近年來,導彈技術的擴散與日俱增。如今,世界上幾乎每支軍隊都擁有戰區彈道導彈(TBM)和巡航導彈(CM)武庫。與常規空軍相比,這些技術的獲取和維護成本較低,但卻具有許多相同的優勢,如精確打擊和縱深塑造作戰。由于反導系統的成本遠高于其瞄準的彈道導彈或巡航導彈,因此這種擴散的進展速度遠遠超過防空反導系統(ADA)的能力。此外,ADA 系統的大部分戰術都是在過去的戰場上形成的,只由數量有限的 TBM 或 CM 組成的小規模統一突襲。如今,ADA 系統面臨著由大量不同類型的 TBM 和 CM 組合而成的系統組成的突襲。
本論文提出了一種新方法,可用于應對由不同類型 TBM 和 CM 組成的大規模復雜突襲,這些突襲試圖壓垮特定地點的 ADA 系統。這種方法可以識別技術差距,但主要重點是現有 ADA 系統如何調整戰術,以盡量減少未被擊落的威脅對友軍造成的傷害。
迄今為止,幾乎所有文獻都對系統和戰術進行了優化,以減少影響地面的 “漏網之魚”(未被擊落的威脅)的數量。然而,僅僅計算漏網之魚的數量并不能充分描述對友軍的影響。因此,這項工作的第一部分結合了現有的外部彈道、混凝土穿透、爆炸塌陷以及武器爆炸和破片破壞等方法,以創建一個可描述機場跑道、基礎設施和停放飛機所受損害的綜合程序。這項工作的第二部分重點是使用國防部認可的 ADA 仿真模型(稱為擴展防空反導模擬 (EADSIM))對 ADA 導彈交戰進行建模。
機場損傷模型和 ADA 仿真的運行時間從幾分鐘到幾小時不等。它們也是隨機的,因此需要對每個輸入矢量進行大量運行才能正確理解輸出范圍。為了減少計算時間,以便進行后期優化,我們采用了實驗設計和機器學習的方法,如神經網絡和高斯過程模型,來創建快速運行的模型,預測這些模擬的輸出結果。
本作品的最后一部分利用這些預測算法首先優化敵方火力計劃,然后優化 ADA 防御戰術,最后利用新型攔截導彈系統優化 ADA 防御戰術。首先,必須優化敵方攻擊計劃,以發現對機場不同區域造成最大破壞的不同類型 TBM 和 CM 的組合。這種分析會產生一個非主要解決方案的前沿,這些解決方案能最大限度地提高不同的效果,如對跑道、飛機或燃料點造成的破壞。給定這組優化的射擊計劃,對友軍的 ADA 戰術進行優化,以便以最低的成本將友軍資產的損失降到最低。然后使用多屬性決策工具來選擇一組特定的戰術,并將這些戰術與基本方案進行比較。
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。
納戈爾諾-卡拉巴赫和烏克蘭沖突的最新事件將焦點轉移到在大規模作戰行動中使用武裝無人機系統上,并塑造了未來戰爭的前景。這些武裝無人機系統配備了精確制導彈藥,推進了其應用的界限,改變了無人機系統僅僅是情報、監視和偵察資產的看法。
武裝無人機系統發揮了重要的近距離空中支援作用,為地面部隊提供支援,并對敵方防空資產、炮兵陣地、指揮和控制節點、集結區單元以及從后方向前線移動的后勤車隊執行空中攔截任務。武裝無人機系統還與友軍炮兵資產嵌入,從而提供精確的目標捕獲和準確的打擊后戰損評估。
馬其頓陸軍在 2025 年退役米-24 作戰直升機后,近距離空中支援和空中攔截能力將嚴重下降。本研究旨在為多功能武裝無人機系統制定解決方案,將其作為馬其頓陸軍的一個有利可圖的選擇,并將其納入正在進行的現代化項目,以成倍提高武裝部隊的整體能力,特別是火力、情報和指揮控制等作戰功能。
