🥇แกนซอฟต์แวร์ของโครงสร้างพื้นฐานทางไซเบอร์ออนบอร์ดของเครื่องบินขับไล่โจมตีแบบรวมศูนย์ F-35

ภาพรวมของส่วนประกอบสำคัญของระบบข้อมูลโลจิสติกส์อัตโนมัติ (ALIS) ของ F-35 Unified Strike Fighter การวิเคราะห์โดยละเอียดของ "หน่วยสนับสนุนการต่อสู้" และองค์ประกอบหลักสี่ประการ: 1) ส่วนต่อประสานระหว่างระบบมนุษย์ 2) ระบบควบคุมผู้บริหาร 3) ระบบภูมิคุ้มกันในตัว 4) ระบบการบิน ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับเฟิร์มแวร์ของเครื่องบินรบ F-35 และเครื่องมือที่ใช้กับซอฟต์แวร์ออนบอร์ด มีการเปรียบเทียบกับเครื่องบินรบรุ่นก่อนหน้าและระบุโอกาสในการพัฒนาการบินของกองทัพเพิ่มเติมด้วย

เครื่องบินขับไล่ F-35 เป็นกลุ่มเซ็นเซอร์ไฮเทคทุกประเภทที่บินได้ ซึ่งให้ “การรับรู้สถานการณ์แบบ 360 องศา”

การแนะนำ

ระบบฮาร์ดแวร์ของกองทัพอากาศมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป [27] โครงสร้างพื้นฐานทางไซเบอร์ของพวกเขา (ส่วนประกอบซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ที่ต้องมีการปรับแต่งอัลกอริธึมอย่างละเอียด) ก็ค่อยๆ มีความซับซ้อนมากขึ้นเช่นกัน จากตัวอย่างของกองทัพอากาศสหรัฐฯ เราจะเห็นว่าโครงสร้างพื้นฐานทางไซเบอร์ของเครื่องบินรบเมื่อเปรียบเทียบกับส่วนประกอบฮาร์ดแวร์แบบดั้งเดิมนั้น ค่อยๆ ขยายจากน้อยกว่า 5% อย่างไร (สำหรับ F-4 ซึ่งเป็นเครื่องบินรบรุ่นที่สาม) เป็น มากกว่า 90% (สำหรับ F-35 เครื่องบินรบรุ่นที่ห้า) [5] สำหรับการปรับแต่งโครงสร้างพื้นฐานทางไซเบอร์นี้ เอฟ-35 มีหน้าที่รับผิดชอบซอฟต์แวร์ล่าสุดที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษเพื่อจุดประสงค์นี้: ระบบสารสนเทศโลจิสติกส์อัตโนมัติ (ALIS)

ระบบข้อมูลโลจิสติกส์อัตโนมัติ

ในยุคของเครื่องบินรบรุ่นที่ 5 ความเหนือกว่าในการรบจะวัดจากคุณภาพของการรับรู้สถานการณ์เป็นหลัก [10] ดังนั้น เครื่องบินรบ F-35 จึงเป็นฝูงบินที่มีเซ็นเซอร์เทคโนโลยีขั้นสูงทุกชนิด ซึ่งให้การรับรู้สถานการณ์แบบ 360 องศา [11] เพลงฮิตใหม่ในเรื่องนี้คือสิ่งที่เรียกว่า “สถาปัตยกรรมเซ็นเซอร์แบบบูรณาการ” (ISA) ซึ่งรวมถึงเซ็นเซอร์ที่โต้ตอบกันอย่างอิสระแบบไดนามิก (ไม่เพียงแต่ในความเงียบเท่านั้น แต่ยังอยู่ในสภาพแวดล้อมทางยุทธวิธีที่มีการโต้แย้งด้วย) ซึ่งในทางทฤษฎีแล้ว ควรนำไปสู่การปรับปรุงคุณภาพของการรับรู้สถานการณ์ให้ดียิ่งขึ้นไปอีก . [7]. อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ทฤษฎีนี้นำไปปฏิบัติได้จริง จำเป็นต้องมีการประมวลผลอัลกอริธึมคุณภาพสูงของข้อมูลทั้งหมดที่ได้รับจากเซ็นเซอร์

ดังนั้น F-35 จึงนำซอฟต์แวร์ติดตัวมาอย่างต่อเนื่อง โดยมีขนาดรวมของซอร์สโค้ดมากกว่า 20 ล้านบรรทัด ซึ่งมักเรียกว่า "คอมพิวเตอร์บินได้" [6] เนื่องจากในยุคที่ห้าของนักสู้โจมตี ความเหนือกว่าในการต่อสู้ถูกวัดโดยคุณภาพของการรับรู้สถานการณ์ เกือบ 50% ของโค้ดโปรแกรมนี้ (8,6 ล้านบรรทัด) ดำเนินการประมวลผลอัลกอริธึมที่ซับซ้อนที่สุด - เพื่อกาวข้อมูลทั้งหมดที่มา จากเซ็นเซอร์ให้เป็นภาพเดียวของโรงละครปฏิบัติการ แบบเรียลไทม์

พลวัตของการเปลี่ยนแปลงในการให้บริการฟังก์ชันออนบอร์ดสำหรับเครื่องบินรบของสหรัฐฯ - ไปสู่ซอฟต์แวร์

