DOW-UAP-D151: גבולות קוגניטיביים בשליטה בו-זמנית בחלליות בלתי מאוישות מרובות - כמה כלים יכול מפעיל אחד לנהל?

קובץ: DOW-UAP-D151_AAWSAP-DIRD-Cognitive-Limits-on-Simultaneous-Control-of-Multiple-Unmanned-Spacecraft-December-15-2010.pdf סוכנות מקור: סוכנות הביון הביטחונית (DIA), המשרד להתרעה ביטחונית (Defense Warning Office); הופק במסגרת תוכנית AAWSA סוג מסמך: מסמך ייחוס מודיעיני ביטחוני (Defense Intelligence Reference Document, DIRD), סדרת "Defense Futures"; מספר בקרה DIA-08-1101-001 תאריך: 15 בדצמבר 2010 (תאריך סגירת המידע, ICOD: 8 בספטמבר 2010) סיווג: UNCLASSIFIED//FOR OFFICIAL USE ONLY (סייג ה-FOUO מחוק בקו בכותרות העמודים; שוחרר לפרסום ב-2026) מספר עמודים: 31 VIRIN: 260918-D-D0360-1140 שחרור PURSUE: 6

תקציר

מסמך ייחוס בן 31 עמודים ששואל שאלה שאיש עוד לא חקר ישירות: בכמה חלליות בלתי מאוישות יכול מפעיל אנושי אחד לשלוט בו-זמנית? המסמך הוכן בידי אגף ההתרעה הטכנולוגית של ה-DIA (Technology Warning Division, DWO-4), נושא את מספר הבקרה DIA-08-1101-001, מתוארך ל-15 בדצמבר 2010, ותאריך סגירת המידע שלו הוא 8 בספטמבר 2010. המחבר מופיע רק בכינוי "AAP Person 73", אותו כינוי שרשום כמחבר של DOW-UAP-D150, מסמך ה-DIRD על מחשוב קוונטי ומחשבי DNA שיצא מאותו אגף חמישה ימים קודם לכן. שאלות התבקשו להפנות אל "AAP Person 1", מנהל תוכנית AAWSA. עמוד 2 של קובץ ה-PDF ריק.

מאחר שלא נמצא, כלשונו, אף מאמר שעבר ביקורת עמיתים על הטסה מרחוק של כמה חלליות, המסמך שואל משתי אנלוגיות: בקרת תעבורה אווירית (ATC) ופיקוח על כמה כלים בלתי מאוישים באוויר ובקרקע. בשישה פרקים קצרים, שתי טבלאות ושישה איורים הוא סוקר כיצד מודדים עומס מנטלי ומה מראים מחקרי הבקרה האווירית והמל"טים, ומסכם בשלושה מספרים: 16 כלים לבחירת יעדים פשוטה, 7 להטסה או למשימות מורכבות במידה בינונית, ו-4 לכלים הטרוגניים מורכבים. עוד הוא קובע שאותות פיזיולוגיים יכולים לסמן עומס-יתר בזמן אמת.

המסמך אינו מזכיר עב"מים או UAP. המילה "anomalies" מופיעה בו פעם אחת, כמונח מקצועי של בקרת התעבורה האווירית לשגיאות טיסה.

מאמר מחקר

צי חלליות עם טייס אחד

התקציר (עמוד 5) משרטט את התרחיש: "Space exploration 40 years into the future may include manned missions to parts of the outer solar system" (חקר החלל בעוד 40 שנה עשוי לכלול משימות מאוישות לחלקים של מערכת השמש החיצונית), ואולי צי קטן: חללית נגררת של אלקטרומגנטים מונעי כוח גרעיני שתמגן את החלק המאויש מקרינת השמש, "halo spacecraft with powerful radars to scout for incoming objects" (חלליות הילה עם מכ"מים רבי עוצמה שיסיירו לאיתור עצמים מתקרבים), וחלליות חקר וכרייה, שלעיתים קרובות לא יראו זו את זו. הפעלת צי כזה "could be economically accomplished if only one remote pilot on station at a time was necessary" (יכולה להיות משתלמת כלכלית אם יידרש רק טייס מרוחק אחד במשמרת בכל פעם). החלליות הנלוות יהיו אוטומטיות ברובן, אך במרחק מאות מיילים זו מזו הן יזדקקו לניטור, כדי שלא ייעלמו "יום אחד במהלך המשימה, כמו גשושית של מאדים" (עמוד 6).

