Введение
Аппаратные системы военно-воздушных сил с течением времени становятся всё более и более сложными. Постепенно усложняется и их киберинфраструктура (программно-аппаратные компоненты, требующие тонкой алгоритмической настройки). На примере американских ВВС можно видеть, как киберинфраструктура боевой авиации, – в сравнении с её традиционными аппаратными компонентами, – постепенно расширилась с менее чем 5% (у F-4, истребителя третьего поколения) до более чем 90% (у F-35, истребителя пятого поколения). За тонкую алгоритмическую настройку этой киберинфраструктуры, в F-35 отвечает новейшее, специально разработанное для этих целей программное обеспечение: «автономная информационная система логистики» (ALIS).
«Отстали лет на десять»
В беседе с RT военный эксперт Владислав Шурыгин заявил, что результаты расследования POGO свидетельствуют о стремлении американских чиновников «продавить» запуск программы производства F-35. По этой причине Минобороны США не желает признавать допущенные в ходе реализации проекта ошибки.
Как пояснил эксперт, Пентагон и американские корпорации закрывают глаза на проблемы истребителя, рассчитывая любыми способами решить вопрос окупаемости проекта при уменьшении цены F-35. С этой целью они собираются как можно скорее запустить масштабное производство. В противном случае программа самолёта пятого поколения окажется убыточной.
«F-35 в концептуальном отношении — превосходная машина. Однако нынешняя ситуация с ним свидетельствует о серьёзных просчётах, которые корпорация Lockheed Martin допустила ещё на начальном этапе проектирования. В итоге они вылились в системные недостатки, на решение которых потребуется как минимум несколько лет и десятки миллиардов долларов. Сейчас F-35 — это сырая и достаточно дорогая машина», — подчеркнул Шурыгин.
Исполнительно-контролирующая система
Как уже было отмечено выше, ИКС, взаимодействуя с блоками управления бортового вооружения, – обеспечивает исполнение боевых команд и регистрацию фактического ущерба от применения каждой боевой команды. Сердце ИКС – это суперкомпьютер, который весьма закономерно также отнесён к «бортовому вооружению».
Поскольку объём возлагаемых на бортовой суперкомпьютер задач колоссален, он имеет повышенную прочность и отвечает высоким требованиям по отказоустойчивости и вычислительной мощности; также он оснащён эффективной системой жидкостного охлаждения. Все эти меры предприняты для того, чтобы бортовая вычислительная система была способна эффективно обрабатывать огромные массивы данных и выполнять передовые алгоритмические обработки, – которые обеспечивают пилоту эффективную ситуационную осведомлённость: дают ему всестороннюю информацию о театре боевых действий.
Бортовой суперкомпьютер истребителя F-35 способен в непрерывном режиме совершать 40 миллиардов операций в секунду, благодаря чему обеспечивает мультизадачное исполнение ресурсоёмких алгоритмов передовой авионики (в том числе обработку электрооптических, инфракрасных и радиолокационных данных). В режиме реального времени. Для истребителя F-35 вести все эти алгоритмически интенсивные вычисления на стороне (чтобы не оснащать каждую боевую единицу суперкомпьютером) не представляется возможным, потому что интенсивность суммарного потока поступающих ото всех сенсоров данных превосходит пропускную способность самых скоростных коммуникационных систем – как минимум в 1000 раз.
Для обеспечения повышенной надёжности, все критически важные бортовые системы истребителя F-35 (в том числе до некоторой степени бортовой суперкомпьютер) реализованы с применением принципа избыточности: чтобы одну и ту же задачу на борту потенциально могли выполнить несколько разных устройств. Причём требование избыточности таково, чтобы дублирующие элементы были разработаны альтернативными производителями и имели альтернативную архитектуру. Благодаря этому вероятность одновременного выхода из строя оригинала и дубликата – снижается. В том числе поэтому ведущий компьютер работает под управлением Linux-подобной операционной системы, а ведомые – под управлением Windows. Также, для того чтобы при сбое одного из компьютеров, блок обеспечения боевого применения мог продолжать функционировать (хотя бы в аварийном режиме), архитектура ядра ALIS построена по принципу «многопоточного клиент-сервера для распределённых вычислений».
