ГлавнаяSkyNetРоботы → Linux, который убивает
Создано: 28.06.2013 16:59:59 · Исправлено: 28.06.2013 17:13:39 · Прочтений: 3226

Когда речь заходит о передовых ИТ-технологиях, в воображении многих всплывают образы гигантов современной ИТ-индустрии: Google, Apple, Microsoft и так далее. Между тем, настоящее «острие прогресса» чаще всего сосредоточено в области закрытых военных разработок, где порой применяются просто фантастические, даже для лидеров современного «гражданского» ИТ-мира, технологии и подходы.

Именно о военной ИТ-сфере и пойдет речь в статье. Мы постараемся хотя бы примерно представить себе — что такое война ближайшего будущего, зачем основоположник военной доктрины США Джон Бойд в свое время воровал дорогие «машинные циклы» на военных суперкомпьютерах, а также почему этот фронтовой ветеран авиации США с таким нетерпением ждал наступления века информационных технологий.

Немного коснемся и истории возникновения smart war, чтобы понять концепцию этой принципиально новой стратегии сил НАТО, развертывание которой пришлось на начало 90-х годов прошлого столетия.

Linux, который убивает

Сорокасекундный Бойд и его теория

Начнем историю с ключевой фигуры ее создателя — полковника Джона Бойда — знаменитого в Америке летчика ВВС США. Он вырос из роли «героического фронтового летчика» в крупнейшего натовского стратега конца 20 века, а его теоретические воззрения оказали существенное влияние не только на военную сферу, но и на сферу современного бизнеса.

Linux, который убивает

Итак, в конце Второй мировой войны он служил летчиком ВВС США, где прослыл непобедимым воздушным асом. Именно на войне он заслужил свое прозвище «сорокасекундный Бойд»: в каждом воздушном бою умудрялся подбить пилота-противника менее чем за 40 секунд. Перед войной Бойд окончил университет Айовы (бакалавр в области экономики) и Джорджии (бакалавр в технике), поэтому после окончания войны свои феноменальные умения сразу поспешил облечь в твердую плоть научной теории. Для этого в 60-х совместно с профессиональным математиком Т. Кристи разработал собственную теорию воздушного боя, полностью основанную на своем эмпирическом опыте, назвав ее «Энергия-Маневренность» (E-M Theory).

В то время для компьютерного моделирования теории воздушного боя требовалась прорва машинного времени, и, как позже признался Бойд, вместе с Кристи они воровали машинное время у военных суперкомпьютеров, заполняя фиктивные бланки отчетов.

В процессе дальнейшей разработки Е-М теории удалось создать более общую теорию циклов Бойда (кибернетическая петля OODA), которая позволяет побеждать практически в любой сфере деятельности: на войне, в бизнесе и в спорте... Именно об этой теории, первоначально созданной военными для своих нужд, мы и поговорим.

Рабочая частота войны. Цикл Бойда

В соответствии с идеями Дж. Бойда любая деятельность в военной сфере с определенной степенью приближения может быть представлена в виде типичной кибернетической модели — OODA (ее компоненты-составляющие: Observe — наблюдай, Orient — ориентируйся, Decide — решай, Act — действуй). Указанная модель предполагает многократное повторение данной кибернетической петли, составленной из данных четырех последовательных взаимодействующих процессов. На каждом витке этой циклической спирали осуществляется взаимодействие с внешней средой, обратная коррекция модели и как результат — максимально эффективное воздействие на противника. В англоязычных изданиях петлю OODA часто также именуют циклом Бойда (Boyd Cycle).

Существуют лишь два способа достижения конкурентных преимуществ, при осуществлении различных видов профессиональной, в том числе и военной деятельности:

  • сделать свои циклы более быстрыми. Это позволит действовать первым номером и вынудить противника реагировать на ваши действия, неизбежно отставая и приспосабливаясь;
  • улучшить качество принимаемых решений. Формулируя это условие менее общо, применительно сугубо к военной специфике — нужно повысить качество и точность своих «решений». Это влечет переход исключительно на высокоточное оружие.
Linux, который убивает

Цикл Бойда на примере ТВД

Опуская множество деталей, попробуем это «прожевать» на основе более понятного практического примера.

