Перспективы применения опытно-теоретического метод...
Перспективы применения опытно-теоретического метода испытаний с использованием имитационного моделирования - ВОЕННЫЙ ПОРТАЛ
21 января 2025, 00:00
Создание перспективных образцов вооружения и военной техники не может быть осуществлено без тщательных и всесторонних испытаний, которые являются основным источником достоверной информации о степени готовности вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ).При этом полнота и достоверность результатов полигонных испытаний образцов ВВСТ достигается в том случае, если в процессе испытаний создается среда, адекватная той, в которой опытным образцам ВВСТ предстоит функционировать. Для этого, в частности, при испытаниях средств ПВО необходимо создать группировку вышестоящих, взаимодействующих и подчиненных комплексов средств автоматизации (КСА) командных пунктов и соответствующую воздушную, космическую, наземную или морскую обстановку. Однако проведение натурных испытаний с использованием всей совокупности указанных средств требует привлечения огромных финансовых и материальных затрат, а в ряде случаев вообще неосуществимо. Поэтому последние десятилетия основной методологией в системе полигонных испытаний средств ПВО является опытно-теоретический метод (ОТМ) [1], который предполагает органичное сочетание натурных экспериментов (НЭ) (полеты авиации, мишени, создание помеховой обстановки, стрельбы), а также полунатурных экспериментов (ПНЭ) с привлечением системы полунатурного моделирования. Практика применения системы полунатурного моделирования в процессе испытаний показала, что ее можно эффективно использовать и для решения ряда других задач. Целесообразность использования ОТМ для оценки эффективности испытываемых сложных систем обусловлена тем, что НЭ представляет собой наилучший способ оценки характеристик системы в реальных условиях. Однако на практике при испытании сложных и уникальных систем возможности НЭ существенно ограничены:• невозможно активное изменение контролируемых условий во всем диапазоне реальных условий применения системы;• область условий НЭ, создаваемая на полигоне, существенно меньше задаваемой в тактико-технических требованиях;• проведение натурных испытаний требует значительных затрат, связанных с высокой стоимостью материального обеспечения (летного, мишенного, ракетного и т. п., включающего сотни самолетовылетов и пусков ракет) [2];• сроки подготовки и проведения натурных испытаний, как правило, велики и в значительной степени зависят от метеоусловий, материально-технического обеспечения и других факторов, ограничивающих возможности полетов авиации [2];• проведение значительного количества летных экспериментов требует существенных затрат на организацию противодействия техническим средствам иностранных разведок;• затруднено определение вероятностных характеристик статистическими методами из-за ограниченного количества НЭ;• невозможно многократное повторение НЭ с одними и теми же исходными данными из-за воздействия элементов внешней среды.Стремительное развитие информационных технологий привело к необходимости более детального и всестороннего изучения новых сложных технических систем. Поэтому для их испытания используется неограниченное количество ПНЭ, осуществляющих основной объем проверок испытываемого образца ВВСТ на соответствие требованиям тактико-технического задания, и минимально необходимое количество НЭ для подтверждения результатов экспериментов. В этом и заключается идеология ОТМ.Применение средств моделирования в общем случае означает погружение объекта испытаний, его элементов в создаваемую или дополняемую средствами моделирования среду, в которой происходит взаимодействие объекта испытаний с элементами среды по принятым протоколам функционального взаимодействия и заданному сценарию.Накопленный десятилетиями опыт проведения испытаний образцов ВВСТ ПВО на полигоне предполагает одновременное использование натурных испытаний (облетов, пусков), полунатурных работ и определение вероятностных характеристик статистическими методами с привлечением средств моделирования. Результаты многолетней совместной работы испытателей полигона и представителей промышленности привели к созданию на полигоне уникальной испытательной моделирующей установки (ИМУ).ИМУ предназначена для проведения испытаний комплексов средств автоматизации командных пунктов и автоматизированных систем управления ПВО и позволяет в соответствии с техническим заданием на эксперимент заменить реальные самолетовылеты и пуски управляемых ракет модельными, проводить испытания КСА командных пунктов и АСУ ПВО в составе группировки, в которой реальные элементы полностью или частично заменяются моделями [3].