在 2018 年范堡羅航展上,隨著首個全尺寸概念模型的亮相,"未來戰斗航空系統"(FCAS)計劃正蓄勢待發。在經歷了復雜的啟動過程(主要是由于意大利的承諾有限)之后,這個旨在提供第六代飛機和相關 "系統簇"的項目在日本的參與下于 2022 年走向國際,目前正按計劃順利進行。
在 DSEI 2019 防務展上,意大利和英國簽署了在 FCAS 領域開展合作的意向聲明,隨后在 2020 年簽署了包括瑞典在內的諒解備忘錄(MoU)。因此,羅馬和斯德哥爾摩決定加入倫敦的努力,開發一個 "國際航空項目",旨在從 2040 年起取代歐洲戰斗機 "臺風"。英國已經在推進第六代戰斗機的國家計劃,該戰斗機在英國被命名為 "暴風雨",將成為 FCAS 系統的核心。
倫敦從一開始就表明了其在財政和工業方面的承諾,并隨著時間的推移劃撥了大量資金。2023 年 4 月,倫敦承諾向 BAE 系統公司提供超過 7.6 億歐元的資金,這是英國防部宣布的 "下一代戰斗機概念和技術 "延期合同的一部分。這是在 2021 年英國防指揮文件中宣布的更廣泛投資的一部分,包括 2025 年 5 月之前承諾的 20 多億歐元資金。
圖:GCAP 戰斗機信息共享能力效果圖。資料來源:萊昂納多
該計劃在最初階段進展緩慢,主要原因是合作伙伴的資金參與度較低。瑞典于 2019 年 7 月簽署了 FCAS 計劃,但未被正式納入 "暴風雪 "計劃。2020 年 7 月,薩伯公司獲得了一份關于未來戰斗機技術發展的預備性研究合同。然而,瑞典政府將 2025 年設定為制定未來戰斗航空計劃的最后期限,因此瑞典對 FCAS 計劃的參與處于 "休眠狀態",薩博公司總裁兼首席執行官米克爾-約翰松(Micael Johansson)在 2022 年 8 月如是說。
關于意大利,2020-2022 年國防政策文件(DPP)沒有為 "暴風雪"計劃分配任何資金,但為 "臺風 "戰斗機向 "暴風雪"戰斗機的過渡分配了資金。然而,2021 年情況略有變化,意大利公開確認了對該計劃的財政承諾。2021-2023 年的國防計劃每年為該計劃撥款 2 000 萬歐元,2024-2026 年期間可能增至每年 3 000 萬歐元。關于研發資金,羅馬首先承諾在 15 年內提供 20 億歐元的資金。2022 年底,這一數額被上調至近 40 億歐元,這一數字表明最終的研發預算可能會上調。
2022 年 12 月 9 日是全球空中作戰計劃(GCAP)啟動的重要里程碑。通過這種平等的伙伴關系,日本將其 F-X 計劃的要求和時間表與英國和意大利的騰飛計劃保持一致。在啟動儀式后的聯合聲明中,三位首相強調了分攤人民和技術投資成本的好處,這將使參與者能夠支持其主權能力。英國首相蘇納克強調,GCAP 將使英國 "始終處于國防技術進步的前沿--超越和操縱那些試圖傷害我們的人"。
合作方將 2035 年定為正式服役的關鍵日期。在 2023 年日本 DSEI 會議上,英國國防大臣華萊士指出,應在 2025 年之前共享所有設計,從而啟動 GCAP 的研發工作。研發階段預計耗資 60 億歐元,戰斗機的首飛計劃于 2029 年進行。
GCAP 在英國被稱為 "暴風雪 ",但在意大利和日本仍未命名,它將是一種有人/可選有人駕駛的第六代戰斗機。對于英國和意大利來說,它仍將是 FCAS 技術系統的核心,這與第五代戰機所采用的方法如出一轍。最先進的 F-35 比其前輩飛得更遠,其顯著特點,即完全融合的傳感器信息,將飛行員轉變為一個統一的決策者,專注于有限但重要的決策。飛行員接收的是來自戰場的綜合情報,而不是需要匯總和分析的粗略信息,因此他們可以在系統自動提出的方案中選擇最佳方案。多功能高級數據鏈允許與參與任務的其他平臺共享數據,如現代和傳統的攻擊機、空中和地面平臺。
圖:GCAP 戰斗機性能示意圖。資料來源:萊昂納多
該戰斗機可能會采用最初的 "暴風雪 "計劃所概述的大部分功能,即
萊昂納多、BAE 系統公司和三菱重工(MHI)將作為 "首席系統集成商 "開展工作。這意味著它們將監督所有的機身開發,并分別在意大利、日本和英國領導該項目。
在 2023 年 3 月舉行的日本 DSEI 展覽會上,GCAP 計劃占據了中心位置。在政府方面,三國國防部長舉行了一次會議,重申了他們的承諾。在接下來的兩年里,英國、意大利和日本政府將集中精力確定費用分擔安排,并建立該計劃的管理機構。預計到 2025 年,GCAP 將在一個獨特的聯合實體和共同的資金流下進入全面發展階段。
展會期間,萊昂納多(英國)公司、ELT公司(前身為Elettronica公司)和三菱電機公司簽署了為 "暴風雪 "號開發綜合傳感和非動能效應(ISANKE)及綜合通信系統(ICS)套件的合作協議。有了這些先進的機載電子設備,GCAP 核心平臺將能夠快速管理大量數據。官方新聞稿稱,通過為機組人員提供更多信息和先進的自我保護能力,該系統將實現 "第六代戰術感知"。ICS 系統集成了包括空間和網絡在內的所有作戰領域,將使 ISANKE 能夠作為一個網絡在有人和無人飛機編隊中運行。
在展覽期間,三菱電機防務系統部高級總經理 Masahiko Arai 表示,ISANKE & ICS 將占 GCAP 預算的 25%,但卻能提供該解決方案 50%以上的整體能力。這一比例與傳統飛機相比有很大不同,傳統飛機的電子設備通常占成本和性能的 10-15%。
圖:2019 年巴黎航展上亮相的 SCAF 戰斗機模型。該計劃由法國、德國和西班牙共同開發。它似乎還將與 GCAP 在歐洲層面展開競爭。圖片來源:Giulia Tilenni
勞斯萊斯、IHI 和 Avio Aero 同意匯集各自的專業知識,推進未來發動機的設計、制造和測試。事實上,該計劃是對 IHI 和羅爾斯-羅伊斯公司之間現有合作的改造,這兩家公司自 2013 年以來一直在共享國防設備和技術。2021 年,羅爾斯-羅伊斯公司宣布英國政府已在規劃、數字設計和制造開發方面投資 3500 萬歐元。
2023 年 5 月,BAE 系統公司在倫敦舉行的 "未來空天作戰能力峰會 "上發布了最新版的 GCAP 增強現實駕駛艙概念。最新版本的增強現實(AR)地圖可以從二維視角切換到三維視角。當時,該公司解釋說,駕駛艙將為每個人提供個性化服務,包括生物識別、眼球跟蹤和壓力監測,以感知飛行員是否不堪重負。
2023 年 7 月 14 日,BAE 系統公司在社交媒體上發布了最新消息,介紹了該計劃在英國方面取得的主要進展。來自該公司、羅爾斯-羅伊斯公司和英國皇家空軍的試飛員已經在定制的模擬器上飛行了150個小時,為飛行試驗提供證據支持。BAE 的工程師已經開發了安全關鍵系統軟件,從而能夠在模擬器飛行期間對飛行控制系統進行快速評估。這樣就可以收集到噴氣機在復雜機動中的操控和性能的關鍵數據。空氣動力發動機測試以及與馬丁-貝克公司合作進行的彈射座椅試驗也在進行之中。
合作伙伴公司正在廣泛開展工作,在保證期限和計劃目標不變的情況下最大限度地增加投資。考慮到項目的復雜性,這種平衡是很困難的,但由于工作環境的深刻轉變和新的管理方法,這種平衡最終可能得以實現。
