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美國海軍研究實驗室（NRL）成立于 1923 年 7 月 2 日。從那時起，它與政府、大學和工業界的合作伙伴一起，幫助建立了地球上最強大的海軍戰斗力量。海軍優勢對于威懾和海洋自由至關重要。當被要求進入險境時，美國海軍和海軍陸戰隊必須配備作戰和制勝的武器和能力。本出版物介紹了 25 項正在開發的科學與工程概念，可能會在未來 25 年滿足國家安全需求方面發揮重要作用。然而，這些精選的敘述只是 NRL 許多項目（包括非保密和保密項目）中的代表，這些項目為未來的選擇提供了框架。它們有可能為海軍帶來強大的新能力。

25項技術

• 電磁戰
  • 用于通信的雷達陣列
• 水下作戰
  • 協調自主水下多航行器的聲納
• 通信、信息技術和網絡戰
  • 硅光子學--下一次集成電路革命
  • 用于定位、導航和計時的量子傳感器
  • 神經形態處理--快速、低功耗、邊緣計算系統
• 戰斗空間環境
  • 利用聲音進行準確的海洋預報
  • 全大氣層預測--連接地面和太空天氣
  • 海軍作戰空間管理的元優化
  • 快速輻射帶補救系統
• 使能科學與技術
  • 物理信息機器學習：支持下一代多物理場仿真
  • 具有任務使能能力、安全性和可持續性的下一代電池
  • 用于下一代射頻和功率微電子的超寬帶隙半導體
  • 量子計算--在量子世界中處理信息
  • 微波功率束
• 經濟性和可持續性
  • 利用低功耗神經形態計算進行艦載維護
  • 生物制造--確保國防部供應鏈安全
  • 從海水中提取作戰燃料
• 空間研究與技術
  • 衛星機器人服務
  • 用于防御和進入太空的高超音速系統
  • 利用 X 射線脈沖星進行太空導航
• 自主系統
  • 無限續航無人駕駛航空系統
  • 無人駕駛航空系統的協同作戰
• 定向能
  • 作為下一代定向能武器的脈沖激光
• 人員保護
  • 用于海軍和遠征作戰的可部署 DNA 測序
  • 看清身邊的爆炸物、化學品和病原體

支持美國海軍的各種陸基作戰系統實驗室分布在美國各地。然而，在代表海軍艦艇完全集成作戰系統的陸基實驗室方面還存在明顯差距。因此，艦載測試是互操作性測試的第一個機會。一個代表艦艇的陸基試驗場，即 "一個海軍實驗室（One Navy Lab）"，將支持系統能力開發、技術文檔的驗證和確認、元素和系統級別的獨立驗證和確認、遠程接口測試和互操作性測試。然而，建立實驗室的過程可能需要大量的前期費用，而且目前還沒有既定的框架來指導決策者開發這樣一個實驗室。根據技術能力收益和長期成本節約對 "一個海軍實驗室 "進行評估和驗證將使決策者受益匪淺。本報告制定了一個框架，以指導利益相關者在建立 "一個海軍實驗室 "時做出決策。報告探討了多種行動方案，包括維持現狀、建立一個或多個完全集成且地理位置相同的實驗室，以及通過海軍網絡連接地理位置遙遠的實驗室。經過廣泛的研究和分析，本報告得出結論，維持目前的艦載測試行動方案是最具優勢和成本效益的前進道路。

圖. 聯合信息環境 (JIE) 框架的范圍。

圖. 美國國防部架構框架 (DODAF) 六步流程。

美國海軍要求對武器系統、雷達系統和組成艦載戰斗系統的其他單元進行各種測試。海軍海上系統司令部（NAVSEA）各作戰中心和海軍承包商設施的陸基測試場（LBTS）被用來進行所需的測試。陸基試驗場"[容納]可[復制或]模擬武器系統操作的設備"，從而為工程師和技術人員的研究、開發和遠程艦隊支持工作提供支持（海軍海上系統司令部 [NAVSEA] n.d.）。然而，LBTS 在地理上分布在美國各地，缺乏完全一體化作戰系統的代表性。因此，在役工程智能體利用艦艇執行互操作性測試、認證測試、硬件和軟件開發測試、技術手冊編寫和培訓等職責。然而，確定和調整艦艇的日程安排需要大量時間，以便為完成艦上任務的旅行做準備。此外，工程師前往船上的差旅費用也相當可觀。

