Рождение советской ПРО. От битвы за Британию до кибернетики
М-5
К разработке М-5 были привлечены лучшие инженерные и конструкторские силы ИНЭУМа: В. В. Белынский, Ю. А. Лавренюк, Ю. Н. Глухов и другие, развернулись работы по проектированию и выпуску конструкторской документации.
Забегая вперед, скажем, что пилотный экземпляр М-5 был построен, отлично принят и, естественно, не пошел в серию, Брук был снят с поста директора ИНЭУМ, а Карцев вынужден уйти в Минрадиопром, где его в итоге догнобили окончательно.
История звучит подозрительно знакомо, не так ли?
За что же поперли Брука?
Чтобы продвинуться дальше и разобраться в дальнейших приключениях Карцева и хитросплетениях интриг вокруг его машин, нам нужно снова сделать отступление, иначе мотивы многих участников станут непонятны.
Дело в том, что история Брука тесно связана с падением еще двух гигантов отечественной компьютерной мысли – Китова и академика Глушкова, о которых мы уже упоминали.
И здесь мы ступаем на очень зыбкую почву, чтобы разобраться в одном из величайших мифов Советского союза – мифе о кибернетике.
Китов, Берг и Глушков были наказаны именно за свои кибернетические устремления, точнее – за желание построить и исследовать систему оптимального управления плановой экономикой с помощью сети ЭВМ.
В чем же тут миф?
Ведь всем известно, что в СССР гонения на кибернетику привели к огромному отставанию в области компьютеров, вот Китов с Бергом и попали под пресс?
На самом деле все куда сложнее и речь идет даже о двойном мифе, с которым мы и постараемся разобраться.
Для этого, однако, нам нужно понять, каковы истоки кибернетики на Западе, что это вообще такое, как она развивалась и как, а главное, с каким результатом, попала в СССР.
Что мы знаем о кибернетике?
Словами классика – ничего, да и то не все. Всем известны гонения на нее, вроде как чуть не погубившие советскую компьютерную науку, кто-то слышал про какую-то биологическую, техническую и прочую кибернетику, кто-то вспомнит Норберта Винера, кто-то скажет, что это устаревшее название информатики.
Парадокс в том, что книг по кибернетике в СССР издавалось огромное количество, существовали целые факультеты этой науки (а некоторые, как знаменитый факультет вычислительной математики и кибернетики МГУ существуют и поныне, хотя забавно то, что классическую кибернетику там вообще никогда не изучали!), но при этом, что же это такое – толком не знает никто. Что-то околокомпьютерное и очень важное, наверное?
Кибернетика в современном смысле слова родилась в США, поэтому будет уместно применить классическое западное определение этой науки.
Это трансдисциплинарный подход, изучающий общие черты регулируемых систем, их структуру, возможности и ограничения. Фактически, нефилософское содержание этого понятия заключено в дисциплине «Теория автоматического управления». Философская же часть рассматривает куда более абстрактные вопросы, пытаясь перевести диалог в сторону универсальных закономерностей развития социума, экономики и даже биологии (отметим, что здесь как раз ее содержательная часть крайне мала и не привносит ничего нового, по сравнению с традиционными методами данных наук, разве что, кроме самой идеи, что любые саморегулирующиеся системы концептуально похожи).
Чтобы понять, что случилось с Бруком и Карцевым, почему был закрыт проект М-5 и почему уже упоминаемый нами академик Глушков так и не смог реализовать ничего из задуманного, нам надо откатиться немного назад и посмотреть, как развивались науки об управлении в 1930–1950 годы.
Естественно, переломным моментом послужила Вторая мировая война. Этот конфликт был так же по-своему уникален, как и Первая мировая. Та война была последней, по сути, классической тотальной войной – несмотря на то, что в ходе ее появились разнообразные технические новинки, назвать ее войной технологий уместно лишь отчасти.
Отравляющие газы, первые танки и аэропланы, естественно, оказывали локальное влияние на ход конфликта, но в глобальной перспективе исход войсковых операций, как во времена Наполеона, решали огромные массы пехоты и артиллерия.
Вторая мировая война же в этом качестве радикально отличалась, особенно для союзников. Никаких миллионов солдат, месящих грязь и годами гниющих в окопах от моря до моря за десятью рядами колючей проволоки на западном фронте больше не было. Вторая мировая была, прежде всего, войной интеллектов и машин. Радары, бомбовые прицелы, управляемое оружие и венец всего – атомная бомба. Война перешла в принципиально иную плоскость, это было соревнование научных и инженерных коллективов, разрабатывающих принципиально новые математические и технические инструменты для их использования в бою.
Прорыв в понимании реалий новой стратегии и тактики совершили, прежде всего, англосаксы, и тому есть причина.
