Концепция автоматизированной системы управления боевыми действиями Сухопутных войск АСУВ 2.0

Исторический обзор

В течение последних 30 лет в СССР, США и России были созданы несколько автоматизированные системы управления боевыми действиями Сухопутных войск (АСУВ) — «Маневр», AGCCS, ATCCS, FBCB2, «Акация-М», ЕСУ ТЗ и «Андромеда-Д». Они имели различный объем реализации функций управления войсками, но совпадали между собой в общем подходе к автоматизации.

Иллюстрация АСУВ

 

Указанные системы создавались по образу и подобию иерархической организационно-управленческой структуры Сухопутных войск. Будучи с технической точки зрения программно-аппаратными комплексами, автоматизированные системы умножали недостатки этой структуры:
— уязвимость всей системы при выходе из строя верхнего уровня;
— отсутствие горизонтальных связей между различными родами войск;
— пониженная скорость прохождения информации между подразделениями одного уровня, вынужденными общаться между собой через верхний уровень.

Разработка систем также велась в иерархической последовательности – сначала реализовывался функциональный состав верхнего уровня, затем среднего и только потом нижнего, причем приоритет полноты реализации функций определялся в той же последовательности. В результате АСУВ строились на основе однотипной централизованной архитектуры:

— центр автоматизированного управления верхнего уровня;
— центры автоматизированного управления среднего уровня;
— центры автоматизированного управления нижнего уровня.

Из этой схемы видно, что в состав АСУВ не включались системы управления огнем (СУО) танков, боевых машин пехоты, самоходных артиллерийских и ракетных установок, комплексов ПВО/ПРО, а также информационно-управляющие системы (ИУС) технических средств разведки.

Разработка АСУВ велась при отставании  в развитии основы  управления войсками – связи. Создание множества разноуровневых центров автоматизированного управления имело следствием интенсивный информационный обмен между ними, что существенно увеличило потребность в пропускной способности каналов связи. Ситуация усугублялась мобильным характером центров нижнего уровня, требующим принципиально нового решения в области радиосвязи.

Изначально было понятно, что информационный обмен будет состоять не только и не столько из голосовой связи, но будет включать передачу данных, графических изображений и потокового видео. Форматы цифровой, текстовой, графической и видео информации должны быть совместимы с бортовыми системами управления многочисленных типов вооружений и средств инструментальной разведки. При этом способ информационного обмена в боевой обстановке должен выдерживать выход из строя части ретрансляционных узлов и каналов связи. Эти обстоятельства накладывали жесткие требования к унификации правил информационного обмена, которые не были до конца реализованы ни в одной из АСУВ.

Это было обусловлено ограничением целеполагания на стадии разработки концепций, постановки задач и определения приоритетов создания систем.  Поскольку центры автоматизированного управления должны были располагаться на уровне штабов воинских соединений, частей и подразделений, возможности АСУВ были ограничены информационными функциями:
— ситуационная осведомленность об оперативно-тактической обстановке;
— планирование боевых действий.

В отличии от боевых информационно-управляющих систем комплексов ПВО/ПРО, кораблей Военно-морского флота и систем управления оружием боевых машин в АСУВ отсутствовала функция управления огнем подразделений, частей и соединений непосредственно на поле боя. Реализация функциональности АСУВ в рамках центров автоматизированного управления делало систему чрезвычайно уязвимой при выходе из строя любого из них.  Даже без учета этого риска ускорение процесса принятия решений на штабном уровне оказывало слишком малое влияние на непосредственное управление боевыми действиями в виде уменьшения времени реакции на изменяющуюся оперативно-тактическую обстановку воинского соединения, части или подразделения.

Выбор цели АСУВ 2.0

Целью создания автоматизированной системы должно стать уменьшение периода времени между моментом обнаружения противника и моментом его поражения. Взаимодействие  непосредственных участников боевых действий должно проходить на двухсторонней основе «передовое подразделение – подразделение огневой поддержки» в режиме реального времени. Основным видом взаимодействия служит передача по каналу связи координат и типа цели и ответное огневое воздействие по цели.

