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2023年8月28日發布的 "復制者"(Replicator)是美國國防部(DOD)的一項計劃,由國防部國防創新單元(DIU)領導,旨在到2025年8月投入使用數千套無人系統。復制者計劃的第一條主線("復制者 1")是部署全域可隱蔽自主系統(ADA2)。可隱身系統是一種成本相對較低的系統,美國國防部可承受較大程度的系統損失風險。美國國防部官員表示,未來的工作重點可能會放在其他類型的無人系統上。國會面臨的一個關鍵問題是,是否批準、否決或修改國防部對 "復制者 "的撥款申請,以及國會是否掌握有關 "復制者 "的足夠信息,以評估其優點并對該計劃進行有效監督。

1 背景介紹

美國國防部官員稱,"復制者 "計劃借鑒了烏克蘭與俄羅斯沖突中的經驗教訓,烏克蘭在沖突中利用大量(據觀察家估計每月多達 10 000 套)低成本可減員系統來對抗俄軍的兵力優勢。美國國防部副部長凱瑟琳-希克斯(Kathleen Hicks)與參謀長聯席會議副主席一起負責監管 "復制者 "系統,她曾表示,"復制者 "系統旨在 "幫助(美國)克服(中國軍隊)在數量上的優勢:更多的艦艇、更多的導彈、更多的部隊"。

美國國防部官員將 "復制者 "描述為一項全領域計劃,可能包括自主的空中、地面、水面、水下和/或太空系統,代表了一系列能力和任務集。例如,希克斯副部長表示,"復制者 "可能包括 "分布式自行式ADA2[傳感器]系統吊艙",以提供近實時情報,"地面ADA2系統艦隊提供新型后勤支持......或確保國防部基礎設施的安全",或提供彈性通信的天基ADA2系統。

1.1 意圖

"復制者"旨在大規模部署無人系統,使美軍能夠將戰斗力分散到大量相對廉價的系統上。"復制者"的目的是

  • 避免美軍的戰斗力集中在數量較少、單個成本較高的平臺上(即避免把太多雞蛋放在一個籃子里);

  • 使對手更難瞄準和削弱美國的能力;以及

  • 為對手創造不利的成本交換比,即對手需要使用成本遠高于 "復制者 "系統的反制手段,如攔截導彈。

一些觀察家指出,根據 "復制者 "系統的能力,"復制者 "計劃可能會導致新軍事行動概念的發展,如蜂擁行動。蜂群是一組無機組人員系統中的一種合作行為,在這種行為中,無機組人員系統相互自主協調以完成任務。要部署蜂群技術,可能需要人工智能和/或網絡通信的進一步發展。

美國國防部官員表示,與航空母艦等單體成本高昂的大型系統相比,"復制者 "系統的建造和部署速度更快,在被后繼設計取代之前的使用時間也大大縮短。(但他們強調,"復制者 "的目的是補充而不是取代更精良的系統)。這些官員指出,"復制者 "的目的是改進國防部快速擴展、部署和創新新能力的流程。他們指出,"復制者 "還旨在加速美國無人機工業基礎的發展。

1.2 具體的“復制者”能力和系統

迄今為止,美國國防部一直拒絕公開 "復制者 "的具體能力或系統,因為國防部稱這是出于行動安全的考慮。希克斯副部長表示,國防部打算 "在我們選擇的時間、地點和方式 "披露 "復制者 "計劃的細節,包括有關具體能力和系統的信息。

1.3 現狀

美國國防部官員于 2024 年 1 月表示,他們已從競爭提案中挑選出第一批 "復制者 "系統,據報道,截至 2 月,他們正在最后確定第二批提案。一位官員表示,這兩批系統可能將重點放在軟件上,以實現系統協作,"創造致命效果,并應對針對不同威脅和......不同對手平臺的動態環境"。

作為 "復制者 "計劃的牽頭單位,DIU于2024年2月主辦了一次技術峰會,"向業界提供更多有關廣泛的'復制者'機會的詳細信息,并就如何將軍民兩用技術解決方案重新用于支持作戰需求舉辦研討會"。

2 美國國會面臨的問題

美國國會在“復制者”劃方面可能面臨的問題包括但不限于以下方面。

2.1 向國會提供的信息是否充分

一個關鍵問題是國會是否掌握有關 "復制者 "的充分信息,以評估其優點并對該計劃進行有效監督。一些國會議員表示,他們很難獲得有關 "復制者 "的信息,并要求國防部向他們介紹有關 "復制者 "能力、系統和作戰概念的更多細節。據報道,國防部已承諾提供此類簡報。

由于缺乏有關 "復制者 "的機密或非機密信息,有可能使人懷疑國防部是否從能力和成本方面對該計劃進行了充分分析。作為國防部年度預算申請行動的一部分,國會可以選擇立法規定 "復制者 "計劃的報告要求,或指示政府問責局(GAO)審查和評估國防部的 "復制者 "活動。

2.2 成本和資金來源

另一個問題是 "復制者 "計劃可能需要多少費用,以及國防部打算如何籌措這筆費用。在 2023 年 9 月 6 日的一次講話中,副部長希克斯表示,"復制者不是一個新的記錄項目......[國防部]不會在 2024 財政年度要求新的資金。國防部于 2024 年 1 月向國會提交了一份機密的 2023 財年重新規劃申請,表明國防部打算通過削減國防部其他計劃的資金來為 2024 財年的復制者活動提供資金。國防部要求在 2025 財年為 “復制者”提供 5 億美元,如果國會不在 2024 財年預算中為“復制者”劃撥這些資金,國防部將為“復制者”提交額外的 5 億美元 2024 財年重新規劃申請。

關于“復制者”的潛在總成本以及“復制者”所需資金對國防部其他項目資金的影響,目前公開的信息很少。一些觀察家擔心,為 "復制者 "提供資金可能會減少印太司令部(INDOPACOM)其他優先項目的資金,如彈藥和遠程反艦導彈。

一些觀察家向國會提出,提供不與單一財政年度掛鉤的資金對 "復制者 "計劃的成功至關重要,因為這樣做將擴大該計劃的資金來源。另一些人則認為,提供這種資金可能會削弱國會對國防部年度開支的控制權,從而削弱憲法賦予國會的財政權。

2.3 選定系統的有效性

另一個問題是,為 "復制者 "選擇的特定系統是否有可能實現國防部為這一倡議所提出的目標。在這一問題中,有一個問題涉及到 "復制者 "系統是否有能力滿足 INDOPACOM 的作戰需求,特別是系統是否能在有助于印度洋-太平洋地區作戰行動所需的較遠距離上運行。另一個影響有效性的因素是所選系統在潛在戰區特有的惡劣天氣條件下運行的能力。

2.4 技術、進度和成本風險

另一個問題涉及 "復制者 "計劃的技術、進度和成本風險。軍事分析家比爾-格林沃爾特(Bill Greenwalt)在 2023 年 10 月 19 日眾議院軍事委員會聽證會上作證說:"五角大樓的采購系統根本無法按照'復制者'計劃所提出的時間表行事,除非是在非常有限的情況下......而且只有在超出正常采購預算編制規則的情況下。"

持懷疑態度的人可能會說,從歷史上看,國防部在開發系統原型到將該系統部署到現場之間的所謂 "死亡之谷 "往往難以逾越。盡管國防部表示目前正在完善 Replicator 的采購戰略,但一些潛在的行業合作伙伴對國防部的方法表示擔憂,稱其 "非常混亂無序"。

