Автономный боевой робот: наброски к управлению

Боевые роботы создаются во многих странах, в том числе и в России. Однако, все эти машины, при всем их разнообразии, отличаются одной общей чертой: все они управляются человеком. По существу, это не автономные роботы, а различные телеуправляемые устройства. Это обстоятельство сильнейшим образом снижает их ценность, поскольку машины становятся зависимыми от радиоканалов управления и передачи информации и от реакции оператора. Если на основе телеуправления еще удалось создать беспилотные летательные аппараты, то вот с наземными машинами никак не выходит. Надежный радиоканал управления обычно ограничивается двумя-тремя километрами, или даже сотнями метров, в зависимости от мощности приемо-передатчика. Этого недостаточно даже для уверенного тактического применения. Помимо этого, при использовании радиоканалов существует проблема постановки помех или перехвата управления, и случаи перехвата управления беспилотником уже бывали.

Выходом было бы создание полностью автономного робота, способного самостоятельно перемещаться, обнаруживать и поражать цели. Но на сей счет мнение большинства экспертов однозначное: такие машины создать невозможно, ибо для этого требуется искусственный интеллект, а также и нежелательно, мол, чтобы робот не стал бить всех подряд. На мой взгляд, этим экспертам очень пригодился бы не искусственный, а их собственный интеллект, ибо они даже не попытались обдумать проблему. Между тем, состояние современной техники уже позволяет создать автономные машины, пусть и не самые совершенные, но гораздо более пригодные к бою и оперативно-тактическим операциям, чем имеющиеся боевые роботы.

Электронная карта

Причина всех неудач построения автономных боевых роботов состоит в том, что на него возлагается непосильная задача. Боевой робот в нынешних разработках должен, по сути, как какой-нибудь луноход, исследовать пространство перед собой и выбирать траекторию своего движения. При таком подходе огромная нагрузка ложится на техническое зрение машины и на обработку изображений, что перегружает компьютер, делает машину медлительной и ненадежной.

Это, безусловно, ошибка. Человек так не передвигается и не водит машину. В человеческом управлении всегда присутствует предварительная подготовка плана, схемы или карты маршрута, траектории движения, а зрение играет только вспомогательную роль в ориентировке. Например, водитель не исследует дорогу перед собой. Дорога уже на стадии строительства спроектирована со всеми требованиями габаритными требованиями, выбрана оптимальная траектория движения, определены безопасные уклоны и так далее. На дороге нанесена разметка и стандартные дорожные знаки, которые позволяют водителю держаться этой оптимальной траектории. Зрительная ориентировка выполняет узкий спектр задач: взять правее или левее, ехать быстрее или медленнее, в определенном месте свернуть или остановиться. В вождении боевой техники роль зрительной ориентировки выше, но и тут присутствует предварительная подготовка: изучение карт, визуальная рекогносцировка, и, наконец, водитель тренировками вырабатывает навыки вождения, ориентируясь по узкому полю обзора перископа. Когда все это есть, вождение не составляет особого труда. Если же автомобилиста или механика-водителя заставить ездить так, как конструкторы хотят от своего боевого лунохода, то это закончится очень печальным образом.

Потому первое условие успеха состоит в том, чтобы машина имела в своей памяти электронную карту местности или геоинформационную систему, составленную по спутниковым данным, на которой заранее обозначены зоны, доступные для машины этого типа, недоступные зоны, различные ориентиры, препятствия, указаны расстояния, углы наклона поверхности и другая информация. Тогда машина будет "знать", что от нее находится рядом, в сотне метров или подальше, и сможет строить свою траекторию движения. К слову сказать, во многих компьютерных симуляторах, в которых все строится на электронной карте, симуляция движения техники не встречает неразрешимых проблем.

Ориентация и положение в пространстве

Если есть электронная карта, то второй важный пункт - это ориентация и положение в пространстве. Почему-то задачи ориентации возлагается на техническое зрение, хотя давно уже в морской и аэронавигации разработаны и используются средства определения положения машины в пространстве. Точное месторасположение можно определить системой спутниковой навигации, дающей быстрый результат и вполне приличную точность. Спутниковая навигация в сочетании с электронной картой даст наилучший результат.