本畢業設計報告旨在分析創建統一能力 LBTS--"一個海軍實驗室"--的前景，該實驗室能夠連接各個獨立的實驗室，并使用完全集成的平臺進行協作和測試。一個海軍實驗室 "還可以復制美國海軍艦艇的一個或多個任務區，包括由目標感應雷達、武器和決策作戰系統組成的具有代表性的殺傷鏈。本報告的范圍是分析不同的行動方案 (COA)，以開發安全、可靠、高性能的基礎設施，創建 "一個海軍實驗室"，使用戶能夠以安全、高效的方式共享數據、協作項目和訪問資源。

根據利益相關者的需求，確定了四個 COA。COA 0 是保持目前的設置，工程師將繼續前往利用艦船或現有實驗室進行測試。COA 1 是建立一個完全集成的作戰系統實驗室，由不同的作戰中心共享。至于 COA 2，每個作戰中心都將擁有自己的完全集成的作戰系統實驗室。COA 3 將利用海軍網絡連接各個獨立的實驗室。此外，還確定了必須納入整個 COA 生命周期的國防部（DOD）網絡安全要求。COA 1、COA 2 和 COA 3 有一個共同的主要網絡安全要求，即每個系統都必須獲得運行授權 (ATO)。ATO 是由政府高級官員做出的決定，授權一個機構代表他們運行信息系統。

COA 1 和 COA 2 的配置與 COA 0 相同，因此假定它們都能滿足 COA 0 的接口要求。由于 COA 3 是一個新系統，尚未經過驗證，因此需要進一步分析以確定其是否滿足要求。對 COA 3 的系統架構進行了分析，以了解各子系統之間的接口，從而確定系統的就緒程度，并找出其物理限制。開發了一個仿真模型，以評估 COA 3 在特定情況下的行為。模擬結果表明，實驗室之間的距離、抖動和網絡故障概率對數據包延遲有很大影響，可能導致延遲時間超過 150 毫秒的要求。

為支持 COA 3，需要在參與 "一個海軍實驗室 "的每個作戰中心實施海軍網絡。在決定哪種網絡最適合 "一個海軍實驗室 "時，本報告考慮了帶寬、延遲、抖動、安全性和可用性。對現有的國防部網絡進行了調查，并確定了對 COA 3 最有利的選擇。確定的網絡包括聯合信息作戰范圍、聯合任務環境測試能力多級獨立安全網絡、聯合任務環境測試能力秘密網絡、國防研究與工程網絡以及國防研究與工程秘密網絡。

為估算各 COA 的成本，進行了成本分析。COA 0 的經常性費用來自為完成任務而前往不同地點工作（也稱為臨時任務 (TDY)）。COA 1 的初始費用是建立一個完全集成的實驗室和獲得 ATO，此外還有前往實驗室執行臨時任務和維護 ATO 的經常性費用。COA 2 的初始費用是建立 4 個完全集成的實驗室并為實驗室獲得 ATO，此外還有維護 ATO 的經常性費用。由于 COA 3 可以選擇使用的大多數網絡不產生任何網絡設備和維護費用（因為這些費用由外部機構承擔），因此 COA 3 在獲取和維護 ATO 方面具有標準的生命周期成本。如果四個作戰中心都實施相同的 COA，以 COA 0 的成本為基線，加上 COA 的初始成本，確定 COA 1 需要 198 年才能達到收支平衡，COA 2 需要 788 年才能達到收支平衡，COA 3 需要 3 年才能達到收支平衡。假定浐灞生態區增量擴建的年度預算控制在 600 萬美元，則實施 COA 1 和 COA 2 分別需要 20 年和 81 年。COA 3 將在一年內實施。由于假定一個作戰系統在需要現代化之前有五年的壽命，因此假定任何需要五年以上才能實施的 COA 都無法滿足要求。

