7 августа, 2009

Требуется модернизация полигонов

Oсобенность современного этапа развития эксперименталь-но-испытательной базы полигонов МО РФ и промышленности состоит в том, что основные ее технико-экономические показатели в рамках используемых схемных, программных и технологических решений достигли своих предельных значений.

В этих условиях даже для незначительного повышения отдельных показателей эффективности экспериментально-испытательной базы полигонов на основе ранее разработанных методических и технологических решений во многих случаях требуются существенные, во многом неоправданные материальные затраты. Поэтому для дальнейшего повышения эффективности испытаний необходимо внедрение технологических инноваций.

Эффективность технологического процесса испытаний может характеризоваться обобщенным технико-экономическим критерием, предусматривающим обеспечение требуемой достоверности оценки тактико-технических характеристик и показателей боевой эффективности испытываемых образцов ВВСТ при минимизации экономических и временных затрат на проведение их испытаний.

Технологии, применяемые при полигонных испытаниях образцов ВВСТ, можно разделить на две группы (уровня). Первый группа технологий включает совокупность методических и научных подходов, использовавшихся с 1960-х гг. до настоящего времени в процессе экспериментальной отработки и испытаний на полигонах образцов ВВСТ. Вторая группа полигонных технологий включает совокупность инновационных подходов к проведению испытаний, формируемых на основе базовых и критических технологий, внедряемых в новые аппаратурные и программные средства обеспечения полигонных испытаний образцов вооружения.

Технологии полигонных испытаний первой группы основываются на натурном и модельном подходе, рациональное сочетание которых и составляет основу опытно-теоретического метода испытаний сложных технических систем, который был разработан в 1960-х гг.

Опытно-теоретический метод испытаний сложных систем вооружения базируется на математической теории многофакторного планирования эксперимента, теории математической статистики и имитационного моделирования, а также методологии рационального комплексирования данных, полученных в ходе натурных экспериментов, математического и физического моделирования.

Классический опытно-теоретический метод испытаний предполагает реализацию сложного технологического процесса отработки и испытаний создаваемых образцов ВВСТ (рис. 1).

Отличительной чертой этого метода является то, что он позволяет оценивать, как отдельные характеристики элементов в испытывае-мой системе, так и характеристики системы в целом в виде показателей эффек-тивности в широком диапазоне их изменения. При этом одновременно решается задача наиболее рационального использования ограниченного числа натурных экспериментов, включая задачу увязки результатов экспериментов с результатами моделирования.

На рис. 2 приведена структура основных видов технологий полигонных испытаний первой группы, на которых базируется опытно-теоретический метод испытаний перспективных образцов ВВСТ.

В соответствии с натурным и модельным подходами к оценке характеристик сложных технических систем технологии испытаний могут быть представлены двумя большими классами: технологии физических (натурных) испытаний реальных изделий или их макетов и технологии испытаний с использованием физических и математических моделей.

Суть технологий натурных (физических) испытаний заключается в непосредственном экспериментальном исследовании изделия без изменения его собственной природы в естественных условиях существования. Такие технологии могут применяться как при внешних воздействующих факторах, создаваемых искусственным путем с помощью специальных испытательных стендов (стендовые испытания) или специальных методов и средств, применяемых в лабораторных условиях (лабораторные испытания), так и при естественных внешних воздействующих факторах (полигонные испытания и эксплуатационные испытания).

На этапах экспериментальной отработки и предварительных автономных испытаний образцов ВВСТ, когда проводятся пробные испытания изготовленных изделий (например, бросковые испытания ракет, пробные полеты самолетов и т.д.), а также испытания отдельных составных частей сложных систем вооружения, определяющее значение имеют натурные эксперименты. В этих случаях по полученной информации от натурных экспериментов принимаются практически все решения по дальнейшему процессу разработки и доводки разрабатываемых образцов вооружения. Количество модельных экспериментов на этих этапах создания систем вооружения, как правило, невелико.

В силу возникающих на практике экономических и технических ограничений в реализации натурного подхода к испытаниям сложных технических систем наряду с ним применяется и модельный подход. Последний основан на опосредованном познании, когда в силу различных обстоятельств вместо реального объекта непосредственно исследуется другой, сходный с ним и более доступный естественный или искусственный, материальный или идеальный объект, который в определенных отношениях, существенных свойствах замещает изучаемый реальный объект и дает о нем новые знания.

Технология модельных испытаний осуществляется с привлечением методов физического и математического моделирования. Применение этих методов позволяет отказаться от ряда сложных физических испытаний реальных изделий или их макетов. Например, при проектировании изделия, когда реально оно еще не существует, модель позволяет проверить новые идеи и концепции, выдвигаемые в процессе разработки, методы и средства их реализации и оценить предлагаемый результат. При этом исследовательские испытания с использованием математических и физических моделей позволяют оценить потенциальные возможности новых идей и концепций при их реализации в будущем изделии.

