ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ

Стандартизация 

С 1980-х годов лидером в области разработки БПЛА был Израиль. Но именно НАТО, как и во многих других областях современной военной техники, стало организацией, разрабатывающей с 2003 г. огромную серию стандартов STANAG (STANdartization AGreement), охватывающих широчайший круг деятельности в военной сфере: от требований к электросистемам боевых кораблей до правил допроса военнопленных. К середине 2019 г. принято свыше 1300 стандартов, и их число постоянно растет). 

Среди стандартов STANAG есть и относящиеся к БПЛА, в частности, стандарт STANAG 4586 (Standard Interface of the Unmanned Control System (UCS) for NATO UAV interoperability), регламентирующий правила взаимодействия БПЛА с центрами управления и другими корреспондентами, и STANAG 4609, излагающий стандарты на передачу изображений (Digital Motion Imagery Standard). STANAG 4586 разработан в 2007 г., сейчас действует его четвертая редакция. Большинство стандартов STANAG, в том числе 4586 и 4609, открыто опубликованы, что повышает их привлекательность для разработчиков. 

К разработке БПЛА относится и ряд других стандартов STANAG, например 5616 (устойчивый к помехам обмен тактическими данными, протокол обмена данными; Link 16 ECM Resistant Tactical Data Exchange, a Tactical Data Link (TDL) protocol); 4545 и 7023 (цифровые форматы изображений, NATO Secondary Image Format и NATO Primary Image Format). Стандарты достаточно подробны и алгоритмизированы. Так, стандарт 4545 — это книга, имеющая 152 страницы. 

Для мини- и микроБПЛА может быть актуален стандарт STANAG 3350, описывающий требования к аналоговому видеосигналу, а для разведывательных БПЛА старших классов стандарты цифровой спутниковой связи STANAG 4232 и 4233. 

Стандарты STANAG при проектировании систем вооружения, включающих беспилотные аппараты, наверняка займут не менее важное место чем стандарты MIL-1553 или Link 16, и будут использоваться не только членами НАТО, но и большинством стран мира. 

На базе стандартов STANAG разрабатываются более специализированные стандарты. Например, организация MISB (Motion Imagery Standard Boards) разработала стандарт ST 1101, касающийся управления оптической разведывательной аппаратурой БПЛА. Он совместим со стандартом STANAG 4586. Такие стандарты обычно строятся по модульной идеологии. Они задают не параметры самих устройств и тем более не способы их реализации, но аппаратные, программные и информационные интерфейсы: размеры посадочных мест, параметры электропитания, способы кодирования информации, характеристики каналов передачи данных и т. д. 

В результате для аппаратуры, построенной в соответствии с данными стандартами, относительно легко может быть организовано взаимодействие с уже имеющимися техническими системами и процедурами обработки информации и принятия решений. 

Стандарты STANAG предоставляют разработчику достаточно большую свободу. Например, хотя стандарт STANAG 4586 регламентирует интерфейсы наземных систем управления БПЛА, разработчик может не использовать протоколы стандарта

STANAG для организации обмена данными между станцией управления и своим БПЛА. Но при этом он должен создать программный модуль, преобразующий управляющие сигналы стандарта STANAG в сигналы для конкретного типа БПЛА. А этот модуль, в свою очередь, должен иметь стандартный интерфейс для сопряжения с программным обеспечением пультов управления. Подобная свобода разработки предусмотрена и в большинстве других стандартов. 

Российским разработчикам целесообразно учитывать требования стандартов STANAG. Использование западных стандартов не новость для российской и советской авиатехники. Например, стандарт на организацию последовательной шины цифровой передачи данных MIL-STD-1553, созданный ВВС США в 1973 г., в 1987 г. был принят и в СССР как ГОСТ 26765.52-87, а затем и в России как ГОСТ Р 52070-2003 ≪Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей≫. 

Целесообразно учитывать не только стандарты, регулирующие взаимодействие БПЛА и центров управления, но и более общие стандарты, формализующие работу систем УВД, штабов и их оперативных и разведывательных отделов, для того чтобы поставлять информацию потребителям в наиболее удобной и привычной для восприятия и обработки форме. 

К таким стандартам высокого уровня относятся стандарты STANAG 2022 (разведывательные отчеты), 2149 (запросы на развединформацию), 2525 (совместные требования видов вооруженных сил к связным и информационным системам). Использование чужого опыта позволит сократить время разработок и, главное, избежать многих ошибок. Поэтому целесообразно при разработке отечественных БПЛА обеспечитьмаксимальную совместимость со стандартами STANAG и MISB. Для экспортных же вариантов беспилотных авиационных систем (БАС) такая совместимость должна быть непременным требованием. 

