Интеллектуальные возможности самолетов 60-70-х годов
Представителями самолетов этого поколения (иногда его называют третьим) являются самолеты СССР Як-28, Су-15, МиГ-25, Як-36, МиГ-23 и зарубежные самолеты F-4 "Фантом", F-111 (США), "Вигген" (Швеция), "Хар-риер" (Великобритания). Вся работа 1-го, 2-го и большая часть работы 3-го глобального уровня управления на этих самолетах выполняется экипажем. На их борту только стала появляться аналоговая вычислительная техника. Бортовое алгоритмическое и индикационное обеспечение решало задачи прицеливания и ручного, а позже директорного управления самолетом. Проектирование деятельности летчика проходило уже после сдачи самолета на вооружение и без участия разработчиков его АиИО. Участие конструкторов в войсковых испытаниях и в расследовании летных происшествий мало влияло на бортовой интеллект эксплуатируемых самолетов и давало частичный эффект только при модернизации самолета (если такая заказывалась) и в новых разработках (если существовала преемственность через коллектив разработчиков). Составляющие бортового интеллекта самолетов создавались независимо разными коллективами (бортовые алгоритмы для реализации в бортовой аппаратуре - инженерами, алгоритмы деятельности экипажа - летчиками) и совершенствовались (поиск "тактики применения" в центрах боевой подготовки, в строевых частях, в небе локальных войн) только за счет приспособляемости экипажа к созданному самолету и его АиИО путем разработки практических алгоритмов деятельности экипажа (АДЭ).
Интеллектуальные возможности самолетов 80-х годов
При вылетах на перехват воздушных целей предусматривалась информационная поддержка наземных автоматизированных систем управления (НАСУ) "Воздух", "Луч", а при ведении боевых действий в глубине территории противника - информационная поддержка со стороны воздушных командных пунктов "Шмель", "Квант". В том и другом случаях предполагалось использование помехового прикрытия со стороны специального помехопостановщика, несущего комплекс радиоэлектронного противодействия. Координация действий самолетов в группе обеспечивалась бортовой речевой и телекодовой радиосвязью. Самолет для общей ориентировки в воздушной и наземной обстановке должен был принимать информацию от разведывательно-ударного комплекса. Анализ ТТТ на самолет заставил конструкторов уяснить, что новое поколение многофункциональных самолетов-истребителей должно иметь не только не уступающие самолетам противника количественные и функциональные характеристики бортовых измерительных (РЛПК, ОЭПС, СРТР), исполнительных (активные помехи, дипольные отражатели, тепловые ложные цели, пушки, ракеты, бомбы) средств, но развитое и согласованное между собой алгоритмическое обеспечение (реализованное в бортовых цифровых вычислительных машинах) и алгоритмы деятельности экипажа (инструкции по боевому применению). Разработка бортового алгоритмического и индикационного обеспечения самолета Су-27 впервые велась не только по принципу "снизу вверх" (разработка каждой частной задачи и затем сложение их вместе), но и с некоторыми элементами принципа "сверху вниз": формирование некоторого режима -типовой боевой ситуации- как единого функционального целого с последующей детализацией его в отдельных алгоритмах. В процессе этой разработки у проектировщиков складывались взгляды на функционально целостную совокупность бортового алгоритмического и индикационного обеспечения (АиИО) и алгоритмов деятельности экипажа (АДЭ), которую в дальнейшем стали называть "бортовым интеллектом", и на необходимость компьютерной технологии его