Кроме того, если в рамках классического математического моделирования боевых действий для каждого варианта нужно было создавать свою модель, привлекая значительные силы математиков-программистов, то теперь благодаря их труду, результаты которого накапливаются при создании искусственной среды и совершенствовании способов взаимодействия с нею, специалисты по планированию боевых действий получат в свои руки инструмент, позволяющий им формировать математические модели вооруженных конфликтов из готовых блоков самостоятельно, без участия математиков, оставаясь в рамках своей науки.
Разработка новых видов вооружения. Поскольку искусственную среду планируется также использовать и на предприятиях военно-промышленного комплекса, открываются уникальные возможности существенного удешевления и ускорения процесса создания новых вооружений. Предполагается, что разработка начнется с создания компьютерной модели оружия, которая прежде всего будет испытана в искусственной среде, имитирующей поле боя. Результаты этих испытаний позволят уточнить параметры технического задания, после чего отбираются наилучшие варианты технических решений и только тогда начинается работа по созданию первого натурного образца.
Об удешевлении разработок можно судить по созданию средств отображения информации в кабине самолета. Если раньше для определения оптимального расположения приборов и структуры выводимой на них информации необходимо было построить самолет и испытать его нескольким летчикам в различных ситуациях, то теперь выводы о границах восприятия или структуре отображаемой на приборах информации делаются с использованием персонального компьютера на тренажерах, созданных под разрабатываемую модель.
На всех этапах проектирования компьютерная модель нового вида вооружения будет постоянно усложняться, дополняться и совершенствоваться. Испытания в имитированных боевых действиях позволят избежать многих тупиковых вариантов и существенно сократить количество модификаций и доработок вооружения.
Совершенствование управления системами оружия и войсками. Сегодня в мире нет армии, в которой командование было бы удовлетворено существующими автоматизированными системами управления войсками. Вооруженные силы развитых стран стоят на пороге появления АСУ нового поколения. Они будут строиться на базе открытой архитектуры, позволяющей совершенствовать системы и расширять их функциональные возможности эволюционным способом за счет повышенной способности трансформировать используемые технические средства и программное обеспечение. В связи с этим есть несколько «за» в пользу того, что искусственная среда вместе с существующими АСУ постепенно станет основой (для государства) информационно-технической системы управления войсками XXI века.
При построении искусственной среды желательно для соединения компьютерных тренажеров использовать существующие каналы связи АСУ войск, хотя это и не всегда возможно. Далее, при разработке в перспективные системы управления и связи целесообразно заложить способность решать задачи боевой подготовки. Наконец, многообещающим является применение в АСУ математического обеспечения искусственной среды для подготовки принятия решения командирами всех уровней, так как именно оно помогает прогнозировать последствия принимаемого решения и, следовательно, выбрать из нескольких вариантов оптимальный. Процесс взаимопроникновения АСУ и искусственной среды дает возможность испытывать АСУ в имитированной боевой обстановке вместе с компьютерными тренажерами систем оружия для выявления недостатков в способах информационного обеспечения расчетов и систем управления,
На заключительной стадии формирования искусственной среды достоверность имитации боевых действий должна стать настолько высокой, что замену компьютерных тренажеров на низовом уровне реальными боевыми единицами никто из командиров, управляющих боевыми действиями, заметить не должен. Вероятно, этап создания искусственной среды и ее интеграции с автоматизированными системами управления войсками завершится созданием своего рода переключателя между имитируемыми и реальными боевыми действиями.
В заключение остановимся на основных направлениях работы в области создания искусственной среды, поскольку в реализации такого крупномасштабного проекта должны принимать участие ученые самых разных специальностей и специалисты широкого спектра отраслей промышленности.
Первое направление касается технических средств обеспечения функционирования искусственной среды. К их числу следует отнести прежде всего тренажеры для обучения и тренировки военнослужащих достаточно большого числа специальностей. К тренажерам, используемым в этой среде, должны быть предъявлены стандартные минимальные требования, касающиеся, в частности, входящих в их состав компьютеров, объема и формы представления информации, передаваемой в сеть. На наш взгляд, обязательным должно быть и требование экономического характера: копиями фрагментов вооружения являются только те элементы тренажера, которых касаются руки или на которые падает взгляд военнослужащих, принимающих участие в имитированных боевых действиях. Все остальное может быть существенно проще и дешевле, чем в военной технике. Хотя на первый взгляд это требование и выглядит тривиальным, на практике при разработке отечественных тренажеров нередки случаи, когда для тренировки используется, например, реальный радиолокатор, в котором тренажное оборудование формирует сигнал, отраженный от цели. Неудивительно, что в этом случае стоимость тренажера превышает стоимость вооружения-прототипа, и серьезно рассматривать перспективы построения искусственной среды на базе таких тренажеров не приходится. Это не исключает возможности создания радиолокатора, в котором рабочие места операторов одновременно являются рабочими местами тренажера, но здесь предлагаемый нами принцип требует, чтобы в режиме тренировки подавляющее большинство устройств радиолокатора не работало. Оптимальной схемой построения тренажера нам представляется цепочка аппаратно-программного комплекса: передние панели управления вооружением - устройство сопряжения с компьютером - компьютер или локальная сеть. Все задачи по достижению идентичности действий в тренажере и реальной технике должны решаться с помощью соответствующего программного обеспечения. Последовательная реализация этой схемы в ряде случаев позволяет снизить стоимость тренажера, по нашим оценкам, почти на порядок.