Для начала обратим внимание, что из четырех этапов ООDА-цикла первых три полностью завязаны на обработку больших потоков цифровых данных в режиме «реального времени», т.е. являются, по сути, суперкомпьютерными технологиями. Четвертый этап (Action — действие) носит в целом «кинематический» характер и связан с перемещением в пространстве, защитой и поражением противника на основе огневой мощи.

Посмотрим, как схематично выглядит цикл Бойда в проекции к натовской концепции «умной войны» — применительно ко всем 4 этапам.

Linux, который убивает

1. Наблюдение (observation) — процесс сбора информации: над театром военных действий (ТВД) круглосуточно и непрерывно осуществляет дежурство рой из дронов (БПЛА), которые просматривают и сканируют всю территорию противника вдоль и поперек. Кроме традиционной разведки и целеуказания, они отслеживают и траектории всех выстрелов (обсчитывают целепопадание), которые идут со стороны противника, фиксируют любые его перемещения и активность.

2. Ориентация (orientation) — второй этап цикла OODA, он состоит из двух подэтапов: разрушение (destruction) и созидание (creation). Разрушение предполагает автоматическое разбиение фиксируемой выше ситуации на элементарные части, которые более легки для понимания. На этом этапе происходит формализация задачи, ее расчленение и декомпозиция до такого уровня, чтобы задачи-составляющие стали максимально близкими к стандартным или типовым ситуациям, для которых у войскового вычислителя имеется готовый план решения.

Таким образом, например, зафиксировав выпущенную с той стороны снаряд/ракету (этап наблюдения), дроны сбрасывают параметры их полета на вычислитель, который мгновенно рассчитывает конечную траекторию. На этом этапе последовательно декомпозируя задачу и отвечая на вопросы: куда попадет снаряд, каков возможный ущерб и риски, возможен ли противоракетный маневр со стороны атакованной цели и так далее, вычислитель приходит к фазе наиболее вероятных прогнозов, выполняя обратную «сборку задачи» (компиляцию), предоставляя варианты наиболее оптимальных реакций системы.

3. Принятие решения (decision) — третий этап цикла OODA. Если к этому этапу система смогла сформировать несколько возможных планов, то делается окончательный выбор оптимального. Анализ наилучшего плана чаще всего осуществляется по критерию эффективность/стоимость. Тут также происходит пошаговая детализация выбранного плана исполнения/реакции.

Linux, который убивает

4. Действие (action) — заключительный этап цикла, предполагающий практическую реализацию избранного курса действий или плана. Действие подразумевает выдачу приказа или указания, физическую атаку, активную защиту, перемещение в пространстве или управление датчиками с целью улучшения наблюдения в следующем боевом цикле.

Поскольку вся система полностью электронная, она получает возможность мгновенно корректировать траектории/позиции всех собственных юнитов в режиме реального времени — реакция на ситуацию в силу феноменально большой частоты цикла формируется в течение нескольких секунд полета снаряда/ракеты. Участие человека здесь в принципе исключено. Это напоминает работу шахматного компьютера типа Deep Blue, который «зарывается» в потенциальные варианты каждого хода с глубиной до 1000 возможных комбинаций.

Сердце сетецентрической системы — вычислитель. Их текущий штатный поставщик в армию США — DELL (например, Dell’s Tactical Mobile Data Center (TMDC)). Вычислители оперативно десантируются в специальных контейнерах в область ТВД, обеспечивая боевым подразделениям локально необходимую вычислительную мощность.

Linux, который убивает

В открытом виде эта мини-серверная выглядит так:

Linux, который убивает

Такой вычислительный блок и будет локальным («районным») этажом той самой «системы систем», которая сможет «пасти стадо» из всех военных юнитов в данной конкретной местности. В случае ее физического уничтожения — весь процессинг будет мгновенно переброшен на ближайшую, полностью аналогичную соту-вычислитель.

Общий тренд развития военных АСУ

Прежде чем двигаться дальше по различным этажам системы, хочется подчеркнуть следующее — в течение 20 века все усилия военных, ученых и инженеров были сконцентрированы на совершенствовании вооружений и технологий в части кинематической части петли ООDА (4 этап — действие), и суть заявления Дж. Бойда «пришло время действовать» — именно в признании начала нового века ИТ.