проектирования. Сегодня уже осознано, что на существующих и разрабатываемых в настоящее время самолетах интеллектуальным системообразующим ядром является только экипаж. Он вынужден работать на всех трех известных глобальных уровнях управления. При этом задачи 1-го и 2-го уровней решает только экипаж (бортовые алгоритмы эти задачи не решают). Итак, представим "бортовой интеллект" самолета Су-27 с позиций сегодняшнего понимания семантической структуризации борта. Проанализируем бортовое математическое обеспечение самолета Су-27, памятуя о том, что система "летчик-бортовая аппаратура-самолет" должна решать все задачи, оговоренные в уставе боевого применения истребительной авиации. Структурируем их через понятие боевой задачи вылета. При проектировании самолета Су-27 прежде всего рассматривались боевые задачи вылета "Сопровождение ударных сил" и "Отражение воздушного налета". На самолете даже был выделен специальный тумблер для предполетного ввода в БЦВМ сигнала "Тип боевой задачи", который должен был "настраивать" всю бортовую аппаратуру и все АиИО на специфику поставленной задачи. По разным причинам, о некоторых из них мы поговорим ниже, этот сигнал не удалось сохранить на самолете, и в процессе летных испытаний 2-й редакции математического обеспечения системный тумблер был использован для ввода частного признака для одной из задач 3-го глобального уровня управления. Реализовать очень важную идею системной настройки борта на поставленную боевую задачу вылета на самолете Су-27 не удалось. Тем не менее структуризация каждого типа задач боевого вылета позволила прийти к понятию типовой боевой ситуации (ТБС). В рамках этого понятия впервые ясно представился весь объем работы системы "летчик-бортовая аппаратура" на 2-м уровне управления. Отдельные результаты анализа ТБС для самолета Су-27, нашедшие отражение в разработке его бортового интеллекта, представим ниже. Сразу же оговоримся, что в полном объеме рассмотреть хотя бы одну типовую боевую ситуацию и создать на этапе проектирования самолета для нее функционально замкнутую совокупность АиИО + АДЭ для самолетов четвертого поколения не удалось. Типовая боевая ситуация "Выход в информационный контакт с целью " (ТБС ВИК) рассматривалась для двух задач боевого вылета: сопровождение ударных сил и отражение воздушного налета. Задачей этой ТБС является обнаружение и сопровождение бортовыми информационными средствами (БРЛС или ОЛС) воздушной цели (целей). Априорные (информация перед вылетом) и текущие (новая информация, получаемая экипажем по каналам речевой связи) данные не были востребованы разработчиками бортового АиИО. Все их усилия были сосредоточены на разработке:
а) алгоритмов приема целеуказания от средств НАСУ, борта другого самолета Су-27, воздушного командного пункта АК РЛДН и комплекса РУК. При-чем реализация приема целеуказания от РУК не была доведена до конца и закончилась на стадии разработки формата индикации на индикаторе тактической обстановки (ИТО) и символов на индикаторе на лобовом стекле (ИЛС);
б) симметричного алгоритма передачи целеуказания на другой борт;
в) алгоритма отождествления целеуказания с имеющимися на сопровождении бортовыми средствами целями, алгоритмов одновременного захвата и сопровождения переданной цели обоими бортовыми источниками информации (БРЛС и ОЛС);
г) алгоритмов управления самолетом по траекториям при взаимодействии с НАСУ и с воздушным КП в режимах командного наведения и бортового управления;
д) алгоритмов взаимодействия с НАСУ, воздушным КП и самолетами своей группы при решении на борту указанных выше задач.
