Никакая виртуальная реальность не заменит натурных испытаний, но сделает их осмысленнее и дешевле
Статью о необходимости реформирования научных заведений ВМФ («Ложные цели морской науки») поддержали все так или иначе причастные к теме. Начальство возмутилось, предлагали даже писать опровержение, но по факту пар ушел в свисток – опровергнуть реальность невозможно, а написано было все исключительно по делу.
Казалось бы, примите вы конструктивную критику как должно, сделайте выводы. Ан нет, и словно ответом на статью стал ряд новаций. Скажем, введение в состав дежурно-вахтенной службы научных центров помощника дежурного по пожарной безопасности. Теперь уже три (!!!) офицера (а это научные сотрудники) на протяжении двух суток бьют по сути дела баклуши вместо выполнения своих прямых обязанностей. Кроме того, последовало негласное указание о неприеме на работу на должности гражданских специалистов офицеров, увольняющихся не по предельному возрасту. Похоже, Военно-морская академия все же решила разнести вдребезги и те осколки науки, которые удавалось сохранить.
Моделирование – путь познания
Однако оторвемся от реальности, она печальна. Откроем двери нашей «лаборатории Будущего». В № 32 «ВПК» за 2020 год «лаборатория» объявила о закладке на виртуальных верфях нового противолодочного катамарана, оснащенного мощным всечастотным гидроакустическим оборудованием, работающим на принципах мультистатики, противолодочными вертолетами и автономными подводными аппаратами, а в № 38 «ВПК» – там же заложила непосредственно автономный подводный робот-убийцу «Восьминог».
Каковы же главные инструменты создания противолодочника и подводного робота? Безусловно, это имитационное моделирование. Неплохо, конечно, создать макет корабля уменьшенного размера, макеты гидроакустической и радиолокационной аппаратуры с масштабируемыми размерами и частотами. Но, к сожалению, это очень дорого. К тому же в условиях развития цифровых технологий решение задачи моделирования можно и нужно возложить на компьютер. Программные имитационные модели – это, конечно, только первый шаг на пути, который по уму должен окончиться натурным экспериментом, зато можно учесть массу условий применения моделей, к тому же программа гораздо дешевле натурных макетов, участвующих в эксперименте. Ведь как раз сейчас в России наблюдается острая нехватка средств на решение научно-экспериментальных задач (по опыту скажу – гораздо более острая, нежели можно себе представить). Поэтому имитационную модель нашего корабля будем собирать из десятков ранее уже разработанных программных продуктов, имитирующих все процессы, связанные с деятельностью наших противолодочников.
Портрет врага
Начнем с основного для надводной и воздушной сферы средства освещения обстановки – радиолокации. Несколько лет назад был демонтирован уникальный натурный стенд, более известный как «Полигон электродинамического моделирования» (ПЭДМ). Единственный в России с водным бассейном ПЭДМ позволял получать радиолокационные портреты надводных и воздушных целей вблизи гладкой и взволнованной морской поверхности. Все оборудование сгрузили в ангар гнить и ржаветь.
Заменой ему сегодня мог бы стать программный виртуальный полигон, разработанный в период коронавирусного сидения неравнодушными «лаборантами». Полигон позволяет быстро создавать объемные модели исследуемых целей и, пользуясь новейшими методиками моделирования, создавать их радиолокационные портреты в применении к любому радиолокационному средству.
Несколько лет разработки, тестирования и верификации по результатам измерений на еще живом ПЭДМе позволили получить методику расчета радиолокационных характеристик образцов вооружения и военной техники по их 3D-моделям, которую неравнодушные «лаборанты» и реализовали. Дальнейшим развитием виртуального полигона станет вторая версия, получившая существенно большую функциональность и быстродействие. Она позволит с помощью 3D-моделей исследуемых целей получать более расширенные портреты целей: интегральную эффективную площадь рассеяния (ЭПР), зависимость ЭПР от длины волны, высоты над морской поверхностью и дальности (для ближней зоны), одномерные и двумерные диаграммы отражения и радиолокационные портреты, синограммы в применении к любому радиолокационному средству.
Аналогичный стенд разработан и для моделирования вторичных полей подводных лодок. Востребованность в использовании таких виртуальных полигонов огромная, но ведь их создание и применение не идет ни в какое сравнение с важностью противопожарной безопасности.
Экономим на торпедах
Продолжим уже имитаторами нижней полусферы – морскими глубинами.
Например, создать действующий натурный макет торпеды – это многие десятки миллионов рублей и труд десятков инженеров на протяжении нескольких лет. Такой же макет, но виртуальный, имитирующий работу всех узлов торпеды, от головки самонаведения до систем управления динамикой, – это труд команды из нескольких инженеров-конструкторов и программистов на протяжении года.
