美國空軍部(DAF)處與同級及準同級對手戰略競爭的時代,對手計劃通過反介入/區域拒止(A2/AD)與混合戰爭策略瓦解傳統力量投射方式。在此類A2/AD區域內,同級及準同級對手將運用非對稱導彈打擊與網絡滲透手段,對抗前沿部署的戰術部隊、精確制導彈藥所需的天基作戰支援能力,以及未來沖突中的指揮控制(C2)體系。為應對未來全域沖突,美國空軍部將設計、開發并部署聯合全域指揮控制(CJADC2)架構。該架構需具備向戰術邊緣的聯合部隊分發信息的能力,而非依賴Mount Olympus式的單一指揮中心進行全盤決策。向戰術指揮官分發信息將確保在跨域效應即時傳導的態勢下(如前沿部署部隊的導彈防御與本土防御間的關聯)實現決策時效性。該架構的成功取決于針對復雜全域沖突開發正確的技術、條令與需求。
自朱利奧·杜黑(Giulio Douhet)提出空權制勝理論以來,各國持續尋求能夠快速偵測威脅并協調攻防行動的指揮控制(C2)系統。隨著太空與網絡空間被納入作戰域,戰爭已進入新紀元——特定作戰域的行動可通過不可預知方式對其他域產生跨域效應。基于此變革,美國空軍部正在推進聯合全域指揮控制(CJADC2)系統簇建設,旨在將多域傳感器數據快速融合至相應打擊單元。面對與同級及準同級對手的復雜模糊對抗環境,C2系統架構師必須妥善應對多重挑戰:既要同步針對戰略級威脅的行動,又需使戰術邊緣的作戰人員與戰役級行動協調一致。C2架構需在需求定義階段即解決此類復雜性,為邊緣作戰人員提供跨戰術至戰略層級的傳感器至射手數據流——這些數據流涵蓋可能危及國家安全的多層級威脅。考慮到閃電式現代全域戰爭中難以為中途追加能力需求,正確定義需求的重要性不言而喻。
戰爭節奏的加速對決策反饋循環的影響由約翰·博伊德上校在越戰后提出而廣為人知。其核心理論——觀察、判斷、決策、行動(OODA)循環——通過"作戰層級更快決策周期帶來現代戰爭優勢"的論斷,長期主導著C2系統之系統的架構設計。如何在架構集中化(確保應對不同威脅時的行動統一性)與戰術邊緣單元信息獲取速度之間取得平衡,始終是C2系統必須解決的關鍵權衡:因為日益加速的沖突節奏意味著作戰人員既需應對敏捷對手的瞬時反應,又要在戰略層面維持控制跨度。若戰術邊緣作戰人員無法判斷敵方高超音速導彈發射是針對前線部隊(謀求戰役優勢)還是本土目標(謀求戰略優勢)——尤其當此類打擊與陸海空網多域協同行動結合時——臨時性靈活C2手段將無法支持其成功執行時效性任務。
在這些預期的未來全域沖突中,對手將運用反介入/區域拒止(A2/AD)區域與混合戰爭手段(結合非對稱導彈與網絡滲透),對抗美國自海灣戰爭以來成功運用的力量投射方式。依托A2/AD區域的安全屏障,這些準同級與同級對手將通過高超音速武器、反衛星(ASAT)武器等非對稱導彈與難以溯源的網絡攻擊,實施混合戰爭,對抗美軍快速全球機動能力(后勤保障)、戰機出勤所需前沿基地、精確制導彈藥依賴的全球定位系統(GPS)等天基能力,以及C2體系。因此,空軍部將通過根本性變革軍隊運作方式,運用新型聯合全域指揮控制(CJADC2)架構極大提升作戰效能,從而在動態戰略環境中克服這些快速演變的威脅——此類未來多域沖突中,單一域行動將產生跨域效應。為成功創新并備戰未來與同級及準同級對手的挑戰性沖突,空軍部CJADC2架構須在三大領域保持領先:整合空天網能力的先進技術、全域效應作戰條令,以及兼顧邊緣作戰人員與本土防御(如前沿部署部隊與本土防衛單元的導彈防御)的聯合需求。
首先,本文通過歷史案例分析,總結既往指揮控制(C2)架構的優勢與路徑經驗。研究聚焦三大案例:第二次世界大戰期間英國用于C2的無線電探測與測距(雷達)網絡;冷戰時期美加聯合構建應對導彈與轟炸機威脅的北美防空司令部(NORAD)系統;以及美國在地理戰區運用聯合空中作戰中心(CAOC)的戰役級C2架構。這些現代戰爭范例為規劃中的聯合全域指揮控制(CJADC2)系統之系統提供了直接指導架構權衡的參考。兩個戰略級系統與一個戰役級系統的案例表明:在系統設計與采辦前規劃C2架構目標至關重要,因為臨時性增補能力會削弱與同級對手對抗時的有效性。因此,CJADC2架構必須從一開始就解決當今戰術邊緣作戰人員面臨的復雜模糊作戰環境挑戰,包括:與同級對手的空中交戰;難以溯源歸因的網絡滲透;針對前沿部署部隊與本土單元的導彈威脅;多域傳感器數據至射手單元的整合;以及協調空、海、天、網、陸域行動以應對跨域威脅。正如英國在二戰前就針對德國對其本土的空中與海上威脅制定了C2應對方案,當前美軍須為未來與同級及準同級對手的沖突預作準備。
聯合全域指揮控制(CJADC2)系統之系統必須超越第一次海灣戰爭與反恐戰爭中使用的指揮控制(C2)架構——彼時美國及其盟國面對技術劣勢對手。從分散式架構轉向集成式架構(實現任意傳感器與射手互聯),并為以混合戰爭、網絡攻擊、可打擊邊緣與本土單元的非對稱導彈、跨域來源的多域威脅為特征的同級及準同級沖突進行創新,需在三大關鍵領域引領發展:技術、條令與需求。當前C2研究聚焦于通用數據接口、跨機構聯合特遣部隊組建,以及基于《戈德華特-尼科爾斯法案》構建全域聯合沖突應對框架。但若無法確保CJADC2架構在需求定義階段滿足從戰術邊緣作戰人員到戰略用戶的全部功能需求、通過條令確保聯合部隊全域沖突作戰訓練、以及技術實現跨域能力協同,這些重點領域仍顯不足。汲取英國本土鏈雷達網、北美防空司令部(NORAD)與聯合空中作戰中心(CAOC)C2架構經驗,并在需求生成階段、條令制定與技術創新中應對同級及準同級競爭的新興威脅,將確保構建穩健且有韌性的系統之系統架構。