На этапе приемочных испытаний образцов ВВСТ опытно-теоретический метод испытаний образцов ВВСТ является определяющим и находит самое широкое применение. При этом, как правило, оценка тактико-технических характеристик и показателей боевой эффективности испытываемых образцов ВВСТ проводится с использованием математических и физических моделей, позволяющих учитывать все факторы, влияющие на условия проведения испытаний образцов ВВСТ, включая и имитируемую фоно-целевую обстановку.

Поскольку все отмеченные факторы учитываются в математических моделях в виде определенных параметров, то для обеспечения адекватности разработанных математических моделей оценки тактико-технических характеристик и показателей боевой эффективности испытываемых образцов ВВСТ необходимо проводить идентификацию параметров этих моделей. В связи с этим при реализации опытно-теоретического метода испытаний сложных систем вооружения важное значение имеет качество используемых методик идентификации параметров используемых математических моделей.

Необходимо отметить, что до начала 1990-х гг. на испытательных полигонах Минобороны России и предприятий оборонных отраслей промышленности опытно-теоретических метод имел достаточно широкое применение. Для этого на ряде испытательных полигонов были созданы моделирующие центры, во многих научно-исследовательских организациях Министерства обороны и на предприятиях промышленности использовались специальные испытательные и исследовательские стенды, представляющие собой, как правило, уникальное оборудование, созданное в единственном экземпляре.

Силами предприятий-разработчиков образцов ВВСТ и НИО Минобороны разрабатывались комплексы алгоритмов и программ для моделирования отдельных систем и составных частей финальных образцов ВВСТ, моделирования различных условий проведения их испытаний, а также создавались уникальные модели оценки ТТХ и показателей эффективности испытываемого вооружения. Широко использовались разработанные к тому времени математические методы многофакторного планирования экспериментов, регрессионного анализа, методов оценки статистической совместимости результатов моделирования сложных систем с результатами натурных испытаний и ряд других математических методов.

Однако наступившее время перманентных реформ привело не только к значительному сокращению количества испытательных полигонов, к большим потерям численности их личного состава, к срыву планов переоснащения полигонов новыми средствами экспериментально-испытательной базы, но и нарушению самого технологического процесса испытаний финальных образцов ВВСТ.

Особенно это стало заметно в последнее десятилетие, когда в целом ритмично финансируются государственная программа вооружения и государственные оборонные заказы, определился широкий спектр финальных образцов ВВСТ, представляемых заказчикам для проведения испытаний.

Выявилось несоответствие существующей системы обеспечения испытаний потребностям в номенклатуре, характере и объемах испытаний разработанных образцов ВВСТ и, в частности, низкая эффективность функционирования всего технологического процесса обеспечения испытаний образцов вооружения.

Так, в связи с появлением новых видов вооружения, повышением значений их тактико-технических характеристик существующая экспериментально-испытательная база полигонов уже не позволяет выполнить требования по точности различных первичных измерений на протяженных испытательных трассах, по созданию требуемой фоно-целевой обстановки, по достоверности и оперативности получения оценок тактико-технических характеристик испытываемых образцов.

Одновременно с этим ограниченное финансирование испытаний образцов ВВСТ привело к значительному сокращению возможностей по проведению натурных экспериментов, особенно летных испытаний авиационной техники, испытаний с пусками ракет и стрельбой по реальным мишеням и т. д.

Данное обстоятельство, в свою очередь, привело к существенным ограничениям или к невозможности применения классического опытно-теоретического метода испытаний образцов ВВСТ, поскольку становится невозможным провести достоверную идентификацию параметров математических моделей оценки ТТХ и показателей боевой эффективности испытываемых образцов ВВСТ по выборке натурных экспериментов малого размера, либо по единичным экспериментам.

Проблемы с реализацией опытно-теоретического метода испытаний образцов ВВСТ усугубились и тем, что за последние пятнадцать лет неоднократно морально устаревала и своевременно не обновлялась вычислительная техника и программное обеспечение, на основе которых построены все вычислительные и моделирующие центры испытательных полигонов, практически не обновлялось уникальное оборудование для физического моделирования и проведения экспериментальных исследований, применяемое на различных этапах создания образцов ВВСТ.

Необходимо также отметить, что в этот же период теоретические исследования по совершенствованию опытно-теоретического метода испытаний сложных технических систем поводились без системной увязки всех аспектов проблемы и только по отдельным направлениям. В основном, эти исследования касались вопросов совершенствования технологии проектирования различных математических моделей, а также разработки большого количества разнотипных методик идентификации параметров моделей, применительно к различным видам образцов ВВСТ.

