Использование современных информационных технологий для моделирования применения космических средств
ВОЕННАЯ МЫСЛЬ № 8/2004
Использование современных информационных технологий для моделирования применения космических средств
ВОПРОСЫ исследования возможностей использования космоса для решения военных задач находились в центре внимания государственного и военного руковод-ства страны еще задолго до запуска первого искусственного спутника Земли. На раз-витие отечественной и зарубежной космонавтики всегда существенное влияние ока-зывал фактор перспективности применения орбитальных средств в интересах повы-шения военного потенциала и обороноспособности государства. Этап создания и применения космических комплексов и систем в период 60-80-х годов XX столетия убедительно продемонстрировал эффективность решения задач глобального информа-ционного обеспечения и связи с помощью орбитальных средств. По своим функцио-нальным возможностям такие системы и комплексы сегодня не имеют альтернативы.
С начала 90-х годов ситуация в области военного использования околоземного кос-мического пространства изменилась коренным образом. Совершенствование космиче-ского оружия и военной техники позволило существенно расширить спектр вопросов, эффективно решаемых орбитальными средствами. Наряду с традиционными функция-ми обеспечения органов государственного и военного руководства информацией стра-тегического характера военно-космические системы теперь способны успешно выпол-нять задачи информационного, навигационного, гидрометеорологического, топогеодезического и других видов обеспечения боевых действий объединений, соединений и частей различных видов и родов войск. Эффективность интеграции орбитальных груп-пировок с наземными силами и средствами, особенно оснащенными образцами высо-коточного оружия, была убедительно продемонстрирована в ходе боевых действий в районе Персидского залива (1991), в период вооруженного конфликта в Югославии (1999) и, наконец, во время войны на территории Ирака (2003). В перспективе роль ко-смического компонента станет неуклонно возрастать, а орбитальные средства будут ак-тивно использоваться в интересах не только органов управления войсковых объедине-ний и соединений, но и подразделений тактического звена и даже отдельного солдата.
Одним из важнейших факторов, обеспечивающих реальность указанной перспективы, являются современные достижения в области создания и целевого применения малых косми-ческих аппаратов (МКА). Построение космических комплексов на их базе открывает новые возможности дальнейшего расширения спектра задач, решаемых орбитальными средствами, существенно повышает оперативность развертывания и восполнения орбитальных группи-ровок, обеспечивает их высокую устойчивость и эффективность боевого применения.
Вместе с тем создание космических систем военного назначения на базе МКА тре-бует тщательного и глубокого исследования особенностей функционирования таких интегрированных систем. Их методология должна базироваться на принципах систем-ного, комплексного подхода и использовать возможности современных информаци-онных технологий анализа и синтеза сложных систем.
В данной статье рассматриваются результаты разработки одного из вариантов создания инструментальных средств имитационного моделирования процесса интегрированного функ-ционирования космической системы наблюдения и комплекса ракетного оружия на мор-ском театре военных действий. Созданный инструментарий представляет собой информаци-онно-моделирующую систему (ИМС) комплекса средств наблюдения и воздействия (КСНВ).
КСНВ - это совокупность объединенных в единую автоматизированную систему комплекса средств наблюдения космического базирования, системы боевого управления и связи и комплекса средств воздействия, оснащенного ракетным оружием. Процесс разработки и создания КСНВ характеризуется целым рядом важнейших аспектов: жест-кими требованиями к эффективности их целевого применения и минимизации затрат на разработку и создание; сложностью как самих комплексов и средств, так и процес-сов их целевого применения; многоэтапностью процессов разработки и внедрения, а также малосерийностью и уникальностью комплексов и средств.
Особенности интегрированного применения КСНВ требуют их системного проекти-рования как единого комплекса. При этом важное значение приобретают этапы матема-тического и имитационного моделирования, поскольку они должны обеспечивать возмож-ность оперативного и системного анализа интегральных показателей эффективности по-строения и применения различных вариантов комплексов в целом, а также качества его отдельных подсистем и их влияния на интегральные показатели. Моделирующие систе-мы, необходимые для реализации данного этапа, открывают возможность решения цело-го ряда задач военно-научного, технического и даже маркетингового характера.
Разработанная ИМС представляет собой реализованную на универсальной вычислитель-ной технике автоматизированную систему, которая позволяет решать следующие задачи: осуще-ствлять ввод, отображение и оценку стратегической и оперативной обстановки в космосе и непосредственно на ТВД; выявлять места нахождения и оперативное построение группиро-вок войск противоборствующих сторон; определять состав задач и диапазон возможностей боевых систем; осуществлять выбор оптимальных способов применения информационных систем и комплексов оружия различных видов базирования; моделировать и визуально ото-бражать двухсторонние действия с применением комплексов оружия и космических инфор-мационных систем; проводить оперативный всесторонний анализ результатов моделирова-ния и качества процессов функционирования комплексов наблюдения и воздействия.