ระบบข้อมูลโลจิสติกส์อัตโนมัติของเอฟ-35 (ALIS) ช่วยให้เครื่องบินขับไล่มี 1) การวางแผน (ผ่านระบบการบินขั้นสูง) 2) การคงอยู่ (ความสามารถในการทำหน้าที่เป็นหน่วยรบชั้นนำ) และ 3) การเสริมกำลัง (ความสามารถในการปฏิบัติการ เป็นหน่วยรบทาส) [4] "รหัสกาว" เป็นองค์ประกอบหลักของ ALIS ซึ่งคิดเป็น 95% ของรหัสเครื่องบิน F-35 ทั้งหมด อีก 50% ของรหัส ALIS ดำเนินการเล็กน้อย แต่ก็มีการดำเนินการที่เข้มข้นมากตามอัลกอริทึม ดังนั้นเอฟ-12 จึงเป็นหนึ่งในระบบการต่อสู้ที่ซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยมีการพัฒนามา [35]

ALIS คือระบบอัตโนมัติแบบมีเงื่อนไขที่รวมระบบย่อยออนบอร์ดที่หลากหลายเข้าด้วยกัน และยังรวมถึงการมีปฏิสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพกับนักบินด้วยการให้ข้อมูลคุณภาพสูงเกี่ยวกับปฏิบัติการ (การรับรู้สถานการณ์) ซอฟต์แวร์เอ็นจิ้น ALIS ทำงานอย่างต่อเนื่องในเบื้องหลัง ช่วยเหลือนักบินในการตัดสินใจและให้คำแนะนำ ณ จุดวิกฤติในการบิน [13]

หน่วยสนับสนุนการต่อสู้

หนึ่งในระบบย่อยที่สำคัญที่สุดของ ALIS คือ "หน่วยสนับสนุนการต่อสู้" ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบหลักห้าประการ [13]:

1) “ส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์กับระบบ” – ให้การแสดงภาพคุณภาพสูงของส่วนปฏิบัติการ (ตามหลักการยศาสตร์ ครอบคลุม กระชับ) [12] เมื่อสังเกตโรงละครแห่งนี้ นักบินจะทำการตัดสินใจทางยุทธวิธีและออกคำสั่งการต่อสู้ ซึ่งจะถูกประมวลผลโดยหน่วย ICS

2) “ระบบควบคุมผู้บริหาร” (ECS) – โต้ตอบกับหน่วยควบคุมของอาวุธออนบอร์ด ช่วยให้มั่นใจในการดำเนินการตามคำสั่งการต่อสู้ ซึ่งนักบินออกคำสั่งผ่านส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์กับระบบ ICS ยังบันทึกความเสียหายที่เกิดขึ้นจริงจากการใช้คำสั่งการรบแต่ละคำสั่ง (ผ่านเซ็นเซอร์ป้อนกลับ) เพื่อการวิเคราะห์ในภายหลังโดยระบบการบิน

3) “ระบบภูมิคุ้มกันในตัว” (BIS) – ติดตามภัยคุกคามภายนอก และเมื่อตรวจพบ ก็จะดำเนินมาตรการรับมือที่จำเป็นเพื่อกำจัดภัยคุกคาม ในกรณีนี้ BIS จะได้รับการสนับสนุนจากหน่วยรบฝ่ายเดียวกันที่เข้าร่วมในการปฏิบัติการทางยุทธวิธีร่วมกัน [8] เพื่อจุดประสงค์นี้ LSI โต้ตอบอย่างใกล้ชิดกับระบบการบิน - ผ่านระบบสื่อสาร

4) “ระบบ Avionics” - แปลงกระแสข้อมูลดิบที่มาจากเซ็นเซอร์ต่างๆ ให้เป็นการรับรู้สถานการณ์คุณภาพสูง ซึ่งนักบินสามารถเข้าถึงได้ผ่านอินเทอร์เฟซระบบระหว่างมนุษย์

5) “ระบบการสื่อสาร” – จัดการการรับส่งข้อมูลเครือข่ายออนบอร์ดและภายนอก ฯลฯ ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมระหว่างระบบออนบอร์ดทั้งหมด เช่นเดียวกับระหว่างหน่วยรบทั้งหมดที่เข้าร่วมในการปฏิบัติการทางยุทธวิธีร่วมกัน

ส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์กับระบบ

เพื่อตอบสนองความต้องการการรับรู้สถานการณ์ที่มีคุณภาพและครอบคลุม การสื่อสารและการแสดงภาพในห้องนักบินเครื่องบินขับไล่จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง หน้าตาของ ALIS โดยทั่วไปและหน่วยสนับสนุนการรบโดยเฉพาะคือ “ระบบย่อยการแสดงภาพพาโนรามา” (L-3 Communications Display Systems) ประกอบด้วยหน้าจอสัมผัสความละเอียดสูงขนาดใหญ่ (LADD) และช่องทางการสื่อสารบรอดแบนด์ ซอฟต์แวร์ L-3 ใช้ระบบปฏิบัติการ Integrity OS 178B (ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์จากซอฟต์แวร์ Green Hills) ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการหลักด้านการบินสำหรับเครื่องบินขับไล่ F-35