Несмотря на все сложности в реализации на полигонах опытно-теоретического метода испытаний сложных технических систем, он и до настоящего времени составляет основу технологий полигонных испытаний образцов ВВСТ и его совершенствование является одним из основных направлений развития испытательного комплекса МО РФ.

Основными направлениями совершенствования опытно-теоретического метода испытаний сложных систем вооружения можно назвать следующие:

разработка методик определения оптимального соотношения количества натурных и модельных экспериментов, планируемых для проведения испытаний конкретных образцов ВВСТ;

совершенствование технологии построения математических моделей с целью повышения степени их детализации и уменьшения времени разработки;

разработка единого методического подхода к идентификации параметров имитационных моделей отдельных трактов и систем испытываемых образцов ВВСТ, математических моделей имитации фоно-целевой обстановки, а также параметров математических моделей оценки тактико-технических характеристик испытываемых образцов вооружения;

разработка методологии оптимального управления процессом проведения испытаний образцов ВВСТ и своевременного окончания испытательного процесса;

разработка методик сбалансированной подготовки составных частей ЭИБ полигонов к проведению полунатурных испытаний образцов ВВСТ для достижения ее максимальной эффективности применения.

Совершенствуя существующие технологии полигонных испытаний, основное внимание следует все же уделять инновационному развитию экспериментально-испытательной базы. Ее основой должны стать базовые и критические технологии, перечень которых в настоящее время определен на основе результатов аналитической работы, проведенной научно-исследовательскими организациями Министерства обороны РФ (рис. 3). Эти технологии нацелены на решение следующих задач:

создание перспективных многоканальных радиотехнических и радиолокационных средств траекторных измерений, а также радиотелеметрических и гидроакустических средств для совершенствования измерительных комплексов испытательных полигонов МО РФ;

Ограниченное финансирование испытаний образцов ВВСТ привело к значительному сокращению возможностей по проведению натурных экспериментов, особенно стрельб по реальным мишеням.
Фото: Алексей МАТВЕЕВ

разработка перспективных модульных оптико-электронных средств траекторных и сигнальных измерений для совершенствования существующих испытательных трасс;

разработка перспективных многофункциональных мишеней и средств помеховых комплексов для создания на полигонах фоно-целевой обстановки, адекватной условиям боевого применения испытываемых образцов ВВСТ;

разработка новых компьютерных технологий и средств телекоммуникационного обмена данными для создания перспективных комплексов средств автоматизации полигонных испытаний как в рамках одного испытательного полигона, так и в рамках единой автоматизированной системы планирования, материально-технического обеспечения и контроля проведения испытаний образцов ВВСТ на испытательных полигонах МО РФ;

создание перспективных датчиков и других чувствительных элементов для совершенствования средств траекторных, телеметрических и гидроакустических измерений;

создание новых материалов и веществ для разработки узлов и механизмов перспективных средств экспериментально-испытательной базы испытательных полигонов МО РФ;

совершенствование геодезического обеспечения полигонных испытаний для высокоточной автоматизированной привязки средств ЭИБ на местности, а также метеорологического обеспечения для правильного планирования испытаний и получения качественной информации, а также калибровки математических моделей движения ЛА и атмосферы.

Повышение инновационности ЭИБ возможно также за счет осуществления следующих мероприятий.

При создании перспективных многоканальных радиолокационных средств траекторных измерений необходимо использовать технологический задел, имеющийся при создании радиолокационных станций кругового обзора радиотехнических войск типа «Десна-М», «СТ-68УМ» и других, в части использования сложных модулированных сигналов, современных методов обработки радиолокационной информации, а также систем компенсации активных и пассивных помех, которые могут иметь место при применении на полигонах средств имитации требуемой помеховой обстановки. Кроме того, необходимо широко использовать в многоканальных РЛС траекторных измерений разработанную технологию фазированных антенных решеток, применяемую в РЛС разведки целей, наведения и целеуказания типа РЛС «Имбирь» и «Зоопарк -1М».

Для разработки бортовой аппаратуры потребителей перспективных многоканальных радиотехнических средств траекторных измерений, использующих поле спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS, необходимо создать отечественные микропроцессоры и большие интегральные микросхемы, а также программное обеспечение, основанное на новых методах обработки сложных цифровых сигналов, с использованием которых можно обеспечить многоканальный прием и высокоточную обработку сигналов от космических аппаратов орбитальной группировки системы и решение задачи получения оценок параметров движения динамичных и маневренных летательных аппаратов, что в настоящее время является проблемой.

Для создания перспективных оптико-электронных средств траекторных и сигнальных измерений требуются отечественные чувствительные интегральные матрицы с высокой разрешающей способностью, взамен используемых в настоящее время импортных комплектующих, которые по экономическим причинам достаточно часто закупаются за рубежом с неприемлемым качеством.