此外，還進行了風險分析，以確定每個 COA 的風險，并為已確定的風險提供緩解戰略。每個 COA 都有自己的一系列風險，在使用時必須加以考慮。COA 0 和 COA 1 的風險最高，因為它們分別依賴于艦船和實驗室或綜合實驗室的時間表可用性，利用已確定的緩解計劃，可將風險降低到中等水平，如：制定相應的計劃、不斷核實艦船或實驗室的時間表、向用戶明確傳達時間表等。其余的 COA 具有低度到中度風險，可以通過實施建議的緩解計劃來降低風險。

所有經過評估的 COA 都符合執行所需用例的要求。然而，本報告建議繼續實施 COA 0。根據對 COA 的評估，COA 0 在實施 COA 的時間、掙值、技術可行性、時間安排風險和其他風險等評估措施方面提供了更多價值。此外，與其他 COA 相比，COA 0 的成本最低。報告最后確定了未來工作的幾個領域，包括使用與國防部網絡和實驗室專用硬件一致的信息和數值進行更多模擬和測試，以確認模擬的準確性；由于數值和詳細網絡信息的分類級別不在分配 A 范圍內，因此無法將其納入本報告。

冷戰期間，美國國防部（Department of Defense，DoD）領導了全球研發工作，并在這一過程中創造了包括互聯網、精確武器和全球定位系統在內的現今常見技術。然而，從那時起，美國防部一直在努力吸收新的先進技術，因為兵力開發轉型或實施新的抵消戰略的舉措未能實質性地改變美軍的設計或能力開發流程。在很大程度上，美國防部在采用方面的困難是由于技術創新的中心從政府轉移到了私營部門，使軍隊日益成為技術的客戶而不是創造者。人工智能（AI）和無人系統就是這種情況，它們已經顛覆了現代戰爭的長期方法。因此，整合這些新技術（其中許多是商業衍生技術）的挑戰為國防部如何改革其流程和組織以促進創新提供了一個很好的案例研究。為此，本研究評估了美國軍方如何才能更及時地開發、部署和集成相關的無人系統，并以美國海軍為例說明了所建議的方法。

美國海軍和國防部將需要人工智能無人飛行器所能提供的作戰優勢。面對像大國，美軍不可能繼續依靠其歷史優勢來威懾和擊敗侵略。相反，美國國防部將需要通過部署一支可預測性更低、適應性更強、復原力更強的部隊，來應對大國的系統摧毀戰戰略。無人系統可以通過釋放美國軍人的作戰創新能力來實現這一目標，美國軍人可以像今天在烏克蘭的軍人一樣，利用無人系統來增加他們可以使用的戰術和效果鏈的種類，這可以破壞大國的計劃和概念，并使美軍有能力維持持久的沖突。

無人系統提供復原力和適應性的能力取決于規模。小規模的群體無法同時應對多個任務線或影響鏈，也就缺乏支持長期作戰的能力。無人系統可以通過放棄強大的自衛功能和專注于少數功能來降低成本和復雜性，從而實現規模化。這些限制要求無人系統與其他無人系統和有人平臺組合成系統簇（SoS），這可能會加劇美軍長期以來在各軍種之間和各軍種內部整合部隊的困難。因此，要實現無人系統的優勢，國防部將建立整合新任務線程和 SoS 的常規流程。否則，美軍各軍種將只能在現有的使用案例中部署單獨的無人系統來取代有人平臺。

美國各軍種已在嘗試通過實驗、快速采購、數字互操作性和聯合全域指揮與控制（JADC2）等舉措來提高其集成 SoS 的能力。然而，正如本報告為美國海軍所描述的那樣，這些工作往往側重于長期服務目標，而非近期作戰問題，并使用自上而下的系統工程流程來指導未來能力的需求。這種傳統方法假定美軍有足夠的時間開發新系統，并且與對手相比保持著巨大的技術優勢，但在美中競爭的背景下，這兩種情況都不可能持久。

