Неправильные пчёлы: что военные называют боевым роем?
Данный материал выкладывается на сайт из блога коллеги youroker-а на сайте warhead.su.
Содержание:
В последнее время всё чаще и чаще мы слышим заявления о том, что военные работают над некими роями беспилотников. Что это такое и стоит ли нам ждать знаменитую «умную пыль» — идеальное оружие и вершину технической эволюции, описанную в произведениях Лема?
Чтобы разобраться в вопросе о рое, его стоит разделить на два подвопроса: насколько реально оружие, описанное фантастами, и над чем же сейчас работают военные.
Боевая пыль
Если мы говорим о рое в фантастике, то, вероятнее всего, подразумеваем вполне различимых механических пчёл-жучков, огромной тучей налетающих на противника. Составную часть такой совокупности можно назвать микромашиной. Это очень маленький робот, состоящий из привычных электронных и механических частей (правда, крошечных).
Считается, что если вооружить такие микромашины чем-нибудь вроде ядовитого укуса и выпустить их на поле боя, то такая «умная туча» станет очень эффективным оружием, способным своей совокупной мощью одолеть крупные системы противника.
Конечно, хочется вспомнить о наномашинах — конструктах, собранных из отдельных молекул. Но в настоящее время не просматривается никакого мало-мальски реалистичного способа применить таковые на поле боя, даже если дать своей фантазии полную свободу.
В пользу сверхмалых машин часто высказывается следующее утверждение. Вес увеличивается пропорционально кубу возрастания размеров; следовательно, увеличение размеров довольно быстро становится неэффективным. А стало быть, давайте уменьшать! Вес будет уменьшаться быстрее, чем размеры, эффективность пропорционально возрастать. Подобно муравьям, наши боевые микромашины выйдут могучими для своих размеров.
Рой из «Непобедимого» Станислава Лема. Художник — Алексей Андреев
Однако при этом упускается, что объём также уменьшается пропорционально кубу уменьшения размеров.
Что это значит? То, что впихнуть всё нам необходимое внутрь микроробота становится всё сложнее по мере того, как мы уменьшаем его размеры. Начинают вставать как инженерные, так и физические ограничения: не все детали можно уменьшать до бесконечности. Так, например, уменьшение величины фокусирующих систем оптики по определению ведёт к ухудшению изображения. Уменьшение масштаба движителя приводит к потере его эффективности — на преодоление того же расстояния требуется больше оборотов. Ну и чем плотнее «упаковка», тем она сложнее, поскольку элементы конструкции приходится располагать «впритык» друг к другу, оставляя лишь самую минимальную изоляцию.
Кроме того, микромашины сталкиваются с очень неприятной проблемой поддержания микроклимата. Ибо объём убывает быстрее, чем площадь поверхности. При маленьком объёме и относительно большой поверхности маленькие дроны стремительно накапливают тепло и столь же быстро его теряют. Поддержание температурного оптимума для микророботов — особенно для боевых, предназначенных для работы в полевых условиях, — будет сильнейшей процессорной болью. В жаркую погоду они будут опасно перегреваться. В холода рискуют просто замерзнуть.
Самые маленькие из разрабатываемых сейчас дронов, подходящие для участия в «рое»
Наконец, малые размеры означают, что микромашина просто не обладает достаточной массой и мощностью, чтобы преодолевать препятствия. Даже густая трава может стать для боевого кибержука препятствием, требующим инженерной подготовки. Ему просто не хватит сил, чтобы проламываться сквозь травинки. Придётся пилить их, раздвигать и т. д. — что требует дополнительных усилий, специального оборудования (которое надо как-то впихнуть) и времени.
Семерых одним ударом
Главным преимуществом боевого роя, как правило, называют его малую уязвимость. Будучи децентрализованной системой, совокупность микромашин равнодушна к потерям: любой уничтоженный кибержучок легко заменяется другим. Преимущества многих оружейных систем, рассчитанных на сосредоточенное, максимально сконцентрированное воздействие, против «умной пыли» теряются.
Что толку стрелять из пушек по киберворобьям?
Но тут есть одно важное «но». Рой может впечатлять своими совокупными размерами и синергетической мощью, но каждый отдельный его элемент всё равно остаётся маленькой, хрупкой и, в общем-то, туповатой машинкой. И против воздействий, охватывающих весь рой целиком, значение будет иметь не общая, а индивидуальная сопротивляемость. И вот тут начинаются проблемы.
Что будет, если по полю боя нанесли тактический атомный удар? Могучий кибертанк, многотонная крепость с многослойной бронёй, переживёт атаку без особого вреда (если, конечно, не окажется в эпицентре). Толстая броня, подбитая слоями поглощающих материалов, остановит ионизирующее излучение прежде, чем оно доберётся до хрупкой электроники. Электронный мозг, защищённый клеткой Фарадея и соединённый с остальной машиной через заземлённые кабели, проигнорирует удар ЭМИ (электромагнитного импульса).
