Опубликован: 03.04.2013 | Доступ: свободный | Студентов: 310 / 11 | Длительность: 34:17:00
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 2:

Междисциплинарный характер компьютерных проектов

1.4. Глобальные военные и национальные программы как средство консолидации финансовых,экономических, интеллектуальных и технических ресурсов общества для решения задач прорывных научных исследований

Стратегическая оборонная инициатива (СОИ) как прототип прорывного исследовательского проекта в области глобальных технотронных систем двойного назначения (по состоянию на 1991 г.)

В современных условиях интеллектуальная вычислительная техника является не только объектом, но и средством исследований. Поэтому она оказывает интегрирующее влияние на всех этапах фундаментальных и прикладных исследований и разработок практически всех компонент технотронных систем двойного назначения.

Технотронными считаются системы, существование и функционирование которых в принципе невозможно без использования средств вычислительной техники.

С этих позиций проектирование и производство субмикронной элементной базы и аппаратуры на ее основе в принципе невозможно без использования средств вычислительной техники, которые обеспечивают сквозное системное проектирование всех электронных компонент, топологию их размещения на кристалле, управление электронно-лучевой фотолитографией при изготовлении СБИС, контроль и отбраковку изделий микроэлектроники и т. д. Поэтому тот, кто имеет преимущество на современном этапе развития микроэлектроники и вычислительной техники, по объективным причинам обладает этим преимуществом в процессе их развития.

Наиболее контрастно эта тенденция развития технотронных систем проявились при реализации исследовательского проекта стратегической системы противоракетной обороны (ССПРО), именуемой стратегической оборонной инициативой (СОИ).

Структурно-функциональная схема ССПРО [12] включает (рис. 1.6):

  1. 1. Системы с взаимно перекрывающимися функциями наблюдения, обнаружения и слежения за межконтинентальными баллистически ми ракетами (МБР) в составе:
    1. BSTS - космическое базирование, зона ответственности - активный участок полета МБР, планировалось развернуть на 10 геостационарных спутниках, разработчики Grumman и Lockheed, контракт - 7-8 млрд. $, срок первых испытаний - начало 90-х годов;
    2. SSTS - космическое базирование, зона ответственности - средний участок траекторного полета МБР, планировалось развернуть на 30-40 спутниках с радиусом орбиты ?5000 км, разработчики - Lockheed и TRW, контракт - 6,7-9,2 млрд. $, срок первых испытаний - середина 90-х годов;
    3. GSTS - наземное базирование, зона ответственности - конечный этап среднего участка полета МБР, должна быть рассредоточена на морских и наземных стационарных и мобильных платформах, несущих системы запуска ракет-зондов, и стационарные радиолокаторы GBR, разработчики соответственно McDonnell Douglas и Raytheon, контракты - 3,0-3,3 и 2,6-3,1 млрд. $, сроки первых испытаний - 1995-1996 и 1993 гг.
  2. 2. Системы перехватчиков:
    1. ERIS - наземное базирование, зона ответственности - экзоат-мосфера, планировалось развернуть группами по периметру США, минимальный состав группы - 3 системы, разработчик - Lockheed, контракт - 4,5-5,8 млрд. $;
    2. SBI - космическое базирование, зона ответственности - активный и средний участок траекторного полета МБР, планировалось развернуть на ?200 станциях с 10 ракетными перехватчиками на каждой, разработчики - Rockwell International и Martin Marietta, контракт - 4-11 млрд. $, срок первых испытаний - середина 90-х годов.
      Функциональная схема СОИ

      Рис. 1.6. Функциональная схема СОИ
  3. Систему связи и боевого применения BMC3 - наземное стационарное базирование, планировалось развернуть на 6-8 центрах (по косвенным данным), разработчик - TRW, контракт - 3,5-7,3 млрд. $, экспериментальный образец испытан в 1988 г.
  4. Усовершенствованную транспортную систему ALS, разработчики - Martin Marietta и McDonnell Douglas, контракт - 98 млн. $, первый этап - модернизированные ракеты-носители - середина 90-х годов, второй этап - новое транспортное средство - конец 90-х гг.

Программу СОИ предполагалось реализовать в три сохраняющих преемственность этапа, конкретный облик которых в основном определялся уровнем развития наземных и космических вооружений и вычислительных средств интеллектуальной поддержки их боевого применения.

Ударная мощь СОИ сосредоточена в системах ERIS и SBI, технотронные характеристики которых должны были развиваться как по мере роста интеллектуальности возлагаемых на них задач (один из решающих факторов повышения живучести систем федеративно-конфедеративного типа), так и по мере перехода от кинетического оружия к оружию направленной энергии, которое кардинальным образом изменяет "сценарий" боя.

