ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВКО - ИСКУССТВО И НАУКА
Воздушно-космическая оборона №3, 2011 г.
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВКО - ИСКУССТВО И НАУКА
Математическое моделирование как инструмент для обоснования системы воздушно-космической обороны
ЗСУ-23-4 «Шилка». Подготовка к боевой стрельбе. Полигон Ейск
С. Ягольников, начальник НИЦ ПВО (г. Тверь) 4-го ЦНИИ МО РФ, доктор технических наук, профессор,заслуженный деятель науки РФ
А. Травкин, заместитель начальника НИЦ ПВО (г. Тверь)4-го ЦНИИ МО РФ по научной работе,кандидат технических наук, старший научный сотрудник
А. Каменев, начальник отдела НИЦ ПВО (г. Тверь)4-го ЦНИИ МО РФ, кандидат технических наук,старший научный сотрудник
А. Беломытцев, начальник отдела - заместитель начальника управления НИЦ ПВО (г. Тверь) 4-го ЦНИИ МО РФ,кандидат военных наук
Основой для обоснования построения и перспектив развития системы воздушно-космической обороны (ВКО) является методология, базирующаяся на принципах системного подхода и комплексного целевого планирования. Важной отличительной чертой этой методологии является сочетание теоретических и экспериментальных методов исследований
Важнейшей составной частью методологии является иерархическая система моделирования. Она позволяет эффективно преодолевать трудности исследования сложных систем. А комплекс экспериментальных методов позволяет получать исходные данные, которые невозможно с достаточной степенью достоверности оценить теоретическими методами.
В НИЦ ПВО 4-го ЦНИИ МО РФ разработана и функционирует система моделирования для анализа и синтеза группировок ПВО (ВКО).
Система моделирования обеспечивает исследования по обоснованию тактико-технико-экономических характеристик вооружения ПВО, состава и построения группировок ПВО, оценки их боевой эффективности и расчет экономических показателей.
Полигон Ашулук. Низковысотный обнаружитель ЗРС С-300 ПМ.Учения «Боевое содружество-2011»
В основу формирования и развития системы моделирования положены следующие основные принципы:
1. Соответствие структуры системы моделей структуре направлений исследований, проводящихся в интересах обоснования перспектив развития вооружения и научно-технического сопровождения этих разработок.
2. Структурно-функциональное подобие, то есть ориентация моделей на системы (образцы) вооружения и организационные единицы ВВС-ПВО (ВКО).
Важнейшее место в системе моделирования занимают интерактивные имитационные комплексы моделирования, обеспечивающие возможность исследования сценариев форм крупномасштабного применения СВКН и группировок ВКО в виде игрового имитационного машинного эксперимента.
Создание такого рода комплексов моделей осуществляется научными коллективами в течение длительного времени. Такие комплексы должны обеспечивать решение широкого круга задач, связанных с получением количественных оценок эффективности группировок ПВО оперативно-стратегического уровня. В крупном плане к ним можно отнести следующие задачи:
обоснование направлений развития системы вооружения ПВО;
обоснование планов строительства системы ПВО;
проведение расчетов в интересах мероприятий оперативной подготовки - военных игр, командно-штабных и войсковых учений.
Во 2-м НИИ МО с начала 1980-х гг. были начаты испытания созданной в рамках НИР «Замысел» имитационной системы моделирования форм применения СВКН-ПВО - комплекса математических моделей (КММ) «Замысел-2». Первые образцы КММ были реализованы на ЭВМ ЕС-1022, 1030.
Появление высокопроизводительных ЭВМ ЕС-1045, 1061, 1066 позволило начать применение КММ «Замысел-2» в 24-м ЦВЦ и ОУ ГШ В ПВО, 39-м ГВЦ и ЦВСИ ГШ ВС.
КММ «Замысел-2» был введен в опытную эксплуатацию в ГШ В ПВО в 1986 г. и принят на применение Директивой НГШ от 5.03.1990 г. В ЦВСИ ГШ ВС РФ КММ «Замысел-2» был принят на применение в 1992 г., а в 1994 г. утвержден начальником Генерального штаба ВС РФ в качестве основного методического аппарата исследований оперативно-стратегических проблем ПВО.
В течение этого периода КММ «Замысел-2» использовался при подготовке и проведении военных игр и крупномасштабных учений В ПВО. С его помощью исследовались возможности по отражению воздушных наступательных операций военных блоков на различных ТВД силами Единой системы ПВО страны и ВС. Прогнозировались последствия локальных конфликтов, оценивались структуры управления и взаимодействие объединенных сил ПВО видов ВС и т. п.
После слияния Войск ПВО и ВВС средствами КММ «Замысел-2» исследовались многие проблемы, заданные директивами Генерального и Главных штабов видов ВС РФ, планами совместных работ с НИУ МО РФ.