2.5 倫理原則和國際承諾

另一個問題是,"復制者 "項目的實施是否符合國防部的倫理原則和國際承諾,這些原則和承諾在國防部的文件中都有概述,如《負責任的人工智能戰略和實施途徑》、《關于負責任地在軍事上使用人工智能和自主性的政治宣言》和《國防部指令 3000.09:武器系統中的自主性》。

2.6 軍事人員和部隊結構

另一個問題涉及復制者系統對軍事人員和部隊結構的潛在影響。在這一問題中,具體事項包括操作數千套無機組人員系統可能需要的人員數量(以及由此對可用于滿足國防部其他需求的人員數量產生的影響)、操作 "復制者 "系統人員的培訓要求,以及部署 "復制者 "系統是否需要改變國防部和軍種的組織結構。例如,一些觀察家建議在各軍種內設立專門的無人機部門。

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人工智能在軍事中可用于多項任務,例如目標識別、大數據處理、作戰系統、網絡安全、后勤運輸、戰爭醫療、威脅和安全監測以及戰斗模擬和訓練。

2021 年 11 月 18 日,通用原子航空系統公司 (GA-ASI) 在無人機系統 (UAS) 技術領域實現了一個重要里程碑。 GA-ASI 采用兩套復仇者(Avenger?) 無人機系統(每套均配備洛馬Legion Pod?),成功演示了如何將遠程空中威脅數據傳輸至指揮中心。這一壯舉標志著首次利用行業資助的資產,通過先進的算法來展示被動捕獲的傳感器數據的融合。

GA-ASI 高級項目高級總監 Michael Atwood 強調了這一成就的重要性,他表示:“這次由行業資助的首次飛行測試展示了 UAS 平臺和傳感器提供融合傳感器數據的成熟能力。” GA-ASI 和洛克希德·馬丁公司之間的合作取得了可喜的成果,表明具有先進傳感功能的協作自主平臺具有增強持久、共享空域態勢的潛力。

在南加州高沙漠上空的兩個小時飛行中,配備軍團吊艙的復仇者無人機檢測到附近有多架快速移動的飛機。 Legion Pod 的 IRST21? 紅外搜索和跟蹤系統與洛克希德·馬丁公司的融合軟件相結合,實時無縫集成兩個吊艙的傳感器數據。隨后,復仇者聯盟將這些融合數據傳輸到地面站,展示了協作工作的有效性。

洛克希德·馬丁公司傳感器和全球保障高級項目總監 Scott Roberson 強調了這一成就的重要性,他表示:“這是多架自主飛機上的 IRST 系統首次向地面用戶提供合并的空中威脅數據。”這些進步有助于制定通用作戰圖,從而增強跨領域聯合作戰的態勢感知。

本次演示中展示的融合技術此前曾在今年早些時候的“北方邊緣”作戰演習中進行過測試,當時該技術被集成到配備 F-15 的軍團吊艙和數據鏈中。 Legion Pod 是一種經過驗證的遠程無源 IRST 傳感器,已部署在各種平臺上,包括不同類型的“復仇者”無人機。隨著生產已經開始,Legion Pod 隨時準備在緊急情況下根據美國政府客戶的判斷來執行現實世界的任務。

未來,洛克希德·馬丁公司計劃擴大軍團吊艙技術的應用,即將進行的測試旨在將其與 F-16 進行集成,并探索 F-15 和 F-16 之間的傳感器融合。該傳感器的開放式設計有助于支持聯合全域作戰要求,適應替代數據鏈路架構。

此外,IRST 還提供了雷達的補充功能,可以被動掃描威脅而不發射電磁輻射,從而降低向對手發出警報的風險。當集成到多個聯網并向前運行的“機外傳感站”無人機(Off-Board Sensing Station,OBSS)中時,IRST 系統可以快速對潛在威脅的位置進行三角測量。然后,這些信息可以轉發給戰斗機、防空系統或其他無人機,以進行有效的對抗。

Legion Pod 傳感器的**開放任務系統 (OMS) **架構允許跨不同飛機平臺快速集成,從而降低與新平臺集成工作相關的復雜性和時間安排。這種多功能性強調了該技術在滿足不斷變化的任務需求方面的適應性。

GA-ASI 是一家領先的遙控飛機系統設計商和制造商,不斷突破無人駕駛航空領域的創新界限。憑借以 捕食者(Predator?) RPA 系列和 Lynx? 多模式雷達為代表的良好業績記錄,GA-ASI 始終致力于提供配備集成傳感器和數據鏈路系統的長航時、具有任務能力的飛機。

同樣,全球安全和航空航天公司洛克希德馬丁公司繼續引領技術系統和服務的進步。洛克希德·馬丁公司在全球擁有約 114,000 名員工,其對創新的承諾凸顯了其在塑造航空航天和國防未來方面的關鍵作用。

美國空軍分享了對機外傳感站(OBSS)計劃的新見解,揭示了其秘密發展和目標,這是一項重大啟示。此次披露是在通用原子公司的 XQ-67A 無人機首次飛行之后進行的,XQ-67A 是根據 OBSS 計劃開發的無人機。值得注意的是,一種名為“機外武器站”(OBWS)的伙伴無人機的存在已得到承認,該無人機配備了增強的性能和武器部署能力,盡管其目前的狀態仍然籠罩在神秘之中

1 隱形守護者:探索 OBSS 計劃和 Gambit 無人機的神秘世界

自兩年多前啟動以來,OBSS(進攻性對空傳感器系統)計劃一直處于保密狀態,使得分析師和愛好者只能從有限的信息中拼湊出其目的和功能。 OBSS 最初被認為是旨在擴大載人戰斗機傳感器覆蓋范圍的努力,特別是在空對空任務中,現已暗示將重點關注紅外搜索和跟蹤(IRST)系統等尖端技術。

通用原子公司是無人機系統領域的先驅,通過其隱形“復仇者”無人機一直處于展示 OBSS 相關功能的最前沿。這些配備吊艙 IRST 傳感器的復仇者無人機與其他各種平臺一起參加了嚴格的真實和模擬測試場景。這些測試特別深入研究了自主和人工智能支持的作戰領域,特別是在空對空作戰場景中。

IRST 的重要性在于其不受射頻干擾的影響,并且能夠檢測避開傳統雷達檢測的隱形目標。在隱身技術在有人和無人飛機以及巡航導彈中激增的時代,IRST 在態勢感知方面提供了至關重要的優勢。此外,它們的被動掃描功能降低了向對手發出警報的風險,提供了更隱蔽的監視手段。

部署多架配備 IRST 的 OBSS 無人機在網絡環境中運行具有巨大的戰略價值。通過對潛在威脅的位置進行三角測量并將這些信息迅速轉發給戰斗機、防空系統或其他無人機,OBSS 有能力徹底改變態勢感知和響應機制。

除了 IRST 之外,OBSS 無人機還可以集成大量其他傳感器,包括模塊化雷達和電子監視措施套件。此外,它們可能在推進合作自主概念方面發揮關鍵作用,其中無人駕駛戰斗機與有人平臺無縫協作。這些無人機可以充當分布式傳感器節點、電子戰資產,甚至可以在人類操作員的監督下執行動能攻擊。