АСУВ 2.0 строится на основе распределенной сервис-ориентированной архитектуры без формирования центров автоматизированного управления. Все участники боевых действий оснащаются носимыми коммуникаторами с встроенными приемопередатчиками. Коммуникаторы содержат полнофункциональное программное обеспечение и цифровые карты местности. Бортовые СУО боевых машин, летательных аппаратов и артиллерийских, ракетных и противовоздушных комплексов (именуемые далее СУО боевых машин) и ИУС технических средств разведки, также оборудованные приемопередатчиками,  содержат специализированное программное обеспечение и цифровые карты местности. Аппаратно-программные комплексы (АПК) штабов оснащены приемопередатчиками и содержат специализированное программное обеспечение с ограниченной функциональностью.

Коммуникаторы, СУО, ИУС и АПК подключаются к единой сети связи в качестве абонентских терминалов. Информационное взаимодействие между ними производится в форме обмена тактическими данными. Полнофункциональное автоматизированное управление на уровне роты и ниже обеспечивается с помощью коммуникаторов, на уровне батальона и выше — с помощью коммуникаторов и удаленного доступа к АПК по схеме «клиент-сервер»

Источником тактических данных являются коммуникаторы пехотинцев, ИУС технических средств разведки и СУО боевых машин. Обработка тактических данных выполняется следующим порядком:
— первичное целеуказание производится с помощью коммуникаторов пехотинцев и ИУС технических средств разведки;
— корректировка первичного целеуказания (при необходимости) производится с помощью коммуникаторов командного состава уровня отделения и выше;
— целераспределение производится с помощью СУО артиллерийских, ракетных и противовоздушных комплексов;
— поражение целей производится с помощью СУО боевых машин.

Обобщение тактических данных выполняется на каждом уровне управления с использованием коммуникаторов (отделение-взвод-рота), а также коммуникаторов и АПК (батальон и выше). Обобщенные тактические данные передаются на верхний и нижний уровень управления для обеспечения ситуационной осведомленности. Планирование боевых действий выполняется аналогично процессу обобщения тактических данных.

В результате структура АСУВ 2.0 приобретает вид Grid-системы, в узлах которой расположены коммуникаторы, СУО, ИУС и АПК, связанные между собой:
— по вертикали иерархией организационной воинской структуры;
— по горизонтали обменом тактическими данными.

Grid система

Постановка задач АСУВ 2.0

Связь

Несмотря на то, что система связи военного назначения является самодостаточной, проект АСУВ 2.0 должен быть скоординирован с разработкой её новой версии, обладающей большой пропускной способностью и высокой отказоустойчивостью.

В настоящее время в военной сфере основным способом передачи информации служит радиосвязь КВ и УКВ диапазона. Повышение пропускной способности радиосвязи достигается переходом на более высокие частоты, чем те, которые уже применяются. Дециметровый диапазон радиоволн используется для сотовой телефонной связи. Поэтому для АСУВ 2.0 потребуется использовать сантиметровый диапазон с частотой от 3 до 30 гГц (СВЧ-связь). Радиоволны этого диапазона распространяется в пределах прямой видимости, но отличаются сильным затуханием при прохождении через вертикальные препятствия типа стен зданий и стволов деревьев. Для их обхода ретрансляторы СВЧ-связи необходимо размещать в воздухе на борту БПЛА. С целью минимизации затемненных зон максимальный угол наклона излучения к поверхности земли не должен превышать 45 градусов.

Воздушный сегмент сети СВЧ-связи предназначен для применения в зоне боевых действий. Для связевого обслуживания разведывательных операций в тылу противника необходимо использовать космический сегмент СВЧ-связи. Обмен информацией между стационарными объектами в своем тылу целесообразно осуществлять с помощью проводного сегмента связи, работающего в оптическом диапазоне частот электромагнитного спектра. Наличие воздушного сегмента не исключает применение переносных наземных СВЧ-ретрансляторов ближнего радиуса действия, используемых при ведении боевых действий внутри помещений с радионепроницаемыми перекрытиями.

