Дроны! Роем марш! (Часть 3)
«Разговоры о том, что страшный рой беспилотников, несколько тысяч, прилетит на наши позиции и уничтожит — это басни бабушки Арины. Причем дилетантские и плохо сработанные!», — из интервью капитана первого ранга Константина Валентиновича Сивкова.
На Украине господствует прямо противоположное мнение. За это время из разных стран западной оси, на анонсированный летом 2022 года Киевом проект «Армия дронов», было собрано 325 миллионов долларов. В январе 2023 года украинский министр цифровой трансформации Михаил Федоров заявил, что за семь месяцев украинские военные законтрактовали комплектующих и запчастей к 1 600 дронов на 3,3 млрд гривен (примерно 90 миллионов долларов). 28 марта этого года им же было сообщено о формировании трех рот беспилотников. Армия «летающих укрзверюшек» росла, как на дрожжах, и сначала 5 мая украинские паблики протрубили, что на Украине в рамках проекта подготовлено 10 тыс. операторов беспилотников, а уже 8 мая объявили о создании еще восьми ударных рот БПЛА, готовых к бою и оснащенных пикапами, ударными коптерами, FPV(first-person view)-дронами.
Все вышесказанное подводит к выводу, что массированное применение различных видов разведывательных и ударных дронов украинскими нацистами более чем вероятно.
Генерал Залужный закончил Одесское высшее объединённое командное училище в 1997 году и военную историю вместе с другими спецдисциплинами ему читали бывшие советские преподаватели. Так что о проведении войсками Красной армии успешной Зееловско-Берлинской операции с 16 по 19 апреля 1945 года с применением «огневого вала» артиллерии он знает и помнит.
В чём суть?
Особенно показателен начальный эпизод сражения, а именно битва за Зееловские высоты. Это двадцатикилометровая гряда достаточно крутых холмов высотой в 40–50 метров восточнее Берлина, нависавших над рекой Одер. Идеальное место для обороны, отлично укрепленное немецкими нацистами. 280 советских орудий на километр фронта, полтысячи танков и самоходных артиллерийских установок, почти половину которых составляли тяжёлые танки ИС-2. За 30 минут было выпущено около 500 тыс. снарядов и мин всех калибров.
Эффективность артудара была ошеломительной. В первых двух траншеях было выведено из строя от 30 до 70 процентов личного состава немецких частей. Когда советская пехота и танки пошли в атаку, на некоторых направлениях они сразу, не встречая сопротивления, продвинулись на 1,5–2 км. Взятие Зееловских высот характеризовалось сверхмассированным комплексным огневым воздействием артиллерийских систем на узком участке фронта с одновременным вводом в прорыв танковых подразделений.
Что-то подобное попытаются совершить и украинские нацисты, но есть нюанс. Развитая система разведки российских войск, за которой следует нанесение упреждающих авиационных ударов силами наших ВКС, не даёт возможности украинскому командованию сосредоточить на земле артиллерийские соединения для создания огневого поражения необходимой плотности. Поэтому ВСУшниками и принято решение о массовом направление на передовую уровня тактического звена взвод-рота расчётов с FPV-квадрокоптерами-камикадзе.
Заявления украинских официальных лиц о десяти тысячах подготовленных операторах, скорее всего, не соответствуют действительности, но численность в пределах одной тысячи достижима. А главный интерес во всём этом деле у американских и натовских военных специалистов, которым критически необходимо получить опыт применения штурмовых дронов. Отработать теоретическую модель в полевых условиях проведения реальной боевой операции — обязательное условие в военном деле. Осуществив по направлению удара разведку и боевое применение всеми силами и средствами, в том числе и имеющимися в распоряжении разведывательными и штурмовыми дронами, отслеживая ответные действия российских войск, западные хозяева получат громадный материал для анализа и дальнейшего развития собственных армий. Потери личного состава ВСУ в расчёт не принимаются в связи с понятной перспективой всего украинского псевдогосударства, поэтому из армии зомбиукров надо выжать всё возможное, и это ещё один аспект требования западных военных к проведению гибельного «укрнаступу». Когда ещё такой случай представится?