สถาปนิกโครงสร้างพื้นฐานไซเบอร์ F-35 เลือก Integrity OS 178B ตามคุณสมบัติเฉพาะระบบปฏิบัติการหกประการ: 1) การยึดมั่นในมาตรฐานสถาปัตยกรรมแบบเปิด 2) ความเข้ากันได้กับ Linux 3) ความเข้ากันได้กับ POSIX API 4) การจัดสรรหน่วยความจำที่ปลอดภัย 5) การสนับสนุน การรักษาความปลอดภัยตามข้อกำหนดพิเศษ และ 6) รองรับข้อกำหนด ARINC 653 [12] "ARINC 653" เป็นอินเทอร์เฟซซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันสำหรับแอปพลิเคชันด้านการบิน อินเทอร์เฟซนี้ควบคุมการแบ่งเวลาและเชิงพื้นที่ของทรัพยากรระบบคอมพิวเตอร์การบินตามหลักการของระบบการบินแบบโมดูลาร์แบบบูรณาการ และยังกำหนดอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมที่แอพพลิเคชั่นซอฟต์แวร์ต้องใช้เพื่อเข้าถึงทรัพยากรระบบคอมพิวเตอร์

ระบบย่อยการแสดงภาพพาโนรามา

ระบบควบคุมผู้บริหาร

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ICS ซึ่งโต้ตอบกับหน่วยควบคุมอาวุธออนบอร์ดทำให้มั่นใจในการดำเนินการตามคำสั่งการต่อสู้และบันทึกความเสียหายจริงจากการใช้คำสั่งการต่อสู้แต่ละคำสั่ง หัวใจของ ICS คือซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วยังจัดเป็น "อาวุธในเครื่อง" อีกด้วย

เนื่องจากปริมาณงานที่ได้รับมอบหมายให้กับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ออนบอร์ดนั้นมีปริมาณมหาศาล จึงมีความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นและตรงตามข้อกำหนดสูงในด้านความทนทานต่อข้อผิดพลาดและพลังการประมวลผล มันยังมาพร้อมกับระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวที่มีประสิทธิภาพ มาตรการทั้งหมดนี้ถูกนำมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่าระบบคอมพิวเตอร์ออนบอร์ดสามารถประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาลได้อย่างมีประสิทธิภาพและดำเนินการประมวลผลอัลกอริธึมขั้นสูง - ซึ่งช่วยให้นักบินสามารถรับรู้สถานการณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ: ให้ข้อมูลที่ครอบคลุมเกี่ยวกับโรงละครแห่งการปฏิบัติการ [12]

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์บนเครื่องบินของเครื่องบินขับไล่ F-35 สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง 40 พันล้านปฏิบัติการต่อวินาที ซึ่งช่วยให้แน่ใจว่าการดำเนินการแบบมัลติทาสกิ้งของอัลกอริธึมที่ใช้ทรัพยากรมากของระบบการบินขั้นสูง (รวมถึงการประมวลผลของแสงไฟฟ้า, อินฟราเรดและ ข้อมูลเรดาร์) [9] เรียลไทม์ สำหรับเครื่องบินรบ F-35 มันเป็นไปไม่ได้ที่จะดำเนินการคำนวณแบบอัลกอริธึมแบบเข้มข้นที่ด้านข้างทั้งหมด (เพื่อไม่ให้แต่ละหน่วยรบมีซูเปอร์คอมพิวเตอร์) เนื่องจากความเข้มของการไหลรวมของข้อมูลทั้งหมดที่มาจากเซ็นเซอร์ทั้งหมดเกินกว่า ปริมาณงานของระบบสื่อสารที่เร็วที่สุด - อย่างน้อย 1000 เท่า [12]

เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น ระบบบนเครื่องบินที่สำคัญทั้งหมดของ F-35 (รวมถึงซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในตัว) ถูกนำมาใช้โดยใช้หลักการของความซ้ำซ้อน เพื่อให้งานเดียวกันบนเครื่องบินสามารถดำเนินการโดยอุปกรณ์ต่างๆ มากมาย นอกจากนี้ ข้อกำหนดสำหรับการทำซ้ำคือองค์ประกอบที่ซ้ำกันได้รับการพัฒนาโดยผู้ผลิตรายอื่นและมีสถาปัตยกรรมทางเลือก ด้วยเหตุนี้ โอกาสที่จะเกิดความล้มเหลวพร้อมกันของต้นฉบับและสำเนาจึงลดลง [1, 2] นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมคอมพิวเตอร์หลักจึงรันระบบปฏิบัติการที่คล้ายกับ Linux ในขณะที่คอมพิวเตอร์รองใช้ Windows [2] นอกจากนี้ เพื่อว่าหากคอมพิวเตอร์เครื่องใดเครื่องหนึ่งล้มเหลว หน่วยสนับสนุนการต่อสู้สามารถทำงานได้ต่อไป (อย่างน้อยก็ในโหมดฉุกเฉิน) สถาปัตยกรรมเคอร์เนล ALIS จึงถูกสร้างขึ้นบนหลักการของ "ไคลเอนต์-เซิร์ฟเวอร์แบบมัลติเธรดสำหรับการคำนวณแบบกระจาย" [18]