為了更快地將非裝備系統納入部隊并獲得由此產生的作戰優勢，美國防部需要改變傳統的采購方法，調整美軍戰術或任務主線，使其能夠整合當今可用的非裝備系統。這種自下而上的 "任務集成 "方法與美國防部占主導地位的系統工程方法形成鮮明對比，反映了商業制造或分銷領域出現的最佳實踐，在這些領域，吸收機器人技術最快、最有效的方法是調整組織的工作流程，而不是開發在現有工作流程中取代人類的機器人。

針對美國防部目前的流程并實施任務集成，本研究建議進行以下改革：

1.正式確定任務集成流程，該流程將履行SoS 開發功能，以解決作戰指揮官的近期作戰問題。

各軍種和國防部長辦公室（OSD）應履行六項職能，以便更快地部署新的 SoS，這些 SoS 幾乎普遍包含無人系統：

• 問題定義--與作戰指揮官一起確定并闡明其關鍵作戰問題
• 解決方案開發和實驗--評估使用新概念和實地或現有技術解決作戰問題的方法
• 材料采購--獲得試驗和初步部署原型 SoS 所需的系統和工具
• 數字集成--將 SoS 元素組合到軍事背景下有用的任務線程中
• 資源配置和需求--為任務集成活動提供資金，驗證成功原型實驗的結果，以便進行采購
• 運行改進--在實地評估原型 SoS，以驗證需求并逐步完善系統

雖然任務集成將是新的無人系統投入實戰的主要途徑，但各軍種應繼續其系統工程和需求生成過程，以滿足對有人平臺和其他資本投資的預計長期需求。

2.設立一個創新辦公室，作為 SoS 開發的資源贊助者和任務整合過程的管理者。

創新辦公室需要多個撥款類別的資金，并有能力與適當的軍種或聯合參謀部辦公室共同驗證需求。短期內，國防部可通過重組現有的軍種或國防部組織及其相關資金來創建創新辦公室。從長遠來看，美國國防部應在廣泛的計劃要素（PE）項目中為創新辦公室分配資金，就像在國防范圍內的研發中使用的資金或組合預算編制模式所建議的資金一樣，以便使有前途的 SoS 能夠迅速過渡到采購和實戰階段。

3.在服務項目執行辦公室（PEOs）和 OSD 設立 DevOps 項目經理（PM）職位。

DevOps 項目經理將通過承包各種服務和采購，或將資金轉移到其他政府部門以支持分析和實驗，幫助同步和加速任務集成過程。各軍種應在每個負責非機組人員系統的 PEO 內設立 DevOps PM，以支持任務集成工作，而 OSD 則應在負責研究與工程的副部長辦公室（OUSD R&E）或負責采購與維護的副部長辦公室（OUSD A&S）內為聯合任務線程設立 PM 角色。

DevOps 項目管理角色的設立將標志著文化的重大轉變，因為它將采購專業人員帶入了實驗和需求流程。然而，當現有技術能夠滿足當前和近期的軍事需求時，當更快地引入新能力對獲得作戰優勢至關重要時，將實驗和采購聯系起來是合適的。

4.在服務 PEO 和 OSD 中創建生態系統 PM 角色。在新型武器、任務系統和車輛中，軟件日益成為軍事能力和優勢的源泉。

軟件也是當今軍隊整合的機制，就像過去幾代人通過條令和程序進行整合一樣。國防部應在每個采購 PEO 中設立項目管理人員，負責管理 SoS 軟件環境的開發和維護。

生態系統項目管理人員將擁有連接車輛、任務系統、指揮與控制（C2）軟件的政府接口，并監督新系統與生態系統的集成。生態系統項目管理公司的建立將使政府能夠管理和監督供應商的軟件開發工作，包括維護指揮、控制和通信（C3）環境的軟件工廠，以及新系統供應商展示其與生態系統進行數字集成的能力的執行平臺，而不是將更多的軟件開發工作交給政府。