Результаты сравнительного анализа преимущества применения ОТМ испытаний ВВСТ с помощью ИМУ представлены на рисунке 2.По мере повышения требований к характеристикам разрабатываемых изделий и связанного с этим их технического усложнения роль систем моделирования и моделирующих комплексов, участвующих в испытании новых и прошедших модернизацию существующих образцов ВВСТ, становится все более значимой. Это связано со следующими преимуществами моделирования:• испытания образцов ВВСТ можно проводить без использования реальной среды для проверки работоспособности и оценки качества функционирования боевых алгоритмов управления;• стоимость создания элементов реальной среды очень высока, для создания реальной обстановки в одном эксперименте могут потребоваться сотни воздушных целей и ракет, а таких экспериментов требуются десятки;• возможность проверки некоторых требований, заданных в тактико-техническом задании, которые невозможно проверить в реальной среде (отсутствие высотных и гиперзвуковых воздушных целей);• увеличение объема входной и выходной информации в условиях загрузки, близкой к максимальной;• обеспечение безопасности проведения испытаний (полет на сверхнизких высотах);• все эксперименты, проводимые с использованием систем моделирования, можно проводить скрытно, без выхода в радиоэфир.Функциональные характеристики имитационных моделей средств ПВО идентичны характеристикам реальных средств, так как в моделях реализованы реальные протоколы функционального взаимодействия. Имитационные модели средств ПВО не целиком копируют боевые алгоритмы реальных средств, а обеспечивают только точное информационно-логическое взаимодействие, то есть создают реальное информационное пространство.Следует также отметить, что в ходе ПНЭ осуществляется регистрация информации, циркулирующей по каналам связи. После обработки зарегистрированной информации результаты ПНЭ можно получить в табличном виде, удобном для анализа. Также в ходе обработки может быть осуществлен расчет показателей качества управления.Таким образом, наиболее приоритетным направлением оптимизации процесса испытаний образцов ВВСТ остается увеличение объема ПНЭ с привлечением средств моделирования.Обобщенная структурная схема [4] испытаний с применением ИМУ представлена на рисунке 3.Для создания ИМУ была выполнена и реализована опытно-конструкторская работа, которая проводилась в первом десятилетии XXI века. Созданная на базе ПЭВМ ИМУ позволила качественно провести испытания и дать путевку в жизнь более 50 образцам КСА командных пунктов различного назначения [1, 3]. Опыт проведения испытательных работ на полигоне показывает, что с развитием систем вооружения необходимо параллельно развивать и средства их испытаний. Для качественного проведения ПНЭ с использованием ИМУ и расширения области ее применения в интересах всех видов и родов войск Вооруженных Сил Российской Федерации потребуется ее дальнейшее развитие и совершенствование.Для дальнейшего развития ИМУ необходимо решить вопросы совершенствования ее технического оснащения, а также общего и функционального программного обеспечения.Как показывает практика, применение ИМУ не ограничивается лишь проведением испытаний. С использованием средств моделирования организовано проведение стратегических командно-штабных учений "КАВКАЗ-2019", "КАВКАЗ-2020" [5], демонстрационных показов с боевой стрельбой, обучения и тренировок боевых расчетов командных пунктов. Основная нагрузка при подготовке ложилась на организацию работы систем передачи информации и систем связи как одних из основных элементов комплекса. Поэтому для обеспечения возможности организации испытаний перспективных средств необходимо оснащение комплекса средств связи и передачи данных (КССПД) ИМУ современными телекоммуникационными средствами с возможностью интеллектуального управления связью, обеспечением оперативно-командной связью, обменом телекодовой информацией, доведением сигналов боевого управления.В качестве примера на рисунке 4 представлена схема перспективного цифрового КССПД ИМУ.Модернизация КССПД ИМУ позволит:• организовать связь на основе сетевых принципов с зенитными ракетными средствами, авиацией, радиотехническими войсками и средствами РЭБ;• организовать радиосвязь со всеми типами летательных аппаратов;• построить телекоммуникационную подсистему защищенной мультисервисной сети реального времени, обеспечивающей обмен данными, речевой информацией, видеоконференцсвязь, электронную почту и документальный обмен;• оперативно реконфигурировать систему связи.