Англия и США (хоть и провели жестокую наземную кампанию в Первой мировой), по сути, были морскими державами, их удачное расположение просто вынудило их делать ставку на флот (а позднее – и на авиацию), вместо мясных пехотных баталий (естественно, были и баталии, но никакого результата они не принесли – по итогам Первой мировой войны оказалось, что заваливание трупами окопов не дает для победы ровным счетом ничего, а население в лучшем случае начинает бунтовать, в худшем – просто кончается).
В результате обе страны в интербеллум очень быстро осознали (в отличие от континентальных держав), чем и как будет вестись и, главное – выигрываться, следующая глобальная война.
Кроме этого, до появления авиации вершиной военного хайтека, rocket science 1920 –1930 годов был флот. Некоторые технические решения, примененные в линкорах серии «Айова», поражают даже сейчас.
Командование ВМС было вынуждено издать инструкцию, напоминающую морякам, что внешнее впечатление ошибочно. Толстобокий монстр превосходит по маневренности любой современный корабль. Еще во времена Второй мировой было отмечено, что тактический диаметр циркуляции «Айовы» (740 метров) был меньше, чем у эсминца типа «Флетчер»… Стремясь продлить ресурс механизмов, янки никогда не выводили ГЭУ на полную мощность. Достигнутое на практике значение (221 тыс. л. с. – солидный результат, в 1,5 раза больше, чем у атомного «Орлана») соответствовало 87 % от установленной мощности силовой установки линкора. В форсажном режиме и при наличии четверти миллиона лошадей» на валах винтов, «Айова», по расчетам, могла развивать до 35 узлов.
…Совокупность боевых качеств (недостижимая для современных кораблей боевая устойчивость, ракетно-артиллерийское вооружение и статус крупных кораблей 1-го ранга) сделали «Айову» достойной модернизации и продления сроков её службы. При этом службы не в роли блокшива или плавказармы. Ярчайшие звезды первой величины, линкоры были выбраны на роль флагманов боевых групп. 50 лет в первых рядах – какой корабль в истории демонстрировал подобный результат?
…Все понимали, что в случае начала боевых действий, придется отвлекать значительные ресурсы для противодействия подобному кораблю.
…Совокупность боевых качеств (недостижимая для современных кораблей боевая устойчивость, ракетно-артиллерийское вооружение и статус крупных кораблей 1-го ранга) сделали «Айову» достойной модернизации и продления сроков её службы. При этом службы не в роли блокшива или плавказармы. Ярчайшие звезды первой величины, линкоры были выбраны на роль флагманов боевых групп. 50 лет в первых рядах – какой корабль в истории демонстрировал подобный результат?
…Все понимали, что в случае начала боевых действий, придется отвлекать значительные ресурсы для противодействия подобному кораблю.
А Вашингтонский морской договор 1922 года и Лондонский морской договор 1930 года, вообще, существенно ограничивали постройку кораблей сравнимого класса, подобно тому, как сейчас ограничивают ядерное оружие – одно это уже дает понять, насколько серьезной силой в то время, и не без основания, считались флоты.
Также война на море требовала гибкого мышления и принципиально иной тактики и стратегии на всех уровнях, что, в сочетании с огромной сложностью и ценой кораблей, превращало флот в прекрасную кузницу кадров, в полной мере осознающих всю важность развития военных наук.
В результате уроки Первой мировой войны континентальными державами не были усвоены: в отношении стратегии, тактики и геополитики в своем понимании мира не далеко ушли от эпохи Наполеоновских войн. Ни Германская, ни Российская империя даже близко не подошли к развитию флота на уровне Великобритании с ее четырехсотлетним опытом войны на море.
Практически тактическое ядерное оружие по меркам 1930-х – линкор «Айова» во всей красе (фото https://en.wikipedia.org).
Справедливости ради, вины их в этом нет – жизнь на острове и геополитика острова, естественно, радикально отличается от континента. Англичане и американцы попробовали в 1914–1918 классическую войну старой школы («Die erste Kolonne marschiert... die zweite Kolonne marschiert»), и она им категорически не понравилась.
В итоге Вторая мировая, по сути, представляла собой две параллельные войны, совсем не похожие друг на друга. Англосаксы увлеченно громили врага с помощью радаров, бомбардировщиков, авианосцев и подводных лодок, а на континенте несчастный СССР изображал Верден под Сталинградом и Ржевом.
В Англии же уже в 1915 лорд Тивертон пишет статью «Lord Tiverton’s System of Bombing», вводящую концепцию стратегических бомбардировок. В 1917 году в Англии же вышла передовая книга «Aircraft in Warfare: The Dawn of the Fourth Arm», написанная визионером и промышленником Фредериком Ланчестером (Frederick William Lanchester), пионером британского автомобилестроения, на четыре года опередив знаменитую «Il Dominio dell’Aria. Probabili Aspetti della Guerra Futura» итальянца Джулио Дуэ (Giulio Douhet).
