СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ АРХИТЕКТУРЫ МАШИН ДЛЯ ОЦИФРОВАННОГО ПОЛЯ БОЯ

Деннис Х. Керби

Деннис Х. Керби является руководителем исследований в фирме "Виккерс дефенс системз".

 Разработка военных машин в общем и боевых бронированных машин в частности значительно изменилась за последнее десятилетие в связи с решением многих проблем объединения систем, которые ранее были присущи только военным самолетам или военно-морским кораблям. Системотехника является в настоящее время действительной частью конструкции боевых бронированных машин (AFV), а технологическая база современных боевых бронированных машин охватывает технологические базы автомобильной и авиационной отраслей военной промышленности.

В этой статье основное внимание уделяется архитектурам ветроники для боевых бронированных машин и тому, как оцифрованное поле боя становится ключевым моментом для боевых бронированных машин.

Ожидания  военных  заказчиков  в  отношении боевых бронированных машин часто вызываются технологией, которая демонстрировалась в современных военных самолетах или самых новых коммерческих изделиях, однако их часто трудно осуществить в допустимой и надежной системе. Эти ожидания могут представлять основные препятствия для разработчиков боевых бронированных машин, так как основной боевой танк (МВТ) имеет базу расходов примерно в 10% от таковой военного самолета.

Коммерческие автомобильные изделия, хотя и намного дешевле, не удовлетворяют обычно строгим требованиям суровой военной обстановки. Кроме того, разработка, испытания и процесс приобретения могут занять несколько лет, несмотря на применение совместной технологии. Это значит, что технологическая основа машины, такой как танк "Челленджер-2", которая в настоящее время принимается на вооружение, заложена в конце 1980-х годов. Усугубляет эти трудности то, что любая новая боевая бронированная машина должна оставаться на вооружении, по крайней мере, следующие 20 лет на фоне ускорения технологических разработок.

Рис. 1. Объединение систем:

1 -  возможности  и  предприятия   фирмы   "Виккерс"; 2 – оценка объединения основных систем; 3 – аппаратное оборудование и программное обеспечение работы систем; 4 – испытания на уровне систем машины; 5 – лаборатория испытания и объединения систем (STIL); 6 – осевая установка подачи (TAR); 7 – машины,   оборудованные   измерительной     аппаратурой; 8 – калиброванная испытательная трасса; 9 – полигонные испытания; 10 – подтверждение и испытание концепции; 11 – инструментальные средства моделирования; 12 – испытания LRU (с наиболее давним использованием); 13 – предприятия субподрядчиков

Появление оцифрованного поля боя в настоящее время создает новые возможности разработки боевых бронированных машин, обеспечивая им возможность взаимодействовать с другими объектами на поле боя такими путями, которые до недавнего времени были в области научных вымыслов. Ожидания большие, так как технология начинает вливаться в наземные платформы; однако реальность такова, что при ограниченном опыте военных  действий с использованием поступивших на вооружение систем риск остается высоким. Фирмы, такие как "Виккерс", которые выполняют обязанности основного подрядчика и сборщика систем по программам AFV, должны сталкиваться с проблемой развития современных машин и разработки следующего поколения боевых бронированных машин во все более и более трудных рыночных условиях.

Рис. 2. На 155-мм самоходной гаубице будущего "Крусейдер" сухопутных войск США будут широко использоваться технологии ветроники для обеспечения "информационного господства". Машина сможет посылать и принимать информационные данные через перспективную тактическую информационную систему полевой артиллерии (AFATDS) и осуществлять связь с другими боевыми машинами. Таким образом члены экипажа машины постоянно будут знать обстановку на поле боя

Современные боевые бронированные машины

В последние годы наблюдались некоторые из самых потрясающих изменений в технологиях и принципах проектирования боевых бронированных машин с начала танковых войн. Исторически разработка боевых бронированных машин являлась областью машиностроения с долей помощи от других областей. Принятие электрической стабилизации пушки на танке "Центурион" ввело в танк электронную аппаратуру; установка цифрового баллистического вычислителя на последующем танке "Чифтен" также имела большое значение, хотя этот вычислитель фактически являлся крепящейся болтами подсистемой. Именно здесь начались проблемы для сборщика систем.