Основные факторы такого изменения:

  1. Резкое смещение акцента в сторону управления угловыми координатами и мощностью излучения в оружии направленной энергии, в то время как кинетическое оружие для задания траектории сближения с подвижной целью требует непрерывного взаимодействия активных и пассивных систем определения собственных координат и координат цели с системами управления маршевыми двигателями и двигателями ориентации антиракет.
  2. Качественное перераспределение времени между этапами обнаружения, идентификации и сопровождения цели с одной стороны и этапом перехвата цели с другой стороны, так как в оружии направленной энергии поражающий фактор распространяется практически со скоростью света и время удержания луча на цели составляет 2-2,5 сек, а современное кинетическое оружие достигает цели за единицы минут, что сопоставимо с временем пребывания МБР на активном участке полета (200-300 сек).

В результате кардинальным образом изменяются требования к системотехническим и интеллектуальным характеристикам глобальных средств наблюдения, обнаружения, идентификации, сопровождения и наведения на цель. Устойчивую работу таких глобальных систем необходимо обеспечить в условиях активного противодействия "противника" и в широком диапазоне сезонных и суточных изменений погодных и климатических условий, происходящих в атмосфере и космосе, а также на и над земной поверхностью и акваторией Мирового океана.

В качестве базовой в СОИ была принята концепция распределенных, неоднородных, сквозных трактов высокоскоростной обработки данных от РЛС-, ИК-, оптических и лазерных приемников до средств управления орбитальными и наземными станциями, их вооружением и режимами работы оборудования, которые интегрируются в единую систему на основе развиваемой многоуровневой, неоднородной, распределенной, динамически реконфигурируемой, защищенной от несанкционированного доступа вычислительной системы наземного и космического базирования, характеристики которой изменяются синхронно с расширением возможностей сенсорных систем и систем вооружений.

Так, в системе SBI переход от антиракет фирмы Martin Marietta (первый этап) к перехватчикам Brilliant Pebbles Ливерморской национальной лаборатории ("Разумные камни", второй этап) предполагал совмещение в самом перехватчике всех функций от наблюдения и обнаружения целей до их поражения. В результате вместо фотоприемников с разрешением 64 \times 64 = 4096 элементов, успешно обеспечивающих задачи наведения на цель, на борту планировалось использовать оптические системы из 10^9-10^{10} элементов, обеспечивающих наблюдение за земной поверхностью с высоты 1000 км площадью в штат Вирджиния и с разрешением до отдельного здания.

Обработка таких изображений требует перехода от параллельных векторных процессоров с производительностью 10^7 операций/сек к бортовым супер-ЭВМ типа Cray с производительностью 10^8-10^9 операций/сек и массой порядка 100 г. В итоге это должно снизить общую массу одного перехватчика до 1,2-2 кг, а массу выводящей на орбиту транспортной системы и стоимость запуска в соотношении 1\times 600 к полезной нагрузке.

Защищенный от помех радиолокатор космического базирования (передатчики, приемники, блоки обработки сигналов и формирования диаграммы направленности, БЦВМ) фирмы General Electric:

  • предназначался для сопровождения атакующих МБР и отделившихся боеголовок, селекции ложных целей и управления кинетическим оружием космического базирования в режиме подсветки целей;
  • должен был иметь фазированную антенную решетку с апертурой 10 м и мгновенной шириной полосы 50 МГц;
  • должен был управляться локальной БВС с общей производительностью 1,75\times 10^{11} операций/сек.

При переходе к оружию направленной энергии космического базирования аналогичные требования к производительности БВС предъявляют системы управления многоапертурной лазерной оптикой в "фазарах". Это говорит о том, что упрощение задачи наведения оружия направленной энергии приводит к непропорциональному росту "сложности" задачи фокусировки поражающего луча.

О главенствующей роли средств вычислительной техники в программах СОИ говорит и тот факт, что по соотнесенным к массо-габаритам требованиям к производительности и интеллектуальности не уступают вышеприведенным цифрам и малогабаритные снаряды LEAP фирмы Boeing и Hughes, предназначенные для электродинамических ускорителей массы пока наземного, а в перспективе (3-й этап) - космического базирования.

Главная особенность конструкции таких снарядов - это малое поперечное сечение ( \le 50 мм). Тем не менее, его микроминиатюрная электронная система должна на среднем участке собственного полета принимать сигналы коррекции для инерциальной системы, а на конечном участке выполнять автономное прицеливание и коррекцию траектории.

Наиболее высокий уровень интеграции всех компонент СОИ должны были обеспечить вычислительные средства системы связи и боевого управления BMC3 (см. рис. 1.6), фрагменты которой прошли демонстрационные испытания в 1988 г.

Чтобы обеспечить перехват МБР на активном участке полета, BMC3 должна была:

  • обрабатывать в реальном времени информацию, поступающую от датчиков космического базирования;
  • распределять ее между командными пунктами наземного базирования;
  • определять характер нападения и выделять оружие для перехвата;
  • выдавать команды датчикам наблюдения на сопровождение и селекцию целей, а также команды на перехват, как только будет получено разрешение.

Для обеспечения перехвата боеголовок МБР на среднем участке полета, что еще более сложно, BMC3 должна была определять намерения и возможные объекты нападения, выделять средства для перехвата, обрабатывать информацию от всех датчиков СОИ, вносить изменения в стратегию перехвата и выдавать команды на перехват.