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,最近發生的涉及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。
時間是 2040 年。法國陸軍正以一個師的兵力投入到一次大規模、全域、作戰行動(LSCO)中,以應對同行的威脅。這支部隊正在對行動區內威脅法國國家利益的一個地區勢力實施聯合強行進入行動。美國向法國提供了防空能力,以確保部隊的機動自由。在聯合部隊成功突破反進入/區域封鎖(A2AD)保護后,該師的偵察梯隊完全由無人駕駛車輛組成。這個無人駕駛的第一梯隊旅使指揮官能夠在不與滯留在后方的輕步兵部隊交戰的情況下進行偵察。由于無人機在戰場上占據主導地位,裝甲單元被認為過于脆弱,坦克或步兵戰車因被認為過于昂貴而退役,無法在作戰環境中保持相關性。由于敵方強大的 A2AD 網絡,并根據總參謀長的建議,法國總統選擇不部署有人駕駛飛機,因為損失一架飛機在財政成本和公眾輿論方面都將是災難性的。因此,空中部分完全由武裝無人機組成,它們具有強大的持久打擊能力,而無需冒有人駕駛飛機的風險。以前的師系統,包括重型和輕型裝甲旅戰斗隊、一個師偵察營以及完全由人員組成的情報、火力和維持輔助部隊,已經被放棄,因為它太重太脆弱,不夠靈活,無法在大量使用無人資產的作戰環境中取得勝利。現在的新師是由搭載在輕型裝甲車上的輕步兵單元和無人機組合而成。該單元在強大的防空系統保護傘下開展行動,既能防護有人或無人飛機,又能依靠動能和非動能資產。該師擁有輕型車輛,易于部署;擁有無人機,機動性強;擁有強大的防空層,生存能力強。
一種新的作戰方式已經形成,傳統的聯合兵種機動方式已被歷史塵封。無人機取代了傳統的情報和火力資產,將兩者結合在一個平臺上。由于無人機能夠在戰場上的任何地方開展行動,它們證明了裝甲和機械化單元的無用性,因為它們很容易成為無人機的目標。無人機可以飛越敵方領土,瞄準雷達、指揮所或后勤節點。它們在戰場縱深的行動會擾亂敵軍的陣腳,摧毀其戰斗意志。因此,配合無人機行動的唯一部隊是輕步兵,以占領地面并確保持久的勝利。
未來幾十年,聯合作戰是否會朝著這個方向發展?無人機是否代表著戰爭性質的最終改變?無人機能否僅靠自身力量贏得沖突并限制地面部隊的投入?通過對近期沖突的研究,如 2020 年的納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭、近期中東地區圣戰組織與常規部隊(美國、俄羅斯或歐洲)之間的沖突以及 2019 年和 2020 年的利比亞戰爭,這些沖突都顯示了無人機的廣泛應用,可能會得出這樣的結論。這些沖突顯示了使用無人機所帶來的潛力,以及從 20 世紀戰爭演變中繼承下來并延續到 21 世紀初的常規聯合武器方法的局限性。使用裝甲和機械化編隊的傳統聯合作戰方法的交戰方在面對無人機攻擊時遇到了困難,因為無人機的攻擊會在戰爭的戰術、作戰或戰略層面上削弱指揮官的能力。無人機為其使用者提供了非對稱優勢:通過使防空系統飽和、永久占據天空、通過攝像頭捕捉可能造成的高傷亡以及在社交網絡上播放宣傳片的影響,無人機代表了一種進入對手決策圈的新方法。