За год до этого Ланчестер разработал первую в мире систему дифференциальных уравнений для исследования соотношения сил в разных видах боя (так называемые, линейный и квадратичный законы Ланчестера, у нас аналогичные соотношения вывел в 1915 году М. П. Осипов, описав дифференциальными уравнениями процесс сражения между двумя эскадрами, но из-за революции и общего довольно медленного осмысления итогов Первой мировой войны, его вклад был утерян на долгие годы).
Без преувеличения можно сказать, что Вторая мировая война стала войной самолетов – именно с сороковых годов авиация стала играть важнейшую роль в конфликтах любого уровня.
Практически все традиционные методы и инструменты войны – от линкоров до укрепрайонов оказались бессильны перед массированными налетами, технологическое превосходство в авиации позволяло карать противника, как угодно, когда угодно и где угодно на своих условиях.
В силу вышеописанного, максимально активны в развитии и использовании авиации были американцы и британцы, и неудивительно, что именно они вложили колоссальное количество интеллектуальных ресурсов в инженерное и математическое обеспечение новых методов войны. Так были открыты теория автоматического управления, математическая теория операций и математическая теория игр.
И из всего этого переплетенного клубка в 1948 году появилась классическая кибернетика.
Идея войны в воздухе была осознана на Западном фронте практически мгновенно, а уж какой переворот произошел в стратегических идеях после Второй мировой! Сверху – оригинальная карта, на которой показаны города, находящиеся в радиусе действия бомбардировщиков RAF в 1915–1918 годах. Красными звездами отмечены города, подвергшиеся бомбардировкам Антанты еще до налетов Gotha на Лондон. Первое издание «Aircraft in Warfare: The Dawn of the Fourth Arm» вышло еще во время Первой мировой войны. Снизу – книги о теориях, которые так и не были усвоены континентальными армиями (фото https://vfpuk.org/, http://www.lanchesterinteractive.org, www.amazon.com)
Гиперинтенсивное развитие техники в интербеллум привело к тому, что впервые в истории человек оказался самым бесполезным, ограниченным и ненадежным элементом боевой машины, и больше всего это коснулось авиации.
Проблема была в высоте и скорости, на которую не были рассчитаны человеческие органы чувств. Просто пилотировать самолет было доступно без проблем и не аугментированному человеку, сражаться на более-менее одинаковой высоте с противником более-менее одинаковой скорости – сложно, но тоже возможно. Проблемы возникали тогда, когда нужно было поражать цели с большой дистанции и с сильно отличающимися скоростями, возникающие в прицеле на доли секунды – в бомбометании (особенно с больших высот по целям меньше города) и вообще атаке наземных целей и в противоположной задаче – ПВО в широком смысле слова, от защиты медленных бомбардировщиков от скоростных маневренных истребителей до обороны городов и кораблей от авианалетов.
Итак, примерно к 1935 году разрушительный потенциал авиации стал очевиден англосаксам, но возникла огромная проблема в его использовании.
Традиционные методы наведения самолета на цель (или орудия на самолет), основанные на слабых человеческих зрении и слухе, а так же слабых человеческих вычислительных способностях, не могли работать в условиях новых высот и скоростей. В результате потребовался целый спектр выдающихся технических и математических инноваций, для того, что бы массированные авиаудары стали действительно грозным оружием, равно как и для защиты от этого оружия.
Радар
Сначала появился радар.
История этого прибора хорошо освещена и нет необходимости ее повторять, отметим лишь, что в 1930-е с радарными технологиями экспериментировали все развитые технически страны – Германия, Франция, СССР, США, Италия, Япония, Нидерланды и Великобритания, но только англосаксы уже к началу войны смогли развернуть полноценную сеть радаров, покрывающих побережье, полностью осознав, что грядущая война станет, прежде всего, войной авиации.
Нас интересует не столько сама технология радиолокации (благо она была почти одновременно и почти независимо разработана вообще всеми участниками будущей войны), сколько две удивительные инновации, до которых додумались в 1930-е только англичане, и сам радар без них был абсолютно бесполезен.
Речь идет о первой полноценной системе ПВО и ее математическом обеспечении – теории операций. Эти темы в отечественных источниках по традиции освещены куда хуже, в силу того, что ни СССР, ни Германия, несмотря на наличие еще до войны таких же прототипов радаров, к началу конфликта не додумались до грамотной стратегии их использования.
В итоге, в отличие от британцев, хорошо подготовившихся еще в тридцатые и успешно выигравших свою битву за остров, нам и немцам пришлось учиться всему прямо на ходу, результат этого хорошо известен.