Это как в старых добрых вестернах, когда калибр патронов у двух случайно встретившихся «взаимно несовместимых» героев играет уже вторичное значение, главное — успеть среагировать и выхватить револьвер первым, и даже доли секунд здесь могут сыграть роковую роль.

Linux, который убивает

С точки зрения НАТО — война будущего есть противостояние двух враждебных циклов Бойда, в схватке между которыми выиграет тот, несущая частота которого окажется выше.

Linux, который убивает

В войнах будущего циклы Бойда сократятся до минимума — война будет вестись в режиме «реального времени». Именно феноменальная скорость (на основе вычислительных систем), тотальная информированность (сетецентрический принцип) и безупречная точность исполнения (высокоточные системы поражения) стали ключевым моментом новой натовской доктрины. Никаких фронтов, никаких стратегических операций, хитрых маневров а-ля Клаузиус, никакого прорыва обороны и многодневных бомбардировок в сетецентрической войне не предвидится.

Возникающая ассиметрия при противостоянии двух циклов Бойда приводит к «системному кризису» со стороны цикла с меньшей несущей частотой системы.

Linux, который убивает

Сетецентрическая война. Закон Меткалфа

Ключевой момент для реализации максимально быстрого цикла Бойда — полная автоматизация и информатизация всех этапов анализа и принятия решений. Тут мы неизбежно приходим к концепции сетецентрической войны (т. е. центрированной на сетях, на объединении всех подсистем в единую сеть).

В условиях любой сетецентрической организации увеличение числа узлов сети и числа связей между ними — ключевой параметр эффективности этапов наблюдения и ориентации. Таким образом, в соответствии с принципами сетевой войны компьютерные системы связывают элементы всей имеющейся боевой техники в единую сеть. Образно говоря, каждый отдельный дрон — это «птица», обладающая десятком тысяч независимых «чужих глаз», разбросанных в самых разных точках ТБД.

Не буду сильно уходить в теоретические дебри, лишь отмечу, что эффективность сетевых структур неоднократно проверялась и подтверждалась законом Меткалфа:

«Полезность» и «эффективность» любой сети пропорциональна квадрату числа ее узлов«.

И если представить «муравейник» из тысячи подобных систем, которых «пасут» как единое стадо, то мы приходим к следующему ключевому понятию натовской военной доктрины — системе систем (system of systems), которая является мозгом всей армады, алгоритмически обеспечивая максимально эффективную утилизацию всех доступных боевых юнитов на поле боя.

Linux, который убивает

Девушка и дроны

Чтобы связать эту теорию с реальной жизнью, сразу приведу пример — в рамках своего военного контракта компания Boeing разработала и недавно успешно испытала новый тип наноспутника для ВВС США. Эти небольшие и дешевые аппараты, роем (тысячами) летая на низких орбитах, способны ретранслировать по сотовому принципу и в реальном масштабе времени гигабайты информации, получаемые в том числе с дронов.

Они не только не различимы стандартными средствами наблюдения противника, но и достаточно дешевы и просты в производстве. До 2016 года НАТО собирается развернуть на их основе свою глобальную коммуникационную наносеть. Аналитики полагают, что это неминуемо приведет к формированию принципиально новой военной доктрины, в основе которой лежит тотальный контроль над любой точкой планеты в реальном режиме времени, и приведет де-факто к нарушению принципа национальной территориальности в воздухе.

Масштабирование войны. Закон Амдала

Но в разрастании сетецентричности есть и серьезный побочный эффект.

Моделирование показывает, что наиболее узкое место любой сильно развитой сетевой структуры — этапы принятия решений и действия. Математической моделью, точно описывающей эти процессы, является закон Амдала (перенесенный американцами в сферу сетецентрических войн из области моделирования параллельных процессов в суперкомпьютерах):

Увеличение числа ресурсов в системе обеспечивает увеличение суммарной производительности до максимума только в случае ресурсов, допускающих суммирование. Реальное увеличение ограничивается «эффектом очередей», обусловленным необходимостью строгого выстраивания и позиционирования ресурсов в процессе выполняемых действий».

