Опубликовано: 24.09.2002, 17:55
 

Истребитель становится умнее

Перспективному истребителю необходимы бортовые интеллектуальные системы


[image]

Тенденции развития боевой авиационной техники в мире убедительно показывают, что сравнительная оценка ее качества проводится не столько по критерию "выше - быстрее - дальше", сколько по критерию "выше - быстрее - дальше - умнее" с перемещением последней компоненты все ближе к началу.

Самолеты предыдущих поколений совершенствовались, в основном, за счет своих аппаратно-технических составляющих, аэродинамической компоновки, мероприятий по уменьшению заметности. Бортовые информационные системы с помощью ряда новых технических решений и совместной обработки информации от устройств и систем, работающих на разных самолетах группы и в разных частотных диапазонах, существенно расширили способность экипажа контролировать внешнюю и внутрибортовую обстановку. Возможности самолетных исполнительных устройств по воздействию на внешнюю среду (ракеты класса "воздух - воздух" и "воздух - поверхность", применение оружия с другого самолета, новые виды информационных помех) значительно возросли. Однако класс задач, которые при этом решает бортовая аппаратура, остался прежним.

Традиционно все задачи по выбору текущей цели полета и нахождения рационального пути ее достижения конструктора оставляли экипажу. Разработчики нагружали этими задачами экипаж до тех пор, пока он не столкнулся со своеобразными "барьерами" (информационным и интеллектуальным).

На современных боевых самолетах летчик работает на пределе своих интеллектуальных и психофизических возможностей. В связи с этим возникает практическая потребность в использовании на борту истребителя специальных средств, позволяющих, с одной стороны, оказать существенную помощь летчику в условиях полета, с другой - повысить степень автоматизации и надежности оборудования. Техническая реализация этих средств основана на разработке бортовых экспертных систем, внедряемых в авионику перспективных самолетов.

Деятельность летчика включает в себя оперативное и безошибочное обнаружение и осознание возникшей проблемы; выявление возможных способов ее разрешения; выбор среди них наиболее рационального способа разрешения этой проблемы; реализацию выбранного способа; контроль результатов своей деятельности, При этом ни отсутствие необходимой информации, ни недостаток времени для ее анализа не освобождают летчика от необходимости к определенному моменту времени принять соответствующее решение. Именно в такой обстановке бортовая экспертная система призвана давать рекомендации летчику на решение возникающих перед ним проблем.

Режимы применения истребителя отличаются быстротечностью и высокой загруженностью летчика. Так, до 80% общего времени он тратит на групповое взаимодействие, распознавание внешней обстановки, анализ, принятие решений и ручные действия с режимными пультами. Нагрузка носит интеллектуальный характер, а дефицит времени создает психическую напряженность. Введение бортовых интеллектуальных систем призвано разгрузить летчика-оператора от сложной интеллектуальной работы по анализу и оценке обстановки; повысить безошибочность принимаемых решений; устранить разницу в квалификации, характере и психическом состоянии летчиков.

К настоящему времени пришло понимание того, что достичь резкого повышения эффективности боевого применения и выживаемости самолета возможно только путем совершенствования интеллектуальной составляющей "ядра" бортового комплекса, то есть той совокупности алгоритмов БЦВМ и алгоритмов деятельности экипажа, которая сейчас называется "бортовым интеллектом" и которая из набора разрозненных систем бортового оборудования создает функционально целостный комплекс, нацеленный на выполнение задач боевого вылета.

Результаты проведенных НИР, совершенствование бортовых вычислительных, измерительных и исполнительных устройств боевых самолетов дают возможность разработать и реализовать на их борту алгоритмы и системы нового типа, способные обеспечивать решение тактических задач путем оперативных рекомендаций и подсказок экипажу.

Для решения таких задач создан научно-технический задел в виде структуры "ядра" с включением нового класса интеллектуальных систем - бортовых оперативно-советующих экспертных систем (БОСЭС) типовых ситуаций полета. Такие системы оказывают интеллектуальную помощь при выборе способа достижения текущей цели полета (тактические задачи) с использованием базы знаний, сопоставимой со знаниями лучших летчиков и экспертов-профессионалов.

Для облегчения восприятия и переработки летчиком огромного объема информации, повышения эффективности его деятельности, освобождения от рутинных операций на современных боевых самолетах широко используются такие электронные средства, как системы автоматического управления, комплексные системы управления вооружением и полетом, а также системы дистанционного управления, улучшения устойчивости и управляемости, ограничительных сигналов и другие. Однако полная автоматизация режимов управления и пилотирования самолета на боевых режимах не обеспечивает решения многих тактических и траекторных задач, особенно в условиях воздействия непредвиденных факторов реального полета и противодействия противника. Летчики достаточно аргументированно не соглашаются с полной автоматизацией, желая в ряде случаев, чтобы им оказывалась лишь ненавязчивая помощь или консультация.

