印太地區的大國競爭對美國來說并不陌生。西太平洋對后勤工作提出了獨特的挑戰,尤其是在海上領域。即使按照今天的標準,當前的海上后勤平臺也屬于傳統設備;它們缺乏能力和容量,是美國在對抗性海上環境中維持聯合部隊的關鍵弱點。然而,新興技術可以在短期內彌補這些差距。
人工智能可以協助人類制定航線和裝載計劃,提供船只控制,并以競爭激烈的戰場節奏實現快速數據匯總和決策。通過在各后傾節點之間自動進行兵力分配和供應動態分配,人工智能將使關鍵物資在正確的時間和地點到達。INDOPACOM 地區的地理距離自上一次大國競爭以來一直未變;增強指揮和決策速度對于實現和保持競爭節奏至關重要。
海上和陸地/海洋的自動化貨物運輸既能降低風險,又能提高效率。通過用自動化系統取代人類操作員來執行常規的、高強度的實際操作,指揮官可以控制部隊的風險。無人駕駛船只可以在沒有外部支持的情況下在海上運行數周。自動起重機和車輛可以不知疲倦地高效裝卸貨物。
實戰化的彈性系統意味著作戰人員可以信賴它們的持續性。推進器和貨物裝卸設備等關鍵系統的冗余可確保長途航行不會白費。零部件的通用性、自動維護操作和現成的商用解決方案避免了交付流程中的瓶頸,并實現了有利的齒尾比。以可承受的價格生產后勤平臺,意味著可以在行動開始時安裝更多的系統,并在需要時增加更多的能力。最后,擁有足夠多的成本效益高、易于保養、維修和相對容易更換的船只,有助于提高系統的彈性。
當前的技術可以彌補海事后勤的不足,而更全面的解決方案則可以解決體制上的缺陷。采用人工智能、自動化設備和彈性系統可以有效地使聯合部隊指揮官控制作戰區域內的后勤工作。
圖:人工智能支持的在途可視化
過去幾年來,大西洋上的敵對潛艇活動不斷加劇。此外,戰略對手開發出了先進的隱形潛艇,使其更難被發現。活動的加劇加上先進的平臺,使美國的對手得以挑戰其在水下領域的主導地位。雖然利用貝葉斯搜索方法對優化搜索策略進行了大量研究,但公開文獻中的大多數方法都側重于搜索靜止物體,而不是由藍方潛艇對移動的紅方潛艇進行搜索。因此,本文了建立了一個敵方潛艇模型,其目標是避免被發現。隨著搜索努力的消耗,敵方潛艇位置的后驗概率分布會根據負面搜索結果計算出來。提出了一種尋找搜索模式的方法,該模式試圖在貝葉斯框架內利用馬爾可夫特性使探測概率最大化。具體來說,研究了三種不同的運行窗口方法:一種簡單的網絡優化模型、一種在規劃整個路線的每個時間段后執行更新的網絡優化模型,以及一種只提前兩個時間段的動態程序。
圖 3:在場景 I-V 中,我們改變了 “紅方”的起始位置和 “紅方”的起始格數。請注意,場景 I 的起始位置是 SR 的右下方單元格。SR 的北端位于網格的頂部。左上角的單元格是(1,1),右下角的單元格是(20,20)。
過去幾年中,大西洋上的潛艇活動不斷加強,多艘紅色潛艇部署到大西洋。此外,美國的對手正在研制與美國海軍(USN)潛艇級別相當的高能隱形潛艇。正因為如此,美國高級領導人評估認為,大西洋不再是一個沒有爭議的戰場,這迫使美國海軍調整工作重點,以挑戰此類海底威脅。例如,2018 年,美國海軍重新組建了美國第二艦隊,以應對大西洋上的敵對潛艇活動 [LaGrone, 2018]。此外,海軍最近宣布成立一支新的驅逐艦特混艦隊,專門負責在短時間內做好部署準備,以應對大西洋上的獵潛艇[Shelbourne,2021]。在作戰方面,艇員在部署前都要接受額外的訓練和認證,以確保隨時準備應對敵對潛艇的海底威脅。
美國海軍正在采取的行動清楚地表明,大西洋上敵方潛艇存在的增加對國家安全構成了重大威脅。當 “紅方”潛艇部署到大西洋時,能夠快速定位和跟蹤它們對國家安全至關重要。俄亥俄級彈道導彈潛艇(SSBNs)的設計目標是成為核三巨頭中可生存的部分。SSBN 上的潛艇艇員在處于戒備狀態時,必須保持不被發現的狀態,這樣才能保持可靠的第二次核打擊能力,為總統決策提供更多的靈活性,并對戰略對手的核與非核侵略形成威懾。在 SSBN 附近水域活動的敵對潛艇,如果被前潛艇發現并跟蹤,可能會降低 SSBN 的生存能力。快速定位敵對潛艇的能力將使指揮官能夠調整 SSBNs 的位置,以最大限度地保證其生存能力,并將幫助海軍跟蹤紅色潛艇,以減輕其武器對本土的威脅。