Кроме компьютерных тренажеров в состав технических средств искусственной среды войдут имитаторы различных специальных эффектов, возникающих в процессе боевых действий (от наиболее простых, таких как индикаторные приборы или синтезаторы звуковых эффектов, до наиболее сложных устройств, созданных по технологии «виртуальной реальности»), а также линии и средства связи. Сейчас трудно сказать, насколько жесткими должны быть ограничения на структуру и форму циркулирующей в сети информации, но на первых порах разработчики тренажеров должны договориться об общем стандарте.
Второе направление связано с программным обеспечением искусственной среды. Вначале рассмотрим программное обеспечение компьютерных тренажеров. Опыт свидетельствует, что в компьютерном тренажере, построенном по предлагаемой схеме, разработка программного обеспечения составит 60 - 70% трудозатрат, поскольку практически его функционирование обеспечивается программным путем. Так как большая часть алгоритмов не связана с функционированием устройств сопряжения органов управления вооружением и компьютера, а определяется только боевой работой реального вооружения, технологией связи с вышестоящими и взаимодействующими командными пунктами, поведением противника, а также другими факторами, то эти алгоритмы можно разрабатывать независимо от аппаратного обеспечения тренажера. Если алгоритм взаимодействия компьютера с органами управления вооружением и индикаторными приборами заменить манипуляциями с теми же элементами вооружения, но изображенными на экране компьютера, то можно получить промежуточный, но, на наш взгляд, исключительно полезный и дешевый продукт. Мы называем его профессиональной компьютерной игрой, имея в виду, что вся боевая работа с использованием реального вооружения может быть воспроизведена на компьютере (или в локальной сети) без дополнительного оборудования, причем все действия совершаются с рисованными органами управления посредством стандартного устройства ввода типа джойстика или «мыши» и с изображением в динамике информационных приборов. Несмотря на то что условность действий в профессиональной компьютерной игре, естественно, больше, чем в истинном тренажере, на начальном этапе освоения боевой работы ее использование оказывается предпочтительным из-за дешевизны и легкости тиражирования. Кроме того, профессиональная компьютерная игра может быть включена в искусственную среду для имитации поля боя практически так же, как и эквивалентный ей тренажер. Поэтому ознакомление с новыми тактическими приемами противника или испытания компьютерных моделей новых типов вооружения целесообразно будет осуществлять именно в процессе профессиональных компьютерных игр.
Отдельного упоминания заслуживает такая компонента математического обеспечения искусственной среды, как модели и программы для прогноза последствий решений, принимаемых командирами всех уровней, а также математический инструментарий для подготовки решения в боевых действиях. Этот пласт математического и программного обеспечения (мы не делаем между ними различий, там как любая математическая модель, не реализованная на компьютере, вряд ли может быть использована на практике), вероятно, с самого начала будет строиться как общий с соответствующими АСУ войсками. Следует отметить, что искусственная среда может также являться инструментом для разработки и испытаний алгоритмов подсистем подготовки принимаемых решений.
Наверное, одним из самых сложных видов программного обеспечения станут программы, поддерживающие функционирование компьютерной сети искусственной среды для имитации поля боя и циркуляцию информации в ней.
Поскольку в повседневной боевой подготовке (во всяком случае на первоначальном этапе обучения военного специалиста) значительно чаще необходимо будет иметь дело не с противником-человеком, который тренируется на другом тренажере искусственной среды, а с его программной имитацией, в состав математического обеспечения должен входить набор развитых моделей поведения противника в зависимости от действий того или иного участника «сражения». То же самое можно сказать и о моделях действий подразделений или отдельных военнослужащих своих войск. Далеко не всегда возможным или целесообразным будет задействование реальных людей, поэтому искусственная среда должна содержать модели действий любых недостающих элементов своих войск.
Третье направление связано именно с такого рода моделями. Их построение может быть выполнено математиком-программистом только вместе со специалистами в области тактики и оперативного искусства, так как именно к ней относится вся содержательная часть моделей. От специалистов в этих науках следует ждать активной разработки последней составляющей искусственной среды - оперативно-тактического обеспечения. В настоящее время трудно делать какие-либо прогнозы относительно его структуры, однако опыт трансформации тактической концепции поведения воздушного противника в математическую модель для компьютерного тренажера, соответствующего многоканальной зенитной ракетной системе, позволяет предположить, что форма представления тактической модели должна значительно отличаться от традиционной, во всяком случае по степени подробности описания возможных ситуаций. Нередко «дилетантские вопросы» математиков-программистов заставляют автора тактической модели коренным образом ее переработать. Не исключено, что оперативно-тактическое обеспечение искусственной среды станет со временем отдельным направлением военных наук.
Изложенные в настоящей работе соображения и анализ некоторых работ зарубежных и отечественных специалистов позволяют сделать следующий вывод. В России имеются разработки, лежащие в русле концепции искусственной среды. Они ведутся разными фирмами, в основном в инициативном порядке, или рассеяны по тем программам, где задачи боевой подготовки войск не являются основными. В то лее время построение сети дешевых компьютерных тренажеров в масштабе всех вооруженных сил является в тисках бюджетных ограничений единственным способом обеспечения приемлемого уровня боевой подготовки войск. Поэтому, по нашему мнению, необходима единая государственная программа создания искусственной среды для имитации поля боя Вооруженных Сил Российской Федерации, которая должна стоять в ряду наиболее приоритетных программ в оборонных исследованиях.