Как только Гитлер пришел к власти, в марте 1934 он немедленно денонсировал положение о разоружении, и англичане мгновенно сделали из этого правильные выводы.
Весной того же года британский физик и инженер Альберт Роу (Albert Percival Rowe), помощник по вооружениям Гарри Уимпериса (Harry Egerton Wimperis), инженера-авиатора и директора по научным исследований в министерстве авиации, подготовил шефу доклад о необходимости развертывания полноценной системы ПВО. Предложение было немедленно одобрено министром авиации, лордом Лондондерри (Charles Vane-Tempest-Stewart, 7th Marquess of Londonderry). Министр поручил выдающемуся ученому, ректору Имперского колледжа науки и техники Генри Тизарду (Sir Henry Thomas Tizard) создать и возглавить «Комитет по научному изучению противовоздушной обороны».
Дальнейшая история хорошо известна – член Комитета суперинтендант радиоотдела Национальной физической лаборатории Роберт Уотсон-Уатт (Sir Robert Alexander Watson-Watt) предложил концепцию радара, и в 1936 году Министерство ВВС создало экспериментальную радарную станцию Боудси и выделило отдельное подразделение – Командование истребителей RAF с исследовательским центром в Биггин Хилл в Кенте для изучения того, как радиолокационная цепь может быть использована для перехвата самолетов.
Так началось развертывание первой в мире полноценной системы радионаблюдения – Chain Home, сети радиолокационных станций на восточном побережье, к 1938 году число радаров дошло до 20, а в 1939 они были дополнены системой Chain Home Low, способной обнаруживать и низколетящие самолеты.
В результате была решена первая проблема – аугментации человеческих органов чувств для обнаружения того, что сами люди обнаруживать не в состоянии.
Вторая проблема заключалась в создании комплекса управления огнем – даже если радары могли показать цель, этого было мало, необходимо было соответствующим образом наводиться на нее, и скорость реакции, и вычислительные способности человека тут тоже были явно недостаточными.
Британцы и американцы пошли здесь изначально принципиально разными путями, которые, в свою очередь, привели к двум важнейшим теоретическим прорывам.
Первая в мире система ПВО
Когда разворачивалась система Chain Home, автоматических баллистических вычислителей еще не было, и британцы не спешили их создавать, понимая сложность проблемы. Тем не менее параллельно с развитием сети радаров, они впервые в мире построили полноценную систему ПВО, хотя и без компьютеров.
Как им это удалось?
Они использовали небольшую лазейку в неумолимой сложности наведения на быстродвижущуюся цель – это несложно сделать, если твоя скорость совпадает с атакующим, так что они просто отправляли перехватчики!
К концу 1937 года англичане разработали комплекс из радарного обнаружения атакующего самолета и радарной системы сопровождения и наведения истребителей ВВС обороны побережья.
Естественно, такое взаимодействие было чрезвычайно сложным – как часы должен был отработать механизм, состоящий из самых уязвимых и ненадежных звеньев – людей, но в итоге британцы в своей сети смогли эмулировать своеобразный человеческий компьютер.
Сначала операторы радаров наблюдения должны были обнаружить цели, определить их направление и высоту и подать сигнал тревоги, затем необходимо было, спрогнозировав точку пересечения побережья врагом, определить ближайшую авиабазу в зоне досягаемости и послать в точку перехвата звено истребителей, не забыв о радарной подсветке врага.
Управляемая Главным маршалом авиации, шефом Истребительного командования RAF Хью Даудингом (Hugh Caswall of Tremenhere,1st Baron Dowding) первая в мире интегрированная система ПВО, известная как «Система Даудинга», показала выдающиеся результаты в Битве за Британию. Справа-налево, сверху-вниз: цепочка управления Даудинга для сектора ПВО, причем здесь не показаны радары, которые все еще были официально засекречены на момент публикации. Оперативный зал No. 11 Group, известен как «Бункер битвы за Британию». На столе для черчения многочисленные графики. Секторные часы на стене за картой имеют цветные 5-минутные области, соответствующие цветам на графиках. Над часами находится главная доска, на которой отображается состояние различных аэродромов и их эскадрилий. Один из наиболее развитых пунктов управления был создан для No. 10 Group, расположенной на базе RAF Box в Уилтшире. Офицер ROC определяет координаты вражеской группы самолетов, засеченной визуально. Цепочка радаров на побережье. Трансмиттер Type T3026, позже знаменитой своими транзисторными компьютерами фирмы MetroVick (фото https://en.wikipedia.org).
Естественно, любой компьютер, даже распределенный и состоящий из людей и машин нуждается для работы в четком математическом алгоритме, но никто в мире доселе не сталкивался с такой логистической задачей оптимизации.
