Verteidigung und Konflikt
Kriegsspiele, Kampfmodelle, Militärtrainer und Waffenphysik: der Ursprung vieler Methoden in dieser Taxonomie.
Militärs gehörten zu den frühesten und größten Nutzern der Simulation, und ein Großteil des Werkzeugkastens hier hat dort begonnen. Monte-Carlo wurde für die Waffenphysik entwickelt, Operations Research für die Logistik im Krieg und Flugsimulatoren für die Pilotenausbildung. Kriegsspiele sind noch älter. Offiziere üben seit dem frühen neunzehnten Jahrhundert mit Tischspielen. Verteidigungsministerien, Universitäten und Forschungsinstitute nutzen heute dieselben Methoden, um Strategie, Eskalation und die menschlichen Kosten des Krieges zu untersuchen.
Professionelle Kriegsspiele
Offiziere und Analysten spielen Zug um Zug gegnerische Seiten eines Szenarios, wobei Schiedsrichter über die Ergebnisse entscheiden. Sie dienen dazu, Pläne zu testen, nicht Ergebnisse vorherzusagen.
Frage, die sie beantwortet: Wo bricht der Plan zusammen, wenn ein denkender Gegner dagegenhält?
Lässt aus: Das Urteil eines erfahrenen Schiedsrichters ersetzt fehlende Physik, zum Vorteil oder Nachteil der Gültigkeit.
Läuft auf: keinem Computer. Schiedsrichter, Karten und Menschen; Computer helfen nur bei der WertungSeit: 1812 Kriegsspiel, aus dem Kriegsspieltisch des älteren Reisswitz (1811–12); die Regeln seines Sohns von 1824 wurden von preußischen Offizieren übernommen QuelleIm Simulationen-Baum: Kriegsspiel
Politisch-militärische Krisenspiele
Teams spielen Regierungen in einer sich zuspitzenden internationalen Krise. Veranstaltet wird das von Universitäten und Forschungsinstituten ebenso wie von Ministerien.
Frage, die sie beantwortet: Wie eskalieren Krisen, und was lässt Führende einen Schritt zurücktreten?
Lässt aus: Spieler verhalten sich meist rationaler als echte Führungspersonen unter echtem Druck.
Läuft auf: etwa 109 FLOPS grob Menschen, die Regierungen spielen; wenig oder kein RechnenSeit: 1958 spätestens 1958, frühe politisch-militärische Planspiele, betrieben von Verteidigungsforschungsinstituten
Historische Kriegsspiele
Vergangene Schlachten und Feldzüge, unter ihren ursprünglichen Bedingungen neu ausgefochten, genutzt von Historikern und Militärakademien.
Frage, die sie beantwortet: War das Ergebnis wahrscheinlich, oder hätte es leicht anders ausgehen können?
Lässt aus: Eine Schlacht unter bekannten Bedingungen neu auszufechten kann echte neuartige Entscheidungen weiterhin nicht testen.
Läuft auf: etwa 1011 FLOPS grob der Desktop-Rechner eines Hobbyisten oder Wissenschaftlers, Sekunden bis Minuten pro LaufSeit: 1913 H. G. Wells veröffentlichte Little Wars, Regeln, um Schlachten mit Spielzeugsoldaten nachzustellen
Gefechts- und Feldzugsmodelle
Kräfte, die sich im Lauf der Zeit gegenseitig aufreiben, von Lanchesters Abnutzungsgleichungen bis zu großen statistischen Feldzugsmodellen.
Frage, die sie beantwortet: Wie verändert das Kräfteverhältnis den Verlauf und die Kosten eines Feldzugs?
Lässt aus: Die echte Kampfkraft hängt von Moral und Führung ab, die die Gleichungen nicht erfassen.
Läuft auf: etwa 1012 FLOPS grob ein Desktop-Rechner, Sekunden pro Durchlauf der GleichungenSeit: 1916 Frederick Lanchester veröffentlichte seine Gleichungen der Gefechtsabnutzung
Agentenbasierte Gefechtsmodelle
Einzelne Einheiten mit eigenen Sensoren, Befehlen und Entscheidungen, die auf simuliertem Gelände interagieren.