Типовая боевая ситуация "Ввод группы в бой" (ТБС ВГБ) также рассматривалась для двух задач боевого вылета: сопровождение ударных сил и отражение воздушного налета. Задачей этой ТБС является выбор тактики предстоящего группового воздушного боя (из подготовленного перед вылетом) с уточнением места и роли каждого самолета группы. Априорная и текущая информация, а также знание специфики боевой задачи вылета, как и в предыдущей ТБС, не были востребованы разработчиками бортового АиИО. Решались только задачи целераспределения и обеспечения адресной передачи целеуказания. При разработке алгоритма подготовки и передачи целеуказания на другой борт была реализована концепция передачи "обобщенной цели", позволяющая летчику выделить и передать сразу группу целей, функциональную однотипность которых он мог оценить по ИТО. Для получения качественной информации о воздушных объектах, находящихся в зоне обзора БРЛС истребителя, в ней был реализован режим сопровождения цели на проходе (СнП). Этот режим позволяет по обзорной информации группировать данные, относящиеся к одной цели, восстанавливать и предъявлять на ИТО летчику траекторию ее движения. Во взаимодействующей группе самолетов введены три иерархических уровня управления (ранга): командир объединенной группы (КОГ), командир звена/группы (КГ) или ведущий (ВДЩ), ведомый (ВДМ). Информация о цели директивно передавалась по цепочке КОГ-КГ-ВДМ (передача целеуказания) и по запросу в противоположном направлении (оповещение о целях). Предусматривался режим экстренной передачи ВДМ-КОГ, ВДМ-КГ, КГ-КОГ. Прорабатывался и вопрос телекодовой связи с самолетами других типов, у которых имелся тот же комплекс телекодовой связи (ТКС). Именно для этой типовой боевой ситуации, главным образом, и предназначался упомянутый выше системный тумблер "Тип боевой задачи". Типовая боевая ситуация "Дальнийракетный бой с воздушной целью" (ТБС ДБВ) рассматривалась без отношения к задаче боевого вылета. Задачей этой ТБС является уничтожение или связывание боем визуально ненаблюдаемой воздушной цели (истребитель, ударный самолет, транспортный самолет, крылатая ракета, самолет общего назначения), сопровождение которой ведется бортовой информационной аппаратурой. Дальний бой начинается с момента выбора (назначения) цели на атаку. При этом сопровождение атакуемой цели осуществляется одновременно БРЛС (в режиме непрерывной пеленгации) и ОЛС с выработкой сигнала "ведущий информационный канал" и происходит штатное назначение ракеты к применению. Перевыбор ракеты, принятие и реализация решений на применение помех осуществляются летчиком без какой-либо помощи со стороны бортового АиИО. На самолете реализованы режим отключения блокировки пуска ракеты по своему самолету и режим восстановления дальности кинематическим методом при подавлении противником дальномерного канала БРЛС. Оба режима включаются только летчиком. Назначение параметра "тип цели" также осуществляется летчиком. На борту самолета Су-27 есть сигнал о пуске ракеты противником. Типовая боевая ситуация "Ближний бой с воздушной целью" (ТБС ББВ) рассматривалась без связи с задачей боевого вылета. Задачей этой ТБС является уничтожение или связывание боем визуально наблюдаемой воздушной цели, сопровождение которой ведется или не ведется бортовой информационной аппаратурой. Разработка алгоритмического обеспечения велась под концепцию "руки летчика на РУД и РУС": все необходимые летчику в ближнем воздушном бою органы управления должны располагаться на рычаге управления двигателем (РУД) и ручке управления самолетом (РУС). При возникновении ближнего воздушного боя с визуально обнаруженной и зафиксированной с помощью нашлемной системы целеуказания (НСЦ) воздушной целью, которая не сопровождалась до этого бортовыми информационными средствами, на самолете организован максимально быстрый одновременный ее захват БРЛС, ОЛС, головками самонаведения (ГСН) выбранных или автоматически назначенных ракет. Возможен выбор ручной операцией летчика варианта быстрого захвата визуально обнаруженной воздушной цели путем