Британцы осознали остроту проблемы очень быстро, но, к счастью, в их историческом бэкграунде уже были примеры успешного решения похожих проблем.
Пионером исследования алгоритмов оптимизации является знаменитый математик, механик и компьютерный ученый Чарльз Бэббидж (Charles Babbage), еще в 1840 году решивший проблему оптимальной организации британской почты, что привело к появлению знаменитой системы Penny Post, так же им была разработана оптимальная, с точки зрения нагрузки и пропускной способности, Great Western Railway.
Естественно, исследования, которые можно отнести к математической теории операций, проводились не только в Британии, широко известен, например, фундаментальный труд датского математика и инженера Агнера Эрланга (Agner Krarup Erlang) «The Theory of Probabilities and Telephone Conversations», изданный в 1909 году и заложивший основу теории массового обслуживания.
В общем, теоретически англичане были вполне подготовлены, чтобы осознать проблему и решить ее.
Группа Биггин Хилл, тесно сотрудничая с учеными из Боудси, провела серию экспериментов в 1936–1938 годах, направленных на интеграцию радарной системы раннего предупреждения, систем наведения и управления, командования истребителями и зенитной артиллерией.
Ведущий аналитик и математик команды Патрик Блэкетт (Patrick Maynard Stuart, Baron Blackett), позже – Нобелевский лауреат по физике, отмечал:
Эксперименты в Биггин Хилл были первым шагом на пути к созданию полноценных секций операционных исследований (ОРС), которые в конечном итоге были прикреплены к командованию всех трех служб.
В официальном издании U. K. Air Ministry – «OR in RAF», позже отмечалось, что
эксперименты в Биггин Хилл важны с исторической точки зрения по двум причинам.
Во-первых, они привели к разработке концепции, которая выиграла Битву за Британию и, во-вторых, они ознаменовали начало эры тесного сотрудничества между офицерами и ученым в изучении операционных задач, которое достигло огромного успеха во время войны и сохранилось с нами по сей день.
Во-первых, они привели к разработке концепции, которая выиграла Битву за Британию и, во-вторых, они ознаменовали начало эры тесного сотрудничества между офицерами и ученым в изучении операционных задач, которое достигло огромного успеха во время войны и сохранилось с нами по сей день.
Впервые в истории победа в войне зависела в равной степени как от доступных материальных ресурсов, так и от работы математиков и аналитиков.
С 1937 года до начала войны ученые из Боудси и Биггин Хилл принимали участие в ежегодных учениях по противовоздушной обороне, проводимых штабом истребительного командования RAF. Роу занял пост суперинтенданта исследовательской станции Боудси, впервые ввел термин «исследование операций» для описания их задачи и сформировал две группы.
Команда под руководством Эрика Уильямса (Eric Charles Williams) изучала проблемы обработки данных от цепочки радаров, вторая команда Дж. Робертса (G. A. Roberts) изучала оперативные залы истребительных групп и работу диспетчеров.
В 1939 все группы были объединены в Стэнморскую исследовательскую секцию, позже – Секция оперативных исследований (ORS) Истребительного командования. К лету 1941 года Министерство ВВС признало ценность работы, проводимой в Истребительном командовании RAF, и было решено создать такие же секции во всех подразделениях RAF в стране и за рубежом, а также в армии, Адмиралтействе и Министерстве обороны.
Большинство аналитиков и руководителей британских программ исследования операций были учеными (в основном физиками, но было даже несколько биологов и геологов), инженерами или математиками, впервые в мировой практике. К концу войны число сотрудников ORS выросло до 1000 человек.
В процессе британцы осознали, что от рекрутов в ORS требуется скорее не столько формальная научная подготовка, сколько гибкий разум, настроенный на то, чтобы подвергать сомнению предположения, разрабатывать и проверять гипотезы, собирать и анализировать большое количество разнообразных данных.
Доктор Сесил Гордон (Cecil Gordon), генетик, занимавшийся разработкой планов полетов для Берегового командования RAF, писал:
Полное пренебрежение к границам между дисциплинами, готовность исследовать любые проблемы… были освежающим контрастом по сравнению с жесткой специализацией, которая развилась во всех других отраслях науки. ORS вновь вернула атмосферу периода основания Королевского общества.
Как и Гордон, многие из британских ученых и ученых стран Содружества, работавших в ORS, были выдающимися людьми.
Одно только Береговое командование могло похвастаться четырьмя стипендиатами Королевского общества, кроме уже упоминавшегося Патрика Блэкетта: Джоном Кендрю (John C. Kendrew), Эваном Уильямсом (Evan J. Williams), Конрадом Ваддингтоном (Conrad H. Waddington) и Джоном Робертсоном (John M. Robertson). Так же его состав украшал член Австралийской национальной академии Джеймс Рендел (James M. Rendel). В будущем два из них – Блэкетт и Робертсон, стали Нобелевскими лауреатами.