ระบบภูมิคุ้มกันออนบอร์ด

ในสภาพแวดล้อมทางยุทธวิธีที่มีการโต้แย้ง การรักษาภูมิคุ้มกันทางอากาศจำเป็นต้องมีการผสมผสานที่มีประสิทธิภาพระหว่างความยืดหยุ่น ความซ้ำซ้อน ความหลากหลาย และฟังก์ชันการทำงานแบบกระจาย การบินรบเมื่อวานนี้ไม่มีระบบภูมิคุ้มกันบนเครื่องบิน (BIS) แบบครบวงจร LSI การบินมีการแยกส่วนและประกอบด้วยส่วนประกอบปฏิบัติการอิสระหลายอย่าง ส่วนประกอบแต่ละอย่างได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ทนทานต่อระบบอาวุธชุดแคบที่เฉพาะเจาะจง: 1) ขีปนาวุธ 2) ขีปนาวุธมุ่งเป้าไปที่ความถี่วิทยุหรือสัญญาณไฟฟ้าแสง 3) การฉายรังสีด้วยเลเซอร์ 4) การฉายรังสีเรดาร์ ฯลฯ เมื่อตรวจพบการโจมตี ระบบย่อย LSI ที่เกี่ยวข้องจะถูกเปิดใช้งานโดยอัตโนมัติและใช้มาตรการตอบโต้

ส่วนประกอบของ LSI เมื่อวานได้รับการออกแบบและพัฒนาอย่างเป็นอิสระจากกัน - โดยผู้รับเหมาที่แตกต่างกัน เนื่องจากตามกฎแล้วส่วนประกอบเหล่านี้มีสถาปัตยกรรมแบบปิด การปรับปรุง LSI ให้ทันสมัย - เมื่อมีเทคโนโลยีใหม่และระบบอาวุธใหม่เกิดขึ้น - จึงลดลงเหลือการเพิ่มองค์ประกอบ LSI อิสระอีกอันหนึ่ง ข้อเสียพื้นฐานของ LSI ที่กระจัดกระจายซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบอิสระที่มีสถาปัตยกรรมแบบปิดก็คือ แฟรกเมนต์ของ LSI ไม่สามารถโต้ตอบระหว่างกันและไม่สามารถประสานงานจากส่วนกลางได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกเขาไม่สามารถสื่อสารระหว่างกันและดำเนินการร่วมกันได้ ซึ่งจะจำกัดความน่าเชื่อถือและความสามารถในการปรับตัวของ LSI ทั้งหมดโดยรวม ตัวอย่างเช่น หากระบบย่อยภูมิคุ้มกันระบบใดระบบหนึ่งล้มเหลวหรือถูกทำลาย ระบบย่อยอื่นๆ จะไม่สามารถชดเชยการสูญเสียนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ การกระจายตัวของ LSI มักจะนำไปสู่การทำซ้ำของส่วนประกอบเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น โปรเซสเซอร์และจอแสดงผล [8] ซึ่งในบริบทของ "ปัญหาที่ไม่สิ้นสุด" ในการลด SWaP (ขนาด น้ำหนัก และการใช้พลังงาน) [16 ] สิ้นเปลืองมาก จึงไม่น่าแปลกใจที่ LSI ยุคแรกๆ เหล่านี้จะค่อยๆ ล้าสมัยไป

LSI ที่กระจัดกระจายจะถูกแทนที่ด้วยระบบภูมิคุ้มกันแบบกระจายบนเครื่องเพียงระบบเดียว ซึ่งควบคุมโดย "ตัวควบคุมทางปัญญาและการรับรู้" (ICC) ICC เป็นโปรแกรมพิเศษ ซึ่งเป็นระบบประสาทส่วนกลางแบบออนบอร์ด ซึ่งทำงานบนระบบย่อยแบบบูรณาการที่รวมอยู่ใน BIS โปรแกรมนี้รวมระบบย่อย LSI ทั้งหมดไว้ในเครือข่ายแบบกระจายเดียว (พร้อมข้อมูลทั่วไปและทรัพยากรทั่วไป) และยังเชื่อมต่อ LSI ทั้งหมดกับโปรเซสเซอร์กลางและระบบออนบอร์ดอื่นๆ [8] พื้นฐานสำหรับการรวมกันนี้ (รวมถึงการรวมกับส่วนประกอบที่จะพัฒนาในอนาคต) เป็นแนวคิดที่ยอมรับโดยทั่วไปของ "ระบบของระบบ" (SoS) [3] - โดยมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่าง เช่น ความสามารถในการปรับขนาด ข้อกำหนดสาธารณะ และซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์สถาปัตยกรรมแบบเปิด

ICC สามารถเข้าถึงข้อมูลจากระบบย่อย BIS ทั้งหมด หน้าที่ของมันคือการเปรียบเทียบและวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้รับจากระบบย่อย LSI ICC ทำงานอย่างต่อเนื่องในเบื้องหลัง โดยโต้ตอบกับระบบย่อย LSI ทั้งหมดอย่างต่อเนื่อง - ระบุภัยคุกคามที่อาจเกิดขึ้นแต่ละระบบ แปลเป็นภาษาท้องถิ่น และสุดท้ายแนะนำชุดมาตรการรับมือที่เหมาะสมที่สุดให้กับนักบิน (โดยคำนึงถึงความสามารถเฉพาะตัวของระบบย่อย LSI แต่ละระบบ) เพื่อจุดประสงค์นี้ ICC ใช้อัลกอริธึมการรับรู้ขั้นสูง [17-25]