ввода ее маневром своего самолета в зону действия режима "Вертикаль", реализованного в ОЛС. На индикаторе ИЛС угловая зона действия этого режима помечена вертикальной полосой (в связанной системе координат). При возникновении ближнего воздушного боя как продолжения ДБВ в БРЛС организовано автоматическое переключение режима излучения (включается режим НЧП) и "улучшение" динамических характеристик канала углового сопровождения. На самолете реализован режим "фи-ноль", обеспечивающий захват цели тепловыми ГСН без выдачи им предварительного целеуказания. Выбор режима ОЛС, НСЦ или "фи-ноль" производится заранее летчиком с помощью галетного переключателя, расположенного на левой боковой (подлокотной) панели кабины. При выборе летчиком к применению пушки на ИЛС при сопровождении цели оптико-локационной станцией появляются прицельная марка в виде креста с круговой шкалой дальности до цели и выделенным на ней диапазоном эффективной стрельбы и круговая метка положения сопровождаемой цели, накрытие которой визуально видимой цели оповещает летчика о сопровождении ОЛС реальной цели, а не факела ее двигателя или тепловой ложной цели. Оборонительный аспект ближнего воздушного боя обеспечен сообщением летчику факта пуска ракеты противником (сигнал от устройства определения пуска ракет "Мак" о вспышке и ее угловом положении относительно связанных осей самолета) и факта наличия и направления облучения самолета радиолокационной станцией противника. Выбор конкретных мер противодействия атакующей ракете (различные типы маневров, сброс тепловых ложных целей и/или дипольных отражателей, применение радиопомех) летчик производит без поддержки бортового алгоритмического обеспечения. Концепция "руки летчика на РУД и РУС" на самолете реализована только частично. Выбор ведущего информационного канала, перевыбор автоматически предложенной к применению ракеты, установку длины пушечной очереди, режим сброса тепловых ложных целей летчик должен выполнить заранее, так как необходимые для этого органы управления не находятся на РУД и РУС. Типовая боевая ситуация "Атака наземной (надводной) цели" (ТБС АНЦ) также рассматривалась безотносительно к задаче боевого вылета. Задачей этой ТБС является уничтожение визуально наблюдаемой наземной цели неуправляемыми ракетами, бомбами и пушечным огнем. Проблемы выбора оружия и назначения параметров по его применению (длина очереди, темп сброса бомб и т.п.) решаются только летчиком без поддержки бортовым АиИО. На самолете Су-27 реализованы:
• режимы прицеливания "несинхронная стрельба" (при сопровождении цели по углам и измерении дальности до нее) и "прогноз-дорожка", "оптика" (по выбору летчика) - в противном случае;
• прицеливание при различных способах бомбометания (по выбору летчика).
Ниже представлен облик алгоритмического и индикационного обеспечения истребителей четвертого поколения и их современных модификаций.
Состав и функциональная характеристика бортовых алгоритмов современного самолета-истребителя
На современных самолетах бортовые алгоритмы ЦВМ решают отдельные функциональные задачи 3-го глобального уровня управления. Они реализуются как в соответствующих функционально замкнутых комплексах бортовой аппаратуры (в БЦВМ бортовых комплексов), так и на БЦВМ верхнего уровня (СУВ). Отнесение бортового алгоритма к той или иной БЦВМ часто определяется организационными соображениями, хотя требование функциональной замкнутости (завершенности) бортового комплекса часто является определяющим. Приведем укрупненный перечень бортовых алгоритмов (в основном, на примере самолета Су-27) с ориентировкой только на это последнее требование и на предположение о том, что на борту самолета выделены:
• бортовые измерительные комплексы и бортовые исполнительные системы, в которых решаются соответственно задачи получения текущей информации о наблюдаемых объектах (алгоритмы первичной и вторичной обработки информации) и задачи реализации принятых управленческих решений;
• БЦВМ верхнего уровня, в которых реализуются алгоритмы решения более общих функциональных задач.