Проведенное в Военно-воздушной инженерной академии имени Н.Е.Жуковского исследование путем опроса около 200 российских летчиков фронтовой истребительной авиации определило, на каких этапах и при решении каких задач наиболее эффективна интеллектуальная поддержка экипажа, в какой форме летчику удобнее взаимодействовать с экспертными системами. Выяснено, что наиболее высокая степень приоритетов необходимости поддержки задач приходится на такие этапы как планирование полета (25,6%), полет в район целевого применения (26,6%), боевое маневрирование (25,8%). Больше всего на этапе боевого маневрирования летчики хотели бы иметь интеллектуальную поддержку на оперативно-тактическом уровне и автоматизацию на уровне реализации принятого решения.

При разработке интеллектуальных систем следует ориентироваться на различные формы автоматизации подсказок летчику в зависимости от решаемых задач. Режим "консультация", когда подсказка формируется лишь после соответствующего запроса летчика, предпочтителен при подготовке и перепланировании полетного задания и на некоторых этапах групповых действий. Регулярные пассивные (реализуемые только по команде летчика) подсказки желательны при решении задач навигации (следования по маршруту), распознавания и ранжирования целей, при выработке тактических приемов и применении средств поражения. Системы поддержки при управлении средствами РЭБ и при отказах бортовых систем могут работать в автоматическом режиме с информированием летчика о принятии и исполнении решения. При создании систем интеллектуальной поддержки необходимо особое внимание уделить речевому и визуально-графическому способам взаимодействия с летчиком.

Интеллектуальные системы привлекают заказчиков и конструкторов возможностью существенно повысить качество работы системы "экипаж - бортовая аппаратура - самолет". Такая возможность заявлена и показана в демонстрационных и исследовательских образцах ряда бортовых экспертных систем.

Экспертными системами дальнего воздушного боя занимаются в нескольких исследовательских организациях разных стран. В зарубежных разработках, в первую очередь на борту новых истребителей F-22, F-35, а также модернизируемых самолетов F-15, F/A-18 и вертолетов, планируется размещение ряда экспертных систем типа "помощник летчика" (Pilot"s Associate). Некоторые из этих систем имеют достаточную глубину проработки предметной области и моделирования на универсальных вычислительных машинах. Для режима дальнего воздушного боя в России, США, Великобритании разработаны исследовательские прототипы бортовых экспертных систем. Наиболее продвинутой в направлении совершенствования базы знаний оказалась осуществленная в США разработка экспертной системы, функционирующей в беспомеховой ситуации дальнего воздушного боя, которая последние 4 - 5 лет проходит стадию отработки с профессиональными летчиками на динамических стендах в реальном масштабе времени. К этому следует добавить разрабатываемую в Израиле экспертную систему, обеспечивающую решение задачи ввода в бой группы истребителей при выполнении ими перехвата эскортируемых ударных воздушных сил противника.

Одним из факторов, используемых в США при разработке истребителя 5-го поколения по программе JSF, явилось требование соответствия авионики самолета концепции "интеллектуализации" процессов управления самолетом и его вооружением. Еще на выставке Фарнборо-2000 фирмой Боинг при демонстрации кабины самолета JSF в режиме виртуальной реальности было показано использование бортовых экспертных систем, обеспечивающих анализ текущей обстановки и выработку инструкции о целесообразных действиях, в том числе при оперативном перепланировании полетного задания.

В России и других авиационных державах получают развитие системы, помогающие экипажу решать задачи атаки маневрирующей цели, оказывающей огневое и помеховое противодействие с оптимизацией маневра выхода в условия применения оружия и маневра уклонения от ракеты противника, советующие системы контроля топлива на борту и выбора аэродрома посадки и другие. Разрабатываемые в России и за рубежом бортовые экспертные системы в настоящее время проходят этап внедрения на борт. Намечается переход к сбалансированному проектированию интегрированного авиационного комплекса, в котором основные элементы - самолет, вооружение, бортовое оборудование, бортовой интеллект - получают равномерное и максимально возможное развитие.