Получается, что введение сети действительно обеспечивает скачок частоты цикла Бойда, но лишь до некоего предела, так как это ускорение не оказывает никакого влияния на соответствующую скорость доставки поражающего фактора к цели. На последнем этапе (действия) реальная эффективность упирается в физические возможности платформ оружия. Иначе говоря — именно фаза действия становится «узким горлышком» до предела разогнанного на «вычислительных стероидах» цикла Бойда.

Linux, который убивает

Следует сразу отметить, что дроны с активным оператором на радиоканале — безнадежно устаревшая часть военного прогресса. Потенциально они уязвимы к разного рода неблагоприятным воздействиям. Поэтому, что касается доктрин НАТО — уже давно кипит активная работа над созданием по-настоящему независимых и автономных машин. О некоторых конкретных примерах такой работы и ее гипотетических последствиях я и предлагаю поговорить сегодня более подробно.

Linux, который убивает

Нечеловеческий out of the loop

Для начала — минимум терминологии, чтобы мы могли двигаться дальше.

В теории сетецентрических войн роботов (в первую очередь дронов) в их отношениях с человеком делят на три логические категории:

  • «человек-в-системе-управления» (HIL, human-in-the-loop),
  • «человек-над-системой-управления» (HOL, human-on-the-loop)
  • и «человек-вне-системы-управления» (HOFL, human-out-of-the-loop).

Сейчас речь идет о плавной миграции от HOL-проектов к полностью автономным дронам на базе HOFL-решений.

Ближайшее будущее дронов — полностью автономные летающие системы, которые не только самостоятельно обнаруживают цели, отличают «своих» от «чужих», но и принимают решения об открытии огня, а также способны обороняться и вести затяжную партизанскую войну даже при длительном отсутствии канала связи с центром.

Linux, который убивает

Это несомненный тренд последнего времени: где-то в районе 2011-2012 годов HOFL-проекты стали появляться как грибы после дождя. Остановлюсь лишь на одном из них. Это достаточно крупный и быстрый дрон (нового класса — robojet), который способен нести на себе ядерные заряды, летать на сверхзвуковых скоростях, к тому же выполненный по технологии стелс, — Taranis.

Он работает полностью под управлением Linux и относится к категории HOFL. И пока где-то в мире очередной военный компилирует свое кастомное Linux-ядро, просто задумайтесь: Британия собирается в ближайшее десятилетие постепенно заменить около 40% своих ВВС на подобного рода «безголовую» технику.

Linux, который убивает

Taranis в полете под управлением бортового «пилота» Linux — принцип «человека вынули, автомат засунули»

Тренд миниатюризации

Для уже обычных HOL-систем (дроны с оператором) характерен другой тренд — миниатюризация. Можно сразу вспомнить про гражданские экспериментальные дрончики типа RoboBee, но у военных подобные мини-штуки гораздо совершенней и уже активно применяются в реальных боевых действиях.

Например, Black Hornet — нанодрон, который в прошлом году поступил в войска НАТО в Афганистане. «Черный шершень» — простейший и полностью безоружный дрон, главная функция его — скрытная визуальная разведка в режиме реального времени, а также простейшее целеуказание. Как уже было сказано раньше, большинство подобных комплексов работают именно под управлением ОС Linux.

Linux, который убивает

Linux, который убивает

Вес этого военного нанодрона всего 16 грамм, в рамках контракта было разработано 170 комплектов, которые в сумме обошлись армии в 20 миллионов долларов.

Впрочем, их стоимость уже скоро должна существенно снизиться, полностью повторяя аналогичную историю с сотовыми телефонами, как только их производство станет по-настоящему серийным.

Linux, который убивает

Linux, который убивает

Такая натуральность порой доводит ситуацию до абсурда.

Птица-робот, которая была разработана в исследовательских центрах американской армии для использования ее в качестве миниатюрного дрона-шпиона, оказалась настолько похожей на настоящего ворона, что при первичном испытании подверглась атаке хищных птиц — ястребов и орлов, принявших ее за своего видового врага.