Бортовые измерительные комплексы (системы)
На современных самолетах бортовые источники информации представляют собой конструктивно и функционально законченные устройства (бортовые комплексы), в которых параметры физических сигналов (временная задержка отраженного сигнала, доплеровский сдвиг частоты излученного сигнала, направление прихода сигнала, его амплитуда, фазовый сдвиг) выделяются из полученного (принятого) сигнала алгоритмами первичной обработки информации- обнаружение полезного сигнала с заданной степенью надежности и заданной задержкой определения момента его появления, выделение из принятого сигнала полезной информации. Алгоритмы вторичной обработки данных из параметров физических сигналов конструируют кинематические и траекторные величины (например, вектор скорости наблюдаемого воздушного объекта по параметрам физического сигнала- времени задержки отраженного сигнала, доплеровской частоте, направлению и угловой скорости линии визирования). Совершенствование этих алгоритмов идет в направлении повышения их помехоустойчивости и более полного использования всей доступной априорной количественной информации, а также априорной и текущей качественной информации. Для своего эффективного функционирования этим комплексам необходимы управляющие сигналы, которые вырабатываются экипажем (передаются в комплекс через управляющее поле кабины экипажа), другими бортовыми комплексами более высокого уровня иерархии, и дополнительная информация об условиях внешней среды и особенностях наблюдаемого объекта. Приведем перечень алгоритмов вторичной обработки информации и внешних управляющих сигналов для некоторых бортовых систем. Бортовая радиолокационная станция (режим "воздух-воздух"): управление размерами и положением зоны обзора БРЛС; выбор вида излучаемого сигнала (высокая, средняя или низкая частота повторения импульсов); выбор частоты излучения (литера); формирование временной диаграммы работы БРЛС; выбор способа сканирования зоны обзора; определение типа наблюдаемого объекта по его радиолокационным признакам; определение количества целей в неразрешенной наблюдаемой группе; определение параметров движения цели (вектор скорости, декартовы координаты, траектория движения); восстановление дальности до цели по результатам измерения ее угловых координат. Бортовая оптико-локационная станция: управление размерами и положением зоны обзора ОЛС; формирование временной диаграммы работы ОЛС; выбор способа сканирования зоны обзора; управление режимами работы лазерного дальномера; определение типа наблюдаемого объекта по оптическим признакам; определение параметров движения цели; восстановление дальности до цели по результатам наблюдения ее угловых координат. Станция радиотехнической разведки: определение типа наблюдаемого радиоизлучающего источника; ранжирование наблюдаемых источников по степени их опасности; оценка дальности до наблюдаемого источника. Навигационный комплекс: определение географических координат положения самолета; расчет времени достижения заданной навигационной точки; расчет направления движения (курса) к заданной точке; комплексная обработка навигационной информации от различных датчиков и систем; определение высотно-скоростных параметров и угловых координат движения самолета.
Бортовые исполнительные комплексы (системы)
Система управления оружием: определение числа ракет для готовящегося пуска; формирование команды "Подготовка" для начальной подготовки бортового оружия к применению; формирование команды "Пуск разрешен". Система автоматического управления: алгоритмы отработки заданных управляющих сигналов по перегрузке и крену.
Бортовые алгоритмы решения функциональных задач для БЦВМ верхнего уровня
В БЦВС системы управления вооружением реализуются алгоритмы решения общих функциональных задач, превосходящих алгоритмы бортовых комплексов по значимости для выполнения задачи текущего вылета самолета. Алгоритмы управления самолетом. Это наиболее развитая группа бортовых алгоритмов, которая обеспечивает боевое применение и полет самолета в автоматическом и полуавтоматическом режимах управления.
А. Этап вывода самолета в заданный район:
а) общее самолетовождение;
б) полет по маршруту:
• управление в горизонтальной плоскости по заданным промежуточным пунктам маршрута;
• управление по высоте и скорости на участках набора высоты, разгона, торможения, снижения;
в) выведение самолета в условия выхода в информационный контакт
с целью:
• управление по командам НАСУ (в горизонтальной плоскости — по заданной траектории; в вертикальной плоскости - по заданным командам высоты и скорости для реализации программного профиля полета с набором высоты и снижением);
• управление по регулярной координатной информации о цели, передаваемой от внешней АСУ, в режиме бортового наведения;
• управление по разовой информации о координатах цели от АСУ в режиме бортового поиска;
• автономный поиск цели в заданной полосе или на заданном рубеже.