反之,若CJADC2效仿英國本土鏈雷達網、北美防空司令部與聯合空中作戰中心C2系統,在需求未明前急于推進架構開發,作戰人員將深陷復雜作戰環境——對手利用美國OODA循環內的全域協同效應,導致臨時靈活性無法滿足時效性需求(例如網絡威脅尚未識別即錯失反擊窗口)。事實上,太空發展局部署于小型衛星的新型導彈預警傳感器正被倉促開發(需求尚未明確),未來將無法與現有天基紅外系統(SBIRS)地面預警網絡實現自主數據同步。斯坦利·麥克里斯特爾將軍洞悉了這一范式轉變:面對敏捷對手,僅憑加倍努力已不足夠,軍隊必須從高度集中化的工業時代C2架構轉向信息時代C2模式——既能分散執行,又可集中控制。因此,美國必須更智慧地應對——通過技術、條令與需求協同推進分布式C2架構的CJADC2建設,而非在同級與準同級競爭的范式變革環境中徒勞地"加倍努力"。
分布式C2架構所需的技術、條令與需求變革對同級及準同級沖突中的軍事行動成功實施雖具挑戰性卻至關重要。這些挑戰不僅折射出美國空軍部(DAF)歷史上對集中化控制的固有認知,更源于在應對非對稱全域能力新興威脅時,同步整合與分發信息的極端復雜性。美國空軍部必須開發能從韌性云系統(匯集傳感器信息)向戰術邊緣單元(如導彈防御部隊)快速分發關鍵信息的技術。為充分發揮技術效能,空軍部需更新分布式控制條令,充分授權戰術邊緣單元無需等待中央司令部指令即可果斷應對同級及準同級全域威脅。此外,空軍部須制定聯合需求,整合其下屬空軍與太空軍兩軍種能力,同時納入其他軍種部門與國防部直屬機構(如導彈防御局、國家安全局)的關鍵數據源——這些數據對應對非對稱導彈與網絡威脅至關重要。此類需求將確保來自全域傳感器的C2鏈路與分布式信息流支撐及時相關的決策制定。
為充分發展及時相關的決策能力,美國空軍部需開展全域演習——在真實作戰環境中試驗技術、條令與需求,聚焦能力與效果而非預設概念。此類演習需在高壓的同級及準同級對抗場景中測試C2架構(對手使用非對稱導彈打擊、網絡攻擊與無人機直接威脅戰術邊緣部隊)。通過演習經驗總結,空軍部將明確需深化的技術方向、適應全域戰爭新紀元的備戰條令,以及確保聯合部隊互操作性的需求。在"大國競爭"時代,面對敢于挑戰傳統力量投射與C2方式的新興同級及準同級對手,推進CJADC2開發與實施仍是美國制勝的關鍵。
信息戰(IW)已隨時間推移演變為獨立作戰模式,這源于技術持續演進及社會各層面與組織內部海量目標的暴露。信息戰因其自適應特性和無國界特征,能夠在未越境開火的前提下發動戰爭,使問題本質復雜化。最具殺傷力的"聯合作戰"或"多域作戰"(MDO)同樣未能免受信息戰影響,其在戰斗各階段均受沖擊。信息戰拓展灰色地帶范圍的能力與不對稱威脅疊加,顯著加劇政治及軍事體系的決策困局——通過利用社會結構性弱點瓦解聯軍凝聚力,削弱國家作戰能力。聯軍高度依賴傳感器、指揮控制(C2)體系要素、通信及網絡頻譜執行任務,致使其更易在戰爭迷霧中遭受信息戰無形打擊。然而,竭力實施信息戰協同調控以守護己方弱點,可數倍提升聯軍作戰效能:既能減少作戰兵力需求,又可降低戰爭成本,實現"零傷亡"或"低代價"勝利。本文強調核心論斷:"唯有用信息戰方可制衡信息戰"——若能在完全技術優勢下運用該戰法并防護自身弱點,將倍增聯合作戰能力以確保戰略勝利。此外,本文詳析信息戰與聯合作戰本質,最終聚焦信息戰的影響機制及反制措施,尤其結合印度軍隊當前提升聯合作戰能力的進程,探討本土化應對方案。
戰場透明性增強、動能與非動能作戰手段迭代,加之非國家行為體威脅與不對稱戰爭風險,致使現代戰場復雜性激增,傳統戰法亟需技術與條令革新。盡管技術進步提升全域作戰節奏與殺傷力,但武裝力量無縫協同生成最大作戰效能仍不可或缺——唯有在時空維度協同運用國家武裝力量要素,方能以更低成本實現決定性速勝。
聯合作戰作為一種軍事學說,優先強調各軍兵種在統一指揮下整合達成目標。該理念注重跨軍種協同、互操作性與行動同步,以最大化作戰效能,亦可稱為"體系作戰"——要求整合所有能力實現行動統一,其協同效應可催生最大化作戰能力。故聯合作戰實踐者須重視軍兵種協作及非軍事機構在軍事規劃中的價值。
戰爭本質雖不變,但實施方式持續演進。作戰原則須貫穿規劃與執行全程。聯合戰役中的力量平衡及作戰效果,與實踐者時刻守護聯合作戰原則的能力直接相關。然而聯軍對指揮控制(C2)、傳感器、數據與兵力協同的重度依賴,也為信息戰破壞作戰原則、時空維度擊敗聯軍提供可乘之機。為增強聯合作戰韌性及殺傷力,亟需解析信息戰對作戰原則的影響機制。信息戰對核心聯合作戰原則的正負向影響如下:
? 機動性
信息戰通過增強情報收集速度與戰場透明性(BFT),縮短"觀察-調整-決策-行動"(OODA)循環周期,規避無效兵力投送,提升決策與部隊機動效率。反之,信息泄露與敵方欺騙亦將削弱聯軍機動性,遲滯作戰節奏。
? 節約兵力
信息戰提供低成本打擊選項:可在敵時空矩陣任意節點攻擊海量目標,實現零傷亡作戰,從而保存兵力用于關鍵方向,貫徹兵力節約原則。
? 統一指揮
統一指揮旨在確保各目標均由責任指揮官統一協調。信息戰攻防要素既可用于維護指揮統一,亦可瓦解該原則。
? 突然性
突然性指在敵無防備時空節點實施快速打擊,加速作戰節奏并制造敵方崩潰契機。該原則因戰場透明性提升與信息欺騙能力增強而受到顯著削弱。
? 克制用兵
克制原則強調僅使用必要兵力達成目標。信息戰通過降低兵力需求貫徹此原則,減少附帶損傷。
? 合法性
國際國內層面的法理正當性認知,可通過信息戰工具進行輿論引導以維護或破壞。
? 互操作性
作戰力量與裝備的互操作性是聯合作戰協同基礎,依賴無縫通信與實時數據共享——信息戰既可防護亦可破壞該體系。
? 統一行動
達成目標區域最大作戰效能需三軍力量整合,確保兵力在時空與目標維度高度統一。信息戰攻防能力既能促成兵力適時集結,亦可遲滯兵力投送,導致聯軍遭分割殲滅。
? 指揮控制(C2)
作為聯合作戰神經中樞,指揮控制賦予任務執行方向性與靈活性,捕捉瞬時戰機提升作戰節奏——該體系可被信息戰組件徹底瓦解或強化防護。