המושג המרכזי הוא "התמונה הכוללת" (the big picture): הייצוג המנטלי של המפעיל לזהותו, מיקומו, משימתו וכיוונו של כל כלי, המכונה גם מודעות מצבית (situational awareness). שאלת המחקר העיקרית היא אם יש גבול קוגניטיבי למספר העצמים הנעים שאפשר להחזיק בתמונה הזאת. השאלות המשניות הן אם המורכבות היא שקובעת את הגבול, ואם יש מדד אובייקטיבי בזמן אמת שיראה שטייס מתקרב לקיבולת המרבית שלו או חורג ממנה (עמוד 6). המחבר תוחם את הדיון בהערה יבשה: "Cyborg-enhanced astrobots are a topic for another tome" (אסטרו-רובוטים משופרי סייבורג הם נושא לכרך אחר).

במונחי מסמך היעדים של AAWSAP (DOW-UAP-D110), המסמך שייך ככל הנראה לתחומי ממשק האדם (human interface) והבקרה (control), עם זיקה לתחום ההשפעות על האדם (human effects) דרך הניטור הפיזיולוגי. "העצמים המתקרבים" שמכ"מי ההילה אמורים לאתר אינם מוגדרים בהמשך, ושום דבר במסמך אינו קושר אותם ל-UAP.

איך מודדים עומס

איור 1 (עמוד 7) מציג מודל חד-ממדי שהמסמך חוזר אליו לכל אורכו: ככל שדרישות המשימה עולות, המפעיל עובר מניתוק (D), דרך מאמץ לשמור על עירנות (A1), אזור מיטבי (A2) ומאמץ נוסף (A3), אל ירידה בביצועים (B) ועומס-יתר (C). פרק 2 (עמודים 8 עד 12) סוקר שלוש משפחות של מדדים. מדדים סובייקטיביים: מדד עומס המשימה של נאס"א (NASA-TLX), בן שש תת-סקאלות (דרישה מנטלית, פיזית וזמנית, ביצוע עצמי, מאמץ ותסכול), ושיטת SWAT, הבוחנת שלושה גורמים בסולם של 0 עד 100. מדדי ביצוע: זמן תגובה, דיוק ומשימות משניות, וכן "ניצולת" (utilization), שיעור הזמן שבו המפעיל עסוק; לפי המסמך, סביב ניצולת של 70% הביצועים מתחילים לרדת (עמוד 8). מדדים פיזיולוגיים: המרווח בין פעימות הלב ושונות קצב הלב, פסי ה-EEG מדלתא (0 עד 4 הרץ) ועד גמא (30 עד 100 הרץ), פוטנציאל ה-P300, קיבועי מבט ומצמוצים, מוליכות העור, והורמוני דחק, שעדיין אינם מעשיים לשימוש בזמן אמת כי גם בדיקה מהירה של קורטיזול ברוק נמשכת כ-15 דקות (עמוד 12).

בקרת תעבורה אווירית: האנלוגיה הראשונה

פרק 3 (עמודים 13 עד 22) הוא לב המסמך. הוא מזהה את בקרת הגישה המכ"מית במסוף (TRACON), שבה הבקרים מכוונים מטוסים נוחתים ברדיוס של כ-50 מייל מנמל התעופה, כ"the most cognitively demanding function in this chain" (הפונקציה התובענית ביותר מבחינה קוגניטיבית בשרשרת; עמוד 13). הערת שוליים מזכירה את שביתת הבקרים של 1981, שבה פוטרו 11,345 בקרים, וקובעת שהיא הותירה את שנות ה-80 כמעט בלי מחקר על בקרים.

המחקרים הנסקרים מניבים מספרים מוגדרים. Lamoureaux (1999) חזה את העומס הנתפס של בקרים ב-74% מן המקרים בעזרת 81 מחלקות מורכבות של זוגות מטוסים (טבלה 1, עמוד 16). מחקר דחק בפאייטוויל שבארקנסו, ברוזוול שבניו מקסיקו ובאוקלהומה סיטי מצא שאפינפרין בשתן הוא סמן דחק טוב יותר מקצב הלב. אצל Peiris (2005) זיהו מומחי EEG אנושיים רק 6 מתוך 101 הפוגות קשב. בסימולציה של Brookings (1996) טיפלו בקרים של חיל האוויר ב-6, 12 ו-18 מטוסים בגושים של 15 דקות, ואחר כך ב-15 מטוסים בתוך 5 דקות. איור 4 (עמוד 18) מראה שהמורכבות פגעה בביצועים יותר מן הנפח, ורק בתרחיש של 12 מטוסים במורכבות נמוכה הגיעו הביצועים לכמעט 100%. ניתוח חוזר של Wilson ב-2003, ברשת עצבית מלאכותית, סיווג את מצב עומס-היתר נכון "in more than 98% of the cases" (ביותר מ-98% מן המקרים). Collet (2009) ניטר 25 בקרים פעילים בנמל התעופה סנט אקזופרי בליון; טבלה 2 (עמוד 19) מראה מתאם בין מספר המטוסים לבין ציון ה-NASA-TLX (0.98), מוליכות העור (0.93), זרימת הדם בעור (0.97-) וקצב הלב הרגעי (0.98).