Схема связи

Для поддержания постоянного радиоконтакта в в воздушном сегменте сети СВЧ-связи требуется отказаться от существующей транковой схемы «одна базовая станция – множество абонентских приемопередатчиков» и перейти к зональной схеме «множество узловых станций – множество абонентских приемопередатчиков». Узловые станции – ретрансляторы должны быть размещены в вершинах топологической сети с треугольными ячейками (сотами). Каждая узловая  станция должна обеспечивать выполнение следующих функций:

— коммутация каналов по запросу абонентов;
— ретрансляция сигналов между абонентскими приемопередатчиками;
— ретрансляция сигналов между зонами сети;
— ретрансляция сигналов от/на стационарные абонентские приемопередатчики, служащие шлюзами проводного сегмента сети связи;
— ретрансляция сигналов из/в космический сегмент сети связи.

В зависимости от класса БПЛА высота размещения узловых станций над поверхностью земли составит от 6 до12 км. При максимальном угле наклона излучения радиус связевого обслуживания будет находиться в том же интервале значений. С целью взаимного перекрытия зон обслуживания расстояние между узловыми станциями должно быть сокращено вдвое от максимального. Таким образом достигается высокая отказоустойчивость сети путем семикратного резервирования узловых станций. Дополнительную степень отказоустойчивости СВЧ-связи обеспечивается путем дислокации БПЛА-ретрансляторов только над своей территорией и прикрытием узлов сети с помощью комплексов ПВО/ПРО малой дальности.

DarkStar — БПЛА ретранслятор с ФАР СВЧ-диапазона

Помехоустойчивость обеспечивается путем использования технологии кодирования каналов связи в широкополосной полосе пропускания в соответствии со стандартом CDMA, который отличается шумоподобным спектром сигнала, поддержкой выделенных каналов передачи данных/голоса или объединения нескольких каналов для передачи потокового видео. Отраженные от естественных препятствий сигналы суммируются с основным сигналом, что повышает помехозащищенность системы. Связь с каждым абонентом поддерживается не менее чем двумя лучами, позволяя осуществлять переход абонента между различными узлами и зонами сети без потери связи. Применение узконаправленного излучения позволяет снизить радиозаметность приемопередатчиков и с высокой точностью определять местоположение абонентов сети.

Технологии, протоколы и форматы передачи информации

Вся информация в сети связи, обслуживающей АСУВ 2.0, передается в цифровом виде.  С целью обеспечения мультисервисного режима работы предлагается использовать технологию MPLS, основанную на присвоении унифицированных меток пакетам информации вне зависимости от транспортного протокола, поддерживающего передачу информации определенного типа. Метки адресуют информацию по сквозному каналу и позволяют устанавливать приоритетность передачи в зависимости от типа информации и адреса сообщения.

В сети СВЧ-связи используется канальный протокол WCDMA с кодовым разделением каналов и расширенным спектром сигналов, мощность которых может быть меньше мощности радиофона, что в сочетании с широкополосным характером сигналов дает возможность повторного использования одной и той же полосы частот в соседних зонах сети.

Спектр CDMA

В проводном сегменте сети предлагается использовать канальный протокол Ethernet с кодовым разделением каналов, последняя версия стандарта которого обеспечивает обмен информацией в дуплексном режиме работы без комплексирования по одному оптическому волокну со скоростью 25 гигабит в секунду, с комплексированием по четырем оптическим волокнам со скоростью 100 гигабит в секунду. При этом расстояние между узлами связи/усилителями сигнала может достигать40 км.

В качестве коммутаторов в узлах сети необходимо использовать маршрутизаторы, контролирующие состав сети с помощью протокола динамической маршрутизации OSPF. Протокол поддерживает автоматическое реконфигурирование зон, узлов и каналов в случае выхода из строя части маршрутизаторов.