Учет стандартов важен и при разработке систем управления, в том числе с использованием технологий искусственного интеллекта. 

Искусственный интеллект 

Основную часть задач современные БПЛА выполняют по командам операторов. В радиокомандном режиме почти всегда осуществляются взлет и посадка (если она выполняется не с использованием парашютов или других подобных средств). При автономном полете оператор заранее задает контрольные точки маршрута, районы барражирования, высоты и др. Цели для сопровождения и поражения также выбираются оператором. 

Нагрузку на оператора стараются снизить: во многих случаях вместо управления БПЛА как самолетом или вертолетом достаточно отметить точку маршрута и ввести один — два дополнительных параметра (например, высоту и скорость на маршруте). В некоторых БАС предусмотрены системы автоматического взлета и посадки (так сделано в БПЛА ≪Эвенджер≫). Но основные решения по-прежнему принимает человек. 

Искусственный интеллект призван решить две задачи: ближнюю — уменьшить нагрузку на оператора, снизить количество его ошибок и дальнюю — обеспечить полностью автоматическое выполнение задачи (например, в проектируемых системах городских аэротакси). К задачам, которые могут быть переданы искусственному интеллекту БПЛА, относятся: выбор оптимальной траектории облета препятствий, находящихся на поверхности (здания, деревья) и в воздухе (очагов грозовой активности);  

самостоятельный выбор оптимальной тактики преодоления зон ПВО на основе информации, полученной от систем предупреждения об облучении или от соседних БПЛА или от наземного (воздушного) центра управления. При действии группы БПЛА объединенная нейронная сеть группы либо нейронная сеть ведущего БПЛА может сформировать оптимальную коллективную тактику; 

раннее обнаружение и идентификация целей с использованием методов распознавания образов, определение их приоритетности и выбор средств поражения (аналог в гражданской области: автоматическое определение больного растения для внесения химикатов, посадка с подбором площадки при эвакуации в зонах чрезвычайных ситуаций и т. д.). 

Команду на поражение в обозримом будущем будет по-прежнему выдавать оператор, так как слишком велики цена ошибки и юридических последствий. 

Сегодня наиболее широко распространены алгоритмические системы облета препятствий. БПЛА оснащается датчиками, сообщающими системе управления о наличии препятствий. Система при помощи встроенных алгоритмов рассчитывает маршрут облета и формирует команды на органы управления. На пилотируемых самолетах уже реализована часть этого алгоритма: системы TAWS обнаруживают препятствия и сигнализируют экипажу об опасности или неизбежности столкновения. Правда, вторая часть работы — выработка и отдача команд — почти всегда остается за экипажем. 

В качестве датчиков, обнаруживающих препятствия, могут использоваться лазерные дальномеры, более простые лидары (оптические импульсные дальномеры, источник импульса света необязательно должен быть лазером), радиовысотомеры, РЛС и даже сонары. 

В качестве примера можно упомянуть о ≪летающем официанте≫, разработанном сингапурской компанией ≪Инфинитум Роботикс≫. Электрический квадрокоптер с закрытыми сеткой винтами разносит заказы посетителям, летая по залу на небольшой высоте. Данные о положении препятствий, в том числе движущихся (посетители и персонал ресторана), система управления БПЛА получает от нескольких лидаров . Аппарат может показаться всего лишь аттракционом для привлечения туристов, однако в нем реализованы сложные алгоритмы автономного безопасного полета в сильно пересеченной среде, наполненной движущимися объектами. Задача автономного полета аэротакси или выбор маршрута в условиях боя в городе, например внутри зданий, имеют похожую сложность. 

Исследовательская же программа лаборатории ВВС США ≪Skyborg≫, начавшаяся в октябре 2018 г. и рассчитанная на 5 лет, имеет целью разработку искусственного интеллекта чисто военной направленности:

БПЛА должен самостоятельно анализировать угрозы и предпринимать меры противодействия, начиная с генерации помех и отстрела ловушек и кончая применением средств поражения. Результаты могут быть использованы на БПЛА XQ-58. Летные эксперименты на первых порах проводятся на недорогих миниатюрных аппаратах в 412-м испытательном авиакрыле на авиабазе Эдвардс в Калифорнии. Позднее будут задействованы опционально управляемые летающие мишени QF-16. 

В последние годы растет интерес к применению в системах управления БПЛА не только классических методов искусственного интеллекта (алгоритмизированные процедуры, экспертные системы с пополняемыми базами данных и др.), но и самообучающихся нейронных сетей, накапливающих опыт во время виртуальной (на тренажерах и симуляторах), а позднее, и реальной эксплуатации парка однотипных БПЛА. 