從歷史角度看,反潛戰(ASW)真正開始于第一次世界大戰期間,目的是對抗德國帝國海軍的無限制潛艇戰戰略[Cares,2021]。從那時起,反潛戰演變為兩類:進攻性反潛戰和防御性反潛戰[Cares, 2021]。在進攻性反潛戰中,目標是獵殺敵方潛艇[Cares, 2021]。但需要注意的是,在和平時期的行動中,其目標會有所改變,即確定敵方潛艇的位置并與之保持聯系[Cares, 2021]。另一方面,防御性反潛戰的目標是保護資產免受敵方潛艇的攻擊[Cares, 2021]。這兩項工作的共同點是需要有效地發現敵方潛艇。潛艇指揮官會得到可在其中行動的水域空間、敵方潛艇的位置信息以及可能有關敵方潛艇任務的情報。有了這些信息,指揮官就需要制定搜索敵方潛艇的計劃,通常是在計劃范圍內(如 12 小時)進行搜索。
聯合全域指揮與控制 (JADC2) 并不是一個新問題。美國各軍種和情報機構在過去和現在都是以聯合的方式作戰。只是從未有過這樣的挑戰,即各組織之間的整合必須使用統一的整合手段,而不是由領導聯合任務的組織定義的專有手段。像往常一樣,總是需要高度橫向整合。新的挑戰似乎是要通過高效的設計,確保JADC2各級分層組織角色之間的縱向整合得到極大擴展。這不僅是跨組織聯合結構的需要。由于作戰空間的復雜性,指揮部的每個角色在出現人員傷亡(包括人員戰備狀態下降)時都必須易于替代。
態勢感知(SA)植根于對每種態勢從開始到結束的演變過程的了解,這一點至關重要。這是支持現代戰場局勢大幅波動的必要前提。對局勢的了解可確保對作戰空間的了解既符合實際情況,又能適應世界動態的臨時性質。不僅要不斷考慮情境參與者(主體和客體)之間的關系,還要考慮改變世界模型狀態機狀態的行動。必須認識到,所處的環境,如 METOC、EMW、Acoustic 等,是高度動態的,會導致條件不斷變化,并以環境事件的形式產生影響。這些外部閾值事件有助于積極主動地生成外部因素,從而因不斷變化的情況原因以及持續的規劃和重新規劃活動而產生新的條件。我們相信,在不斷變化的情況下,并發環境在任務環境的形成過程中發揮著重要作用。
從戰術邊緣自下而上地設計企業是至關重要的,因為只有從戰術邊緣才能獲得有關情況和背景的知識。與戰術層及以上各層(即作戰層和戰略/國家層)的高級角色共享背景知識,是管理 SA 以確保理解當前評估和預測情況的唯一策略。想象中的 "假設 "問題至關重要,因為它們通過揭示反事實來揭示因果關系。事實上,"反事實 "是一種發現新情況的機制,是發現情況的必要前提。
本研究將為戰術、戰役和戰略/國家各級不同角色的決策參與者做出重大貢獻。堅信決策就緒知識必須在不做任何進一步轉換的情況下提供給所有決策參與者。這些知識將以適當的粒度水平提供給每個決策者。這種自動推送驅動的流式交付將確保及時提供有價值的知識,并為決策者提供機會,使其能夠根據所提供的情境知識查詢后端。
知識交付需要后端了解決策者認為哪些知識對其各自的責任領域(AOR)有價值。還需要支持在戰術邊緣提取知識的 "原位知識 "概念。這就需要將收集到的觀察結果和持續發現的新情況植入智能信息-知識結構,使其適合于通過各種邏輯進行推理,包括因果、情況、行動、事件以及必要的其他邏輯。如果采用 "智能數據信息結構",移動信息知識將被限制在最低限度,這對邊緣的有限網絡帶寬至關重要。
考慮到總結所捕獲的信息和知識對眾多決策者都有好處,實現這一點有幾個先決條件。首先,必須將智能信息數據結構嵌入到 "匯總容器 "中,以便匯總圖表、其他能夠捕捉智能結構、事件和世界模型的結構。其次,所有 "智能信息-知識結構 "都必須支持可組合性。要實現這一點,就必須采用本體論 "類型系統",使類型可以表示為組合。
所提交的內容提要涉及各種跨學科概念。這是必要的,因為邏輯世界模型的信息和知識具有高度異質性、多維性和層次性。"類型系統 "是表示復雜多變的世界模型絕對必要的基礎概念。JADC2 需要使用匯總聚合引擎來向所有決策者提供知識。
美國國防部越來越重視實現及時創新以支持國防和軍事戰略的能力。在全球安全和全球競爭力快速發展的背景下,美國國防部(DoD)技術創新所面臨的挑戰與日俱增,不斷暴露出當前武器系統開發和采購實踐中的許多不足之處。隨著技術創新步伐的加快,美國國防部面臨的挑戰是,同樣的顛覆性技術進步也在為對手提供或由對手開發。根據文獻綜述,目前尚無創新系統理論來解釋組織在社會經濟目標和相關任務下與環境的互動,包括以一種不那么封閉的系統方法來處理私營和公共部門之間的互動。