В 1970-е и 1980-е годы основной боевой танк был буквально заполнен электронными подсистемами и программным обеспечением, которые немногие в промышленности по изготовлению боевых бронированных машин понимали полностью. Электрические системы выросли в сложную сеть коробок  и  креплений  и  они  увеличивались на манер "рождественской елки", приводя к дополнительным объему, массе, стоимости и уменьшению надежности.

Одним из основных аспектов разработки нового танка "Челленджер-2" было изменение полностью этой тенденции. Сложные системы башни были полностью переработаны при использовании опыта, полученного по ряду частных программ; новые функционально спроектированные подсистемы были разработаны и взаимосвязаны при использовании магистрали данных MilStd 1553b. Результаты были поразительными; в тех же пределах была разработана усовершенствованная, действительно "поисково-ударная" система управления огнем с меньшим количеством составляющих и повышением на порядок величины надежности и характеристик. В то же время человеко-машинный интерфейс, который рассматривался многими как враг потребителя, был преобразован в полностью объединенную, легкую для использования систему "Навел и выстрелил". Это преодолело "архитектуру рождественской елки", которая преследовала машины в 70-е и 80-е годы.

Структуры ветроники будущего

Продвижение от современных "новейших" военных машин к следующему поколению боевых бронированных машин представляет основную проблему для сборщиков систем. Системы ветроники представляют все в большей степени большую часть всей стоимости машины, это является еще одним направлением, к которому следует обратиться, чтобы можно было найти допустимые решения.

Ожидания потребителей новой технологии, стимулируемые наличием перспективных коммерческих систем, могут оказаться невозможными, когда подобные системы должны изготавливаться  по  специальному   заказу   для  удовлетворения требующимся параметрам военной техники в малых количествах. Несмотря на очевидные преимущества коммерческой готовой к использованию (COTS) технологии, весьма специальные требования министерства обороны ограничивают использование многих коммерческих и более доступных альтернатив.

Решение должно быть, вероятно, найдено в разработке общей архитектуры, которая воплощает в жизнь стандарты и спецификации. При осуществлении в виде компоновочных блоков аппаратного оборудования и программного обеспечения эти блоки могут использоваться во время процесса закупки для нескольких программ по технике в ряде стран.

Рис.3. Системы башни танка "Челленджер-2" (на снимке фактически показано моделирующее устройство, которое предусматривает значительно лучшее восприятие эргономических мер) полностью переработаны для обеспечения усовершенствованных "поисково-ударных" возможностей

Рис. 4. В последнем варианте М-2А3 БМП "Брэдли" используется шина  данных  1553,  центральный блок процессора, массовое запоминающее устройство и дисплеи цифровой информации для командира машины, водителя и командира отделения

Рис. 5. Концепция системы боевой бронированной машины будущего:

1 – открытая архитектура с системами AI/KBS обеспечивает обработку большой подачи данных, ограничивает рабочую нагрузку экипажа и эффективно использует ограниченную ширину полосы связи; 2 – ввод данных с поля боя; 3 – системы датчиков: а – термические, б – оптические, в – радиочастотные (RF), г – акустические; 4 – открытая архитектура ветроники; 5 – межсетевой переход системы связи: звуковая,  данные,  изображения;  6 –  рабочее  место  экипажа; 7 –  член  экипажа;  8 –  системы  исполнительного органа: д – автомобильные, е – вооружения, ж – комплекта средств защиты,   з –  датчиков;  9  –  оперативные   возможности; 10 – универсальные рабочие места экипажа; 11 – информация по вопросам ведения боевых действий и программная информация; 12 – вводные данные экипажа

Рис. 6. Общая архитектура боевой бронированной машины будущего:

1 – машины будущего должны включать архитектуру , которая полностью не ограничивает развития оцифрованного поля боя; 2 – вычислительные ресурсы; 3 – обработка данных управления; 4 – обработка данных; 5 – обработка видеоинформации; 6 – органы управления и дисплеи; 7 – многофункциональное рабочее место экипажа; 8 – управление и распределение данных локальной сети (LAN) (данных, звуковой информации, видеоинформации); 9 – генерирование и управление энергией; 10 – ECS/NBC (система контроля влияния окружающей среды/ ядерные, биологические и химические средства); 11 – автомобильная; 12 – подсистемы  машины;  13 –  огневая   мощь;   14 – обнаружение; 15 – дистанционное управление; 16 – система сбора данных   (DAS);  17 – система  управления  полем боя (BMS); 18 – переговорное устройство; 19 – функции подсистем для выполнения огневой задачи; 20 – межсетевой переход/ тракт широкомасштабной сети (WAN); 21 – радиостанция сети боевого управления; 22 – спутниковая связь; 23 – опознавание цели; 24 – канал передачи данных большой пропускной способности; 25 – канал связи

При более внимательном рассмотрении будущей архитектуры можно представить себе идеализированную общую систему, предлагаемую для боевых бронированных машин будущего. Ключевыми особенностями является следующее:

·       архитектура должна быть по существу открытой, прозрачной для технологических улучшений, основанной на заявленных стандартах по аппаратному оборудованию и программному обеспечению;

·       программное обеспечение должно быть модульным, мобильным и соответствующим принципам взаимодействия открытых систем (OSI). Концепция общей операционной среды (СОЕ) обеспечивает основную структуру распределенной обработки данных разработки по широкому диапазону платформ;

·       аппаратное оборудование должно быть основано на модулях, которые соответствуют стандартам, признанным в международном масштабе, чтобы поощрять конкурсные закупки и возможные  модернизации;

·       каналы данных для связи между элементами аппаратного оборудования должны использовать признанные в международном масштабе стандарты и протоколы. Наличие многочисленных каналов данных должно гарантировать, что соответствующее решение на основе стоимости и характеристик может осуществляться для специального применения;

·       межсетевой интерфейс широкомасштабной сети (WAN) обеспечивает контролируемую возможность установления связи между платформой и оцифрованным полем боя.

Патентованных стандартов, которые не были широко приняты, следует избегать там, где они разрушают принцип открытой архитектуры.

Аргументация такой концепции архитектуры проста: расходы на разработку, производство и весь срок службы, связанные с несколькими сотнями комплектов для сложной заказанной заранее системы становятся все в большей степени нерентабельными. Эта характеристика относится и к аппаратному оборудованию и к программному обеспечению. Соблазн получить патентованные решения по  подсистемам может привести к восстановлению феномена "рождественской елки". Результаты краткосрочных закупок часто могут "блокировать" устаревание и создавать большие проблемы объединения в будущем,  когда  потребуются модернизации. Когда начали появляться стандарты и программы приняли их, база расходов сократилась при конкуренции на международном рынке.

Рис. 7. Открытая архитектура является ключом к возможностям наращивания и доступным модернизациям:

1 –  характеристики;   2 –   стоимость,  фунты стерлингов; 3 – модернизации открытой архитектуры; 4 – возможности наращивания; 5 – модернизации закрытой архитектуры

Хотя существует много военных стандартов, таких как MilStd 1553 и со временем они становятся более допустимыми, будущее, вероятно, будет свидетелем приема большого количества коммерческих стандартов. Это связано с относительной легкостью, с которой эти коммерческие стандарты могут в настоящее время использоваться для военных целей, при условии, что ключевые элементы, такие как микропроцессоры, имеются и в коммерческой и в военной формах. Виртуальная машина с режимом двойного назначения (VME) является хорошим примером этого процесса в действии.

Разработка и принятие стандартной архитектуры выявляют много проблем. Военные программы часто являются смесью технологии и политики на международном уровне. Страны часто хотят сохранить независимость и дальнейшая разработка имеющихся систем имеет тенденцию увековечивать использование решений, принадлежащих данной стране. Понятно, что многие фирмы скорее продадут сборщику систем функциональный "черный ящик" или полную подсистему, а не мобильный      модуль     программного обеспечения, который работает на могущем быть приобретенным на конкурсной основе аппаратном оборудовании.