Есть мнение российских военных экспертов, утверждающих, что концепция роя малоразмерных БПЛА для боевого применения при современном развитии техники нерешаема. Основано оно на том, что существуют принципиальные проблемы с обеспечением энергией для движения и работы бортовых систем, зависимостью параметров полёта от состояния атмосферы, уязвимостью каналов обмена данными. Позиция Сивкова тому подтверждение. Но, как видим, противник на Украине считает по-другому, а недооценка врага так же вредна, как и переоценка. Только факты, глубокий анализ, холодный расчет, действие.
Что такое рой и каковы основные принципы его построения и управления? Классический алгоритм роя частиц (particle swarm optimization, PSO) был разработан в 1995 году. Основой послужила компьютерная модель коллективного движения птиц в стае, которую в 1986 году создал Крейг Рейнольдс, которая предполагает, что все частицы в рое ведут себя одинаково, поскольку находятся в одних и тех же условиях.
Однако в реальных системах группы частицы непрерывно возникают и исчезают. Поэтому в основе новых моделей, построенных на алгоритме «выборочно-информированного роя» (selectively-informed PSO, SIPSO) лежит теория сложных сетей, где учитывают процессы структурной неоднородности роя с учётом влияния индивидуального поведения частиц. В таких образованиях частицы самостоятельно «выбирают» стратегии поведения в зависимости от своих связей с соседями. Частица в ядре обладает самой полной информацией обо всех соседних, а частица внешнего слоя с минимальной информацией только следует за «более информированными». Первый вид частиц — «лидеры», а второй — «последователи». Взаимодействуя со своими соседями, участники роя согласуют свои скорости и выбирают направление движения. Поведению «лидеров» подражают все окружающие его соседи, а самый крайний «последователь» внешнего слоя согласуют своё поведение лишь с одной частицей. «Лидеры» центра обладают наиболее полной картиной поведения роя и управляют движением всех участников, а «последователи» всё время стараются занять в пространстве положение с большей степенью свободы, что способствует сохранению однородности роя.
По сравнению с другими алгоритмами построения роя SIPSO превосходит их по числу успешных решений и скорости перестройки структуры. Этот метод формирования самоорганизующихся структур и механизма самоуправления в сложных системах сейчас активно тестируют для задач боевого применения.
Самое главное в этом то, что при уничтожении «лидера» его функции автоматически принимает на себя другой участник. Выбор производится силами вычислительных мощностей самой группы дронов с учётом оптимального положения сменщика внутри роя и уровня его сетевых связей. Алгоритм гарантирует высокую устойчивость к внешним воздействиям, так как потеря одной частицы не прекращает функции управления и выполнения боевой задачи иными участниками роя. Замена может происходить вплоть до полного исчерпания состава группы.
Многокомпонентная группа БПЛА (рой), как боевая система, предназначена для выполнения следующих задач: разведывательно-корректирующей, ударной, транспортной. Рой сразу может содержать в своём составе дроны необходимой специализации в необходимом количестве, причём взаимозаменяемые. Если обстоятельства применения неожиданно меняются, то часть аппаратов прямо в полёте может быть трансформирована из разведывательных или транспортных в ударные и наоборот.
Существуют две основные стратегии управления сложной группой дронов: централизованное и децентрализованное. При централизованном управление осуществляет оператор наземного центра по постоянному каналу обмена информацией с контролем каждого объекта группы. Все вычисления и обработку данных проводит наземный центр. Преимущества этого варианта — простые процессы передачи управляющих команд и обмена информацией, отработанные технические решения.
Децентрализованное, с применением алгоритмов SIPSO представляет собой рой дронов, самостоятельно принимающий решения при выполнении боевой задачи. Преимущества: устойчивость, многозадачность, автономность, скрытность (отсутствие связи с оператором не означает прекращение выполнения задания). В этом случае обмен информацией происходит по запросу от оператора или периодически согласно программе, поэтому ненагруженные линии связи менее уязвимы для помех.
