АСУ ТП / ИДЗ №1 / Анализ сложных систем

7.3. Цели и ограничения системных исследований

В ходе разработок новой техники, например самолетов-истребителей или бомбардировщиков, ВВС США выпускали ряд документов планирования, известных по названиям «Цели планирования разработок», «Общие оперативные требования» и другие».

Эти и связанные с ними документы были с тех пор заменены другими, которые, хотя выполняют во многом те же функции, но построены несколько по-иному. Гипотетические «Общие оперативные требования» к бомбардировщику с двигателями, работающими на химическом топливе, можно сформулировать в следующем виде: он должен пролететь 8000 км и вернуться на базу без дозаправки; из этих 8000 км он должен пролететь 2000 км при числе Маха 2,5; он должен нести запас бомб определенных размеров и веса и вести бомбардировку со средней ошибкой меньше, скажем, 450 ж; высота, на которой производятся вторжение и бомбардировка, должна быть больше определенного минимума. Общие оперативные требования для бомбардировщика с ядерным двигателем помимо определенной комбинации требований к летным данным могут включать требование, чтобы доза облучения, которую принимает экипаж, не превышала 0,2 рентгена в час. Аналогичным образом ВВС ставит задачи строительства авиабаз. Например, проектировщикам авиабаз на территории Соединенных Штатов ранее ставилась задача сокращения затрат на строительство вспомогательных сооружений базы - дорожную сеть, систему водоснабжения, дренажную систему и прочее - за счет сокращения расстояний между наземными сооружениями^⁵¹

Для подрядчика такая постановка задач накладывает ограничения, в пределах которых он должен вести работу. Тогда конструктор самолета может разработать, исходя из того, что ему известно об уровне развития техники, наилучшую систему управления оружием самолета или оптимальную конфигурацию его крыльев и фюзеляжа, позволяющую разместить заданную боевую нагрузку при минимальном весе самолета и минимальных расходах. Если речь идет о строительстве баз, то подрядчик должен найти наилучшую конфигурацию взлетно-посадочных полос, мест стоянки и зданий, чтобы свести до минимума строительные расходы при заданном месте расположения.

Если мы обозначим цели, которые ставят ВВС, через О_г, а средства, используемые подрядчиком для достижения этих целей, через М_ь то можно описать эту ситуацию следующим обр азом:

M_i_→O_i (1)

Внутри организации подрядчика при дальнейшей детальной разработке цели M_i обычно предстают в виде ограничений или задач, решением которых занимается некоторая часть этой организации; эти задачи, очевидно, будут целями более низкого уровня, чем O_i_;. Мы можем обозначить их через O_i_-1 и переписать формулу (1) в виде

O_i_{-1 →}O_i

(2)

Наш процесс разделения труда может быть с пользой продолжен, и формулу (2) можно записать так:

… O_i-2 → O_{i-1 →}O_i

(3)

Например, для выполнения определенной части проекта самолета-перехватчика может быть создана большая группа, работающая над системой управления огнем. Эти группы можно разделить на отдельные бригады, работающие над бортовой радиолокационной станцией, над аналоговым вычислительным устройством, над системами вооружения; все эти системы являются составными частями системы управления огнем.

Целью работы бригады может быть разработка бортовой радиолокационной станции с углом обзора 70° в каждую сторону от продольной оси самолета, и бригада будет работать в пределах этого ограничения. Следует указать, что точно так же, как мы произвели расширение нашей формулы влево от 0_;, показав, что «средства» для достижения целей, поставленных ВВС, могут предстать в виде более узких целей, мы можем, а в некоторых случаях даже должны расширить ее вправо и посмотреть, каким дальнейшим целям служат требования, предъявляемые военно-воздушными силами:

… O_i_-2 → O_i_{-1 →}O_i_→O_i_{+1 →}O_i_{+2 → …}

(4)

Продолжим наш пример с системой управления огнем перехватчика. Мы можем рассмотреть последовательность все более и более широких систем: бортовая радиолокационная станция, система управления огнем, перехватчик, подразделение перехватчиков с приданной ему наземной радиолокационной станцией, наступательно-оборонительное соединение, состоящее из подразделения перехватчиков, наземной радиолокационной сети и подразделений прикрываемых бомбардировщиков, и т. д. Эти системы показаны на рис. 7.1 и 7.2.