信息戰對聯合作戰具雙向影響:既可助推任務成功,亦能引發災難性后果。聯軍能力可因信息戰增強或削弱,其效果取決于沖突雙方技術閾值、可用目標及現有/潛在社會斷層線。規劃與實施多域作戰或聯合行動時,上述原則不容忽視——違背將導致整個戰役不可持續。因此,聯合作戰實踐者須全力守護原則體系免遭負面沖擊,同時精準打擊敵弱點以達成速勝。
地面反艦導彈(GBASM)能力是美海軍陸戰隊的最高現代化優先事項,也是其"遠征先進基地作戰"概念與"部隊設計2030"計劃的關鍵組成部分。目前正針對這一新興能力的發射、瞄準及戰術、技術與規程(TTP)開展實驗與有限研究,但尚未對武器系統相關后勤問題進行探索。本項目采用隨機建模與仿真方法,研究由補給站支持的GBASM發射裝置與海上目標間的交戰動態。模型通過參數化設置以反映藍方火力單元數量、彈藥庫規模及齊射規模等變量因素。研究核心成果體現為優化藍方對抗戰略對手獲勝概率的作戰策略,為實兵實驗與戰術開發提供依據。
本研究旨在構建隨機模型,模擬海軍陸戰隊新型武器系統——地面反艦導彈(GBASM)的戰術級作戰與后勤體系,從而為實兵實驗與戰術發展提供洞見。我們開發了分析模型與蒙特卡洛仿真模型,呈現GBASM發射裝置與敵方海上目標間的炮戰對抗。本研究通過引入支持GBASM的補給站擴展前期研究成果,揭示后勤因素對戰場動態的影響機制。
第二節綜述現有作戰模型、齊射模型與戰役級后勤領域的運籌學研究文獻。第三節總結所探索的模型架構、參數設置及假設條件。第四節討論研究成果。第五節提出總結與后續工作建議。
圖1: 來源:《海軍-海軍陸戰隊遠征艦船攔截系統運用概念》,美國海軍陸戰隊戰斗發展與整合司令部,2021年8月5日。GBASM系統組件。本報告中"GBASM"特指單座導彈發射裝置(如右圖所示)。
美國防部需對敵方情報、監視、偵察與目標獲取(ISRT)系統建模以指導機動與火力部署。此類系統理論上可建模為受控信息系統,其信息流影響決策過程。機動與火力作為行動變量,可通過操縱網絡(限制或阻斷信息流路徑)改變系統狀態以影響決策。這些變量既可能作為信息系統固有參數存在,亦可通過多種接口植入。本研究采用開源信息系統模型,解析如何生成控制策略以影響信息流(如誘導網絡擁塞),結果揭示了如何設計最終用于"扭曲"決策曲線的流程。在對抗場景中,網絡配置具有不確定性,此特性影響干預行動/策略的魯棒性。為此,本文提出基于泰卡斯蒂克優化的方法并給出應用案例。
通信網絡全局信息流可影響決策效能。當關鍵決策數據因信道中斷或容量限制無法傳輸時,擁塞即發生。擁塞導致數據包丟失與延遲,破壞依賴完整信息的OODA循環(觀察-調整-決策-行動循環),最終通過削弱決策信心影響戰局(見圖1)。傳統擁塞控制旨在調整數據速率以消除瓶頸,而本研究聚焦生成降低吞吐量或引入延遲的策略,旨在通過制造網絡擁塞限制數據流動。現有通信網絡擁塞控制方法多為啟發式算法,缺乏前瞻策略且難應對容量約束。動態優化與預測控制等理論方法可彌補此缺陷,本研究采用動態優化探究如何最大化通信網絡擁塞,為后續研究如何通過信息流瓶頸擾亂敵方決策鏈奠定基礎。
本節描述用于擁塞控制優化研究的信息網絡模型。圖2示意多環路網絡架構:信息從源節點至目標節點需經多個中繼節點路由,假設路由配置固定。模型包含兩個信息源(如ISR節點)與兩個信息終端(如決策節點),網絡由五個有限容量的先到先服務路由器構成。當輸入鏈路總流量超過輸出鏈路容量時,路由器緩沖區達最大閾值即飽和,引發網絡擁塞,導致服務質量下降(數據包丟失與延遲)。為維持服務質量,需通過調整鏈路數據速率消除瓶頸。
美國五角大樓的 “聯盟聯合全域指揮與控制”(CJADC2)計劃自 2018 年初啟動以來,對美軍越來越重要,但對五角大樓負責實施該計劃的國防官員和行業合作伙伴來說,卻越來越模糊不清。作為更好地連接傳感器、射手和指揮官的工作,CJADC2 是對抗同級對手所必需的。但 CJADC2 缺乏具體目標或實例,操作人員和開發人員只能選擇冒險行動。如今,美國各軍種都在開發自己版本的 CJADC2,而作戰指揮官和國防部(DoD)首席數據與人工智能辦公室(CDAO)則在實地部署網絡,以支持戰區之間的信息共享和遠程火力打擊。
在很大程度上,CJADC2 缺乏重點是因為它將聯合一體化的目標與實現通信互操作性的技術挑戰混為一談。作為主要專注于開發和管理項目的組織,美國國防部及其供應商有動力將其與 CJADC2 相關的工作集中在網絡需求和能力上。然而,由于沒有考慮到指揮與控制(C2)及其固有的聯合性質,海軍的 “超配項目”、陸軍的 “融合項目”和空軍的 “先進作戰管理系統”(ABMS)等項目未能解決網絡之外的集成要素,如制定和實施行動方案(COA)、建立后勤和保護,或實現跨軍種和盟國的信息共享。
由于強調通信而非整合,CJADC2 也未能解決國防部在行動取得決策優勢過程中的一個主要限制因素--即美國部署的成套部隊以領域和軍種為中心的性質。當美軍抵達作戰指揮官所在戰區時,通常會首次與其他軍種的部隊聯合。在二十世紀,部隊通過擁有共同的條令和程序來整合各軍種的力量,但隨著美國國防部越來越依賴計算機化和非機組人員系統,數據架構和決策能力的技術整合將成為有效聯合作戰的關鍵。
為了重新將 CJADC2 的重點放在聯合集成上,本文建議通過作戰實驗來共同發展其技術和 C2 要素,從而實現 CJADC2 的決策優勢目標。為幫助開發這一方法,哈德遜研究所和美國國防工業協會(NDIA)新興技術研究所(ETI)主辦了為期一天的研討會,匯集了來自政府和行業的高層領導。該活動由三個小組組成,涉及的主題包括烏克蘭戰爭的教訓、國防部的組織責任以及指揮、控制、通信、計算機、網絡、情報、監視和偵察(C5ISR)的整合。
在研討會討論以及隨后的訪談和分析的基礎上,本文提出了六項原則,這些原則將提高國防部整合聯合部隊的能力,而不僅僅是連接他們的網絡:
與遵循美國防部自上而下的需求和采購流程相比,反映這些原則的自下而上的集成方法能使國防部更快地實現相關的聯合集成。下面舉例說明如何做到這一點:
通過尋求近期作戰問題和任務的解決方案,國防部可以創建一個 DevSecOps 循環,在這個循環中,作戰人員和技術專家合作,迅速確定將現有系統結合起來以實現預期結果的方法、定義成功的指標,以及由此產生的接口和信息交換需求。相比之下,自上而下確定互操作性要求和標準可能需要數十年才能實現單一殺傷鏈。
將系統組合成效應鏈的聯合方法可以實現模塊化,并在多個行業合作伙伴和供應鏈之間分配系統元素。根據項目官員決定在何處設置接口和建立模塊化的情況,聯合集成方法可實現系統和子系統的規模化生產,而不受任何單一承包商、合同、合同行動或政府項目辦公室的限制。
在聯合集成方法下,美國防部可以加快和簡化測試與評估。它可以對系統、平臺及其軟件進行單獨評估,包括在虛擬環境中評估其適用性和有效性,而不是等待組裝一個完整的系統來支持驗收測試。 通過針對特定任務或作戰挑戰進行聯合集成,國防部可以為未來的系統實例化提供越來越多的選擇。例如,國防部可以重新組合或集成任務系統、有人和無人平臺以及武器,將其與一個新的組件結合起來,以支持一個任務和作戰問題,從而實現一個全新的任務主線,解決另一個作戰問題。反之,在通過聯合、自下而上的方法整合更多系統時,它也可以通過使用多個不同的任務線程來解決相同的作戰問題。
聯合作戰歷來是美軍的優勢所在。聯合作戰幫助美軍贏得了第二次世界大戰,而網絡化聯合作戰則是美國和盟軍在 20 世紀 90 年代 “沙漠風暴 ”行動和 “盟軍 ”行動中取得成功的基礎。但在機器時代,聯合作戰需要技術和條令的整合。為了保留聯合作戰的歷史優勢,國防部需要調整 CJADC2 的方向,從主要以軍種為中心、自上而下地追求網絡互操作性,轉變為自下而上地整合執行最優先任務所需的殺傷鏈。
圖. 美國防部部隊組建流程僅在部署時整合單元
本專著探討了在戰場上重新引入戰區支援導彈 (TSM)——射程在 500 至 5,500 公里之間的地對地導彈。 《中程核力量條約》于 2019 年失效,這為將這種以前被禁止的導彈納入美國軍事戰略提供了依據。然而,TSM 的潛在復蘇對大國的影響并不相同,美國、俄羅斯和中國將采取不同的管理方式。因此,本專著評估了常規武裝型號的常態化(使導彈成為公認的戰爭工具)是否為美國提供了相對于其競爭對手的相對戰略優勢。反過來,本研究概述了 TSM 常態化的理論基礎,研究了美國當前的導彈發展計劃,最后分析了美國部署這些導彈將如何影響歐洲和太平洋戰區。總體而言,本專著的結論是,雖然歐洲的 TSM 常態化并不能為美國提供相對于俄羅斯的相對戰略優勢,但太平洋戰區 TSM 常態化的利大于弊,并為美國提供了相對戰略優勢。
盡管美國在戰術上可以從 TSMs 正常化中獲益--美國似乎正沿著這條道路狂飆突進--但這并不是沒有具體的地區注意事項和無形的戰略風險,美國必須加以考慮。因此,本專著通過對特定地區進行精確分析,強調了歐洲戰區和太平洋戰區的對比情況。進而得出結論,雖然在歐洲實現 TSM 正常化并不能為美國提供相對于俄羅斯的戰略優勢,但在太平洋戰區實現 TSM 正常化的好處大于風險,并能為美國提供相對戰略優勢。未來,最后一節將為美國提供建議,利用導彈正常化的理論基礎來降低不必要的升級風險,并對其正常化論述產生積極影響。
假設美國決定繼續走TSM正常化道路。在這種情況下,決策者須考慮利用相關理論來減輕核升級的風險,并掌控國際敘事。雖然本專著中介紹的不同理論并非詳盡無遺,但通過對雙重用途困境、核禁忌和內涵的應用進行研究,我們可以就 TSM 正常化提出切實可行的建議。
首先,也是最緊迫的是雙重用途困境,因為它是導彈正常化的主要障礙。導彈的模糊性不僅可能限制美國的戰略選擇,還可能導致沖突升級。雖然解決軍民兩用難題的最直接方法是外交協議,但這一解決方案仍然依賴于信任--在戰爭期間,信任是一個具有挑戰性的概念。因此,除外交途徑外,研究識別飛行中的導彈是否為核導彈的技術手段的可行性也很有價值。雖然從表面上看,這種解決方案似乎無法實現,但技術解決方案可能是克服雙重用途困境的唯一手段,值得投入資金。
其次,與雙重用途困境帶來的挑戰相比,美國可以利用核禁忌來支持 TSM 正常化。雖然美國已經通過在其擁護的政策中強調使用核武器的后果來加強核禁忌,但即將發布的《國家核戰略計劃》(NPR)提供了一個闡述或修改其核戰略的場所。具體來說,如果國防規劃者認為常規 TSMs 有可能大幅改變常規威懾,那么美國不首先使用核武器政策的缺失就值得重新評估。如果美國宣布不首先使用核武器的政策,或者甚至朝這個大方向邁進,將表明美國對核禁忌的承諾,并能部分緩解雙重用途困境所帶來的挑戰。反過來,這一決定也將加強任何TSM正常化論述的可信度。
美國面臨的最后一個理論挑戰是改變 TSM 的核內涵。然而,雖然軍民兩用的困境和核禁忌可以通過實際行動來解決,但改變國際社會對導彈的看法卻是一項更加模糊的工作。美國可將新型導彈納入一項更廣泛的戰略,以打破冷戰烙印并解決認知問題。在這種情況下,軍方可以首先將常規 TSMs 的作用編入其理論,并將新型導彈納入多國演習。此外,刻意避免使用 “中導射程”、“不符合中導標準 ”等喚起冷戰記憶的語言,甚至只是將這些武器重新定義為火箭而非導彈,都有可能使 TSM 克服內涵問題,成為一種新的能力而非卷土重來的能力。
