Μια επισκόπηση των βασικών στοιχείων του F-35 Unified Strike Fighter's Autonomous Logistics Information System (ALIS). Λεπτομερής ανάλυση της «μονάδας υποστήριξης μάχης» και των τεσσάρων βασικών στοιχείων της: 1) διεπαφή ανθρώπου-συστήματος, 2) σύστημα στελεχών-ελέγχου, 3) εποχούμενο ανοσοποιητικό σύστημα, 4) σύστημα αεροηλεκτρονικής. Μερικές πληροφορίες σχετικά με το υλικολογισμικό του μαχητικού F-35 και τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για το ενσωματωμένο λογισμικό του. Παρέχεται σύγκριση με προηγούμενα μοντέλα μαχητών και υποδεικνύονται επίσης προοπτικές για περαιτέρω ανάπτυξη της αεροπορίας του στρατού.
Το μαχητικό αεροσκάφος F-35 είναι ένα ιπτάμενο σμήνος όλων των ειδών αισθητήρων υψηλής τεχνολογίας που παρέχουν συνολικά «επίγνωση της κατάστασης 360 μοιρών».
Εισαγωγή
Τα συστήματα υλικού της Πολεμικής Αεροπορίας γίνονται όλο και πιο περίπλοκα με την πάροδο του χρόνου. [27] Η κυβερνουποδομή τους (εξαρτήματα λογισμικού και υλικού που απαιτούν λεπτή αλγοριθμική ρύθμιση) γίνεται επίσης σταδιακά πιο πολύπλοκη. Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ, μπορεί κανείς να δει πώς η υποδομή στον κυβερνοχώρο των πολεμικών αεροσκαφών - σε σύγκριση με τα παραδοσιακά στοιχεία υλικού του - έχει σταδιακά επεκταθεί από λιγότερο από 5% (για το F-4, ένα μαχητικό τρίτης γενιάς) σε περισσότερο από το 90% (για το F-35, μαχητικό πέμπτης γενιάς). [5] Για τη λεπτομερή ρύθμιση αυτής της υποδομής στον κυβερνοχώρο, το F-35 είναι υπεύθυνο για το πιο πρόσφατο λογισμικό που έχει αναπτυχθεί ειδικά για το σκοπό αυτό: το Αυτόνομο Σύστημα Πληροφοριών Logistics (ALIS).
Αυτόνομο πληροφοριακό σύστημα logistics
Στην εποχή των μαχητών 5ης γενιάς, η υπεροχή μάχης μετριέται κυρίως από την ποιότητα της επίγνωσης της κατάστασης. [10] Επομένως, το μαχητικό F-35 είναι ένα ιπτάμενο σμήνος όλων των ειδών αισθητήρων υψηλής τεχνολογίας, παρέχοντας συνολικά επίγνωση της κατάστασης 360 μοιρών. [11] Μια νέα δημοφιλής επιτυχία από αυτή την άποψη είναι το λεγόμενο. «Integrated Sensor Architecture» (ISA), που περιλαμβάνει αισθητήρες που αλληλεπιδρούν ανεξάρτητα μεταξύ τους δυναμικά (όχι μόνο σε ήσυχα, αλλά και σε αμφισβητούμενα τακτικά περιβάλλοντα) - η οποία, θεωρητικά, θα πρέπει να οδηγήσει σε ακόμη μεγαλύτερες βελτιώσεις στην ποιότητα της επίγνωσης της κατάστασης . [7]. Ωστόσο, για να εφαρμοστεί αυτή η θεωρία, είναι απαραίτητη η υψηλής ποιότητας αλγοριθμική επεξεργασία όλων των δεδομένων που λαμβάνονται από αισθητήρες.
Ως εκ τούτου, το F-35 μεταφέρει συνεχώς λογισμικό επί του σκάφους, το συνολικό μέγεθος των πηγαίων κωδίκων του οποίου υπερβαίνει τις 20 εκατομμύρια γραμμές, για τις οποίες συχνά αποκαλείται «ιπτάμενος υπολογιστής». [6] Δεδομένου ότι στην τρέχουσα πέμπτη εποχή των μαχητών απεργίας, η υπεροχή μάχης μετριέται με την ποιότητα της επίγνωσης της κατάστασης, σχεδόν το 50% αυτού του κώδικα προγράμματος (8,6 εκατομμύρια γραμμές) πραγματοποιεί την πιο περίπλοκη αλγοριθμική επεξεργασία - για να κολλήσει όλα τα δεδομένα που έρχονται από τους αισθητήρες σε μια ενιαία εικόνα του θεάτρου των επιχειρήσεων. Σε πραγματικό χρόνο.
