Математика флота. Фантастика и реальность

Кибернетика в военном деле – одно из важных направлений использования новейших научно-технических достижений в области кибернетики и вычислительной техники в интересах военного дела. Формирование кибернетики как новой науки в значительной мере связано с решением некоторых задач, возникших в период Второй мировой войны. Именно исследование проблемы создания автоматизированных систем для ПВО натолкнуло Норберта Винера на мысль о целесообразности выделения общих закономерностей управления, связи в живой природе и технике – в новую научную область, названную им кибернетикой. Это произошло тогда, когда Норберт Винер, профессор математики Массачусетсского технологического института, опубликовал в 1948 г. свою знаменитую книгу «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». Хотя, конечно, эта история имела свою давнюю предысторию, возводимую позднейшими авторами к самому Платону. Но всерьез о кибернетике заговорили повсюду лишь после винеровской сенсации. Казавшаяся вначале только сенсацией, кибернетика превратилась в настоящее время в обширную и влиятельную отрасль мировой науки.

Широкое применение кибернетики в военном деле вызвано непрерывным совершенствованием военной техники, оперативного искусства, стратегии и тактики. Рост основных тактико-технических показателей образцов боевой техники, повышение маневренности и скорости боевых машин, усложнение условий их боевого применения уже к началу Второй мировой войны привели к широкому использованию некоторых средств автоматизации для управления боевой техникой. Так в авиации были созданы приборы для автоматизированного вычисления прицельных данных при бомбометании и воздушной стрельбе, в ПВО – приборы управления огнем зенитной артиллерии, в военно-морском флоте – системы кораблевождения и управления огнем корабельной артиллерии. В послевоенный период в связи с появлением и развитием ядерного оружия и совершенствованием средств доставки боеприпасов к целям в военном деле, произошла подлинная революция, потребовавшая коренной перестройки управления не только боевой техникой, но и войсками.

Современный бой и операции характеризуются массированностью применения сил и средств, высокими темпами передвижения войск, возможностью быстрых и резких изменений обстановки. В таких условиях человек в ряде случаев не может, не прибегая к помощи технических средств, своевременно реагировать на изменения обстановки и принимать правильные решения. Все это привело к бурному внедрению кибернетики в военном деле. Вопросы использования кибернетической техники и методов кибернетики в интересах военного дела выделились в обширную область, которую называют военной кибернетикой. Она представляет собой науку, изучающую общие закономерности процессов управления войсками, боевой техникой и средствами поражения с целью повышения эффективности их боевого применения. Кибернетические устройства находят разнообразное эффективное применение в большинстве сложных систем вооружения для управления объектами боевой техники и средствами поражения. Прежде всего следует указать на применение автоматических устройств вычислительной техники и устройств передачи информации в ракетных системах (комплексах). Современные ракетные комплексы, независимо от их назначения, насыщены автоматикой, позволяющей до минимума сократить время подготовки их к пуску, повысить надежность и точность движения ракет к цели. Среди таких устройств можно, в частности, отметить автоматы, управляющие режимом подачи компонентов топлива к двигательным установкам, а также системы управления и навигации. Несмотря на некоторую специфику, автоматические системы управления ракетами обладают всеми наиболее характерными чертами кибернетических устройств. Они содержат датчики первичной информации (например, угловых координат ракеты, линейных ускорений и т. д.), устройства для ее переработки, оформленные в виде малогабаритных бортовых вычислительных машин или же в виде специализированных счетно-решающих устройств, и, наконец, исполнительные механизмы. Чрезвычайно насыщены автоматикой наземные устройства подготовки, контроля и пуска ракет.

Боевая техника, применяемая сухопутными войсками, также начинает все больше и больше оснащаться кибернетическими устройствами, позволяющими повысить точность стрельбы артиллерии и танков, обеспечить автоматическое определение местоположения объектов и др. В войсках ПВО применяются ракетные и авиационные комплексы перехвата воздушных целей, представляющие собой примеры кибернетических систем. Типовая схема ракетного комплекса перехвата воздушных целей включает радиолокационные станции обнаружения и сопровождения целей, снабженные вычислительными устройствами для определения координат целей, командно-вычислительные устройства, осуществляющие разворот ракетной пусковой установки на цель и пуск ракеты, и, наконец, собственно ракету с соответствующими системами коррекции ее траектории и самонаведения на цель.