在英國皇家聯合軍種研究所(RUSI)于2023年1月組織的一次活動中,英國國防部未來戰斗航空總監理查德-伯頓(Richard Burton)重申,合作伙伴們正在汲取以往多國合作項目的經驗教訓,如洛克希德-馬丁公司的F-35 "閃電II "聯合攻擊戰斗機項目和歐洲戰斗機聯盟(Eurofighter consortium)。例如,北約歐洲戰斗機和 "龍卷風 "管理機構(NETMA)的參與減緩了歐洲戰斗機的研發速度,降低了計劃的靈活性。由于北約歐洲戰斗機和 "龍卷風 "管理機構的能力不足以自主管理該計劃,因此由公司和伙伴國接管,但仍需要北約歐洲戰斗機和 "龍卷風 "管理機構來驗證不同的步驟。
為了按計劃進行,GCAP 的合作伙伴正在尋求在政府和行業之間建立深層次的協同關系,為定于 2025 年簽訂的開發合同提供一個完全聯合的國際基礎。
據英國 BAE 系統公司 FCAS 總經理赫爾曼-克萊森(Herman Claesen)介紹,這種結構可能會采取合資企業的形式,并有能力代表相關的三國政府行事。這意味著,一旦任何一個政府和工業合作伙伴共同確定了要求和優先事項,工業合作伙伴將在計劃的技術方面擁有一定的 "行動自由 "和 "修改自由"。
GCAP 不僅將按照新的結構進行管理,還將遵循創新產品設計周期。2020 年,BAE 系統公司 FCAS 總監邁克爾-克里斯蒂說,相關利益方并不急于鎖定設計或試飛驗證機。相反,重點更在于通過基于模型的系統工程和設計來開發相關技術和能力。
利用各種規模的公司、研究中心、大學和初創企業的專有技術,開發工作將嘗試采用最具創新性的方法,如使用 "數字雙胞胎 "或 "共同工作環境"。得益于數字化設計和基于模型的系統工程,"數字雙胞胎 "將使測試變得更快、更便宜。據估計,與傳統項目相比,"數字孿生 "目前可節省 50-70% 的時間和 25-35% 的成本。共同工作環境 "目前正在三個萊昂納多工廠(兩個在意大利,一個在英國)進行測試,這意味著大大減少了數據分析所需的時間。一旦全面投入使用,該系統將簡化不同專家之間的協作,即使在不同的時區工作。
意大利國防部與米蘭理工大學、意大利國家航空航天、國防和安全公司組織(AIAD)、萊昂納多公司、Avio Aero 公司、Elettronica 公司和 MBDA 公司合作推出的 GCAP 加速計劃是如何加快該計劃發展的另一個例子。該倡議采用開放式創新方法,發起了 40 多次技術探索呼吁,為 GCAP 方案的各個組成部分提出解決方案。
協作是 "系統簇"的一個重要特征,因此效應器在該計劃的架構中發揮著重要作用。因此,許多國家都在努力開發所謂的 "忠誠僚機"(也稱為 "遠程運載工具"),以集成到有人-無人協同項目中。這些跨音速無人駕駛飛行器(UAV)旨在為作戰飛機提供更強的能力、保護、生存能力和信息,這主要歸功于人工智能(AI)。為此,無人機應能自主(單獨或成群)執行一系列偵察或壓制敵方防空(SEAD)任務,或為有人駕駛飛機發揮輔助作用。
自 2015 年以來,英國一直致力于開發 "忠誠的僚機",實施了 "負擔得起的輕型新型戰斗機(LANCA)"計劃。2019年啟動的 "蚊子 "項目旨在開發一種能夠為有人駕駛戰斗機提供 "附加能力 "的無人機技術驗證機。然而,英國皇家空軍快速能力辦公室(RCO)宣布,該項目將于 2022 年 6 月 "在設計階段之后 "結束。皇家空軍快速能力辦公室和國防科學與技術實驗室(Dstl)傾向于探索更小、成本更低的 "附加 "能力。
在撰寫本報告時,尚未提供有關 GCAP 效應器的詳細信息,日本也未確定哪家公司將與 MBDA 英國公司和 MBDA 意大利公司合作開展這部分計劃。不過,考慮到有關效應器的合同已授予 MBDA 法國公司和 MBDA 德國公司,這可能是法國、德國和西班牙開發的未來空戰系統(SCAF)計劃的一個共同領域。這兩家公司目前正在開發一種消耗性遙控載具(ERC),作為 SCAF 計劃 1B 階段的一部分。
在2023年巴黎航展期間,MBDA公司的SCAF項目經理Grégoire Faron向記者解釋說,該公司正在集中精力開發一種全尺寸驗證型ERC,它采用緊湊的模塊化設計,擁有非常大的亞音速工作包絡線,并配備了數據鏈和協作功能。該飛行器可能長約 4 米,重 400 千克,續航時間為 1 小時。
在被問及 GCAP 和 SCAF 計劃之間可能存在的共同點時,MBDA 的代表確認,從工業角度來看,這一方案是可行的
據長本-華萊士(Ben Wallace)稱,GCAP 計劃將 "連接 "歐洲和太平洋地區,帶來新的技術和出口機會,預計將持續數十年。
事實上,參與該計劃的公司正在利用該計劃作為開發多種技術和開發流程的試驗平臺。這將使他們能夠提高各自在國防領域的專業技能,并對全球知識和工作流程的優化產生有趣的溢出效應,從而使三個國家的數百家公司受益。僅就英國而言,整個計劃涉及近 600 個組織和 2,800 人,"暴風雪"團隊(英國 BAE 系統公司、萊昂納多英國公司、MBDA 英國公司和勞斯萊斯公司)正致力于成熟約 60 項技術演示、數字概念和新技術。
GCAP 也是一項巨大的技術挑戰:這是合作伙伴公司首次合作開發第六代戰斗機,也是飛機系統的一部分。歐洲公司和日本公司都沒有研制過第五代戰斗機。然而,英國、意大利和日本都熟悉 F-35 戰斗機以及這種戰斗機為戰場帶來的新方法。與法國和德國相比,這可能會給它們帶來競爭優勢,前者使用的是第四代戰斗機的升級版,而后者則應在 2028 年達到 F-35 的初始作戰能力(IOC)。
無人地面系統(UGS)的軍事試驗正在迅速展開。拆彈機器人已在武裝部隊服役數十年。現在,具有更強能力和自主性的系統正在開發和測試中。
其潛在用途包括運載貨物、傷員后送、偵察、化學智能體探測、通信和火力支援。然而,理想用途與現有技術能力之間存在巨大差距。將系統運送到使用地點、到達目的地后的實際用途以及機器與士兵的互動等問題經常未得到充分研究,但這些問題對于如何將 UGS 納入陸軍并提供真正的作戰優勢至關重要。UGS 的技術局限性必須反映在如何在陸軍中組織任務上。必須適當考慮 UGS 在戰場上的移動方式,因為這往往不是靠它們自己的動力。維護和修理 UGS 需要新的培訓課程以及與工業合作伙伴的密切關系。
可以得出的主要結論是,UGS 將需要人類的大力支持。此外,還必須考慮和管理操作人員的認知負擔。系統移動速度緩慢,在復雜地形中導航困難,這意味著它們不適合執行某些已提出的任務,如在復雜地形中的徒步近戰。重要的是讓盡可能多的士兵參與實驗,并讓他們盡早和經常接觸 UGS。要做到這一點,可以在士兵人數最多的地方(如射擊場和演習場)使用 UGS,并進行模擬。此外,初始培訓應包括對新兵的 UGS 教育和演示。這將有助于建立對這些系統的熟悉、好感和信任。
人機小組的潛力巨大,但炒作不應掩蓋 UGS 的局限性和將新技術融入現有結構的難度。
1.作用和管理:由于目前的技術限制,在有使用紅利的情況下,應在后方地區使用 UGS。將較大型的 UGS 視為可以競標獲得支持的飛機,這樣就可以對供需進行管理,并避免 UGS 成為低空編隊的負擔。
2.部隊設計:現在就需要在部隊規劃中考慮到 UGS 對工程師和輔助人員(隱形尾巴)的額外需求。事實上,管理 UGS 可能需要更多士兵。
3.后勤負擔:必須對 UGS 的運輸和儲存以及電池管理進行詳細規劃,不能簡單地將其添加到現有任務中,否則會進一步消耗稀缺資源。這將確保新技術對整個部隊的影響得到充分考慮。