Linux, который убивает

Робоворон (Robo Raven, UMD Robotics) — автономный военный беспилотный разведывательный самолет, работающий полностью на солнечных батареях.

Крылья Робоворона построены по принципу, позволяющему им функционировать совершенно независимо друг от друга, и могут быть запрограммированы на выполнение любого желаемого движения, позволяя «птице» выполнять разнообразные сложные пилотажные маневры во время полета.

Linux, который убивает

Количество, постепенно переходящее в качество

Иногда можно услышать, что миниатюрность дронов делает их якобы бесполезными с точки зрения «большой войны» — дескать, ну не может такая «птичка» доставить более-менее серьезный заряд к заданному месту. В представлении обывателя термоядерные заряды обычно ассоциируются с громадными мощностями, заданными гигантами вроде «Царь-бомбы» (более 57 Мегатонн) или «Кастл Браво» и «Майк» (около 10 Мегатонн каждый). Так было в самом начале развития термоядерного оружия. Тогда гигантизм термоядерных изделий был связан с некоторой «подслеповатостью» всех межконтинентальных баллистических ракет, и отсутствие четкой «точности попадания» первых ракет конструкторы с запасом компенсировали созданием таких вот «гигантских молотков».

Современный же термоядерный заряд при условии применения высокоточного наведения может быть весьма скромного размера. Поэтому именно малозаметные и мобильные дроны в будущем станут идеальным средством для доставки и локального применения подобного высокоточного ядерного оружия небольшой мощности.

Linux, который убивает

И раз уж мы скатились на типичные контраргументы, связанные с эффективностью дронов, давайте пройдемся и по другим моментам критики. Можно слышать, что средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ) могут надежно заглушить эфир в районе боестолкновений (а то и перехватить управление дроном), но в условиях форсированного перехода НАТО на полностью автоматические БПЛА класса HOFL такая борьба не имеет большого смысла — заложенная перед взлетом программа будет исполнена даже в условиях нулевой радиослышимости.

Другая уязвимость дрона — энергетическая, ведь в разгаре боя (или глубоко в тылу врага на своем боевом посту) тоже ведь иногда «кушать хочется» — и именно здесь военные ушли чрезвычайно далеко. В качестве реального примера приведу лишь одну разработку — миниатюрный БПЛА с ядерной силовой установкой на базе нескольких раздельных ядерных кассет. В качестве ядерного заряда используется кюрий с критической массой 1,5 грамма — медленно распадаясь, он выделяет энергию, используемую для энергообеспечения. Впрочем, последний заряд-кассета дрона используется для самоподрыва.

Время автономного нахождения в воздухе достигает уже почти месяца. Но военные США ставят задачу нахождения в воздухе как минимум 2-4 месяца — и по ряду слухов, подобные секретные разработки уже существуют в виде опытных образцов. Второй неприятный момент с «ядреными дронами» в том, что попытка сбить подобный БПЛА, зависший над головой, приведет фактически к ядерному мини-взрыву с риском загрязнения собственной среды обитания.

А если их будет в воздухе десятки тысяч?

Linux, который убивает
Источник: Blogerator.ru

Категории

Microsoft (1015.04.2016)
Движок (1511.08.2013)
О блоге (315.04.2016)
SkyNet
Киборг (14 30.11.2017)
Идентификация личности (31 15.04.2016)
Роботы (5830.11.2017)
Интернет (3009.03.2016)
Видеонаблюдение (1207.01.2015)
NTP сервер (501.02.2017)

Истинный облик

Истинный облик

Информация

Этот сайт работает на GlassCubeServer - производительном портативном веб-сервере, разрабатываемым автором блога. На сегодняшний день скорости GCS достаточно для обслуживания 3000 - 4000 запросов страниц в секунду. Комплекс состоит из исполняемого файла и нескольких файлов для хранения данных, перемещается между серверами простым копированием. Может работать с флешки или компакт-диска (в режиме только для чтения). Управление материалами сайта, его оформлением выполняется из интерфейса Windows-приложения. Дистрибутив сервера недоступен для скачивания до момента его релиза, в данный момент проект находится, скорее, в стадии альфа-тестирования.