Frage, die sie beantwortet: Wie sehr verändern Kommunikation, Moral und lokale Entscheidungen den Ausgang?
Lässt aus: Einfache Entscheidungsregeln für jede Einheit erfassen selten das Urteilsvermögen echter Soldaten.
Läuft auf: etwa 1014 FLOPS grob ein Forschungscluster, Minuten pro GefechtslaufSeit: 1997 spätestens 1997, frühe agentenbasierte Gefechtsmodelle für militärische Forschungsinstitute
Militärische Logistik
Treibstoff, Nahrung, Munition, Ersatzteile und Transport, die sich durch ein Einsatzgebiet bewegen.
Frage, die sie beantwortet: Lässt sich die Truppe versorgen, und wo wird es zuerst knapp?
Lässt aus: Reibung, Wetter und Pannen der realen Welt werden nur teilweise abgebildet.
Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob der Server eines Logistikkommandos, Minuten pro SzenarioSeit: 1955 spätestens 1955, frühe Operations-Research-Studien zu militärischen Lieferketten
Abschreckung und Wettrüsten
Rivalisierende Staaten, die als Reaktion aufeinander aufrüsten und abrüsten, als Rückkopplungsgleichungen oder wiederholte Spiele.
Frage, die sie beantwortet: Wann ist ein Wettrüsten stabil, und wann schaukelt es sich auf?
Lässt aus: Setzt rationales, vereinfachtes Staatsverhalten voraus. Echte Politik ist unordentlicher.
Läuft auf: etwa 1011 FLOPS grob ein Desktop-Rechner, Sekunden, um die Gleichungen oder Spiele durchzurechnenSeit: 1939 Lewis Fry Richardsons mathematisches Modell von Rüstungswettläufen
Modelle ziviler Konflikte
Sozialwissenschaftliche Modelle dazu, wie Groll, Legitimität und Polizeiarbeit zusammenwirken und zu Unruhen oder Bürgerkrieg führen.
Frage, die sie beantwortet: Warum bricht an manchen Orten Gewalt aus und an anderen nicht?
Lässt aus: Groll und Legitimität lassen sich schwer quantifizieren, deshalb reagieren die Ergebnisse empfindlich auf Annahmen.
Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob ein Forschungscluster, Minuten pro LaufSeit: 2002 Joshua Epsteins agentenbasierte Modelle ziviler Gewalt
Kriegsspiel-Agenten aus Sprachmodellen
Sprachmodelle spielen Staatsführer in einem rundenbasierten Krisenspiel und wählen diplomatische und militärische Handlungen.
Frage, die sie beantwortet: Wie eskalieren oder deeskalieren Modellagenten in einer simulierten Krise?
Lässt aus: Die Modellentscheidungen hängen von den Prompts ab und entsprechen nicht echten Staatsführern.
Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob Viele Modellaufrufe pro SpielSeit: 2024 Escalation risks from language models in military and diplomatic decision-making (2024) Quelle
Simulation von Schwarmkämpfen
Viele einfache unbemannte Flugzeuge oder Boote greifen mit lokalen Regeln an oder verteidigen, und die Simulation testet, wie sich ein Schwarm gegen ein geschütztes Ziel schlägt.
Frage, die sie beantwortet: Kann ein Schwarm ein verteidigtes Ziel überwältigen?
Lässt aus: Kommunikation, Störung und Einsatzregeln sind vereinfacht.
Läuft auf: etwa 109 FLOPS grob Tausende Agenten auf einer Workstation.Seit: 2002 Lin und Kollegen, Simulation eines Schwarms unbemannter Kampfflugzeuge. Quelle
Epidemien durch Computerviren und Schadsoftware
Computer sind Knoten, die ihre Nachbarn mit einem Programm anstecken, mit Antiviren-Heilung, sodass die Ausbreitung Epidemiemodellen folgt.
Frage, die sie beantwortet: Wie schnell verbreitet sich Schadsoftware, und welche Patch-Rate stoppt sie?
Lässt aus: Die Anpassung der Angreifer und reale Netztopologien sind vereinfacht.