Хотя более узкие системы можно рассматривать и в большинстве случаев должно рассматривать как относительно изолированные, эта изоляция является лишь относительной и никогда не бывает полной. Всегда остается возможность существования некоторой важной связи между ними, которая повлияет на разработку системы на других уровнях. Например, может оказаться, что создание радиолокационной станции с углом обзора 70° по обе стороны от оси самолета затруднительно, но, построив, перехватчик с меньшим радиусом разворота, мы сможем сузить этот угол обзора. Или при переходе к системе более высокого уровня может оказаться, что выгоднее ослабить эти ограничения, но увеличить точность обработки данных на земле и тем самым увеличить вероятность поражения цели системой, состоящей из перехватчика и наземной радиолокационной станции.

Более широкий анализ проблемы обороны крыла стратегических бомбардировщиков может привести к решениям, в которых перехватчики вовсе не будут участвовать.

Например, может оказаться, что с этой задачей лучше всего справятся ракеты ПВО. Возможно, будет рекомендован тот или иной вид или виды пассивной обороны, например рассредоточение, или укрытия, или оповещение, позволяющее отлет самолетов по сигналу тревоги. Обратимся к примеру, к которому нам еще придется вернуться: может быть рассмотрен такой тип операций, при котором самолеты как можно меньше находятся на базе и в мирное время, и после начала военных действий. Этот случай можно проиллюстрировать, сославшись на практику использования иностранных баз в основном для дозаправки, а в самих Соединенных Штатах - на патрулирование тяжелых бомбардировщиков или некоторой части сил тяжелых бомбардировщиков. В каждом пункте такого анализа необходимы некоторые специфические ограничения, но ни одно из них нельзя рассматривать как окончательное, а ослабление ограничений полностью изменяет проблему.

История В-36 показывает, что никакая комбинация из требований, предъявляемых к боевому радиусу действия, числу Маха и тому подобное, не может рассматриваться как окончательная. При создании В-36 осуществлялся выбор между альтернативными комбинациями скорости, высоты, радиуса действия и так далее, и одни из характеристик неизбежно приносились в ущерб другим. Является ли такой выбор хорошим или нет, зависит от комплекса переменных, значения которых неопределенны, взаимодействие их начинает выясняться в процессе разработки и создания, и вид их может меняться со временем.

Требование о том, чтобы сооружения базы были сосредоточены (с целью свести до минимума затраты на вспомогательные средства), разумно лишь до тех пор, пока не существует серьезной возможности бомбардировки этой базы противником. До конца пятидесятых годов при проектировании заморских баз предусматривалась только защита их от фугасных бомб, а при проектировании баз в Соединенных Штатах такая защита не предусматривалась вовсе. Даже первые базы межконтинентальных ракет, которые стали частью наших стратегических сил, в начале шестидесятых годов не были защищены от воздействия ядерного оружия. Но военная мощь противника в прошлом и особенно возможности ее роста в будущем постепенно привели к пониманию того, что следует избирать иное сочетание эксплуатационных удобств, расходов на вспомогательные средства и живучести авиабаз^⁵². Таким образом, была произведена переоценка требований к проектированию баз. В начале шестидесятых годов вступили в строй защищенные от воздействия ядерного оружия базы для ракет «Атлас», а затем ракет «Титан» и «Минитмен».

Меняющиеся обстоятельства превращают верный в свое время выбор в устарелый, и в каждый момент времени такой выбор является исключительно сложным актом. Это можно показать на уже упоминавшемся выше примере выбора предельных доз облучения для членов экипажа бомбардировщика с ядерными двигателями. Вопрос о предельных дозах облучения был центральным в соответствующей программе. Для уменьшения доз облучения необходимо было увеличить мощность защитного экрана. Но, добавив этот мертвый вес к самолету, пришлось бы намного увеличить его полетный вес. Первоначально на выборе норм облучения сказалось предположение о том, что бомбардировщики с ядерными двигателями в мирное время будут часто использоваться для обучения экипажей, подобно тому, как используются бомбардировщики с двигателями на обычном топливе. Но если экипаж должен совершать частые учебные полеты в мирное время, то часовая доза облучения, получаемая каждым членом экипажа, должна быть крайне мала, чтобы суммарная доза облучения оставалась в допустимых пределах.