Многогранно применение кибернетики в военной авиации. Здесь можно наметить три основных области: 1) управление вооружением самолета (прицельные системы, системы управления бомбардировочными и артиллерийскими установками, системы пуска ракет и т. п.); 2) управление полетом самолета (автопилотирование, системы регулирования двигателей, автоштурманы, бортовые автоматические системы посадки); 3) регулирование движением самолетов в районе аэродромов.

Еще более разнообразным является применение кибернетических устройств и систем в военно-морском флоте.

Современные надводные корабли и подводные лодки, обладающие большими скоростями и высокой автономностью действий, вооружены мощным ракетным, артиллерийским, торпедным и бомбовым оружием; и оснащены совершенной радиотехнической аппаратурой, автоматизированными и автоматическими средствами поиска, обнаружения и сопровождения целей и приборами управления огнем.

Применение методов кибернетики для управления войсками является сравнительно новой областью ее практического использования. В сущности, для управления войсками всегда использовались по крайней мере два кибернетических принципа – программного управления (расчленение сложных действий на элементарные, заранее отработанные команды) и обратной связи (обязательный доклад об исполнении полученного приказания). В настоящее время все основные процессы, связанные с управлением войсками (добывание данных о противнике, сбор информации о своих войсках и обстановке, анализ и оценка обстановки, принятие решения и доведение его до исполнителей) чрезвычайно усложнились, а располагаемое время на их реализацию неуклонно сокращается. В этих условиях комплексное применение кибернетики для обеспечения оперативного, непрерывного и гибкого управления войсками стало неизбежным, в связи с чем появились автоматизированные системы управления войсками. Однако применение кибернетики в военном деле ни в коей мере не означает снижения роли человека в процессах управления войсками. Напротив, именно благодаря тому, что кибернетическая техника освобождает человека от трудоемкой и утомительной работы по сбору, хранению, обработке и выдаче информации, командующие (командиры) и штабы получают благоприятные возможности для сосредоточения своего внимания на творческом решении наиболее важных вопросов подготовки и проведения операций (боев). Например, для решения задачи целераспределения важно предварительно определить боевые средства, которые достигают тех или иных целей противника. Соответствующие расчеты могут выполняться вычислительной машиной, которая результаты вычислений в наглядной форме передает в штаб. Следующим этапом автоматизации в этом направлении является автоматизированное получение ряда вариантов целераспределения по каким-либо заранее выбранным критериям. Тогда на долю человека выпадает лишь выбор одного из вариантов с учетом факторов, которые пока что не поддаются количественной оценке.

Примерная схема любой автоматизированной системы для управления войсками включает в себя:

• датчики первичной информации о противнике, своих войсках, состоянии театра военных действий и метеообстановке;

• линии передачи информации (телефонные, телеграфные, радио- и радиорелейные каналы и др.);

• вычислительные машины;

• средства для наглядного отображения и документирования информации и оперативного размножения документов.

Условно, в зависимости от решаемых задач, автоматизированные системы управления войсками можно разделить на две больших группы: информационные системы и системы боевого управления. Информационные системы имеют своей задачей сбор, хранение и выдачу информации о противнике и своих войсках, состоянии театра военных действий, метеообстановке. В автоматизированных системах боевого управления реализуются процессы, непосредственно связанные с управлением войсками.

Рис. 3. 1. Схема автоматизированной системы управления зенитными управляемыми ракетами:

1 – зенитная управляемая ракета; 2 – цель; 3 – радиолокатор поиска и обнаружения цели; 4 – радиолокатор сопровождения цели; 5 – радиолокатор наведения ракеты на цель; 6 – индикатор оператора; 7 – пусковая установка; 8 – командный прибор.

2. Схема системы, обеспечивающей автоматизацию посадки группы самолетов.

Технически обе системы могут быть совмещены в рамках единой автоматизированной. Большинство автоматизированных систем управления войсками являются иерархическими, отображающими нормы, принятые в данной стране. Поэтому в состав систем, предназначенных для автоматизированного управления войсками крупных оперативных объединений, обычно включается ряд подсистем, решающих более ограниченный круг задач. В частности, одной из важных областей применения кибернетики в военном деле является тыл. С помощью современных вычислительных машин в органах тыла выполняются всевозможные учетно-отчетные работы, планирование использования материальных ресурсов и т. д.

Применение кибернетики в военном деле, в свою очередь, выдвинуло ряд важных научных и технических проблем

(надежность и живучесть автоматизированных систем; оптимальное взаимодействие человека и автоматических устройств, в частности, вычислительных машин; и др.), требующих для своего разрешения совместной работы военных и невоенных специалистов.