結論

在主導地位不再是既定事實的環境中，美軍將回歸作戰創新。從歷史上看，美軍在獲得隨機應變和發揮創造力的工具和流程后，一直表現出色。通過任務集成實現有效創新所需的許多要素已經到位。要加速實現無人系統的優勢，就需要更好地協調和執行這些活動，以解決當今的作戰問題。如果海軍和國防部不能做到這一點，他們可能會錯失最佳時機，無法在與大國等同行對手的競爭中獲得持久優勢。

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。

美國戰略陸軍條令強調在多域環境中擊敗反區域介入和空中拒止（A2AD）系統。這些防空系統對友軍構成重大威脅，嚴重限制了聯合任務部隊的空中能力。為此，陸軍試圖了解自主無人機蜂群的組成如何影響聯合特遣部隊縱深打擊任務的成功。目標是通過評估自主無人機蜂群的有效性來加強陸軍的作戰行動。利用虛擬戰斗空間模擬器3（VBS3），模擬了不同無人機蜂群組成的俄羅斯防空資產。我們的分析表明，在我們的備選方案中，動能、干擾和誘餌三種無人機類型比例相等的無人機蜂群組合表現最佳。本文旨在說明我們的方法和相關結果。

引言

美國陸軍越來越重視與同行對手保持技術優勢（國會研究服務，2022年）。美國陸軍未來司令部（AFC）正在進行自主無人機群的研發。為了支持陸軍未來司令部和我們的主要利益相關者--系統增強型小型單位（SESU），我們評估了各種自主無人機群的組成。我們的主要評估指標是無人機群在敵后執行后續縱深打擊任務（兩架F-22）的能力。為此，我們使用Virtual Battlespace 3軟件在現代戰場環境中對敵方防空資產進行了一系列隨機模擬。

方法

在整個項目過程中，我們采用了系統設計流程來完成問題定義、解決方案設計和決策制定（Parnell和Driscoll，2010年）。解決方案實施階段不在本工作范圍之內。

3.1 問題定義

為了解問題的范圍，通過一系列面對面訪談和針對每個利益相關者的調查進行了利益相關者分析。這些利益相關者包括項目發起人（MITRE）和陸軍未來司令部，以及其專注于增強無人機蜂群技術的下屬單位（SESU）。利益相關者分析表明，工作重點應放在不同的蜂群組成上，并評估其擊敗敵方防空資產的有效性--有效性由機會之窗（WOO，即實現后續深度打擊資產）標準來衡量。根據利益相關者調查，將敵方防空資產定義為任何車載防空武器（如俄羅斯的SA-19 "格里森"）。

經利益相關方同意，制定了如下問題陳述和范圍：

問題陳述： 為了提高作戰效率，分析無人機群的組成對打開針對敵方防空系統的機會之窗（WOO）的影響。

問題范圍： 將模擬無人機群執行任務，打擊俄羅斯摩托化步槍旅理論上適當的防空資產。這些任務將利用具有以下能力的無人機群：誘餌、干擾和動能。

3.2 方案射擊

基線替代方案是由120架無人機組成的蜂群，其組成由利益相關方選定。這些無人機分10波發射，每波12架。每個波次由41%的動能無人機、17%的干擾無人機和42%的誘餌無人機組成。除了該基線備選方案外，我們還利用茲威基形態箱開發了另外12種備選方案，其規模（120、60、36）和蜂群組成（動能、誘餌或干擾的比例；或三者的優先級相同）各不相同。

3.3 決策

除了利益相關方制定的任務成功/失敗標準（第2.1節）外，我們還利用利益相關方分析和對利益相關方進行的模擬演習的訪問來制定評估標準。這些評估標準衡量了針對理論上旅級規模的俄羅斯防空部隊的成功任務的有效性（圖2）。為了計算這些標準的權重，我們使用了等級加權法。然后，我們使用指數值建模來制定價值曲線。