שני ממצאים מעצבים את המסקנות. Wickens, במחקר על 12 טייסים סטודנטים, מצא שכאשר התרעת התנגשות צדקה ביותר מכ-80% מן המקרים, הטייסים הפסיקו לאמת אותה, והסיק ששיעור של 20% עד 25% התרעות שווא הוא מיטבי כשהטייס אמור לעבוד לצד האוטומציה ולא לסמוך עליה (עמוד 22). הערת שוליים ממשילה זאת לכיוון ה"סקוולץ'" במכשיר קשר אזרחי. וספרות המידול (Hendy, Averty, Loft) מצביעה על זמן ההחלטה ועל המורכבות, ולא על מספר המטוסים הגולמי, כעל מניעי העומס. המסמך מניח בצד מודלים קבוצתיים, כי לטייס יחיד בחלל אין "room full of colleagues" (חדר מלא עמיתים) שיוכל להעביר אליו תנועה (עמוד 20).

מל"טים ושלושת המספרים

פרק 4 (עמודים 23 עד 26) עובר לכלים בלתי מאוישים. ב-2005 כל מל"ט Hunter או Shadow של צבא ארצות הברית דרש צוות של שני מפעילים. סימולציה של Dixon בדקה אם אוטומציה תאפשר לעבור מחצי מל"ט לטייס לשני מל"טים, ומצאה שטייס אוטומטי והתרעות אוטומטיות עזרו מאוד, אך זיהוי מטרות מזדמנות ירד מ-92% ל-79% כשהטייס הפעיל שני כלים, והחוקרים תלו זאת בארבעה מסכים לכל כלי (עמודים 23-24). מחקר של Ruff הסיק ש"the absolute maximum number of UAVs a person could control is four" (המספר המרבי המוחלט של מל"טים שאדם יכול לשלוט בהם הוא ארבעה; עמוד 25).

Cummings, שחקרה הכוונה מחדש של טילי שיוט בטיסה, מדדה ניצולת במקום מורכבות. המסמך ממחיש את התוצאה באנלוגיה של רב-אמן שחמט המשחק סימולטנית: "how many simultaneous games can the grandmaster play before he is forced to revert to cold position analysis with every new presentation of a game? The conclusion is 16" (בכמה משחקים בו-זמנית יכול רב-האמן לשחק לפני שייאלץ לחזור לניתוח עמדה קר בכל פעם שמוצג לו משחק? המסקנה היא 16; עמוד 25). כש-Cummings הוסיפה הטרוגניות של כלי טיס ו"זמני המתנה" (wait times) מתורת התורים, המספר המרבי ירד לשבעה (עמודים 25-26).

מסקנות, תחזיות ונקודות תורפה

פרק הדיון (עמוד 27) קושר את המספר ארבע לזיכרון העובד: הוא "consistent with standard estimates of human working memory being able to handle three to five disparate objects at a time" (עקבי עם ההערכות המקובלות שהזיכרון העובד האנושי מסוגל להחזיק שלושה עד חמישה עצמים שונים בבת אחת). העזרים היעילים, בין שהם קוביות הרישום בכתב יד של הבקרים, ההוראות השמורות במחקר של Dixon או התצוגות הכפולות של Cummings, פועלים כזיכרון עובד חיצוני. התחזיות צנועות: מחקרי סימולטור ייעודיים לחלליות בתוך 5 שנים, הבנה של ריבוי משימות בתוך 40 שנה, וסיווג פיזיולוגי כמעט מושלם של עומס-יתר "within five years of specific studies being commenced" (בתוך חמש שנים מתחילת מחקרים ייעודיים; עמוד 28).