Η δυναμική της αλλαγής στην παροχή λειτουργικότητας επί του σκάφους για τα μαχητικά των ΗΠΑ - προς το λογισμικό
Το Αυτόνομο Σύστημα Πληροφοριών Logistics (ALIS) του F-35 παρέχει στο μαχητικό 1) σχεδιασμό (μέσω προηγμένων συστημάτων αεροηλεκτρονικής), 2) υποστήριξη (την ικανότητα να ενεργεί ως ηγετική μονάδα μάχης) και 3) ενίσχυση. (ικανότητα δράσης ως μονάδα μάχης σκλάβων). [4] Ο "Κωδικός κόλλας" είναι το κύριο συστατικό του ALIS, αντιπροσωπεύοντας το 95% του συνόλου του κωδικού αεροσκαφών F-35. Το άλλο 50% του κώδικα ALIS εκτελεί κάποιες μικρές, αλλά και αλγοριθμικά πολύ εντατικές λειτουργίες. [12] Το F-35 είναι επομένως ένα από τα πιο σύνθετα συστήματα μάχης που αναπτύχθηκαν ποτέ. [6]
Το ALIS είναι ένα σύστημα αυτόματου πιλότου υπό όρους που συνδυάζει ένα ολοκληρωμένο σύμπλεγμα μιας μεγάλης ποικιλίας υποσυστημάτων επί του σκάφους. και περιλαμβάνει επίσης αποτελεσματική αλληλεπίδραση με τον πιλότο παρέχοντάς του πληροφορίες υψηλής ποιότητας για το θέατρο των επιχειρήσεων (συνειδητοποίηση καταστάσεων). Η μηχανή λογισμικού ALIS λειτουργεί συνεχώς στο παρασκήνιο, βοηθώντας τον πιλότο στη λήψη αποφάσεων και παρέχοντας καθοδήγηση σε κρίσιμα σημεία της πτήσης. [13]
Μονάδα υποστήριξης μάχης
Ένα από τα πιο σημαντικά υποσυστήματα του ALIS είναι η «μονάδα υποστήριξης μάχης», που αποτελείται από πέντε κύρια στοιχεία [13]:
1) "Διασύνδεση ανθρώπου-συστήματος" - παρέχει υψηλής ποιότητας οπτικοποίηση του θεάτρου λειτουργιών (εργονομικό, περιεκτικό, συνοπτικό). [12] Παρατηρώντας αυτό το θέατρο, ο πιλότος λαμβάνει τακτικές αποφάσεις και εκδίδει εντολές μάχης, οι οποίες με τη σειρά τους επεξεργάζονται από τη μονάδα ICS.
2) «Σύστημα εκτελεστικού ελέγχου» (ECS) – αλληλεπιδρώντας με τις μονάδες ελέγχου των εποχούμενων όπλων, διασφαλίζει την εκτέλεση εντολών μάχης, οι οποίες εκδίδονται από τον πιλότο μέσω της διεπαφής ανθρώπου-συστήματος. Το ICS καταγράφει επίσης την πραγματική ζημιά από τη χρήση κάθε εντολής μάχης (μέσω αισθητήρων ανάδρασης) - για την επακόλουθη ανάλυσή της από το σύστημα αεροηλεκτρονικής.
3) «In-Board Immune System» (BIS) – παρακολουθεί τις εξωτερικές απειλές και, όταν εντοπίζονται, λαμβάνει τα απαραίτητα αντίμετρα για την εξάλειψη των απειλών. Σε αυτή την περίπτωση, το BIS μπορεί να απολαύσει την υποστήριξη φίλων μονάδων μάχης που συμμετέχουν σε κοινή τακτική επιχείρηση. [8] Για το σκοπό αυτό, το LSI αλληλεπιδρά στενά με συστήματα ηλεκτρονικών συστημάτων - μέσω ενός συστήματος επικοινωνίας.
4) "Avionics system" - μετατρέπει τη ροή ακατέργαστων δεδομένων που προέρχεται από διάφορους αισθητήρες σε υψηλής ποιότητας επίγνωση της κατάστασης, προσβάσιμη στον πιλότο μέσω μιας διεπαφής ανθρώπου-συστήματος.
5) «Σύστημα επικοινωνίας» – διαχειρίζεται την κίνηση του οχήματος και του εξωτερικού δικτύου κ.λπ. χρησιμεύει ως σύνδεσμος μεταξύ όλων των εποχούμενων συστημάτων. καθώς και μεταξύ όλων των μάχιμων μονάδων που συμμετέχουν σε κοινή τακτική επιχείρηση.
Διεπαφή ανθρώπου-συστήματος
Για να ικανοποιηθεί η ανάγκη για υψηλής ποιότητας και ολοκληρωμένη επίγνωση της κατάστασης, η επικοινωνία και η οπτικοποίηση στο πιλοτήριο του μαχητικού είναι κρίσιμες. Το πρόσωπο της ALIS γενικά και της μονάδας υποστήριξης μάχης ειδικότερα είναι το «υποσύστημα απεικόνισης πανοραμικής απεικόνισης» (L-3 Communications Display Systems). Περιλαμβάνει μια μεγάλη οθόνη αφής υψηλής ευκρίνειας (LADD) και ένα ευρυζωνικό κανάλι επικοινωνίας. Το λογισμικό L-3 τρέχει το Integrity OS 178B (ένα λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο από την Green Hills Software), το οποίο είναι το κύριο λειτουργικό σύστημα αεροηλεκτρονικής για το μαχητικό αεροσκάφος F-35.