4.教育:與 UGS 有關的教育和培訓應在實驗進行時立即開展,而不是等到系統正式投入使用時才進行。基本培訓應包括有關 UGS 的教育,哪怕是最基本的形式,以便開始建立信任和熟悉感,為大規模整合 UGS 提供便利。
5.試驗:應將 UGS 試驗納入那些有大量士兵的地區,如射擊場。此外,應確保決策者和進行試驗的人員了解 UGS 試驗和活動的整體情況,并確保領導者在項目的整個生命周期中保持參與,而不是在開始和結束時。明確整個生態系統的所有權是至關重要的,同時鼓勵自下而上的參與將創建一個準備好充分利用用戶信 息系統的用戶群。
設想中的未來戰斗航空系統(FCAS)中的 "暴風雪"計劃具有多重的重要性,涉及到英國的軍事能力、先進技術的發展、作戰的獨立性、國際地位和關系、經濟繁榮和長期國防工業能力。在該計劃宣布四年后,本文將評估 "暴風雪"計劃在五個方面的進展:能力要求;技術;政府與工業界的關系;國際伙伴關系;以及成本控制和數字化。
五個核心進展領域中的第一個領域涉及產生審慎和相關的要求,這些要求與可用的資金、時間和技術相匹配,同時考慮到潛在對手的能力、威懾的需求以及任何潛在的未來沖突的規模和持續時間。
第二個領域的重點是需要在飛機的動力和推進系統、航空電子設備、傳感器和數據系統以及導彈和其他效應器方面實現技術進步。從本質上講,這需要開展去風險活動,以控制這種性質的項目所固有的技術風險--以及培訓和雇用一批合格的數字技術工人。
第三,根據以往項目的經驗教訓,政府已經選擇了利用與英國私營部門的高度合作關系來開展暴風雨計劃。四家關鍵的主導公司(BAE系統公司、勞斯萊斯公司、萊昂納多英國公司和MBDA導彈系統公司)在早期階段就被確定下來,此后有超過580家其他英國公司和學術機構加入到與暴風雨團隊合作伙伴合作的更廣泛的供應鏈中。如果這些實體之間能夠保持開放、透明和誠實的關系以及對風險的共同認識,項目的前景將保持積極。這種開放性顯然需要與嚴密的安全系統相協調,以保護該項目免受外部威脅。
第四,由于這從來就不是一個單純的英國項目,與其他國家政府的合作關系將是至關重要的,意大利、日本和瑞典與該計劃的聯系正在不斷發展。本文件對2022年秋季的發展和狀況進行了總結。
最后,"暴風雨 "的成功交付將需要打破作戰飛機實際成本大幅代際增長的趨勢(這也是其他主要軍事平臺的一個趨勢)。英國有雄心壯志,至少要使這一成本增長曲線趨于平緩,并強調了項目交付速度的重要性。成功實現這一愿望的核心是一個現實的、去風險的需求設置,以及數字工程和有時被稱為工業4.0的廣泛運用。這也意味著國防部自己的安全和數字驗證機構的運作方式將發生重大變化。
歐洲兩個國家集團正在努力開發未來戰斗航空系統計劃。由英國領導的計劃比法德兩國的計劃進展更快,但兩者的完成仍然遙遙無期,因此已經提出了合并的期望。
在過去的五年中,六個歐洲國家決定加入下一代戰斗機競賽,并致力于未來戰斗航空系統(FCAS)的研究。一方面,英國、意大利和瑞典,正在開發一個名為TEMPEST的系統,其核心是開發TEMPEST戰斗機。另一方面,德國和法國,加上西班牙,已經承諾開發一個未來戰斗航空系統/未來戰斗系統(FCAS/SCAF),包括新一代戰斗機(NGF)。這兩個方案將在同一時間框架內開發,但它們的技術特點,特別是它們的地位,并不在同一個方向上。
在2018年范堡羅航展上公布了全尺寸概念模型后,英國、意大利和瑞典在2020年12月簽署了一份開發下一代戰斗機的諒解備忘錄。該文件概述了研發方面的合作,并建立了價值60億歐元的、平等共享的方案概念化。它還計劃在2021年啟動概念和評估階段,然后從2025年開始進入全面開發階段。作為該計劃核心的TEMPEST戰斗機預計將在2035年達到初始運行能力(IOC)。
2021年7月,英國國防部長與所謂的TEMPEST團隊簽署了一份2.5億英鎊(2.95億歐元)的合同,該團隊由英國BAE系統公司和勞斯萊斯公司領導,萊昂納多英國公司和MBDA英國公司參與。這標志著概念和評估階段的如期啟動,主要側重于相關傳感器融合的開發。這個想法是為TEMPEST提供能力,作為在同一系統內運行的其他資產飛行C2節點,類似于洛克希德-馬丁公司F-35戰斗機的情況。
正如英國官員在2019年DSEI會議期間所確認的那樣,將考慮從后者和以前的開發計劃中吸取的經驗教訓。在2021年倫敦的DSEI展會上,TEMPEST戰斗機的模型和兩架應該一起編隊飛行的無人機模型被揭開。在當時的演講中,英國專家重申,參與公司并不急于飛出一架演示機或鎖定設計。相反,該團隊更傾向于通過基于模型的系統工程和設計,專注于開發相關技術和能力。在那次會議上,英國皇家空軍未來作戰航空計劃主任喬尼-莫爾頓空軍準將肯定了 "數字工程革命 "將有助于 "打破 "一個新計劃的構思、開發和建造通常需要四十年的周期,從而有助于將開發周期減少到十到十五年。為了最大限度地提高計劃的效率,TEMPEST團隊還將研究如何對計劃進行 "未來驗證"。這個想法是為了解決通常影響復雜和長期發展計劃的主要問題之一:事實上,運行要求通常是在早期階段確定的,這意味著飛機在投入使用時最終可能已經過時。
通過提高數字技術的作用,TEMPEST的合作伙伴尋求在管理成本和遵守期限的同時,將雄心勃勃的實驗系統納入其中。萊昂納多英國公司將負責TEMPEST的多功能無線電頻率系統(MFRFS)數據收集協議,據該公司稱,預計 "在1/10大小的封裝中,其精確度是現有傳感器的四倍"。MFRFS的機載處理器套件將允許過濾在戰場上收集的信息以生成其動態圖像。這家意大利公司的英國分公司將負責利用和重新包裝商業技術,如5G網絡,以減少傳感器的尺寸和重量以及為其供電所需的能源。
TEMPEST團隊還負責開發 "可穿戴駕駛艙 "界面,在人工智能(AI)功能網絡的支持下,用增強現實顯示取代模擬和數字輸入。
勞斯萊斯正在開發 "綜合動力系統"(IPS),這是一個混合系統,將結合燃氣輪機和機載電力系統。IPS將作為傳感器、航空電子設備和定向能武器的 "飛行發電站"。該發動機打算產生10倍于歐洲戰斗機TYPHOON的電力。AI模擬器工具將被用來設計熱流和熱點。據該公司稱,使用人工智能、模擬器和硬件測試可能有助于減少50%的開發時間。
預計在武器裝備上也會出現非正統的技術,除了高超音速導彈外,可能還包括定向能武器。據報道,Alvina項目也取得了進展,該項目側重于定義小型無人機群的部署方案,以及Intrepid Mind Robotics公司的模塊化MOSQUITO機身,允許在10分鐘內將五個不同的機翼形狀與機身互換。
2021年,提交給英國議會的一份指揮文件重申,TEMPEST戰斗機將是未來幾十年的主要采購計劃之一。一方面,它將使該國能夠利用其工業基礎來開發一個以英國為中心的系統。另一方面,它將有助于基地的現代化,因為顛覆性技術的使用將在降低成本的同時提高生產速度。根據PWC的報告,該計劃將對英國經濟產生重大影響,在2021-2050年期間,包括合作伙伴和供應鏈在內,將貢獻262億英鎊(308億歐元),并將達到1000億英鎊(1180億歐元)。此外,該計劃應該每年支持約21,000名員工。
到目前為止,英國幾乎完全資助了這個聯合計劃的最初階段。意大利2021-2023年的多年期國防規劃文件(Documento Programmatico Pluriennale della Difesa)根據2018年的諒解備忘錄,將20億歐元用于該計劃的研發。然而,該金額被分配到未來15年,只有6000萬歐元將在未來三年投資,最大的分期付款計劃從2027年開始。