Läuft auf: etwa 105 FLOPS grob Epidemiegleichungen oder Netzwerksimulationen auf einem Laptop.Seit: 1991 Kephart und White, epidemiologische Modelle von Computerviren mit gerichteten Graphen. Quelle
Planung der Drift bei Suche und Rettung
Tausende mögliche Driftwege eines verlorenen Objekts oder einer Person werden mit Strömungen und Winden simuliert, um zu finden, wo man suchen soll.
Frage, die sie beantwortet: Wo ist der wahrscheinlichste Ort, um zuerst zu suchen?
Lässt aus: Strömungen und Wind sind unsicher, und das Objekt kann sich anders verhalten als im Modell.
Läuft auf: etwa 108 FLOPS grob Monte-Carlo-Drift vieler Teilchen auf einer Workstation.Seit: 1980 Richardson und Discenza, das computergestützte Suchplanungssystem der Küstenwache. Quelle
Suchtheorie der U-Boot-Jagd
Die Wahrscheinlichkeit, ein verstecktes U-Boot zu finden, wird aus den Wegen der Suchenden, der Geschwindigkeit des Ziels und der Reichweite berechnet, in der es erkannt werden kann.
Frage, die sie beantwortet: Wo und wie sollten Schiffe und Flugzeuge suchen, um ein U-Boot am schnellsten zu finden?
Lässt aus: Die Ortungsreichweite hängt von Ozeanbedingungen und Lärm ab, die nicht gut bekannt sind, und das Ziel kann ausweichen.
Läuft auf: etwa 106 FLOPS grob Sekunden bis Minuten auf einem Laptop.Seit: 1956 Koopmans Theorie der Suche, kinematische Grundlagen, in Operations Research. Quelle
Militärische Flug- und Einsatzsimulatoren
Vernetzte Cockpits, in denen Besatzungen gemeinsam Einsätze gegen computergenerierte Gegner fliegen.
Frage, die sie beantwortet: Können die Besatzungen unter Druck in einer Mission zusammenarbeiten, die zu teuer oder riskant ist, um sie real zu proben?
Lässt aus: Computergenerierte Gegner kämpfen vorhersehbar im Vergleich zu echten.
Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob Vernetzte Simulatorcomputer, in EchtzeitSeit: 1985 spätestens 1985, SIMNET, ein DARPA-Programm, das Kampfsimulatoren vernetzt
Fahrzeug- und Besatzungstrainer
Nachbauten von Panzertürmen, Operationszentralen von Schiffen, U-Boot-Zentralen und Hubschrauberkanzeln.
Frage, die sie beantwortet: Kennt jedes Besatzungsmitglied seine Rolle, wenn Störungen auftreten?
Lässt aus: Beengte Attrappen können echte Fahrzeugbewegung und Belastung nicht vollständig nachbilden.
Läuft auf: etwa 1012 FLOPS grob der eigene Computer des Simulators, EchtzeitSeit: 1954 spätestens 1954, frühe Schießtrainer für Besatzungen gepanzerter Fahrzeuge
Vernetzte Trainingsübungen
Echte Einheiten, bemannte Simulatoren und computergenerierte Kräfte, verbunden zu einer gemeinsamen Übung über viele Standorte hinweg.
Frage, die sie beantwortet: Können große Verbände über Teilstreitkräfte und Länder hinweg koordinieren?
Lässt aus: Netzwerkverzögerungen und Vereinfachungen führen dazu, dass sich nicht jede Einheit so verhält, wie sie es live täte.
Läuft auf: etwa 1014 FLOPS grob Viele verbundene Simulator- und Computerknoten, in EchtzeitSeit: 1983 SIMNET, ein Verteidigungsprogramm aus den 1980er-Jahren, das Simulatoren erstmals über ein Netzwerk für gemeinsame Übungen verband
Trainer für Schießfertigkeit und Gewaltanwendung
Bildschirm- und laserbasierte Schießstände mit verzweigten Szenarien, genutzt von Streitkräften und Polizei, einschließlich Übung in Deeskalation.
Frage, die sie beantwortet: Trifft die oder der Auszubildende die richtige Entscheidung, auch die, nicht zu schießen?