Οι αρχιτέκτονες υποδομής στον κυβερνοχώρο F-35 επέλεξαν το Integrity OS 178B με βάση έξι ειδικά χαρακτηριστικά του λειτουργικού συστήματος: 1) συμμόρφωση με πρότυπα ανοιχτής αρχιτεκτονικής, 2) συμβατότητα με Linux, 3) συμβατότητα με POSIX API, 4) ασφαλή εκχώρηση μνήμης, 5) υποστήριξη ασφάλεια ειδικών απαιτήσεων και 6) υποστήριξη για την προδιαγραφή ARINC 653. [12] Το "ARINC 653" είναι μια διεπαφή λογισμικού εφαρμογής για εφαρμογές αεροηλεκτρονικής. Αυτή η διεπαφή ρυθμίζει τη χρονική και χωρική διαίρεση των πόρων του συστήματος πληροφορικής αεροπορίας σύμφωνα με τις αρχές της ολοκληρωμένης αρθρωτής αεροηλεκτρονικής. και ορίζει επίσης τη διεπαφή προγραμματισμού που πρέπει να χρησιμοποιεί το λογισμικό εφαρμογών για να έχει πρόσβαση στους πόρους του συστήματος υπολογιστή.
Υποσύστημα απεικόνισης πανοραμικής απεικόνισης
Σύστημα εκτελεστικού ελέγχου
Όπως σημειώθηκε παραπάνω, το ICS, αλληλεπιδρώντας με τις μονάδες ελέγχου των εποχούμενων όπλων, διασφαλίζει την εκτέλεση εντολών μάχης και την καταγραφή της πραγματικής ζημιάς από τη χρήση κάθε εντολής μάχης. Η καρδιά του ICS είναι ένας υπερυπολογιστής, ο οποίος φυσικά ταξινομείται επίσης ως «ενσωματωμένο όπλο».
Δεδομένου ότι ο όγκος των εργασιών που ανατίθενται στον ενσωματωμένο υπερυπολογιστή είναι κολοσσιαίος, έχει αυξημένη αντοχή και πληροί υψηλές απαιτήσεις για ανοχή σφαλμάτων και υπολογιστική ισχύ. Είναι επίσης εξοπλισμένο με ένα αποτελεσματικό σύστημα υγρής ψύξης. Όλα αυτά τα μέτρα λαμβάνονται για να διασφαλιστεί ότι το ενσωματωμένο σύστημα υπολογιστή είναι ικανό να επεξεργάζεται αποτελεσματικά τεράστιες ποσότητες δεδομένων και να εκτελεί προηγμένη αλγοριθμική επεξεργασία - η οποία παρέχει στον πιλότο αποτελεσματική επίγνωση της κατάστασης: παρέχοντάς του ολοκληρωμένες πληροφορίες για το θέατρο επιχειρήσεων. [12]
Ο εποχούμενος υπερυπολογιστής του μαχητικού αεροσκάφους F-35 είναι ικανός να εκτελεί συνεχώς 40 δισεκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο, χάρη στις οποίες εξασφαλίζει πολλαπλές εργασίες εκτέλεση αλγορίθμων έντασης πόρων προηγμένων αεροηλεκτρονικών συστημάτων (συμπεριλαμβανομένης της επεξεργασίας ηλεκτρο-οπτικών, υπέρυθρων και δεδομένα ραντάρ). [9] Σε πραγματικό χρόνο. Για το μαχητικό F-35, δεν είναι δυνατό να γίνουν όλοι αυτοί οι αλγοριθμικά εντατικοί υπολογισμοί στο πλάι (για να μην εξοπλιστεί κάθε μονάδα μάχης με έναν υπερυπολογιστή), επειδή η ένταση της συνολικής ροής δεδομένων που προέρχονται από όλους τους αισθητήρες υπερβαίνει η απόδοση των ταχύτερων συστημάτων επικοινωνίας - τουλάχιστον 1000 φορές. [12]
Για να εξασφαλιστεί αυξημένη αξιοπιστία, όλα τα κρίσιμα ενσωματωμένα συστήματα του F-35 (συμπεριλαμβανομένου, σε κάποιο βαθμό, του ενσωματωμένου υπερυπολογιστή) εφαρμόζονται χρησιμοποιώντας την αρχή του πλεονασμού, έτσι ώστε η ίδια εργασία επί του σκάφους να μπορεί ενδεχομένως να εκτελείται από πολλές διαφορετικές συσκευές. Επιπλέον, η απαίτηση για πλεονασμό είναι τέτοια ώστε διπλά στοιχεία να αναπτύσσονται από εναλλακτικούς κατασκευαστές και να έχουν εναλλακτική αρχιτεκτονική. Χάρη σε αυτό, μειώνεται η πιθανότητα ταυτόχρονης αποτυχίας του πρωτοτύπου και του αντιγράφου. [1, 2] Αυτός είναι επίσης ο λόγος που ο κύριος υπολογιστής εκτελεί ένα λειτουργικό σύστημα που μοιάζει με Linux, ενώ οι υποτελείς υπολογιστές τρέχουν Windows. [2] Επίσης, έτσι ώστε εάν ένας από τους υπολογιστές αποτύχει, η μονάδα υποστήριξης μάχης μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί (τουλάχιστον σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης), η αρχιτεκτονική του πυρήνα ALIS βασίζεται στην αρχή του "πολυνηματική πελάτη-διακομιστή για κατανεμημένους υπολογιστές". [18]
Ενσωματωμένο ανοσοποιητικό σύστημα
Σε ένα αμφισβητούμενο τακτικό περιβάλλον, η διατήρηση της αερομεταφερόμενης ανοσίας απαιτεί έναν αποτελεσματικό συνδυασμό ανθεκτικότητας, πλεονασμού, διαφορετικότητας και κατανεμημένης λειτουργικότητας. Η χθεσινή πολεμική αεροπορία δεν διέθετε ενιαίο εποχούμενο ανοσοποιητικό σύστημα (BIS). Το αεροπορικό του LSI ήταν κατακερματισμένο και αποτελούνταν από πολλά ανεξάρτητα λειτουργικά εξαρτήματα. Κάθε ένα από αυτά τα στοιχεία βελτιστοποιήθηκε για να αντέχει σε ένα συγκεκριμένο, στενό σύνολο οπλικών συστημάτων: 1) βαλλιστικά βλήματα, 2) βλήματα που στοχεύουν σε ραδιοσυχνότητα ή ηλεκτροοπτικό σήμα, 3) ακτινοβολία λέιζερ, 4) ακτινοβολία ραντάρ κ.λπ. Όταν εντοπίστηκε επίθεση, το αντίστοιχο υποσύστημα LSI ενεργοποιούνταν αυτόματα και λάμβανε αντίμετρα.