На общесетевом уровне используется протокол IP, который обеспечивает гарантированную доставку информационных сообщений, состоящих из отдельных пакетов, по любому из возможных маршрутов, проходящих через узлы сети и соединяющих двух и более абонентов. Связь прерывается только в случае выхода из строя всех узлов сети.

Транспортные протоколы передачи информации определенного типа являются стандартными решениями, апробированными в сети Интернет:
— протокол передачи данных TCP;
— протокол передачи голоса VoIP;
— протокол передачи потокового видео RTP.

В качестве прикладного протокола передачи данных предлагается использовать HTTP с расширением MIME. Форматы представления данных включают  HTML (текст), JPEG (фотоснимки), MID/MIF (картографические данные), MP3 (звук) и MPEG (видео).

Функциональный состав АСУВ 2.0

АСУВ 2.0 должна обеспечить переход от информационной системы к системе управления, реализующей следующие функции:
— ситуационная осведомленность об оперативно-тактической обстановке;
— планирование боевых действий;
— управление боевыми действиями.

Ситуационная осведомленность обеспечивается интеграцией в реальном режиме времени всех имеющихся сведений о дислокации военнослужащих и боевой техники, входящих в состав собственного подразделения, соседних подразделений, а также в состав сил противника:

— местоположение военнослужащих собственного подразделения, оснащенных коммуникаторами, боевых машин, оснащенных СУО, и средств технической разведки, оснащенных ИУС, пеленгуется БПЛА-ретрансляторами;
— местоположение войск и вооружений соседних подразделений передается с верхнего уровня АСУВ 2.0;
— местоположение огневых точек и боевых машин противника на поле боя определяется пехотинцами в процессе целеуказания с помощью коммуникаторов, а также экипажами боевых машин с помощью СУО;
— местоположение войск и вооружений противника в его тылу распознается операторами средств технической разведки с помощью ИУС.

Цифровое поле боя

Планирование боевых действий осуществляется по одному из двух вариантов:
— оперативное планирование потребностей в боеприпасах, топливе и продовольствии по данным фактического расхода в ходе боевых действий;
— перспективное планирование боевых действий с определением рубежа развертывания, полосы наступления, конечного объекта, сил огневой поддержки и т.д.

Оперативное планирование потребностей в материально-техническом снабжении производится с помощью коммуникаторов, перспективное планирование боевых действий — с помощью АПК.

Управление действиями подразделений непосредственно в ходе боя производится в режиме реального времени путем приема голосовой и видеоинформации, отдачи голосовых указаний подчиненным военнослужащим, а также с помощью:
— корректировки первичного целеуказания передовых подразделений с изменением приоритетности поражения выбранных целей;
— корректировки первичного целераспределения подразделений огневой поддержки с изменением типа оружия, вида боеприпасов, секторов обстрела и т.д.

Кроме этого, программное обеспечение коммуникатора пехотинца должно обеспечивать функции системы управления носимым оружием для минимизации количества аппаратуры, входящей в состав экипировки военнослужащих. Коммуникатор служит в качестве СУО штурмовых и снайперских винтовок, пулеметов, реактивных и автоматических гранатометов. Наведение оружия на цель осуществляется с помощью совмещения линии визирования прицельных приспособлений с виртуальной проекцией этой линии, рассчитанной процессором с учетом координат, дальности и скорости движения цели.

Коммуникатор пехотинца АСУВ 2.0

Коммуникатор пехотинца предназначен для индивидуального оснащения рядовых, сержантов, офицеров и генералов Сухопутных войск. Он выполнен в виде карманного устройства с герметичным корпусом, внутри которого расположены процессор, оперативная память, постоянное запоминающее устройство, аккумулятор, радиомодем, порты подключения внешней антенны и устройства отображения информации, вход оптоволоконной линии связи и электроразъём для подзарядки аккумулятора. Кроме этого, коммуникатор содержит модули глобальной спутниковой системы позиционирования и автономной инерциальной системы ориентирования.