В общем, британцы, как и американцы в случае с транзистором, очень мудро использовали принцип – соберите вместе кучу выдающихся людей, дайте им денег, поставьте задачу и не трогайте, в итоге они придут к вам с наилучшим возможным решением за кратчайшие сроки.
Увы, этот принцип полностью противоречил идее партийно-социалистической науки СССР.
Схема работы системы обнаружения и противодействия в Битве за Британию (фото https://www.battleofbritain1940.net)
Немалая часть заслуг в определении понятия исследования операций и кодификации его научных правил, а также в определении организационной и административной структуры британских ORS принадлежит выдающемуся ученному Патрику Блэкетту.
В декабре 1941 года, незадолго до ухода из Берегового командования RAF в Адмиралтейство, Блэкетт подготовил документ под названием «Scientists at the Operational Level», в котором изложил свое видение использования науки в военных подразделениях. Этот документ многие считают краеугольным камнем современных методов исследования операций, а Блэкетта – одним из отцов ORS.
На самом деле этот замечательный человек действительно своим интеллектом стоил лишней армии. Работая в Королевском авиационном институте (RAE), он собрал команду, которую иронично называли «Кругом Блэкетта», разработавшую методы оптимизации зенитного огня настолько, что количество снарядов на сбитый самолет с их помощью уменьшилось от 20 000 в 1940 году, до 4 000 – в 1941.
После этого Блэкетт перешел из RAE в ВМС, сначала работая в Береговом командовании RAF, а затем в Адмиралтействе с самыми выдающимися людьми британской науки.
Блэкетт математически оптимизировал размеры конвоев союзников и соотношение транспортов к судам сопровождения, что позволило увеличить пропускную способность конвоев и одновременно повысить их безопасность; исследовал восприятие цвета для разработки усовершенствованного камуфляжа противолодочных самолетов, что привело к увеличению результативности атак на подлодки на 30 %, показал, что максимальные повреждения подлодке в большинстве случаев можно нанести, изменив датчики глубины в бомбах на срабатывание на уровне 25 футов, вместо 100, как их выставляли изначально.
До этого изменения в среднем 1 % лодок топился при первой атаке, после него – около 7 %.
Ошибка выжившего
Самым известным его исследованием стало открытие когнитивного искажения, позже названного «ошибка выжившего».
Анализируя самолеты, возвращавшиеся после бомбежек немецких городов и выглядевшие как решето, командование попросило конструкторов добавить брони в места с максимальным количеством пулевых отверстий. Блэкетт резонно возразил, что добавлять броню нужно, наоборот, в те места, где пулевых отверстий не было, ведь это означает, что если туда бы попали, то самолет бы уже не возвращался.
Летом 1940-го, вдохновленные Chain Home, немцы попытались повторить успех британцев в разработке ПВО, возведя так называемую «Линию Каммхубера» из РЛС, прожекторов, зенитных орудий и групп истребителей, впрочем, эффективность ее была не слишком высока.
Блэкетт проанализировал статистически соотношение потерь истребителей и бомбардировщиков при прорыве этой линии, в результате отделом ORS были разработаны рекомендации по оптимальной плотности строя самолетов, минимизирующей угрозу немецких перехватчиков.
На суше отделы оперативных исследований Армейской группы оперативных исследований (AORG) Министерства снабжения были высажены в Нормандии в 1944 году и следовали за британскими войсками в продвижении по Европе. Они анализировали, среди прочего, эффективность артиллерии, воздушных бомбардировок и противотанковой стрельбы. Собственно говоря, они анализировали вообще все, что попадалось им на глаза.
Среди научных достижений теории операций – удвоение процента попадания в цель при бомбардировке Японии за счет того, что летным часам в учебке отвели не 4 % времени, как раньше, а 10 %, доказательство того, что три является оптимальным числом для группы подлодок в «волчьей стае»; выявление поразительного факта, что глянцевая эмалевая краска является более эффективным камуфляжем для ночных истребителей, чем традиционная тусклая, а заодно и увеличивает скорость полета и снижает расход топлива.
Естественно, американцы не остались в стороне и переняли ценнейший опыт ORS уже в 1941–1942 годах, причем начальником первой исследовательской группы при командовании противолодочными силами был назначен сам Уильям Шокли из Bell Labs, будущий отец транзистора!
