CC BY
47J : 1 =Г ¡^ й ! 111 ;
;* II 1 TGrtl ■ 1 1 ш L
Г.В. ЗИБРОВ, В.В. БЕЛЯЕВ
G.V. ZIBROV, V. V. BELYAEV
ВИРТУАЛЬНЫЕ И ИНТЕРАКТИВНЫЕ
ТРЕНАЖЁРЫ
VIRTUAL AND INTERACTIVE SIMULATORS
ИННОВАЦИИ ВОЕННО-ВОЗДУШНОЙ АКАДЕМИИ: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
AIR FORCE ACADEMY INNOVATIONS: RECENT ADVANCES AND FUTURE CONSIDERATIONS
Сведения об авторах: Зибров Геннадий Васильевич - начальник ВУНЦ ВВС «ВВА», генерал-полковник, доктор педагогических наук, профессор (г. Воронеж);
Беляев Виктор Вячеславович - профессор кафедры ВУНЦ ВВС «ВВА», полковник, кандидат технических наук, старший научный сотрудник (г. Воронеж).
Аннотация. Статья посвящена новейшим разработкам ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», которые будут продемонстрированы на Международном военно-техническом форуме «Армия-2021». Приводятся краткое пояснение технической сущности инновационных разработок и положительный эффект от их реализации, а также перспективы дальнейшего использования.
Ключевые слова: инновации, виртуальные и интерактивные тренажеры, электронные образовательные ресурсы.
Information about the authors: Gennady Zibrov - head of the VUNTS
of the Air Force «WA», Colonel-General, Doctor of Pedagogical Sciences, Professor (Voronezh);
Viktor Belyaev - professor of the Department of the VUNC of the Air Force «VVA», Colonel, Candidate of Technical Sciences, Senior researcher (Voronezh).
Summary. The article is devoted to the latest developments of the VUNC of the Air Force «Air Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Yu. A. Gagarin», which will be demonstrated at the International Military-Technical Forum «Army-2021». A brief explanation of the technical essence of innovative developments and the positive effect of their implementation, as well as prospects for further use are given.
Keywords: innovations, virtual and interactive simulators, electronic learning resources.
Инновационная деятельность в Военно-воздушной академии организована в интересах повышения качества учебного процесса и научных исследований, совершенствования и развития учебно-материальной и лабора-торно-экспериментальной базы, а также повышения продуктивно-
сти военно-научной работы и популяризации технического творчества среди курсантов и кадетов инженерной школы.
Под руководством опытных наставников на основе полученных знаний и инженерных компетенций создаются и совершенствуются математические и физические
модели различных процессов и устройств, которые выполняются в виде учебных тренажёров, симуляторов и демонстрационных образцов.
В рамках научных школ академии разрабатываются новые теории и методы, оригинальные технические и технологические
решения, которые направлены на модернизацию стоящих на вооружении и разработку перспективных образцов вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ). Инновационное развитие основывается на фундаментальном научно-техническом заделе, достигнутом в результате многолетних исследований. При этом оригинальные научные идеи и конструкционные новации получили широкую научно-техническую апробацию и имеют высокий уровень патентоспособности. Проекты такого уровня, как правило, создаются в тесной кооперации с предприятиями оборонно-промышленного комплекса, которые обладают современной технологической базой и соответствующими финансовыми возможностями.
Для военных вузов основным механизмом продвижения новых проектов и разработок является демонстрация инновационных достижений на конгрессно-выста-вочных мероприятиях. Кроме того, результаты участия в международных выставках позволяют оценить место вуза в общем процессе инновационного развития.
Инновационные достижения Военно-воздушной академией имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина в прошедшем году демонстрировались на трёх крупнейших международных выставочных площадках.
На Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед-2020» академия награждена: главным призом Всемирной организации интеллектуальной собственности за вклад в развитие университетских инноваций, специальным призом «За лучший инновационный проект конкурса «Инновационный потенциал молодёжи» за разработку «Тренажёр съёмной подвижной пушечной установки» и кубком региона «За активную работу по развитию изобретательства и рационализаторства в регионе». Кроме того, 40 изобретений академии
удостоены: 19 - золотых, 17 - серебряных и 4 - бронзовых медалей Салона.