Купольная антенна

Коммуникатор оснащен внешней антенной в одном из двух вариантов:
— всенаправленная штыревая антенна;
— узконаправленная активная фазированная антенная решетка (АФАР), формирующая следящий радиолуч в направлении БПЛА-ретранслятора воздушного сегмента СВЧ-связи или орбиты спутника-ретранслятора космического сегментп СВЧ-связи.

Штыревая антенна устанавливается непосредственно в разъем порта коммуникатора и предназначена для беспроводной связи внутри экранированного помещения. В комплекте со штыревой антенной и бортовым СВЧ-ретранслятором небольшой мощности коммуникатор обеспечивает распределенную работу командиров подразделений и операторов штабов, находящихся на мобильных командных пунктах и на борту командно-штабных машин, вертолетов и самолетов.

АФАР выполнена в виде купольной оболочки, образованной гибкой печатной платой, на лицевой стороне которой располагаются излучающие элементы, на обратной стороне – экранирующее металлическое покрытие. Купольная оболочка вкладывается внутрь полимерного шлема пехотинца и соединяется с коммуникатором с помощью оптоволоконного кабеля, связывающего между собой двунаправленные оптоэлектронные преобразователи. АФАР предназначена для мобильной радиосвязи с центрами автоматизированного управления, другими коммуникаторами и СУО боевых машин.

ФАР на печатной плате

Следящий луч АФАР позволяет на порядок снизить мощность излучения антенны, исключить радиозаметность передатчиков и обеспечить для СВЧ-ретрансляторов возможность пространственной селекции радиолучей и источников помех, создаваемых противником с помощью средств РЭБ.

Устройство отображения информации состоит из проекционных очков, вибрационных динамиков/микрофонов, передающих звук через костную ткань черепа, и оптоволоконного кабеля, соединяющего порт коммуникатора с проекционными очками. В порту размещены двунаправленные оптоэлектронные преобразователи. Проекционные очки состоят из оправы, защитных линз, призматических проекторов, внешних и внутренних объективов.

Вибрационные динамики/микрофоны содержат двунаправленные оптоакустические преобразователи. Изображение передается в трех диапазонах оптического спектра – видимом от оптоэлектронных преобразователей к проекторам, ближнем инфракрасном от оптоэлектронных преобразователей к внутренним объективам и обратно, а также в дальнем инфракрасном от внешних объективов к оптоэлектронным преобразователям. Звук передается в виде модулированного инфракрасного излучения между оптоэлектронными и оптоакустическими преобразователями.

Проекционные очки

Тепловое изображение местности, принятое внешними объективами и обработанное процессором, преобразуется в видимое и проецируется на внутреннюю поверхность защитных линз проекционных очков, в том числе с увеличением. Одновременно тепловое изображение совмещается с цифровой топографической картой, хранимой в постоянном запоминающем устройстве,  для ориентирования на местности и определения координат целей. На поверхности защитных линз проецируются тактические знаки, прицельная сетка, виртуальные кнопки, курсор и т.д. Инфракрасное излучение, отраженное от зрачков глаз, служит для позиционирования курсора в поле зрения. Управление коммуникатором производится с помощью голосовых команд и жестов рук.

Члены экипажей боевых машин также экипируются коммуникаторами, подключающимися к бортовой СУО по внутренней проводной линии связи. За пределами боевой машины беспроводная связь членов экипажа обеспечивается с помощью купольных АФАР, встроенных в защитные шлемы.

Цифровая карта местности

Аппаратно-программное обеспечение АСУВ 2.0

Информационная безопасность

Защита информации в каналах связи должна обеспечиваться с помощью симметричного шифрования и технологии закрытых ключей, которые регулярно заменяются на новые с помощью ассиметричного шифрования и технологии открытых ключей.

Процессоры коммуникаторов пехотинцев, СУО боевых машин, ИУС средств технической разведки и АПК штабов должны иметь уникальные идентификационные номера, учитываемые в алгоритмах шифрования информации позволяющие блокировать связь в случае попадания оборудования в руки противника.

