Аллея искусственного интеллекта

Как ИИ возвращает в воздушную войну ближний бой

20 августа искусственный интеллект победил опытного летчика-истребителя ВВС США в виртуальном воздушном бою. Соперники состязались в мастерстве ближнего боя, который считается устаревшим, хотя военных летчиков готовят к ним до сих пор. Мы решили вспомнить историю этого искусства и разобраться, почему оно вновь становится актуальным.

«Собачий бой»

Ближний маневренный воздушный бой, который американцы называют dogfight («собачий бой»), представляет собой противостояние одного или нескольких боевых самолетов на предельно малом расстоянии: летательные аппараты постоянно маневрируют, иногда выходя на предельные перегрузки. «Догфайт» считается одним из самых сложных: он скоротечен и предъявляет высокие требования к физической выносливости пилота и его тактическим решениям.

1944 год. Моряки на палубе авианосца рассматривают инверсионные следы самолетов, вступивших в ближний бой / US Navy

Считается, что самый первый в истории человечества ближний воздушный бой состоялся 30 ноября 1913 года в Мексике во время гражданской войны. Его провели американские военные летчики Дин Лэмб и Фил Рейдер, участвовавшие в гражданской войне в качестве наемников по разные стороны конфликта. Самолеты, на которых летали американцы, — Curtiss Model D и Christofferson Biplane — не имели пушечного вооружения и предназначались для разведки и сброса гранат на позиции противника.

Этот бой примечателен тем, что летчики, обязанные выполнить приказ, не собирались друг друга убивать. Встретившись в воздухе, Лэмб и Рейдер начали изображать воздушный бой, стреляя друг в друга из пистолетов и специально промахиваясь. Во время «боя» американцы несколько раз перезаряжали свое оружие и продолжали стрелять «в молоко», пока не исчерпали все боеприпасы. Вероятно, воздушный бой Лэмба и Рейдера их начальство не оценило (а может быть летчики провинились чем-то еще), поскольку позднее они не получили полагающиеся выплаты, покинули службу и вернулись на родину.

Первые воздушные бои Первой мировой поначалу были не менее комичными. Это было обусловлено конструкцией существовавших тогда самолетов: они были «тихоходными» (например, Albatros B.II штабс-капитана Петра Нестерова разгонялся самое большее до 120 километров в час) и, как правило, не имели никакого вооружения, не считая пистолетов и гранат, которые возили с собой летчики. По этой причине, встретившись в воздухе, противники обычно некоторое время кружили друг вокруг друга, выкрикивая ругательства, тряся кулаками и иногда стреляя из пистолетов, впрочем, без особой надежды на попадание. Взаимное движение самолетов и расстояние между ними практически не оставляли шанса на меткий выстрел.

Curtiss Model D / U.S. Air Force 

К концу Первой мировой войны «собачьи бои» и воздушные дуэли (ближний бой строго один на один) были уже широко распространены. К этому времени самолеты уже имели пушечное и пулеметное вооружение, и летчики могли эффективнее уничтожать друг друга. К началу Второй мировой войны ближний воздушный бой уже считался устаревшим и почти не практиковался. Дело в том, что к этому времени самолеты были способны уже летать на скоростях до 400 километров в час. Считалось, что на такой скорости крайне трудно (в том числе и физически для летчика) удерживать самолет противника на ближней дистанции и в перекрестии прицела. Но с 1936 года летчики, особенно немецкие, вновь стали широко практиковать ближний воздушный бой.

Это произошло после того, как немецкий летчик Вернер Мёльдерс разработал и внедрил новую тактику полетов и противостояния самолетов в воздухе. Если прежде группы самолетов обычно выполняли полеты «косяками» — V-образных формациях, то после внедрения разработки Мёльдерса стали практиковаться парные полеты с разделением ролей на ведущего и ведомого. Тактика Мёльдерса предполагала, что при появлении противника самолеты в паре должны были отдалиться друг от друга и атаковать противника с разных сторон. Впервые ее применили в 1936 году во время войны в Испании. Немецкие летчики за пять дней сбили 22 испанских истребителя, при этом не понеся никаких потерь.

Немецкую технику переняли советские летчики, введя практику «охоты двойками». Она предполагала свободные парные вылеты к фронту или за линию фронта на территорию, контролируемую противником, поиск вражеских самолетов и их уничтожение. Причем тактика «охоты двойками» была дополнена новым приемом, получившим название «соколиный удар». Один из самолетов в паре пикировал на самолет противника со стороны солнца, чтобы оставаться незаметным, и расстреливал его. Автором «соколиного удара», как и «охоты двойками» в тылу противника, был советский летчик-ас Александр Покрышкин. Свой принцип воздушного боя Покрышкин сформулировал коротко и емко: «Высота — скорость — маневр — огонь!».