任務工程探索-開發創新架構擴展了 Bennan 和 Tushman(2003 年)以及 O'Reilly 和 Tushman(1996 年)的探索-開發理論,從流程管理、創新行為以及私營企業在環境技術變革背景下的績效等方面進行了闡述。基于系統理論框架的定性內容分析對創新和國防部數據集進行了分析,并產生了一組初始種子類別。對這些種子類別進行解釋后,產生了架構觀點和相關命題。由此產生的架構貢獻是在軍事任務和復雜情況下對任務工程和集成管理功能的命題定義,包括識別社會-技術錯位的構造,作為理解和識別技術創新機會及相關伙伴關系的基礎。
研究目的是利用系統理論框架,通過定性內容分析,開發一個用于技術創新的任務工程和集成探索-開發架構,重點如下:
目前,將人工智能技術融入美國軍隊的勢頭非常強勁。這包括將該技術用于指揮和控制目的。這些努力的前提是人工智能和機器學習能讓美國指揮官以更快的速度做出更好的決策。然而,人工智能不斷融入軍事決策過程,有望將決策要素從人類手中下放,這對強調果斷、直覺和大膽指揮官這一英雄原型的長期軍事傳統提出了挑戰。因此,本文試圖探討,面對這些相互競爭的觀點,將戰爭決策權下放給 "智能機器 "的前景是如何獲得目前的發展勢頭的?本文認為,可以通過關注二戰后時代出現的特殊戰爭愿景,特別是與美國軍事思想中的速度和知識主題相關的愿景,來解決這一難題。通過結合使用計算文本分析技術和系譜學方法,本文揭示了美國國防架構成員對速度和知識及其與戰爭關系的構想和優先次序的轉變。本文說明,在有關人工智能的優點及其在軍事決策中的作用的辯論中,這些變化充當了一種修辭資源,有助于鎖定與現代指揮相關的新含義和實踐并使之正規化。這些發現對于如何分析軍事文化、技術和戰爭實踐之間的關系具有重要意義;因此,這些發現指出了技術和戰爭的想象如何交織在一起,并對未來沖突如何展開產生了重大影響。
除了人工智能技術和軍事指揮實踐之外,本文還關注速度與知識這兩個主題之間的緊張關系。速度是戰爭不可或缺的要素,長期以來一直為實踐者、理論家和學者所強調。盡管如此,盡管速度作為戰爭中的一個關鍵因素經常被闡述,但其部署在不同時期和背景下并不完全一致。軍事思想經典都強調與速度有關的要素。例如,《孫子兵法》指出,"雖聞戰之愚急,而智不與久耽"。因此,孫子在指出行動過快的風險的同時,也指出了快速而巧妙的行動可能帶來的好處。不過,在這里,他也指出了與戰爭持續時間過長的風險有關的戰略計算。其中包括財政成本。不過,孫子也簡要提到了指揮官 "迅速 "決策的可能優勢,以及 "迅速 "行軍到意想不到的地點以達到戰術奇襲的目的。盡管如此,他在此也告誡人們不要無節制地追求快速、強行軍,因為這會造成組織混亂和供應鏈問題。從這個意義上說,對孫子來說,速度并不是統一的優勢。他建議 "疾如風,密如林",就是對這一觀點的總結。看來,對孫子而言,速度和維持軍隊組織的必要性都不是萬能的。
本文的論述過程如下。第二章評估了以往關于戰爭與技術關系的文獻。它指出了四種可能的替代解釋來源,并強調了每種方法如何無法提供適當的工具包來回答本論文的研究問題。在對文獻進行回顧之后,第三章提出了一套研究軍事實踐與技術之間關系的工具,將關系/實用主義社會理論和科技研究的元素與一種方法論相結合,既有譜系研究方法,又有計算文本分析方法。
第四章是 "鋪墊 "一章,從歷史技術軌跡的角度討論人工智能。本章旨在為讀者提供人工智能的基礎知識、該領域的技術歷史、當前發展情況,以及在軍事和非軍事環境中應用人工智能時仍然存在的基本問題。
第五章采用計算文本分析方法,追蹤二戰后美國軍事思想史中的速度與知識主題。它表明,在當今時代,速度的認知要素以及信息和知識在戰場上的重要性在軍事專業期刊的討論中處于相對高點。這些趨勢為我的論點提供了證據,即在美國國防架構中,新的 "成功 "戰爭方式正在被構建和討論。
第六章和第七章為計算結果提供了更多背景資料。依靠對美國國防和軍事相關文件的細讀,這兩章提供了二戰后速度(第六章)和知識(第七章)主題的譜系,展示了更廣泛的美國軍事思想中的特殊變異。這些變異和相對穩定是修辭資源的 "池塘"。然后,每一章都展示了這些修辭資源是如何在有關人工智能的辯論中被部署到指揮決策中的。
第八章的重點是,在美國對人工智能指揮的更廣泛理解中,速度和知識的配置是如何緊密聯系在一起的。此外,至關重要的是,本章說明了與人工智能和指揮決策相關技術傳統沖突所產生的修辭封閉性。相關的技術批判已被戰略性地歸入更廣泛的技術論述和戰爭表達中,其方式現在與人工智能聯系在一起。這種形式的修辭封閉性使人工智能指揮的支持者能夠超越反駁論點,從而在美國防部政策中鎖定一種特定形式的穩定關系,并日益制度化。最后,第九章就我們如何在人類與人工智能系統緊密結合的當代社會技術配置中構想軍事決策提出了一些結論和思考。