При возникновении внештатной ситуации, если искусственный интеллект (ИИ) не может найти решения, связь может устанавливается и по запросу «лидера» роя. Обязательным является отправка запроса для получения разрешения на атаку цели и получение ответа от оператора. Недостатки: сложные алгоритмы управления, построенные на нестандартных программных продуктах, наличие высокотехнологичного оборудования боевого комплекса, которое самостоятельно проводит обработку информации в режиме реального времени очень большого потока данных, в том числе визуальных. Крайне сложная задача, которая в настоящее время полностью не решена.
DARPA пятый год, вместе с компаниями Northrop Grumman Mission Systems и Raytheon BBN Technologies, продолжает работу над программой OFFSET. Цель — развитие принципов ведения современного боя в условиях городской среды, разработка архитектуры роя, поиск решений для применения роботов в реальных боевых операциях.
В июне 2019 года на территории учебно-испытательного центра DARPA в Грузии, представляющего собой макет двух кварталов городского района, прошли учения по отработке тактических операций сопровождения ИИ системами пехотных подразделений. Проверялась возможность одновременной работы в городских условиях до 250 БПЛА и наземных роботов. В рамках испытаний один оператор единовременно управлял 130 реальными и 30 виртуальными дронами в помещении и в открытом пространстве. Группа БПЛА-разведчиков в онлайн-режиме предоставляла командирам подразделений тактическую информацию и оказывала огневую поддержку. Исследовалась возможность «обучения» разведывательно-ударных дронов самостоятельно объединяться в группы, выбирать лидера, на ходу изменять полётное задание, перестраивая структуру роя под условия внешней среды. Был испытан вариант управления группой дронов с помощью выполнения ими заранее установленного перечня тактических миссий. Порядок их выполнения был «зашит» в программное обеспечение пульта управления оператора, который в зависимости от ситуации на поле боя активировал совершение дронами необходимого действия (облёт объекта для разведки, одновременная атака рассредоточенных целей, сбор в установленном месте и т. д.).
Этот принцип управления представляет собой гибрид стратегии централизованного и децентрализованного управления, при котором многокомпонентная группа БПЛА на основе команд оператора самостоятельно выполняет часть задания.
Работы продолжаются в направлении создания систем управления с элементами ИИ, одновременно использующим объединенные вычислительные мощности и наземного пункт управления, и дронов роя.
Обучение ИИ для управления полётом множества аппаратов в сложных условиях внешней среды (деревья в лесу, движение внутри зданий) происходит объединением потоков информации-управляющей от оператора и транслируемой датчиками и камерами БПЛА. Машина одновременно «наблюдает» и за видеопотоком с камеры дрона, и за сигналами управления оператора, сопоставляя и запоминая его действия при управлении аппаратом. Информацию обрабатывают, переводят в соответствующие алгоритмы, которые ИИ затем использует в сходных условиях, соотнося полученные «навыки» с поставленной задачей. Так работает машинное обучение —применение компьютерных алгоритмов, которые автоматически совершенствуются с помощью внешнего опыта.
Если с принципами построения и управления группой и роем дронов понятно, то как быть с каналами связи? Не это ли самое уязвимое звено в системе?
Пока современные БПЛА не обладают полностью независимым ИИ для принятия решений и навигацией без коррекции от внешних систем для автономного полёта, а значит, критически нуждаются во внешних каналах передачи и приема информации. Для снижения заметности системы передачи данных как внутри роя, так и между роем и оператором, пробуют использовать скрытую сверхширокополосную линию связи малой интенсивности с очень низким отношением сигнала к шуму. Сигналы низкой спектральной плотности — это что-то вроде шипения в колонках динамиков в перерывах между песнями, и они не регистрируются существующими средствами радиотехнической разведки, которые воспринимают их, как незначительное повышение постоянного фонового шума.