Ближний воздушный бой еще практиковался некоторое время и после Второй мировой войны, но в целом вновь уже стал считаться устаревающим явлением. К нему прибегали американские летчики в войне с Японией, советские истребители — уже на реактивных самолетах — во время войны в Корее (знаменитая «Аллея МиГов») и американцами во время войны во Вьетнаме.

«Аллеей МиГов» американские пилоты назвали зону, которую контролировали во время Корейской войны советские летчики — здесь прошло немало ближних воздушных боев / FightinG FalcoN / wikimedia commons / CC0

Но со временем появилось дальнобойное ракетное вооружение с самонаведением, новые радиолокационные станции, способные обнаруживать самолеты на большой дистанции, а сами истребители становились все быстрее и быстрее. Над идеей ближнего маневренного воздушного боя начала превалировать идея воздушного боя на дальних дистанциях.

Вкратце, она заключается в том, чтобы первым обнаружить противника в воздухе и сбить его ракетой еще до того, как он обнаружит тебя. Собственно, современная американская тактика воздушных боев строится именно на этом. В частности, по этой причине среди новых истребителей ВВС США встроенными пушками оснащены только F-35A Lightning II. Самолеты F-35B и F-35C Морской пехоты и ВМС соответственно пушек не имеют, а пушечное вооружение на них предусмотрено только в виде съемных контейнеров.

В СССР и России ближний воздушный бой со счетов не сбрасывали. Причиной тому было, в частности, отставание в дальности ракетного авиационного вооружения, которое российским войскам удалось преодолеть только в 2010-х годах.

https://youtu.be/KOswfrc7Xtg

Сегодня большинство истребителей четвертого и пятого поколений имеют пушечное вооружение, необходимое, в том числе, для маневренного воздушного боя, но при этом некоторые военные уже высказывали идею, что пушки на самолетах стали атавизмом. Мол, зачем они нужны, если все потенциальные воздушные бои будут вестись на дальних дистанциях за пределами пушечного огня. При этом предполагалось, что с появлением истребителей шестого поколения ближний воздушный может вообще исчезнуть.

Возрожденное противостояние

В 2010-х годах российские, британские и американские военные задумались о концепции беспилотного ведомого — беспилотного летательного аппарата, который мог бы выполнять полеты в связке с пилотируемыми боевыми самолетами. Сегодня эта концепция очень популярна и породила множество проектов боевых беспилотников: Boeing Loyal Wingman, Kratos XQ-58A Valkyrie, Sierra Technical Services 5GAT, Blue Bear LANCA, С-70 «Охотник» компании «Сухой» и «Гром» группы «Кронштадт». В числе задач беспилотных ведомых — разведка, несение дополнительного вооружения, нанесение ударов по наземным целям и обеспечение безопасности пилотируемых истребителей.

При этом американская концепция беспилотного ведомого предполагает, помимо прочего, и разработку относительно дешевых расходуемых боевых летательных аппаратов. Предполагается, что такие беспилотники, включая бортовые системы и полезную нагрузку, будут стоить около 2 миллионов долларов, а их потеря в бою не нанесет существенного финансового урона (для сравнения,, потеря разведывательно-ударного MQ-9 Reaper — это 16 миллионов долларов за «голую» машину). Благодаря дешевизне планируется наладить масштабный выпуск таких ведомых, которые во множестве будут сопровождать пилотируемые истребители. Предполагается, что благодаря массовости беспилотники смогут эффективнее прорывать противовоздушную оборону противника.

Исходя из массовости беспилотных ведомых и того, что они должны обеспечивать безопасность пилотируемых самолетов, ВВС США предполагают, что этим аппаратам, вероятнее всего, придется вести ближний воздушный бой. Причем как с пилотируемыми истребителями противника, так и другими беспилотниками. Так появились сразу две программы разработки алгоритмов машинного обучения, «заточенных» под ведение воздушного боя: ACE (Air Combat Evolution) и AlphaDogfight.