在這里,沖突的性質很重要。正如理查德-哈斯(Richard Haas)在《必要性戰爭,選擇性戰爭》(War of Necessity, War of Choice: 兩次伊拉克戰爭回憶錄》中所下的定義。在比較兩場伊拉克戰爭時,他說:"必要的戰爭涉及最重要的國家利益,除了使用武力之外沒有其他有前途的選擇,如果要維持現狀,肯定要付出相當大的代價"。另一方面,"選擇性戰爭往往涉及不那么明顯'重要'的利害關系或利益,以及存在可行的替代政策"。這一區分非常重要,因為它將決定使用手段的范圍,限制或擴大武器的選擇。在一場有選擇的戰爭中,無人機可以提供良好的能力,給對手造成損失,并在不冒生命危險或昂貴的物資損失的情況下達到目標。由于其無人駕駛的性質,無人機為其使用者提供了可擴展和創造性的選擇,而不會受到使用有人駕駛飛機固有的技術、戰術甚至政治限制的阻礙。在迫不得已的戰爭中,它們可以通過瞄準防空網絡、后勤節點、指揮所或機動單元,作為力量倍增器來削弱對手的軍事力量。
20 世紀,交戰國陸軍提出了聯合作戰的概念。一戰結束后,法國開始實施坦克、步兵和炮兵協同作戰。在戰時,這一概念繼續發展,并在第二次世界大戰期間得到所有交戰國空軍的整合。沖突結束后,面對作戰環境的變化、原子武器的威脅或反叛亂戰斗,這一概念得到了完善,但總體上仍具有現實意義。根據美國的條令定義,聯合作戰是 "同步和同時使用各種武器,以達到比單獨或依次使用每種武器更大的效果"。這種方法的優勢在于使不同的作戰功能能夠彌補其他功能的不足。通過這種合作,作戰功能構成了一個強大的作戰系統。
上述每一次沖突都對聯合作戰方法提出了挑戰,迫使領導人修改作戰方法。今天,無人機的威脅是對聯合作戰模式的嚴峻挑戰。然而,在無人機環境下,如果部隊具有凝聚力,訓練有素,組織有序,不僅有能力保護自己免受威脅,還能采取積極主動的方法應對威脅,那么這種作戰方式仍然適用。此外,最近發生的涉及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,它們加強了戰爭的政治性質,因為它們的使用直接影響到面對它們的交戰方的決策。
在為潛在的高強度沖突做準備的背景下,這個問題與西歐或美國陸軍等行為體高度相關,因為自冷戰結束以來,這些行為體一直在相對舒適的環境下作戰,擁有無可爭議的空中優勢。在此期間,西方軍隊面對的敵人不具備造成大量傷亡的能力或技能。因此,他們不會像納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭中那樣,面臨意味著友軍大量損失而導致決策癱瘓的重大致命僵局。
無人機也被稱為 "無人駕駛航空系統"(UAS),指的是在沒有任何飛行員的情況下自主或遠程操作的任何飛機。無人機系統由三個關鍵部分組成:
最初,無人機是在不裝備武器的情況下運行的,但最終還是裝備了武器。如今,閑逛彈藥是武裝無人機的最后演變。據無人機研究中心的丹-格廷格和阿瑟-霍蘭-米歇爾稱,"它們的設計目的是用爆炸彈頭攻擊視線以外的地面目標"。懸停彈藥將在戰場上空飛行,跟蹤潛在目標并最終將其擊落。簡而言之,這種彈藥就是自殺式無人機。在本研究中,無人機系統和無人機的表述將不加區分地使用。
本專著將介紹三個案例研究:第一個案例研究將側重于 2020 年的納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭,以及亞美尼亞人無力應對無人機威脅所造成的后果:由于阿塞拜疆憑借無人機和閑逛彈藥獲得了空中優勢,亞美尼亞領導層被削弱,被迫承認失敗,同時在戰場上面臨重大損失。第二個案例研究將考慮非國家行為者在伊拉克和敘利亞使用無人機打擊常規對手的情況。盡管戰術成功與否參差不齊,但無人機使用者能夠讓對手懷疑自己的實力,并在敵人的母國制造恐慌。反伊斯蘭國聯盟成員通過加強聯合武器合作和窒息恐怖分子的無人機制造網絡,成功地保護了自己的部隊。最后,第三個案例研究的重點是利比亞的無人機。利比亞被認為是世界上最大的無人機行動區,表明無人機構成了新的廉價版空中力量。然而,在利比亞,無人機并不足以在戰場上強制決策;要贏得長期決策,就必須與地面裝甲和機械化單元合作。僅靠無人機的部隊無法保持戰術優勢,也無法實現戰略目標。從作戰角度看,利比亞案例研究強調,無人機的使用加強而非徹底改變了聯合和聯合武器合作的精神。無人機是戰爭方式范式的轉變。它迫使軍事領導人改變作戰方式和作戰方法。然而,這還不是一場軍事革命。跨領域合作能夠在面對這一威脅時扭轉局勢。