ที่. เครื่องบินแต่ละลำมี ICC ของตัวเอง อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เกิดการบูรณาการที่ดียิ่งขึ้น (และด้วยเหตุนี้ จึงมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น) ICC ของเครื่องบินทั้งหมดที่เข้าร่วมในการปฏิบัติการทางยุทธวิธีจะรวมกันเป็นเครือข่ายเดียว สำหรับการประสานงานซึ่ง "ระบบข้อมูลโลจิสติกส์อัตโนมัติ" (ALIS ) เป็นผู้รับผิดชอบ [4] เมื่อ ICC แห่งใดแห่งหนึ่งระบุภัยคุกคาม ALIS จะคำนวณมาตรการรับมือที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด - โดยใช้ข้อมูลจาก ICC ทั้งหมดและการสนับสนุนจากหน่วยรบทั้งหมดที่เข้าร่วมในการปฏิบัติการทางยุทธวิธี ALIS “รู้” คุณลักษณะเฉพาะของแต่ละ ICC และใช้คุณลักษณะเหล่านี้เพื่อดำเนินมาตรการตอบโต้ที่มีการประสานงาน

LSI แบบกระจายเกี่ยวข้องกับภัยคุกคามภายนอก (ที่เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติการรบของศัตรู) และภัยคุกคามภายใน (ที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบการนำร่องและความแตกต่างในการปฏิบัติงาน) บนเครื่องบินรบ F-35 ระบบการบินมีหน้าที่รับผิดชอบในการประมวลผลภัยคุกคามภายนอก และ VRAMS (ระบบข้อมูลความเสี่ยงอัจฉริยะที่เกี่ยวข้องกับการซ้อมรบที่เป็นอันตรายสำหรับอุปกรณ์) มีหน้าที่รับผิดชอบในการประมวลผลภัยคุกคามภายใน [13] วัตถุประสงค์หลักของ VRAMS คือการขยายระยะเวลาการทำงานของเครื่องบินระหว่างช่วงการบำรุงรักษาที่จำเป็น ในการดำเนินการนี้ VRAMS จะรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับประสิทธิภาพของระบบย่อยพื้นฐานบนเครื่องบิน (เครื่องยนต์ของเครื่องบิน ระบบขับเคลื่อนเสริม ส่วนประกอบทางกล ระบบย่อยไฟฟ้า) และวิเคราะห์สภาวะทางเทคนิค โดยคำนึงถึงพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิสูงสุด ความดันลดลง ไดนามิกของการสั่นสะเทือน และการรบกวนทุกประเภท จากข้อมูลนี้ VRAMS จะให้คำแนะนำล่วงหน้าแก่นักบินว่าต้องทำอย่างไรเพื่อรักษาเครื่องบินให้ปลอดภัย VRAMS “คาดการณ์” ผลที่ตามมาจากการกระทำบางอย่างของนักบิน และยังให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีหลีกเลี่ยงอีกด้วย [13]

มาตรฐานที่ VRAMS มุ่งมั่นคือไม่ต้องบำรุงรักษา ในขณะที่ยังคงความน่าเชื่อถือเป็นพิเศษและลดความล้าของโครงสร้าง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ห้องปฏิบัติการวิจัยกำลังทำงานเพื่อสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างอัจฉริยะที่จะสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาวะที่ไม่มีการบำรุงรักษา นักวิจัยในห้องปฏิบัติการเหล่านี้กำลังพัฒนาวิธีการตรวจจับรอยแตกขนาดเล็กและสารตั้งต้นอื่นๆ ที่จะทำให้เกิดความล้มเหลว เพื่อป้องกันความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นล่วงหน้า นอกจากนี้ ยังมีการวิจัยเพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์ความล้าของโครงสร้างให้ดีขึ้น เพื่อใช้ข้อมูลนี้ในการควบคุมการซ้อมรบในการบิน เพื่อลดความล้าของโครงสร้าง เป็นต้น ยืดอายุการใช้งานของเครื่องบิน [13] ในเรื่องนี้ เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าประมาณ 50% ของบทความในวารสาร "ซอฟต์แวร์ขั้นสูงด้านวิศวกรรม" มีเนื้อหาเกี่ยวกับการวิเคราะห์ความแข็งแกร่งและความเปราะบางของคอนกรีตเสริมเหล็กและโครงสร้างอื่น ๆ

ระบบอัจฉริยะสำหรับการแจ้งความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการซ้อมรบที่เป็นอันตรายต่ออุปกรณ์

ระบบการบินขั้นสูง

หน่วยสนับสนุนการต่อสู้ทางอากาศของเครื่องบินรบ F-35 รวมถึงระบบการบินขั้นสูงที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขภารกิจที่มีความทะเยอทะยาน:

ระบบการบินเมื่อวานนี้ประกอบด้วยระบบย่อยอิสระหลายระบบ (ควบคุมเซ็นเซอร์อินฟราเรดและอัลตราไวโอเลต เรดาร์ โซนาร์ สงครามอิเล็กทรอนิกส์ และอื่นๆ) ซึ่งแต่ละระบบมีจอแสดงผลของตัวเอง ด้วยเหตุนี้ นักบินจึงต้องดูแต่ละจอแสดงผลตามลำดับ แล้ววิเคราะห์และเปรียบเทียบข้อมูลที่มาจากจอแสดงผลเหล่านั้นด้วยตนเอง ในทางกลับกัน ระบบการบินในปัจจุบัน ซึ่งติดตั้งเครื่องบินรบ F-35 โดยเฉพาะ จะแสดงข้อมูลทั้งหมดที่กระจัดกระจายก่อนหน้านี้เป็นทรัพยากรเดียว บนจอแสดงผลทั่วไปจอเดียว ที่. ระบบการบินที่ทันสมัยเป็นศูนย์รวมข้อมูลฟิวชั่นที่เน้นเครือข่ายเป็นศูนย์กลางซึ่งช่วยให้นักบินได้รับความตระหนักในสถานการณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ช่วยให้เขาไม่ต้องคำนวณเชิงวิเคราะห์ที่ซับซ้อน ด้วยเหตุนี้ ต้องขอบคุณการแยกปัจจัยมนุษย์ออกจากวงจรการวิเคราะห์ ทำให้นักบินไม่สามารถถูกเบี่ยงเบนความสนใจจากภารกิจการต่อสู้หลักได้