את החולשות צריך לומר בפשטות. אין אף מחקר על חלליות; כל המספרים שאולים ממטוסים, מטילים וממל"טים. המיפוי של שלושת המספרים רופף יותר ממה שעולה מן המסקנות: ה-16 מגיע מטילים בעלי אינטראקציה מזערית ביניהם, ה-7 ממחקר של Cummings על כלי טיס הטרוגניים, וה-4 מ"משימת ההטסה התובענית הרבה יותר" של Ruff, ובכל זאת המסקנה מייחסת את ה-4, ולא את ה-7, ל"כלים הטרוגניים מורכבים". למחקר של Ruff אין רשומה ברשימת ההפניות בת 52 הפריטים, וכמה מן המחקרים נשענים על מדגמים קטנים (8 בקרים אצל Brookings, 12 טייסים סטודנטים אצל Wickens). רוזוול שבניו מקסיקו מופיעה רק כמרכז בקרה אווירית דל תנועה במחקר דחק משנת 1978 (לפי רשימת ההפניות), ואין לה קשר לתקרית של 1947. המסמך אינו מזכיר עב"מים או UAP.

משמעות

מסמך DIRD זה מציג את חוט "ממשק האדם" של AAWSAP בצורתו המעשית ביותר: סקירת ספרות על ארגונומיה של בקרת תעבורה אווירית ושל מל"טים, המוקרנת על צי מאויש היפותטי במערכת השמש החיצונית. שלושת המספרים 16, 7 ו-4, וההדגשה של "התמונה הכוללת", של הטיית האוטומציה ושל ניטור פיזיולוגי לזיהוי עומס-יתר, הם סיכומים סבירים של ספרות גורמי האנוש מ-2010, והיום הם נקראים רלוונטיים לנחילי רחפנים לא פחות מאשר לחלליות. לשאלת ה-UAP המסמך אינו תורם דבר באופן ישיר; ערכו הוא בתיעוד רוחב הנושאים שנכתבו במסגרת התוכנית.

אנשים מרכזיים

מקומות

מושגי מפתח

ציטוטים בולטים

"Piloting these multiple craft could be economically accomplished if only one remote pilot on station at a time was necessary." (הטסת כלים מרובים אלה יכולה להתבצע באופן משתלם כלכלית אם יידרש רק טייס מרוחק אחד במשמרת בכל פעם.) -- עמוד 5

"It is not a surprise that there is little work in this specific area - in fact there were zero peer-reviewed articles in the major journals concerning remote piloting of multiple spacecraft (published in the last 30 years)." (אין זה מפתיע שנעשתה מעט עבודה בתחום הספציפי הזה; למעשה, לא פורסם אף מאמר שעבר ביקורת עמיתים בכתבי העת המרכזיים על הטסה מרחוק של חלליות מרובות, ב-30 השנים האחרונות.) -- עמוד 6

"For the current treatise we will consider only traditional humans as pilots. Cyborg-enhanced astrobots are a topic for another tome." (בחיבור הנוכחי נתייחס רק לבני אדם רגילים כטייסים. אסטרו-רובוטים משופרי סייבורג הם נושא לכרך אחר.) -- עמוד 6

"The question at hand is, how many simultaneous games can the grandmaster play before he is forced to revert to cold position analysis with every new presentation of a game? The conclusion is 16, and it agrees with previous work on free flight ATC." (השאלה היא בכמה משחקים בו-זמנית יכול רב-האמן לשחק לפני שייאלץ לחזור לניתוח עמדה קר בכל פעם שמוצג לו משחק. המסקנה היא 16, והיא מתיישבת עם עבודות קודמות על בקרת תעבורה אווירית במודל של טיסה חופשית.) -- עמוד 25

"The number of four is consistent with standard estimates of human working memory being able to handle three to five disparate objects at a time." (המספר ארבע עקבי עם ההערכות המקובלות שהזיכרון העובד האנושי מסוגל להתמודד עם שלושה עד חמישה עצמים שונים בבת אחת.) -- עמוד 27

"It was also shown in the ATC and piloting tasks that alerts need to contain a level of noise (false alarms) of 20-25% to avoid automation bias." (עוד הוראה במשימות הבקרה האווירית וההטסה שההתרעות צריכות לכלול רמת רעש (התרעות שווא) של 20% עד 25% כדי להימנע מהטיית אוטומציה.) -- עמוד 27

"Apollo spacecraft required dozens of ground operators to monitor for system failures, and just a few years ago it required two soldiers to operate a simple reconnaissance drone (most of them still do)." (חלליות אפולו דרשו עשרות מפעילי קרקע כדי לנטר תקלות מערכת, ורק לפני שנים ספורות נדרשו שני חיילים כדי להפעיל רחפן סיור פשוט (ורובם עדיין דורשים זאת).) -- עמוד 27

"We expect this classification will be achieved with near perfect accuracy within five years of specific studies being commenced." (אנו צופים שסיווג זה יושג ברמת דיוק כמעט מושלמת בתוך חמש שנים מתחילת מחקרים ייעודיים.) -- עמוד 28