相互依存的人機團隊將是未來西方國家威懾大國戰爭的關鍵組成部分,如果威懾失敗,還能贏得戰爭。英美兩國面臨的競爭對手在質量上可能不相上下,但由于其工業能力和靠近可能的沖突地區,以及專門針對和擊敗西方能力而設計的作戰概念,它們在質量上擁有選擇性優勢。
盡管面臨這些前所未有的挑戰,英美兩國仍擁有相當大的作戰和軍事技術不對稱優勢。兩國都相信自己的軍隊能在最底層進行適應和創新。兩國都有聯合作戰的經驗,包括在遠征環境中的經驗。利用這些特點來塑造英美兩國軍隊開發、部署和使用能力的方式,將使競爭對手難以復制西方國家的表現,即使是使用相同的基礎技術。
作為以這些不對稱性為基礎的更廣泛抵消戰略的一部分,英美兩國軍隊應利用人機協作(HMC)和人機協同(HMT)來:展示降低英美兩國軍事、經濟和政治戰爭成本的潛力,同時增加對手的戰爭成本;實現決策優勢,讓對手進退兩難;在被拒絕的環境中產生意識。考慮到對有限資源的競爭性需求,美英兩國軍隊應在短期內集中力量開發、獲取和部署實現這些目標所必需的一組特定的 HMC 和 HMT 能力和使能手段。這些能力將根據反介入區域拒止泡泡內的使能活動進行選擇。這一具體任務可細分為若干子活動,包括改進感知、分析、規劃和決策,發展成本更低、更具攻擊性的部隊,遠征部隊的無人維持,加強欺騙,以及利用 HMC 進行預測性維護。
不過,也有一些注意事項。首先,與精密革命不同,西方在人工智能、自主、計算和其他與軍事相關的科技領域不會享有明顯而持久的技術優勢。其次,如果要實現新興技術的軍事潛力,就必須克服一些阻礙采用和推廣創新的障礙。
在這份政策指南中,作者認為人機協同技術的進步對于有效抵消對手的優勢至關重要。為了執行抵消戰略,各國軍隊將需要開發技術并投入大量資源,以發展新的作戰概念和方法,將人類判斷力與技術能力的結合視為成功的核心。這將是發揮持久組織優勢的關鍵。
本文旨在為政策制定者提供入門指南和政策指導,概述 HMC 和 HMT 如何利用西方國家的具體方法進行技術變革,以服務于這些國家的不對稱優勢。
2016 年,美陸軍參謀長馬克-A-米利將軍描述了他對未來作戰環境的愿景。這一愿景包含了美國陸軍和聯合部隊面臨的許多新挑戰。具體而言,多域作戰的概念要求聯合部隊以近期從未經歷過的方式開展行動。尤其是空中優勢的潛在缺失,不僅將迫使美軍改變作戰方式,還將改變對這些作戰部隊的后勤支持。正如陸軍領導層所描述的那樣,美軍目前的后勤保障能力不足以在未來的作戰環境中成功作戰。反制反介入/區域拒止(A2/AD)和分布式作戰給保障部門帶來了挑戰。為了使美國陸軍保持其 "設置戰區"(包括戰區分布)的核心能力,陸軍保障界必須利用 DOTMLPF-P 框架,針對反 A2/AD 和分布式作戰挑戰進行能力差距分析。應對這些挑戰的可能解決方案包括海上基地和緩存行動,它們涵蓋了 DOTMLPF-P 的廣度,以確保能夠在未來作戰環境中提供支持的強大維持行動。
本文將介紹在美國海軍水面艦隊中使用自主無人水面艦艇的戰術建議。將評估目前由私人和美國防部項目開發的幾種現有技術,以分析在已制定的作戰概念方案中設定的參數范圍內使用這些技術的可行性。這項研究的目標是通過將自主和無人水面技術應用于近期海軍作戰的戰術中,最大限度地提高水面部隊的戰備狀態。這一作戰概念針對的是決策者、作戰規劃人員以及負責制造、采購、交付和使用艦隊自主無人水面系統的人員。海軍在很大程度上依賴有人水面平臺的戰備狀態來執行各種復雜任務。由于海軍繼續在部隊的維護、訓練和戰備之間平衡部隊需求,自主無人系統提供了額外的能力,有助于維持健康和物質戰備狀態。這項研究旨在通過自主和無人系統的任務性能以及在不久的將來可以整合的能力進行比較分析。這將最終為海軍部隊的持續戰備狀態可能出現的下降提供一個權宜之計。
美軍對無人平臺的使用已大幅改善。在過去 10 年中,無人平臺在航空領域的戰時和穩態使用極大地改善了軍事行動。無人機(UAV)為海外作戰部隊的作戰能力做出了重大貢獻。它們大大提高了關鍵信息流的及時性,同時降低了軍事人員在情報監視和偵察(ISR)領域的風險。無人機還通過增加駐扎時間、增加打擊行動次數來提高航空部隊的進攻打擊能力,并降低了現有載人航空平臺的總體成本、生命周期維護和多功能性。近代以來,自主無人技術的應用和作戰使用在水面艦艇部隊中受到的關注較少,投資也有限。最近,美國國防部對開發和使用無人水面系統執行 ISR 和獵雷任務產生了濃厚的興趣。自主模式技術的應用和使用主要是在學術和科學領域進行研究。隨著海軍繼續將目標無人水面飛行器(無人機)用于水面炮擊和導彈系統目標評估和模擬,技術應用和更復雜的作戰能力變得可行。