圖:通用原子航空系統公司 (GA-ASI) Gambit 1 自主傳感平臺的藝術渲染。圖片:GA-ASI

2 紅外搜索和跟蹤 (IRST) 系統:徹底改變現代戰爭和監視

紅外搜索和跟蹤(IRST)系統的開發和部署代表了軍事監視和作戰策略領域的關鍵進步。與依靠無線電波來檢測和跟蹤目標的傳統雷達系統不同,IRST 系統利用紅外技術來識別和監控熱特征。這種方法在隱身性和精確性方面具有顯著優勢,使 IRST 系統成為現代戰爭武器庫中的重要組成部分。本文深入探討了 IRST 系統的演變、運行機制、戰略重要性和未來前景,全面概述了它們在塑造當代和未來軍事能力中的作用。

2.1 歷史沿革與技術發展

IRST 技術的誕生可以追溯到冷戰時期,即 20 世紀 50 年代和 1960 年代左右,當時超級大國之間的緊張局勢不斷升級,對先進監視和瞄準系統的需求變得顯而易見。主要目標是設計一種能夠探測飛機而不發出可能被敵人攔截或干擾的可探測信號的系統。第一代 IRST 系統很初級,提供的范圍和精度有限。然而,紅外技術在隱形作戰中的潛力是不可否認的,并引發了持續的研究和開發。

幾十年來的重大技術進步極大地提高了 IRST 系統的功能。現代 IRST 系統配備了高靈敏度紅外傳感器和先進的信號處理算法,即使在具有挑戰性的環境條件下,也可以遠距離檢測和跟蹤多個目標。將 IRST 系統集成到戰斗機、海軍艦艇和地面監視平臺中,顯著增強了探測能力,同時又不影響這些資產的隱身性。

2.2 運作機制及優勢

IRST 系統的工作原理圍繞著檢目標體發射或反射的紅外輻射。每個溫度高于絕對零的物體都會發出紅外輻射,這些系統可以檢測和分析。 IRST 系統的核心是其紅外傳感器,通常是冷卻或非冷卻焦平面陣列,能夠檢測物體與其背景之間的細微溫度差異。

IRST 系統相對于雷達的主要優勢之一是其無源特性。由于 IRST 系統不發射任何輻射,因此敵軍幾乎無法察覺它們,從而提供了顯著的隱形優勢。這一特性在空對空作戰場景中特別有用,在空對空作戰場景中,避免被發現可能是成功與失敗的區別。此外,IRST 系統不受雷達干擾和欺騙技術的影響,使其在電子戰環境中可靠。

2.3 現代戰爭中的戰略重要性

IRST 系統在現代戰爭中的戰略重要性怎么強調都不為過。在空戰中,配備 IRST 的戰斗機可以在視距之外探測并交戰敵機,而不會暴露其位置。這種能力對于獲得空中優勢至關重要。在海戰中,IRST 系統可以檢測和跟蹤反艦導彈和隱形飛機等來襲威脅,提供關鍵的早期預警信息。

此外,IRST 系統與雷達和電子戰系統等其他傳感器技術的集成可以實現全面的態勢感知,從而增強決策和戰術規劃。在傳統雷達系統受到損害或無效的環境中有效運行的能力凸顯了 IRST 技術在當代沖突場景中的戰略價值。

2.4 未來的前景和挑戰

IRST 技術的未來似乎充滿希望,正在進行的研究旨在進一步提高靈敏度、范圍和辨別能力。緊湊、節能系統的開發將實現跨一系列平臺的更廣泛集成,包括無人機(UAV)和小型戰術單位。人工智能和機器學習算法的發展也為改進目標的自動檢測和分類、減少操作員的認知負擔和增加反應時間提供了機會。

然而,IRST 技術的進步并非沒有挑戰。隱形技術和對抗措施的日益復雜需要 IRST 傳感器功能和信號處理技術的不斷創新。此外,將 IRST 系統集成到現有和未來的平臺中需要仔細考慮重量、功耗以及與其他系統的互操作性等因素。

3 探索通用原子公司的 XQ-67A OBSS 和 Gambit 無人機

通用原子公司開發的 OBSS(機外傳感站)計劃和 Gambit 系列無人機代表了美國空軍無人機能力的重大飛躍。 OBSS 計劃由空軍研究實驗室 (AFRL) 發起,旨在部署能夠領先于戰斗機的無人機,將目標信息和其他關鍵威脅數據傳遞回有人戰斗機。

2024 年 2 月,通用原子公司推出了該項目的無人機產品 XQ-67A,并準備進入飛行測試。該飛行器是為空軍協同作戰飛機 (CCA) 計劃提出的 Gambit 系列飛機的一部分,展示了無人駕駛作戰飛行器的未來,重點關注速度、加速設計流程和實質性能力增強??。

2021 年 10 月,AFRL 授予通用原子公司和 Kratos 相同的價值 1770 萬美元的 OBSS 開發合同,開發周期為 12 個月。通用原子公司提交的產品“Gambit”經過了嚴格的設計審查,最終決定繼續生產和飛行測試。 OBSS 計劃被描述為尋求一種維護成本低的模塊化、消耗性無人機,旨在通過飛行演示驗證可消耗級飛機的低成本設計和制造方法。

通用原子公司于去年 3 月推出的 Gambit 無人機系列展示了獨特的無人機設計方法,強調模塊化和執行各種任務的能力。 Gambit 系列圍繞通用核心模塊構建,包括多種不同的飛機,每種飛機均設計用于特定任務,例如偵察、戰斗、訓練和隱形任務。這種模塊化方法,其中一個通用的 Gambit Core 封裝了基本功能,并占各種型號價格的大約 70%,旨在降低成本、提高互操作性并加強變體的開發。四個初始模型——Gambit 1(偵察和監視無人機)、Gambit 2(空對空戰斗機)、Gambit 3(訓練工具)和 Gambit 4(戰斗偵察模型)——展示了多功能性無人系統可以為現代空戰和偵察任務帶來的戰略能力??。

這種無人機系統的創新方法將 OBSS 計劃的戰略能力與 Gambit 系列的模塊化設計相結合,凸顯了軍事航空領域的重大轉變。通過利用先進的傳感、自主操作和模塊化設計,這些項目旨在增強美國空軍執行復雜任務的能力,提高效率、安全性和戰術優勢。

XQ-67A OBSS 設計和 Gambit 無人機之間的聯系雖然沒有得到官方證實,但通過通用原子公司的各種元素和披露強烈暗示。 XQ-67A 是為空軍研究實驗室的機外傳感站 (OBSS) 項目開發的,與 Gambit 系列無人機共享關鍵設計原則和技術基礎。 OBSS XQ-67A 和 Gambit 無人機的模塊化和適應性設計方法證明了這種聯系。

通用原子公司的 Gambit 系列由圍繞通用核心模塊開發的無人機組成,旨在執行多種任務,包括空戰、偵察和監視。這個通用核心模塊封裝了起落架、航空電子設備和其他關鍵系統等基本功能,在各種型號的成本和設計中占據了很大一部分。 Gambit 系列的模塊化特性可實現規模經濟、互操作性和簡化變體開發??。

OBSS 計劃旨在制造一種能夠在戰斗機之前飛行以中繼目標和威脅數據的無人機,與 Gambit 無人機提供的戰略能力相一致。 XQ-67A 專為 OBSS 計劃而設計,具有 Gambit 系列核心的模塊化、低成本和適應性強的設計理念。這種協同作用表明 XQ-67A 和 Gambit 無人機的技術和設計方法存在顯著重疊,表明通用原子公司采取了更廣泛的戰略,在不同的軍用無人機項目中利用通用系統和設計理念????。