Экспертные системы на борту перспективного российского самолета будут обеспечивать работу комплекса в различных типовых боевых ситуациях, включая этапы навигации и выхода в информационный контакт с целями, дальнего ракетного боя с воздушными целями, ближнего воздушного боя, дальнего и ближнего боя с целями на поверхности. Каждый из указанных этапов и режимов полета выполняется с использованием отдельной экспертной системы. В число задач, решаемых членами экипажа с помощью интеллектуальных систем БОСЭС, входит:

  • прокладка и контроль маршрута, взаимодействие с другими самолетами группы и внешними пунктами наведения, контроль достаточности топлива и времени;

  • нахождение и распознавание целей;

  • выбор тактики и приемов боя:

  • подготовка систем оружия и средств информационного противодействия;

  • выбор боевой траектории и управление самолетом;

  • принятие решения на применение оружия и помех;

  • управление бортовыми информационными устройствами; контроль за работой бортовых систем, локализация и устранение неисправностей.
На перспективных самолетах алгоритмы БЦВМ будут в партнерстве с экипажем решать новый для существующих самолетов класс задач, так называемые "тактические" задачи. Решение таких задач требует использования бортовых интеллектуальных систем (БОСЭС).

Так, создаваемая в России (ГосНИИАС) базовая бортовая оперативно-советующая экспертная система "Дуэль" обеспечивает интеллектуальную поддержку при принятии летчиком истребителя решений в дальнем ракетном воздушном бою. В процессе ведения боя система помогает летчику выбрать один из способов борьбы с активным противником, касающихся особенностей управления самолетом, назначения момента пуска ракет и применения помех. Вся предметная область, в которой функционирует рассматриваемая экспертная система, разбивается (по условиям протекания и решаемым летчиком задачам) на несколько самостоятельных сценариев. Для типовой боевой ситуации "Дальний ракетный бой" выделено пять сценариев:

- "обеспечение преимущества",

- "нападение",

- "нападение с защитой",

- "защита",

- "обеспечение информацией".

БОСЭС берет на себя задачи по оценке ситуации, выбору проблемных фрагментов, анализу возникающих проблем, выбору наиболее рационального способа их разрешения и предъявляет летчику рекомендацию на конкретный способ противодействия и краткое пояснение к ней.

БОСЭС "Дуэль" формирует текущую рекомендацию, касающуюся трех способов противодействия противнику в дальнем бою - маневренного, огневого, помехового.

Маневрирование истребителем выполняется для достижения таких целей:

- создание наилучших условий для пуска своей ракеты;

- ухудшение условий для пуска ракеты противником;

- защита от пущенной ракеты противника.

Множество маневров, рассматриваемых в базе знаний разработанного прототипа БОСЭС, включает в себя маневры в вертикальной плоскости (тактический набор, тактическое снижение) и маневры в горизонтальной плоскости (тактический отворот, гарантированный отворот).

Огневое противодействие противнику представлено в базе знаний тремя видами пусков ракеты - пуск с максимальной разрешенной дальности, пуск с дальности эффективного пуска, пуск с дальности гарантированного пуска.

При третьем способе противодействия противнику - помеховом - имеется возможность применения двух видов помех: активных и пассивных. Взаимодействие БОСЭС с летчиком строится по принципу оповещательно-советующих систем -рекомендации только предъявляются ему на индикаторе. При необходимости БОСЭС дает летчику также краткое пояснение (подсказку) к рекомендуемому способу разрешения текущей проблемы и временную перспективу последующих событий, которые могут быть при развитии сложившейся на данный момент ситуации, если летчик не выполнит текущую рекомендацию.

Вместо заключения

Одной из главных отличительных особенностей новых самолетов становится наличие на их борту интеллектуальных систем, оперативно решающих тактические задачи.

Внедрение интеллектуальных систем расширяет функциональные возможности бортового оборудования, связанные с управлением, оценкой боевой обстановки, боеспособностью самолета и всех систем. Они позволяют значительно снизить нагрузку и оказать помощь летчику в боевых ситуациях, оценить степень угрозы самолету со стороны воздушных и наземных средств поражения.

Новый класс систем - бортовые оперативно-советующие экспертные системы типовых ситуаций полета - предназначены для оказания интеллектуальной помощи при решении указанных задач.

Для повышения конкурентоспособности и достижения высокого уровня российских разработок усилия направляются на создание, отработку и внедрение базовых образцов бортовых оперативно-советующих экспертных систем, что дает возможность существенно поднять эффективность боевого самолета. Системы интеллектуальной поддержки БОСЭС обеспечивают полное использование возможностей самолета и качественное решение новых задач.

 

Дайджест прессы за 24 сентября 2002 года | Дайджест публикаций за 24 сентября 2002 года
Авторские права на данный материал принадлежат журналу «Вестник авиации и космонавтики». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Связи: Компания Boeing в России и СНГ (в процессе тестирования)