Передовая система авионики
Бортовой блок обеспечения боевого применения истребителя F-35 включает в себя передовую систему авионики, которая призвана решить амбициозную задачу:
Вчерашние системы авионики включали в себя несколько независимых подсистем (управляющих инфракрасным и ультрафиолетовым сенсорами, радаром, сонаром, РЭБ и другими), каждая из которых была оснащена своим собственным дисплеем. Из-за чего пилоту приходилось по очереди смотреть на каждый из дисплеев и вручную анализировать и сопоставлять поступающие с них данные. С другой стороны, сегодняшняя система авионики, которой в частности оснащён истребитель F-35 – представляет все данные, ранее разрозненные, как единый ресурс; на одном общем дисплее. Т.о. современная система авионики – это интегрированный сетецентрический комплекс слияния данных, который обеспечивает пилоту наиболее эффективную ситуационную осведомлённость; избавляя его при этом от необходимости совершать сложные аналитические расчёты. В результате, благодаря исключению человеческого фактора из аналитической петли, пилот теперь может не отвлекаться от основного боевого задания.
Одна из первых значительных попыток исключить человеческий фактор из аналитической петли авионики – реализована в киберинфраструктуре истребителя F-22. На борту этого истребителя за качественное склеивание поступающих от всевозможных сенсоров данных, отвечает алгоритмически интенсивная программа, общий размер исходных кодов которой составляет 1,7 миллионов строк. При этом, 90% кода написано на языке Ada. Однако современная система авионики, – управляемая программой ALIS, – которой оснащён истребитель F-35, по сравнению с истребителем F-22 продвинулась значительно вперёд.
Прототипом ALIS послужило программное обеспечение истребителя F-22. Однако за склеивание данных теперь отвечают не 1,7 миллионов строк кода, – а 8,6 миллионов. При этом, подавляющая часть кода написана на C/C++. Главная задача всего этого, алгоритмически интенсивного кода, – оценить, какая информация будет для пилота актуальной. В результате, благодаря тому, что в картине театра боевых действий присутствуют только принципиально важные данные, пилот теперь имеет возможность принимать более быстрые и более эффективные решения. Т.о. современная система авионики, которой в частности оснащён истребитель F-35, снимает с пилота аналитическое бремя, и наконец-то разрешает ему – просто летать.
Авионика старого образца
Человеко-системный интерфейс
Для удовлетворения потребности в качественной и всеобъемлющей ситуационной осведомлённости – связь и визуализация в кабине истребителя имеют решающее значение. Лицом ALIS вообще и блока обеспечения боевого применения в частности служит «дисплейная подсистема панорамной визуализации» (L-3 Communications Display Systems). В её состав входят большой сенсорный экран высокой чёткости (LADD) и широкополосный канал связи. Программное обеспечение L-3 работает под управлением ОС Integrity 178B (операционная система реального времени от «Green Hills Software»), – которая является основной бортовой операционной системой истребителя F-35.
Архитекторы киберинфраструктуры F-35 выбрали ОС Integrity 178B, руководствуясь шестью характерными для этой операционной системы особенностями: 1) соблюдение открытых стандартов архитектуры, 2) совместимость с Linux, 3) совместимость с POSIX API, 4) безопасное распределение памяти, 5) обеспечение особых требований по безопасности и 6) поддержка спецификации «ARINC 653». «ARINC 653» представляет собой интерфейс прикладного программного обеспечения для применения в авионике. Этот интерфейс регламентирует временное и пространственное разделение ресурсов авиационной вычислительной системы в соответствии с принципами интегрированной модульной авионики; а также определяет программный интерфейс, которым должно пользоваться прикладное ПО для доступа к ресурсам вычислительной системы.
Дисплейная подсистема панорамной визуализации
Внеплановый провал
F-35 — это второй самолёт пятого поколения, который призван заменить большую часть парка F-16, F-18 и AV-8B. Детище Lockheed Martin выпускается в вариантах для ВВС (F-35А), палубной авиации (F-35С) и морской пехоты (F-35В). Разработка машины началась в середине 1990-х годов. Первый полёт она совершила в 2000 году.
В 2003 году Пентагон утвердил план производства самолёта. Предполагалось поставить в Вооружённые силы 2443 самолётов F-35, причём к 2019 году войска должны были получить 1966 единиц. Однако в 2007 году объём поставок к 2019 году был уменьшен до 1035 самолётов, в 2012 году — до 585, а в 2017-м — до 506. По состоянию на июль 2018 года Lockheed Martin произвёл только 305 машин.