Выбор технических средств для построения ИМУ следующего поколения во многом определяется требованиями программной среды, на которой эти средства будут развернуты. За годы применения ИМУ на базе ПЭВМ эти требования остались неизменными — многозадачность, многопользовательский интерфейс, поддержка сети в реальном времени, соответствие требованиям руководящих документов о защите информации.С учетом имеющейся библиотеки разработанных и принятых в эксплуатацию моделей в операционной системе (ОС) QNX 4.25 рациональным является переход к ОС нового поколения QNX 7.0 "Нейтрино" [6]. Эта ОС реального времени предусматривает комплексную, многоуровневую модель защиты, основанную на передовых технологиях функциональной и информационной безопасности, микроядерную архитектуру, адаптивное квотирование ресурсов и менеджера высокой готовности. Ключевые особенности QNX 7.0: многоуровневая система безопасности (гибкость политик безопасности, защита среды исполнения, безопасная загрузка программного обеспечения), проектирование с учетом требований по безопасности, увеличение вычислительной мощности (поддержка 32-Bit и 64-Bit CPU, поддержка графических процессоров), современные инструменты разработки и отладки программного обеспечения [6].Важным требованием к вычислительным средствам ИМУ является возможность аппаратной поддержки многопользовательского, многозадачного режимов, графического интерфейса отдельных программных средств. Поэтому в современных условиях специфической экономической войны на перспективу стоит задача внедрения отечественной аппаратной платформы с современным уровнем технических средств в ИМУ.В рамках модернизации существующей ИМУ предлагается поэтапный переход на отечественную 64-разрядную микропроцессорную архитектуру "Эльбрус" (Эльбрус-8С и Эльбрус-8СВ) [7], предназначенную для применения в системах с повышенными требованиями к информационной безопасности. Кроме того, в перспективе целесообразным будет переход с импортного программного обеспечения на отечественное, например, ОС "Эльбрус Линукс", обеспечивающую многозадачный, многопроцессорный и защищенный режим работы.Помимо перехода ИМУ на более технологическую ОС, в связи со сложившимся объективными условиями необходимо разработать (доработать) библиотеку функционального программного обеспечения в следующих основных направлениях:• в отношении модели хода боевых действий средств вероятного противника предполагается провести комплекс мероприятий по обеспечению моделирования боевых действий противника морского и наземного базирования в условиях высокой динамичности изменения боевого порядка;• решить задачи моделирования работы элементов группировки противника в условиях активных боевых действий обороняющейся стороны, приводящих к выводу из строя отдельных элементов группировки противника и, соответственно, к изменению сценария поведения противника в ходе моделирования конфликтной ситуации взаимодействующих сторон;• в отношении моделирования функционирования боевой работы средств, обеспечивающих разведывательные мероприятия обороняющейся стороны, предполагается расширение перечня систем, подлежащих моделированию с учетом последних достижений в данном направлении, в том числе, помимо традиционных средств радиотехнической разведки, представляется необходимой разработка имитационных математических моделей беспилотных средств и систем, обеспечивающих ведение противоракетной разведки для решения задач ПРО;• расширение библиотеки моделей средств, обеспечивающих разведывательные мероприятия обороняющейся стороны, сопряжено с необходимостью разработки программ моделей — наземных и морских средств радиолокации и радиотехнической разведки, станций загоризонтного обнаружения, беспилотных средств и систем, обеспечивающих ведение противоракетной разведки для решения задач ПРО;• в отношении моделирования боевых действий активных средств обороны, помимо традиционных, необходимо проведение работ, обеспечивающих моделирование боевых действий по целям не только воздушно-космического нападения, но и по объектам противника наземного и морского базирования, в том числе и при решении задачи ПРО.Структурная схема вычислительных средств ИМУ следующего поколения на основе локальной сети с оптико-волоконной связью представлена на рисунке 5.