Journal of KONBiN 2(22)2012 ISSN 1895-8281 A OBABILISTIC MODEL OF AN AI COMBAT MISSION OBABILISTYCZNY MODEL BOJOWEJ MISJI LOTNICZEJ Leszek Cwojdziński, Jerzy Lewitowicz, Andrzej Żyluk Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych e-mail: samolot221@wp.pl; jerzy.lewitowicz@itwl.pl; andrzej.zyluk@itwl.pl Abstract: Combat missions of both a single multi-role aircraft and a group of aircraft. Scenarios of air operations. robabilistic models of air-to-air and air-to-surface operations (AAO and ASO, respectively). robability that air combat missions of the AA and AS types prove successful. Keywords: air operation, air combat mission, multi-role aircraft Streszczenie: Misje bojowe pojedynczego samolotu wielozadaniowego i grupy samolotów. Scenariusze operacji powietrznych. robabilistyczny model operacji powietrznej typu powietrze-powietrze (p-p) i powietrze-ziemia (p-z). rawdopodobieństwo sukcesu lotniczej misji bojowej typu p-p i p-z. Słowa kluczowe: operacja powietrzna, lotnicza misja bojowa, samolot wielozadaniowy 27
Leszek Cwojdziński, Jerzy Lewitowicz, Andrzej Żyluk 1. Wprowadzenie Najbardziej spektakularne misje samolotów wielozadaniowych to misja bojowe typu: powietrze-powietrz (walka powietrzna) i powietrze-ziemia (niszczenie celów naziemnych). Wielozadaniowość samolotów uwidacznia się tym, że w jednym locie mogą zrealizować zadania(w dowolnej kolejności) z całego arsenału zadań lotniczych. Model takich zadań przedstawiono na rys. 1. Na schemacie można wyróżnić grupę następujących zadań: start do zadań bojowych np. obrony przestrzeni powietrznej; niszczenie celów nawodnych i podwodnych; rajdy i eskortowanie związane z walką powietrzną; niszczenie mostów i innych celów strategicznych; niszczenie lotnisk, wyrzutni rakiet i broni pancernej; niszczenie stanowisk dowodzenia; współdziałanie z innymi samolotami i śmigłowcami uderzeniowymi; rozpoznanie. ys. 1. Warianty realizowanych działań bojowych przez samoloty wielozadaniowe 28
A probabilistic model of an air combat mission robabilistyczny model bojowej misji lotniczej 2. Scenariusze operacji powietrznych Zwalczanie celów naziemnych, podobnie jak powietrznych, wymaga spełnienia warunków odpowiedniości [3]. Oznacza to, że samolot (śmigłowiec) z punktu widzenia eksploatacji i wymaganych efektów powinien: - być wyposażony w odpowiednie do zadania środki bojowe; - mieć zapewnioną odpowiednią alimentację w środki jednorazowego użycia (paliwo, powietrze, azot, tlen, olej itp.); - odznaczać się odpornością na uszkodzenia wywoływane przez czynniki zewnętrzne (nieprzyjaciela); - załoga musi posiadać odpowiednie informacje o celu (celach). Samoloty wielozadaniowe wyposażone w pociski rakietowe różnej klasy, o różnym zasięgu działania i kierowane lub samonaprowadzające się oraz działka mogą realizować walkę powietrzną w różnoraki sposób. Do podstawowego sposobu należy naprowadzanie samolotu lub grupy samolotów na cel i niszczenie celu powietrznego za pomocą rakiet. Samolot i piloci przygotowani są także do wykonywania ataku na różnych prędkościach i na różnym kursie. Każdą misję (ML) można zaplanować jako sekwencję zadań realizowanych według następujących struktur [1]: szeregowej (S), równoległej (), równoległej z oczekiwaniem (M), mieszanej (M). rzykłady takich struktur przedstawiono na rys. 2. owodzenie misji zaplanowanych według wymienionych struktur mierzone prawdopodobieństwem misji wyrażającym niezawodność operacyjną, oblicza się za pomocą następujących wzorów: Dla struktury szeregowej (typ S) rys. 2a: Dla struktury równoległej (typ ) rys. 2a: misji 12 n i (1) n misji 1 1 i1 29 n i1 n (2) Dla struktury równoległej (typu M) z oczekiwaniem i kolejnym włączaniem bloków zadaniowych struktury - rys. 2c: 2 n1 M λ λ λ misji 1 λ e (3) 2! ( n 1)! gdzie: intensywność niewykonania zadań na jednostkę czasu. i i1 i
