Цифровое поле боя
Основным направлением развития военной техники в ХХI веке стал переход к массовому использованию электронных устройств и информационных технологий. Подобные решения внедряются во всей линейке вооружений и на всех уровнях организации вооруженных сил – от носимой аппаратуры пехотинца до глобальной спутниковой группировки.
В настоящий момент меняется облик целых областей военной деятельности, до этого складывающийся в течение столетий. Например, топографическое ориентирование на местности и астрономическая навигация заменены на использование спутниковых систем GPS, ГЛОННАС или Galileo. Эти системы состоят из космического и наземного сегмента, соединенных радиосвязью. Космический сегмент представлен несколькими десятками высокоорбитальных спутников-излучателей, наземный – специальными приемниками, оснащенными вычислительными устройствами. Размеры современных приемников позволяют монтировать их в корпус компьютера, носимой радиостанции, бинокля или лазерного целеуказателя. Использование дополнительных коррекционных сигналов WAGE (Wide Area GPS Enhancement) позволяют до нескольких дюймов повысить точность позиционирования объекта. Помехоустойчивость обеспечивается применением приемных антенн с управляемой диаграммой направленности CRPA.
Изобретенная в начале прошлого века радиосвязь по схеме «точка - точка» все в большей степени заменяется зональной радиосвязью по схеме «абонент – базовая станция – абонент», при этом базовые станции размещаются в узлах сети, покрывая пространство зонами уверенного приема в форме сот. Это позволило перейти на использование радиосигнала в диапазоне сверхвысоких частот, распространяющегося в пределах прямой видимости, но при этом позволяющего передать в единицу времени многократно больше информации, чем радиосигнал в диапазоне УКВ или КВ. Перспективной технологией радиосвязи является CDMA - широкополосная передача с кодированием отдельных каналов в общей полосе пропускания. Она отличается шумоподобным спектром сигнала, поддержкой сотен выделенных каналов передачи данных/голоса или объединения нескольких каналов для передачи потокового видео в частотном диапазоне от 1 до 5 гГц (СВЧ-связь).
Для приема и передачи сообщений в зоны, находящиеся под контролем противника, используется космическая связь, состоящая из группировки низкоорбитальных спутников и носимых радиостанций. Небольшая высота расположения орбит спутников над поверхностью Земли способствует малой мощности сигнала и небольшому размеру радиостанций, практически совпадающих по своим габаритам с коммерческими сотовыми телефонами. Прохождение орбит спутников через полюса Земли позволяет добиться покрытия уверенной связью всей земной поверхности. Кроме всенаправленных штыревых антенн, в составе абонентских устройств также применяют выносные остронаправленные фазированные решетчатые антенны, которые на порядок улучшают условия приема-передачи, снижают мощность излучения и устраняют опасность обнаружения сеанса связи с помощью средств радиотехнической разведки.
Малая мощностью сигнала в одном абонентском канале (CDMA2000 – 0,25 вата) позволяет устанавливать базовые станции и ретрансляторы на борту беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), каждый из которых занимает позицию в одном из узлов радиосети, на высоте 6 км и обеспечивает уверенный прием прямого сигнала в зоне диаметром 12 км. Появляется возможность поддержания избыточности количества узловых устройств, тем самым обеспечивая устойчивость радиосети в случае воздействия на них средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ), включая ракеты с самонаведением на источник излучения. Тот же метод резервирования применяется в спутниковых группировках космических систем навигации и связи.
Цифровое кодирование радиосигнала позволяет совместить в одном канале передачу голоса, изображения и данных, при этом последние являются наиболее емким источником информации. Внедрение в абонентские устройства потокового шифрования обесценило возможность дешифрования информации – при использовании СВЧ-связи объем передаваемых данных становится настолько велик (учитывая в т.ч. потоковое видео), а алгоритмы шифрования настолько криптостойки, что скорость дешифровки данных будет в разы отличаться от скорости их шифровки, тем самым обесценивая полученную информацию.
Существенно изменились и оконечные абонентские устройства – их главным отличием стало наличие видеокамеры/тепловизора и дисплея. Размер камер сократился до нескольких миллиметров, в ближайшей перспективе ожидается его сокращение до нескольких десятых миллиметров. Камеры, применяемые в системах технического зрения с синтезированной апертурой, переходят на многолинзовую фасеточную конструкцию типа швейцарской CurvACE, обеспечивающую круговой обзор и электронное увеличение изображения без применения оптико-механических устройств.