未來,上述研究結果提出了值得進一步研究 TSM 正常化的問題。首先,美國軍方必須研究新出現的理論在多大程度上依賴于新的遠程火力技術--由常規裝備的 TSM 所取代。假設這種新興理論的核心是用地對地導彈擊敗 A2/AD 系統。在這種情況下,美軍必須考慮采用其他可能的非動能手段來解除這些系統的作戰能力,尤其是在歐洲戰場。反過來,美軍未來的理論也不能依賴于那些假定可隨時用于突發事件的技術,而實際上,國家可能會將其降級為威懾作用。其次,繼續走正常化道路的決定會對歐洲和太平洋戰場產生直接的政策影響。鑒于俄羅斯等各國都不希望美國發展和部署裝備常規武器的 TSMs,因此必須進行分析,以確定針對上述正常化的讓步(如果有的話)能為美國提供什么籌碼。具體而言,此類研究須考慮到俄羅斯與烏克蘭之間不斷惡化的局勢等安全因素。最后,必須對正常化行動方案的可行性進行評估。與本專著類似,對兩個戰區的詳細研究可以闡明美國導彈的潛在部署地點,以及每個東道國在支持有爭議的武器系統長期部署方面將面臨的挑戰。
總體而言,TSM 常態化是美國已經開始實施的行動方案。因此,如果與對手的反應相平衡,這是一條能為美國帶來戰略利益的道路。就歐洲戰場而言,美國須重新考慮與俄羅斯達成禁止部署 TSM 的協議,因為其正常化并不能為美國帶來相對優勢。重要的是,這種外交行動可以挽救該地區的類似現狀。在太平洋戰區部署常規 TSMs 則會極大地改變軍事形勢,提升美國的地位。反過來,只要新型導彈的部署是平衡的,不會過度與大國對立,那么常規 TSMs 在太平洋戰區的逐步引入就為美國提供了相對于其崛起的競爭對手的戰略優勢。
無人機系統(UAS)的發展及其在作戰行動中的應用代表著戰爭模式的轉變。自 20 世紀末以來,無人機系統一直被用于情報搜集和精確打擊,但傳統武裝部隊一直認為無人機系統不適合大規模作戰行動(LSCO),而且過于脆弱。最近的沖突證明情況恰恰相反。這些沖突還表明,無視戰場上無人機系統威脅的部隊將無可挽回地面臨失敗。通過三個案例研究(納戈爾諾-卡拉巴赫、中東和利比亞),本專著將強調無人機系統威脅對聯合作戰模式的嚴峻挑戰。然而,如果部隊具有凝聚力、訓練有素、組織有序,能夠保護自己免受這種威脅,并采取積極主動的方法應對這種威脅,那么這種作戰方式在無人機環境下仍然適用。此外,最近發生的使用無人機的沖突重新喚起并強調了不同部門之間,甚至部隊不同領域組成部分之間必要的合作精神,并強調了這種方法的重要性。最后,無人機并沒有改變戰爭的性質。相反,無人機加強了戰爭的政治性,因為無人機的使用直接影響到面對無人機的交戰方的決策。
納戈爾諾-卡拉巴赫沖突、中東行動和利比亞行動表明,交戰方在使用無人機方面可以走多遠。這些資產可以像在納戈爾諾-卡拉巴赫那樣迫使交戰方做出有利于自己的決定,使不對稱優勢的敵人對自己的力量產生懷疑,迫使他使用更謹慎的方法,或者成為非國家行為者的 21 世紀版空中力量。此外,無人機還將導致行動者不敢訴諸武力。與有人駕駛飛機相比,使用無人機的便利性和相對低廉的價格促使人們對這一威脅進行必要的反思和調整。無人機還強調了后方地區的高度脆弱性,提出了掩蓋部署部隊和恢復作戰保護功能的問題。由于西歐和美國部隊在過去 30 年中一直部署在擁有全面制空權的戰區,因此這種反思顯得更為迫切。為了準備未來可能發生的 LSCO 類型沖突,先例情況使他們處于不利地位,因為他們必須接受變化并實施這種范式轉變,而同行對手已經調整了其軍事工具,以使用或對抗無人機系統。
這些沖突的共同點是無人機造成的破壞對對手決策的影響:亞美尼亞軍事領導層癱瘓,政治領導層要求停戰。聯盟成員領導人不得不改變戰術,緊急投資購買反無人機設備,某些國家對無人機對本國領土發動恐怖襲擊的恐懼心理上升。在利比亞,哈夫塔爾將軍放棄了奪取的黎波里的目標,因為他在無人機襲擊中遭受了損失。
然而,現在就斷言無人機是解決未來沖突的終極方案,聯合作戰已不再適用,還為時過早。一支訓練有素的部隊,配備足夠的資產以確保其機動自由,就能戰勝無人機使用者。不局限于被動保護的積極態度也是一個成功因素。這種威脅強調,聯合武器系統的所有要素都必須加強合作。在聯合層面,它強調了同樣的團結精神,以保持部隊的機動自由。如果預算限制和無人機成本與現有防空系統之間的差距尚無法彌補,那么其他手段(如培訓)將有助于保持聯合作戰方法的相關性。
此外,無人機似乎并不是在不使用常規能力的情況下確保沖突勝利的最終解決方案,因此所有其他能力都是不必要的。在納戈爾諾-卡拉巴赫,無人機促進而非取代地面部隊的投入;在利比亞,俄羅斯常規部隊在戰場上的存在就阻止了土耳其人追擊哈夫塔爾的部隊。在敘利亞和伊拉克,無人機并未改變 ISIS 的戰爭命運。然而,這一資產使用戶能夠以可承受的成本在戰爭的各個層面進入交戰方的決策周期,從而加強了戰爭的政治性質。
無人機提出的問題并不是聯合部隊遇到的第一個挑戰,也可能不是最后一個。如果說在當前形勢下,無人機系統迫使不同軍隊改變作戰方式,無人機系統并未重塑社會、國家或軍事組織,那么無人機在海上或陸地等其他領域的發展將為武裝部隊的保護和使用提出其他問題。將無人資產擴展到其他領域可能會引發一場軍事革命。
為了在分布式行動中取得成功,本文建議美空軍特別調查辦公室(OSI)反情報(CI)兵力必須盡量減少 "冷啟動",在危機或沖突前的競爭階段建立必要的關系;加強與將要支持的作戰部隊的聯系;并為自己接受分布式作戰模式。
由于反介入/區域拒止(A2/AD)作戰,特別是遠程精確火力的發展和擴散,空軍已經認識到其目前以庇護所為基礎的作戰結構是無法生存的。也就是說,依賴潛在敵對武器交戰區(WEZ)內的主要作戰基地(MOB)將極易受到遠程精確火力的攻擊,并有可能在危機或沖突期間無法產生戰斗空中力量。2018 年《國防戰略》強調需要動態兵力部署(DFE),以可擴展的方式優先發揮美國的作戰優勢。動態兵力部署通過美國兵力提供作戰不可預測性,改變對手的計算,迫使對手陷入不利境地。敏捷作戰部署(ACE)概念是美國空軍解決方案的一部分。ACE 是一種作戰演習計劃,旨在遠離主要作戰基地生成作戰空中力量。特別調查辦公室(OSI)目前的設置是為了向兵力保護提供反情報(CI)支持,同時在敵對和允許的環境下在作戰基地開展反威脅行動,并在這方面有很好的實踐經驗。為了向未來的 ACE 戰斗行動提供有效的 CI 支持,OSI 必須采取一種跨越競爭連續性的方法,在競爭階段建立威脅圖景和關系,并在危機和沖突場景中迅速執行 CI 行動。