Τα εξαρτήματα του χθεσινού LSI σχεδιάστηκαν και αναπτύχθηκαν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο - από διαφορετικούς εργολάβους. Δεδομένου ότι αυτά τα εξαρτήματα, κατά κανόνα, είχαν κλειστή αρχιτεκτονική, ο εκσυγχρονισμός του LSI - καθώς εμφανίστηκαν νέες τεχνολογίες και νέα οπλικά συστήματα - περιορίστηκε στην προσθήκη ενός άλλου ανεξάρτητου στοιχείου LSI. Το θεμελιώδες μειονέκτημα ενός τέτοιου κατακερματισμένου LSI - που αποτελείται από ανεξάρτητα στοιχεία με κλειστή αρχιτεκτονική - είναι ότι τα θραύσματά του δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους και δεν μπορούν να συντονιστούν κεντρικά. Με άλλα λόγια, δεν μπορούν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους και να εκτελέσουν κοινές λειτουργίες, γεγονός που περιορίζει την αξιοπιστία και την προσαρμοστικότητα ολόκληρου του LSI στο σύνολό του. Για παράδειγμα, εάν ένα από τα ανοσοποιητικά υποσυστήματα αποτύχει ή καταστραφεί, τα άλλα υποσυστήματα δεν μπορούν να αντισταθμίσουν αποτελεσματικά αυτήν την απώλεια. Επιπλέον, ο κατακερματισμός των LSI οδηγεί πολύ συχνά σε επικάλυψη στοιχείων υψηλής τεχνολογίας, όπως επεξεργαστές και οθόνες, [8] που, δεδομένου του «αειθαλούς προβλήματος» της μείωσης του SWaP (μέγεθος, βάρος και κατανάλωση ενέργειας) [16], είναι πολύ σπάταλος. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι αυτά τα πρώιμα LSI γίνονται σταδιακά παρωχημένα.
Το κατακερματισμένο LSI αντικαθίσταται από ένα ενιαίο κατανεμημένο ανοσοποιητικό σύστημα, που ελέγχεται από έναν «πνευματικό-γνωστικό ελεγκτή» (ICC). Το ICC είναι ένα ειδικό πρόγραμμα, το ενσωματωμένο κεντρικό νευρικό σύστημα, που λειτουργεί πάνω από τα ολοκληρωμένα υποσυστήματα που περιλαμβάνονται στο BIS. Αυτό το πρόγραμμα ενώνει όλα τα υποσυστήματα LSI σε ένα ενιαίο κατανεμημένο δίκτυο (με κοινές πληροφορίες και κοινούς πόρους) και συνδέει επίσης όλα τα LSI με τον κεντρικό επεξεργαστή και άλλα ενσωματωμένα συστήματα. [8] Η βάση για αυτόν τον συνδυασμό (συμπεριλαμβανομένου του συνδυασμού με στοιχεία που θα αναπτυχθούν στο μέλλον) είναι η γενικά αποδεκτή έννοια του «συστήματος συστημάτων» (SoS), [3] - με τα διακριτικά χαρακτηριστικά του, όπως η επεκτασιμότητα, οι δημόσιες προδιαγραφές και ανοιχτό λογισμικό και υλικό αρχιτεκτονικής.
Το ICC έχει πρόσβαση σε πληροφορίες από όλα τα υποσυστήματα BIS. Η λειτουργία του είναι να συγκρίνει και να αναλύει πληροφορίες που λαμβάνονται από υποσυστήματα LSI. Το ICC λειτουργεί συνεχώς στο παρασκήνιο, αλληλεπιδρώντας συνεχώς με όλα τα υποσυστήματα LSI - εντοπίζοντας κάθε πιθανή απειλή, εντοπίζοντας την και, τέλος, προτείνοντας στον πιλότο το βέλτιστο σύνολο αντιμέτρων (λαμβάνοντας υπόψη τις μοναδικές δυνατότητες καθενός από τα υποσυστήματα LSI). Για το σκοπό αυτό, το ICC χρησιμοποιεί προηγμένους γνωστικούς αλγόριθμους [17-25].