В конце 1990-х гг. во 2-м ЦНИИ МО РФ началась разработка КММ «Селигер», который является дальнейшим развитием КММ «Замысел-2», на основе использования новых информационных технологий. В настоящее время разработана и проходит опытную эксплуатацию базовая версия этого комплекса (рис. 1).
Комплекс обеспечивает возможность имитации двустороннего конфликта, в котором учитываются системы объектов сторон, их группировки ПВО и группировки СВН.
Система ввода исходных данных комплекса обеспечивает задание в интерактивном режиме информации для моделирования. Информация, используемая в КММ, по содержанию представляет совокупность количественных данных, характеризующих исходную обстановку во всех ее аспектах (оперативных, тактических, технических, временных и т. д.), которые учитываются при моделировании.
Вся входная информация по способу ее использования условно делится на постоянную и переменную. По структуре входная информация представляет собой формализованные таблицы, хранящиеся в базе данных.
Постоянная информации включает данные по ТТХ средств ПВО и ЛТХ СВН и, как правило, готовится заблаговременно.
К переменной информации относятся данные, характеризующие состав и построение удара СВН, применяемые ими меры по преодолению системы ПВО, а также состав и построение группировки ПВО, состояние ее боевой готовности и обеспеченности боеприпасами.
Задание переменной информации осуществляется оператором с использованием графических средств на фоне цифровой карты района боевых действий.
Модель формирования плана удара СВН позволяет в интерактивном режиме задавать план удара по обороняемым объектам с учетом противодействия группировки ПВО (рис. 2).
Программное обеспечение модели разработано на основе принципов объектно-ориентированного проектирования на языке высокого уровня С++.
Ядро КММ - модель боевых действий группировки ПВО по отражению удара СВН. Модель является имитационной и в ней воспроизводится динамика изменения пространственно-временной картины развития боевых действий. При этом в ходе боя учитывается динамика прямых и обратных связей огневых, информационных средств и средств управления противоборствующих сторон, помеховой обстановки с фиксацией событийной информации в процессе моделирования.
Модель боевых действий создана на принципах открытой архитектуры. Это обеспечивает возможность изменения типажа, состава средств и способов взаимодействия между ними, позволяет использовать частные модели и блоки моделей различной степени детализации, а также обеспечивает возможность его наращивания и совершенствования.
В составе удара СВН могут моделироваться аэродинамические СВН различных классов, а также баллистические нестратегические ракетные средства нападения. В составе группировки ПВО имитируются действия средств родов войск (ИА, ЗРВ, РТВ) и специальных войск (РЭБ-С), а также функционирование КСА КП системы управления.
Проблема адекватности модели решается на основе ее структурно-функционального подобия реальной системе и калибровки частных моделей ее элементов и подсистем на детальных моделях более низкого иерархического уровня.
В объектной структуре комплекса присутствуют объекты с разной степенью обобщения описания. Есть типовые объекты, обеспечивающие имитацию множества реальных средств разных типов путем задания соответствующих исходных данных, но есть и объекты, алгоритмы работы которых воспроизводят специфику работы специализированных средств ПВО.
Применение в модели универсального, так называемого комбинированного способа продвижения системного времени обеспечивает гибкость формализации описания динамики работы системы и минимальные затраты машинного времени.
Заряжание пушечного канала ЗПРК «Тунгуска»
Важнейшей характеристикой модели является степень детализации описания процессов в ней. Выбор целесообразной степени детализации в рассматриваемой модели имеет свою специфику. Это в первую очередь касается перспективных - разрабатываемых или предлагаемых к разработке образцов ВВТ ПВО.
На ранних этапах разработки, когда еще окончательно не определены облик образца и его ТТХ, алгоритмическое описание этого образца в модели выполняется на упрощенном логико-событийном уровне. По мере продвижения разработки и уточнения ТТХ описание образца в модели детализируется и усложняется.
В процессе имитации формируется протокол работы модели, содержащий информацию обо всех событиях, происходящих в системе. Данные протокола обеспечивают проведение ретроспективного анализа результатов моделирования с выявлением причинно-следственных связей и закономерностей динамики моделируемого процесса.
Комплекс дает возможность расчета системы показателей, характеризующих эффективность группировки ПВО (ВКО) по отражению удара СВН. Основными из них являются:
математическое ожидание числа уничтоженных целей каждого типа из состава удара средствами ПВО различных типов;
ожидаемые потери обороняемых объектов и средств группировки ПВО.
Комплекс позволяет также рассчитывать частные показатели, характеризующие качество работы подсистем группировки ПВО и отдельные наиболее существенные стороны моделируемых процессов.
Система отображения комплекса обеспечивает воспроизведение на экране мониторов с заданной скоростью пространственной картины развития боевых действий за группировку и удар в целом и по родам войск до подразделения включительно. Результаты моделирования представляются в табличной и графической формах (рис. 3).