在視距(WVR)內進行空戰需要執行復雜的空中機動和快速的順序決策。如果加入額外的武器能力,這些決策的復雜性還會進一步增加。無人自主飛行器技術和武器能力的發展有助于克服人為限制帶來的障礙。事實證明,自主無人作戰飛行器(AUCAV)和定向能武器(DEW)等先進武器能力在 WVR 空戰中至關重要。這就引出了一個問題--AUCAV 能否擁有適當的人工智能和武器能力,以改進高質量的空戰演習和戰術?為了研究這個問題,我們提出并解決了廣義空戰機動問題(ACMP),在這個問題中,我們建立了一個模型,以控制正在尋求與攻擊敵機交戰的防御型 AUCAV。該模型利用每架飛機的 5 自由度點質量來跟蹤其狀態轉換,同時還跟蹤內部攜帶的火炮和 DEW 能力。由于該問題的維度較高,我們提出了一種近似動態編程(ADP)方法,其中我們開發了一種近似策略迭代算法。這種 ADP 算法通過神經網絡回歸來實現高質量的戰斗機戰術和機動。我們的計算實驗結果表明,在 3 個問題實例中,有 2 個實例的 ADP 策略優于所有 3 個基準策略。ADP 策略學會了同時使用內部攜帶的火炮和 DEW,這促進了 ACMP 中任一武器平臺的態勢效益理念。在 WVR-ACMP 中加入 DEW 功能可以體現前所未有的空戰戰術。
人工智能(AI)是未來聯合部隊充分發揮多域作戰(MDO)潛力的基礎。由人工智能支持的系統有能力在各領域、電磁頻譜和信息環境中戰勝對手。在競爭中使用這些系統可使聯合部隊近乎實時地了解作戰環境,從而更好地利用各種能力擊敗旨在破壞地區穩定的威脅行動,遏制暴力升級,并將被拒絕的空間變為有爭議的空間。在從競爭向武裝沖突過渡的過程中,人工智能支持的機動、火力以及情報、監視和偵察能力為聯合部隊提供了阻止敵人奪取優勢陣地的能力。改進的維持吞吐量與攻擊敵方反介入/空中拒止網絡的能力相結合,為美軍奪取作戰、戰略和戰術優勢陣地提供了能力。通過人工智能支持的聯合多域共同作戰圖(MDCOP)提高理解能力,使美軍有能力協調多域效應,創造優勢窗口。
制定人工智能作戰概念可使陸軍更好地了解這些技術對戰爭性質和特點的潛在影響。描述陸軍如何在未來作戰環境中使用人工智能,有助于說明人工智能對戰爭的暴力性、交互性和根本政治性以及戰爭不斷演變的特點的影響。本文提供了一些小故事(附錄 A),說明了組織對人工智能的運用,為可能制定的美國陸軍 RAS 總體概念、作戰和組織概念、基于編隊的作戰概念以及系統或單個系統的運用概念提供了參考。
人工智能的可操作性影響著未來部隊的作戰方式、針對對手的作戰行動,以及指揮官如何利用軍事藝術和科學運用部隊能力來實現預期效果和目標。在2019年未來研究計劃(FSP19)期間,人工智能工作線(LoE)確定了以下與實施人工智能多領域解決方案相關的問題:
數據管理--AI/ML 應用程序的運行依賴于對經過整理的數據的訪問。陸軍必須培養以數據為中心的文化,以標準化的格式和協議來生成、存儲和訪問數據。人才管理工作必須側重于培養、培訓和留住一支精通數據的員工隊伍。這可以通過以下方式實現