關于瑞典,薩博公司作為主要承包商,在2020年建立了一個研究相關技術的卓越中心,并在最近簽約進行有關發展和實現未來空中作戰能力的預備性研究。然而,6月1日與瑞典國防物資管理局(FMV)簽署的2.5億瑞典克朗(2400萬歐元)的交易,不僅是為了使與英國和意大利的合作計劃受益,而且也使本國生產的GRIPEN戰斗機受益。事實上,斯德哥爾摩還沒有承諾參與TEMPEST戰斗機的開發。
考慮到這一切,英國可能被迫重新組織其采購優先權,特別是關于F-35計劃。作為唯一的一級合作伙伴,倫敦最初預計將購買138架戰斗機,但到目前為止只訂購了48架。預計國防部將下達更多的訂單,但這可能仍然超出預期的數量。
雖然英國在TEMPEST計劃的開發上進展順利并按期完成,但FCAS計劃卻落后了,主要原因是主要工業伙伴之間的分歧。
2017年,法國和德國,后來西班牙也加入進來,就合作開發未來戰斗航空系統(FCAS)達成一致,預計在2026年推出第一批技術驗證機,然后推遲到2027年,在2040年的時間框架內進行最終調試。柏林和巴黎在2019年2月簽署了為期兩年、價值6500萬歐元的聯合概念研究,西班牙在幾個月后正式加入該計劃。然而,由于法國和德國之間政治優先事項的分歧,為期18個月、價值1.55億歐元的示范機階段1A的啟動,對新一代戰斗機(NGF)的發展至關重要,是FCAS系統的核心,比計劃晚一年,即2021年4月。為了保持2027年作為第一批演示機的最后期限,伙伴國需要迅速找到關于演示機階段1B的協議,以在前一階段的基礎上,標志著西班牙在該計劃中的正式亮相。
法國、德國和西班牙之間的政府間談判于2021年5月結束,當時各國同意為第1B階段各認捐12億歐元,持續到2024年。他們同意繼續合作并啟動第二階段,投資高達86億歐元(甚至更多),直到2027年,屆時預計將有一個示范機準備就緒。然而,相關公司和法國軍備總局(Direction générale de l'armement, DGA)為概述該階段的條件和詳細的資金計劃而需要簽訂的合同還沒有簽署,從而使整個計劃的完成面臨風險。
正如ESD第06/2022期所廣泛分析的那樣,知識產權的管理是有關1A階段的辯論的核心。德國要求法國獲得所有共同資助的研究,因為由于西班牙加入該計劃,空客的參與度增加,但達索航空公司拒絕分享在開發其他計劃,如RAFALE中獲得的技術。為完成合作項目而必須共享的所有知識產權的全面清單使分歧得以克服并啟動了該階段。基于類似的理由,工作流程份額是造成第一階段僵局的主要原因,在撰寫本報告時仍在進行。據報道,空中客車公司正在阻止這一階段合同的最終簽署,因為它尋求在戰斗機的開發中與達索公司發揮同等作用,而不在其他技術支柱方面做出讓步。需要提醒的是,整個FCAS計劃包括七個技術支柱。
根據 "最佳運動員 "原則,每一項都將由三個主要承包商中的一個領導。NGF的開發最初被分配給達索航空公司,空客防務和空間公司是主要合作伙伴。這家德國公司領導遠程載具、戰斗云和隱形支柱。西班牙英德拉公司是傳感器系統的牽頭公司,而歐洲軍用發動機團隊(EUMET,法國賽峰公司和德國MTU公司各占一半的合資公司)負責發動機,與西班牙ITP航空公司合作,后者是勞斯萊斯集團擁有的企業實體。
由于不同支柱的合同部分重疊,整個計劃受到了延誤,真正的進展可能只在發動機上得到體現。去年1月,DGA宣布,從目前為RAFALE戰斗機提供動力的斯奈克瑪/SafranM88發動機的原型機已經成功測試,這要歸功于熱敏涂料Thermocolor,它可以測量由于顏色變化而產生的溫度。該原型機將在幾個月內通過 "耐久性 "測試。
2021年11月,意大利空軍參謀長Luca Goretti將軍說,TEMPEST和FCAS項目最終可能合并。事實上,這兩個項目有著相似的預期交付時間框架(2035年至2040年之間),并且都受到F-35的系統理念的啟發。在接下來的段落中,將嘗試評估哪些政治、軍事和工業方面的考慮可能會證明(或不證明)這兩個計劃的合并。
作為F-35項目的一級和二級合作伙伴,英國和意大利是在工業和 "哲學 "方面獲得第五代戰斗機最相關經驗的歐洲國家之一。英國公司負責建造或開發每架戰斗機的大約10%至15%的部件。例如,BAE系統與洛克希德-馬丁公司合作開發最新的軟件更新。作為美國和英國在該計劃上緊密合作的一部分,英國的工程師和試飛員從一開始就參與了聯合打擊戰斗機計劃。例如,英國和美國的飛行員在2001年一起驗證了第一架原型機。意大利和英國的F-35戰斗機都在2018年達到了陸地IOC,英國的F-35戰斗機在2020年達到了海上IOC。然而,僅僅這些技術訣竅不足以從頭開始開發下一代戰斗機,但卻讓兩國對飛行第五代戰斗機給戰場帶來的好處有了更實際的了解。事實上,與下一代戰斗機作戰的附加值超出了其顯著的技術能力,如先進的隱身性和卓越的機動性。傳感器融合是下一代戰斗機計劃中最關鍵的特征之一,而英國將是擁有最相關的第一手經驗的國家,其次是意大利。
隨著西方國家的國防開支在幾十年的資金不足后再次增加,一些武裝部隊將需要使其庫存現代化并購買新的武器系統。一些歐洲國家已經在F-35(芬蘭、瑞士、比利時、波蘭、丹麥、挪威和荷蘭)和RAFALE(克羅地亞和希臘)之間做出選擇,但歐洲內部和外部的出口機會比過去更加重要。通過減少歐洲航空航天領域最重要的公司之間的競爭,兩個計劃的合并可能有助于最大限度地發揮這個機會窗口的積極成果。意大利公司Leonardo收購了德國Hensoldt公司25.1%的股份,這可能是減少競爭的一個有趣的驅動力,因為這將增加這兩個項目的雷達系統的共同性。
合并還將增加參與者之間的防務合作,法國和英國可能是將受益最大的國家。自2010年簽署《蘭開斯特宮廷條約》以來,巴黎和倫敦承諾在許多領域加強合作,包括高價值的復雜武器。考慮到所取得的積極成果,特別是在武裝部隊的互操作性方面,這兩個伙伴在2018年桑德赫斯特峰會上重申了他們推進合作的意愿。他們同意繼續共同努力開發未來巡航/反艦武器(FC/ASW),一方面旨在取代法國SCALP和英國STORM SHADOW機載巡航導彈,另一方面旨在取代EXOCET和HARPOON海上導彈。
他們還承諾共同評估 "在就未來階段作出決定之前 "各自未來作戰航空系統發展的 "新結論"。"我們還將尋求戰斗航空合作的機會,以及我們對未來戰斗航空環境的能力分析,包括有人和無人系統如何共同運作,并在最重要的歐洲空軍之間建立高水平的互操作性",2018年峰會的最后宣言指出。
如果說工業和軍事方面的考慮可以證明合并是合理的,那么還有一些相關的政治和戰略論據支持保持兩個獨立的計劃。英國領導的和法德兩國的FCAS計劃都是為了增加參與國的戰略自主權,并使它們保持在下一代戰斗機的競爭中。然而,英國尋求在能力和發展所需時間之間找到一個堅實的平衡,而德國和法國似乎更專注于找到可能的最佳技術特征,而不是在時間上。這些不同觀點的初步結果已經可以觀察到:雖然TEMPEST團隊已經在開發中取得了很好的進展,但其他計劃的研發卻滯后了。因此,很難想象合并這兩個項目會讓不同的方面達到各自的目標,特別是考慮到過去的合作計劃,如A400M的負面結果。事實上,隨著參與者數量的增加,時間和技術能力將受到越來越多的負面影響,因為在參與者之間找到一個妥協可能變得非常困難。