КММ «Селигер» используется в НИЦ ПВО 4-го ЦНИИ МО РФ для решения широкого круга задач при выполнении НИОКР, директивных заданий командования, проведении командно-штабных и исследовательских учений. Наиболее полно возможности комплекса реализуются при решении следующих задач:
моделирование боевых действий при подготовке к учениям войск с целью оценки помеховой обстановки и анализа ее влияния на РЭС ПВО;
оценка боевых возможностей перспективной ЗРС СД для подготовки предложений в программу методики ее испытаний;
оценка эффективности применения АК РЛДН с выбранным вариантом бортового РТК в группировках ВВС, ВМФ и СВ;
оценка результатов нанесения ударов противником по объектам системы управления и связи;
моделирование боевых действий противоборствующих сторон на Западном и Северо-Западном СН в рамках подготовки к проведению КШТ;
исследования по разработке (уточнению) норм ожидаемых безвозвратных потерь ВВТ;
оценка эффективности боевых действий региональных группировок ПВО в Западном, Юго-Западном, Дальневосточном регионах РФ.
Следует отметить, что эволюционный характер процесса конструирования имитационной модели неизбежен и желателен, не сводится к построению одного-единственного базового варианта модели. По мере того как достигаются цели и решаются поставленные задачи, ставятся новые задачи либо возникает необходимость достижения большего соответствия между моделью и реальной системой, что приводит к доработке модели.
В настоящее время высшим военно-политическим руководством страны поставлена задача создания системы воздушно-космической обороны страны. В этой связи основными направлениями дальнейшего совершенствования КММ «Селигер» являются следующие:
наращивание базовой версии КММ блоками модулей имитации системы разведки и предупреждения о воздушном нападении (СРПВН) и командных пунктов высших звеньев управления (КП ВЗУ);
дальнейшее развитие в составе КММ компоненты РКО и отладка ее взаимодействия с базовой версией КММ (компонентой ПВО).
Блок моделей СРПВН (рис. 4) включает следующие модели.
Модель развития обстановки имитирует проведение мероприятий по подготовке и началу воздушного нападения (ВНп) путем выдачи соответствующих сообщений в хронологическом порядке в модели радиоразведки и РЛС ЗГО.
Модель функционирования радиоразведки имитирует вскрытие мероприятий по подготовке к ВНп и полетов СВН противника. Время вскрытия мероприятия (полета) определяется по результатам обработки сообщений, поступающих из модели имитации развития обстановки, и передается в модель имитации оценки обстановки и выдачи решения.
Модель РЛС ЗГО функционирует как при проведении противником мероприятий по подготовке к ВНп, так и во время боевых действий. Работа приемопередающей части РЛС имитируется заданием вероятностных характеристик обнаружения, сопровождения и классификации по классам (ВТА, ИА и т. п.) целей. Влияние полетов гражданской авиации (ГА) учитывается заданием вероятности классификации целей по типу СВН/ГА. При подготовке к ВНп по специальной методике оцениваются параметры полетов и вскрываются разведпризнаки. В период боевых действий разыгрывается возможность принятия решения о действиях СВН и формируются выходная информация о построении, составе сил и направлении полета СВН, траекторная информация.
Модель оценки обстановки и выдачи решения обеспечивает:
объединение информации от РЛС ЗГО о вскрытых мероприятиях и полетах авиации противника;
вскрытие факта и этапа подготовки противника к ВНп;
выдачу сигналов предупреждения в модели РИЦ ЦКП ВВС (ВКО) и РИЦ КП Командований ВВС и ПВО (К ВВС и ПВО).
Решение о вскрытии мероприятия (полета) принимается по данным одного или двух источников. При принятии решения о вскрытии полета корректируется оцениваемая группировка СВН.
Информация от СРПВН используется для принятия решений на КП ВЗУ. Состав блока моделей КП ВЗУ и их работа в динамике приведены на рис. 5.
Так как не все вопросы, решаемые на этих КП, поддаются формализации, в состав блока включены модели лица, принимающего решения (ЛПР).
Модель ранжирования объектов работает заблаговременно и между ударами СВКН. Она обеспечивает определение количественных значений вклада каждого объекта ВС, экономики и инфраструктуры в регионе конфликта в обеспечение обороноспособности страны.
Основное назначение моделей, работающих на этапе непосредственной подготовки, - обеспечить усиление группировки мирного времени в регионе конфликта средствами ПВО и (или) ударной авиации. Эти модели работают в следующей последовательности.
Модель определения соотношения сил обеспечивает расчет показателей: степени превосходства одной из сторон над другой и потребности в средствах ПВО и (или) ударной авиации для реализации заданного ЛПР соотношения.