圖:GA-ASI 的 Gambit 系列飛機的藝術渲染圖。圖片:GA-ASI

4 OBSS 的起源:從 LCAAT 到突破性技術

OBSS 的根源可以追溯到 2014 年啟動的空軍研究實驗室 (AFRL) 低成本可飛行飛機技術 (LCAAT) 計劃。AFRL 航空航天系統理事會的領軍人物 Doug Meador 詳細闡述了這些系統的演變,強調飛行器框架內的自主性、傳感器和武器有效載荷以及通信的集成。 LCAAT 計劃尤其催生了低成本可攻擊演示機 (LCASD) 項目,根據該項目,空軍推出了 XQ-58 Valkyrie 無人機,標志著自主協作平臺 (ACP) 的開始。

OBSS 計劃從 LCASD 過渡而來,借鑒了經驗,旨在通過低成本可消耗飛機平臺共享(LCAAPS)戰略重新定義飛機采購。 OBSS 項目經理 Trenton White 強調了 LCAAT 背后的意圖,即促進多方面的航行器開發方法,在證明航行器準備就緒的情況下集成先進技術。

5 創新飛機采購:轉向快速、經濟高效的開發

LCAAPS 計劃標志著向更加動態和高效的飛機開發方法的關鍵轉變,挑戰了傳統繁瑣的流程。通過采用汽車和其他行業的做法,空軍旨在提高上市速度,同時減少與軍用飛機開發相關的成本上升和延誤。這種方法有望徹底改變飛機的概念??化和制造,利用開放系統進行硬件和軟件集成,從而加速實現作戰能力的進程。

OBSS 和 OBWS 在 LAAPS 下作為不同但互補的概念出現,OBSS 側重于續航力和傳感器容量,OBWS 側重于速度、機動性和打擊能力。這種分歧凸顯了空軍利用標準化組件和系統的戰略,類似于汽車行業的生產線方法,以促進不同飛機型號的快速組裝和部署。

6 OBSS 和 OBWS:模塊化協作戰斗機的愿景

OBSS 的首次飛行和 OBWS 的存在強調了空軍對探索模塊化和協作戰斗機解決方案的承諾。雖然 OBSS 充當“獵人”,收集情報并提供監視能力,但 OBWS 作為“殺手”的潛力,配備與對手交戰,代表了無人機作戰戰略的重大進步。兩種無人機使用通用底盤或核心的概念證明了創建多功能、可擴展且經濟高效的戰斗平臺的富有遠見的方法。

通用原子公司于 2022 年推出的 Gambit 系列無人機符合 OBSS 的基本原則,表明這兩項舉措之間存在共生關系。 AFRL 通過 OBSS 和 OBWS 倡議倡導的模塊化概念反映了空軍協同作戰飛機 (CCA) 計劃的目標,該計劃強調負擔得起的大規模生產和快速部署,以滿足未來的作戰需求,特別是在太平洋地區的潛在沖突中。

7 未來之路:發揮 OBSS 和 OBWS 的潛力

美國空軍研究實驗室 (AFRL) 通過其機外傳感站 (OBSS) 計劃和機外武器站 (OBWS) 計劃積極致力于推進模塊化無人機技術。這些努力代表著在增強無人機在各種軍事行動中的能力和應用方面取得的重大進展。

OBSS 項目專注于開發無人機的先進傳感功能,使它們能夠從周圍環境中收集有價值的信息。這包括集成攝像頭、雷達、激光雷達和其他遙感設備等傳感器,為無人機操作員和軍事人員提供全面的態勢感知。通過為無人機配備這些傳感功能,AFRL 旨在提高其有效執行偵察、監視和情報收集任務的能力。

此外,OBWS 計劃雖然更加神秘,但建議開發可以通過無人機遠程部署和控制的機外武器系統。這代表了無人機戰爭的重大進步,使無人機能夠精確、敏捷地攻擊目標,同時最大限度地降低人類操作員的風險。

AFRL 對推進無人機技術的工作強調了其在現代戰爭中保持技術優勢的承諾。通過投資模塊化無人機平臺和場外系統,空軍旨在增強其作戰能力并領先于潛在對手。

技術特性方案表:

計劃/倡議 機外傳感站 (OBSS) 機外武器站 (OBWS)
目的 無人機先進傳感能力的開發 無人機外武器系統的開發
技術集成 攝像頭、雷達、激光雷達、遙感設備 武器系統、遙控系統
應用領域 偵察、監視、情報收集 精準瞄準、空戰
主要特征 全面態勢感知,實時數據采集 遠程武器部署,最大限度地降低人類操作員的風險
意義 增強無人機在軍事行動中的能力 推進無人機作戰,保持技術優勢

該方案表總結了 AFRL OBSS 計劃和 OBWS 計劃的關鍵技術特征,重點介紹了它們的目的、集成技術、應用、關鍵特征以及在推進無人機技術軍事應用方面的意義。

美國空軍研究實驗室 (AFRL) 通過其機外傳感站 (OBSS) 項目和相關但更為神秘的機外武器站 (OBSS),在先進模塊化無人機技術的開發和應用方面取得了重大進展。 OBWS)倡議。這些努力象征著軍用航空向敏捷性、適應性和創新的更廣泛轉變,有望在未來幾年重塑空戰。

最初處于操作保密狀態的 OBSS 計劃最近因通用原子公司的 Gambit 無人機預計將于 2024 財年上半年進行首次飛行而成為頭條新聞。這一里程碑是 AFRL 雄心勃勃的項目的一部分,該項目旨在展示無人駕駛飛機高水平的自主性和先進的傳感器套件能夠超出當前一代戰斗機的視線范圍,從而增強態勢感知和瞄準能力??。

OBSS 計劃的進展與低成本可消耗飛機平臺共享 (LCAAPS) 計劃密切相關,該計劃旨在基于通用核心底盤創建多種飛機變體。這種策略通常被 AFRL 描述為“屬/種”方法,具有多種用途。首先,它能夠在利用共享基礎的同時快速開發具有不同功能的多樣化系統系列。其次,它強調向模塊化、具有成本效益的解決方案的戰略轉變,以適應不斷變化的作戰需求。

圖片:GA-ASI 的可認證地面控制站 (CGCS) 設計用于與遙控駕駛飛機系統 (RPAS) 配合使用,特別是 MQ-9B SkyGuardian/SeaGuardian——世界上第一個設計和制造用于在非隔離空域飛行的 RPA。其架構將飛行和關鍵任務功能分開。飛行關鍵功能是使用運行 GA-ASI 可認證設計保證級別軟件的現成航空電子設備和飛行計算機來執行的。 CGCS 采用柯林斯航空航天公司的 Pro Line Fusion? 集成航空電子系統、Abaco FORCE2C 飛行計算機以及 MQ-9B 的所有傳感器和附加有效載荷控制。其通用操作畫面 (COP) 和改進的顯示技術提供了顯著改進態勢感知并減少飛行員的工作量。其直觀的界面可幫助飛行員更快、更輕松地識別潛在危險情況,從而增強決策過程。 2019年,CGCS成功完成了MQ-9B的首次端到端飛行。