Lässt aus: Schauspieler auf dem Bildschirm reagieren nach Drehbuch, nicht mit der Unberechenbarkeit eines echten Menschen.
Läuft auf: etwa 1012 FLOPS grob ein Desktop-Rechner mit Projektion und Sensoren, EchtzeitSeit: 1985 spätestens 1985, frühe verzweigte Szenariotrainer für Entscheidungen bei Polizei und Militär
Cyber Ranges
Ganze simulierte Computernetze, in denen Verteidiger üben, Angriffe zu erkennen und zu stoppen.
Frage, die sie beantwortet: Kann das Team ein Eindringen rechtzeitig erkennen und eindämmen?
Lässt aus: Geskriptete Angriffe auf einem Schießstand sind weniger schwer als die eines entschlossenen echten Gegners.
Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob ein Cluster aus virtuellen Maschinen, EchtzeitSeit: 2009 spätestens 2009, frühe eigene Übungsgelände zum Proben von Cyberangriff und -abwehr
Trainer für Kampfsanitäter
Übungspuppen, die bluten, atmen und auf Erste Hilfe auf dem Schlachtfeld reagieren, zum Üben der Traumaversorgung unter simuliertem Beschuss.
Frage, die sie beantwortet: Kann der Sanitäter die Blutung stoppen und den Verletzten unter Druck am Leben halten?
Lässt aus: Echte Angst und Erschöpfung im Kampf lassen sich in einer Trainingsübung schwer nachbilden.
Läuft auf: etwa 1010 FLOPS grob ein eingebetteter Controller in der Puppe, EchtzeitSeit: 1997 spätestens 1997, frühe hochrealistische Traumapuppen für die Ausbildung von Kampfsanitätern
Trainingsumgebungen für autonome Cyberabwehr
Ein simuliertes Netzwerk, in dem lernende Angriffs- und Verteidigungsagenten handeln und bewertet werden.
Frage, die sie beantwortet: Können Agenten lernen, ein Netzwerk gegen einen Angreifer zu verteidigen?
Lässt aus: Netzwerktopologie und Angriffe sind weit einfacher als echte.
Läuft auf: etwa 1011 FLOPS grob Training über viele Episoden mit geringem AufwandSeit: 2021 CybORG: a gym for the development of autonomous cyber agents (2021) Quelle
Simulation von Atomwaffenarsenalen
Seit den Atomtestverboten werden alternde Sprengköpfe bewertet, indem man ihre Physik simuliert, statt sie zu testen. Diese Arbeit hat einige der größten Supercomputer der Welt hervorgebracht.
Frage, die sie beantwortet: Ist das Arsenal ohne Sprengtests noch sicher und zuverlässig?
Lässt aus: Das Simulieren alternder Materialien ohne echte Tests lässt weiterhin einen Teil der Physik unsicher.
Läuft auf: etwa 1018 FLOPS Lehrbuch Einer der größten Supercomputer der Welt, ein großer Teil davon, über WochenSeit: 1995 das US Stockpile Stewardship Program beginnt nach dem Teststopp
Ballistik
Geschosse durch Lauf, Luft und Ziel, als drei getrennte Probleme.
Frage, die sie beantwortet: Wo wird das Geschoss landen, und was geschieht beim Aufprall?
Lässt aus: Wind und Fertigungsstreuung machen einzelne Schüsse weiterhin schwerer vorhersagbar als den Durchschnitt.
Läuft auf: etwa 1012 FLOPS grob ein Desktop-Rechner, Sekunden pro simuliertem SchussSeit: 1945 ENIAC, einer der ersten elektronischen Computer, dessen erste Aufgabe die Berechnung von Artillerie-Schusstafeln war
Schutz vor Explosion und Einschlag
Stoßwellen und Einschläge, die Gebäude, Fahrzeuge und Körperschutz treffen, genutzt, um Schutz zu entwerfen.
Frage, die sie beantwortet: Überleben das Bauwerk und die Menschen darin?
Lässt aus: Feine Details von Bruch und Zersplitterung sind noch immer schwer exakt zu erfassen.