OSI的分布式作戰(ACE)方法必須包括在潛在部署地點建立關系、線人網絡和實地情報情況;擴大參與單位一級的ACE演習;探索與部署的作戰單位建立直接支持關系的可能性;接受OSI的分布式行動;擴大OSI代理任務的范圍。
由于缺乏空間和信息領域的準備,美國海軍陸戰隊無法支持其海軍在南海其所謂的“航行自由”和美國的大國霸權地位。為了保持其相關性和殺傷力,海軍陸戰隊需要通過發展兵力、整合空間能力以支持 OIE 以及與聯合部隊和情報界合作,增加其在 OIE 和空間能力方面的利益和興趣。
海軍陸戰隊司令最新發布的未來規劃文件《2030 年兵力設計》強調,海軍陸戰隊需要利用太空概念和能力。中國軍事力量的持續快速發展及其在南海的行動已使中國躋身于大國行列或接近大國行列。其 A2/AD 和反衛星能力威脅著美國所謂的航行自由,并展示出一種侵略姿態,聲稱自己的領土是中國的一部分。2030 年兵力設計》和《司令部規劃指南》沒有充分考慮必要的程序和措施,以裝備海軍陸戰隊,使其在信息和太空領域充分發揮功能,與中國競爭。以下是對美國聯合出版物、條令和軍種一級指令的研究以及相關評論,旨在找出這些文件中的不足之處。本研究的主題主要集中在整合空間能力以支持 OIE、與聯合部隊和情報界合作,以及兵力發展以裝備海軍陸戰隊,從而確保美國的大國地位和南海航行自由得以維持。
海軍陸戰隊未來規劃文件中的重要遺漏,如支持 OIE 的空間能力整合戰略、與聯合部隊和情報界的合作以及兵力發展,將使海軍陸戰隊裝備不足,無法在未來的作戰環境中(尤其是在南海)取得成功。本研究報告針對這三個重點領域提出了若干建議,以便海軍陸戰隊更好地準備和裝備太空能力和 OIE。
2018 年美國《國防戰略》指示各軍種優先考慮與另一個大國發生沖突的能力。這給空軍內部正在進行的準備應對基地日益增長的空中和導彈威脅以及對抗性通信環境的舉措帶來了新的緊迫性。針對空軍基地易受攻擊這一特殊問題,有多種可能的對策,包括更多地依賴遠程系統、主動防御、基地加固和基地內資產分布化。本研究的重點是一系列新出現的分布式作戰概念,這些概念要求利用更多的空軍基地使敵方目標復雜化,并采用更加分布式的指揮與控制(C2)方法。美國空軍(USAF)要求蘭德公司考慮美國空軍是否需要改變其兵力編成模式(FPM),即作為聯合行動一部分使用空中力量的組織方式,以實施這些概念。
由于美國空軍尚未為分布式作戰制定出單一的詳細概念,本報告綜合并擴展了新興概念的邏輯。然后,報告初步列出了空軍可能需要的能力清單,以便在更多的作戰地點保護、指揮和控制以及維持兵力。最后,報告評估了目前空軍戰斗機部隊的兵力編成是否提供了這些能力,并確定了與兵力編成變化相關的權衡。
近幾十年來,美國的潛在對手在空中和導彈能力的數量和質量上都有了顯著提高。大國導彈庫存尤其是對美國空軍基地的最大威脅。要在對抗性環境中生存,就必須具備一系列防御能力。這種組合將包括主動防御(如短程和戰區導彈防御)和被動防御(如基地內飛機分散)的組合。
從數量更多的空軍基地進行作戰,可通過增加對手需要攻擊的目標數量來減少美國空中行動的同等損失,從而提供保護。分布式基地可能會混合使用多種作戰地點類型。本報告描述了三種理想類型。與今天的主要空軍基地相比,"留守作戰 "基地將擁有更強大的主動和被動防御能力,以及更強的從攻擊中恢復的能力。投放型 "基地的防御能力較弱,只有足夠的能力從攻擊中恢復并撤離飛機,而且與 "堅守與戰斗 "基地相比,其維持能力更為有限。簡易的前沿布防和加油點每次只開放幾個小時,這樣戰斗機和機動飛機小組就能在敵方發現其位置并協調導彈攻擊之前使用它們。
在與另一個大國發生沖突時,空軍基地遭受破壞性地面攻擊的威脅也會更加嚴重。與導彈威脅一樣,作戰地點越多,單次地面攻擊造成的破壞就越小。同時,保護更多的機場會增加所需的安全部隊數量。
美國的潛在對手有能力攻擊長途通信系統,包括衛星和長途光纖。因此,空軍進行集中規劃的空中作戰中心與前沿作戰地點之間的通信可能會出現嚴重中斷或降級。前沿地區各基地之間的通信可能會更加可靠,部分原因是有信使飛機等替代選擇,但仍有可能出現中斷、延遲和帶寬限制。
為使指揮控制在通信對抗性環境中更具彈性,空軍可能會采取更加分布式的方法,向下級下放更多權力并提供規劃能力。空軍領導人還呼吁使用任務命令而非詳細命令,以便在通信中斷時讓下屬決定如何按照指揮官的意圖實現目標。這種分布式控制可能需要指揮官與下屬之間更多的信任和共同理解。
敵人的攻擊會破壞或摧毀機場作業面、燃料、零部件和彈藥庫、維修設施、航空地面設備、跑道維修設備以及其他支持設施和設備,從而擾亂維持工作。此外,此類攻擊還可能造成維護人員、工程師、保安兵力和其他對維護活動至關重要的人員受傷或死亡。非致命攻擊會阻礙各單位之間的通信(如再補給請求),并可能破壞數據庫、維護軟件和決策支持系統的完整性,從而擾亂維持工作。
對抗性環境會使作戰支援兵力的任務發生變化,從在庇護基地以最高效率和安全水平開展行動,變為不顧敵方阻撓從前沿基地出動。在第二種情況下,由于行動地點增多,需要采取防御措施準備應對攻擊,以及敵人的行動打亂了工作、休息和進餐時間,損壞了重要設備,造成人員傷亡,這些都會導致效率降低。
確定了兵力編成的五個關鍵方面,這些方面可能會影響對抗性退化環境中的作戰效能:
作戰地點的部隊規模
根據空軍的政策和實踐,我們介紹了美國空軍目前用于主要作戰行動的兵力模式。作戰地點通常為聯隊規模。聯隊通常也是擁有支援部隊和多種機型的最低梯隊,以及在和平時期定期共同訓練的最高戰斗機梯隊。重要的規劃能力集中在聯合空中作戰中心(JAOC),由空軍部隊指揮官(也有雙重頭銜,即聯合部隊空中組成部分指揮官)指揮作戰。