CGCS 可以改裝為現有的美國空軍、美國國土安全部、英國皇家空軍、意大利空軍、法國空軍和 NASA 固定設施以及部署的移動 GCS 掩體。

OBSS 與 LCAAPS 計劃的整合表明 AFRL 共同努力,最大限度地提高無人機技術開發的效率和多功能性。通過建立一個共同的核心底盤,LCAAPS 計劃簡化了多種飛機型號的設計和制造流程。這種通用性允許跨不同平臺共享組件、子系統和制造技術,從而減少開發時間和成本。

此外,“屬/種”方法意味著設計無人機平臺時采用類似分類學的方法,其中核心底盤充當屬或共同祖先,從中衍生出各種物種或專門變體。這種模塊化框架支持快速原型設計和迭代,以及新技術和功能的整合。

此外,強調成本效益是 AFRL 戰略的一個重要方面。通過利用模塊化設計和共享組件,LCAAPS 計劃旨在降低無人機系統的整體生命周期成本。這不僅使無人機技術更易于使用,而且還具有更大的可擴展性和靈活性,可以適應不同的任務要求。

總體而言,OBSS 與 LCAAPS 計劃的集成代表了一種推進無人機技術的整體方法,包括傳感器開發和平臺設計。通過采用模塊化、成本效益和適應性,AFRL 旨在保持無人機系統開發的前沿,并滿足現代戰爭不斷變化的需求。

技術特性方案表:

計劃/倡議 低成本可消耗飛機平臺共享(LCAAPS)
目的 從通用核心底盤創建多種飛機變體
技術集成 共享組件、子系統、模塊化設計
應用領域 具有不同功能的多樣化無人機系統系列
主要特征 開發速度快、性價比高、適應性強
意義 設計和制造的效率以及無人機技術的多功能性

該方案表總結了 OBSS 計劃和 LCAAPS 計劃之間集成的關鍵技術特征,強調了它們的目的、集成技術、應用、關鍵特征以及在推進無人機技術軍事應用方面的意義。

雖然有關 OBWS 的細節仍然很少,但概念基礎表明 OBSS 是一個補充平臺,旨在提高性能和武器部署能力。 OBWS 的存在,加上 OBSS 計劃的進步,表明 AFRL 及其行業合作伙伴共同努力探索模塊化無人機技術在增強美國空軍作戰能力方面的全部潛力。

與通用原子公司的合作以及 OBSS 計劃的成功進展,以及即將進行的 Gambit 無人機的飛行測試,都表明了軍用航空領域更廣泛的趨勢。這一趨勢強調快速、經濟高效的開發周期和自主系統的部署,以擴展有人駕駛飛機的作戰能力,從而確保在未來沖突中的競爭優勢。

隨著 OBSS 計劃越來越接近充分發揮其潛力,隨著 Gambit 無人機的首次飛行即將到來,對空戰和模塊化軍事技術的未來影響將是深遠的。 OBSS和推測性OBWS計劃的持續發展不僅凸顯了空軍戰備的創新方法,而且標志著無人系統戰略整合所定義的空戰新時代。

OBSS 計劃的進步和 OBWS 的推測性開發代表了軍用航空的變革階段,強調了模塊化設計、自主性和成本效率的重要性。隨著這些項目的發展,它們將重新定義空戰范式,強調先進無人機技術在塑造未來軍事能力方面的關鍵作用。

AFRL 披露 OBSS 計劃和引入 OBWS 概念標志著軍用航空技術發展的關鍵時刻。通過采用模塊化設計原則并利用快速、具有成本效益的開發戰略,美國空軍準備重新定義空戰的未來,確保面對新出現的全球威脅時做好準備并保持優勢。

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這項調查旨在確定能夠在 13 個與航空彈藥相關的研究領域開發最新解決方案的潛在來源。

美國國防承包商只有兩周的時間來表明他們對參與即將開展的空中優勢研究項目的興趣,這些項目涉及建模與仿真、飛機集成、目標跟蹤、導彈制導與控制以及用于無人機群的人工智能(AI)等使能技術。

位于佛羅里達州埃格林空軍基地的美國空軍研究實驗室彈藥局官員周二發布了2024年空中優勢廣泛機構公告項目的尋源通知(FA8651-24-S-0001)。

這項市場調查旨在確定具有專業知識、能力和經驗的潛在來源,以便在 13 個與空投彈藥相關的研究領域開發最先進的解決方案,這些領域包括

  • 建模、仿真和分析;
  • 飛機集成技術;
  • 尋找固定目標跟蹤和數據鏈技術;
  • 交戰管理系統技術;
  • 高速引信
  • 導彈電子設備
  • 導彈制導和控制技術
  • 先進彈頭技術
  • 先進導彈推進技術
  • 控制驅動系統;
  • 導彈運載和釋放技術
  • 導彈測試和評估技術;以及
  • 人工智能和機器自主。

建模、仿真和分析旨在開發模型,以分析空中優勢概念,如相互通信武器、新型破壞機制、致命和新型破壞機制、若干目標定位和關鍵時間投送。詳細建模包括傳感器、空氣動力學、自動駕駛儀、導航和制導方案、推進、彈頭、引信、數據鏈、火控、發射器、懸掛、運載和釋放、誤差過濾器、環境(風、霧和塵埃)、殺傷力、脆弱性和威脅。

創新飛機集成技術旨在設計、開發和演示飛機集成技術的物理、電氣和邏輯接口。

尋找-固定-目標-跟蹤和數據鏈技術旨在開發探測飛機威脅的技術。感興趣的技術包括用于空對空導彈的小型數據鏈終端、保形數據鏈天線、替代波形以及支持空對空導彈群的數據鏈應用。

交戰管理系統技術力求在競爭日益激烈的環境中最大限度地提高飛機的生存能力,同時降低誤報率和交戰成本。這些技術可能只需要有限的機組人員監督,也可能是自主操作的。

高速引信涉及能夠安全啟動彈頭的電子安全和武器技術、目標探測裝置和制導綜合引信裝置,這些裝置能夠提供小型化、快速反應、精確的射程和位置信息,用于高閉合速度攔截慢速和快速移動的目標。

導彈電子設備旨在研究空對空導彈的動力和電子設備,涉及動力轉換和分配、發電和存儲技術、制導電子設備和熱管理。

導彈制導和控制技術旨在研究針對機動目標的制導算法、實時優化發射和能量管理、集成制導和控制、減少尋的器測量和最終控制鰭指令之間的延遲、尋的器技術和算法、目標狀態估計器以及第三方排隊。

先進彈頭技術旨在研究常規彈頭和概念彈頭技術,以利用技術摧毀、破壞、擊敗或剝奪相關目標的功能,從而使空射彈藥具備強大且經濟實惠的能力。

先進導彈推進技術涉及推進劑配方、顆粒結構、殼體技術、點火安全裝置、噴嘴技術和多脈沖發動機屏障。

控制執行系統旨在開發高效的導彈飛行控制,涉及微型執行器、高速執行系統、低成本控制執行技術、鉸接式導彈雷達罩、高速導彈折疊鰭概念以及先進的機身控制技術。

導彈運載和釋放技術旨在研究使用高速數據飛機到武器通信、吊艙結構以及飛機到武器電力轉換和分配系統的武器艙應用高密度運載。

導彈測試和評估技術尋求加密遙測方法,以減輕當前加密遙測系統的后勤負擔;自主飛行終止系統,以消除對機載飛行終止接收器和天線的需求;小型化和大功率導彈跟蹤信標;小型化爆炸物引爆模塊;以及雙重導彈跟蹤技術。