在整個部門培養以數據為中心的文化
投資于整個員工隊伍的數據科學培訓
簡化數據訪問
設計和實施協議,確保數據可發現、可訪問、可共享和可互操作
功能分解--狹義的人工智能本質上是有限的,構建算法的數據科學家需要精確的問題定義,準確確定聯合部隊的需求。
可解釋人工智能--人工智能系統需要有能力解釋決策/建議和行動背后的邏輯。這種解釋 "為什么 "的能力是人類信任人工智能智能體的基礎。
邊緣計算/人工智能--未來的作戰環境預計將面臨電磁頻譜的競爭,這就要求能夠向前處理超大數據集的能力,以及能夠自主行動的人工智能平臺。
利用商業部門 - 國防部實驗室繼續在人工智能/ML 開發方面取得重大進展,特別是與聯邦資助的研發中心合作。商業部門將繼續探索和拓展可用于軍事應用的工作。
作為FSP19的一部分,人工智能LoE開發了五個小故事和一個概念草圖(見附錄A),以協助人工智能和機器學習的操作化。這些小故事說明了聯合部隊如何利用人工智能/機器學習來應對多域行動所需的關鍵能力。MDCOP 概念將依靠幾個有限內存的人工智能來構建和維護一幅描繪戰場上藍、紅、綠三方活動的圖景。反應型機器人工智能將為特定指揮官和總部量身定制 MDCOP。合作傳感、維持、攻擊和瞄準小節依靠反應式機器人工智能來優化傳感器覆蓋范圍、維持吞吐量、攻擊排序和射手選擇。
未來部隊需要人工智能來充分發揮多域作戰的潛力。人工智能系統使未來部隊能夠進行信息收集和分析,從而在時間緊迫、信息競爭激烈的環境中提高對態勢的了解。這種能力可實現快速、知情和正確的決策。人工智能決策支持體將減輕作戰人員的認知工作量,提高整體效能。人工智能支持的無人系統將探測、識別和穿透高風險區域,以提高開展行動和保護部隊、人口和資源的能力。人工智能可滿足 MDO 在與近似對手的沖突中對作戰速度的要求。
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。
二十年來,全球多個地區沖突不斷,這給美國特種作戰司令部(USSOCOM)帶來了一個問題:它已變得過度依賴殺傷力來實現其戰略目標。隨著美國進入新的大國競爭時期,美國特種作戰司令部對致命性的過度依賴和默認的致命性文化已經開始產生二階和三階效應。雖然大國競爭歷來包括沖突與和平時期,但大規模作戰行動仍然不太普遍。本研究調查了特種作戰部隊(SOF)如何與其他國家力量要素一起找到殺傷力的最佳平衡點,并確定平衡殺傷力與其他國家力量工具有助于提高特種作戰部隊行動的有效性,同時支持全政府方法。本文還探討了特種部隊如何與民用領域接觸,并將其接觸范圍擴大到整個物理領域的安全之外的要素。本研究發現,美國海軍特種作戰司令部必須根據特種作戰部隊參與的每個地區或國家的普遍情況,在大國競爭中使用多少殺傷力之間取得平衡,同時全面評估其他國家力量工具。這項研究最終確定,在大多數現代沖突中,單靠殺傷力無法取得勝利。
美國特種作戰司令部(USSOCOM)過度依賴殺傷力來解決全球環境中的安全問題。美國國防部(DOD)繼續強調回歸致命能力,聲稱這將使美國在競爭階段保持競爭力。隨著世界日益復雜,美國的競爭對手繼續使其可支配的軍事能力多樣化,以實現其政治目標。競爭對手的競爭方法包括融合民事和軍事能力,同時利用多種國家力量工具,并不斷擴大其在民事領域的存在。本論文研究了 USSOCOM 如何通過優化國家力量要素之間的平衡,使美國政府在沖突和競爭中有效競爭。