在與近鄰競爭者的沖突中,主要作戰基地的翼級部隊和聯合空中作戰中心的集中規劃能力是重大弱點。改變美國空軍 FPM 的這些方面和其他方面可以提高作戰效能,但同時也會產生取舍(如更多的人員和物資需求)。
與大國的沖突將推翻近幾十年來在反叛亂(COIN)、反恐(CT)和維穩行動中盛行的關于作戰環境的兩個關鍵假設:空軍基地是避難所和通信可靠。在這種情況下,主要作戰基地的翼級部隊和聯合作戰指揮中心的集中規劃意味著敵人可以通過攻擊少數高回報目標來破壞空中行動。
無論采用何種概念,空軍都必須在高端作戰中以效率換取生存力。如果空軍追求分布式作戰,就需要更多的資源(如作戰支援人員、基地防御人員、總部人員、通信設備)來支持更多的作戰地點,實現分布式控制。分布式作戰的替代方案,如從更遠的基地開展空中作戰,也會帶來效率低下的問題。例如,從更遠的基地執行任務會增加飛行時間,降低空軍的出動率。分布式作戰的替代方案也會帶來更高的成本。例如,從更遠的基地起飛可能需要新的采購計劃、更長的飛行時間和更低的出動率。
與其他方案相比,某些概念、FPM 和臥底方案的資源密集度可能較低。但這些選擇不可能克服針對近鄰對手的空中作戰的基本低效和大量資源需求。將生存力置于效率之上還需要空軍進行重大的文化變革,因為空軍在很大程度上一直注重效率,以維持 COIN 和 CT 行動。
在與美國空軍人員的討論中,我們聽到了來自作戰和支援部門的挫折感。作戰人員正在推動分布式作戰的許多概念,在某些情況下,他們對一些人認為來自作戰支援部門的阻力感到沮喪。與此同時,一些戰斗支援人員也擔心,分布式作戰概念的提出缺乏對其所造成的支援限制、負擔和資源需求的實際了解。如果空軍繼續發展分布式作戰概念,作戰人員將花費更多時間考慮后勤限制,而保障專業人員將花費更多時間考慮作戰。
由于機翼大小的作戰地點容易受到攻擊,因此每個作戰地點都可能有較小的部隊。這意味著聯隊以下各級需要支持和防御能力,以便從單獨的空軍基地開展行動,并獨立做出更多決策。
與過去相比,分布式作戰需要在伙伴國建立更多空軍基地。過去的研究表明,伙伴國是否決定允許進入,很可能取決于情景以及美國與每個東道國之間更廣泛的政治關系。空軍可以通過制定應急計劃和戰時態勢動態變化流程來應對這種不確定性。然而,在應急行動開始時和期間,可用于分布式行動的設施數量可能會因政治準入的不確定性而受到限制。
本報告的重點是分布式戰斗機行動。以這種方式作戰的戰斗機部隊將對空軍的情報、偵察、電子戰、機動性和加油機等兵力產生許多影響,這里沒有詳細分析。如果這些兵力也以分布式方式作戰,那么將對指揮控制、支援和保護產生更多的影響。空軍在制定分布式作戰概念和評估其可行性時,需要考慮這些額外的影響。
這些發現為美國空軍領導人和規劃人員提出了七項建議。在某些情況下,空軍已經在實施相關舉措,因此我們的建議加強了這些活動的重要性,或指出需要更加重視這些活動。
確定分布式作戰的資源和訪問需求。空軍對開展當前活動的資源短缺表示擔憂,因此,如果不改變資源水平或承諾,空軍不太可能進行分布式作戰所需的投資。確定這些概念是否可行的第一步是確定分布式作戰的準入和資源需求。2 確定這些概念是否可行的第一步是確定分布式行動的準入和資源需求。正在進行的分布式行動倡議(如總部空軍[HAF]的 "適應性基地 "和美國太平洋空軍[PACAF]的 "敏捷戰斗部署")正開始努力解決其中的一些問題,包括通過演習來解決。
在基地訓練和演習中模擬猛烈的空中、導彈和地面攻擊。模擬空軍基地攻擊對于演練生存措施和執行攻擊任務非常重要。要滿足對抗性環境的要求,就必須加強訓練,為在猛烈攻擊下執行任務做好準備。從 C2 的角度來看,指揮官還可以考慮如何確定空中和地面行動的優先次序,在壓力更大的條件下做出決策,以及在面臨傷亡的情況下繼續行動。與空軍人員的討論表明,近幾十年來,由于聯合兵力主要集中在 COIN 和 CT 行動上,這類訓練并不是大多數部隊的優先事項。
考慮創建綜合基地防御部隊。有能力的對手可能會對基地發動多種類型的攻擊。不同的攻擊可能需要不同的緩解策略,這就要求指揮官權衡每種攻擊的相對風險,并確定防御響應的優先級。因此,空軍應制定創建綜合基地防御部隊的概念,并探索其益處。
定期舉行包括通信中斷在內的演習。包括多級領導在內的指揮所演習和野戰演習可為領導者提供以下方面的實際經驗:權力交接、撰寫任務命令、根據上級指揮官的意圖采取行動,以及培養態勢感知能力。讓可能會共同作戰的多級指揮官參加演習,還可以培養信任和共識,從而促進分布式控制和任務類型命令的下達。
對飛行員進行交叉培訓,減少分布式作戰對人員的需求。分布式作戰需要更多的維護、兵力、總部人員和其他崗位人員。此外,在對抗性環境中開展行動還可能導致比近期行動更嚴重的傷亡率。對空軍人員進行交叉培訓,使其能夠履行專業以外的職能,有助于應對這兩項挑戰。空軍可能會從正在進行的維修人員交叉培訓試點項目中獲得更廣泛的交叉培訓見解。
在取消和平時期的大隊梯隊之前,考慮大隊在分布式作戰中可能發揮的作用。空戰司令部正在試驗一種新的和平時期聯隊結構,取消大隊梯隊。然而,根據空軍決定采用的具體分布式作戰概念,大隊在戰時可能會發揮寶貴的作用。如果是這樣,在和平時期保留大隊可能是可取的,這樣可以為領導者的發展創造機會,并最大限度地減少為戰時改變組織結構所帶來的摩擦。
利用演習和其他分析來探討分布式作戰對兵力編成的影響。第 6 章指出了一些與空軍兵力管理變革相關的權衡問題。要確定這些權衡在對抗性環境中的嚴重程度,需要進行更多的演習和分析。PACAF 已經在演練分布式作戰概念,并考慮兵力編成的影響。空軍應尋找更多機會,在演習中探索兵力編成的替代方案。