Ударная волна нанесёт повреждения внешним системам… но раздавить современный танк весьма непросто. А лишённый экипажа танк-робот будущего имеет значительно меньше внутренних полостей. Наконец, термическое воздействие в случае с танком максимум опалит краску.
Пока главная задача даже для разрабатываемых «роёв» — разведка в условиях конфликтов низкой интенсивности. Вопрос уязвимости при атомном ударе пока не рассматривается
А что же с нашим непобедимым роем микророботов? А ничего хорошего. Крошечные линейные размеры машинок не позволяют оснастить их даже минимально эффективной радиационной защитой (иначе у нас получится этакий кровожадный теннисный мячик с лапками), так что ионизирующее излучение мгновенно прикончит их процессоры. Точно так же губителен будет и ЭМИ — микророботы слишком малы, чтобы можно было обеспечить их вменяемым заземлением. Да, они пропорционально менее восприимчивы к ударной волне, поскольку площадь их поверхности (на которую сверхдавление и действует) пропорционально меньше, но это слабое утешение — конструктивной прочности у них всё равно нет, а масса очень мала. Наконец, тепловое воздействие тоже вовсе не пойдёт боевому рою на пользу.
И это касается далеко не только ядерного оружия. Другие средства массового поражения сверхмалым беспилотникам столь же неприятны. Термобарическое и термическое оружие, высокочастотное радиоизлучение, ультразвук, даже банальная графитовая пыль в воздухе или сильный ветер — всё это оказывает очень незначительное воздействие на крупные машины, но совершенно губительно для микроскопических.
Мы выявили фундаментальный недостаток микромашин: они очень уязвимы к «площадному» воздействию.
Размеры роя и взаимозаменяемость при этом не играют никакой роли: атаке подвергаются все его элементы одновременно, а защищаются они индивидуально. И в этом вопросе у дронов достоинств никаких — сплошные недостатки.
Подумаем вместе
Усилиями фантастов, киношников и создателей видеоигр у людей сложилось совершенно неправильное представление о том, что такое «роевой интеллект» и как этот рой вообще работает.
Обычно представляют либо мегабашковитую «королеву», которая сидит где-нибудь в тылу и своей могучей думой управляет элементами роя как своими собственными руками, — либо индивидуально тупые элементы роя, которые, взявшись за лапки, объединяют свои плохонькие нервные системы в могучий надмозг, думающий за них.
Современные дроны способны на впечатляющие совместные действия
И то и другое совершенно неверно.
Никакой башковитой «королевы» у роевого интеллекта нет. Рой — это система, в которой индивидуально простые реакции отдельных элементов по мере вовлечения в них всё большего и большего числа составляющих самоорганизуются в комплексные целенаправленные ответы. Нет у них и объединения в единый мощный «думатель». Пчела-разведчица, обнаружившая около улья нектароносные цветы, вовсе не спешит с докладом к матке и не соединяет свою нервную систему с другими пчёлами, чтобы методами дифференциальных исчислений определить лучшую стратегию сбора пыльцы. Она просто возвращается в улей и танцует, передавая пеленг и дистанцию ближайшим пчёлам, которые вылетают к обнаруженным цветам. Вернувшись, эти пчёлы, в свою очередь, тоже танцуют, вовлекая в процесс всё больше и больше пчёл.
В чем же проблема применения этого метода к боевым минироботам? В том, что в итоге реакция «умной пыли» зависит (снова!) исключительно от невеликого интеллекта отдельно взятых машин. Если, грубо говоря, «крайние» роботы принимают неверные решения — например, из-за слабого качества своей оптики не могут точно идентифицировать противника, — то и реакции роя будут бессмысленными.
Пример этого приводит сам же Лем в своём «Непобедимом». Выяснив, что грозные тучи микромашин-кристалликов реагируют на электрический потенциал мозга, исследователи создают простой аппарат, который имитирует сигналы мозга людей, уже подвергшихся атаке тучи. Индивидуальные кристаллики слишком ограничены, чтобы усомниться даже в таком примитивном обмане.
Ну а что, если мы не будем следовать природе, а попробуем построить наш рой на (неправильных) примерах из фантастики?
Увы, тоже ничего хорошего.
Наличие у механического роя дронов «королевы» опрокидывает весь смысл создания роя. Если нам нужен единый центр, чтобы думать, то противник будет этот центр целенаправленно искать и уничтожать. Что сделать будет довольно просто: центр будет вынужден вести непрерывный информационный обмен с элементами «тучи» и тем самым выдавать себя. Чтобы избежать мгновенного уничтожения всей системы, «мозг» роя придётся помещать во всё более и более защищённые шасси… и в итоге мы снова приходим к идее мегатанка, использующего микромашины исключительно как одну из систем вооружения.