人工智能和機器自主旨在為成群的網絡協作和自主武器系統開發機器學習能力。

參考來源:militaryaerospace

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美國空軍正在推進空戰的發展,其目標是在五年內實現僚機無人機的實戰化。美空軍部長弗蘭克-肯德爾(Frank Kendall)在 AFA 2023 第一天的主題演講中宣布了這一里程碑的實質內容,他設想在 2028 財年之前將這些無人機作為協作作戰飛機(CCA)計劃的一部分投入生產。

肯德爾表示信心十足,并指出之前的倡議已經為這一創新飛躍鋪平了道路。CCA計劃在很大程度上受到了DARPA的空戰進化(ACE)計劃所奠定的技術基礎和國際合作伙伴(如澳大利亞的 "忠誠僚機 "項目)的貢獻的影響。該項目力求將人類的駕駛能力與先進的人工智能相融合,希望能制造出伴隨下一代戰斗機作戰的無人駕駛飛機。

隨著國會預算審議的繼續,空軍積極主動地強調了對這一未來能力進行大量投資的必要性。為啟動該項目,空軍已申請在 2024 財年撥款 3.92 億美元,并計劃在隨后幾年內獲得數十億美元。

這些無人機最終將擁有一支由大約 1000 架多功能無人機組成的機隊,這些無人機將具備自主操作或在下一代空中主導戰斗機上的飛行員指導下操作的能力。計劃中的無人機將發揮多種作用,包括作為傳感器平臺或干擾站,與聯合先進戰術導彈等最先進的武器一起強化空軍的先進作戰系統。

這一大膽的戰略是空軍未來保持空中優勢的總體方針的一部分,無與倫比的下一代空中優勢能力指日可待。預計 CCA 的實施將極大地提高戰斗編隊的效率,從而使空戰方式發生深刻變革。

常見問題部分:

1.美空軍對僚機的目標是什么?

目標是在 2028 財年之前投入使用僚機無人機,作為協同作戰飛機 (CCA) 計劃的一部分。

2.誰在何時宣布了這些無人機的愿景?

空軍部長弗蘭克-肯德爾在 AFA 2023 第一天的主題演講中宣布了這一愿景。

3.是什么影響了 CCA 計劃?

CCA 計劃受到 DARPA 的 "空戰進化"(ACE)計劃和澳大利亞的 "忠誠僚機"項目等國際貢獻的影響。

4.美空軍在 2024 財年的預算申請是多少?

空軍已為 2024 財年申請 3.92 億美元,用于啟動 CCA 項目。

5.美空軍計劃擁有多少架無人機?

空軍計劃擁有一支由大約 1000 架無人機組成的機隊,這些無人機可以自主運行,也可以在飛行員的指導下運行。這些無人機將發揮各種作用,如傳感器平臺或干擾站。

6.美空軍對這項新技術的總體戰略是什么?

總體戰略是在未來保持空中優勢,特別是通過加強戰斗編隊的有效性和改變空戰。

定義:

  • 協同作戰飛機(CCA)計劃: 開發和部署與有人駕駛戰斗機并肩作戰的無人駕駛飛機的計劃。
  • 美國國防部高級研究計劃局的空戰進化(ACE)計劃: DARPA的一項計劃,重點是利用人工智能和機器學習算法推進空戰技術。
  • “忠誠僚機”項目: 澳大利亞的一個項目,開發能夠在戰斗場景中與有人駕駛飛機并肩飛行的無人機。
  • 自主:能夠在無人干預的情況下運行。
  • 下一代空中主導戰斗機: 指空軍未來的飛機,旨在以先進的能力維持空中優勢。
  • 聯合先進戰術導彈: 一種最先進的武器,將成為空軍先進作戰系統的一部分。

參考來源:TS2 Space

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美海軍的 "哥倫比亞"(SSBN-826)級彈道導彈潛艇(SSBN)計劃是一項設計和建造12艘新型SSBN的計劃,以取代海軍目前由14艘老舊的 "俄亥俄 "級SSBN組成的兵力。自2013年以來,海軍一直將 "哥倫比亞 "級項目作為海軍最優先的項目。海軍于 2021 財年采購了第一艘 "哥倫比亞 "級艦艇。

海軍 2024 財年擬議預算要求采購該級艦的第二艘艦艇。海軍提交的 2024 財年預算估計,第一艘和第二艘艇的采購成本分別為 151.791 億美元和 92.853 億美元(即約 152 億美元和 93 億美元)。首艇的采購成本遠高于該級后續艦艇的采購成本,因為首艇包括了該級艦艇的大部分詳細設計/非經常性工程(DD/NRE)費用。(海軍預算的長期做法是將新級艦艇的詳細設計/非經常性工程(DD/NRE)費用納入該級艦艇首艇的總采購費用中)。首艦的估計采購費用包括計劃費用 65.576 億美元,這意味著(基本上)該級艦的 DD/NRE 費用。除去計劃費用,首艦的估計實際建造費用為 86.215 億美元。

該級艦的第三艘、第四艘和第五艘計劃在 2026 財年、2027 財年和 2028 財年采購,每艘的采購成本估計約為 82 億美元或 83 億美元。海軍提交的 2024 財年預算估計,12 艘該級艦艇的總采購成本為 1 127 億美元(按當年美元計算),或平均每艘 93.876 億美元(按當年美元計算)。

該級艦的前兩艘艦艇由增量資金供資,這意味著每艘艦艇的采購費用被分為多個年度增量。第一艘艇的采購經費在 2021 財年至 2023 財年分三次遞增,第二艘艇的采購經費計劃在 2024 財年和 2025 財年分兩次遞增。

海軍 2024 財年擬議預算要求為第二艘艇提供 24.436 億美元(即約 24 億美元)的采購資金,并為 2026 財年及其后幾年采購的 "哥倫比亞 "級艇提供 33.907 億美元(即約 34 億美元)的預先采購 (AP) 資金。

國會在 "哥倫比亞 "級項目上面臨的問題包括以下幾點:

  • 由于技術挑戰和/或與資金相關的問題,"哥倫比亞 "級首艇的設計和建造可能會出現延誤,這可能會危及海軍是否有能力在 2031 年為首次預定的威懾巡邏做好準備,屆時該艇將取代第一艘即將退役的 "俄亥俄 "級 SSBN 進行部署;

  • 該計劃成本增長的風險;

  • "哥倫比亞 "級項目對海軍其他項目(包括其他造船項目)可用資金的潛在影響;以及

  • 同時建造 "哥倫比亞 "級潛艇和 "弗吉尼亞 "級攻擊型核潛艇(SSNs)對工業基礎的潛在挑戰。

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FAST項目(基于智能體的系統基礎技術)是一項為期三年的研究和開發工作,與位于紐約州羅馬的空軍研究實驗室簽訂合同。該項目從一開始就由美國海軍贊助,在項目的后期,美國空軍也做出了額外的貢獻。