Однако, в боевых условиях спутники могут быть сбиты, или их сигнал забит помехами. Для этого боевой робот должен быть снабжен другими средствами определения своих координат. Есть несколько способов. Первый, пришедший из морской навигации - счисление пути. То есть робот измеряет курс, скорость движения и пройденный путь, и на этих данных вычисляет свою траекторию и положение относительно исходной точки. Метод простой, но не слишком надежный, хотя на суше он будет работать лучше, чем в море. Его целесообразнее дополнить другими методами морской и астронавигации. Второй метод - ориентация по звездам. Робот может быть оборудован системой ориентации по звезде, аналогичной той, какая используется на баллистических ракетах и космических аппаратах. Она позволяет исправить ошибки счисления. Третий метод - аэронавигационный, по пеленгу радиомаяков или специальных радиопередатчиков. Все эти методы позволяют роботу автономно найти свое положение на электронной карте и проложить дальнейший маршрут.

Положение машины в пространстве также не вызывает особых трудностей, тут есть целый спект приборов преимущественно авиационных: гирокомпас, гироскоп, датчики крена и тангажа, Все эти приборы позволяют роботу точно определить, как именно расположена машина: на ровном месте, на уклоне, в какую стороную движется, и позволяет оперативно корректировать движение. Если датчик показывает приближение к максимально допустимому крену или тангажу, например при движении на уклоне, то машина останавливается, пятится и движется по другому направлению.

Смотреть "под носом"

Таким образом, когда основные задачи по ориентации в пространстве возложены на электронную карту (которая может быть просто базой данных; роботу не требуется визуализация, на что обычно расходуется львиная доля вычислительных мощностей компьютера), приборы навигации и положения, то на зрительные системы возлагается достаточно простая задача: обнаружить препятствия, которые "под носом". В силу того, что боевая техника оснащена перископами с весьма ограниченным полем обзора, это позволяет сделать специальную систему технического зрения, работающую только по этому полю. Техническое зрение, в сути своей, это определение пятен, их границ, цвета, контрастности, и опознавание на основе базы данных. Целесообразнее базу данных сделать совмещенную: образ+действие. Базу данных можно накопить путем создания экспериментальных машин, управляемых водителем, в которых компьютер одновременно записывает возникающие в перископе образы и производимые водителем действия. Компьютер, таким образом, учится у человека. Это позволит дальше ему ездить самостоятельно: если компьютер получает с перископа образ дороги, то машина едет прямо, а если образ какого-то препятствия, то останавливается и поворачивает. Таким же образом осуществляется набор базы данных для распознавания и классификации целей через прицел. Сначала в полигонных условиях с прицеливанием работает опытный оператор, а компьютер составляет базу данных его действий. Таким нехитрым образом можно в память каждого боевого робота заложить опыт всех самых лучших водителей и наводчиков в армии, а потом постоянно эту базу данных пополнять и обновлять.

В любом случае, компьютер постоянно сверятся с электронной картой, показаниями приборов навигации и положения. Техническое зрение робота не является единственным источником информации и не должно им быть. В ряде случаев могут потребоваться дополнительные приборы, для специальных задач, вроде обнаружения противотанковых рвов, ям и контрэскарпов, могущих стать ловушкой для боевого робота, или для измерения толщины льда и снегового покрова в зимних условиях.

Прицеливание и поражение

Аналогичным образом осуществляется поиск целей, их определение и поражение. Это наиболее дискуссионный момент, и многие эксперты, явно под влиянием негативного примера фильма "Терминатор", полагают, что лучше решение о поражении цели оставлять за человеком. Однако же, вовсе не обязательно, нужно лишь предоставить машине возможость сравнения данных из нескольких источников. Любой солдат ведь тоже не исследует замеченную цель: просто он знает, как выглядит некомбатант, знает, могут ли на его участке ему встретиться некомбатанты, и, если видит человека, похожего на некомбатанта, так его и определяет. По аналогичному алгоритму должен работать и компьютер. Во-первых, ему должны передаваться некоторые оперативные команды, в первую очередь определение района действий и характер выбора целей. Целесообразнее, конечно, использовать автономных роботов в районах, где нет некомбатантов и своих войск, то есть любая встреченная цель - враждебная и подлежит поражению. Этот метод хорошо отработан на флоте.