英國脫歐和歐洲防務是另一個需要牢記的重要因素。眾所周知,法國是最努力推動發展更強大的歐盟防務的歐盟國家,而英國在歷史上一直阻撓更強大的合作努力。毫不奇怪,在英國脫歐后,歐盟聯合防務取得進展的幾個例子已經出現。現在評估它們的實際影響還為時過早,但最近的國際事態發展使歐盟國家相信有必要通過聯合防務計劃獲得更多的戰略自主權。與非歐盟國家啟動一個新的合作計劃,可能會破壞迄今取得的成果,而且會因為新的法律框架的出臺而變得復雜。
在類似的情況下,第三國對該計劃的參與和后續的出口政策可能是合并的重大障礙。與非歐洲國家的合作對TEMPEST成員來說并不是禁忌。日本政府正在考慮挑選BAE系統公司而不是洛克希德-馬丁公司來支持三菱重工開發該國的F-X下一代戰斗機。日本和英國已經在為各自的下一代戰斗機進行發動機部件和傳感器技術的合作。此外,印度可能會被邀請加入該計劃,作為加強合作的雙邊協議的一部分,并且其中包括轉讓先進技術以生產戰斗機。考慮到FCAS/SCAF計劃被設想為是歐洲的,再加上關于技術訣竅和工作流程份額的爭吵仍在繼續,以及德國與其他國家相比有更嚴格的出口規則,第三國的參與代表了合并的一個主要障礙。
歐洲下一代作戰飛機的競賽遠未結束,而且不能保證成功。考慮到這兩個項目的現狀,英國的FCAS更有可能成功。使用顛覆性的技術來加速不同的開發階段可能是一個有效的方法,但資金可能是完成該計劃的一個主要障礙。目前,FCAS/SCAF處于危險之中,因為主要承包商之間的爭斗可能會在整個計劃期間持續。在6月7日巴黎航空論壇期間的一次采訪中,達索公司首席執行官埃里克-特拉皮爾宣布,FCAS/SCAF可能將被推遲十年。他還回顧說,法國因此可能找到替代方案,其中可能包括繼續對RAFALE機隊進行現代化改造以延長其運行壽命。綜上所述,這兩個項目之間的合并,僅僅在工業方面可能是有意義的,但將缺乏足夠的政治支持,并且可能被證明是無效的。
聯合全域指揮與控制(JADC2)是一項長期的工作,旨在連接跨太空、空中、陸地、海洋和網絡領域的軍事資產。美國防部打算讓JADC2分析所有這些領域的作戰數據,使決策者能夠更有效地確定、執行和監測行動。
美國防部正處于開發JADC2的早期階段,并發布了初步指南,包括一項概述廣泛目標的戰略。然而,國防部還沒有確定細節,如哪些現有系統將有助于JADC2,以及未來需要開發哪些能力。一份眾議院報告指示國防部報告整個JADC2工作的范圍、成本和時間表。目前,國防部正處于確定這些內容的早期階段。
2020年4月,美國政府問責局報告了空軍對JADC2的貢獻--先進戰斗管理系統(ABMS)--并建議空軍制定采購和規劃文件。自那時起,空軍已經采取了措施,并確定了兩項ABMS工作:
2022年6月,空軍成立了一個公司聯盟,協助制定網絡要求,稱為ABMS數字基礎設施,以實現ABMS工作。此外,在2022年9月,空軍為ABMS建立了一個新的領導結構。雖然這些都是發展ABMS的積極步驟,但空軍迄今尚未交付任何能力,并正在確定未來的能力和交付時間。
為了保持對對手的競爭優勢,美國防部(DOD)的軍事指揮官需要一個實時的、完整的戰斗空間圖,以便他們能夠迅速做出明智的決定,指導行動,并監督行動的執行。歷史上,當國防部和軍事部門獲得武器系統時,他們通常優先考慮單個系統的能力,而不是連接性、數據互操作性和各系統的功能兼容性。國防部認識到,其系統現在需要在更復雜的戰斗環境中運行,并需要更多的連接性。國防部打算讓全域聯合指揮與控制(JADC2)來解決這些問題,利用數字環境來分析所有領域的作戰數據,使決策者能夠更有效地確定、執行和監控行動。
先進戰斗管理系統(ABMS)是空軍對JADC2的貢獻。它旨在建立一個數據網絡以連接空軍和太空部隊的傳感器、系統和武器。2020年4月,美國政府問責局發現,空軍在沒有商業案例的關鍵要素的情況下開始了ABMS的開發,如為預算要求提供成本估算。
伴隨著H.R.4350號法案的一份眾議院軍事委員會報告包括了一項由GAO對ABMS進行審查的規定。此外,眾議院戰術空軍和陸軍小組委員會要求GAO對ABMS進行審查,以及它將如何促進國防部為JADC2制定更廣泛的目標。本報告討論了(1)空軍為ABMS能力制定計劃的程度,以及(2)國防部對JADC2的定義。
為了評估空軍在多大程度上制定了ABMS能力計劃,審查了ABMS采購計劃文件,以確定空軍確定了哪些能力,以及開發這些能力的成本和時間表。這些文件包括計劃簡介、采購戰略、需求文件、成本評估和合同文件。GAO還審查了空軍向國會工作人員提供的ABMS狀況簡報。GAO利用美國政府問責局確定的采購領先做法分析了這些文件,以確定空軍計劃是否涉及商業案例的關鍵要素。這些要素包括確定的要求、獲得成熟技術的計劃、成本估算和可承受性分析。
GAO還將這些文件與國防部的采購指南進行了比較,如適應性采購框架主要能力采購途徑和軟件采購途徑,以確定空軍計劃是否包括采購規劃的關鍵組成部分。GAO還確定了空軍為解決美國政府問責局先前關于ABMS的工作中的公開建議所采取的步驟,其中包括開發商業案例的關鍵要素的建議。此外,GAO審查了ABMS合同,以確定空軍計劃如何利用承包商來幫助滿足ABMS的要求。此外,GAO采訪了空軍ABMS的領導和官員,以了解目前ABMS的工作以及空軍計劃如何確定和優先考慮未來的ABMS工作。GAO還討論了空軍辦公室在規劃和執行ABMS工作中的作用和責任。
為了評估美國防部對JADC2的定義程度,審查了關鍵政策、規劃文件、實施指南、信息文件和概述簡報,包括機密和非機密文件。審查了這些文件以確定JADC2的目標、JADC2的管理結構、JADC2官員的角色和職責以及國防部領導層對如何實施JADC2目標的指導。還審查了與每個軍事部門對JADC2工作的貢獻有關的文件,包括空軍的ABMS、海軍部的Overmatch項目和陸軍的Convergence項目。盡管獲得了信息以獲得對 "聚合項目 "和 "超配項目 "的總體了解,但鑒于重點是國防部如何定義JADC2,所以沒有詳細評估這些努力。此外,采訪了JADC2的領導層以及來自國防部長辦公室和聯合參謀部的官員,他們代表了JADC2七個工作組中的四個。討論了國防部在執行JADC2目標方面的進展,潛在的挑戰,以及為應對這些挑戰所采取的措施。此外,采訪了空軍、空軍、海軍、海軍陸戰隊和陸軍的官員,以確定每個軍事部門目前為實現JADC2目標所做的努力,并討論國防部領導層如何為實施JADC2提供指導。
在2021年10月至2023年1月按照公認的政府審計準則進行了這次績效審計。這些標準要求計劃和實施審計,以獲得充分、適當的證據,為基于審計目標的調查結果和結論提供合理依據。所獲得的證據為基于審計目標的審計結果和結論提供了合理的依據。
無人機系統和下一代戰車(NGCV)集成的重點是由美國國防部航空航天教育、研究和創新中心團隊推動的,以支持美國陸軍士兵的項目合作。通過與克里斯-克羅寧格和巴勃羅-古茲曼的雙周互動,與美國陸軍作戰能力發展中心陸軍研究實驗室合作,提出了創造一個盒子的想法,這個盒子可以作為無人機的存儲和平臺,讓無人機降落、起飛,并在航行中得到保護。這項工作的最初目標是開發一個高效和有效的移動無人機平臺原型,供士兵們在戰場上最終使用。計劃是對無人機停留在盒子的蓋子(平臺)上的方法進行多次測試,在盒子里時提供額外保護。