Искусственный интеллект в военной сфере

На сегодняшний день искусственный интеллект (ИИ) является настоящим технологическим трендом. Растет число стартапов с применением технологии ИИ, крупнейшие гиганты IT-индустрии, такие как Microsoft, IBM и Google, борются за доминирование в области искусственного интеллекта. Также правительства таких стран как США, Россия, Китай уделяют значительное внимание и привлекают ученых, программистов и математиков для разработки эффективных систем искусственного интеллекта в военной промышленности.

Так что такое искусственный интеллект? Термин и понятие «искусственный интеллект» появился в 1956 г. и ввел его Джон Маккарти, но настоящей популярности технология ИИ достигла лишь сегодня на фоне увеличения объемов данных, усовершенствования алгоритмов и роста вычислительных мощностей. Точного и единого определения ИИ нету, но более подходящее определение гласит так: «Искусственным интеллектом (ИИ) – называется способность интеллектуальных машин выполнять творческие функции, которые традиционно считаются прерогативой человека». Также термином ИИ обозначают науку и технологию создания интеллектуальных машин.

В наши дни применение технологий искусственного интеллекта сводится к разработке программ для узкоспециализированных задач, как распознавание образов и изображений, распознавание человеческого голоса, прогнозирование, выявление шаблонов и закономерностей в определенных данных. То есть говоря языком математики, искусственный интеллект успешно справляется с такими задачами, как классификация, кластеризация и регрессия. Это направление в ИИ называется – «слабый» искусственный интеллект, когда целью использования технологии ИИ является только решение задач. Есть и другое направление, более фундаментальное – «сильный» искусственный интеллект. Задачи и проблемы сильного ИИ – это разработка полноценной и автономной системы искусственного интеллекта, которая решала бы глобальные задачи, в которых участвует человек. Иными словами, это более фундаментальный и философский подход создания полноценного ИИ. Существует только приблизительное понимание того, как работает человеческий мозг. Пока далеко не все свойства разума возможно имитировать с помощью алгоритмов искусственного интеллекта. Однако в будущем могут возникнуть прорывные идеи, которые повлияют на резкий скачок в развитии ИИ.

Более выдающиеся результаты военными достигнуты в следующих прикладных направлениях:

• распознавание речи и тембра голоса;

• разнообразные «детекторы лжи»;

• создание консультационных систем;

• системы низкоуровневого анализа изображения, получаемого от видеокамеры;

• разнообразные интеллектуальные сонары и радары для обнаружения целей.

Примеры экспертных систем в военном деле:

• ACES. Экспертная система выполняет картографические работы по нанесению обстановки на карты;

• ASTA. Экспертная система помогает аналитику определить тип радара, пославшего перехваченный сигнал;

• HANNIBAL. Экспертная система выполняет оценивание ситуаций в области разведки радиообмена противника;

• I&W. Экспертная система помогает аналитикам из разведки предсказывать, когда и где произойдет следующее вооруженное столкновение;

• RUBRIC. Экспертная система помогает пользователю получить доступ к базам данных, содержащим неформатированные тексты.

Проблемы при создании ИИ в военной промышленности:

• недостатки систем автоматического распознавания;

• отсутствие умения выделить главное;

• низкие морально-волевые качества;

• отсутствует це лепола га ние;

• нет алгоритмов работы в условиях незнакомой обстановки и резко изменяющейся ситуации;

• отсутствует опыт боевых действий и возможность самообучения;

• нет критериев принятия нетиповых военных решений.

Концепция сетецентрической войны подразумевает увеличение боевой мощи группировки объединённых сил за счет образования информационно-коммутационной сети, объединяющей источники информации, органы управления и средства поражения (подавления), обеспечивающая доведение до участников операций достоверной и полной информации об обстановке в реальном времени.

Все это создает мощный «синергетический эффект», намного превышающий сумму компонентов. А это может обеспечить три условия успеха на поле боя:

• подавляющее преимущество в разведданных о боевом пространстве;

• практически безошибочную постановку боевых задач;

• мгновенную и всестороннюю оценку обстановки.

При этом уже сейчас ученые призывают не вооружать искусственный интеллект. Технологии искусственного интеллекта достигли такого уровня, что развертывание автономных систем оружия грозит непредсказуемыми последствиями. Ставки очень высоки: автономное оружие рассматривается как «третья глобальная революция в военном деле, после пороха и атомной бомбы». И конец этой технологической траектории ясен: автономное оружие станет новым «автоматом Калашникова». Поэтому ключевым вопросом для человечества сейчас состоит в том, начинать ли гонку вооружений в области военного применения ИИ, или пока не поздно отказаться от этого навсегда.