隨著美國陸軍發展其在多域戰場上的競爭、威懾和制勝的理論，戰爭規劃者必須考慮互操作性的價值，以促進校準的部隊態勢。在歐洲，當考慮到俄羅斯構成的威脅時，俄羅斯反介入/區域防御武器的強大將限制美國陸軍前哨部隊的能力。為了克服這一不足，能夠與美國陸軍部隊習慣性地建立互操作關系的北約盟友最適合于促進調整部隊態勢。然而，完美的互操作性在北約聯盟內仍然難以實現。在與歐洲盟國合作時，了解并平衡互操作性的三個領域的美軍指揮官，最能激發出有效的、習慣性的、有說服力的互操作性解決方案。美國陸軍和盟軍部隊如果能夠在他們選擇的時間內再現有效的互操作性，就會直接加強校準部隊態勢的想法，在沖突期間提供前沿能力，并在競爭環境中推進盟軍的說法。

在過去的半個世紀中，美國海軍一直是海上的主導力量，但技術的進步使其他國家有能力縮小差距，并在某些情況下威脅到美國的優勢。美國海軍、海軍陸戰隊和海岸警衛隊是保護海洋領域的三位一體力量。一個潛在的脆弱領域是在瀕海環境中。然而，新興的商業技術，如5G，可以擴大該環境中的系統和能力的足跡，供海軍部門使用。私營部門已經在開發5G最先進的資源方面處于領先地位，這使得載人和無人系統能夠完成更多任務。海軍部門實施商業可用系統的一個長期障礙是國防部希望成為其采用的任何系統的所有者和經營者。在海軍行動中利用現有商業系統的一個好處是在不開發全新系統的情況下提高能力。這篇論文探討了美國海軍部門使用商業5G技術的當前和預測能力。本研究對5G毫米波進行了測試。本論文還研究了一個理論上的新系統，它整合了商業系統以滿足海軍的要求。

引言

電信技術的發展速度超過了美國（U.S.）軍隊測試和評估作戰用途的速度。在整個國防部（DOD）中不斷出現的一個流行語是 "5G"，許多人認為第五代蜂窩技術可能被用來加強國家安全。5G技術可以在國防部各部門內開發和運行，但以前的采購和政策減緩了實施的機會。商業部門不受這些相同政策或限制的限制。商業部門收集的專業知識和經驗使他們能夠以更快的速度構建和測試最新技術，使國防部可以隨時利用技術。國防部可以使用5G的一個領域是在沿海地區。

在過去的半個世紀里，美國一直是海上的主導力量，但隨著技術的進步，對手國家已經取得了巨大的進步，擴大了他們的影響力，威脅著美國的主導地位。在《海上優勢的設計》中，海軍作戰部長（CNO）反思了這樣一個事實："自從我們上次爭奪海上控制權、海上交通線、進入世界市場和外交伙伴關系以來，已經過去了幾十年"（海軍作戰部長，2018）。3-32號出版物將 "海洋領域描述為大洋、海洋、海灣、河口、島嶼、沿海地區，以及這些地區上方的空域，包括沿岸地區"（參謀長聯席會議，2013年，第viii頁）。隨著海軍、海軍陸戰隊和海岸警衛隊在海洋領域的近岸地區的責任增加，沿岸地區被認為是一個缺乏適當關注和資源的地區。這是一個問題，因為海軍部門在沒有新的資金來開發新的戰術、技術和程序以應對潛在威脅的情況下，監測和檢測有爭議的環境中的可信威脅是一個挑戰。利用5G的下一代電信，應該能夠增加范圍和數據吞吐量，并具有低延遲率，從而提高海軍行動的海洋領域意識（MDA）能力。

這項研究的目的是開始探索5G在沿岸環境中的能力，并從理論上提出一個作戰概念（CONOPs），即各種商業智能自主系統（IAS）可以利用安全的5G系統網絡（SOS）來應對該領域日益增長的競爭者能力和威脅。這種潛在的游戲規則改變可以減輕海軍部門建立和維護獨立5G系統的心態，根據任務要求利用現有的商業基礎設施。美國防部可以通過轉向這種在沿海地區加強MDA的新方式來潛在地節省資金、時間和資源。本研究針對的研究問題是：