開發自主無人水面系統所需的技術已經成熟并可用。然而,對自主無人系統技術的信任仍然是海軍領導人之間最具爭議的話題。自主無人系統可用于執行有人駕駛平臺認為過于危險和平凡,人類無法有效或高效執行的任務。隨著自動無人系統能力的提高,它可以比有人系統更有效地執行這些常規任務,如情報監視偵察、海域感知和導航。
海軍水面作戰中心胡內姆港分部發現,為了滿足未來的數據需求,需要改進艦岸數據傳輸能力。近年來,對更好的艦岸數據傳輸系統的需求日益增長,這主要是由于作戰系統元素日益復雜。這些數據需求,加上通信技術的進步,將有助于提供一個有效和高效的數據傳輸系統,超越目前帶寬的限制。增強數據傳輸能力和補充現有艦艇數據傳輸方法的一種方法是使用無人系統作為主要或輔助通信手段。本畢業設計提供了一個概念系統的作戰概念、系統架構以及建模和仿真分析,旨在滿足美國海軍提高艦對岸數據傳輸能力的需求。與目前的數據傳輸方法相比,這種方法的概念應用所顯示的結果可顯著縮短操作時間。在仿真和數據分析的支持下,操作時間的減少為使用無人飛行器的可行性和提高海軍艦艇上的艦岸數據傳輸能力帶來了積極的結果。
海軍水面作戰中心胡內姆港分部(NSWC PHD)需要改進艦岸數據傳輸能力,以支持美國海軍(USN)的測試活動,本項目正是針對這一需求而開發的。具體來說,需要一種更快的數據傳輸方法來增強現有的艦岸通信網絡,以支持美國海軍的測試活動。測試活動分析和遠程支持工作需要與岸基活動之間傳輸大量數據。現有通信系統對數據傳輸的限制會阻礙及時進行測試活動數據分析和遠程支持工作。測試活動通常在艦艇交付后或實施重大系統升級的可用期后進行。由于目前的目標是建立一支擁有 355 艘艦艇的艦隊(2020 年為 O'Rourke),而且艦艇系統的復雜性也在不斷增加,因此在可預見的未來,對改進數據傳輸能力以支持測試活動的需求將是持續而迫切的。為此,頂點團隊收集了相關信息,以制定頂點問題陳述: 近年來,對更好的艦岸(雙向)數據傳輸系統的需求一直是人們最關心的問題,這主要是由于作戰系統元素對數據的需求不斷增加。這些數據需求加上通信技術的進步,將有助于提供更好的決策支持和作戰能力,超越當前艦載系統的局限性。
頂點團隊發現了一個技術機會,即利用現有無人機(UAV)平臺的能力來填補這一能力差距,從而促進能夠滿足利益相關者要求的輔助通信線路。此外,該系統還必須在與美國海軍測試活動相關的環境條件下運行,與艦艇和地面站的操作人員連接,根據需要在艦艇和地面站之間建立并保持雙向數據連接,并具備連接和將數據寫入經批準的可移動媒體的能力。我們創建了一個概念性系統設計,命名為可部署空中數據鏈路(DAD),旨在表明利用無人機平臺可以實現利益相關者的目標。該系統旨在提高從船上到岸上的數據可用性。DAD 系統的操作概念包括使用艦艇部隊提供的可拆卸介質上傳至外部系統,然后與部署在無人機上的螺栓子系統通信,進行數據上傳或中繼。在圖 1 中,配備有 DAD 模塊化計算機子系統的美國海軍艦艇利用 DAD 系統通信線路,通過配備有 DAD 栓式子系統的無人機接收或傳輸來自 DAD 模塊化計算機子系統的數據。
圖 1 - DAD 作戰視圖
頂點團隊在系統概念化過程中使用了量身定制的系統工程 Vee 模型,該模型改編自國際系統工程理事會(INCOSE)和 Wiley(2015 年)。該研究提出了操作概念、技術方法、一套可行的候選解決方案、系統架構、系統模型和仿真以及可行性結果。得出的概念系統是對現有通信方法和相關系統的分析與運行目標的綜合。進行了替代方案分析(AoA),并確定了四種潛在解決方案供分析:(1) 繼續使用現有衛星技術,(2) 使用無人機作為中繼器,(3) 使用無人機進行接收和傳輸,以及 (4) 使用無人機進行數據上傳和硬盤移除。
根據得出的系統要求,通過應用分區標準將要求轉化為系統功能,開發了一個物理架構。然后進一步分解系統和子系統功能,并應用可行性標準來開發物理系統架構。功能、接口和系統組成在系統架構中得到進一步定義和捕捉,為此,頂點團隊使用基于模型的系統工程(MBSE)工具 Innoslate 創建了概念系統。圖 2 提供了一個高級 DAD 系統塊定義圖 (BDD)。