該項目的主題是探索新的建模方法和基于模型的軟件生產技術,以提高所開發軟件的質量,同時縮短開發時間,提高設計的可重復使用性。在模型驅動的軟件和系統開發,以及海軍的任務工程有很大的相似性。傳統上,這兩個過程都是以自下而上的方式開發,而自上而下的方法則更有針對性和前景。這種自上而下的方法的最初步驟必須是一個概念模型,概述基于一組給定事實達到預期目標所需的所有(概念)決策。對于任務工程來說,這個決策建模器有助于確定所有需要做出的關鍵決策,以及相應的任務,以便規劃和執行一個成功的任務。對于軟件或系統工程師來說,決策建模器概述了設計中的系統的關鍵語義和相應結構。雖然存在對系統工程的建模支持,在某種程度上也存在對軟件工程的建模支持,但沒有任何工具支持將決策建模器作為系統或軟件設計模型的一個完全集成部分來建立。因此,由于其根源在于系統建模語言(SysML),任務工程也缺乏決策建模能力。

我們通過為統一建模語言(UML)建模工具MagicDraw(又名Cameo)開發決策建模器能力,作為一個可加載的插件,與商業上可用的插件,如SysML、UAF等兼容,縮小了這一差距。決策建模器實現了決策模型和符號OMG標準所定義的決策需求圖的增強型變體,但在其他方面偏離了OMG標準,以提供更復雜的決策表達建模、決策仿真能力,以及與SysML(v1.x)的無縫集成能力。為了在更大的仿真場景中進行協作,我們為MagicDraw開發了第二個插件(名為SimCom),允許決策建模器的仿真能力與外部仿真系統(如高級仿真、集成和建模框架(AFSIM))之間進行實時協作。SimCom插件實現了一個受 "高級架構"(HLA)仿真協議啟發的輕量級協議。我們用決策建模器和AFSIM之間的協作場景展示了這種能力。

雖然決策建模器的工作使我們偏離了開發時間和空間(4D)、基于模式建模方法的最初計劃,但我們的深入合作和對SysML v2的貢獻,在很大程度上彌補了這一點,提交給OMG。SysML v2已經達到了與我們最初計劃的相似的4D特征。在SysML v2環境下重建決策建模器將是一項有趣和有益的任務。除了參與SysML v2的工作,該項目還在其他幾個OMG標準的開發中起到了主導作用。

方法、假設和程序

相關標準及技術

許多建模方法包括隱含或嵌入的決策制定。這些建模案例有流程圖、活動圖、業務流程模型等等。決策建模作為一門專門的學科是比較新的。對象管理小組創建了決策建模和符號(DMN)規范,最初是為了使BPMN1業務流程模型中的決策更加明顯,并支持更詳細的決策過程。這段歷史的缺點是,DMN現在與BPMN的關系非常緊密,尤其是在元模型層面。因此,DMN,不能直接與UML或SysML集成。為了使DMN風格的決策建模與UML和SysML模型協作,特別是使現有的UML建模工具能夠進行DMN風格的決策建模,必須創建一個決策建模UML配置文件,與DMN元模型密切相關。

目標建模環境

決策建模器的開發和目標部署平臺是MagicDraw 19.0 SP4版本。MagicDraw(也被稱為Cameo)是一個UML建模工具,由No Magic公司開發和銷售。No Magic最近被Dassault Systèmes收購,Dassault Systèmes將繼續進一步開發和銷售這個工具,可能會用不同的名字。

MagicDraw是一個用Java實現的UML建模工具。它支持并使用一個插件架構來擴展其建模能力,涵蓋其他基于UML的建模語言和方法,如SysML、UAF和其他。一個OpenAPI工具箱可以用來支持自定義插件的開發。

圖 2 - MagicDraw(又名 Cameo)環境中的決策建模器

決策建模器和SimCom通信引擎是由FAST項目為MagicDraw開發的兩個定制插件。SimCom插件沒有任何先決條件,而決策建模器插件的功能需要SysML和Alf插件的存在。由于UAF是基于SysML的,決策建模器也可以用于基于UAF的企業模型。決策建模器和SimCom插件的安裝程序都與MagicDraw資源管理器一致。

標準制定

雖然在整個FAST項目中開發的技術是朝著符合相關標準的方向做出的最大努力,像OMG規范的元對象設施(MOF)、統一建模語言(UML)、系統工程建模語言(SysML)等;或者像世界網絡聯盟(W3C)開發的網絡本體語言(OWL)、資源描述符框架(RDF)或其他,但我們自己也大力參與了新標準的開發,即在對象管理小組內。

雖然標準的制定是繁瑣的工作,但它的回報是許多好處。某一主題的標準化要求它處于該主題發展的第一線。這項工作通常是在研究實驗室或高級開發部門的隱蔽處進行的。然后,標準化要求開發人員開放并與世界各地同行討論該主題,這在所有案例中都是有益的。

在FAST項目期間,我們參與了對象管理小組的幾個標準化任務。所有這些任務都是在FAST項目之前的某個時間開始的,但這些任務的持續工作和討論為FAST項目提供了重要的投入和科學效益。我們所參與的任務是: MOF到RDF的轉換,元模型擴展設施,系統工程建模語言第二版,智能體和事件元模型,以及不確定性建模的精確語義學。另見本文件后面的標準化活動一章,以及項目技術報告(CDRL A010)中的相應章節。

決策模型

決策模型由兩類元素組成:主動和被動元素。

  • 主動元素是決策元素,它在模型執行過程中影響模型結果的整體結果(最高目標值)。根據OMG DMN規范,這些主動元素被定義: Decision、DecisionService和BusinessKnowledgeModel。

  • 被動元素不包含任何決策邏輯,因此不直接影響模型的結果。它們可能需要協助連續的活躍元素之間的信息流,或者注釋決策模型。OMG DMN規范定義了以下兩個被動元素: InputData和KnowledgeSource。

我們決策模型的所有元素,無論是主動還是被動,都有相同的基本結構:它們將接受一個到多個輸入,稱為 "輸入事實",并產生一個單一的輸出,稱為 "結果事實"。所有的事實都可以是單值或復值,在這種情況下,它們是單值的結構。

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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。

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蘭德公司發布《2035年后的新興技術:基于典型場景的未來軍事突發事件技術評估》(Emerging Technology Beyond 2035: Scenario-Based Technology Assessment for Future Military Contingencies)報告,該報告介紹了美國陸軍未來司令部(Army Futures Command)發起的“2035年后新興技術趨勢的影響”(Impact of Emerging Technology Trends Beyond 2035)項目的實施情況。該項目的目標是確定2035年以后潛在的新興技術趨勢,評估將這些新興技術應用于軍事行動的可行性,并描述這些技術在整個競爭連續體中的軍事影響。該報告側重于基于情景的技術評估,并為此詳細制定了5個說明性情景:愛迪生在海外(Edison Abroad)、北極深處之戰(Battle of the Arctic Depths)、戰爭機器之霧(Fog of War Machines)、托馬斯·謝林在朝鮮(Thomas Schelling in the DPRK)、第三次海灣戰爭(Gulf War Ⅲ)。該報告對“北極深處之戰”情景中確定的候選技術進行更詳細的評估,包括潤滑油、量子、太空運輸、飛行器、自主武器系統(AWS)、生物技術等技術領域,并提出美國陸軍應發展關鍵伙伴關系、為未來突發事件做好準備、考慮未來技術評估的預期結果、解決現代化優先事項和需求差距等建議。

未來是高度不確定的,然而,陸軍必須努力預測未來的全球發展和技術變化。這項預測工作的目標是協助美國陸軍為不斷變化的作戰環境做好準備,包括過去不曾面臨的環境,例如氣候變化導致的極端天氣條件。在這些和其他作戰條件下,新興技術可能有助于陸軍在關鍵任務中取得成功,并維護美國的利益。預測還可以幫助陸軍更好地理解和預測其可能面臨的沖突類型,關鍵對手的特征,以及可能面臨的作戰層面挑戰。在資源稀缺、預算緊張的環境下,為未來的突發事件做好準備和規劃尤為重要,軍隊今天已經需要就如何分配資源做出艱難的決定。