Οτι. Κάθε αεροσκάφος έχει το δικό του ξεχωριστό ICC. Ωστόσο, για να επιτευχθεί ακόμη μεγαλύτερη ολοκλήρωση (και, κατά συνέπεια, μεγαλύτερη αξιοπιστία), το ICC όλων των αεροσκαφών που συμμετέχουν σε μια τακτική επιχείρηση συνδυάζονται σε ένα ενιαίο κοινό δίκτυο, για τον συντονισμό του οποίου το «αυτόνομο σύστημα πληροφοριών logistics» (ALIS ) ειναι υπευθυνο. [4] Όταν ένα από τα ICC εντοπίσει μια απειλή, το ALIS υπολογίζει τα πιο αποτελεσματικά αντίμετρα - χρησιμοποιώντας πληροφορίες από όλα τα ICC και την υποστήριξη όλων των μάχιμων μονάδων που συμμετέχουν στην τακτική επιχείρηση. Το ALIS «γνωρίζει» τα επιμέρους χαρακτηριστικά κάθε ICC και τα χρησιμοποιεί για να εφαρμόσει συντονισμένα αντίμετρα.
Το κατανεμημένο LSI ασχολείται με εξωτερικές (σχετικές με εχθρικές επιχειρήσεις μάχης) και εσωτερικές (σχετικές με το στυλ πιλότου και τις επιχειρησιακές αποχρώσεις) απειλές. Στο μαχητικό F-35, το αεροηλεκτρονικό σύστημα είναι υπεύθυνο για την επεξεργασία εξωτερικών απειλών και το VRAMS (έξυπνο σύστημα πληροφοριών κινδύνου που σχετίζεται με επικίνδυνους ελιγμούς για εξοπλισμό) είναι υπεύθυνο για την επεξεργασία εσωτερικών απειλών. [13] Ο κύριος σκοπός του VRAMS είναι να παρατείνει τις περιόδους λειτουργίας του αεροσκάφους μεταξύ των απαιτούμενων συνεδριών συντήρησης. Για να γίνει αυτό, το VRAMS συλλέγει πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο σχετικά με την απόδοση βασικών υποσυστημάτων επί του σκάφους (κινητήρας αεροσκάφους, βοηθητικές μηχανές κίνησης, μηχανικά εξαρτήματα, ηλεκτρικά υποσυστήματα) και αναλύει την τεχνική τους κατάσταση. λαμβάνοντας υπόψη παραμέτρους όπως κορυφές θερμοκρασίας, πτώσεις πίεσης, δυναμική δονήσεων και κάθε είδους παρεμβολές. Με βάση αυτές τις πληροφορίες, η VRAMS παρέχει στον πιλότο εκ των προτέρων συστάσεις για το τι πρέπει να κάνει για να διατηρήσει το αεροσκάφος ασφαλές και αβλαβές. Το VRAMS «προβλέπει» ποιες συνέπειες μπορεί να οδηγήσουν ορισμένες ενέργειες του πιλότου και επίσης δίνει συστάσεις για το πώς να τις αποφύγετε. [13]
Το σημείο αναφοράς για το οποίο προσπαθεί η VRAMS είναι η μηδενική συντήρηση, διατηρώντας παράλληλα την εξαιρετικά αξιοπιστία και τη μειωμένη δομική κόπωση. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, τα ερευνητικά εργαστήρια εργάζονται για τη δημιουργία υλικών με έξυπνες δομές που θα μπορούν να λειτουργούν αποτελεσματικά σε συνθήκες μηδενικής συντήρησης. Οι ερευνητές σε αυτά τα εργαστήρια αναπτύσσουν μεθόδους για την ανίχνευση μικρορωγμών και άλλων πρόδρομων ουσιών της αστοχίας, προκειμένου να αποτρέψουν εκ των προτέρων πιθανές αστοχίες. Διενεργείται επίσης έρευνα για την καλύτερη κατανόηση του φαινομένου της δομικής κόπωσης προκειμένου να χρησιμοποιηθούν αυτά τα δεδομένα για τη ρύθμιση των αεροπορικών ελιγμών με σκοπό τη μείωση της δομικής κόπωσης - κ.λπ. παρατείνει την ωφέλιμη ζωή του αεροσκάφους. [13] Από αυτή την άποψη, είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι περίπου το 50% των άρθρων στο περιοδικό "Advanced in Engineering Software" είναι αφιερωμένο στην ανάλυση της αντοχής και της τρωτότητας του οπλισμένου σκυροδέματος και άλλων κατασκευών.