在確定了系統要求和系統架構后,確定了建模方法,以得出預期的系統性能。建模和仿真工具 ExtendSim 被用來分析特定場景條件下運行時間和數據傳輸率之間的關系。分析支持使用無人機作為數據傳輸平臺,并揭示了可取的系統配置和系統使用方法。初步研究結果表明,與現有通信系統相比,利用無人機的概念系統有可能以較低的運行成本為美國海軍提供更高的數據傳輸能力。
美國陸軍認識到對手在戰略上正在整合信息作戰(IO)、網絡空間作戰和新興技術,挑戰美國在所有領域的機動自由,從而帶來了持續的威脅。因此,美國陸軍正在為向多領域作戰的理論轉變做準備,這將增加信息在戰爭中的作用。在此過程中,美國陸軍在設計和實踐中面臨著信息輸入方面的挑戰和差異。目前美國陸軍的信息輸入學說、術語和整體結構是不充分的,沒有促進概念上的共同理解。這導致了戰術單位在信息環境中的系統表現不佳,以及在戰略和計劃中對信息交流的次優整合。同樣地,美國陸軍的信息產業從業者群體也面臨著身份危機,這降低了該行業的凝聚力、影響力和有效運作的整體能力。為了克服這些挑戰,首先需要對美國陸軍IO的設計和實踐進行嚴格審查,以揭示差異的范圍。然后,社會網絡分析和社會認同理論的應用揭示了在IO培訓、教育和組織方面的潛在解決方案,這將使美國陸軍在信息環境中變得更具競爭力。這項投資將提高陸軍在當前和未來沖突中無縫整合和執行信息戰的能力。
本報告認為,相互作用的地緣政治和技術趨勢提高了歐洲國家面臨的來自彈道導彈或巡航導彈、有人和無人駕駛飛機或其他武器系統的威脅類型和水平。這使得歐洲國家對更好和更綜合的防空和導彈防御(IAMD)的需求變得非常緊迫。目前歐洲的防空和導彈防御能力不能滿足有效抵御全方位威脅的任務。
由于改進的天基傳感器和基于無人系統的傳感器,戰場的透明度正在增加。同時,更精確、更快速、更集成的空中和導彈武器系統的技術正被更多的行為者所掌握。因此,不僅是大國,而且是地區大國和非國家行為者,都比以前更有能力使用或威脅使用這些武器。歐洲的軍事基礎設施和部隊以及民用目標特別容易受到攻擊,這些攻擊使用廣泛的復雜和不復雜的武器組合來壓倒和迷惑防御者。
主動防空和導彈防御系統由傳感器、攔截器和指揮與控制(C2)節點組成。防御者面臨的挑戰是盡可能早地發現威脅,跟蹤它們,并用攔截器阻止它們。在不同的階段需要一系列不同類型的傳感器,雖然攔截器通常是導彈,但也有其他選擇。這個復雜的系統是通過C2單元聯系在一起的。人工操作和自動裝置都會處理來自傳感器的信息,并向發射器發出指令。這些防御系統通常是針對各種類型的威脅而設計的,但對某些威脅的抵抗力往往比其他的強。防御系統可以基于陸地、海洋、空中或太空,并在這些領域內進行組合。它們可以抵御一切威脅,從我們本土的城市和民用基礎設施,到遠離家鄉的軍事基礎設施和部署部隊。因此,防空和導彈防御在戰略、戰區和戰術層面都很重要。
簡而言之,主動防空和導彈防御是一項高要求和高風險的任務。攻擊者和防御者為爭奪優勢而進行著高度競爭的斗爭。因此,防御者不僅要依靠主動防御,還要依靠被動防御措施:隱蔽性、分散性、流動性和硬化。此外,威懾和軍備控制措施應高度降低對手事實上使用這些武器的風險。防御者也可以采用先發制人的措施,試圖在敵方發動(另一次)攻擊之前,利用空中力量或網絡武器摧毀其能力。
報告重點介紹了主動防御措施,并強調這些措施又變得新的重要。最近的例子很容易找到,從2021年的以色列-哈馬斯沖突,2020年的納戈爾諾-卡拉巴赫沖突,到2019年的沙特油田襲擊。所有這些都表明小國和非國家行為者如何創造性地、有效地使用導彈和無人駕駛車輛來尋找和摧毀目標,繞過防御系統或使其飽和。
更令人擔憂的是可能在更大范圍內發生的事情。俄羅斯已經投資于導彈庫,將港口、空軍基地、C2節點和主要軍事力量置于危險之中。這些所謂的反介入區域拒止(A2/AD)能力可以阻止或提高在其附近行動的部隊的成本,或勸阻他們向受到直接威脅的盟友和伙伴提供援助。俄羅斯,與美國和其他主要國家一樣,也在投資高超音速武器,這為大國政治增加了另一個層面的速度和不可預測性。
因此,對歐洲國家來說,改進空中和導彈防御不僅是一個在國家基礎上保護其人民和軍隊的問題:聯盟承諾、地理范圍和威脅的復雜性也要求采取多國辦法。威脅環境的發展速度,以及在戰略、戰區和戰術層面的影響,要求歐洲各國首都有更大的政治緊迫感。