Первая предполагает создание системы искусственного интеллекта, которая бы могла управлять пилотируемым истребителем во время воздушного боя, снижая нагрузку на летчика и давая ему возможность сосредоточиться на принятии тактических решений, а не управлении машиной. Программа AlphaDogfight непосредственно связана с ACE и с проектом беспилотных ведомых. Именно в рамках этой программы Агентство перспективных оборонных разработок (DARPA) министерства обороны США рассчитывает получить технологии, которые помогут создать искусственный интеллект как для пилотируемых истребителей, так и для боевых беспилотников. В уже завершенной AlphaDogfight были проведены три этапа испытаний, в которых алгоритмы, разработанные американскими компаниями, вели виртуальные воздушные бои в авиационном симуляторе FlightGear с использованием программной модели динамики полета JSBSim. На первых двух этапах алгоритмы управляли тяжелыми истребителями F-15C Eagle, а в третьем — средними F-16 Fighting Falcon.

https://youtu.be/-cqvNWZBku4

На испытания AlphaDogfight Trials свои разработки представили компании Aurora Flight Sciences, EpiSys Science, Georgia Tech Research Institute, Heron Systems, Lockheed Martin, Perspecta Labs, PhysicsAI и SoarTech. На первых двух этапах алгоритмы вели воздушные бои друг с другом, а сами этапы отличались друг от друга лишь установленной в симуляторе сложностью. На третьем этапе были проведены уже зачетные бои. Сначала алгоритмы бились друг с другом, а победитель сразился с опытным летчиком-истребителем ВВС США.

Победителем всех боев третьего этапа была признана система компании Heron Systems. Воздушные бои велись на ближней дистанции с использованием только пушечного вооружения. В трех из пяти боев с летчиком алгоритм Heron Systems использовал тактику своего рода быстрого удара в лоб. Сразу после начала боя он поворачивал самолет в сторону противника и летел прямо на него, стреляя из пушки. На расстоянии 30 метров от самолета противника алгоритм уходил в сторону и начинал выписывать круги и восьмерки, стараясь поймать противника в прицел. Два других боя начинались с выписывания кругов и тоже заканчивались поражением летчика-человека.

Использованная алгоритмом Heron Systems тактика не используется ВВС США, американские военные ее даже не рассматривали. Летчикам запрещается совершать лобовые атаки, а также подлетать к истребителю противника ближе, чем на 150 метров. Такие ограничения введены не только для того, чтобы избежать столкновения самолетов в воздухе, но также предотвратить попадание истребителя в облако обломков взорвавшегося истребителя противника в случае реального боя. Кроме того, летчиков учат при возможности в начале боя отдалиться от истребителя противника, чтобы расширить возможности для маневрирования, наведения на цель и уклонения от обстрела.

Подробности об алгоритме Heron Systems, как и разработках других компаний, не разглашаются. Известно только, для обучения нейросети Heron Systems использовала обучение с подкреплением. При таком методе нейросеть получает сигналы подкрепления от среды, в которой действует. Перед началом испытаний нейросеть прошла четыре миллиарда симуляций. За время испытаний алгоритм одержал 213 побед, проиграв всего 16 раз.

https://youtu.be/NzdhIA2S35w

Перспективы

Новые разработки в современной военной авиации ведутся сразу по нескольким направлениям:

• высокая интеллектуализация борта (часть решений машина должна принимать за летчика, давая ему возможность сосредоточиться на выполнении боевой задачи),

• улучшенная малозаметность (новые самолеты должны быть еще меньше заметными для радаров, инфракрасных поисково-следящих систем и оптико-электронных камер, чем истребители пятого поколения),

• улучшенная сверхманевренность (возможность маневрировать с перегрузками на сверхзвуковой скорости полета).

Если эти разработки будут реализованы в полной мере, явление воздушных боев на малой дистанции вновь может стать частым в будущих войнах.

Дело в том, что совершенствование технологий малозаметности, или «стелс» (stealth), как их называют на Западе, сокращают дистанцию обнаружения целей новыми авиационными радиолокационными станциями. Ведь прежде, чем навести на цель ракету и выстрелить, истребитель должен эту цель обнаружить. В рамках концепции дальнего боя это нужно сделать на большом расстоянии. Но технологии малозаметности усложняют эту задачу. Малозаметный самолет не становится невидимкой, но надежное его обнаружение и идентификация становятся возможными на небольших расстояниях, возможно даже таких, на которых дальнобойные ракеты теряют свою ценность.

Наконец, в воздушном противостоянии группа беспилотных ведомых имеет больше шансов подобраться ближе к истребителям противника. И в этом случае тоже уже можно говорить о ближнем маневренном бое. Так что маневренные схватки, с которых началась в Первой мировой войне история воздушных боев, еще долго будут одним из атрибутов войны в воздухе. Добавятся только новые тактики, разрабатывать которые будет уже, скорее всего, не человек, а машина.

Василий Сычёв