Дальше, характер цели должен определяться по данным разных приборов, например, по тепловизору, по радару, по звукометрии и по техническому зрению. Если все совпадает, к примеру: тепловизор - человек, радар - боец, зрение - боец в камуфляже (цель с низким контрастом к фону и деформацией), оперативные данные - все цели враждебные, то компьютер цель поражает. Если имеет место рассогласование, к примеру: тепловизор - человек, радар - некомбатант, зрение - человек в обычной одежде, оперативные данные - все цели враждебные, то компьютер оставляет цель непораженной. Можно научить компьютер воспринимать и другие факторы, а также их сочетание. В качестве примера, взаимное расположение объектов: людей и боевой техники. Если компьютер засек несколько людей, по радару и ЭПР определил, что они имеют оружие (ЭПР вооруженного человека будет несколько больше, чем безоружного), и находятся в цепи, то он классифицирует цели как подлежащие поражению. То же самое, когда люди засечены вблизи единицы бронетехники в рабочем состоянии (это заметно по тепловому излучению и звуку двигателя, работе радиостанции и радара), они также определяются как цели для поражения. Можно научить робота также селекции целей по воздействию. Выстрел или бросок гранаты, облучение радаром или лазером переводит любой объект в категорию поражаемых, даже если раньше он был определен, как безопасный. Это на случай всякой "военной хитрости", когда бойцы переодеваются в гражданскую одежду и прячут оружие, чтобы провести внезапную атаку.

Чтобы добиться четкости в определении характера целей, потребуется провести немало полигонных испытаний и накопить большую базу данных, но в целом, возможно довести этот алгоритм до автоматизма и самого минимума ошибок. Также осуществляется классифицирование целей по типу, определение дальности и выбор оружия для поражения.

Связь и обмен данными

 Чем меньше радиосвязи - тем лучше. Эту простую истину познавали многие армии и флоты. Немецкие подводники быстро поняли: чем меньше работаешь на передатчике, тем дольше проживешь. Этот же принцип действует и для автономных боевых роботов, для которых любой радиообмен - это источник опасности. Во-первых, это вражеская пеленгация и возможность артиллерийского удара или наведения авиации. Во-вторых, это возможность перехвата данных или отправки ложных команд. Потому уже на стадии разработки системы весь радиообмен сигналами должен быть сведен к минимуму, а сами сигналы должны быть как можно более короткими: группа цифр кода. Это могут быть сигналы уточнения позиции, передаваемые с беспилотника или самолета ДРЛО - воздушного командного центра. Это могут быть координаты района действий и код операции. Это могут быть координаты цели, подлежащей немедленному поражению. Это могут быть координаты маршрутных точек, которые робот должен пройти.

Сам робот может отправлять сообщения о выполнении программы, о непреодолимом препятствии, о технической поломке или боевых повреждениях, о необходимости дозаправки и пополнении боезапаса. В некоторых случаях робот может посылать условный сигнал о своем местоположении, но и этого стоит избегать, и делать только в особых случаях (повреждение, исчерпание топлива и боезапаса). Противник может перехватывать и расшифровать данные, не говоря уже о попытках захватить самого робота и изучить его начинку, программное обеспечение и систему управления.

Роботы будут действовать группами, и здесь также нужно предусмотреть обмен данными между машинами: опознавание "свой-чужой", данные о движении и препятствиях, данные о целях, сигналы координации действий (например, когда исправные роботы становятся в оборону, защищая поврежденную или исчерпавшую боезапас машину). Лучше всего предусмотреть обмен сигналами остронаправленными антеннами, передачу с которых труднее перехватить или забить помехами.

Как видим, если подумать, то создание такой машины вполне возможно на основе имеющейся техники и технологий, современных методов программирования и системной инженерии. Это, конечно, будет непростая работа, она потребует терпения и изобретательности. Но все же ничего такого уж совершенно неосуществимого в создании автономного боевого робота сейчас нет.

Материал недели
Главные темы
Рейтинги
АПН в соцсетях
  • Вконтакте
  • Facebook
  • Twitter