• 沿海環境中的5G互聯商業系統如何影響各種任務集的海洋領域態勢感知？

• 海軍部門如何從5G商業概念的系統中獲益？

• 這個框架是否可以在全球范圍內部署？

• 海軍部門利用商業5G框架所需的要求和條件是什么？

通過這些問題的指導，對沿海環境帶來的挑戰的洞察力浮出水面，并探討了啟用5G的IAS系統可以通過可能的解決方案來彌補差距的方法。

論文提綱

第二章：文獻回顧。第二章提供了國防部的政策概述，包括對當前和未來技術進步的限制以及5G如何從商業方面創造機會。本章最后概述了本論文的主旨，描述了在沿海地區擴展安全的5G網絡的能力，并納入了支持智能自主系統的私營部門解決方案，以潛在地支持海洋領域意識。

第三章：方法論和系統描述。第三章說明了使用AT&T在海軍研究生院（NPS）海陸空軍事研究（SLAMR）設施上的新的5G毫米波（mmW）塔的初步設計，以建立不同地點的吞吐量，幫助促進基線，因為測試增加到沿岸地區。這一章還匯集了一個行業聯盟的CONOP，分解了不同的系統，可以應用于SOS 5G概念。

第四章：測試結果和服務適用性。第四章描述了在SLAMR設施進行的不同應用測試的結果。還包括如何應用先進技術來加強海軍服務，以提高情況意識，并為作戰人員提供改進的決策的細節。

第五章：結論和未來研究。第五章概括了本論文的制作，分析了海軍部門利用商業安全海上5G作為開發和擁有自己的5G網絡架構的替代方案的CONOP的能力。本章還包括了對未來工作的建議，以便從CONOP轉向概念驗證。此外，還討論了國防部內其他潛在的技術研究項目，簡要地描述了國防部的進展方向。

美國軍隊繼續在日益復雜的安全環境中作戰，不能再期望在每個領域都有無爭議的或主導性的優勢。由特種作戰部隊（SOF）操作的飛機需要改進防御能力，以支持在非許可環境下的任務。將自動化和人機協作納入現有的防御能力，可以減少威脅的反應時間，提高有人和無人飛機配置的防御機動的有效性。這篇論文研究了作為威脅反應一部分的飛機機動的價值，以確定人類干預對時間和準確性產生負面影響的情況。它還考慮了復制Merlin實驗室的飛行自動化方法和將能夠進行防御性機動的機器訓練系統納入現有飛機的機會。分析表明，飛機的機動性對于有效的威脅反應至關重要，自動選擇操作者的行動可以提高對某些地對空威脅的生存能力。這篇論文建議重新關注特種部隊飛機的防御能力，并贊同將機載自主系統整合到傳統的載人平臺上，以提高防御性威脅反應。它還主張繼續研究在SOF任務中使用可選的載人飛機，以完善其操作效用，并在各種任務平臺上擴大能力。

美國軍隊繼續在日益復雜的安全環境中運作，不能再期望在每個領域都有無爭議的或主導性的優勢。由于地對空威脅已經擴散到在世界各地活動的敵對行為者，未來的作戰環境將以有爭議的空域為特征，這將對有人和無人駕駛飛機的操作構成挑戰。由特種作戰部隊（SOF）操作的飛機需要改進防御能力，以便在這些有爭議的地區進行機動，同時支持傳統SOF任務。這篇論文研究了商業能力的進步，以減少威脅的反應時間，提高有人和無人駕駛飛機配置的防御性機動的有效性。