На Международном военно-техническом форуме «Армия-2020» инновации Военно-воздушной академии стали победителями в трёх основных номинациях: «Лучшая инновационная разработка, представленная на Международном военно-техническом форуме «Армия-2020» за разработку «Комплекс для оценки помехоустойчивости авиационных многоспектральных оптико-электронных систем наведения», в номинации «Лучший инновационный проект в интересах Вооружённых Сил Российской Федерации» за инновационный проект «Инфракрасная система автоматической посадки беспилотных летательных аппаратов», в номинации «Лучший проект, представленный на Международном военно-техническом форуме «Армия-2020» операторами научных рот за инновационный проект «Аэродинамический стенд воздухозаборника самолёта Су-57».
На Международной выставке средств обеспечения безопасности государства «Интерполитех-2020» Военно-воздушная академия заняла первое место в абсолютном первенстве за разработку «Тренажёр блока неуправляемых авиационных ракет», а также награждена 9 медалями «Гарантия качества и безопасности».
В соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации и решением Министра обороны Российской Федерации в период с 22 по 28 августа 2021 года в конгрессно-выставочном центре «Патриот», на аэродроме «Кубинка» и полигоне «Алабино» пройдёт VII Международный военно-технический форум «Армия-2021» (далее - Форум).
Форум является уникальной базовой платформой для демонстрации лучших достижений научно-технической мысли, воплощённых в современных
и перспективных образцах интеллектуального оружия, военной техники и технологий.
На площадках Форума создаются широкие возможности для обмена опытом и конструктивного взаимодействия вузов, органов военного управления, предприятий оборонно-промышленного комплекса и потребителей военно-технической продукции. Открываются новые перспективы для укрепления научно-технических и промышленных кооперационных связей.
На предстоящем Форуме военные вузы смогут продемонстрировать свои образовательные и научно-технические инновационные проекты на специальных экспозициях «Военное образование - передовые технологии и цифровая трансформация» и «День инноваций Министерства обороны Российской Федерации».
Тематическая экспозиция военного образования организована в интересах повышения престижа и популяризации военного образования, укрепления международного сотрудничества в сфере подготовки военных и военно-технических кадров. Экспозиция инновационных достижений Минобороны проводится в целях создания условий для поиска передовых разработок и определения возможности их применения в интересах Вооружённых Сил Российской Федерации.
В 2021 году Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) подготовил для демонстрации 10 экспонатов. На Форуме все экспонаты демонстрируются впервые. Результаты интеллектуальной деятельности имеют высокий изобретательский уровень. Инновации разработаны профессорско-преподавательским составом вуза с привлечением курсантов и кадетов Инженерной школы академии.
Инновационные проекты и разработки представлены в ви-
де демонстрационных экспонатов, которые отражают основные направления инновационной деятельности вуза в области совершенствования и развития информационных образовательных технологий, беспилотной авиации и робототехнических комплексов, авиационного оборудования и вооружения, средств радиоэлектронной борьбы и информационной безопасности.
Особого внимания заслуживает концепт-демонстратор магнитометрической системы локальной навигации подвижных объектов с нейросетевой обработкой сигналов. Система предназначена для навигационного обеспечения воздушных и наземных потребителей, находящихся в зоне её действия, и позволяет им определять собственные пространственные координаты и угловое положение в условиях подавления каналов управления и сигналов спутниковой радионавигации. Особенностью системы является её чрезвычайно высокая помехоустойчивость и практическая сложность искажения формируемого ей навигационного поля.
Новый «физический принцип» действия системы основан на искусственном формировании в пространстве с помощью магнитного маяка переменного магнитного поля с заданными характеристиками. Система может быть использована в качестве резервной для взлёта и посадки беспилотных летательных аппаратов при комплексирова-нии со штатными навигационными системами.
На подвижном объекте производятся измерение характеристик магнитного поля и вычисление шести координат объекта относительно маяка.
Источником поля является базовый наземный модуль.
Бортовой модуль размещается на подвижном объекте и состоит из трёхкоординатного магнитометрического датчика и аппаратно-программного комплекса.
Для определения координат подвижного объекта применена нейросетевая обработка сигналов, что обеспечивает высокую точность и быстродействие при вычислениях, адаптацию к изменениям параметров внешней среды, расширение алгоритмов обработки и анализа навигационной информации. Можно говорить о том, что после обучения система начинает обладать элементами искусственного интеллекта в части адаптации к новым условиям внешних воздействий. Обучение, по сути, заключается в формировании высокоточной модели магнитного поля в окрестности маяка, путём сравнения значений вычисленных координат с измеренными, т.е. эталонными при решении конкретной целевой задачи.