Существует проблема размещения радиолокационной станции и головки самонаведения на дроне. Это связано с зависимостью длины электромагнитной волны и размером антенны, которая тем больше, чем больше длина волны. Миллиметровый диапазон требует для передачи антенну меньшего размера, чем метровый, но и сигнал затухает гораздо сильнее. Это в свою очередь требует более мощных передатчиков, а значит, и источников энергии для питания большой ёмкости.
Обойти эти ограничения можно, разместив более сильные передатчики и антенны с большими размерами на самолётах-ретрансляторах или на спутнике, а максимально чувствительный приемник и передатчик с помехозащищенным каналом на дроне. Пример? Спутниковое цифровое телевидение. И наземные телевизионные станции, и TV-спутники, передают изображение, используя радиосигнал с помощью систем кодирования (Viaccess, Irdeto и т.д.).
Методы помехоустойчивого шифрования цифровых сигналов известны, так, например, система шифрования передачи цветного сигнала, получившая название EuroCrypt, широко использовалась на спутниках SIRIUS, INTELSAT и других. Существует криптографическая защита и аналоговых видеосигналов с различными вариантами преобразования изображений. Ещё проще создать систему для шифрования передачи черно-белого сигнала.
В мирное время для линий связи FPV(First Person View)-дронов используются следующие частоты: 0.9 Мhz (длина волны 33,3 см) 1.2–1.3 Мhz (длина волны 25–23 см), 2.4 Мhz (длина волны 12.5 см), 3.3Мhz (длина волны 9 см), 5.8Мhz (длина волны 5.16 см). На войне все ограничения на используемые диапазоны будут сняты, а значит, применение, например, метода псевдослучайной перестройки рабочей частоты для американской военной тактической сети обмена данными Link 16 (TADIL J) будет проводиться с использования очень большого частотного диапазона.
Уровень развития микроэлектроники позволяет разработать и применить для дронов комплекты взаимозаменяемых приемопередатчиков, использующих для построения каналов связи самые различные диапазоны и способы защиты от средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Пример: средства радиотехнической (РТР) и радиоэлектронной (РЭР) разведки устанавливают наличие вражеских средств РЭБ на конкретном участке фронта и проводят их анализ. Затем в атакующих подразделениях проводится оперативная аппаратная адаптация, то есть с дронов снимают одни устройства и ставят другие, использующие иные частотные диапазоны и алгоритмы шифрования. Более продвинутые системы смогут самостоятельно перенастраиваться прямо в полёте. Похоже на действия, когда мы активируем-деактивируем сим-карты в своём сотовом телефоне при приезде в другую страну.
Можно блокировать прием помех приемником, управляя ориентацией диаграммы направленности антенны в пространстве. Так в многофункциональных радиолокационных станциях с активной фазированной антенной решёткой RPS-72 (eMHR), производства израильской компании RADA Electronic Industries Ltd. каждый приёмо-передающий модуль, а их там четыре для четырёх антенн, использует свой индивидуальный малошумящий сверхвысокочастотный транзистор и устройство управляющее мощностью, поэтому каждая антенна комплекса может самостоятельно сформировать избирательную диаграмму направленности в направлении источника помех. Если одну из антенн с какой-то стороны начинают облучать помехами, то система автоматически изменяет чувствительность своего приёмника с этого направления и вредный сигнал не принимает. Это как шоры на глазах у лошади не дающие возможности смотреть по сторонам.
Надо учитывать и то, что любые комплексы РЭБ оперативно-тактического уровня типа «Палантин», «Ртуть-БМ» или новейших «Дивноморье» и «Тирада-2С», ставя помехи, сами становятся целями для ракет с пассивной головкой самонаведения типа AGM-88 HARM и других высокоточных боеприпасов, которые захватив источник излучения самостоятельно летят в направлении цели.
Противник постоянно проводит разведывательные мероприятия всех уровней (РР, РТР, РЭР), начиная от наземного тактического звена и вплоть до орбитальной спутниковой группировки, что значительно усложняет применение российскими силами систем РЭБ в прифронтовой полосе. Сейчас авиация украинской армии нашими ВКС успешно уничтожается ещё до их подлёта в зоны пуска и поэтому использование украинцами американских самонаводящихся противорадиолокационных ракет крайне затруднено.