Дисплеи абонентских устройств военного назначения развиваются в направлении удароустойчивости своих панелей вплоть до придания им гибкости по типу носимого терминала автоматизированной системы управления войсками FBCB2. Дальнейшая миниатюризация дисплеев и приближение экрана непосредственно к зрачкам глаз с разделением картинки на две составляющие позволяет реализовать технологию трехмерного изображения. Подобные устройства в виде проекционных очков дополненной реальности с полупрозрачными линзами и встроенными видеокамерой, телефонной гарнитурой и сенсорным курсором в настоящий момент предлагаются множеством фирм-производителей, начиная от Microsoft и кончая Vuzix.
При этом сами автоматизированные системы управления войсками (АСУВ) развиваются в направлении сокращения времени реакции между обнаружением противника и оказанием на него огневого воздействия, а также обеспечением в режиме реального времени сбора и распространения информации о тактической обстановке во всех уровнях управления войсками вплоть до командиров пехотных отделений и экипажей боевых машин. Прогресс в области средств связи, навигации, бортовых систем управления огнем (СУО) и носимых компьютеров позволил специализировать АСУВ на решении задач уровня штабов воинских подразделений, частей и соединений. Устойчивость систем в бою обеспечивается сетевым характером обработки и хранения информации, например, онлайновая тактическая обстановка автоматически формируется сразу на трех уровнях – в носимых компьютерах командира подразделения, его подчиненных и командира вышестоящего подразделения.
В дополнении к бортовым СУО возможности вооружения военной техники расширяется за счет управляемых боеприпасов. Они содержат головные системы наведения (ГСН) по тепловой или видимой сигнатуре цели, которые успели стать неотъемлемой частью ракет «воздух-воздух» и «земля-воздух», включая боеприпасы переносных зенитных ракетных комплексов (ПЗРК). Использование ГСН для наведения ракет на воздушные цели облегчается хорошей контрастностью целей на фоне неба. Развитие алгоритмов идентификации целей на фоне подстилающей поверхности позволило также перейти к использованию ГСН в конструкции ракет, входящих в комплект противотанковых ракетных комплексов (ПТРК), а также в конструкции управляемых артиллерийских снарядов и авиационных бомб.
Однако ГСН обладают врожденным недостатком – они чувствительны к степени прозрачности атмосферы в видимом и тепловом диапазонах спектра оптического излучения. При большой запыленности и/или задымленности воздуха над полем боя дальность захвата цели по её видимой/тепловой сигнатуре резко падает. Применение лазерной подсветки цели чревато риском применения противником средств оптико-электронного и огневого воздействия на источники излучения.
Более перспективным решением является инерциальная система наведения (ИСН), которая обладает независимостью от степени прозрачности атмосферы и полной помехозащищенностью. ИСН представляет собой набор из трех акселерометров, расположенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, и процессора-вычислителя. Каждый акселерометр состоит из кольцевого волоконно-оптического резонатора с зеркалами, между которыми распространяются встречные лучи лазера. Взаимодействуя между собой, лучи образуют интерференционную картину, по которой можно определить величину ускорения. Процессор-вычислитель определяет изменение положения тела в пространстве в соответствии с направлением, величиной и продолжительностью действия ускорений вдоль каждой из трех пространственных осей.
В ИСН, разработанной в Калифорнийском технологическом институте, лазерные акселерометры и процессор-вычислитель интегрированы в одном кремниевом микрочипе. На его поверхности прочерчены оптические впадины – углубления длиной в двадцать, шириной в один и глубиной в несколько десятых долей микрона. Вдоль каждой впадины проходят два рельса, которые образуют световод для луча лазера, заканчивающийся датчиком интенсивности излучения. На одном из рельсов установлена измерительная масса. Когда масса под действием ускорения отклоняется, то она искривляет рельс, тем самым уменьшая интенсивность излучения. Анализируя этот показатель с помощью процессора, акселерометр может зарегистрировать перемещение массы на несколько фемтометров (диаметр протона), что в тысячу раз точнее, чем это могут делать известные лазерные акселерометры.
Инерциальные системы, состоящие из одного микрочипа и в связи с этим обладающие малыми размерами, весом и стоимостью, предназначены для применения в том числе в реактивных гранатах, разработанных компанией MBDA в качестве индивидуального оружия пехотинцев. Гранаты Tiger (вес 450 грамм), Sniper (вес 1 кг) и Enforcer (вес 5 кг) с точностью до нескольких сантиметров могут поражать цели как прямой наводкой (на дистанции нескольких сотен метров) так и навесным огнем (на дистанции до нескольких километров). Полет гранат к цели осуществляется по наиболее оптимальной баллистической траектории с использованием алгоритма терминального наведения.