Основные перспективы дальнейшего развития ИМУ:• отработка вариантов боевого применения АСУ ПВО в составе различных группировок ПВО;• определение эффективности реальных группировок ПВО и их оптимизация;• освоение и переучивание командного звена управления ПВО и частей родов войск на новые АСУ разнородными силами и средствами ПВО;• подготовка боевых расчетов командных пунктов соединений и частей ПВО в автоматизированной группировке с использованием реальных полетов авиации, мишенной и помеховой обстановки, средств объективного контроля и полунатурного моделирования;• создание на базе ИМУ комплексного моделирующего тренажера для тренировки боевых расчетов;• проведение исследовательских, показных и тренировочных учений с группировками разнородных сил и средств ПВО по отражению массированных ударов средств воздушно-космического нападения;• модернизация технических средств ИМУ путем замены ПЭВМ на отвечающие по характеристикам современным требованиям;• модернизация КССПД;• переход на новую ОС реального времени и современную среду разработки программного обеспечения;• переработка существующего программного обеспечения, позволяющего реализовать весь спектр необходимых имитационных моделей и алгоритмов обмена по каналам связи для испытаний образца ВВСТ;• повышение адекватности имитируемых условий боевой работы реальных образцов ВВСТ;• в связи с наметившимися тенденциями трансформации организационной подсистемы системы полигонных испытаний определить пути совершенствования технологии разработки и сопровождения имитационных моделей, подготовки и проведения ПНЭ;• регистрация сетевого трафика и выборочная обработка данных обмена в локальной вычислительной сети, предоставление возможности проведения экспресс-анализа функционирования испытываемого образца ВВСТ и боевого расчета по отдельным параметрам;• проведение калибровки всего перечня имитационных математических моделей посредством сравнения сценариев натурных, полунатурных и статистических экспериментов в отношении временных, пространственных и функциональных характеристик с учетом стохастичности на основе приемов и методов теории вероятности;• определение на основе теории нечетких множеств и приемов и методов искусственного интеллекта пути совершенствования технологии подбора математического аппарата для решения задачи моделирования сложных динамических систем специального назначения.Подводя итоги, хочется отметить, что образцы вооружения, которые сегодня поступают на испытания, сами по себе являются уникальными и разработаны на базе современных технологий. Имеющаяся экспериментальная аппаратно-программная база ИМУ, которая обеспечивает эти испытания, должна быть либо на уровень выше, либо на уровне с тем техническим состоянием, в котором приходит образец на испытания. Модернизация ИМУ позволит нарастить объемы проводимых испытательных и исследовательских работ, повысить достоверность полученных результатов испытаний, сократить сроки и материальные затраты, расширить область применения в интересах всех видов и родов войск Вооруженных Сил Российской Федерации. ЛИТЕРАТУРА: 1. Мустафуев Н.Г. Состояние и перспективы имитационного моделирования испытаний автоматизированных систем управления противовоздушной обороны / Н.Г. Мустафуев, Р.В. Леонтьев, Е.В. Идилиева // Военная мысль. — 2021. — № 2. — С. 98–106.2. Соколов С.П. Технология исследований, разработки и полигонных испытаний сложных образцов вооружения и военной техники. Учебно-методическое пособие. — М.: ПАО "НПО "Алмаз", 2024. — 340 с.3. Гончаров А.Н., Слюсаренко С.Э. Адаптироваться к условиям времени // Армейский сборник. — 2021. — № 2. — С. 72–76.4. Мустафаев Н.Г. Оценка современного состояния КИМУ-М и предложение по ее модернизации для перспективной экспериментально-испытательной базы / Н.Г. Мустафаев, А.Н. Гончаров, А. П. Демченко, Д. И. Попов // Проблемы повышения эффективности научной работы в оборонительном комплексе России : материалы VI Всероссийской научно-практической конференции (г. Знаменск, 13–14 апреля 2023 г.). — Астрахань: Астраханский государственный университет имени В. Н. Татищева, 2023 — С. 22–30.5. Стратегическое командно-штабное учение "Кавказ-2020" [Электронный ресурс] // Википедия свободная энциклопедия: [сайт]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Кавказ_—_2020 (дата обращения:13.09.2024).6. Новости мира QNX [Электронный ресурс] // SWD Software Ltd. — официальный дистрибьютор QNX на территории России и СНГ: [сайт]. URL: https://www.swd.ru/index.php3?pid=258&nid=968 (дата обращения: 11.09.2024).7. Эльбрус-8С [Электронный ресурс] // Википедия свободная энциклопедия: [сайт]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Эльбрус-8С (дата обращения:13.09.2024). А. ГОНЧАРОВ,С. СЛЮСАРЕНКОАРМЕЙСКИЙ СБОРНИК 01 2025 Присоединиться