При создании перспективных многоканальных радиолокационных средств траекторных измерений необходимо использовать технологический задел, имеющийся при создании радиолокационных станций кругового обзора радиотехнических войск и современных методов обработки радиолокационной информации.
Фото: Алексей МАТВЕЕВ

Требуется разработка современной отечественной технологии изготовления оптических приборов, а также безинерционных электродвигателей для изготовления платформ следящих оптико-электронных средств. Кроме того, требуется разработка современной элементной базы для разработки малогабаритных радиолокационных дальномерных каналов, работающих в миллиметровом диапазоне волн, что позволит по сравнению с лазерными каналами повысить вероятность уверенного автосопровождения по дальности оптико-электронными средствами динамичных и маневренных изделий практически без заметного снижения точности измерений.

В области создания перспективных многофункциональных мишеней требуется разработка технологии, основывающейся на принципе «конструктора мишеней». Под такой технологией понимается разработка нескольких классов модульных конструкций, из которых возможно было бы формировать практически любую мишень требуемого класса, способную адекватно имитировать цели потенциального противника по всем тактико-техническим характеристикам и имитационным признакам.

Это позволило бы практически уйти от создания дорогостоящих полномасштабных мишеней-аналогов и перейти к использованию имитационных мишеней для формирования на их базе требуемой мишенной обстановки, оптимизированной для проведения конкретного натурного эксперимента.

Кроме того, требуется также разработка новых материалов для имитации средств потенциального противника, выполненных по технологии «Стелс».

Для создания эффективных бортовых устройств автоматизированных систем оценки результатов стрельбы, устанавливаемых на мишенях, требуется разработка современных отражательных клистронов и твердотельных полупроводниковых приборов, позволяющих создать мощные малогабаритные радиолокаторы для работы в зоне встречи атакующих зенитных управляемых ракет и противоракет с мишенями. Автоматизированные системы оценки результатов стрельбы позволят оперативно оценивать в процессе испытаний факт и степень поражения мишеней, параметры промаха, а также интегральные показатели эффективности боевого применения огневых комплексов ВКО и найдут широкое применение как на испытательных полигонах, так и на полигонах боевой подготовки войск.

Важным технологическим направлением совершенствования средств ЭИБ является создание высокоточных цифровых датчиков и других чувствительных элементов для совершенствования средств телеметрических и гидроакустических измерений, позволяющих повысить технические характеристики таких средств и расширить диапазон условий их применения как на испытательных полигонах, так и в лабораторных условиях при экспериментальной отработке образцов вооружения.

Важным направлением создания инновационного задела в области полигонных испытаний является разработка новых компьютерных технологий для создания перспективных комплексов средств автоматизации полигонных испытаний и отечественных аппаратных и программных средств телекоммуникационного обмена данными между источниками измерительной информации, испытываемыми образцами ВВСТ и средствами автоматизации полигонных испытаний.

При этом усилия должны быть направлены на разработку современной отечественной электронной элементной базы; на создание технологий операционных систем ограниченного объема для использования в составе специализированных вычислительных устройств обеспечения испытаний; на разработку технологий помехоустойчивого восстановления и контроля достоверности данных, циркулирующих в трактах сбора информации и управления процессом полигонных испытаний и ряда других важных технологий.

Для совершенствования геодезического обеспечения полигонных испытаний, имеющего большое значение для получения высокоточных оценок параметров движения испытываемых летательных аппаратов с использованием территориально разнесенных информационно-измерительных систем, необходимо разработать технологию высокоточной привязки прецизионных оптико-электронных измерительных систем к местности, основанной на комплексировании результатов наземных измерений, космической видеосъемки, а также специальной аппаратурой геодезической привязки по сигналам спутниковых навигационных систем.

Рассматривая направления совершенствования технологий полигонных испытаний, нельзя не остановиться на вопросе проведения оценок достигнутого уровня внедрения современных технологий в испытательный процесс образцов ВВСТ, что весьма важно для объективного контроля процесса управления качеством полигонных испытаний. Такая оценка может основываться на сопоставлении значений основных характеристик процесса полигонных испытаний (стоимость испытаний, объем и достоверность оцениваемых ТТХ, время проведения испытаний) до и после внедрения новых технологий.

Обобщая сказанное, можно отметить, что научно-технический задел, созданный в нашей стране еще до 1990-х гг. в области технологий полигонных испытаний, практически исчерпал свои возможности. Для реализации планов испытательных работ финальных образцов вооружения требуется модернизация экспериментально-испытательной базы полигонов, которую невозможно провести без использования новых технологий полигонных испытаний.