Новаторские работы специалиста по магнетизму Эллиса Джонсона (Ellis A. Johnson) в области тактики минной войны, выполненные им для Naval Ordnance Laboratory, были использованы на Тихом океане с большой эффективностью. К концу войны группа по исследованию операций при командовании военно-морскими силами США уже насчитывала в своем составе свыше 70 научных работников, а командование ВВС организовало свыше двух десятков отделов исследования операций как в тыловых частях, так и в армиях, ведущих боевые действия за границей.
Командование ВВС Канады также проявило интерес к вопросам организации и проведения операционных исследований и начиная с 1942 года сформировало три соответствующих отдела.
Командования вооруженных сил стран «Оси» методы исследования операций не использовали.
Таких примеров можно приводить множество, ясно одно – к 1946–1947 году новая математическая дисциплина была полностью сформирована и испытана на практике, принеся колоссальные плоды.
Теория операций
Современная теория операций состоит из детерминированных моделей (линейное и нелинейное программирование, теория графов, потоки в сетях, теория оптимального управления) и стохастических моделей (случайные процессы, теория массового обслуживания, теория полезности, теория игр, имитационное моделирование и динамическое программирование) и широко применяется при исследовании стратегии и тактики, планировании работы городских систем, отраслей промышленности, в экономических исследованиях и при планировании техпроцессов.
После войны эти направления значительно расширились, особенно в США, где исследование операций пережило настоящий расцвет.
Группа по исследованию операций ВМС превратилась в расширенную группу оценки операций, работающую по контракту с Массачусетским технологическим институтом. ВВС США также расширили свои отделы, а в 1948 году командование сухопутными войсками США по контракту с университетом Джона Гопкинса сформировало управление по исследованию операций.
В 1949 году объединенный комитет начальников штабов создал группу оценки систем вооружения, первым техническим директором которой был назначен знаменитый профессор физики Филип Морз (Philip McCord Morse, один из основных инициаторов создания ORSA – Американского общества исследования операций в 1952 году и президент Американского физического общества), так же известный как автор первого учебника по этой теме «Methods of Operations Research», изданного MIT в 1951 году. На самом деле книга вышла еще в 1946, но была секретной, впрочем, гриф с нее сняли уже к 1948 году.
В том же году ВВС создали исследовательское подразделение при корпорации Douglas Aircraft, позже превратившееся в знаменитую фабрику идей – RAND Corporation. Ее учредили генерал ВВС Генри Арнолд (Henry Н. Arnold), авиаконструктор Дональд Дуглас (Donald Wills Douglas) и великий и ужасный генерал Кёртис Лемей (Curtis Emerson LeMay) – начальник Стратегического командования ВВС США.
Зверь Лемей, как его прозвали японцы, человек вбомбивший в каменный век сначала Японию, а затем и Северную Корею (и чуть не вбомбивший Вьетнам, но там ему уже разгуляться не дали), автор самого этого термина, яростный антикоммунист, составитель плана «Operation Dropshot», где предлагалось доставить весь запас атомных бомб в одной массированной атаке, сбросив 133 атомных бомбы на 70 советских городов в течение 30 дней, гениальный стратег, в совершенстве разбирающийся в методах ведения войны (о Лемее, равно как и вообще об американской стратегической школе Второй мировой и ранних лет холодной войны на русском языке практически нет информации, за исключением небольших заметок).
«Если бы мы проиграли войну, меня назвали бы военным преступником». Генерал Кёртис Эмерсон Лемей, один из величайших теоретиков современной войны (фото http://josephcrusejohnson.blogspot.com).
Уровень заинтересованных лиц лучше всего говорит о значении, которое придавали американцы математическим методам исследования операций, и о том, какие ресурсы они готовы были выделить.
Подобным же образом, хотя и не столь интенсивно, происходило расширение фронта исследований операций в Канаде и Великобритании.
При этом американцы не брезговали технократами во власти, скажем, пост начальника контрольно-финансового управления министерства обороны США с 1961 по 1965 год занимал Чарльз Хитч (Charles J. Hitch), президент Американского общества по исследованию операций, а в 1973 году глава отделения стратегических исследований RAND Corp Джеймс Шлезингер (James Rodney Schlesinger) был назначен министром обороны США.
Поразительно то, что в СССР при плановой экономике и близко не было ни таких think tanks, высшие должности занимали слесари, а технократов в лице Китова, Берга и Глушкова давили всеми возможными силами, и об этом мы как раз и поговорим далее.
При этом отметим, что, опять-таки, в странах с рыночной экономикой, в отличие от СССР, развивалось и невоенное применение теории операций.
Например, в Англии еще в 1948 был организован неформальный Клуб исследования операций, в 1953 году преобразованный в Общество по исследованию операций (Operational Research Society, ORS), с 1950 года издавался журнал Operational Research Quarterly.