На функциональном уровне ИМС реализована в виде совокупности взаимосвязан-ных автоматизированных рабочих мест, соответствующих базовым компонентам про-тивоборствующих сторон. Основным объектом исследования является процесс дуэльно-группового взаимодействия (рис. 1).
В процессе дуэльно-группового взаимодействия принимают участие четыре основ-ных компонента:
комплекс средств наблюдения (КСН), включающий в свой состав орбитальную сис-тему (ОС) малых космических аппаратов наблюдения, наземный комплекс управле-ния (НКУ) и наземный специальный комплекс (НСК);
система боевого управления и связи (СБУиС), состоящая из органов военного упра-вления различных уровней;
совокупность комплексов средств воздействия (КСВ), состоящих из пунктов управ-ления (ПУ) и систем высокоточного оружия (ВТО) ;
противник, оснащенный системами радиоэлектронной борьбы, противовоздушной обороны и противоракетной обороны.
Наземный комплекс управления состоит из главного испытательного цен-тра испытаний и управления (ГИЦИУ) и отдельных командно-измерительных комплексов (ОКИК). Наземный специальный комплекс включает в свой состав центр сбо-ра и обработки информации (ЦСОИ) и совокупность пунктов приема информации (ППИ).
Информационно-моделирующая система позволяет исследовать различные вари-анты каналов передачи целевой информации об оперативной обстановке на ТВД, по-лучаемой орбитальными средствами через высшие органы управления, штабы объеди-нений и соединений, а также мобильные пункты приема и обработки информации (МППОИ), находящиеся на исследуемом ТВД.
Рассматриваемый объект моделирования определяет соответствующую сложность самой моделирующей системы и процесса ее создания. В этой связи процесс разработ-ки ИМС, на наш взгляд, целесообразно начать с этапа создания некоторого первичного варианта системы, с одной стороны, обеспечивающего возможность функционально полного моделирования только одного конкретного варианта комплекса, а с другой - характеризующегося широкими адаптивными функциями и представляющего собой необходимую и достаточную основу для создания полномасштабной информационно-моделирующей системы всего класса комплексов средств наблюдения и воздействия.
В статье такой вариант моделирующей системы назван базовой конфигурацией. В качест-ве объекта моделирования рассматривается комплекс средств наблюдения и воздействия, включающий космическую систему наблюдения на основе одного конкретного типа МКА с радиолокационной аппаратурой наблюдения и комплексы средств воздействия на основе одного конкретного типа ракетного вооружения морского базирования.
К функциям, реализуемым базовой конфигурацией моделирующей системы, предъявляется ряд требований. Важнейшими среди них являются оперативность и аде-кватность моделирования, удобство варьирования основными тактико-техническими характеристиками сил и средств КСНВ, противника и внешней среды, наглядность визуального отображения процессов функционирования составляющих частей КСНВ, простота нанесения оперативной обстановки на карту ТВД. Наиболее эффективный путь, удовлетворяющий двум последним требованиям, - использование геоинформа-ционной системы (ГИС) с набором необходимых электронных карт местности.
По итогам выполнения работ, нацеленных на создание базовой конфигурации ИМС, были решены три группы задач: обоснование функциональной, технической и информационной структур базовой конфигурации ИМС; разработка математических моделей функционирования основных составляющих частей КСНВ и обоснование не-обходимых уровней их детализации; обоснование состава, структуры и разработка ма-тематического и программного обеспечения моделирования и визуального отображе-ния процессов функционирования составляющих частей и КСНВ в целом (рис. 2).
Каждая из этих моделей представляет собой совокупность программных средств, обеспечивающих возможности формирования облика, задания тактико-технических хара-ктеристик и стратегий применения составляющих компонентов КСНВ, а также моделиро-вания и визуального отображения процессов их функционирования. Системообразующие функции данной схемы выполняет блок планирования эксперимента и оценки эффек-тивности целевого применения выбранного варианта КСНВ в заданных условиях опера-тивной обстановки дуэльно-группового взаимодействия с противником.
Формирование конкретного варианта облика КСНВ осуществляется интерфейсными средствами имитационных моделей, входящих в состав автоматизированных рабочих мест комплекса средств наблюдения, системы боевого управления и связи и комплекса средств воз-действия. Часть экранных «окон» интерфейса обеспечивает возможность выбора из соответст-вующих баз данных типа используемых средств наблюдения, воздействия, а также задания конкретных значений их тактико-технических характеристик. Другая часть «окон» реализует функцию визуального отображения процессов функционирования компонентов КСНВ.
В моделирующей системе эффективно реализованы возможности по выбору соста-ва орбитальной группировки комплекса средств наблюдения и ее баллистического по-строения. Отображение орбитального построения космической системы наблюдения может осуществляться как в пространственном представлении, так и в виде совокуп-ности трасс полета на электронной карте Земли.