Для обеспечения перехвата боеголовок МБР на конечном участке BMC3 должна была функционировать так же, как и при перехвате на среднем участке полета, с той разницей, что информация должна поступать только к определенным руководителям боевых операций. При этом сведения о принятых ими решениях и о результатах перехвата передаются на командные пункты.

К BMC3 были предъявлены следующие требования:

  1. Система связи должна:
    • функционировать при наличии активных и пассивных помех и при воздействии поражающих факторов ядерного оружия;
    • перегруппироваться в случае значимых потерь;
    • приспосабливаться к неожиданным изменениям, реагировать на решения национального командования;
    • приспосабливаться к неожиданным потерям датчиков космического базирования, центров связи и управления;
    • обеспечивать руководителям боевых операций возможность "контроля, интерпретации, уяснения, реагирования и управления".
  2. Система боевого управления должна позволять руководителям боевых операций использовать различные датчики для получения информации о целях, модификацию алгоритмов целее указания, повышая их эффективность при увеличении угрозы и изменении "сценариев" боя, адекватно реагировать на увеличение объемов информации, сохраняя способность в ее оценке при увеличении масштабов угрозы.
  3. Система связи и боевого управления в целом должна:
    • быть эффективной после длительного периода пассивности;
    • восстанавливать способность к обработке данных в случае выпадения промежуточной информации;
    • быстро перегруппироваться для компенсации потерь;
    • не выходить за пределы допустимого уровня ошибок;
    • обеспечивать защиту информации и противодействовать попыткам ее перехвата, нарушения и искажения;
    • предусматривать возможность эволюции всех обеспечивающих систем.

Из приведенных данных видно, что в условиях активного противодействия "противника" практически все системы СОИ должны были решать в реальном времени достаточно сложные интеллектуальные задачи подавления помех в разнородных радио-, РЛС-, ИК-, оптических и лазерных трактах, комплексной оценки результатов, полученных в этих трактах, адаптации алгоритмов обработки на основе оценок климатических и погодных условий в среде распространения этих сигналов и под влиянием поражающих факторов и т. п.

Из приведенных данных также следует, что обеспечить требуемую отказоустойчивость и отказобезопасность систем СОИ только методами программно-аппаратного резервирования не представлялось возможным.

Это требовало создания распределенной, интеллектуальной системы парирования отказов, способной в реальном времени оценивать состояние и уровень работоспособности всех трактов приема, передачи и обработки данных, а также систем ориентации платформ и управления оружием. Система парирования отказов должна была работать в автономном от персонала режиме, вырабатывая и реализуя высокодинамичное управление программно-аппаратными ресурсами, пронизывающими всю СОИ.

Таким образом, программа СОИ изначально преследовала ряд целей военно-политического, военно-технического и технологического характера.

В военно-политическом аспекте СОИ носила явный провокационный характер и была нацелена:

  1. На продолжение гонки вооружений с катастрофическими для экономики СССР последствиями. В такой гонке преимущество получала та сторона, которая лучше владела технологиями двойного назначения и имела более высокий уровень интеграции технотронных систем, где, по оценкам аналитиков США, опережение собственных компьютерных технологий составляло порядка 15-20 лет, что соответствует ( 10^2-10^3 )-кратному превосходству в обобщенных показателях качества средств вычислительной техники.
  2. На подготовку военно-технической базы для выхода за рамки договора по ПРО за счет ускоренного развития вооружений наземного базирования и космических средств разведки и целеуказания. Это следует из финансовых приоритетов и стратегии развертывания исследований в рамках СОИ.

Провокационный характер СОИ следует из того факта, что при 200- 300-секундном "сценарии" боя на активном участке полета атакующих МБР военно-политическому руководству США (Совет национальной безопасности, Комитет начальников штабов, Агентство национальной безопасности, Госдепартамент и т. д.) отводилось бы не более 30-40 сек на оценку уровня кризисности ситуации и на выработку адекватного решения.

Очевидно, что для выполнения этих функций военно-политическое руководство США должно обладать навыками мобилизации и работы в экстремальных ситуациях с непрогнозируемыми последствиями, что больше свойственно профессиональному оперативному составу СОИ, натренированному на переход от фазы длительного, пассивного наблюдения к фазе активных действий по оценке боевой обстановки.

В военно-техническом плане СОИ была направлена на качественный скачок в уровне роботизации всего вооружения и военной техники (ВВТ) армии США, что по замыслу должно свести к минимуму потери собственной живой силы, задействованной (в идеале) только в управлении автоматическими беспилотными системами поля боя.

В техническом плане СОИ представляла собой беспрецедентную по масштабам и скоординированности действий программу прорывных исследований в области опто- и микроэлектроники, реализовать которые можно только при условии качественного скачка в материаловедении, уже находящемуся на грани перехода к синтезу материалов с заранее заданными формами и физико-химическими свойствами.

Виктор Бузмаков
Виктор Бузмаков
Россия, г. Москва
Юрий Самков
Юрий Самков
Россия