Большой дрон, использующий маленьких коллег для выполнения боевой задачи, — такие проекты есть и сейчас
Другой пример — складывания могучего компьютера из отдельных составляющих — ничем не лучше. Предполагается, что индивидуально тупые микромашины, собравшись вместе и поднатужившись, сложат свои невеликие потенциалы в могучий надмозг. От каждого кибержучка по микросхеме — вот и построится суперкомпьютер, который своими невероятными мощностями всё просчитает и продумает. Однако сразу же встаёт вопрос: как обеспечить надёжный обмен информацией между отдельными кибержучками? Поставить на каждый дрон широкополосный канал обмена данными (да ещё и защищённый от помех и неприятельского противодействия) не выйдет чисто технически. Такие штуки дороги, плюс есть чисто физические ограничения по размерам и возможностям антенны. Но даже если мы каким-то образом решим эту задачу — спасёт ли это положение? Нет.
В отличие от физически соединённых элементов суперкомпьютера, элементы роя разъединены, постоянно движутся, меняют своё положение. Связь между ними — особенно в условиях поля боя — непостоянна и может нарушаться. Необходимость каждому отдельному кибержучку «дозваниваться» до конкретного собрата, чтобы передать ему несколько бит данных, приведёт к чудовищным задержкам и сбоям.
Попытки управлять таким образом движением роя будут напоминать скорее «Лебединое озеро» в исполнении эпилептиков.
И что делать, если в разгар умственного процесса в «умную пыль» прилетит снаряд и часть кибержучков (занятых некоторой частью программы) испепелит на месте?
Таким образом, мы приходим к ещё одному удручающему выводу: «думать на ходу» рой не сможет. Приземлившись и соединившись физическими контактами, он, вероятно, способен посидеть, подумать и сделать выводы. Но в движении ему придётся полагаться исключительно на примитивный интеллект туповатых элементов. То есть любые умные выводы надмозга будут вынужденно сводиться к предельно простому набору инструкций для отдельных составляющих.
Ну и, разумеется, ситуация, когда нашему рою нужно собираться воедино, чтобы подумать, — тратя при этом уйму времени и усилий на то, чтобы разобраться, как и в какой последовательности соединяться друг с другом, чтобы восстановить правильную конфигурацию надмозга, — ставит под вопрос саму по себе осмысленность всей идеи. Ведь по закону Мёрфи, именно в этот момент в рой и прилетит неприятельский снаряд и прихлопнет весь «тучемозг» на месте. Тот и выкрикнуть «чтоб тебе, Станислав Лем!» не успеет.
Наконец, мы не можем игнорировать и фактор неприятельского противодействия. Что, если противник начнёт глушить каналы связи внутри роя? Или будет применять против кибержучков своих собственных дронов-диверсантов, чьей задачей будет внедряться в рой и провоцировать неправильные реакции? Нарушить слаженную работу «боевой тучи», превратить её в хаос — куда проще, чем организовать.
Не едины, но в стае
Но ведь работают военные над «роями» беспилотников, воскликнет знающий читатель. И правда, в последнее время тема роя среди военных очень популярна. То тут, то там возникают разговоры, что дроны, включённые в рой, — страшно эффективное оружие. Но понимают ли военные под «роем» то, что говорят фантасты? Нет.
Даже при работе в «рое/стае» дрон должен быть полноценной боевой единицей, а не маленькой «мушкой»
Нынешние разработки называют «роем» скорее из-за того, что это красиво звучит. Куда более верным будет назвать это «общающимися беспилотниками». Ни о каком едином разуме и так далее и речи не идёт. Отдельные члены «роя» просто обмениваются информацией друг с другом: «я заметил противника», «атакую слева», «в меня стреляют». И, уже исходя из этой информации, другие дроны самостоятельно принимают решение, а не получают его от некоего «надмозга». Такое взаимодействие позволяет быстрее найти противника и даже провести по нему скоординированую атаку, но в случае потери связи дроны могу продолжить и самостоятельно выполнять боевую задачу. Так что вернее назвать это стаей, а не роем.
https://youtu.be/AyguXoum3rk
Один из американских концептов «роя» разведывательных беспилотников
Конечно, работа стаей позволяет и даже поощряет делать дроны поменьше и попроще. Ведь вместе они сильнее. Но тут разговор даже не о микромашинах. Выходит так, что и просто маленькие беспилотники, с игрушечный самолёт размером, не очень эффективны. И, хоть эксперименты с ними идут, их масштабы серьёзно ограничивают сферу применения. Камера для разведки влезет, а вот о каком-либо вооружении уже придётся забыть. Дай бог небольшой заряд, способный повредить уязвимую решётку радаров.
Кажется, что это эффективное решение для борьбы с ПВО врага? Вот только радиус действия у слишком малых дронов также слишком мал. И сбрасывать их надо чуть ли не над позицией ПВО. Не самая лучшая идея.
Как видно, и реальный прогресс идёт не к тысячам простейших, объединяющихся в «рой» беспилотников, а скорее к созданию стаи дронов. Способных работать как вместе, так и по одиночке, — достаточно больших и сложных. А рои пока так и останутся в ненаучной фантастике.
источник: https://warhead.su/2019/10/18/nepravilnye-pchyoly-chto-voennye-nazyvayut-boevym-roem