Leszek Cwojdziński, Jerzy Lewitowicz, Andrzej Żyluk Dla struktury mieszanej (typ M) rys. 2d: 1 M misji 1 2 3 1 1 (4) 4 ys. 2. rzykłady struktur operacyjnych misji lotniczych a struktura szeregowa (S); b struktura równoległa (); c struktura równoległa z oczekiwaniem (M); d struktura mieszana (M); e struktura misji p-p Klasycznym przykładem misji lotniczej jest misja o nazwie powietrze powietrze, dotycząca zaplanowania i wykonania walki powietrznej na przykład w ramach obrony powietrznej czy walki panowania w powietrzu. rzykład struktury takiej misji musi uwzględniać następujące prawdopodobieństwa (rys. 2e): 1 niezawodność naziemnej stacji radiolokacyjnej wykrywania i naprowadzania ( 1 ); 2 niezawodność radaru pokładowego ( 2 ); 30
A probabilistic model of an air combat mission robabilistyczny model bojowej misji lotniczej 3 niezawodność pocisku rakietowego ( 3 ); 4 niezawodność głowicy bojowej pocisku rakietowego ( 4 ); 5 prawdopodobieństwo uszkodzenia celu ( 5 ). rawdopodobieństwo sukcesu wyniesie: misji 1 2 5 1 1 W omówionym przykładzie założono atak dwoma pociskami rakietowymi. 3. rawdopodobieństwo sukcesu realizowanych misji lotniczych rawdopodobieństwo sukcesu w bojowej misji lotniczej jest wielkością obliczaną z wartości przeżycia celu atakowanego. Suma tych prawdopodobieństw wynosi jeden. W odniesieniu do własnych statków powietrznych przeżycie misji wchodzi w pojęcie zdolność przeżycia. Analizę prawdopodobieństwa przeżycia celów naszego ataku przeprowadzić można, uwzględniając różne struktury w układzie statek powietrzny (statki powietrzne) atakujący cel (cele) ataku. Można wyróżnić trzy podstawowe struktury (sytuacje) (rys. 3): struktura U równego przydziału celów ataku; struktura przypadkowego przydziału celów ataku; struktura S-L-S strzału (np. odpalenie rakiety) ponownego przycelowania i ponownego strzału (np. odpalenie rakiety lub strzałów z broni pokładowej). rawdopodobieństwo przeżycia i celów (T liczba celów) po oddaniu N strzałów (pocisków) wynosi [4]: dla struktury : dla struktury S-L-S: U Ż Ż T N / T i 1 p 1 p 1 i T i j T T i 1 i j i SLS Ż j 1 j0 3 4 T i p N T 2 (5) (6) (7) N 1 p dla N T (8) T gdzie: T liczba celów; N liczba strzałów (pocisków); i liczba unicestwionych celów; j liczba celów niezniszczonych; p cząstkowe prawdopodobieństwo trafienia jednym pociskiem. 31
Leszek Cwojdziński, Jerzy Lewitowicz, Andrzej Żyluk ys. 3. rzykłady struktur misji typu powietrze-powietrze a struktura typu U; b struktura typu ; c struktura typu S-L-S Wykonanie zadań na cele naziemne lub nawodne uzależnione jest od środków bojowych (środków rażenia) użytych do ataku i od sposobu wykonania zadania. Każdy typ S charakteryzuje się określonymi własnościami i do nich należy dopasowywać środki rażenia. Skuteczność zwalczania celów naziemnych szacuje się za pomocą prawdopodobieństwa jego zniszczenia lub czasowego unieszkodliwienia. Określenie tego prawdopodobieństwa zależy od tego, co rozumie się pod pojęciem porażenia celu. Zakłada się, że na pewno nastąpi porażenie, jeżeli po ataku określony obiekt nie będzie nadawał się ani do użytku, ani do naprawy [2]. Jednak, aby zadać takie straty trzeba użyć dużo środków. Bardzo często, podczas prowadzenia działań bojowych, nie jest potrzebne całkowite zniszczenie danego obiektu, a jedynie wyeliminowanie go na pewien czas. W ten sposób porażenie wyznaczonego celu nieodłącznie związane jest z czasem, w którym rażony cel nie może normalnie funkcjonować, gdyż nie pozwala na to stopień i rodzaj zadanych uszkodzeń. W związku z tym czas, który jest potrzebny do pozbawienia sprawności bojowej określonego celu, należy wiązać z ogólnymi zadaniami stojącymi przed siłami zbrojnymi w trakcie prowadzenia działań bojowych. 32