Также по теме
«Акт силового давления»: зачем США модернизируют сеть военных аэродромов в Европе
Белый дом может увеличить расходы на укрепление военного присутствия в Европе в 2019 году до $6,5 млрд. В частности, на «сдерживание…
Провал плана производства F-35 объясняется не только выявленными дефектами, но и спорами о стоимости самолёта. В апреле 2007 года разработчик оценил своё детище в $221 млн без учёта двигателя Pratt & Whitney. Однако через несколько лет Lockheed Martin начал продавать Пентагону каждый самолёт за $100 млн.
В декабре 2016 года президент США Дональд Трамп раскритиковал корпорацию за высокую цену F-35. К июлю 2018 года стоимость истребителя упала до $89 млн. К 2020 году Белый дом рассчитывает добиться снижения цены до $80 млн. Подписанный Трампом законопроект о военном бюджете предполагает закупку 77 F-35.
Эксперты POGO обратили внимание на высокие расходы на техническое обслуживание самолётов — каждая машина будет ежегодно обходиться в $5 млн. Это дешевле, чем содержание первого самолёта пятого поколения F-22 Raptor ($8,2 млн), но дороже машин предыдущего поколения
По состоянию на декабрь 2017 года на реализацию проекта F-35 было потрачено $406 млрд. На устранение недостатков потребуется выделение как минимум $10,8 млрд ежегодно. Как подчёркивают эксперты POGO, выделение средств не будет иметь смысла, если Минобороны США продолжит игнорировать проблемы истребителя.
Процесс ликвидации дефектов растянется до 2024 года. Однако Lockheed Martin рассчитывает запустить полномасштабное производство самолётов в максимально короткие сроки, и Пентагон, игнорируя проблемы F-35, идёт навстречу корпорации. В противном случае, как отмечают в POGO, программа рискует не окупиться.
- F-35 Lightning II на взлётно-посадочной полосе
- AFP
Архитектура ядра ALIS
Резюмируя описание всех бортовых систем, можно сказать, что основные к ним требования сводятся к следующим тезисам: интегративность и масштабируемость; общедоступная спецификация и открытая архитектура; эргономичность и лаконичность; устойчивость, избыточность, разнообразие, повышенная отказоустойчивость и прочность; распределённая функциональность. Архитектура ядра ALIS – это комплексный ответ на все эти широкие и амбициозные противоречивые требования, которые предъявляются к унифицированному ударному истребителю F-35.
Однако эта архитектура, как и всё гениальное, – простая. За её основу была взята концепция конечных автоматов. Применение этой концепции в рамках ALIS реализовано в том, что все компоненты бортового программного обеспечения истребителя F-35 имеют унифицированную структуру. В сочетании с архитектурой многопоточного клиент-сервера для распределённых вычислений, автоматное ядро ALIS отвечает всем вышеописанным противоречивым требованиям. Каждый программный компонент ALIS состоит из интерфейсного «.h-файла» и алгоритмической настройки «.cpp-файла». Обобщённая их структура приведена в прилагаемых к статье исходных файлах (см. три следющих спойлера).
Подводя итог, можно отметить, что в оспариваемой тактической среде боевым превосходством обладают такие боевые единицы ВВС, бортовая киберинфраструктура которых эффективно сочетает в себе устойчивость, избыточность, разнообразие и распределённую функциональность. ИКК и ALIS современной авиации отвечают этим требованиям. Однако степень их интеграции в перспективе также будет расширена и до взаимодействия с другими армейскими подразделениями, тогда как сейчас эффективная интеграция ВВС охватывает лишь своё подразделение.
Автономная информационная система логистики
В эру истребителей 5-го поколения боевое превосходство измеряется, прежде всего, качеством ситуационной осведомлённости. Поэтому истребитель F-35 представляет собой летающий рой всевозможных высокотехнологичных сенсоров, обеспечивающих в сумме 360-градусную ситуационную осведомлённость. Новым популярным в этой связи хитом, является т.н. «архитектура интегрированных сенсоров» (ISA), включающая в себя сенсоры, которые самостоятельно динамически взаимодействуют между собой (не только в спокойной, но также и в оспариваемой тактической среде), – что, теоретически, должно привести к ещё большему увеличению качества ситуационной осведомлённости. . Однако чтобы эта теория перешла в практику, необходима качественная алгоритмическая обработка всех поступающих от сенсоров данных.
Поэтому F-35 постоянно носит на своём борту программное обеспечение, общий размер исходных кодов которого превышает 20 миллионов строк, за что его часто называют «летающим компьютером». Поскольку в нынешнюю, пятую эру ударных истребителей боевое превосходство измеряется качеством ситуационной осведомлённости, почти 50% этого программного кода (8,6 миллионов строк) ведёт сложнейшую алгоритмическую обработку – для склеивания всех поступающих от сенсоров данных в единую картину театра боевых действий. В режиме реального времени.