С помощью средств ГИС на карту наносится дислокация элементов наземной инфра-структуры космической системы наблюдения. При необходимости устанавливаются мо-бильные пункты приема информации и задается требуемая конфигурация системы бое-вого управления и связи. Для всех составляющих частей наземной инфраструктуры ком-плекса средств наблюдения определяются технические характеристики, уровень функционального ресурса, степень подготовленности личного состава.
Оперативная обстановка непосредственно на ТВД наносится с помощью соответ-ствующей электронной карты района и средств ГИС. Интерфейс позволяет наносить на карту условные обозначения состава сил и средств взаимодействующих сторон, за-давать требуемое местоположение объектов, их скорость и курс движения.
Кроме того, данный интерфейс дает возможность выбирать и отображать внешний вид конкретных типов объектов противоборствующих сторон, а также используемых средств воздействия, носителей комплексов вооружения и объектов-целей. Здесь же ото-бражаются или (при необходимости) задаются все основные тактико-технические харак-теристики, параметры и зоны действия систем ПВО, ПРО и РЭБ.
После задания всех активных элементов дуэльно-группового взаимодействия и их ТТХ по выбранному оператором сценарию осуществляется имитационное моделирова-ние противоборства. Отображается динамика полета и процесс целевого применения каждого МКА и их орбитальной системы в целом. При этом основные усилия сосре-дотачиваются на процессе получения целевой информации об оперативной обстанов-ке на ТВД с помощью космических средств радиолокационного наблюдения.
В соответствии с фактической оперативной обстановкой моделируется процесс функ-ционирования бортовой аппаратуры наблюдения МКА и формируется радиолокационное изображение района ТВД, по которому составляется формуляр целей. В нем представляется информация о типе и классе целей, их координатах местоположения на фиксированный момент времени, скорости и курсе движения, а также значение вероятности их достоверной классификации. Данный формуляр передается комплексу средств воздействия через систе-му боевого управления и связи или непосредственно через мобильный пункт приема ин-формации. При этом целевая информация может передаваться как в виде указанного фор-муляра целей, так и в виде электронной рабочей карты командира объединения (соедине-ния) - потребителя космической информации в рассматриваемом районе ТВД.
Непосредственно боевые действия моделируются и отображаются на электронной кар-те ТВД. Моделирующая система обеспечивает возможность изменять масштаб временной шкалы исследуемого процесса, вводить необходимые оперативные скачки времени, реализовывать двусторонние игровые ситуации. По итогам имитационного моделирования оцениваются статистические показатели качества выполнения целевых задач отдельными компонентами КСНВ, эффективность применения комплекса в целом, а также вклад ко-смического компонента и отдельного МКА в достижение заданного эффекта.
При разработке базовой конфигурации информационно-моделирующей системы КСНВ были реализованы основные требования к ней: единое информационное обеспече-ние всех задач, достаточно адекватное описание процессов при приемлемой оперативности моделирования, открытость и адаптивность за счет обеспечения возможности наращивания баз данных, эффективное использование достоинств ГИС. Тем не менее, рассмотренный ва-риант моделирующей системы является лишь ее ядром, необходимым для дальнейшего на-ращивания и совершенствования. Некоторые функциональные возможности ограничены кругом имитационного моделирования и задачами анализа эффективности интегрирован-ного применения космических средств наблюдения и наземных комплексов оружия.
Полномасштабная реализация разрабатываемой ИМС открывает возможность си-стемного моделирования, наглядного анализа процессов взаимодействия средств на-блюдения и воздействия в различных условиях обстановки, оперативного оценивания вклада космического компонента в достижение целей применения КСНВ в целом, обоснованного формирования тактико-технических требований к перспективным комплексам средств наблюдения и воздействия.
В заключение следует отметить, что внедрение разрабатываемой системы позволит: по-высить качество и сократить временные и финансовые затраты на проведение научных исследований, связанных с разработкой новых образцов вооружения; овладеть методо-логией и инструментарием комплексной оценки эффективности применения систем наблюдения и воздействия морского, наземного, воздушного и космического базирова-ния в реальных условиях оперативной обстановки; сократить экономические затраты на проведение полигонных испытаний перспективных комплексов вооружения; разрабо-тать практические рекомендации для командиров и штабов видов и родов войск по бое-вому применению конкретных образцов оружия и военной техники; отработать спосо-бы информационного взаимодействия различных структурных подразделений войск (сил); повысить эффективность маркетинговых и презентационных мероприятий.
Материал подготовлен авторским коллективом в составе: В.Ф. Фатеев, В. И. Горбулин, В.В. Ефимов, Д.О. Лебедев, A.M. Елисеев, А.Г. Виноградов. Исследования выполнены при поддержке Совета по фантам Президента РФ, грант № НШ-2355-2003. 9.