A probabilistic model of an air combat mission robabilistyczny model bojowej misji lotniczej 4. odsumowanie owodzenie misji lotniczej (ML) dla statku powietrznego podobne rozważania dotyczą grupy statków powietrznych zależy od trzech składowych: terminowego jej rozpoczęcia, to jest od gotowości w momencie rozpoczęcia misji; gotowości operacyjnej zawierającej składową niezawodności w czasie trwania operacji; odpowiedniego wyposażenia w ładunek użyteczny składający się z ładunku alimentacyjnego jak paliwo, tlen itp. oraz ładunku użytego w czasie operacji (np. środki bojowe), co opisuje tak zwane pojęcie odpowiedniości. Odpowiedniość to stopień przystosowania statku powietrznego do wykonania operacyjnego zadania lotniczego. Odpowiedniość S charakteryzuje przydatność, stopień przystosowania do realizacji różnych planowych lub losowo napływających zadań lotniczych. Statek powietrzny charakteryzujący się wysokim prawdopodobieństwem przygotowania do wykonania misji bojowej spełniający warunek odpowiedniości daje gwarancję wysokiego prawdopodobieństwa wykonania zaplanowanego zadania. Obliczenie takiego prawdopodobieństwa jest trudne. Wymaga oszacowania cząstkowego prawdopodobieństwa zniszczenia celu tak w sytuacji walki typu p-p, jak i typu p-z. 5. Literatura [1] Cwojdziński L., Żyluk A., Lewitowicz J.: A maintenance system to support air operations. International Conference Safety and eliability Systems. oznań 2013. [2] Jafrenik H., Felluer A.: Analiza nawigatorska rażenia celów za pomocą różnych środków rażenia. WLiO Z.10, 1999. [3] Lewitowicz j., Kustroń K.: odstawy eksploatacji statków powietrznych własności i właściwości statku powietrznego. T.2. Wydawnictwo ITWL, Warszawa 2003. [4] rzemieniecki J. S.: Mathematical methods in defense analyses. AIAA. eston 2000. 33
Leszek Cwojdziński, Jerzy Lewitowicz, Andrzej Żyluk gen. dyw. pil. dr Leszek Cwojdziński - wychowanek Aeroklubu oznańskiego, absolwent Wyższej Oficerskiej Szkoły Lotniczej w Dęblinie, studia ukończył z wyróżnieniem w 1979 r. W 1983 r. uzyskał tytuł magistra pedagogiki na UMCS w Lublinie. ilot instruktor. Ukończył z wyróżnieniem Akademię Lotniczą Sił owietrznych im. Jurija Gagarina w Monino (osja). racę doktorską z teledetekcji - rozpoznania obrazowego obronił w Wojskowej Akademii Technicznej. Ukończył kurs oficerów flagowych w NATO Defense College w zymie. Autor licznych prac naukowych dotyczących techniki lotniczej, użycia bojowego statków powietrznych i szkolenia lotniczego. ełni funkcję Dyrektora Departamentu olityki Zbrojeniowej. osiada nalot 2400 godzin na samolotach odrzutowych i tytuł pilota wojskowego klasy mistrzowskiej. rof. Dr hab. inż. Jerzy Lewitowicz. Absolwent Wojskowej Akademii Technicznej i Uniwersytetu Warszawskiego. Główne zainteresowania: rozwój najnowszej techniki wojskowej, w tym w szczególności lotniczej, budowa i eksploatacja samolotów i śmigłowców ze szczególnym uwzględnieniem diagnostyki. osiada ponad 50. letni staż naukowy i dydaktyczny w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych i na olitechnice Warszawskiej. Jest członkiem SIM, AIAA, ICAS. Wieloletni członek trzech komitetów olskiej Akademii Nauk: Fizyki, Budowy Maszyn, Badań Kosmicznych i Satelitarnych. Autor licznych publikacji naukowych (ponad 400). Autor i współautor 23 książek naukowych z dziedziny eksploatacji statków powietrznych, tribologii, diagnostyki, bezpieczeństwa lotów, licznych patentów oraz wzorów użytkowych. osiada stopień wojskowy generała brygady (w rez.). Jest pracownikiem naukowym Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych. rof. nadzw. dr hab. inż. Andrzej Żyluk. Absolwent wydziału Elektro-mechanicznego Wojskowej Akademii Technicznej w 1985roku w dziedzinie konstrukcji i eksploatacji uzbrojenia lotniczego. Jest pracownikiem naukowym w ITWL i pełni obowiązki zastępcy dyrektora ds. naukowo-badawczych ITWL. W dorobku naukowym posiada ponad 60 publikacji naukowych z zakresu badań i eksploatacji statków powietrznych, w tym w szczególności systemów uzbrojenia lotniczego, badania wypadków lotniczych, modelowanie matematyczne systemów technicznych. osiada stopień wojskowy podpułkownika w rezerwie. 34