Динамика смещения обеспечения бортовой функциональности боевых истребителей США – в сторону программного обеспечения
За это на борту F-35 отвечает «автономная информационная система логистики» (ALIS), которая обеспечивает истребителю такие навыки как 1) планирование (посредством передовых систем авионики), 2) поддержание (способность выступать в роли ведущей боевой единицы) и 3) укрепление (способность выступать в роли ведомой боевой единицы). «Склеивающий код» является главной составляющей ALIS, на долю которой приходится 95% всего бортового программного кода истребителя F-35. Другие 50% программного кода ALIS выполняют в некоторой степени второстепенные, но также алгоритмически очень интенсивные операции. Поэтому F-35 – это одна из сложнейших, когда-либо разрабатываемых, боевых систем.
ALIS – это условно автопилотируемая система, объединяющая в себе интегрированный комплекс самых разнообразных бортовых подсистем; и также включающая в себя эффективное взаимодействие с пилотом, посредством предоставления ему качественной информации о театре боевых действий (ситуационная осведомлённость). Ядро программного обеспечения ALIS постоянно работает в фоновом режиме, оказывая пилоту содействие в принятии решений и давая ему подсказки в критически важные моменты полёта.
Системные проблемы
По состоянию на январь 2018 года у самолёта было выявлено 966 критических недостатков. 111 дефектов относятся к первой категории сложности (могут привести к гибели, тяжёлой травме, профессиональным заболеваниям), а 855 — ко второй (неисправность отдельных элементов конструкции и бортовых систем).
Как выяснила POGO, занимающиеся тестированием F-35 службы добросовестно выполняют свою работу в целях «улучшения окончательного инженерного проектирования». Однако чиновники Пентагона исправляют отчётность, занижая количество недостатков первой и второй категории.
Также по теме
«Только национальные интересы»: почему Италия отказалась от закупок американских истребителей F-35
Италия решила отказаться от покупки американских истребителей пятого поколения F-35. Такое заявление сделала глава оборонного…
«Копия протокола заседания Совета по изучению недостатков F-35 от 4 июня 2018 года, полученного POGO, свидетельствует о том, что Совет перевёл 19 недостатков первой категории в менее серьёзную вторую категорию. При этом категория десяти дефектов была занижена без утверждения плана их исправления», — говорится в расследовании организации.
Одним из критических недостатков, которые отказался исправлять Пентагон, является неисправность аварийной системы. При катапультировании пилота комплекс радиолокационного опознавания не отправляет автоматический сигнал на радар наземного контроля, то есть диспетчеры не получают информацию о ЧП.
Также военные проигнорировали проблему с одноразовым хвостовым крючком, который выпускается в случае отказа тормозной системы. Но наиболее серьёзный дефект обнаружился в системе управления вооружением. Пилоты F-35 не могут подтвердить координаты наземной цели. Как отмечают эксперты, подобная проблема уменьшает эффективность и точность бомбометания. В реальных боевых условиях это может привести к удару по своим войскам или мирному населению.
В июне 2018 года агентство Bloomberg со ссылкой на документы Пентагона сообщило, что 180 недостатков F-35 не будут устранены в краткосрочной перспективе. В доработке нуждаются цифровая аппаратура, помещённая в шлем пилота, бортовые комплексы и множество элементов конструкции, прочность которых вызывает сомнения у специалистов.
По информации издания, F-35 оказался крайне уязвим перед ударом молнии. Причина в том, что планер самолёта выполнен в основном из композитных материалов, а не металлических сплавов, как у машин предыдущего поколения. Кроме того, на истребителе с перебоями работает система генерации инертных газов, которая поддерживает низкий уровень кислорода в топливных баках. Полёт в грозоопасных зонах F-35 может привести к взрыву топлива.
- Истребитель F-35B Lightning II в полёте
- Reuters
Эксперты POGO полагают, что каждый отдельный недостаток не препятствует эксплуатации самолёта. Однако в совокупности дефекты могут повлиять на безопасность полётов и «значительно увеличивают вероятность того, что воздушное судно не сможет выполнить требуемую миссию».
В западных СМИ можно встретить нарекания, связанные с манёвренностью F-35. Несмотря на преимущество по боевой нагрузке и тяговооружённости, машина оказалась слабо приспособлена к воздушной дуэли, уступая по эффективности истребителям F-16.