美國在多個地區可能(或成為)軍事上的過度投入,這一概念意味著可行的防空和導彈防御對歐洲的戰略自主權和歐洲對北約的承諾具有強烈的影響。如果美國沒有能力在歐洲迅速采取行動,歐洲國家需要解決方案,既要保護自己的安全,又要維護整個北約的信譽。這也為美國在多個地區的危機中創造了回旋空間,并能抑制大國在危機中迅速升級到并包括核級別的途徑。不斷變化的空中和導彈威脅環境說明了對歐洲工業解決方案的需求。空中和導彈防御對歐洲人口、基礎設施和部隊的威脅是歐洲人應該能夠掌握的最低限度的能力,而不需要依賴他人。但這也是一個加強跨大西洋關系的問題,因為如果各個成員國的核心資產沒有得到適當的保護,聯盟就不能有效地遏制威脅。報告的具體部分可以細分為以下幾點:
由于地緣政治和技術發展的相互作用,威脅環境正在發生變化。報告發現三個地緣政治的發展,共同直接和間接地影響著歐洲的安全:(1)美國與俄羅斯和中國之間的競爭加劇,為(2)在歐洲和亞洲投資軍事技術,特別是導彈相關技術創造了新的動力。這一趨勢因(3)有關歐洲周邊地區的小國和非國家行為者的動態而得到加強。
這種威脅的常規性質尤其突出。自冷戰結束以來,導彈防御的重點一直是防御來自歐洲周邊所謂無賴國家的少量核武但相當不先進的彈道導彈。然而,常規導彈的質量和數量不斷增加,應該成為重新考慮這一重點的理由。特別是因為這些導彈能力現在得到了無人駕駛飛行器的補充,這些飛行器有助于提高戰場的透明度和精確攻擊,并可用于摧毀關鍵節點,為更先進的武器鋪平道路。2020年在納戈爾諾-卡拉巴赫的戰爭說明了使用這類資產的新的創造性方式;然而,雖然具有高度的破壞性,但與大國之間的潛在沖突相比,它仍然是小規模的。
為了抵消美國在其附近投射力量的能力,同行競爭者俄羅斯等國家正在增加其對軍事基礎設施和陸上、海上和空中力量的打擊能力。他們的武器庫包括短程和中程彈道導彈和巡航導彈、有人和無人駕駛飛機,以及可能在不久的將來的高超音速武器。通過這些能力,俄羅斯可以提高美國和西歐部隊增援北約東翼的難度。雖然可能不是對歐洲東北部安全的最直接威脅,但這些能力仍然使排除俄羅斯制造既成事實變得更加困難。此外,這些導彈技術中的大多數都可以用來瞄準帶有核彈頭或其他非常規彈頭的城市。俄羅斯有可能利用這些能力來勒索歐洲盟友和美國,使其放棄對盟友的援助。
在海洋領域,像伊朗這樣的地區大國可以威脅離海岸越來越遠的船只,也可以利用非國家代理人,從而破壞歐洲船只進出印度洋和通過波斯灣的安全通道。此外,小國和非國家行為者越來越有效地利用無人駕駛飛行器傳感、游蕩彈藥以及火箭和火炮相結合的可能性。這尤其對戰術層面上的陸上軍事單位構成了威脅。例如,這使得歐洲陸軍的穩定任務比以前更有風險。
技術發展也很重要。該報告確認了四個趨勢和發展。(1)由于成本下降,更容易獲得;(2)精度和透明度的提高;(3)時間和空間的壓縮減少了反應時間;(4)在攻擊中結合不同的武器,迷惑和壓倒防御者的能力。
無人駕駛飛行器將在各個層面和陸、海、空領域產生影響。具體來說,無人駕駛飛行器可以使其他能力的效果得到加強或倍增。它們可以為提高戰場的透明度提供持久的感應,或者以其更復雜的形式,提高更復雜的武器的精度。作為游蕩彈藥,它們可以被用來摧毀關鍵的C2或雷達設施,并通過消除這些關鍵節點,為更大規模和更復雜的攻擊掃清道路。雖然更先進的模型可能停留在許多國家和非國家行為者無法企及的地方,但總的來說,它們正迅速成為更多行為者可以獲得的東西。
高超音速武器在短期內構成威脅的程度還不確定。然而,從中長期來看,它們可能會破壞穩定。鑒于可能獲得這些武器的國家數量有限,它們的影響在戰略層面上可能感覺不到,因為大多數核武國家已經擁有充足的能力。可以說被低估的是高超音速武器快速消除關鍵軍事基礎設施--港口、空軍基地、C2節點--的潛在能力,從而在戰區層面重塑沖突的參數。它們的速度、機動性和從多個平臺部署的能力可以在常規戰區級沖突中取得重大影響。
報告的核心信息之一是,關于空中和導彈威脅,真正的新危險在于正在出現的將不同類型的武器結合在一起的能力,這些武器的質量大不相同,可以壓倒和迷惑防御者的系統,或者通過打擊特定的節點來蒙蔽他們。冷戰后,歐洲國家已經習慣于將大部分空中和導彈威脅的危險作為戰略和戰術層面的不同問題來處理,同時能夠在很大程度上忽視大國的戰區級威脅。在新出現的威脅環境中,高端和低端武器的組合構成了一個重大的挑戰,而戰區級的防御措施具體來說是不發達的,不一定是在技術上,而是在概念和理論的運用上,以及攔截器的數量上。我們的研究強調,在戰區一級對軍事基礎設施,如港口、機場、節點以及高價值海軍艦艇的常規威脅被低估了。