Успешная реализация перспективной магнитометрической системы обеспечивает надёжную навигацию беспилотных летательных аппаратов в зоне своего аэродрома при активном использовании средств РЭБ.
Дальнейшая работа направлена на исследование характеристик системы и оценку её эффективности в условиях радиоэлектронного подавления.
Актуальность следующего экспоната обусловлена новыми вызовами в области защиты информации. Одним из методов незаконного перехвата личных данных пользователей сотовой сети является
размещение ложных базовых станций в районе нахождения интересующего объекта. Такие станции имитируют сеть, аналогичную сети сотового оператора. В результате сотовые телефоны, находящиеся в зоне действия такой «ловушки», подключаются к ней и в рамках стандартных протоколов сотовой связи передают свои уникальные идентификационные данные: номера SIM-карты и идентификатор телефонного аппарата. Эти данные обеспечивают выход на конкретного абонента и перехват передаваемой информации.
Для парирования этой угрозы в академии разработан концепт-демонстратор комплекса поиска нелегитимных базовых станций сотовой связи.
Комплекс состоит из клиентской и серверной частей, основу которых составляют новые оригинальные алгоритмы. Клиентская часть устанавливается на абонентские сотовые телефоны, серверная часть отслеживает состояние подключения абонентов к сотовой сети, осуществляет анализ угроз и управление клиентскими частями.
В процессе радиообмена непрерывно измеряется дальность до ближайших базовых станций сотового оператора. При появлении в системе базовой станции на новой дальности от абонентского терминала обслуживание от этой станции блокируется. Обслуживание сото-
вого телефона передаётся другой базовой станции, которая автоматически выбирается из списка в памяти телефона. После восстановления связи с базовой станцией оператора на сервер от всех клиентов передаётся информация о дальности до ложной базовой станции злоумышленника, подвергшихся атаке. На сервере в реальном масштабе времени с использованием дальномерного метода пеленгации определяются точные координаты злоумышленника.
Инновационная разработка даёт возможность не только обнаруживать ложные базовые станции, но и определять их местоположения и оперативно принимать меры по устранению технического канала утечки информации.
Кроме того, имеется возможность контролировать распределение радиочастотного спектра базовых станций оператора и правильность их размещения в заданных координатах.
Разработанный комплекс предлагается использовать в интересах силовых структур Российской Федерации, занимающихся защитой информации, передаваемой по сетям сотовой связи.
Следующая разработка посвящена совершенствованию авиационного артиллерийского оружия. На Форуме представлен новый экспонат, демонстрирующий возможности по повышению точности стрельбы за счёт автоматической коррекции прицельной системы на основе базы данных поправок, полученных в результате горячей пристрелки пушки, а также с учётом текущего уровня вибрации лафета. Необходимость такой коррекции обусловлена тем, что в настоящее время прицеливание авиационного артиллерийского оружия осуществляется без учёта влияния степени разогрева и износа ствола, а также уровня вибрации лафета.
Концепт-демонстратор состоит из метающего устройства, виброплатформы, пульта установки условий стрельбы, датчиков начальной
скорости и уровня вибрации, подсистемы регистрации попаданий и специального программного обеспечения.
В качестве метающего устройства используется пневматическая пушка с возможностью регулировки начальной скорости метаемых тел, длительности очереди, времени между очередями и уровня вибрации лафета в двух плоскостях. Регистрирующее устройство состоит из датчика начальной скорости сна-
рядов, датчика уровня вибрации лафета и подсистемы регистрации координат пролетающих объектов. Для обработки информации с датчиков используется специальное программное обеспечение, разработанное в академии.
Реализация оригинального технического решения позволит обеспечить повышение боевой эффективности авиационного артиллерийского оружия, а также будет способствовать совершенствованию боевого мастерства специалистов авиационного вооружения.
На Форуме впервые представлен концепт-демонстратор роботизированной турели, которая относится к автономным системам вооружения и может быть применена для охраны границ (периметра), позиционного района и т.п.
Роботизированное устройство состоит из боевого автономного
модуля и серверного компонента, предназначенного для реализации возможности в особых случаях оператору вмешиваться в процесс функционирования автономной составляющей.