Члены Клуба обсуждали вопросы использования методов исследования операций в сфере услуг и во многих областях хозяйства, включая сельское, хлопчатобумажную, обувную, угольную, металлургическую промышленность, энергетику, животноводство, строительство и транспорт.
Национальным исследовательским советом США в 1949 году был учрежден Комитет по исследованию операций. Председателем стал Гораций Левинсон (Horace Clifford Levinson), математик и астроном, работавший в области теории относительности, при этом еще в 1920-х открывший некоторые аспекты изучения операций применительно к маркетингу. Параллельно с преподаванием и научной деятельностью он выполнял заказы известной торговой сети Bamberger & Company, впервые в мире изучая покупательские привычки клиентов и их реакции на рекламу, влияния ускоренной доставки на принятие или отказ клиентов от посылок, отправленных по почте.
С 1957 года Общества стали проводить международные конференции, к 1960-му образовался стабильный поток книг по теории игр, динамическому и линейному программированию, теории графов и прочим аспектам исследования операций. К 1973 году в США насчитывалось не менее 53 университетских программы по данным специальностям.
Итак, мы раскопали первый из корней классической кибернетики.
Как мы видим, к 1948–1950 году американское и английское общество полностью прониклось новыми идеями управления и взаимодействия, а так же разработало передовой математический аппарат для применения этих идей и уже обкатало его на практике в ходе Второй мировой войны.
Вторым корнем, из которого выросла кибернетика, стала та самая теория автоматического управления.
К ней приложил руку малоизвестный у нас, но широко почитаемый на Западе, истинный визионер и гений, человек, настолько много сделавший для организации науки в США и обладавший таким авторитетом, что его в шутку называли русским словом Царь – да-да, именно Tsar!
Речь идет о Ванневаре Буше (Vannevar Bush).
Как мы упоминали в начале, современная война поставила перед людьми важнейшую проблему – человек уже был не в состоянии эффективно управляться со всеми новыми боевыми машинами.
С появлением радаров проблема обнаружения цели получила принципиальное разрешение, а вот проблема атаки этой цели была решена только частично. Зенитный огонь по командам с радарных постов был чрезвычайно неэффективен (вспомните чудовищные 20 000 снарядов на самолет, даже уменьшенные в 5 раз с помощью методов оптимизации – это колоссальная по неэффективности трата ресурсов), поднимать самолеты-перехватчики было решением, но, как показал опыт той же Германии, решение это было далеко не панацеей.
К тому же, перехватчики помогали, если дело происходило над сушей.
А у американцев была проблема намного, намного серьезнее – для них 90 % войны проходило на колоссальных просторах Тихого океана, главной ударной силой были боевые корабли, и защитить их от атак с воздуха было неразрешимой задачей.
По печальной истории «Ямато» и «Мусаси» все помнят, чем заканчивалось столкновение даже самого мощного линкора, способного разнести целую боевую группу из крейсеров и эсминцев с 20–30 самолетами.
В итоге янки, естественно, очень быстро осознали, что век линейных кораблей прошел, в войне на море будущее за тем же самым, что и в войне на суше – ударами авиации, но от проблемы защиты уже построенных кораблей их это не избавило. Волей-неволей им пришлось заняться тем, с чем не стали морочится англичане в тридцатые – теорией баллистических вычислителей, способных в режиме реального времени наводиться на атакующие самолеты по командам радара без участия человека.
Решающую роль в разработке такого класса устройств (и много-много в чем еще) и сыграл Ванневар Буш.
Сама идея устройств такого рода была не нова и появилась тоже на флоте.
На корабле перед командой стояла проблема аналогичного самолетам характера – попасть с движущейся орудийной платформы в аналогично движущуюся и активно маневрирующую орудийную платформу.
Стандартные методы работы наземной артиллерии, отработанные четырьмя годами мясорубки Первой мировой войны: неспеша установили орудие, достали таблицы стрельбы и логарифмические линейки, пошаманили и после пристрелки и корректировки поразили неподвижную линию окопов – тут не подходили. В случае с кораблем все эти операции должны были происходить чрезвычайно быстро, янки предстояло решить проблему, создав первую в мире классическую кибернетическую систему с использованием компьютеров – полноценный механизм с обратной связью невиданной доселе сложности. Способный мгновенно обнаруживать цели, предсказывать их траектории, наводиться на них, открывать огонь (и не простыми снарядами, а как сказали бы в 1950-е – кибернетическими, с радиовзрывателем) и корректировать его, по мере попыток врага увернутся от обстрела.
Американцы блестяще решили проблему, в итоге их ПВО кораблей заслуженно стала лучшей в мире, оставив далеко позади прочие стороны конфликта.
Об этом, о Норберте Винере, о том, как кибернетика проникла в Советский Союз, и к чему это привело, мы поговорим далее.
Информация