Ευφυές σύστημα ενημέρωσης για κινδύνους που σχετίζονται με επικίνδυνους για τον εξοπλισμό ελιγμούς
Προηγμένο σύστημα αεροηλεκτρονικής
Η αερομεταφερόμενη μονάδα υποστήριξης μάχης του μαχητικού F-35 περιλαμβάνει ένα προηγμένο σύστημα αεροηλεκτρονικής που έχει σχεδιαστεί για να επιλύει ένα φιλόδοξο έργο:
Τα χθεσινά συστήματα αεροηλεκτρονικής περιελάμβαναν πολλά ανεξάρτητα υποσυστήματα (έλεγχος υπέρυθρων και υπεριωδών αισθητήρων, ραντάρ, σόναρ, ηλεκτρονικός πόλεμος και άλλα), καθένα από τα οποία ήταν εξοπλισμένο με τη δική του οθόνη. Εξαιτίας αυτού, ο πιλότος έπρεπε να κοιτάξει κάθε μία από τις οθόνες με τη σειρά και να αναλύσει και να συγκρίνει χειροκίνητα τα δεδομένα που προέρχονταν από αυτές. Από την άλλη πλευρά, το σημερινό σύστημα αεροηλεκτρονικών συστημάτων, το οποίο ειδικότερα είναι εξοπλισμένο με το μαχητικό F-35, αντιπροσωπεύει όλα τα δεδομένα, προηγουμένως διάσπαρτα, ως ενιαίο πόρο. σε μια κοινή οθόνη. Οτι. ένα σύγχρονο σύστημα αεροηλεκτρονικής είναι ένα ολοκληρωμένο δίκτυο-κεντρικό σύμπλεγμα σύντηξης δεδομένων που παρέχει στον πιλότο την πιο αποτελεσματική επίγνωση της κατάστασης. σώζοντάς τον από την ανάγκη να κάνει περίπλοκους αναλυτικούς υπολογισμούς. Ως αποτέλεσμα, χάρη στον αποκλεισμό του ανθρώπινου παράγοντα από τον αναλυτικό βρόχο, ο πιλότος δεν μπορεί πλέον να αποσπαστεί από την κύρια αποστολή μάχης.
Μία από τις πρώτες σημαντικές προσπάθειες για την εξάλειψη του ανθρώπινου παράγοντα από τον αναλυτικό βρόχο αεροηλεκτρονικών συστημάτων εφαρμόστηκε στην υποδομή του κυβερνοχώρου του μαχητικού F-22. Σε αυτό το μαχητικό, ένα αλγοριθμικά εντατικό πρόγραμμα είναι υπεύθυνο για την υψηλής ποιότητας συγκόλληση δεδομένων που προέρχονται από διάφορους αισθητήρες, το συνολικό μέγεθος των πηγαίων κωδικών των οποίων είναι 1,7 εκατομμύρια γραμμές. Ταυτόχρονα, το 90% του κωδικού είναι γραμμένο σε Ada. Ωστόσο, το σύγχρονο σύστημα αεροηλεκτρονικής - ελεγχόμενο από το πρόγραμμα ALIS - με το οποίο είναι εξοπλισμένο το F-35 έχει προχωρήσει σημαντικά σε σύγκριση με το μαχητικό F-22.
Το ALIS βασίστηκε στο λογισμικό του μαχητικού F-22. Ωστόσο, δεν ευθύνονται τώρα 1,7 εκατομμύρια γραμμές κώδικα για τη συγχώνευση δεδομένων, αλλά 8,6 εκατομμύρια. Ταυτόχρονα, η συντριπτική πλειοψηφία του κώδικα είναι γραμμένο σε C/C++. Το κύριο καθήκον όλου αυτού του αλγοριθμικά εντατικού κώδικα είναι να αξιολογήσει ποιες πληροφορίες θα είναι σχετικές για τον πιλότο. Ως αποτέλεσμα, εστιάζοντας μόνο σε κρίσιμα δεδομένα στο θέατρο των επιχειρήσεων, ο πιλότος είναι πλέον σε θέση να λαμβάνει ταχύτερες και πιο αποτελεσματικές αποφάσεις. Οτι. Το σύγχρονο σύστημα αεροηλεκτρονικής, με το οποίο είναι εξοπλισμένο ειδικότερα το μαχητικό F-35, αφαιρεί το αναλυτικό βάρος από τον πιλότο, και τελικά του επιτρέπει να πετάει απλά. [12]
Παλιό στυλ αεροηλεκτρονικά
Sidebar: Εργαλεία ανάπτυξης που χρησιμοποιούνται στο F-35
Ορισμένα [μικρά] στοιχεία λογισμικού της ενσωματωμένης κυβερνουποδομής του F-35 είναι γραμμένα σε γλώσσες όπως Ada, CMS-2Y, FORTRAN. Τα μπλοκ προγράμματος γραμμένα σε Ada συνήθως δανείζονται από το μαχητικό F-22. [12] Ωστόσο, ο κώδικας που είναι γραμμένος σε αυτές τις γλώσσες είναι μόνο ένα μικρό μέρος του λογισμικού F-35. Η κύρια γλώσσα προγραμματισμού για το F-35 είναι η C/C++. Στο F-35 χρησιμοποιούνται επίσης σχεσιακές και αντικειμενοστρεφείς βάσεις δεδομένων. [14] Οι βάσεις δεδομένων χρησιμοποιούνται επί του σκάφους για την αποτελεσματική διαχείριση μεγάλων δεδομένων. Για να καταστεί δυνατή η εκτέλεση αυτής της εργασίας σε πραγματικό χρόνο, χρησιμοποιούνται βάσεις δεδομένων σε συνδυασμό με έναν επιταχυντή ανάλυσης γραφημάτων υλικού. [15]
Sidebar: Backdoors στο F-35