 
Квадрокоптер-официант 

Одним из центров исследований по применению нейронных сетей для навигации и коллективных действий групп БПЛА в США является факультет аэронавтики и астронавтики Стэнфордского университета. Факультет проводит ежегодные конференции по вопросам наведения, навигации и управления БПЛА. Например, доклад ≪Управление БПЛА на основе нейронных сетей≫, сделанный на конференции 2017 г., описывал результаты реальной навигационной системы, отработанной в полетах мини-БПЛА. 

Очевидно, что внедрение нейронных сетей начнется в военной области и на гражданских микроБПЛА, регистрация которых упрощена, а сертификация во многих случаях не требуется, потому что сертификация комплексов управления, включающих в себя нейронные сети, гражданскими властями на основе существующей нормативной базы невозможна. 

Основной документ, описывающий требования к верификации програмного обеспечения (ПО) для летательных аппаратов и организации взаимодействия разработчика ПО с сертифицирующими органами, — это стандарт DO-178C/ED-12C, разработанный некоммерческой организацией RTCA (США, разрабатывает стандарты для радиоэлектронных авиационных систем и систем управлений летательными аппаратами) и принятый как руководство при сертификационных процедурах авиационными властями многих стран (FAA, EASA и др.). Он пришел на смену стандарту DO-178B, введенному в 1992 г.

Результаты работ организации RTCA часто превращаются в нормативные документы FAA, а затем — и EASA. Требования серии стандартов DO-178 во многом учитываются и в российских ГОСТах, в том числе применяемым при проектировании ПО для военных аппаратов (ГОСТ Р 51904-2002). 

В основном стандарт DO-178C описывает не функционал ПО, а то, как должна планироваться работа, с какой степенью подробности необходимо документировать требования, внутреннее устройство программы, интерфейс, методику работы, как нужно вносить изменения в ранее сертифицированную программу, т. е. является стандартом качества. При этом стандарт требует однозначности результатов от всех алгоритмов, применяемых в бортовом программном обеспечении. А это исключает использование на борту нейросетей и прочих технологий, например систем с применением диффузной логики, потому что они принципиально выдают не 100% достоверные результаты. Вместе с тем действие стандарта не распространяется на ПО авионики военных летательных аппаратов, хотя такие ЛА могут не получить от гражданских властей разрешения на пролет в гражданском воздушном пространстве в мирное время. 

 
На таких самолетиках в Стэнфордском университете отрабатывают модели искусственного интеллекта групп БПЛА с использованием нейросетей 

Децентрализация производства и разработки БПЛА 

Отношение в войсках к БПЛА (в том числе к мини- и микроБПЛА) как к летательным аппаратам, т. е. как к основному военному имуществу, затрудняет оперативное снабжение подразделений БПЛА. Постепенно формируется отношение к БПЛА как к расходным материалам —разновидности боеприпасов. При этом делаются попытки перенести и производство БПЛА непосредственно на ТВД. 

На конгрессе ICAS 2018 сотрудники научноисследовательской лаборатории Армии США представили проект мобильного завода по производству БПЛА по заказу командиров батальонов. Завод транспортируется в нескольких морских контейнерах, включает в себя дизель-электростанцию, склад материалов и комплектующих изделий. Основные материалы для производства: дюралевые трубы для каркаса, пластические массы и порошки для 3D-принтеров. К комплектующим изделиям относятся электронные блоки, датчики и компоненты электрических силовых установок. Завод оснащен программаторами электронных блоков, что позволяет адаптировать характеристики систем управления для конкретных задач. Масса выпускаемых аппаратов (самолетного и мультикоптерного типов) до 5 кг, масса целевой нагрузки до 150 г. 

В докладе утверждается, что возможен выпуск нескольких моделей в зависимости от задач, поставленных командирами подразделений, а также оперативное конструирование новых вариантов со специализированной целевой нагрузкой. Срок выполнения заказа не более двух суток. 3D-принтеры уже используются для производства и, что еще важнее, для оперативного ремонта корпусов и винтов квадрокоптеров ≪Нибблер≫, находящихся на вооружении КМП США. 

Кроме технических и логистических преимуществ такая схема имеет существенные юридические плюсы. При обосновании бюджета на покупку новых вооружений Министерство обороны США подает в конгресс списки приобретаемых вооружений с указанием количества. Поэтому ≪просто так≫ в мирное время сделать сотню дополнительных БПЛА, даже если на это есть средства, незаконно. Если же БПЛА считаются расходными материалами, то их в пределах согласованной статьи бюджета можно изготовить сколько угодно.