หนึ่งในความพยายามสำคัญครั้งแรกในการกำจัดปัจจัยมนุษย์ออกจากวงจรการวิเคราะห์ระบบการบินได้ถูกนำมาใช้ในโครงสร้างพื้นฐานทางไซเบอร์ของเครื่องบินรบ F-22 บนเครื่องบินรบลำนี้ โปรแกรมที่เน้นอัลกอริธึมมีหน้าที่รับผิดชอบในการติดข้อมูลคุณภาพสูงที่มาจากเซ็นเซอร์ต่างๆ ซึ่งมีขนาดรวมของซอร์สโค้ด 1,7 ล้านบรรทัด ในเวลาเดียวกัน 90% ของโค้ดเขียนด้วย Ada อย่างไรก็ตาม ระบบการบินสมัยใหม่ซึ่งควบคุมโดยโปรแกรม ALIS ซึ่ง F-35 ติดตั้งนั้นมีความก้าวหน้าอย่างมากเมื่อเทียบกับเครื่องบินรบ F-22

ALIS มีพื้นฐานมาจากซอฟต์แวร์เครื่องบินขับไล่ F-22 อย่างไรก็ตาม ขณะนี้มีโค้ดไม่ถึง 1,7 ล้านบรรทัดที่รับผิดชอบในการรวมข้อมูล แต่มี 8,6 ล้านบรรทัด ในเวลาเดียวกัน โค้ดส่วนใหญ่เขียนด้วยภาษา C/C++ งานหลักของโค้ดที่เน้นอัลกอริทึมทั้งหมดนี้คือการประเมินว่าข้อมูลใดจะเกี่ยวข้องกับโปรแกรมนำร่อง ด้วยเหตุนี้ ด้วยการมุ่งเน้นเฉพาะข้อมูลที่สำคัญในศูนย์ปฏิบัติการ นักบินจึงสามารถตัดสินใจได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ที่. ระบบการบินสมัยใหม่ซึ่งติดตั้งโดยเครื่องบินรบ F-35 เป็นพิเศษ ช่วยขจัดภาระในการวิเคราะห์ของนักบิน และในที่สุดก็ทำให้เขาสามารถบินได้ในที่สุด [12]

ระบบการบินแบบเก่า

แถบด้านข้าง: เครื่องมือพัฒนาที่ใช้บนเครื่องบิน F-35

ส่วนประกอบซอฟต์แวร์ [ขนาดเล็ก] บางส่วนของโครงสร้างพื้นฐานทางไซเบอร์ออนบอร์ด F-35 เขียนด้วยภาษาโบราณเช่น Ada, CMS-2Y, FORTRAN บล็อกโปรแกรมที่เขียนด้วยภาษา Ada มักจะยืมมาจากเครื่องบินรบ F-22 อย่างไรก็ตาม รหัสที่เขียนด้วยภาษาโบราณเหล่านี้เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของซอฟต์แวร์ F-12 ภาษาโปรแกรมหลักสำหรับ F-35 คือ C/C++ ฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์และเชิงวัตถุยังใช้บนเครื่องบิน F-35 อีกด้วย [35] ฐานข้อมูลถูกใช้บนบอร์ดเพื่อจัดการข้อมูลขนาดใหญ่อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้งานนี้สำเร็จได้แบบเรียลไทม์ ฐานข้อมูลจะใช้ร่วมกับตัวเร่งการวิเคราะห์กราฟด้วยฮาร์ดแวร์ [14]

แถบด้านข้าง: ประตูหลังใน F-35

ส่วนประกอบทั้งหมดที่ประกอบเป็นยุทโธปกรณ์ทางทหารของอเมริกาสมัยใหม่คือ 1) แบบสั่งทำพิเศษ 2) หรือปรับแต่งจากผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ที่มีจำหน่าย 3) หรือเป็นตัวแทนโซลูชันเชิงพาณิชย์ชนิดบรรจุกล่อง นอกจากนี้ ในทั้งสามกรณีนี้ ผู้ผลิต ไม่ว่าจะเป็นส่วนประกอบเดี่ยวหรือทั้งระบบก็มีสายเลือดที่น่าสงสัย ซึ่งมักมีต้นกำเนิดอยู่นอกประเทศ เป็นผลให้มีความเสี่ยงที่ ณ จุดหนึ่งในห่วงโซ่อุปทาน (ซึ่งมักขยายออกไปทั่วโลก) แบ็คดอร์หรือมัลแวร์ (ทั้งในระดับซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์) จะถูกสร้างขึ้นในซอฟต์แวร์หรือส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ นอกจากนี้ เป็นที่รู้กันว่ากองทัพอากาศสหรัฐฯ ใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ปลอมมากกว่า 1 ล้านชิ้น ซึ่งเพิ่มโอกาสที่จะมีโค้ดที่เป็นอันตรายและประตูหลังบนเครื่องบินอีกด้วย ไม่ต้องพูดถึงความจริงที่ว่าของลอกเลียนแบบมักจะเป็นสำเนาต้นฉบับคุณภาพต่ำและไม่เสถียร โดยทั้งหมดที่กล่าวเป็นนัย [5]