В качестве навесного оборудования могут использоваться как штатные средства вооружения, средства визуального, звукового оповещения, так и перспективные средства обнаружения и огневого поражения противника.
Неутомимый стражник одинаково эффективно днём и ночью может обнаруживать новые объекты в секторе его охраны при помощи многоспектральных оптических датчиков. При этом современная нейросетевая система распознавания позволяет оперативно селектировать помеховые сигналы. Одновременно с включением световой и звуковой сигнализации происходит оповещение оператора, который принимает решение о применении оружия. Кроме того, имеется возможность управлять боевым автономным модулем в ручном режиме для выбора наиболее важных целей. Малые массогабаритные характеристики обеспечивают удобство и высокую мобильность при транспортировке и размещении.
В дальнейшем концепт может быть востребован в условиях огра-
АРМИЯ-2021 /Л
ниченного количества личного состава, когда необходимо оперативно исключить возможность проникновения на охраняемую территорию.
Следующим экспонатом, впервые представляемым на Форуме, является опытный образец многофункционального комплекса средств наземного обслуживания воздушных судов. Изделие построено по блочно-модульному принципу. На единой транспортной платформе размещены малогабаритные станции: проверки гидравлических систем летательных аппаратов, зарядки газами бортовых систем, электроснабжения авиадвигателей и бортовых систем, а также подогрева (кондиционирования) авиадвигателей, кабин и специального оборудования воздушных судов. При эксплуатации комплекса в южных условиях предусмотрена замена малогабаритной станции кондиционирования кабин и специального оборудования на мобильную станцию подогрева. Транспортная платформа выполнена на базе УРАЛ-4320 и оснащена краном-манипулятором.
Малогабаритный комплекс нового поколения отличается от традиционных средств наземного обеспечения полётов универсальностью, многофункциональностью, малогабаритностью, возможностью объединить на единой транспортной платформе четыре средства обслуживания летательных аппаратов в одном комплексе, что упрощает переброску необходимой техники и экономит энергоматериальные ресурсы.
Разработанный малогабаритный комплекс предлагается использовать в качестве основы новой системы аэродромно-технических средств, обеспечивающих предполётную (послеполётную) подготовку, техническое обслуживание воздушных судов в рамках аэро-дромно-технического обеспечения.
Предполагается, что новые мобильные малогабаритные комплексы средств наземного обслуживания общего применения войдут
в состав универсальных мобильных авиационных комендатур.
В этом году в рамках специальной экспозиции «Военное образование - передовые технологии и цифровая трансформация» в тематическом секторе «Виртуальные и интерактивные тренажёры» планируется демонстрация двух экспонатов для подготовки специалистов по авиационному оборудованию и вооружению.
Для подготовки специалистов по авиационному оборудованию в качестве учебного наглядного пособия используется программно-аппаратный комплекс, который предназначен для обучения базовым навыкам управления полётом, принципам построения систем управления самолётом, а также для самостоятельного изучения курсантами основ моделирования в области автоматизации управления полётом.
Комплекс включает в себя математическую и натурную модели самолёта, а также программу трёхмерной визуализации полёта.
Математическая модель движения самолёта обеспечивает реализацию военно-профессиональных компетенций подготовки инженеров по эксплуатации авиационного оборудования. Это достигается за счёт возможности демонстрации влияния параметров систем управления на характер движения, визуализации структуры математической модели движения самолёта и связи между её основными элементами, а также принципов формирования сил и моментов, действующих на самолёт.
Натурная модель самолёта используется для изучения основных рулевых поверхностей самолёта, наглядной демонстрации связи между отклонением органов управления лётчиком и отклонением рулевых поверхностей самолёта, а также для концентрации внимания и повышения интереса у обучаемых к учебному материалу.
Программа визуализации демонстрирует пространственное
положение самолёта, наглядное изменение изучаемых параметров движения и основную пилотажную информацию.
Комплекс имеет два рабочих места, которые можно комбинировать для случаев: обучаемый - преподаватель или два обучаемых. Его можно использовать в аудитории для работы с подгруппами, а также для индивидуальной работы обучаемых при наличии нескольких комплексов в аудитории.
Кроме подготовки инженеров комплекс может быть применен для обучения будущих лётчиков базовым навыкам и принципам управления полётом.
В настоящее время комплекс используется и в военно-научной работе с активным привлечением курсантов, которые моделируют контуры автоматического управления, программируют виртуальные приборы, занимаются конструированием и созданием натурных моделей.