Läuft auf: etwa 1015 FLOPS grob der Cluster einer Universität oder eines Verteidigungslabors, Stunden pro FallSeit: 1961 spätestens 1961, frühe Hydrocodes an nationalen Laboren modellieren Druckwellen
Radar- und Sensorleistung
Radar-, Sonar- und Infrarotsignale, die sich durch die Umgebung ausbreiten und von Zielen zurückgeworfen werden.
Frage, die sie beantwortet: Was kann der Sensor bei diesem Wetter erkennen, und in welcher Entfernung?
Lässt aus: Echtes Wetter und Geländeechos sind schwerer vollständig zu erfassen, als das Modell annimmt.
Läuft auf: etwa 1014 FLOPS grob der Cluster eines Rüstungsunternehmens, Minuten pro SzenarioSeit: 1963 spätestens 1963, frühe Computermodelle der Radarausbreitung und des Clutters
Simulation von Richtenergiewaffen
Ein Laser- oder Hochleistungs-Mikrowellenstrahl, der durch die Luft läuft und ein Ziel erhitzt oder außer Gefecht setzt.
Frage, die sie beantwortet: Wie viel Leistung erreicht das Ziel, und wie lange dauert es, bis sie wirkt?
Lässt aus: Echte atmosphärische Turbulenz und Staub streuen den Strahl unvorhersehbarer, als das Modell annimmt.
Läuft auf: etwa 1014 FLOPS grob der Cluster eines Verteidigungslabors, Stunden pro SzenarioSeit: 1974 spätestens 1974, frühe Strahlausbreitungsmodelle für Hochenergie-Laserwaffen
Simulation von Torpedos und Unterwasserwaffen
Weg, Lenkung und Explosion eines Torpedos oder einer Seemine im Wasser, und das Geräusch, das sie dabei macht.
Frage, die sie beantwortet: Wird es das Ziel finden, erreichen und ausschalten?
Lässt aus: Echtes Meeresrauschen und geschichtete Wassertemperaturen verwirren die Lenkung stärker, als das saubere Modell annimmt.
Läuft auf: etwa 1014 FLOPS grob ein Cluster eines Marineforschungsinstituts, Stunden pro SzenarioSeit: 1960 spätestens 1960, frühe digitale Modelle der Torpedolenkung und Hydrodynamik
Gefahrenwolken durch chemische, biologische und radiologische Stoffe
Die Freisetzung eines gefährlichen Stoffes wird in einem Puff-Modell von Wind und Turbulenz getragen, um Ausbreitungsgebiet und Dosis vorherzusagen.
Frage, die sie beantwortet: Wer ist nach einer Freisetzung betroffen, und wohin sollte er evakuieren?
Lässt aus: Städtisches Gelände und unsichere Windverhältnisse begrenzen die Genauigkeit.
Läuft auf: etwa 109 FLOPS grob Puff-Modelle laufen in Sekunden bis Minuten auf einer Workstation.Seit: 1996 Sykes und Kollegen, SCIPUFF, ein verallgemeinertes Ausbreitungsmodell. Quelle
Klimawirkungen eines Atomkriegs
Klimamodelle, denen der Rauch brennender Städte vorgegeben wird, um die daraus folgende Abkühlung und die Ernteausfälle nachzuzeichnen.
Frage, die sie beantwortet: Wie viele Menschen würde ein Atomkrieg weit entfernt von dem Ort schädigen, an dem er geführt wurde?
Lässt aus: Wie viel Rauch tatsächlich die Stratosphäre erreicht, ist weiterhin umstritten.
Läuft auf: etwa 1016 FLOPS grob ein nationaler Klimamodellierungs-Supercomputer, ein Teil davon für WochenSeit: 1983 die TTAPS-Studie modellierte, wie Rauch brennender Städte das Klima abkühlt
Vertreibung und Flüchtlingsströme
Menschen auf der Flucht vor Konflikten, die Routen und Ziele wählen, genutzt von humanitären Organisationen zur Planung von Hilfe.
Frage, die sie beantwortet: Wohin werden die Menschen gehen, und wo sollte Hilfe bereitstehen?
Lässt aus: Die echten Entscheidungen von Menschen darüber, wohin sie fliehen, sind schwerer vorherzusagen, als das Modell annimmt.
Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob der Server einer Hilfsorganisation, Minuten pro SzenarioSeit: 2015 spätestens 2015, frühe agentenbasierte Modelle sagen Flüchtlingsbewegungen im Krieg voraus
Versorgung von Verletzten und humanitäre Hilfe
Verletzte, medizinische Teams, Nachschub und Evakuierungsrouten nach einem Konflikt oder einer Katastrophe.
Frage, die sie beantwortet: Wie lassen sich mit den verfügbaren Mitteln die meisten Leben retten?
Lässt aus: Setzt voraus, dass Nachschub und Transport wie geplant ankommen, was in der Praxis selten der Fall ist.
Läuft auf: etwa 1012 FLOPS grob der Planungsrechner eines Krankenhauses oder des Militärs, Minuten pro SzenarioSeit: 1996 spätestens 1996, frühe ereignisdiskrete Simulationen von Triage und Evakuierung bei Massenanfall
Planung der Räumung von Landminen und Blindgängern
Vermutete Minenfelder werden kartiert und für die Räumung eingeplant, wobei Sicherheit, Kosten und der Bedarf der Menschen an zurückgewonnenem Land abgewogen werden.
Frage, die sie beantwortet: Welche Felder sollten zuerst geräumt werden, und wie lange wird es dauern?
Lässt aus: Echte Aufzeichnungen darüber, wo Minen gelegt wurden, sind oft unvollständig oder falsch.
Läuft auf: etwa 1010 FLOPS grob der Laptop einer humanitären Minenräumorganisation, Minuten pro SzenarioSeit: 1994 spätestens 1994, frühe Planungsmodelle für die humanitäre Minenräumung
Modellierung von Kriegswirtschaft und Wiederaufbau
Die Wirtschaft eines Landes nach einem Konflikt: zerstörte Infrastruktur, verlorene Arbeitskräfte sowie die Hilfe und Investitionen, die für den Wiederaufbau nötig sind.
Frage, die sie beantwortet: Wie lange wird der Wiederaufbau dauern, und wohin sollte das Geld für den Wiederaufbau zuerst fließen?
Lässt aus: Der echte Wiederaufbau hängt von politischer Stabilität ab, die das Wirtschaftsmodell nicht vorhersehen kann.
Läuft auf: etwa 1011 FLOPS grob der Desktop-Rechner einer Entwicklungsagentur, Minuten pro SzenarioSeit: 1993 spätestens 1993, frühe Wirtschaftsmodelle des Wiederaufbaus nach Konflikten
Modellierung von Sanktionen und Wirtschaftskrieg
Handel, Währung und Versorgung eines blockierten oder mit Sanktionen belegten Landes: Wie stark baut sich wirtschaftlicher Druck auf, und wen trifft er tatsächlich?
Frage, die sie beantwortet: Wie viel wirtschaftlichen Schmerz werden diese Sanktionen verursachen, und wie lange kann das Ziel durchhalten?
Lässt aus: Echte Sanktionen versickern durch Schmuggel und Drittländer stärker, als das saubere Modell annimmt.
Läuft auf: etwa 1011 FLOPS grob der Desktop-Rechner eines Forschungsinstituts, Minuten pro SzenarioSeit: 1985 spätestens 1985, frühe Wirtschaftsmodelle von Handelssanktionen und Blockaden
Modelle für die Reaktion auf biologische Angriffe
Wie sich eine Krankheit nach einer absichtlichen Freisetzung ausbreitet, mit Impfung, Isolation und Krankenhauskapazität, damit sich Einsatzpläne vergleichen lassen.
Frage, die sie beantwortet: Ist nach einer Freisetzung Massenimpfung oder gezielte Kontaktverfolgung besser?
Lässt aus: Setzt die Eigenschaften des Erregers und die Verzögerung bis zur Entdeckung voraus.
Läuft auf: etwa 107 FLOPS grob Epidemiesimulationen auf einem Laptop.Seit: 2002 Kaplan, Craft und Wein, Notfallreaktion auf einen Pockenangriff: das Argument für Massenimpfung. Quelle