สถาปัตยกรรมเคอร์เนล ALIS

เมื่อสรุปคำอธิบายของระบบออนบอร์ดทั้งหมด เราสามารถพูดได้ว่าข้อกำหนดหลักสำหรับระบบเหล่านั้นมีดังต่อไปนี้: ความสามารถในการบูรณาการและการขยายขนาด; ข้อกำหนดสาธารณะและสถาปัตยกรรมแบบเปิด การยศาสตร์และความรัดกุม ความมั่นคง ความซ้ำซ้อน ความหลากหลาย ความยืดหยุ่นและความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้น ฟังก์ชั่นแบบกระจาย สถาปัตยกรรมหลักของ ALIS เป็นการตอบสนองที่ครอบคลุมต่อข้อกำหนดการแข่งขันที่กว้างขวางและทะเยอทะยานเหล่านี้สำหรับเครื่องบินขับไล่ F-35 Joint Strike Fighter

อย่างไรก็ตาม สถาปัตยกรรมนี้ก็เรียบง่ายเช่นเดียวกับความคิดสร้างสรรค์ทุกอย่าง แนวคิดเกี่ยวกับเครื่องจักรสถานะจำกัดถูกนำมาใช้เป็นพื้นฐาน การประยุกต์ใช้แนวคิดนี้ภายในกรอบของ ALIS นั้นเกิดขึ้นจากความจริงที่ว่าส่วนประกอบทั้งหมดของซอฟต์แวร์ออนบอร์ดของเครื่องบินรบ F-35 มีโครงสร้างที่เป็นหนึ่งเดียว เมื่อรวมกับสถาปัตยกรรมไคลเอนต์-เซิร์ฟเวอร์แบบมัลติเธรดสำหรับการประมวลผลแบบกระจาย เคอร์เนล ALIS automata ตรงตามข้อกำหนดที่ขัดแย้งกันทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้น ส่วนประกอบซอฟต์แวร์ ALIS แต่ละรายการประกอบด้วยอินเทอร์เฟซ ".h-file" และการกำหนดค่าอัลกอริทึม ".cpp-file" โครงสร้างทั่วไปมีอยู่ในไฟล์ต้นฉบับที่แนบมากับบทความ (ดูสปอยเลอร์สามรายการต่อไปนี้)

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;
}

ออโตมาตะ1.ชม

#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;
};

#endif

main.cpp

#include "automata1.h"

void main()
{
    CAutomata1 *pAutomata1;
    pAutomata1 = new CAutomata1();

    while (pAutomata->Automata1()) {}

    delete pAutomata1;
}

โดยสรุป ในสภาพแวดล้อมทางยุทธวิธีที่มีการโต้แย้ง หน่วยกองทัพอากาศซึ่งมีโครงสร้างพื้นฐานทางไซเบอร์บนเครื่องบินผสมผสานความยืดหยุ่น ความซ้ำซ้อน ความหลากหลาย และฟังก์ชันการทำงานแบบกระจายได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพลิดเพลินกับความเหนือกว่าในการรบ IKK และ ALIS ของการบินสมัยใหม่เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม ระดับของการบูรณาการในอนาคตจะขยายไปสู่การมีปฏิสัมพันธ์กับหน่วยกองทัพอื่นๆ ด้วย ในขณะที่ขณะนี้การบูรณาการที่มีประสิทธิภาพของกองทัพอากาศจะครอบคลุมเฉพาะหน่วยของตนเองเท่านั้น