Выполняя требования о малых дозах облучения и большой толщине защитных экранов, мы должны будем пожертвовать другими тесно связанными характеристиками, например размерами реактора, получаемой мощностью, температурами на входе турбины и максимальной скоростью при прорыве обороны противника. Частые полеты самолетов с ядерными двигателями в мирное время потребуют значительного увеличения затрат не только за счет удорожания конструкции самолета для предохранения его экипажа от облучения, но и на строительство и эксплуатацию баз, позволяющих обеспечить безопасность наземных подразделений. Учебные полеты в мирное время, очевидно, очень полезны, в то же время они требуют больших расходов.

Позже в ходе работ по этой программе появились новые соображения, касающиеся тактики прорыва зоны ПВО противника и необходимых для того высоких тактико-технических характеристик самолета с ядерными двигателями и проблемы защиты самолета с ядерными двигателями от нападения бомбардировщиков противника. Было выдвинуто несколько смелых идей, позволяющих решить проблему прорыва при менее строгих требованиях к ядерной энергетической установке. Большие технические трудности, проявляющиеся при достижении предельных температур реактора при выходе из сверхзвуковой скорости полета, заставили заново продумать, что именно для того «требуется».

Одно из новых предложений состояло в том, чтобы добавить несколько двигателей, работающих на химическом топливе, для увеличения скорости прорыва через зону боевых действий. Оказалось также, что значительная часть учебных полетов может быть проделана с двигателями, работающими на обычном топливе, что разрешало некоторые проблемы учебных полетов. Другое предложение частично служило тем же целям; оно состояло в том, чтобы использовать самолет с ядерными двигателями не как бомбардировщик, а как буксировщик пилотируемого бомбардировщика через зону боевых действий. Предлагалось также использовать самолет с ядерными двигателями в качестве платформы для запуска ракет дальнего действия класса «воздух-земля» за пределами зоны боевых действий. Подобные идеи операции могли уменьшить требования к взаимозависимым характеристикам.

Работа над другой проблемой защиты от нападения бомбардировщиков противника шла в ином направлении. Самолеты с ядерными двигателями и с дорогим и громоздким дистанционно управляемым оборудованием были плохо приспособлены к вылету по тревоге. С другой стороны, в связи с тем, что продолжительность их полета могла быть очень большой, они идеально подходили для воздушного патрулирования. Но это означало, что их полеты в мирное время будут еще более частыми и дорогостоящими, чем первоначально планировалось, и, таким образом, вновь возникали проблемы, связанные с дозами облучения, установкой экранов и очень большими расходами, которые для самолетов с ядерными двигателями прямо пропорциональны времени полета.

Таким образом, требования к самолету менялись и должны были меняться многократно частично из-за трудностей, встретившихся при попытках удовлетворить первоначальному заданию, и частично вследствие того, что изменилась сама проблема стратегической бомбардировки, т. е. изменились цели, которым должны были служить те или иные средства.

В то время как подрядчик Министерства обороны вынужден считать установленный правительством перечень требований окончательным, лицо, принимающее решения, и помогающий ему исследователь должны постоянно спрашивать себя, действительно ли эти требования соответствуют поставленной задаче. Встретившиеся трудности могут вызвать скептическое отношение к начальным целям: средства могут оказаться слишком сложными или слишком дорогими, а изменение содержания или уточнение более отдаленных целей могут сделать первоначальные цели сомнительными. «Требования» не падают с небес. При коренных изменениях в научно-технической и военно-политической обстановке никто не в состоянии оценить их справедливость, основываясь только на интуиции и опыте. Требования поступают к офицерам по контрактам с промышленностью сверху, но не от всевышнего, хотя по протоколам заседаний конгресса можно сделать противоположный вывод. Критическое рассмотрение наложенных ограничений является одной из самых плодотворных областей анализа систем. В заключение скажем еще раз, что цели, следующие из политических решений, никогда не бывают окончательными. Цели одного уровня являются средствами для достижения целей другого уровня, и в случае необходимости следует производить их переоценку. То, что одному человеку представляется средством, является целью для другого.

Содержание