美國導彈防御局(MDA)和空間發展局(SDA)目前正在開發高超音速導彈防御系統的要素,以防御高超音速武器和其他新興的導彈威脅。這些要素包括國防空間架構(NDSA)的跟蹤和運輸層以及各種攔截器項目。隨著MDA和SDA繼續開發這些系統,國會可能會考慮對監督和國防授權及撥款的影響。
高超音速武器,像彈道導彈一樣,飛行速度至少為5馬赫,或大約每秒1英里。與彈道導彈不同,高超音速武器不遵循彈道軌跡,可以在到達目標的途中進行機動。據報道,俄羅斯在2019年12月出動了其第一批高超音速武器,同時一些專家認為,中國早在2020年就出動了高超音速武器。預計美國在2023年之前不會裝備高超音速武器。(關于俄羅斯、中國和美國的高超音速武器項目的概述,見CRS報告R45811,高超音速武器:國會的背景和問題,作者是凱利-M-賽勒)。
高超音速武器的機動性和低飛行高度可以挑戰現有的探測和防御系統。例如,由于雷達探測的視線限制,大多數地面雷達在武器飛行后期才能探測到高超音速武器。這給防御者留下了極少的時間來發射攔截器,以抵消入境武器的影響。圖1描述了陸基雷達對彈道導彈和高超音速武器探測時間的差異。
圖1. 基于地面的彈道導彈探測與高超音速武器的探測
美國國防官員表示,現有的地面和天基傳感器架構都不足以探測和跟蹤高超音速武器;前國防部負責研究和工程的副部長邁克-格里芬指出,"高超音速目標比美國通常通過地球靜止軌道上的衛星跟蹤的目標要暗淡10到20倍。"
SDA開發了國防空間架構,以 "統一和整合整個[國防部(DOD)]和行業的下一代能力"。NDSA的目標是成為一個 "單一的、連貫的、有七個層次的擴散空間架構",其中包括圖2中描述的數據跟蹤和傳輸層,并在下面討論。其他層包括支持移動地面資產目標的監護層;提供基于空間的指揮和控制的戰斗管理層;提供 "潛在的GPS否認環境的替代定位、導航和授時"的導航層;探測深空潛在敵對行動的威懾層;以及為其他NDSA層促進衛星操作的支持層。一旦全面投入使用,NDSA將包括550顆衛星并提供全面的全球覆蓋。
跟蹤層是為了 "提供全球指示、警告、追蹤和瞄準高級導彈威脅,包括高超音速導彈系統"。作為該層的一部分,SDA正在開發一個寬視場(WFOV)衛星的結構,最終將提供全球覆蓋。SDA要求在2023財政年度為第0階段跟蹤活動提供8130萬美元,為第1階段跟蹤活動提供4.998億美元(也稱為彈性導彈預警導彈跟蹤-低地球軌道)。
與SDA的跟蹤衛星協同工作的將是高超音速和彈道跟蹤空間傳感器(HBTSS),以前被稱為空間傳感器層,它是由MDA與SDA和美國空軍合作開發。與WFOV相比,HBTSS將提供更靈敏,但更有限的(或中視場[MFOV])覆蓋范圍。出于這個原因,WFOV旨在為HBTSS提供提示數據,然后HBTSS可以為地面攔截器提供更具體的目標質量數據。到2023年,SDA計劃擴大跟蹤層,包括70顆WFOV和MFOV衛星,據SDA主任德里克-圖爾尼爾博士說,"這將使我們在低地球軌道上有足夠的覆蓋面,以便我們基本上可以有區域性的持久性"。MDA要求在2023財政年度為HBTSS提供8920萬美元。
2020財年NDAA(P.L. 116-92)第1682條要求導彈防御局局長 "開發一個高超音速和彈道導彈跟蹤空間傳感器有效載荷"。2021財年NDAA(P.L. 116-283)第1645條確認,MDA局長與SDA局長協調,負責開發和采購傳感器有效載荷,"至少到2022財年"。第1645節還要求最遲在2023年12月31日開始對傳感器有效載荷進行在軌測試,并在 "此后技術上可行的情況下 "盡快將傳感器有效載荷納入SDA更廣泛的天基傳感器架構。最后,2022財年NDA(P.L. 117-81)第1662條禁止MDA主任"[授權]或[承諾]為生產衛星或與此類衛星運行相關的地面系統的記錄計劃提供資金"。如果滿足某些條件,包括確定 "由于技術、成本或進度因素,這種限制會延遲交付可運行的[HBTSS]",空軍負責空間采購和集成的助理部長可以放棄對HBTSS的這種限制。
圖2. NDSA的部分內容
美國防部表示,NDSA的傳輸層旨在將跟蹤層與地面的攔截器和其他武器系統連接起來,將 "加強包括導彈防御在內的若干任務領域"。據國防部稱,SDA已經為運輸層的第1階段授予了三個原型協議,"一個由126個光學相互連接的空間飛行器組成的網狀網絡",將于2024年9月開始發射。運輸層最終將包括一個由大約300-500顆衛星組成的星座。SDA要求在2023財政年度為 "數據傳輸層、傳感器能力和備用位置、導航和計時能力 "提供8.164億美元。
MDA已經探索了一些消除對手高超音速武器的方案,包括攔截導彈、超高速彈丸、定向能武器和電子攻擊系統。2020年1月,MDA發布了一份關于高超音速防御區域滑行階段武器系統攔截器的原型提案要求草案。該計劃旨在 "減少攔截器的關鍵技術和集成風險";然而,據當時的MDA主任喬恩-希爾海軍中將稱,它在2030年代的某個時候才會準備好過渡到開發。MDA轉而將重點轉向較近的解決方案,并在2021年4月啟動了滑翔階段攔截器(GPI),它將與宙斯盾武器系統整合,并在2020年代中期至末期提供高超音速導彈防御能力。洛克希德-馬丁公司、諾斯羅普-格魯曼公司和雷神導彈與防御公司已經獲得了GPI的 "加速概念設計 "階段的合同。
此外,2022財年NDAA(P.L. 117-81)第1664條授予MDA主任 "預算、指導和管理適用于 "高超音速導彈防御的定向能源項目的權力。國防高級研究計劃局(DARPA)也正在進行一項名為 "滑翔破壞者 "的計劃,其目的是 "開發關鍵的組件技術,以支持一種輕型飛行器,用于在非常遠的距離上精確對付高超音速威脅。" DARPA要求在2023財年為 "滑翔破壞者 "提供1830萬美元。總體而言,MDA在2023財年為高超音速防御申請了2.255億美元,低于其2.479億美元的2022財年申請和2.878億美元的撥款。
一些分析家認為,天基傳感層--與跟蹤和瞄準系統相結合以引導高性能攔截器或定向能量武器--理論上可以提供防御高超音速武器的可行選擇。2019年導彈防御審查報告指出,"這種傳感器利用了從空間可看到的大面積,以改善跟蹤,并可能瞄準先進的威脅,包括高超音速[武器]。" 其他分析家對高超音速武器防御的可負擔性、技術可行性和/或效用提出質疑。此外,一些分析家認為,美國目前的指揮和控制架構將無法 "快速處理數據,以應對和消除即將到來的高超音速威脅"。
一些分析家還對目前SDA和MDA在高超音速導彈防御方面的分工提出質疑。SDA主任Tournear此前曾對這兩個機構之間可能存在冗余的批評作出回應,稱兩者都向負責研究和工程的國防部副部長報告。然而,從2022年10月1日起,SDA將改為向負責采購和整合的空軍助理部長報告。國會可以監督這種新的報告結構對效率和效能的影響。
加快對高超音速導彈防御方案的研究是否必要且在技術上可行?高超音速導彈防御方案的技術成熟度是否值得目前的資金水平?
SDA和MDA是如何在高超音速導彈防御的各種要素上進行合作的?它們目前的作用是增加還是減少了成本以及技術發展的速度和效率?
國防部是否具備執行高超音速導彈防御所需的能力,如適當的指揮和控制架構?