Всушники для нападения пытаются использовать преимущества реактивных систем HIMARS/MLRS с управляемыми реактивными снарядами M30/31A1 GMLRS, но эффективность и их применения сильно упала. Отклонение от цели этих управляемых реактивных снарядов на дистанции 60–90 км увеличилось с 3–7 метров до 50–60 метров, что не позволяет противнику достигать прежней точности в поражении. Как смогли этого добиться наши войска?
Американским реактивным снарядам для стабилизации в полёте придаётся вращение вокруг своей продольной оси. Такое вращение делает невозможным применение GPS-антенн высокой точности и помехозащищенности, а установленная на этой ракете всенаправленная спутниковая антенна навигации, которая сочетается с таким движением, от помех защищена плохо и поддаётся воздействию комплексов РЭБ Р-330Ж «Житель» и «Поле-21». Поэтому при воздействии помех наведение поддерживается только инерциально-навигационными модулями штатовских ракет, которые продолжают работать и без коррекции от сигналов со спутников GPS, но при этом не обеспечивают нужной точности.
Но и противник делает правильные выводы. Компания Honeywell при финансовой поддержке DARPA начала работы над новым поколением инерциальных датчиков. По программе «Точное и надежное инерциальное наведение для боеприпасов: термостабилизированное инерциальное наведение» начаты разработки новой высокоточной навигационной технологии. Результаты: новые опытные датчики на порядок точнее, чем предыдущий инерциальный измерительный блок (IMU) Honeywell HG1930 (выпущено более 150 000 единиц). Было 50 метров на ошибку, а станет 5, а применение улучшенного модуля инерциальной навигационной системы (ИНС) в комплексе с оптико-электронной системой коррекции и глобальной навигационной спутниковой системой (ГНСС) GPS сможет очень существенно уменьшить ошибки наведения.
Поставят ли такие комплексы ориентации на БПЛА, чтобы увеличить устойчивость системы? Конечно — это только вопрос времени. Кроме того, в распоряжении МО США Единая система военной спутниковой связи и управления, куда вместе со Starlink Илона Маска входит система широкополосной спутниковой связи (DSCS/WGS), система узкополосной спутниковой связи (UFO/MUOS), система ретрансляции данных (SDS) с разведывательных спутников, система спутниковой связи (TacSat) для ВМС, система MILSTAR(AEHF).
Национальное управление военно-космической разведки США (National Reconnaissance Office, NRO) использует РЛС космического базирования (Space Radar-SR), спутниковые системы С4ISR, системы союзников из Великобритании (Sky Net), Франции (Syracuze), Германии (SATCOMBw). Необходимо учитывать и гражданские системы-TDRSS, Intelsat, SES, Eutelsat, Iridium, Globalstar, каждая из которых имеет двойное назначение.
Вся эта армада, то есть все спутниковые и авиационные системы разведки, управления и наведения сведены в единую сеть, взаимозаменяемы и дополняют друг друга по совокупности характеристик и возможностей в режиме реального времени.
А кто не даст противнику воспользоваться нашей российской ГЛОНАСС, китайской «Beidou» или европейской «Galileo»? Заглушить ГНСС GPS заградительными помехами над всей территорией? Но ставят этот вид помех именно тогда, когда не имеют полных данных о параметрах сигналов подавляемых радиоэлектронных средств противника, а значит возникнет проблема и для наших собственных станций, линий связи и управления. К вечному противоборству снаряда и брони на современном поле боя добавилась гонка технологий дронов, РЭБ и систем навигации.
Конечно, мнение Константина Валентиновича, что «басни бабушки» не сбудутся, имеет право на жизнь, но закон Старджона гласит: «Всё иногда идёт не так, как хотелось бы». Тем более на войне, где это происходит постоянно.
Михаил Поспелов,
