Издание Civilnet опубликовало статью профессора Массачусетсского технологического института (MIT) США, специалиста в области ядерной безопасности, физика-ядерщика Арега Данагуляна (Areg Danagoulian), посвященную вопросу порядка испытаний новейших образцов вооружений в Вооруженных силах Армении.
Статья может представлять интерес как для специалистов военной сферы, непосредственно вовлеченных в работу по разработке и испытаниям БПЛА, так и для обычного читателя. Представляем публикацию в переводе на русский язык.
После последней арцахской войны стало ясно, что техническая слабость Вооруженных сил РА была одной из основных (но не единственной) причин поражения 9 ноября. В частности, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) противника отличались высокой эффективностью. По некоторым оценкам, армянская сторона как минимум половину потерь своего вооружения понесла из-за эффективного использования турецкой тактической БПЛА Bayraktar TB2 и израильского заградительного БПЛА Harop (т.н. “камикадзе”).
После окончания войны в обществе активизировались дискуссии о развитии военной промышленности Армении, особенно БПЛА. В своих предыдущих статьях я уже затрагивал вопрос повышения эффективности БПЛА, я пришел к выводу, что в краткосрочной перспективе, из-за экономической и технологической неподготовленности Армении, вероятно, было бы эффективнее сосредоточиться на разработках мер противодействия БПЛА. И да ладно.
Многие группы в Армении сейчас активно работают над разработкой разведывательных, даже ударных БПЛА. Я могу только пожелать им успехов, конечно, буду только счастлив, если их работа будет успешной.
Но при разработке любого оружия всегда возникает один главный вопрос: будет ли продукт работать? Вопрос можно сформулировать так: если покупатель решит купить оружие, как гарантировать, что в случае возможной войны оно сделает свое дело — оправдает ожидания? Любой покупатель должен задать себе этот вопрос, покупает ли он телефон или БПЛА.
Конечно, степень надежности, требуемая от телефона и БПЛА, очень разная. Если телефон не работает, вы можете пойти в магазин и быстро купить другой телефон. Но если БПЛА не сработает во время войны, то вы потерпите поражение и понесете большие потери. Поэтому, если читатель требует и, естественно, скептически относится к покупке своего телефона, он должен быть еще более требовательным и скептичным, когда узнает, что его правительство решило инвестировать большие суммы денег в разработку будущего боевого БПЛА. Быть или не быть родине – частично зависит от этих решений. Ведь финансы ограничены. Возможно, это финансирование развития можно будет использовать более эффективно, например, для покупки вышеупомянутых систем защиты от БПЛА.
И как мы можем узнать надежность того или иного оружия, если оно все еще находится в стадии разработки? Сделать это можно только путем испытаний. Любое оружие или военная технология проходит стадии разработки, и в конце каждого этапа они должны быть испытаны. По окончании готовое изделие необходимо испытать в условиях, максимально приближенных к боевым. Если, например, нужно испытать простую пулю, может быть достаточно, произвести 100 000 выстрелов, чтобы убедиться, что она надежна на 99,9%. Но что делать, если речь идет о дорогих БПЛА… 100 000 проб БПЛА не могут быть проверены.
Что делать в таком случае? Конечно, тест должен быть более ограниченным, может быть, 20-30 образцов. И по этим небольшим числам тестов вам нужно будет составить представление о надежности этого конкретного БПЛА. Это немного более сложный вопрос.
Здесь еще раз подчеркнем, что финальное испытание следует проводить как можно ближе к боевым условиям. В случае с пулями это несложно. Если он выстрелит в лаборатории, он выстрелит на вершине горы. Но в случае с БПЛА все сложнее. В случае с разведывательным БПЛА это означает постановку конкретной задачи оператору. например, обнаружение реального или мобильного оборудования в определенной области. В случае ударного БПЛА это может означать создание цели, которая находится, например, на расстоянии 50 км от оператора, и требуя, чтобы он достиг этой цели с точностью до одного метра удара.
Предположим, что испытание выполнено: БПЛА способен успешно преодолевать вышеуказанное расстояние 50 км, и способен обнаруживать и поражать цель. Здесь очень заманчиво объявить “победу” — начать серийное производство БПЛА. Не получилось? Но как мы узнаем, что этот успех является отражением надежности БПЛА, а не совпадением, то есть “удачей”? Как мы узнаем, что если мы снова отправим этот БПЛА к цели, на этот раз он не выйдет из строя, оборудование наведения не выйдет из строя или связь с оператором не будет потеряна?
Для этого попробуйте как можно больше испытаний. Конечно, это количество будет ограничено из-за высокой стоимости устройства. Здесь нам нужна некоторая математика, например, некоторые предположения, некоторые приближения.