本報告介紹了技術路線圖進程的發展和實施,以幫助陸軍了解對2035年至2050年陸軍任務可能很重要的關鍵新興技術的影響。目標是協助陸軍為作戰環境的轉變做好準備,包括過去可能沒有廣泛面對的情況,如面對氣候變化驅動的極端天氣條件的行動。在這些和其他操作條件下,新興技術可能有助于陸軍成功完成關鍵任務并促進美國的利益。

研究成果

這項工作的具體方法側重于基于場景的技術評估

  • 未來世界的關鍵驅動因素是那些被認為與調節未來作戰環境和對手最相關的因素,軍隊可能面臨的挑戰類型,具有軍事影響的未來技術種類,以及諸如軍隊現代化的優先事項和關于技術投資和整合的決定等行動。

  • 五個說明性的場景被詳細地制定出來。在這五個場景中,北極深度之戰的場景被用來演示技術評估的實施。

  • 在這項工作中開發的技術評估過程提供了結構化的步驟,將情景轉化為任務概述和關鍵挑戰,為挑戰確定候選技術,并最終評估軍隊現代化的優先事項與候選技術解決方案和挑戰的一致性。

  • 對這些場景進行技術評估,需要考慮具有高度不確定性的技術。

對于北極深度場景,分析了潤滑劑、量子、空間運輸、飛行器、自主武器系統(AWS)和生物技術等技術領域

  • 評估發現,許多陸軍現代化的優先事項與陸軍在該情景中面臨的關鍵挑戰相一致--特別是AWS、生物技術和量子技術。

  • 然而,目前陸軍的一些現代化優先事項與北極深度場景中確定的挑戰表現出錯位或不一致--特別是圍繞潤滑油和垂直起飛和降落能力的錯位。

  • 對北極深度之戰的評估發現,陸軍的優先事項和點對點的空間運輸的潛在需求之間并不一致。

研究建議

  • 美國陸軍應在私營部門(例如,與能源、空間運輸等行業的領導者)和多國伙伴(例如,北約內部的主要盟友)發展關鍵的伙伴關系,以確保其需要的技術的可用性和整合性,特別是通過技術評估確定為關鍵需求的技術。這些伙伴關系可以通過建立和資助卓越中心來支持。

  • 在技術發展和陸軍現代化優先事項不一致的地方,領導層應考慮投入資源,更新理論,并實施替代戰略,以利用被確定為關鍵需求的技術。

  • 如果需要對基于情景的技術評估進行比較,為了提供一個更平衡的視角,美國陸軍未來司令部應進一步發展這個情景組合,以包括技術進步具有進化性質的情景。這一步將使陸軍利益相關者從技術評估中提供一個更廣泛的視角,跨越技術發展的外生不確定性。

  • 美國陸軍應該為未來廣泛的突發事件和世界狀態做好準備,在這些情況下,技術是分散的,而美國并不具有技術優勢。為了支持這一點,陸軍應該進一步發展技術評估活動中考慮的情景組合。

  • 美國陸軍應考慮未來技術評估的預期結果,以確保適當的技術概念得到應用。

  • 美國陸軍應利用技術評估方法來解決現代化的優先事項和需求差距。

報告目錄

第一章 介紹

第二章 未來世界的不確定性

第三章 未來不確定性的技術評估

第四章 見解和建議

附錄A 優先場景描述

附錄B 樣本評估活動:技術匹配

附錄C 北極深海之戰技術研究

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  • 美國防部副部長(DSD)Kathleen Hicks于2022年3月14日簽署了國防部JADC2實施計劃。

  • 實施計劃有5條工作路線和多個子任務。

  • 美國國防信息系統局(DISA)是JADC2工作中多個子任務的牽頭單位或共同牽頭單位。

    • 多個數據相關活動

    • 全球部隊管理能力的現代化

    • 電磁波譜企業架構和電磁戰管理(EMBM)。

    • 零信任

    • 身份認證和訪問管理(ICAM)參考設計

    • 分布式和共享的開發環境

    • 網絡現代化和傳輸能力

    • 多個任務伙伴環境倡議

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由美國導彈防御局(MDA)和海軍實施的宙斯盾彈道導彈防御(BMD)計劃,使海軍宙斯盾巡洋艦和驅逐艦有能力進行BMD行動。具備BMD能力的宙斯盾艦在歐洲水域作戰,保衛歐洲免受來自伊朗等國家的潛在彈道導彈攻擊,并在西太平洋和波斯灣提供區域防御,防止來自朝鮮和伊朗等國家的潛在彈道導彈攻擊。隨著時間的推移,具有BMD能力的宙斯盾艦的數量一直在增加。MDA提交的2023財政年度預算報告指出,"到2023財政年度末,將有50艘具有BMDS[BMD系統]能力的[宙斯盾]艦需要維護支持"。

宙斯盾BMD項目的資金主要來自MDA的預算。海軍的預算為BMD相關工作提供了額外的資金。MDA的2023財年擬議預算要求為宙斯盾BMD工作提供總計16.591億美元(即約17億美元)的采購和研發資金,包括為波蘭和羅馬尼亞的兩個宙斯盾岸上基地提供資金。MDA的預算還包括宙斯盾BMD項目的運營和維護(O&M)以及軍事建設(MilCon)資金。

國會關于宙斯盾BMD計劃的問題包括以下內容:

  • 是否批準、拒絕或修改MDA為該項目提出的年度采購和研究與開發資金申請。

  • MDA的成本估算和成本報告是否充分。

  • 宙斯盾BMD計劃在保衛美國本土免受洲際彈道導彈攻擊方面應發揮什么作用。

  • 具備BMD能力的宙斯盾艦的所需數量與可用數量。

  • BMD行動可能給海軍的宙斯盾艦隊帶來的負擔,以及是否有其他方法來執行現在由美國海軍宙斯盾艦執行的BMD任務,如建立更多的宙斯盾岸上基地。

  • 盟國負擔的分擔--盟國對區域BMD能力和行動的貢獻與美國海軍對海外區域BMD能力和行動的貢獻相比。

  • 宙斯盾BMD項目在關島新的導彈防御系統架構中的作用。

  • 是否將夏威夷的 "宙斯盾 "試驗設施轉換為陸基 "宙斯盾 "BMD作戰地點。

  • 艦載激光器在未來幾年內對海軍終端階段BMD行動的貢獻,以及這最終可能對所需的艦載BMD攔截導彈數量產生的影響。

  • 宙斯盾BMD計劃中的技術風險和測試與評估問題。

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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。

ABMS的開發工作

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。

GAO的報告建議

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。

ABMS的管理結構

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。

國會就AMBS采取的行動

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):

    • 第147節:限制E-8 JSTARS飛機退役的資金可用性
  • 2020年國防部(P.L. 116-92):

    • 第236節:與先進戰斗管理系統有關的文件
  • FY2021 NDA (P.L. 116-283) :

    • 第146節:移動目標指示器要求和先進戰斗管理系統能力的分析
    • 第221節:與先進戰斗管理系統有關的問責措施

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。

關于國會的潛在問題

  • 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?

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