Аппаратура АСУВ 2.0 должны поддерживать режим радиомониторинга за своим местоположением (путем пеленгования излучаемых радиосигналов с помощью БПЛА-ретрансляторов) и физическим состоянием военнослужащих — носителей  аппаратуры (путем контроля дыхания с помощью вибрационных микрофонов). В случае попадания аппаратуры в руки противника или потери сознания носителем аппаратуры связь блокируется.

Аппаратное обеспечение

Аппаратное обеспечение АСУВ 2.0 должно производиться на отечественной элементной базе с использованием сертифицированных импортных комплектующих. С целью минимизации энергопотребления  и тепловыделения аппаратного обеспечения в нём должны использоваться многоядерные процессоры и твердотельные устройства постоянного хранения информации.

Для защиты от воздействия электромагнитных импульсов высокой мощности электронную аппаратуру и внешние источники электропитания помещают в герметичные металлические корпуса с кондуктивным охлаждением. Кабели электропитания экранируют металлической оплеткой. Во внешних электроразъёмах монтируют предохранители в виде лавинно-пролётных диодов. Проводные линии связи выполняют из оптического волокна. Внешние записывающие устройства оборудуют двунаправленными оптоэлектронными преобразователями, подключаемыми к аппаратуре  аналогично проводным линиям связи.

Источниками электроэнергии служат литий-ионные аккумулятоы повышенной емкости, подзаряжаемые от бортовых генераторов боевых и транспортных машин.

Вычислительная мощность аппаратуры должна обеспечивать её многократное резервирование по следующей схеме:

— при выбытии из строя коммуникатора командира подразделения верхнего уровня его функции автоматически переходят к коммуникатору заместителя командира подразделения (в случае пехотного подразделения к одному из пехотинцев);

— при выбытии из строя коммуникатора заместителя командира подразделения его функции автоматически переходят к коммуникатору одного из командиров подразделения нижнего уровня;

— при выбытии из строя АПК штаба подразделения верхнего уровня его функции автоматически переходят к  АПК штаба на запасном командном пункте;

— при выбытии из строя АПК штаба на запасном командном пункте его функции автоматически переходят к АПК штаба одного из подразделений нижнего уровня.

Программное обеспечение

Программное обеспечение АСУВ 2.0 должно разрабатываться в соответствии с компьютерными и связевыми технологиями, протоколами передачи данных и форматами представления информации, отвечающими международным стандартам.

Системное программное обеспечение, включающее систему ввода-вывода, операционную систему, файловую систему и систему управления базами данных, должно состоять только из отечественных программных продуктов в целях исключения несанкционированного доступа к информации, перехвата управления и вывода из строя программного обеспечения и вооружения.

Прикладное программное обеспечение может содержать как отечественные так и импортные компоненты при условии поставок последних с открытым исходным кодом и описанием блок-схем используемых алгоритмов.

Проектирование и постановка на вооружение АСУВ 2.0

Вопросы создания российского производства элементной базы и  межгосударственной кооперации производства комплектующих изделий АСУВ 2.0 относятся к компетенции Военно-промышленной комиссии при Правительстве Российской Федерации.

Разработка концепции, постановка задач, утверждение единого перечня технологий, протоколов и форматов передачи данных, целесообразно поручить проектной группе под руководством Министра обороны Российской Федерации.

Для координации деятельности организаций-разработчиков регламентов, аппаратуры, алгоритмов и программного обеспечения систем связи и вычислительной техники, а также для обеспечения последующего функционирования АСУВ 2.0 в подчинении Генерального штаба ВС РФ  необходимо создать оперативное командование по образцу  Кибернетического командования США (United States Cyber Command).

При постановке на вооружение АСУВ 2.0 её функциональность должна быть обеспечена на уровне C4ISR (Сommand, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance, Reconnaissance). При этом уровень автоматизированного управления в тактическом звене должен соответствовать технологии цифрового поля боя (Digital Battle Field).

/Андрей Васильев, специально для «Армейского Вестника»/