Несмотря на это, существует возрастающее признание, что стандартизация является рациональным способом движения вперед, так как программы становятся более дорогими и растет давление по интернационализированию их, чтобы разделить бремя затрат на разработку. Рабочая группа VESTA (стандартная архитектура ветроники) предусматривает в настоящее время форум министерства обороны Великобритании и промышленности для обсуждения этих проблем. Хотя боевым бронированным машинам будущего уделяется много внимания, многие доставшиеся в наследство системы имеют ожидаемый срок службы порядка 20 лет, что представляет большую проблему, когда требуется модернизация составляющей чью-то собственность техники. Открытые стандарты будут разрабатываться и приниматься, но они будут сосуществовать с более старыми системами, использующими электронные межсетевые переходы для взаимосвязи.

Рис. 8. Оцифрованное поле боя:

1 – распределенная база данных должна удовлетворять потребностям CIS (систем связи и информационного обеспечения) и требованиям платформ; 2 – чья перспектива?; 3 – полевого командира: сконцентрирован на работе системы C3I, в близком к реальному масштабе времени,    большое  количество  объектов,   большой   район; 4 – командир подвижного огневого средства: сконцентрирован на работе платформы, в реальном масштабе времени, немного объектов, лишь местный район

Проблема использования цифровых систем отображения информации на  поле боя

Системы командования, управления, связи и информации (C3I) являются такими же решающими для ведения успешного боя, какими являются живая сила и оружие. Технология за последние годы значительно изменила обстановку использования C3I, вероятно, наиболее наглядно во время войны в районе Персидского залива. В настоящее время проблема заключается в том, как лучше всего объединить отдельные боевые платформы в оцифрованное поле боя, так чтобы надлежащая информация могла беспрепятственно передаваться в надлежащее место в нужное время. По мнению сборщиков платформ, это больше, чем автоматизированный вариант имеющейся системы C3I; поток и обобщение информации от большого диапазона разных датчиков к боевым платформам может значительно повысить боевые  возможности каждой отдельной платформы.

Потенциальные преимущества и системы C3I и систем платформы соединяются для обеспечения упреждающего видения значительно усиленной боевой группы. К сожалению, в мире военных закупок проблемы принятия на вооружение такой объединенной концепции являются труднопреодолимыми, даже если реальные технические проблемы могут быть преодолены.

Ключевые технические проблемы, которые необходимо решить, относятся к управлению информационным потоком. Современные военные системы связи имеют недостаточную ширину полосы   пропускания  для  управления потоками информации, которые являются результатом дублирования всей информации на всех платформах. Однако неспособность иметь полный комплект относящихся к делу данных на любой специальной платформе значительно снизит боевую ценность системы и подорвет доверие, которое экипаж испытывает к имеющейся информации.

Разработка распределенной базы данных, которая может использовать широкий диапазон имеющихся однонаправленных каналов связи и эффективно обобщать и фильтровать данные для отдельных пользователей, является решающей для принятия успешного решения. Ожидания будут превосходить пропускную способность систем связи, поэтому необходимо обеспечить, чтобы система не засорялась данными малой важности. По этой причине система, находясь под нагрузкой, должна обеспечивать, чтобы данные малой важности приносились в жертву для сохранения потока решающих данных.

Вероятно, самой труднорешаемой проблемой, на которую следует обратить внимание, является проблема закупок. Оцифрованное поле боя в течение многих лет будет состоять преимущественно из доставшихся в наследство систем платформ и связи, соответственно модифицированных для работы с новыми системами, которые пытаются соединить их всех вместе в единую систему. Срок службы отдельных систем обычно составляет десятилетия и они находятся за пределами цикла их закупок. В противоположность этому, технология оцифрованного поля боя заменяется каждые несколько лет.