- Предположим, что тестируемое устройство имеет вероятность надежности (то есть вероятность того, что устройство выполнит свою миссию) равняется p. Мы не знаем этого p, мы пытаемся выяснить экспериментально.
- Предположим, мы провели N-ное число испытаний, из которых только m оказались успешными.
- Если мы повторим все это, вероятность того, что мы снова добьемся успеха m из N опыта, будет следующей. P (m) = BIN (m, N, p), которая является функцией вероятности биномиального распределения. Здесь используется следующее возможное приближение. Результаты экспериментов не зависят друг от друга. На самом деле это не гарантируется. Если, например, есть ошибки проектирования, они повлияют на результаты всех экспериментов, сделав их взаимосвязанными. Но это неплохое начало для статистического моделирования.
- Наконец, возникает вопрос: какова вероятность того, что тестовая система имеет вероятность надежности не менее p? Его можно посчитать следующим образом: C (p) = BINCDF (m-1, N, p), где BINCDF — совокупная вероятность биномного распределения.
Давайте посмотрим на конкретный пример. Допустим, сделано 30 попыток, из них 25 успешных. Здесь можно задать следующий вопрос: Мы хотим быть уверены на 99%, что в случае реальной войны это устройство сможет поразить как минимум p * 100% вражеских целей… Что такое p, если у нас есть результаты вышеупомянутого эксперимента? В этом случае необходимо решить (численными методами) следующее уравнение: 0.99 = BINCDF (25-1,30, p).
Ответ такой: p = 0,6, т.е. около 60%. Читатель может убедиться в этом сам, используя следующее вычисление WolframAlpha онлайн здесь и пробуя найти различные p-значения в p-value, функции, которая дает значение 0,99 (конечно, это также может делать другие аналитические программы, например с scipy модулем для python).
Следовательно, исходя из результатов этого гипотетического сценария, можно сказать, что если, например, 200 танков выйдут против оборонительных сил во время войны, то только 120 из них могут быть поражены 200 единицами вышеупомянутого гипотетического БПЛА. Конечно, можно использовать больше БПЛА — 200 / 0,6 = 333 БПЛА потребуется, чтобы почти полностью уничтожить 200-сильную танковую группировку.
Мы также можем ответить на следующий вопрос: если, например, было сделано 10, 30 или 100 испытаний, что процент успешных попыток говорит нам о p? Ниже приведен график, показывающий взаимосвязь между двумя числами. N — общее количество испытаний.
Что мы видим? По мере увеличения успешности экспериментов увеличивается вероятность надежности, то есть гарантированный процент устройств, которые поразят цель в случае будущих боевых действий. Обратите внимание, что даже если от 30 до 30 попыток будут успешными, вероятность надежности будет не 100%, а около 80%. это отражает неопределенность ограниченных данных. Мы видим, что чем больше общее количество экспериментов (10, 30, 100, 100), тем выше степень надежности. Чем больше данных, тем выше гарантированная надежность. Вычисленные выше графические вычисления можно воспроизвести с помощью следующего блокнота Jupyter .
Описание представляет собой абстрактный пример. БПЛА можно заменить любой другой системой — ПВО, артиллерией и т. Д. Последний вопрос, на который могут ответить только военные специалисты, — достаточно ли значение того или иного p для решения общей боевой задачи. В то же время следует иметь в виду, что низкое значение p не всегда плохо, так как это маленькое значение можно компенсировать увеличением количества очков, чем он выше, тем лучше.
Как проходят испытания в ВС Армении?
А как проводятся испытания в ВС Армении? Мы не знаем, потому что правительство не публикует информацию об этом. Не думаю, что это обстоятельство имеет какое-либо отношение к “необходимости секретности”, так как описанная выше методика известна всему миру, ее описания можно найти в бесплатной литературе, например, по следующей ссылке: Тестирование типа «прошел-не прошел»: Статистические требования и интерпретации , 2-й абзац. (Секрет, конечно, очень важен в вооруженных силах. Но часто мы стараемся сохранить очевидный секрет в ущерб себе). Мы знаем, что эксперименты проводятся по видеороликам, опубликованным Министерством БТА. Ролики вспыхивают специальными графическими эффектами, но мало что говорят о степени научной строгости экспериментов.
У этой статьи несколько целей. Первый — показать, что даже «далекие от военных» ученые могут использовать свои знания математики и физики для поиска ответов на потенциальные военные вопросы.
Во-вторых, познакомить читателя с общими положениями математики в методике испытаний, которая довольно проста (по крайней мере, для студента третьего курса математического факультета), но в то же время вполне применима к различным военным задачам.
Наконец, третья цель — подчеркнуть важность научной строгости в военном деле. Научная строгость в этих вопросах только укрепит военную промышленность “в долгосрочной перспективе” и укрепит обороноспособность Армении.
Фото — Mediamax