前沿作戰基地(FOB)防御是一項人力密集型任務,需要占用作戰任務的寶貴資源。雖然能力越來越強的無人駕駛飛行器(UAV)具備執行許多任務的能力,但目前的理論并沒有充分考慮將其納入。特別是,如果操作人員與飛行器的比例為一比一時,并沒有考慮提高無人機的自主性。本論文描述了使用先進機器人系統工程實驗室(ARSENL)蜂群系統開發和測試自主FOB防御能力。開發工作利用了基于任務的蜂群可組合性結構(MASC),以任務為中心、自上而下的方式開發復雜的蜂群行為。這種方法使我們能夠開發出一種基于理論的基地防御戰術,在這種戰術中,固定翼和四旋翼無人機的任意組合能夠自主分配并執行所有必要的FOB防御角色:周邊監視、關鍵區域搜索、接觸調查和威脅響應。該戰術在軟件模擬環境中進行了廣泛的測試,并在現場飛行演習中進行了演示。實驗結果將使用本研究過程中制定的有效性措施和性能措施進行討論。
2019年,美國海軍陸戰隊司令大衛-H-伯杰將軍發布了他的規劃指南,作為塑造未來四年的部隊的一種方式。他在其中指出:"我們今天做得很好,我們明天將需要做得更好,以保持我們的作戰優勢"[1]。這句話摘自海軍陸戰隊司令大衛-H-伯杰將軍的《2019年司令員規劃指南》(CPG),呼吁采取集中行動,以應對海軍陸戰隊在未來戰爭中預計將面臨的不斷變化的挑戰。在為海軍陸戰隊確定未來四年的優先事項和方向的CPG中的其他指導,呼吁建立一個 "適合偵察、監視和提供致命和非致命效果的強大的無人駕駛系統系列"[1]。伯杰將軍進一步呼吁利用新技術來支持遠征前沿基地作戰(EABO)。EABO將需要靈活的系統,既能進行有效的進攻行動,又能進行獨立和可持續的防御行動。簡而言之,實現EABO將需要最大限度地利用每個系統和海軍陸戰隊。
從本質上講,伯杰將軍正在呼吁改變無人駕駛飛行器的使用方式。通過使用大型的合作自主無人飛行器系統,或稱蜂群,將有助于實現這一目標。無人飛行器蜂群提供了在人力需求和后勤負擔增加最少的情況下成倍提高戰場能力的機會。正如伯杰將軍所提到的 "下一個戰場",海軍陸戰隊將必須利用各種技術,最大限度地利用自主性和每個作戰人員在戰場上的影響。
目前的無人系統使用理論是以很少或沒有自主性的系統為中心。另外,目前的系統依賴于單個飛行器的遠程駕駛;也就是說,每輛飛行器有一個操作員。部隊中缺乏自主系統,這在監視和直接行動的作戰能力方面造成了差距。此外,側重于一對一操作員-飛行器管理的無人系統理論要求操作員的數量與車輛的數量成線性比例。這對于 "下一個戰場 "來說是不夠的。相反,海軍陸戰隊將需要能夠讓操作員擺脫束縛或提高他們同時控制多個飛行器的能力系統[2]。
考慮到這些目標,美國海軍研究生院(NPS)的先進機器人系統工程實驗室(ARSENL)已經開發并演示了一個用于控制大型、自主、多飛行器的系統,該系統利用了分布式計算的優勢,并將駕駛的認知要求降到最低。ARSENL在現場實驗中證明了其系統的功效,在該實驗中,50個自主無人駕駛飛行器(UAV)被成功發射,同時由一個操作員控制,并安全回收[3]。
這項研究的主要目標是證明使用無人機蜂群來支持前沿作戰基地(FOB)的防御。特別是,這需要自主生成、分配和執行有效的、符合理論的基地防御所需的子任務。這部分研究的重點是開發基于狀態的監視、調查和威脅響應任務的描述;實施支持多飛行器任務分配的決策機制;以及任務執行期間的多飛行器控制。
輔助研究目標包括展示基于任務的蜂群可組合性結構(MASC)過程,以自上而下、以任務為中心的方式開發復雜的蜂群行為,探索自主蜂群控制和決策的分布式方法,以及實施一般的蜂群算法,并證明了對廣泛的潛在蜂群戰術有用。總的來說,這些目標是主要目標的一部分,是實現主要目標的手段。
基地防御戰術的制定始于對現有基地防御理論的審查。這一審查是確定該行為所要完成的基本任務和子任務的基礎。然后,我們審查了目前海軍陸戰隊使用無人機的理論,以確定這些系統在基地防御任務中的使用情況。
在確定了任務要求的特征后,我們為基地防御的整體任務制定了一個高層次的狀態圖。子任務級別的狀態圖等同于MASC層次結構中的角色。
ARSENL代碼庫中現有的算法和游戲以及在研究過程中開發的新算法和游戲被用來在ARSENL系統中實現子任務級的狀態圖。最后,根據高層次的狀態圖將這些游戲組合起來,完成基地防御戰術的實施。
在游戲和戰術開發之后,設計了基于理論的有效性措施(MOE)和性能措施(MOPs)。通過在循環軟件(SITL)模擬環境中的廣泛實驗,這些措施被用來評估基地防御戰術。在加利福尼亞州羅伯茨營進行的實戰飛行實驗中,也展示了該戰術和游戲。
最終,本研究成功地實現了其主要目標,并展示了一種包含周邊監視、關鍵區域搜索、接觸調查和威脅響應的基地防御戰術。此外,開發工作在很大程度上依賴于MASC層次結構,以此來制定任務要求,并將這些要求分解成可在ARSENL蜂群系統上實施的可管理任務。這一戰術在實戰飛行和模擬環境中進行了測試,并使用以任務為中心的MOP和MOE進行了評估。最后的結果是令人滿意的,在本研究過程中開發的戰術被評估為有效的概念證明。
本論文共分六章。第1章提供了這項研究的動機,描述了這個概念驗證所要彌補的能力差距,并提供了ARSENL的簡短背景和所追求的研究目標。
第2章討論了海軍陸戰隊和聯合出版物中描述的當前海軍陸戰隊后方作戰的理論。還概述了目前海軍陸戰隊內無人機的使用情況,并描述了目前各種系統所能達到的自主性水平。
第3章概述了以前自主系統基于行為的架構工作,ARSENL多車輛無人駕駛航空系統(UAS)和MASC層次結構。
第4章對基地防御戰術的整體設計以及高層戰術所依賴的游戲進行了基于狀態的描述。本章還詳細介紹了用于創建、測試和評估這一概念驗證的方法。在此過程中,重點是對每一戰術和戰術所針對的MOP和MOE進行評估。
第5章詳細介紹了所進行的實戰飛行和模擬實驗,并討論了與相關MOPs和MOEs有關的測試結果。
最后,第6章介紹了這個概念驗證的結論。本章還提供了與基地防御戰術本身以及更廣泛的自主蜂群能力和控制有關的未來工作建議。