บรรณานุกรม

1. คอร์ทนี่ย์ ฮาวเวิร์ด. Avionics: ล้ำหน้า // Military & Aerospace electronics: นวัตกรรม Avionics 24(6) 2013. หน้า. 10-17.
2. วิศวกรรมซอฟต์แวร์ทางยุทธวิธี // เรือไฟฟ้าเจนเนอรัลไดนามิกส์
3. อัลวิน เมอร์ฟี่. ความสำคัญของการรวมระบบของระบบ // ผู้นำ: วิศวกรรมระบบการต่อสู้และบูรณาการ 8(2) 2013. หน้า. 8-15.
4. F-35: พร้อมรบ. // กองทัพอากาศ.
5. Global Horizons // วิสัยทัศน์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระดับโลกของกองทัพอากาศสหรัฐฯ 3.07.2013.
6. คริส แบ็บค็อก. การเตรียมพร้อมสำหรับสมรภูมิไซเบอร์แห่งอนาคต // วารสารพลังอากาศและอวกาศ 29(6) 2015. หน้า. 61-73.
7. เอดริก ทอมป์สัน. สภาพแวดล้อมการทำงานทั่วไป: เซ็นเซอร์ขยับกองทัพให้เข้ามาใกล้ขึ้นหนึ่งก้าว // เทคโนโลยีของกองทัพบก: เซ็นเซอร์ 3(1) 2015. น. 16.
8. มาร์ค คาลาฟัต. อนาคตของการอยู่รอดของเครื่องบิน: การสร้างชุดการเอาตัวรอดที่ชาญฉลาดและบูรณาการ // เทคโนโลยีกองทัพบก: การบิน 3(2) 2015. หน้า. 16-19.
9. คอร์ทนี่ย์ ฮาวเวิร์ด. ระบบการบินอัจฉริยะ.
10. สเตฟานี แอนน์ ฟรายโอลี. การสนับสนุนข่าวกรองสำหรับ F-35A Lightning II // วารสารพลังงานอากาศและอวกาศ 30(2) 2016. หน้า. 106-109.
11. คอร์ทนีย์ อี. ฮาวเวิร์ด. การประมวลผลวิดีโอและรูปภาพที่ขอบ // อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการทหารและการบินและอวกาศ: ระบบการบินแบบก้าวหน้า 22(8), 2011.
12. คอร์ทนี่ย์ ฮาวเวิร์ด. เครื่องบินรบที่มีระบบการบินขั้นสูง // อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการทหารและการบินและอวกาศ: ระบบการบินแบบ Avionics 25(2) 2014 หน้า 8-15
13. มุ่งเน้นไปที่โรเตอร์คราฟต์: นักวิทยาศาสตร์ นักวิจัย และนักบินขับเคลื่อนนวัตกรรม // เทคโนโลยีกองทัพบก: การบิน 3(2) 2015 หน้า 11-13
14. วิศวกรรมซอฟต์แวร์ทางยุทธวิธี // เรือไฟฟ้าเจนเนอรัลไดนามิกส์
15. ประกาศของหน่วยงานกว้าง ลำดับชั้นระบุตรวจสอบการใช้ประโยชน์ (HIVE) สำนักงานเทคโนโลยีไมโครซิสเต็มส์ DARPA-BAA-16-52 2 สิงหาคม 2016
16. คอร์ทนี่ย์ ฮาวเวิร์ด. ข้อมูลที่เป็นที่ต้องการ: ตอบรับการสื่อสาร // อิเล็กทรอนิกส์ทางการทหารและการบินและอวกาศ: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ 27(9) 2016.
17. ประกาศของหน่วยงานในวงกว้าง: ปัญญาประดิษฐ์ที่อธิบายได้ (XAI) DARPA-BAA-16-53, 2016
18. จอร์ดี้ วัลเวอร์ดู. สถาปัตยกรรมการรับรู้สำหรับการนำอารมณ์ไปใช้ในระบบคอมพิวเตอร์ // สถาปัตยกรรมทางปัญญาที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีวภาพ 15 ต.ค. 2016. หน้า. 34-40.
19. บรูซ เค. จอห์นสัน. รุ่งอรุณแห่งความรู้ความเข้าใจ: สงครามแห่งอุดมการณ์ที่ต่อสู้กับยุคสมัยโดยการทำให้ความคิดเคลื่อนไหวด้วยผลกระทบ // วารสารพลังอากาศและอวกาศ 22(1) 2008. หน้า. 98-106.
20. ชารอน เอ็ม. ลาทัวร์. ความฉลาดทางอารมณ์: ผลกระทบต่อผู้นำกองทัพอากาศสหรัฐฯ ทุกคน // วารสาร Air & Space Power 16(4), 2002. หน้า. 27-35.
21. พันโท ชารอน เอ็ม. ลาตูร์ ความฉลาดทางอารมณ์: ผลกระทบต่อผู้นำกองทัพอากาศสหรัฐฯ ทุกคน // วารสาร Air & Space Power 16(4), 2002. หน้า. 27-35.
22. เจน เบนสัน. การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับความรู้ความเข้าใจ: การบังคับบัญชาทหารไปในทิศทางที่ถูกต้อง // เทคโนโลยีกองทัพบก: คอมพิวเตอร์ 3(3) 2015. หน้า. 16-17.
23. ดายัน อาเราโจ. คอมพิวเตอร์องค์ความรู้พร้อมสำหรับการเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์การเข้าซื้อกิจการของกองทัพอากาศ.
24. เจมส์ เอส. อัลบัส. RCS: สถาปัตยกรรมการรับรู้สำหรับระบบหลายตัวแทนอัจฉริยะ // บทวิจารณ์ประจำปีในการควบคุม 29(1) 2005. หน้า. 87-99.
25. คาเรฟ เอ.เอ. พลังแห่งความไว้วางใจ // การตลาดเชิงปฏิบัติ 2015. ฉบับที่ 8(222). หน้า 43-48.
26. คาเรฟ เอ.เอ. ไคลเอนต์เซิร์ฟเวอร์แบบมัลติเธรดสำหรับการคำนวณแบบกระจาย // ผู้ดูแลระบบ 2016. ฉบับที่ 1-2(158-159). หน้า 93-95.
27. คาเรฟ เอ.เอ. ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ของ MPS ออนบอร์ดของเครื่องบินรบโจมตีแบบครบวงจร F-35 // ส่วนประกอบและเทคโนโลยี 2016. ฉบับที่ 11. ป.98-102.

PS บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน “ส่วนประกอบและเทคโนโลยี”.

ที่มา: will.com

แกนซอฟต์แวร์ของโครงสร้างพื้นฐานทางไซเบอร์ออนบอร์ดของเครื่องบินขับไล่โจมตีแบบครบวงจร F-35