美國海軍陸戰隊正在探索使用人機協作來控制前線部署環境中的無人駕駛航空系統(UAS),其任務范圍廣泛,包括情報、監視和偵察(ISR)、電子戰(EW)、通信中繼和動能殺傷。美國海軍陸戰隊設想使用未來的垂直起降平臺(VTOL)來支持混合戰爭任務并實現軍事優勢。對于美國海軍陸戰隊的混合戰爭應用,以實現任務優勢和戰爭主導權,美國海軍陸戰隊需要了解VTOL機組和無人機系統之間錯綜復雜的人機互動和關系,以獲得戰斗空間態勢感知,并有效地計劃和執行針對常規和不對稱威脅的旋轉翼行動。這項研究的重點是美國海軍陸戰隊在海洋環境中的打擊協調和偵察(SCAR)任務,以促進遠征基地先進作戰(EABO)在沿岸地區。有多種復雜的功能必須加以考慮和評估,以支持人機協作互動,提高任務的有效性:任務規劃、移動和滲透、區域偵察、偵察戰斗交接和過渡。
這份頂點報告探討了SCAR任務期間三個系統之間的人機協作:UAS、VTOL和地面控制站(GCS)。該研究從VTOL項目的文獻回顧開始,研究了美國海軍陸戰隊SCAR任務戰術和用于促進EABO的理論概念。此外,它還包括對自主性和自動化、人工智能和機器學習的研究。通過使用合作設計模型來探索這三個系統的人機協作互動和過程,文獻回顧探討了如何使用基于三個因素的相互依賴性分析(IA)框架來確定人類執行者和機器團隊成員之間的相互依賴性:可觀察性、可預測性和可指導性。
通過基于模型的系統工程(MBSE)工具,將SCAR任務的高級功能分解為分層次的任務和子任務,系統分析被用來支持聯合設計方法。根據Johnson(2014)的說法,合作設計方法研究了相互依賴的概念,并使用IA框架作為設計工具。IA框架捕捉了主要執行者和支持團隊成員之間的互動,以發展支持每個主要任務和分層子任務的所需能力,從而產生HMT要求。這份頂點報告分析了兩種選擇。第一個方案認為UAS是主要執行者,VTOL和GCS是輔助團隊成員。第二種方案認為VTOL是主要執行者,UAS和GCS是輔助團隊成員。基于這兩種選擇,IA框架評估了17個主要任務、33個分層子任務和85個執行SCAR任務的所需能力。
此外,研究發現需要一個強大的數字任務規劃系統,如升級后的海軍陸戰隊規劃和行動后系統(MPAAS),通過存儲以前的任務和經驗教訓的數據來促進機器學習。美國海軍陸戰隊將面臨無人機系統的處理能力和信息存儲方面的挑戰。應盡一切努力增加UAS的處理能力。必須實施一個有效的主要、備用、應急和緊急(PACE)通信計劃,以確保UAS、VTOL和GCS之間所有通信平臺的冗余。美國海軍陸戰隊必須實施支持信任、提供快速反饋和簡單操作的接口。
最后,為了準確評估VTOL、UAS和GCS之間的HMT要求,頂點報告促成了一個探索性實驗的發展,該實驗將在海軍研究生院(NPS)建模虛擬環境和模擬(MOVES)實驗室使用,以促進未來的研究。制定了操作要求和測量方法,以確定HMT要求的有效性。
這項頂點研究為在SCAR任務中執行VTOL/UAS混合行動的人機互動復雜性提供了明確的證據。該頂點研究確定了使用系統分析和協同設計作為一種有效的方法,通過IA框架促進人機協作需求的發展。此外,該研究確定了對復雜的自主性和技術準備程度的需求,這可能是目前還沒有的。頂點建議美國海軍陸戰隊繼續研究人機協作,并利用SCAR任務探索性實驗來進一步完善和研究VTOL/UAS的高級系統要求,以支持具有前沿部署的UAS的混合行動,重點是實現4級自主權。
現代綜合防空系統(IADS)所帶來的日益復雜的反介入區域拒止(A2AD)威脅,加上高端隱形平臺所提供的日益強大的優勢,促使美國空軍高級領導人投資于徹底改變2030年及以后的空中力量。這一新設想的一個突出因素是蜂群武器,其目的是通過用大量低成本、可損耗的航空資產來壓倒國際航空運輸系統,并通過自主能力來解決這一挑戰。這項研究提出了一個框架,按照三個獨立的維度對不同級別的自主能力進行分類,即單獨行動的能力、合作能力和適應能力。使用模擬、集成和建模高級框架(AFSIM)構建了一個虛擬作戰模型,模擬以有人駕駛的穿透式轟炸機和自主巡航導彈群為特征的友軍空襲包與以A2AD角色行動的敵軍IADS之間的交戰。通過使用自主性框架作為設計實驗的基礎,評估了不同水平的自主性對攻擊包性能的影響。對實驗結果的分析揭示了哪些方面和什么級別的自主性對促進這一模擬場景的生存能力和殺傷力最有影響。
戰爭的技術性質正在迅速發展,人們越來越重視對大量數據的收集、處理和決策。隨著指揮與控制(C2)決策空間的復雜性增加,指揮系統根據現有信息采取行動的速度越來越成為一個限制性因素。具有不同程度的人與系統互動的自主系統為緩解這一不足提供了機會。美國2018年國防戰略(NDS)[18]明確要求國防部(DoD)"廣泛投資于自主性的軍事應用",作為促進大國競爭優勢的一項關鍵能力。
參與大國競爭的一個自然后果是反介入區域拒止(A2AD)環境在聯合沖突的所有方面擴散。從美國空軍(USAF)的角度來看,現代綜合防空系統(IADS)構成了卓越的A2AD威脅,這嚴重抑制了通過常規手段建立空中優勢的前景[2, 20]。這一挑戰促使部隊結構的優先事項發生了變化,因為將能力集中在相對較少的高端系統中的感知風險越來越大。美國空軍科學和技術戰略[26]設想,數量龐大的低成本、易受攻擊的航空資產將很快發揮曾經由數量有限的高價值資產完成的作用。這種大規模的蜂群的任務規劃和空戰管理(ABM)工作的規模可能很快超過人類的認知能力,這使得它成為非常適合自主性研究和開發的應用領域。
本研究試圖評估幾種自主巡航導彈群的行為對A2AD環境中藍方(友方)空中性能的影響。具體來說,所研究的A2AD場景考慮了紅方(對手)的IADS被藍方聯網的自主巡航導彈群吸引,以促進穿透式轟炸機的后續打擊。在任務規劃時沒有考慮到的突然出現的威脅,可能會進入該場景以增加紅色IADS的力量。蜂群必須在沒有外部反彈道導彈的幫助下,檢測并應對這些突發威脅以及任何其他對抗性任務參數的變化。A2AD場景的建模是使用模擬、集成和建模高級框架(AFSIM)完成的。
為了解決問題陳述,本研究將對以下問題提供答案:
1.具有自主反彈道導彈能力的巡航導彈蜂群能在多大程度上提高藍方空襲包在A2AD環境下的生存能力(即避免被紅方IADS發現和摧毀的能力)?
2.具有自主反彈道導彈能力的巡航導彈群能在多大程度上提高A2AD環境下藍方空襲包的殺傷力(即探測和摧毀紅方IADS元素的能力)?