Όλα τα εξαρτήματα που συνθέτουν τον σύγχρονο αμερικανικό στρατιωτικό εξοπλισμό είναι 1) είτε κατά παραγγελία, 2) είτε προσαρμοσμένα από διαθέσιμα εμπορικά προϊόντα, 3) είτε αντιπροσωπεύουν μια εμπορική λύση σε κουτί. Επιπλέον, και στις τρεις αυτές περιπτώσεις, οι κατασκευαστές, είτε μεμονωμένων εξαρτημάτων είτε ολόκληρου του συστήματος, έχουν αμφίβολη γενεαλογία, η οποία συνήθως προέρχεται από τη χώρα. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει ο κίνδυνος κάποια στιγμή στην αλυσίδα εφοδιασμού (η οποία συχνά εκτείνεται σε όλο τον κόσμο) ένα backdoor ή κακόβουλο λογισμικό (είτε σε επίπεδο λογισμικού είτε υλικού) να ενσωματωθεί σε ένα στοιχείο λογισμικού ή υλικού. Επιπλέον, η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ είναι γνωστό ότι χρησιμοποιεί περισσότερα από 1 εκατομμύριο πλαστά ηλεκτρονικά εξαρτήματα, γεγονός που αυξάνει επίσης την πιθανότητα κακόβουλου κώδικα και κερκόπορτων στο πλοίο. Για να μην αναφέρουμε το γεγονός ότι ένα πλαστό είναι συνήθως ένα χαμηλής ποιότητας και ασταθές αντίγραφο του πρωτοτύπου, με ό,τι αυτό συνεπάγεται. [5]
Αρχιτεκτονική πυρήνα ALIS
Συνοψίζοντας την περιγραφή όλων των ενσωματωμένων συστημάτων, μπορούμε να πούμε ότι οι κύριες απαιτήσεις για αυτά καταλήγουν στις ακόλουθες διατριβές: ολοκλήρωση και επεκτασιμότητα. δημόσιες προδιαγραφές και ανοιχτή αρχιτεκτονική. εργονομία και συνοπτικότητα. σταθερότητα, πλεονασμός, ποικιλομορφία, αυξημένη ανθεκτικότητα και δύναμη. κατανεμημένη λειτουργικότητα. Η βασική αρχιτεκτονική ALIS είναι μια ολοκληρωμένη απάντηση σε αυτές τις ευρείες και φιλόδοξες ανταγωνιστικές απαιτήσεις για το F-35 Joint Strike Fighter.
Ωστόσο, αυτή η αρχιτεκτονική, όπως κάθε έξυπνο, είναι απλή. Ως βάση ελήφθη η έννοια των μηχανών πεπερασμένης κατάστασης. Η εφαρμογή αυτής της ιδέας στο πλαίσιο του ALIS πραγματοποιείται στο γεγονός ότι όλα τα στοιχεία του ενσωματωμένου λογισμικού του μαχητικού F-35 έχουν μια ενοποιημένη δομή. Σε συνδυασμό με μια αρχιτεκτονική πελάτη-διακομιστή πολλαπλών νημάτων για κατανεμημένους υπολογισμούς, ο πυρήνας των αυτόματα ALIS πληροί όλες τις αντικρουόμενες απαιτήσεις που περιγράφονται παραπάνω. Κάθε στοιχείο λογισμικού ALIS αποτελείται από μια διεπαφή ".h-file" και μια αλγοριθμική διαμόρφωση ".cpp-file". Η γενικευμένη δομή τους δίνεται στα αρχεία πηγής που επισυνάπτονται στο άρθρο (δείτε τα ακόλουθα τρία spoilers).
automata1.cpp
#include "battle.h"
CBattle::~CBattle()
{
}
BOOL CBattle::Battle()
{
BATTLE_STATE state;
switch (m_state)
{
case AU_BATTLE_STATE_1:
if (!State1Handler(...))
return FALSE;
m_state = AU_STATE_X;
break;
case AU_BATTLE_STATE_2:
if (!State2Handler(...))
return FALSE;
m_state = AU_STATE_X;
break;
case AU_BATTLE_STATE_N:
if (!StateNHandler(...))
return FALSE;
m_state = AU_STATE_X;
break;
}
return TRUE;
}αυτόματα1.η
#ifndef AUTOMATA1_H
#define AUTOMATA1_H
typedef enum AUTOMATA1_STATE { AU1_STATE_1, AU1_STATE_2, ... AU1_STATE_N };
class CAutomata1
{
public:
CAutomata1();
~CAutomata1();
BOOL Automata1();
private:
BOOL State1Habdler(...);
BOOL State2Handler(...);
...
BOOL StateNHandler(...);
AUTOMATA1 m_state;
};
#endifκύρια.cpp
#include "automata1.h"
void main()
{
CAutomata1 *pAutomata1;
pAutomata1 = new CAutomata1();
while (pAutomata->Automata1()) {}
delete pAutomata1;
}Συνοπτικά, σε ένα αμφισβητούμενο τακτικό περιβάλλον, οι μονάδες της Πολεμικής Αεροπορίας των οποίων η υποδομή στον κυβερνοχώρο συνδυάζει αποτελεσματικά την ανθεκτικότητα, τον πλεονασμό, την ποικιλομορφία και την κατανεμημένη λειτουργικότητα, απολαμβάνουν υπεροχή μάχης. Η IKK και η ALIS της σύγχρονης αεροπορίας πληρούν αυτές τις απαιτήσεις. Ωστόσο, ο βαθμός ένταξής τους στο μέλλον θα επεκταθεί και στην αλληλεπίδραση με άλλες μονάδες του στρατού, ενώ πλέον η αποτελεσματική ενσωμάτωση της Πολεμικής Αεροπορίας καλύπτει μόνο τη δική της μονάδα.