Рисунок 1. С помощью «виртуального полигона» уже «написан» радиолокационный портрет новейшего эсминца ВМС США типа «Зумвольт». «Циркон» не промахнется
Чтобы разработать алгоритмы применения противоторпедных средств – средств гидроакустического противодействия (ГПД) и антиторпед в совокупности с маневром носителя, будь то надводный корабль или подводная лодка, нужно изготовить не один десяток образцов средств ГПД, антиторпед и в различных условиях повторять эксперименты по уклонению носителя от практических торпед с применением последних. Это уже суммы, близкие к миллиарду. Подробная имитационная модель позволит выполнить эту же работу примерно в сто раз дешевле.
Оценить несуществующее
Боевой противолодочный экраноплан (кстати, следующим на закладку на наших верфях будет именно он) еще не создан, а очень хочется оценить его эффективность в борьбе с подводными лодками супостата. Компьютерная модель позволит сымитировать и уровень шума от рева турбин машины, и динамику «подскока», и постановку противолодочных средств – опускаемой станции и радиогидроакустических буев. И все это за копейки в масштабах ГОЗ, даже отощавшего в период пандемии.
Необходимо создать систему, выдающую рекомендации на применение противолодочных средств? Представьте, во сколько обойдется проведение сотен экспериментов по поиску лодки в районе с применением радиогидроакустических буев, опускаемых вертолетных станций различными способами. Причем каждый способ не менее десятка раз. А с помощью добротной имитационной модели, учитывающей максимальное количество факторов – от скорости и направления ветра и течения до гидрологического разреза в районе, расходы сократятся раз в 200–300.
Рисунок 2. На лодку мчится виртуальная торпеда, навстречу которой – виртуальные средства гидроакустического противодействия. Кто кого? Пока цена «попадания» торпеды в лодку – фраза разработчика «вот блин», а не сотни погибших парней-подводников, нам нужно создание лаборатории виртуального экспериментирования
В № 23 «ВПК» за 2020 год в статье «Робот нам поможет» была описана технология ситуационного анализа информации, когда искусственный интеллект сделает вывод о характере поведения объекта и даст рекомендации на овладение ситуацией. С помощью имитационного моделирования можно не только реализовать алгоритмы «Большого Брата», который будет делать вывод о том, что и с какой вероятностью собрался совершить противник, не только рекомендовать, как дать тому укорот, но и сымитировать поведение сотен объектов в логике заданного процесса, например имитацию комплекса промысловых мероприятий в регионе десятков видов морских биоресурсов дюжинами видов промысловых судов с использованием множества промысловых действий и целого арсенала орудий лова на протяжении десятков же лет.
Вся война в одном компьютере
Новомодные концепции сетецентрических войн основаны на реализации комплексных имитационных моделей всех ее участников, они крайне сложны и даже попахивают синергетическим эффектом. Но если эти модели не будут являться результатом предразработки готовых изделий, имитирующих работу всех узлов последних максимально адекватно, то грош таким моделям, равно как и концепциям, цена.
Необходимо предварительно оценить результаты испытаний, учений или предполагаемого морского боя с участием десятков целей? Имитатор, создаваемый десятилетиями, в котором накоплен весь опыт обработки данных во многих системах, проведет вам и эксперимент, и учение, и даже сымитирует морской бой. И результатам, полученным на выходе, доверятся и командир группы, и командир корабля.
Рисунок 3. Два экраноплана-противолодочника и подводная лодка, прорывающаяся в район нанесения удара крылатыми ракетами. Кто кого? Пока лодки супостата бороздят Мировой океан, а экранопланы существуют только на бумаге – давайте выберем оптимальный вариант противолодочника с помощью морского имитатора
Итак, четко прослеживаются контуры многофункционального программного комплекса, ради которого и создана наша «лаборатория». Способного сымитировать радиолокационные и гидроакустические портреты целей, смоделировать применение как уже имеющихся, так и перспективных сил и средств, оценить исход боя или эксперимента, сгенерировать ту или иную ситуацию или обстановку – умеющего и сымитировать движение объектов, и сделать вывод о характере их поведения. При этом используя многочисленные как уже внедренные, так и перспективные методы обработки информации и управления. Комплекс вооружен громадной базой данных о реальных характеристиках сил и средств, базой знаний методов обработки информации, параметрах районов моделирования.
Назовем его для конспирации «многофункциональный стенд имитационного моделирования морской обстановки» и предъявим как первое детище «лаборатории Будущего». Он существует.
Но есть у виртуальных имитаторов и ярко выраженная отрицательная сторона – все результаты, полученные с их помощью, даже если модель верифицирована, любой специалист способен оспорить, при этом этих мнений получатся десятки, а проверить их можно будет только с помощью испытаний или натурного эксперимента. Поэтому имитационные модели – это только первый шаг к созданию изделия «в железе». Но чем более адекватными исходными данными мы будем оперировать, тем увереннее станет этот шаг. И в конце концов на то она и реальная, а не виртуальная реальность – в ней нам и нашим детям и внукам жить, строить будущее, работать, творить и побеждать.
Виталий Шпикерман, капитан 2-го ранга в отставке
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 40 (853) за 20 октября 2020 года