總之,技術發展、概念和理論創新以及對數量的投資使潛在的侵略者具有明顯的優勢。在攻擊中結合各種武器系統的能力,以及更多不同的傳感器,已經創造了一個360度的威脅環境。具有不同復雜程度的武器系統可以結合在一起,使防御者的系統達到飽和、混亂并被壓倒。無論是彈道導彈還是高超音速武器、戰斗轟炸機、巡航導彈或無人駕駛飛行器,每種武器系統在速度、彈道、機動性、消耗性和成本方面都有明顯的優勢,可以用來對付防御者的系統。威脅不再主要來自所謂的無賴國家的少量彈道導彈,以及來自非國家行為者。它不僅是一個新的或正在出現的尖端技術如高超音速武器的問題,也是一個具有不同種類的尖端武器的原始數量的問題,特別是對這些武器的創造性使用。歐洲在國防方面的答案也應該在技術、數量以及概念和理論的創新中尋找。簡而言之,在本報告中,我們沒有探討具體防御系統與具體武器的相對質量,而是通過一個全面的戰略視角來具體審視防空和導彈防御問題。
該研究提出了一些改善歐洲主動防空和導彈防御的解決方案。
不要再忽視中低級別的威脅了。在過去的幾十年里,對空中和導彈防御的關注主要集中在更高層次的戰略威脅上。但是,隨著在戰區一級結合武器系統進行常規攻擊的可能性越來越大,投資應該轉向那里。無人駕駛飛行器在每個威脅級別上的使用,盡管目的不同,而且往往是為更具破壞性或更復雜的武器鋪路,強調了投資于更好的針對無人駕駛飛行器的點防御是必要的和具有成本效益的。風險在于,組合攻擊將迅速耗盡有限的高端攔截器庫存。
結合防御性解決方案。為了成功的防空和導彈防御,歐洲國家不僅應該為高端威脅投資高端技術,如針對高超音速武器的高能武器,還應該刺激新興和現有技術的創造性應用。畢竟,新出現的威脅環境主要不是技術快速發展的結果,而是注意將現有武器與較新的系統有效結合,以及對武器數量的投資。因此,改進的被動防御措施,如分散性、隱蔽性、機動性和加固性,應與主動防御措施相結合。需要這些措施來抵消精度和戰場透明度的提高。在改進主動和被動防御措施的同時,預防性的解決方案,如空中力量、特種部隊和網絡行動,應被視為有效的解決方案。
投資于庫存。歐洲國家應繼續投資攔截器的數量,無論是陸基、海基還是空基系統。數量很重要,特別是當對手依靠武器組合的飽和攻擊來迷惑和壓倒防御系統時。如果攔截器庫存中沒有內置的冗余,整個防御系統將變得脆弱。雖然這代價很高,但與失去被防御的目標的代價相比,這個代價就顯得微不足道了。但歐洲國家可以對其采購過程更加明智,并協調其采購過程,以確保從生產商那里獲得更好的交易。向工業企業施壓以提高系統之間的互操作性,將有助于陸基和海基系統之間以及歐洲國家和美國之間共享攔截器。
整合武器、技術和投資。歐洲國家應該在國內和國際上更好地整合他們的防空和導彈防御系統,在歐洲內部以及與美國之間。對技術的進一步投資,以更好地整合構成主動防空和導彈防御的各種空基系統的傳感器、攔截器和C2節點,將獲得高額回報。這是一個從已有的東西中獲得更多的東西的問題,而不是一個節約成本的措施。作為永久結構化合作和歐洲防務基金的一部分,正在進行的歐洲項目具有很大的前景。然而,這不僅是一個技術解決方案和智能采購政策的問題,也是一個通過模擬、測試和演習使就業實踐同步的問題。荷蘭可以發揮作用,特別是它的海基傳感能力,這為它提供了一個移動和靈活的利基能力。
強調政治-戰略的緊迫性。如果沒有歐洲對防空和導彈防御投資的共同政治緊迫性,作為爭取更多戰略自主權的一個組成部分,這些解決方案都無法實施。這些是政治選擇,而不僅僅是技術問題。在目前的格局中,歐洲國家在戰略導彈防御和戰區級防御方面高度依賴美國。歐洲在綜合防空和導彈防御方面的改進將大大有助于建立歐洲通過自己的反介入區域拒止能力進行常規威懾的能力。鑒于歐洲無法再確保美國能夠迅速增援歐洲-大西洋和印度-太平洋戰區,因此需要加強歐洲保護關鍵民用和軍事基礎設施的能力,以保護高價值的歐洲資產,以及提高侵略歐洲的成本,同時也為盟友爭取時間,以防美國無法迅速增援歐洲戰區。
總之,在歐洲范圍內加強防空和導彈防御是必要的,并應在公眾辯論中得到更多的關注,盡管它具有技術性。它不能成為個別政府在國家基礎上的事情。鑒于新出現的威脅環境的復雜性,有必要以更聰明和更有效的方式結合歐洲的防御資產。