本研究調查了五個案例,并使用 DIMEFIL(外交、信息、軍事、經濟、金融、執法)模型對每個案例進行分析,以評估在實現政治議程的過程中,每種國家力量工具的最佳平衡點是什么。案例研究 1--2000-2020 年的哥倫比亞,明確了美國歷來較少的軍事存在如何使美國政府在向哥倫比亞政府同行提供建議的同時,使整個 DIMEFIL 的行動同步進行。案例研究 2--1945-1949 年的希臘內戰,揭示了美國如何通過軍事援助、火力和物資支持壓倒共產黨支持的叛亂分子,從而以更高的殺傷力和軍事支持取得勝利。案例研究 3:菲律賓,2001-2020 年,探討了美國海軍特種作戰司令部如何幫助菲律賓安全部隊反擊菲律賓國內萌芽的伊斯蘭極端主義叛亂問題。案例研究 4"2014 年俄羅斯吞并克里米亞 "分析了俄羅斯聯邦在整個 DIMEFIL 的混合環境中采用了哪些戰略來吞并克里米亞并挑戰烏克蘭的合法性。最后一個案例研究是 "案例研究 #5:2001-2020 年的阿富汗",調查在與塔利班和其他仍在爭奪戰亂國家控制權的派別的戰爭中,使用特種作戰部隊和常規部隊的力度究竟有多大。
研究發現,雖然沒有兩個案例是相同的,但每個案例研究中都出現了可能適用于未來沖突的主題。DIMEFIL 是一種簡單的模式,有其自身的局限性,不應成為美國海軍特種作戰司令部制定競爭或沖突戰役的唯一戰略工具。此外,任何尋求利用多種國家力量要素的機構或部隊都應找到每種要素的最佳平衡點,并可根據行動環境的條件進行調整。為了在大國競爭中保持競爭力,美國海軍陸戰隊司令部必須能夠自如地在民用領域和相關要素中開展行動,并通過民用領域和相關要素開展行動。包括演習在內的軍事訓練始終是必要的,但隨著美國競爭對手不斷調整其方法,民事和軍事領域之間的界限將繼續交織在一起。因此,除了傳統的軍事和安全部隊合作伙伴之外,美國海軍陸戰隊司令部現在必須學會如何運作和利用作戰環境中的其他要素。
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,最近發生的涉及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。
近年來,各國軍隊加強了整合無人駕駛技術的努力,以提高有人-無人駕駛編隊(MUM-T)的能力。由于一些國家的戰斗年齡人口正在減少,軍隊正在轉向容易獲得的、具有成本效益的和復雜的無人駕駛技術。MUM-T擁有巨大的潛力,不僅可以緩解軍隊的人力短缺,還可以提高作戰能力。這篇論文研究了MUM-T在前線的有效性,直至步兵小組支持城市地形的進攻行動。一個基于智能體的模擬被用來模擬有無無人駕駛地面車輛(UGV)支持一個步兵連的MUM-T作戰行動。對超過76,800次的模擬戰斗進行了分析。據觀察,MUM-T概念可以極大地提高戰斗力,通過增加敵人的傷亡來評估。還觀察到UGV的重裝時間、武器精度和自身的力量結構對步兵的殺傷力和生存能力有很大影響。這項分析的結論是,在小單位戰術層面實施MUM-T對提高整體作戰性能有很大潛力。未來,作戰模型可以被整合到未來的軍事演習中,這樣就可以對模擬的結果進行驗證和確認。
隨著復雜技術和創新的使用,戰爭正在日益演變。在全球人力短缺的推動下,各國正在轉向無人駕駛技術以緩解這種短缺并提供作戰能力。因此,通過采用載人-無人小組(MUM-T),利用無人技術來支持前線步兵的潛力很大。
本論文旨在探索MUM-T在進攻性城市場景中的有效性。論文討論、分析和研究了在城市環境中連級無人駕駛地面車輛(UGV)的戰術運用效果。指導這項研究的研究問題包括以下幾個方面:
主要問題:
1.有UGV或UGV支持的步兵小隊的致命性和生存能力如何?