Б. Этап атаки воздушной цели, сопровождаемой бортовыми информационными средствами (атака цели за пределами зоны ее визуальной видимости):
а) атака цели, не оказывающей огневого противодействия (перехват):
• формирование траектории наведения на одиночную и групповую цель (этапы до и после пуска ракеты);
• формирование траектории выхода из атаки;
б) атака цели, оказывающей огневое и маневренное противодействие (дальний ракетный бой в дуэльной ситуации):
• выбор вида оборонительного маневра;
• формирование траектории наведения на атакуемую цель до и после пуска ею ракеты (этапы до и после пуска своей ракеты);
• формирование траектории выхода из ДРБ.
В. Этап атаки воздушной цели, находящейся в зоне ее визуальной видимости и сопровождаемой бортовыми информационными средствами:
• формирование траектории при атаке цели управляемыми ракетами класса "воздух-воздух";
• формирование управления при атаке цели с применением пушечного вооружения (грубое и точное прицеливание).
Г. Обеспечение безопасности полета самолета:
• формирование ограничений по летно-техническим характеристикам самолета на всех этапах его полета и режимах управления;
• формирование маневра увода самолета от столкновения с землей и от облака осколков ракеты (снаряда).
Д. Формирование управляющих сигналов:
• расчет траекторных ошибок управления и управляющих сигналов по перегрузке и крену;
• формирование управляющих сигналов по заданным величинам скорости и продольной перегрузке;
• формирование командных (директорных) сигналов по перегрузке, крену и сектору газа.
Алгоритмы обеспечения применения оружия:
а) управляемые ракеты класса "воздух-воздух":
• назначение (выбор) цели на атаку;
• формирование сигналов целеуказания на ракету, управляющих сигналов, разовых команд;
• формирование циклограммы подготовки и пуска ракет;
• формирование границ зоны возможных пусков ракет по неманеврирую-щей и маневрирующей целям;
• формирование полетного задания для ракеты;
• формирование команд радиокоррекции для пущенной ракеты;
б) пушечное вооружение:
• формирование прицельной марки (прицельного перекрестия);
• формирование траектории полета снаряда и коридора поражения цели для визуально-ручного прицеливания.
Алгоритмы формирования информации о внешней обстановке на индикаторах:
• определение траектории движения цели и ее прогнозирование (пролонгация) на заданный интервал времени;
• определение вероятных гипотез возможных маневров цели;
• формирование на индикаторах горизонтальной и вертикальной обстановки взаимного расположения своих самолетов и самолетов противника с ранжировкой по значимости и опасности наблюдаемых целей;
• определение параметров собственного движения самолета и его географического положения по информации пилотажно-навигационного комплекса.
Итак, в общих чертах охарактеризована "машинная" (алгоритмы БЦВМ) часть бортового интеллекта самолетов-истребителей четвертого поколения. Слабая структуризация предметной области, ориентировка на традиционные бортовые алгоритмы, отсутствие на начальных этапах разработки компьютерной технологии проектирования состава бортовых алгоритмов и неготовность ко всему этому инженерно-управленческих кадров конструкторских бюро СССР обрекли создание машинной части бортового интеллекта (т. е. АиИО) самолетов четвертого поколения только на укрупненно-разрозненную разработку отдельных задач 3-го ГлУУ. Из задач этого уровня (кроме перечисленных выше) были поставлены, но бортовыми алгоритмами эффективно не решены такие: выбор ведущего информационного канала; назначение наиболее эффективной помехи бортовым информационным системам противника; оперативный выбор и оперативная настройка бортового оружия; установление адекватной иерархии в группе самолетов, поэтапно втягивающейся в бой. Основные причины невыхода на полномасштабную разработку бортового интеллекта на самолетах четвертого поколения лежат в области отсутствия в КБ компьютерных технологий его проектирования (особенно на начальной стадии создания его спецификаций) и недостаточной системной подготовленности разработчиков АиИО.