Рис. 9. Приобретение связанных программ:

1 – принятие открытых стандартов для устройств межсетевого перехода облегчает "свободное соединение" закупочных программ; 2 – развитие оцифрованного поля боя создает    беспрецедентные     взаимозависимости   программ; 3 – программы связи 1, 2, 3, 4; 4 – цифровая радиостанция с большой шириной полосы передачи;  5 –  радиостанция  сети боевого управления; 6 – опознавание цели; 7 – спутниковая   связь; 8 – межсетевой   переход / тракт   широкомасштабной сети (WAN);  9 –  программа   А   по   платформе машины;   10 –   программа   В   по   платформе  машины; 11 – программа С по  платформе машины; 12 – открытые стандарты для взаимодействующих межсетевых переходов

Решение должно быть, вероятно, найдено в принятии стандартов по протоколам и интерфейсам по данным, которые позволят, чтобы отдельные программы по аппаратуре управлялись почти независимо и на различных этапах срока службы. Подмандатные  интерфейсы будут, вероятно, свободно соединять программы, так чтобы обеспечить развитие оцифрованного поля боя из концепции во все в большей степени эффективную оперативную систему.

Ключ к решению для боевых платформ заключается в "межсетевом переходе" от локальной сети (LAN) информационного потока в реальном масштабе времени в пределах платформы к информационному потоку в близком к реальному масштабе времени широкомасштабной сети (WAN) оцифрованного поля боя. Этот межсетевой переход выполняет также маршрутизацию данных межсетевого обмена и обеспечивает "прозрачный клей" для выполнения работы объединенных систем как одной. Несомненно, стандарты для этого межсетевого перехода и программного обеспечения, которым он пользуется, являются решающими. Он должен быть достаточно универсальным,  чтобы дать возможность  системе   развиваться,  расти  и приспосабливать будущие однонаправленные каналы связи, когда они становятся доступными.

Стандарты, такие как АТМ, являются кандидатами, которые имеют много свойств, необходимых для обеспечения этого, но являются лишь частью решения. Стандартные комплекты сообщений для возможности взаимодействия на всех уровнях должны развиваться вместе с приемлемыми средствами защиты данных, которые могут справиться с внеплановыми изменениями в структурах вооруженных сил коалиции.

Такой межсетевой переход может осуществляться в различных решениях аппаратного оборудования и программного обеспечения, зависящих от потребностей специальных платформ или программ – при условии, что IPR (контроль в процессе эксплуатации) программного обеспечения не является основным ограничением его использования. В истории программного обеспечения много примеров, которые показывают, что использование программного обеспечения наиболее предпочтительно, когда во главе решения стоящих и возникающих при этом задач стоит одна организация (монополист).

Выводы

Дебаты по системным архитектурам боевых бронированных машин должны продолжаться, чтобы можно было внести ясность в отношении дальнейшего направления действий и найти правильный баланс между стандартизацией и созидательной конкуренцией. Необходимость подготовки платформ (до готовности для оцифрованного поля боя) является неотъемлемым элементом этого процесса.

Развитие концепции оцифрованного поля боя выдвинуло новые технические проблемы, связанные с функциональным взаимодействием независимо приобретаемых систем платформ и связи. Необходимость объединения программ, чтобы они могли стремиться к общей цели и все же управляться отдельно как программы со своими правами, является важной задачей, которую следует решить.

В качестве возможного решения технических проблем и проблем закупки, выдвигаемых оцифрованным полем боя, заслуживает исследования, как полагают, концепция стандартного межсетевого перехода платформы, так как она, вероятно, может обеспечить "прозрачный   клей"   для   соединения вместе элементов оцифрованного  поля боя.

Программное обеспечение и стандарты будут в центре любого решения и владение ими, вероятно, должно стать ключевой задачей, которая может способствовать прогрессу, или сорвать его.

Рис. 10. Требования оцифрованного поля боя будут продолжать развивать технологию:

1 – свободное соединение закупочных программ посредством стандартов по совместимости обеспечивает эффективное введение технологии; 2 – сроки службы цифровой технологии; 3 – возможности введения технологии; 4 – базовая линия технологии; 5 – дополнительная; 6 – модернизация, проводимая после первой половины срока эксплуатации;  7 –  срок   службы   основного  оборудования; 8   –  разработка; 9 – производство; 10 – в эксплуатации; 11 – повышение оперативных возможностей