На основе полученных показателей ЛПР определяет состав сил ПВО (ИА и ЗРВ), привлекаемых для усиления исходной группировки с учетом располагаемого времени, и осуществляется распределение ИА по аэродромам базирования и средств ЗРВ по объектам. Далее вскрывается воздушное направление (ВН) главного удара СВН, на основе чего ЛПР принимает решение о назначении части ИА с второстепенных ВН в резерв Главного командования (ГК) для усиления К ВВС и ПВО (оперативно-стратегического командования - ОСК ВКО) на направлении главного удара (НГУ). Далее работает модель выработки предложений на использование резерва ИА на НГУ путем маневра ИА между соседними К ВВС и ПВО (ОСК ВКО).
В процессе боевых действий на ЦКП согласовываются усилия войск на стыках К ВВС и ПВО, а на КП К ВВС и ПВО аналогичная модель согласовывает усилия на стыках бригад ВКО.
РЛС 22Ж6 «Десна» на полигоне Ашулук. Учения «Боевое содружество-2011»
На КП К ВВС и ПВО (ОСК ВКО) при ведении боевых действий работают еще три модели:
модель прогнозирования распределения СВН по ВН и рубежам боевых действий (РБД) рассчитывает прогнозные значения числа СВН, действующих на РБД ВН, и эффективность боевых действий на РБД;
модель вскрытия НГУ СВН выбирает в качестве такового - ВН с максимальным значением его важности;
модель сосредоточения усилий на НГУ определяет рациональный вариант маневра огнем ЗРК СД-ДД, перенацеливания ИА между ВН и использования резерва ГК.
Вторым основным направлением развития КММ «Селигер» является его наращивание компонентой РКО.
Разработка зарубежными государствами перспективных СВКН (ГЗКР, ПГЧ и др.), а также распространение ракетных технологий в государствах третьего мира потребовали объединения усилий систем ПВО и РКО и исследования их в едином процессе борьбы с СВКН, что вызывает необходимость создания соответствующей единой информационно-моделирующей базы.
Основными предпосылками интеграции ПВО и РКО являются:
общность задач борьбы с перспективными СВКН в воздушно-космическом пространстве, которые должны выполняться в едином контуре управления силами и средствами ПВО и РКО (ВКО РФ);
взаимное перекрытие зон действия перспективных средств ПВО и РКО, а также взаимное дополнение друг друга в рамках единого информационного и огневого поля ВКО РФ.
Базовая версия компоненты РКО включает следующие блоки моделей.
В блоке задания сценариев ударов СВКН работу компоненты РКО обеспечивают модели:
задания сценариев ударов МБР;
задания сценариев ударов с применением нестратегических БР (НБР);
оптимизации распределения ракет по объектам удара;
задания сценариев со средствами космического базирования.
В блоке моделей имитации целевой и помеховой обстановки работу компоненты РКО обеспечивают:
модель имитации баллистических ракетных средств нападения;
модель имитации средств космического базирования.
Блок моделей СПРН включает модели:
КП (ЗКП) РКО и СПРН;
космической системы обнаружения стартов;
надгоризонтных радиолокационных станций различных типов.
Блок моделей СККП и ПКО имеет в своем составе:
модель командного пункта СККП и ПКО;
модели источников информации о КО и космической обстановке;
комплекс моделей противоспутниковых средств и средств защиты КА.
Блок моделей стратегической ПРО включает модели командно-вычислительного пункта системы, МРЛС, стартовых позиций и противоракет.
Информация, хранящаяся в БД в части РКО, включает ЛТХ МБР, НРСН, КА, каталог космических объектов, ТТХ средств РКО.
Ведущая роль в разработке моделей РКО принадлежит головной организации промышленности в этой области ОАО «МАК «Вымпел». За последнее время НИЦ ПВО 4-го ЦНИИ МО РФ и МАК «Вымпел» была проделана значительная работа по комплексированию моделей ПВО и РКО в единый программный продукт. В качестве компоненты ПВО в его состав был включен КММ «Селигер», а в состав компоненты, разработанной МАК «Вымпел», вошли модели специализированных информационных и огневых средств для борьбы с нестратегическими ракетными средствами нападения. Этот моделирующий комплекс успешно прошел испытания.
На полигоне Ейск огонь ведет ЗРК «Стрела-10СВ»
В заключение необходимо отметить следующее. В обосновании системы вооружения ВВС особую значимость имеют разработанные на лабораторно-экспериментальной базе (ЛЭБ) НИЦ ПВО 4-го ЦНИИ МО РФ полунатурные модели прогнозирования уязвимости и эффективной поверхности рассеивания существующих и перспективных летательных аппаратов. Основная часть ЛЭБ аттестована, имеет Государственный сертификат. Результаты, полученные на средствах ЛЭБ, используются, в частности, в качестве исходных данных в КММ «Замысел-2» и «Селигер».