本論文的其余部分包含四章,組織如下:第二章對包括自主性、A2AD環境、基于代理的建模和仿真(ABMS)以及實驗設計(DOE)等主題的參考材料進行了回顧。第三章建立了A2AD場景、AFSIM模型實現和實驗設計的結構,作為本研究的框架。第四章介紹了實驗模擬運行的結果和附帶的分析。最后,第五章討論了從這項研究中得出的結論,以及對未來研究方向的建議。
先進作戰管理系統(ABMS)是美國空軍創建下一代指揮和控制(C2)系統的最新計劃項目。ABMS建議使用云環境和新的通信方法,使空軍和太空部隊系統能夠使用人工智能無縫共享數據,以實現更快的決策。空軍將ABMS描述為其創建物聯網的努力,這將使傳感器和C2系統相互分解(與空軍傳統上執行C2的方式相反)。該計劃是空軍對國防部全域聯合指揮與控制(JADC2)工作的貢獻,重點是使國防部的作戰決策過程現代化。
ABMS最初的設想是取代目前指揮空戰行動的E-3機載預警和控制系統(AWACS)(圖1),但后來有了更廣泛的范圍。前空軍負責采購的助理部長威爾-羅珀指示,該計劃應減少對指揮中心和飛機的關注,而是創造數字技術,如安全云環境,在多個武器系統之間共享數據。羅珀博士表示,2018年國防戰略所設想的有爭議的環境迫使空軍重組ABMS項目。2021年5月,空軍副參謀長大衛-奧爾文將軍在DefenseOne的一篇文章中說:"ABMS究竟是什么?它是軟件嗎?硬件?基礎設施?策略?答案是都是"。換句話說,空軍將ABMS設想為一個采購項目,它既要采購東西,又要實施其他非開發性的工作,該部門認為這些工作同樣重要:指揮和控制空軍的新技術。
自ABMS成立以來,國會已經對下一代C2系統的發展表示了興趣。空軍表示,ABMS是一個非傳統的采購項目。因此,國會對空軍替換老舊系統的方法和試驗新興技術的方法提出了質疑。
迄今為止,空軍已經進行了五次活動,以展示其希望最終投入使用的新C2能力。2019年12月,空軍在其第一次ABMS "on-ramp"(空軍用來表示演示的術語)中,展示了從陸軍雷達和海軍驅逐艦向F-22和F-35戰斗機傳輸數據的能力。這次活動還展示了空軍的統一數據庫(UDL),這是一個結合天基和地基傳感器追蹤衛星的云環境。
2020年9月,ABMS進行了第二次"on-ramp"。這第二次上線演示了通過使用超高速武器作為防御手段,探測和擊敗一個飛向美國的模擬巡航導彈。此外,ABMS還展示了 "探測和擊敗破壞美國太空行動的手段"的能力。根據空軍的新聞稿,"70個工業團隊和65個政府團隊 "參加了這次活動。
空軍在2020年9月下旬舉行了第三次"on-ramp",以支持珍珠港-希卡姆聯合基地的 "勇敢之盾 "演習。在這次活動中,空軍展示了使用KC-46加油機通過將數據從較老的第四代戰斗機轉發到較新的第五代飛機,如F-22,來執行戰術C2。2021年5月,空軍表示,為KC-46采購通信吊艙將是ABMS項目的第一個能力發布。空軍說:"在戰斗中,無論如何,郵機將需要在作戰附近飛行,支持戰斗機,因此將它們作為指揮和控制系統,無論是作為主要的還是彈性的備份,都是有意義的。"
2021年2月在歐洲舉行了第四次"on-ramp"。根據新聞稿,空軍由于預算限制而減少了這次活動規模。這第四次將包括荷蘭、波蘭和英國在內的盟國聯系起來,進行聯合空中作戰。據美國駐歐洲空軍司令哈里根將軍說,這第四次活動測試了美國和盟國用F-15E飛機發射AGM-158聯合空對地對峙導彈(JASSM)執行遠程打擊任務的能力(見圖2),同時利用美國和盟國的F-35飛機執行空軍基地防御任務。
本預計2021年春季進行第五次"on-ramp"在太平洋地區,但由于預算限制,取消了這次活動。
2019財年國防授權法案(NDAA)指示政府問責局(GAO)評估ABMS計劃。在2020年4月的一份報告中,GAO向空軍總設計師建議采取四項行動來提高項目績效。
1.制定一個計劃,在ABMS開發領域需要時獲得成熟技術。
2.制作一個定期更新的成本估算,反映ABMS的實際成本,每季度向國會匯報一次。
3.準備一份可購性分析,并定期更新。
4.正式確定并記錄參與ABMS的空軍辦公室的采購權力和決策責任。
空軍助理部長同意了所有的建議。前空軍參謀長David Goldfein將軍不同意這些建議,他指出GAO的分析沒有反映機密信息。美國政府問責局表示,它可以接觸到機密信息,這些額外的信息并不影響其分析和建議。
根據GAO關于ABMS的同一份報告,空軍最初確定由空軍總設計師(普雷斯頓-鄧拉普),來協調空軍每個項目執行辦公室的ABMS相關工作。GAO對這種管理結構可能導致ABMS缺乏決策權表示擔憂。然而,在2020年11月,羅珀博士選擇空軍快速能力辦公室作為ABMS項目執行辦公室。首席架構師辦公室繼續開發全軍的架構(即軟件和無線電如何能夠相互連接),以支持ABMS。
國會已經對ABMS系統的發展表示了興趣。下面的清單總結了國會在前三個NDAA中的行動:
2019財政年度NDAA(P.L. 115-232):
2020年國防部(P.L. 116-92):
FY2021 NDA (P.L. 116-283) :
2021財年國防撥款法案(P.L. 116-260 C分部)將ABMS的資金從要求的3.02億美元減少到1.585億美元,理由是 "不合理的增長和預先融資"。
在ABMS的整個發展過程中,國會對在確定合適的替代物之前退役舊的C2系統如JSTARS和AWACS表示關注。國會還指示空軍制定傳統的采購理由,如成本估算和需求文件,以確保國會和軍方都了解要采購的東西。這些行動反映了美國政府問責局的建議。
使用ABMS方法分解指揮和控制的風險是什么?
空軍應如何平衡創新、實驗與采購成熟技術?
ABMS提供了哪些傳統指揮與控制系統無法提供的機會?
利用6.8軟件和數字技術試點計劃預算活動代碼中的新預算授權靈活性,ABMS是否會受益?
美國海軍希望開發和采購三種類型的大型無人航行器(UV),稱為大型無人水面航行器(LUSV)、中型無人水面航行器(MUSV)和超大型無人水下航行器(XLUUVs)。海軍2023財年擬議預算要求為這些大型UV和LUSV/MUSV啟用技術提供5.493億美元的研究和開發資金,并為XLUUV和其他海軍UUV的核心技術提供6070萬美元的額外資金。
海軍希望獲得這些大型UVs,作為將海軍轉移到一個更加分布式艦隊架構的一部分工作,這意味著一種艦艇組合,將海軍的能力分散到更多的平臺上,并避免將艦隊整體能力的很大一部分集中到相對較少的高價值艦艇上(即一種避免 "把太多雞蛋放在一個籃子里 "的艦艇組合)。海軍和國防部(DOD)自2019年以來一直在努力制定一個新的海軍部隊目標,以反映這種新的艦隊組合。2022年4月20日發布的海軍2023財年開始30年(2023財年-2052財年)的造艦計劃,總結了對新的兵力目標進行的研究結果。這些研究概述了潛在的未來艦隊擁有27至153艘大型USV和18至51艘大型UUV。
海軍設想LUSV的長度為200英尺到300英尺,滿載排水量為1,000噸到2,000噸,這將使它們達到輕巡洋艦的大小(即比巡邏艇大,比護衛艦小的艦艇)。海軍希望LUSV是低成本、高端耐力、可重新配置的艦艇,有足夠的能力攜帶各種模塊化有效載荷--特別是反水面戰(ASuW)和打擊有效載荷,主要是指反艦導彈和對陸攻擊導彈。每艘LUSV可以配備一個垂直發射系統(VLS),有16到32個導彈發射管。盡管被稱為UV,LUSV可能被更準確地描述為選擇性或輕度載人的艦艇,因為它們有時可能有一些船員,特別是在近期內,當海軍制定LUSV的啟用技術和作戰概念時。根據海軍2023財政年度的五年(2023-2027財政年度)造艦計劃,海軍采購LUSV的計劃將在2025財政年度開始。
海軍將MUSV定義為45英尺到190英尺長,排水量大約為500噸,這將使它們與巡邏艇的尺寸相當。海軍希望MUSV和LUSV一樣,是低成本、高端耐力、可重新配置的船只,可以容納各種有效載荷。MUSV的初始有效載荷將是情報、監視和偵察(ISR)有效載荷和電子戰(EW)系統。海軍2023財年開始的五年(2023-2027財年)造艦計劃不涵蓋2023-2027財年期間采購MUSV的計劃。
XLUUV的大小大致與地鐵車廂相當。首批5艘XLUUV在2019財政年度獲得資助,正在由波音公司建造。海軍希望使用XLUUV秘密部署Hammerhead水雷,這種水雷將被拴在海底,并配備反潛魚雷,大致類似于海軍冷戰時期的CAPTOR(封裝式魚雷)。根據海軍2023財年開始的五年(2023-2027財年)造艦計劃,通過其他采購,海軍(OPN)計劃在2024財年開始采購額外的XLUUV。
在對海軍2020-2022財年的擬議預算進行標記時,國會國防委員會對海軍的采購戰略是否提供足夠的時間來充分開發這些大型UV,特別是LUSV的作戰概念和關鍵技術表示關注,并包括旨在解決這些問題的立法規定。作為對這些標記的回應,海軍已經重組了LUSV項目的采購戰略,以便遵守這些立法規定,并在進入可部署單位的批量生產之前提供更多的時間來開發作戰概念和關鍵技術。
圖1. 支持LUSV和MUSV計劃的原型機