Накопленный опыт разработки современных систем связи и навигации позволил начать переход к комплексной технологии огневого взаимодействия родов войск. Американская программа PCAS (Persistent Close Air Support), реализуемая компанией Raytheon по заказу агентства DARPA, призвана совершить прорыв в тактике ведения общевойскового боя. Плановый срок завершения программы определен в 2014 году.
Новая технология включает в себя следующие компоненты:
- цифровую карту в трехмерном изображении;
- устройства спутникового позиционирования для оснащения пехотинцев и всех видов боевой техники;
- зонная СВЧ-связь с интегрированной передачей данных, голоса и изображения;
- управляемые боеприпасы с ИСН и ГСН;
- проекционных очки с встроенные видеокамерами/тепловизорами, акустическими гарнитурами в форме ушных вибраторов (обеспечивающих двухстороннее прохождение звука по костной ткани вне зависимости от уровня внешнего шума), сенсорными курсорами и индуктивными разъемами передачи данных в ИСН носимого оружия;
- СУО носимого оружия;
- автоматизированная система управления войсками в режиме реального времени с функциями координации действий участников боевых действий, а также сбора и передачи информации о тактической обстановке по уровням управления.
Все участники боевых действий снабжаются собственными экземплярами цифровой карты, записанными на твердотельные носители информации. Трехмерное изображение карты, в т.ч. с данными о тактической обстановке, проецируется на полупрозрачные линзы очков с совмещением контрольных точек карты и видимых объектов на реальной местности. Ручной выбор цели сопровождается автоматическим определением её координат, что дает возможность произвести точный выстрел прямой наводкой или передать координаты и тип цели в СУО боевой техники, осуществляющей огневую поддержку.
СУО носимого оружия выполнено на базе карманного компьютера с баллистическим вычислителем. В одном корпусе с компьютером располагаются СВЧ-модем, устройство спутникового позиционирования, твердотельный носитель информации и порт для подключения проекционных очков.
Наведение на цель носимого оружия осуществляется одним из следующих способов:
- стрелковое оружие наводится методом совмещения линии визирования цели с проекцией цифровой карты, после чего производится баллистический расчет угла возвышения ствола и угла упреждения (в случае выстрела по движущейся цели), результаты расчета проецируются на линзы в виде уточненной линии визирования;
- реактивный гранатомет наводится методом передачи по индуктивному разъему из СУО пехотинца в ИСН гранаты координат стрелка и цели (для обеспечения полета гранаты по баллистической траектории между этими двумя точками) с индикацией углов возвышения и упреждения;
- противотанковая/зенитная ракета наводится методом передачи по оптоволоконному кабелю из СУО пехотинца (расположенного на передовой позиции) в ИСН ракеты (расположенной на закрытой позиции) координат пусковой установки и цели для обеспечения полета ракеты по баллистической траектории вплоть до момента захвата цели ГСН.
Реализация функции баллистического вычислителя всех видов носимого оружия в едином СУО пехотинца позволяет отказаться от установки электронно-оптических прицелов на каждой единице оружия, тем самым существенно снизив вес и стоимость вооружения.
В первую очередь технология цифрового поля боя позволяет по новому организовать взаимодействии пехотных подразделений и армейской авиации в виде ударных БПЛА с управляемыми бомбами на внешней подвеске. Командиры пехотных подразделений смогут одновременно выполнять роль наводчиков и операторов вооружения БПЛА, барражирующих в воздухе на небольшой скорости вне зоны боевых действий. Отсутствие на борту БПЛА пилотской кабины, броневой защиты и пушечного вооружения, а также использования бомб вместо ракет, позволяет кратно повысить полезную нагрузку. После передачи из СУО пехотинца в СУО БПЛА координат и типа целей летательный аппарат автоматически переходит в набор скорости и высоты, после чего осуществляет сброс бомб с кабрирования без захода в зону поражения ПВО противника. Бомбы осуществляют полет по баллистической траектории под управлением ИСН. В случае необходимости поражения подвижных целей используются бомбы с дополнительно установленной ГСН.
В конечном варианте технология цифрового поля боя полностью именит характер действий сухопутных войск в тактическом звене «отделение-бригада», оставив за пехотой лишь функции разведки боем и наведения ударов артиллерии и авиации, выполняющих роль платформ – носителей высокоточного оружия. При осуществлении боевых операций в городской среде в качестве основного ударного средства пехоты будут применяться управляемые реактивные гранаты. В результате танковые войска избавятся от выполнения задач штурмовых орудий и смогут сконцентрироваться на маневренных действиях в глубине обороны противника. Главным фактором в достижении победы станет огневое, а не количественное преимущество в живой силе и технике.
Информация