На Форуме впервые представлен интерактивный тренажёр для подготовки и применения блоков неуправляемых авиационных ракет (НАР), который реализован в интересах совершенствования боевого мастерства лётного и инженерно-технического состава.
По сравнению с аналогами тренажёр обладает малыми мас-согабаритными характеристиками, высокими мобильностью и визуализацией, существенно более низкой стоимостью обучения и самого тренажёра. Универсальные новейшие алгоритмы, разработанные для построения тренажёра, обеспечивают не только воспроизводство различных типов летательных аппаратов, но и расширение номенклатуры блоков, неуправляемых авиационных ракет, которые могут быть на них установлены в штатном исполнении.
Специальное программное обеспечение позволяет: моделировать боевую обстановку, задавая различные варианты применения
JU
M АРМИЯ-2021
блока НАР; проводить тестовую проверку всех систем тренажёра; имитировать работу контрольно-измерительных приборов.
В настоящее время тренажёр успешно используется в учебном процессе для получения навыков: подготовки к полёту системы управления оружием и блока НАР; проверки цепей стрельбы; подвески блока на балочный держатель; принципов холодной пристрелки; регулировки длины очереди НАР; выбора применяемого вооружения; контроля используемых точек подвески, вооружения и остаток боеприпасов. Кроме того, тренажёр может быть использован для подготовки личного состава в условиях отрыва от мест постоянной дислокации.
В тематическом секторе «Электронные образовательные ресурсы» планируется демонстрация трёх экспонатов.
Наиболее полно учтены основные принципы дидактического, организационного и эстетического характера в электронном учебнике по дисциплине «Теоретические основы радиоэлектронной борьбы». Новый учебник может быть использован в качестве базового для обучения курсантов и слушателей с полной военно-специальной подготовкой в образовательных организациях высшего образования Министерства обороны Российской Федерации.
Учебник состоит из теоретической, практической и контрольной частей.
Теоретическое ядро насыщено гиперссылками, содержащими фото-, видео- и анимационные материалы, что значительно ускоряет и повышает эффективность усвоения материала обучающимися.
Практическая часть включает в себя разработанный программный продукт на языке высокого уровня С# по оценке эффективности ведения радиоэлектронной борьбы в различных условиях.
Контрольная часть представляет собой также самостоятельное
программное средство для проведения углубленного тестирования в соответствии со спецификой обучения и специальностями обучающихся.
Базовый электронный учебник «Радиоэлектронная борьба» разработан в формате SunRav BookOffice 4.3, что обеспечивает возможность просматривать книгу, не притрагиваясь к клавиатуре, при этом скорость просмотра можно регулировать. Для быстрой навигации по её разделам и главам реализован показ древовидного содержания книги, а также возможен полноэкранный режим. Кроме того, быстрый поиск нужного текста достигается индексным и полно-текстным поиском по всей книге. В папке «Избранное» можно хранить наиболее часто просматриваемые главы, сделав доступ к ним максимально быстрым и удобным.
В перспективе планируется постоянное пополнение теоретического ядра новыми материалами на основе опыта современных вооружённых конфликтов. Использование объектно-ориентированного программирования на языке Java SE8 для разработки расширенного лабораторного практикума обеспечивает высокую кроссплат-форменность базового электронного ресурса.
Кроме того, в тематическом секторе «Электронные образова-
тельные ресурсы» будут представлены: электронное учебное пособие, посвящённое системе управления вооружением современных многофункциональных истребителей семейства Су-27/Су-30, и комплект обучающих программ для самостоятельного получения процедурных знаний по порядку развёртывания средств комплекса радиоэлектронной борьбы путём многократного выполнения предписанных действий на виртуальных моделях.
Практическая реализация инновационных проектов и разработок позволит повысить качество учебного процесса и продуктивность научно-исследовательской деятельности, направленной на улучшение характеристик и повышение экономической эффективности в процессе модернизации и создания военной техники.
Благодаря тесной интеграции возможностей учебных и научно-исследовательских подразделений академии, системной поддержке новаторов и популяризации научно-технического творчества, в академии удалось организовать ритмичную работу, которая позволяет обеспечивать лидирующие позиции в области инновационной деятельности как в интересах решения задач сегодняшнего дня, так и на средне- и долгосрочную перспективы. "