2.在模擬場景中,MUM-T部隊的不同部隊結構的戰斗結果和分析是什么?
次要問題:
本論文使用基于智能體的模擬環境 "地圖感知非統一自動機"(MANA),通過建立一個模擬并對UGV的作戰方案進行分析,再加上影響城市地形中進攻性步兵部隊作戰效率的因素,來研究MUM-T。
該作戰模型包括兩組主要的作戰部隊,以美國陸軍的步兵作戰順序(ORBAT)為模型: (1)由裝備有UGV的友軍步兵連組成的藍方部隊;(2)由作為防御方的對手步兵排組成的紅方部隊。圖1顯示了模擬作戰行動的一個迭代的開始狀態。
圖1. MANA的一個模擬復制的初始狀態的截圖。
共創建了三個不同的實驗設計(DOE),以研究MUM-T能力和概念的關鍵戰斗特征和效果。衡量性能的重點是任務的有效性,重點是確定與殺傷力和生存能力相關的因素。作者對每個DOE采取了迭代的方法,將前一個DOE的一些發現和分析納入下一個DOE。第一個DOE著重于與基線步兵ORBAT相比,最初引入MUM-T的效果。第二個DOE重點關注不同的人力和部隊結構,以研究支持MUM-T的部隊規模的影響。最后一個DOE結合了前兩個DOE的各個方面,并創建了一個近乎正交和平衡的混合設計,以實現一個更全面和結論性的實驗來結束這篇論文。近80,000次模擬戰役,每次涵蓋超過8小時的戰斗,被運行和分析。
對美國國防部(DoD)采購的武器系統進行嚴格的作戰測試(OT)是確保這些復雜的系統不僅滿足其既定要求,而且在面對使用其自身高能力進攻和防御武器的堅定對手時,在現實的作戰條件下也能發揮作用的根本。如果沒有足夠的OT,作戰指揮官將無法最有效地利用他們的能力,而作戰人員將對他們帶到戰場上的武器缺乏信心,或者,更糟糕的是,由于他們沒有從根本上了解他們的武器的能力和限制,可能無意中將自己置于危險之中。美國防部的測試和訓練場提供了地理、基礎設施、技術、專業知識、流程和管理,使安全、可靠和全面的OT成為可能。然而,靶場,以及使該系統發揮作用的有才能和有決心的靶場工作人員,正處于巨大的壓力之下。除非迅速采取行動解決長期存在和新出現的挑戰,包括測試能力、現代化、數字基礎設施、侵占和資源,否則國防部的靶場將無法在未來支持及時或充分的OT。
國家靶場基礎設施面臨的挑戰正在增加和加速。物質資源和勞動力的有限測試能力,測試基礎設施的年齡,測試先進技術的能力,以及侵占影響了告知系統性能的能力,綜合系統性能,以及測試的整體速度。對美國測試基礎設施的投資以及測試和評估(T&E)方法和數據處理的改變是必要的,以便為以與作戰需求相關的速度向戰場提供致命的、可生存的、可靠的和可負擔的武器系統提供信息。本研究借鑒了來自作戰、采購和測試背景的高級軍官和官員的證詞,以及測試和培訓專家、領先的技術專家、相關商業企業的領導人,以及在國防部和國會預算過程中有深厚經驗的個人。研究委員會對具有代表性的試驗場進行了虛擬和實際的實地考察;收集了試驗場在現代化、維持、操作和資源挑戰方面的意見;并審查了先前的研究和來自作戰測試與評估主任辦公室(DOT&E)、軍種測試組織和測試資源管理中心(TRMC)的報告。本報告提出了一系列相互依存的建議,委員會認為這些建議將使國防部靶場企業進入現代化軌道,以滿足未來幾年OT的需求。該報告強調了以下三個基本主題:
1.未來的戰斗將要求在聯合全域作戰(JADO)的環境下建立連接的殺傷鏈。美國防部設計、規定、開發和測試系統,以確保它們在這種新的現實中投入使用時是非常有效的,這是至關重要的。美國防部的采購流程、組織結構、測試方法和為測試單一領域的單個武器系統而優化的靶場基礎設施將不足以測試未來的綜合武器系統,因為它們將在跨越所有作戰領域(包括陸地、海洋、空中、太空和網絡空間)的機速戰爭中運行。
2.數字技術正在極大地重塑測試的性質、實踐和基礎設施。今天和明天的武器系統從根本上說是由數據和軟件促成的,美國防部的試驗場也不例外。自主性、人工智能(AI)和機器學習在整個國防系統中的重要性迅速增加,為OT創造了新的挑戰。此外,數字孿生和高性能建模與仿真(M&S)的出現使新的測試方式成為可能,甚至新領域和操作限制的組合使虛擬測試成為某些應用的唯一實用方法。
3.現場速度是今天衡量業務相關性的標準,而這又是一個不斷變化的目標。在許多基于數字、軟件和通信技術的全球擴散的推動下,美國的對手正在迅速和持續地部署新一代的武器,旨在否定美國的作戰優勢。同時,新的武器系統正在采用從未投入使用的技術,這些技術也在以摩爾定律所允許的速度發展。可用的武器系統被迅速投入使用,但也需要持續的測試和評估。
為了應對與這些主題相關的挑戰,委員會制定了結論和建議,分為以下五大類:
1.開發 "未來的靶場",在聯合防務環境中測試完整的殺傷鏈。靶場企業必須適應新的作戰概念和新的測試方法,以進行真實的作戰測試,這包括為系統集成測試和不同領域的多個靶場的互操作性提供有利的基礎設施。[建議3-1] 2.
2.調整靶場能力要求程序,以實現持續的現代化和維持。在保持嚴格的作戰測試和評估的同時,實現快速進入戰場,需要快速實現新武器技術和新威脅的靶場現代化。同時,關鍵能力需要保持,甚至增加,以確保所需的測試能力和吞吐量,同時減輕物理和無線電頻率環境中的侵占所造成的問題。[建議3-2、3-3、3-4、3-5] 。
3.在整個武器系統開發和測試生命周期中,為無處不在的M&S啟動一個新的范圍操作系統。今天的許多美國防部項目不能僅在現場測試中得到有效的測試。高保真虛擬測試可以提高實際硬件測試的準備程度和成功的可能性,并且可能是進行某些類型測試的唯一環境。然而,廣泛和標準化地使用M&S進行作戰測試,將取決于一個新的M&S基礎設施,測試界的重大文化變化,以及在不斷變化的威脅和技術環境中驗證M&S的新方法。[建議4-1]
4.為未來的作戰測試和無縫靶場企業互操作性創建 "TestDevOps "數字基礎設施。重新定義TRMC和試驗場的企業支持的核心數字標準和能力,以利用國防部在軟件、數據、網絡、AI、網絡安全和M&S方面的規模。使基于模型的工程、不間斷的數字線路和持續集成/持續交付的軟件實踐成為試驗場敏捷性、快速測試演化和快速到場的基礎。超高帶寬的信息流必須變得無摩擦、按需和安全。[建議4-2、4-3]
5.重塑靶場企業的籌資模式,使之具有響應性、有效性和靈活性。今天和明天的資源需求反映了快速變化的技術和威脅的現實;持續的資本投資用于創建、升級和維護長壽命的靶場系統;以及對跨領域的系統測試和無縫整合的M&S的需求不斷增加。將DOT&E更早和持續地納入需求開發和采購過程,將更好地建立和證明靶場投資的及時性和充分性。[建議5-1, 5-2;結論5-1, 5-2] 。
圖 3.2 多域戰場中真實殺傷鏈測試場景的表示。 A表示潛在運輸的豎立發射器; B 表示敵方代表雷達; C 表示敵機。
圖 4.3 將測試與模擬相結合的新范例。