Βιβλιογραφία
1. Κόρτνεϊ Χάουαρντ. Avionics: μπροστά από την καμπύλη // Military & Aerospace electronics: Avionics innovations. 24(6), 2013. σελ. 10-17.
2. // General Dynamics Electric Boat.
3. Άλβιν Μέρφι. The Importance of System-of-Systems Integration // Κορυφαία αιχμή: Μηχανική και ενοποίηση συστημάτων μάχης. 8(2), 2013. σελ. 8-15.
4. . // Πολεμική αεροπορία.
5. Global Horizons // Ηνωμένες Πολιτείες Πολεμική Αεροπορία Παγκόσμιο Όραμα Επιστήμης και Τεχνολογίας. 3.07.2013.
6. Κρις Μπάμπκοκ. Προετοιμασία για το Cyber Battleground of the Future // Air & Space Power Journal. 29(6), 2015. σελ. 61-73.
7. Έντρικ Τόμσον. Κοινό περιβάλλον λειτουργίας: Οι αισθητήρες μετακινούν τον στρατό ένα βήμα πιο κοντά // Army Technology: Sensors. 3(1), 2015. Σελ. 16.
8. Μαρκ Καλαφούτ. Το μέλλον της επιβίωσης αεροσκαφών: Δημιουργία μιας έξυπνης, ολοκληρωμένης σουίτας επιβίωσης // Army Technology: Aviation. 3(2), 2015. σελ. 16-19.
9. Κόρτνεϊ Χάουαρντ. .
10. Stephanie Anne Fraioli. Υποστήριξη πληροφοριών για το F-35A Lightning II // Air & Space Power Journal. 30(2), 2016. σελ. 106-109.
11. Courtney E. Howard. Επεξεργασία βίντεο και εικόνας στα άκρα // Military & Aerospace electronics: Progressive avionics. 22(8), 2011.
12. Κόρτνεϊ Χάουαρντ. Πολεμικά αεροσκάφη με προηγμένα αεροηλεκτρονικά // Military & Aerospace electronics: Avionics. 25(2), 2014. σσ.8-15.
13. Εστίαση στα στροφεία: Επιστήμονες, ερευνητές και αεροπόροι οδηγούν την καινοτομία // Army Technology: Aviation. 3(2), 2015. σσ.11-13.
14. // General Dynamics Electric Boat.
15. Ευρεία Ανακοίνωση Εταιρείας Ιεραρχική Αναγνώριση Επαλήθευσης Exploit (HIVE) Microsystems Technology Office DARPA-BAA-16-52, 2 Αυγούστου 2016.
16. Κόρτνεϊ Χάουαρντ. Δεδομένα σε ζήτηση: απάντηση στην πρόσκληση για επικοινωνίες // Military & Aerospace electronics: Wearable Electronics. 27(9), 2016.
17. Ευρεία Ανακοίνωση Οργανισμού: Εξηγήσιμη Τεχνητή Νοημοσύνη (XAI) DARPA-BAA-16-53, 2016.
18. Jordi Vallverdu. Μια γνωστική αρχιτεκτονική για την εφαρμογή των συναισθημάτων σε υπολογιστικά συστήματα // Βιολογικά Εμπνευσμένες Γνωστικές Αρχιτεκτονικές. 15, 2016. σελ. 34-40.
19. Μπρους Κ. Τζόνσον. Dawn of the Cognetic: Age Fighting Ideological War by Putting Thought in Motion with Impact // Air & Space Power Journal. 22(1), 2008. σελ. 98-106.
20. Sharon M. Latour. Συναισθηματική νοημοσύνη: Συνέπειες για όλους τους ηγέτες της Πολεμικής Αεροπορίας των Ηνωμένων Πολιτειών // Air & Space Power Journal. 16(4), 2002. σελ. 27-35.
21. Αντισυνταγματάρχης Sharon M. Latour. Συναισθηματική νοημοσύνη: Συνέπειες για όλους τους ηγέτες της Πολεμικής Αεροπορίας των Ηνωμένων Πολιτειών // Air & Space Power Journal. 16(4), 2002. σελ. 27-35.
22. Τζέιν Μπένσον. Έρευνα γνωστικής επιστήμης: Οδηγώντας τους στρατιώτες στη σωστή κατεύθυνση // Army Technology: Computing. 3(3), 2015. σελ. 16-17.
23. Νταγιάν Αραούχο. .
24. James S. Albus. RCS: Μια γνωστική αρχιτεκτονική για έξυπνα συστήματα πολλαπλών πρακτόρων // Ετήσιες επισκοπήσεις στον έλεγχο. 29(1), 2005. σελ. 87-99.
25. Karev A.A. Συνέργεια εμπιστοσύνης // Πρακτικό μάρκετινγκ. 2015. Νο 8(222). σελ. 43-48.
26. Karev A.A. Πελάτης-διακομιστής πολλαπλών νημάτων για κατανεμημένους υπολογιστές // Διαχειριστής συστήματος. 2016. Νο 1-2(158-159). σελ. 93-95.
27. Karev A.A. Στοιχεία υλικού του ενσωματωμένου MPS του ενιαίου μαχητικού κρούσης F-35 // Εξαρτήματα και Τεχνολογίες. 2016. Νο 11. Σελ.98-102.
PS. Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στο .
Πηγή: www.habr.com