通過與位于波士頓的飛行自動化初創公司Merlin實驗室合作，本分析探討了防御性機動的潛在自動化。飛機機動是對威脅作出有效反應的一個關鍵方面，自動選擇操作者的行動可以提高對某些地對空威脅的生存能力。通過確定AC-130J威脅反應中人為干預影響飛機操縱時機和準確性的步驟，這項分析揭示了復制梅林實驗室的飛行自動化方法和將能夠執行防御性操縱的機器訓練系統納入現有飛機的機會。

在威脅反應過程中確定的關鍵步驟包括威脅指示、威脅作戰識別和威脅反應配對。目前，機組人員手動執行這些步驟來完成防御性威脅機動。然而，這些步驟中的每一個都可以從自動化和人機協作中受益，通過三種明顯的方式提高整體性能。首先，生成簡化的視覺和聽覺威脅指示，確保及時通知威脅的存在。其次，自動識別過程以準確識別威脅的變體，減少了反應時間和人類識別錯誤的可能性。最后，將威脅識別與適當的飛機反應同步配對，減少了不必要的延誤，并提高了威脅操縱的準確性。

這篇論文建議重新關注SOF飛機的防御能力，并贊同將機載自主系統整合到傳統的載人平臺上，以改善防御性威脅反應。將人機協作和自主能力納入飛機防御系統，可以使防御機動性能優于傳統系統，并允許在更廣泛的環境中作戰。除了改善防御性機動，梅林實驗室的自動飛行甲板在各種不同的飛機和任務中提供了潛在的用途。繼續研究應該調查在SOF任務中使用可選擇的載人飛機，以完善其操作效用，并在各種任務平臺上擴大能力。最后，在整個特種部隊中采用梅林系統將顛覆既定的操作慣例，需要個人和組織行為的改變。為了緩解過渡期并提高采用率，AFSOC應采取步驟，盡量減少利益相關者的行為變化，同時最大限度地提高系統的操作效益。培養對人工智能、機器學習和自動化的理解，將使這些行為者為軍事技術的快速變化和戰爭特征的變化做好準備。

圖 9. AC-130 防御性威脅反應圖。

美國陸軍最近制定了一項關于未來陸軍如何作戰的戰略以及實現這些軍事能力的相關現代化和研究重點。以高超音速飛行為基礎的遠程精確射擊對于確保美國能夠對任何競爭對手實施其意志至關重要。要實現一個有效的未來美國軍隊，必須克服許多障礙。其中一些差距是對高超音速飛行器空氣熱力學的理解，從而促使對基礎研究的需求。本報告的目標是定義一個經典的、與陸軍相關的配置，適合于基礎研究，以允許與適當的主題專家的關鍵數量的集中合作。從這種開放的幾何構型研究中獲得的數據和知識可能會受到更多的限制性分配。

美國陸軍最近制定了一項關于未來陸軍如何作戰的戰略以及實現這些軍事能力的相關現代化和研究重點。以高超音速飛行為基礎的遠程精確射擊對于確保美國能夠對任何競爭對手實施其意志至關重要。

要實現一個有效的未來美國軍隊，必須克服許多障礙。其中一些差距是對高超音速飛行器空氣熱力學的理解，從而促使對基礎性研究的需求。缺乏對高超音速飛行器周圍發生的復雜物理和化學的預測性知識，抑制了及時的、優化的多部件設計。對邊界層過渡和沖擊-邊界層相互作用等具體現象了解不多。不能正確地對現象進行建模，會產生一些不確定的特征，如表面壓力分布和熱通量，這對飛行器技術，包括穩定性、控制和熱負荷管理，都有負面影響。

幸運的是，有一個先例，即通過定義政府基準飛行器來促進全社會的科學討論，這些飛行器包含功能相關的工件，但對具體的發展計劃不敏感（見陸軍-海軍基本芬納導彈、空軍改良基本芬納導彈、陸軍-海軍旋轉火箭、國家航空航天飛機和NASA研究）。本報告的目標是定義一個典型的、與軍隊相關的配置，適合于基礎研究，以便與足夠數量的適當的主題專家進行重點合作。從這個開放的幾何構型的研究中獲得的數據和知識可能會受到更多的限制性分配。

空中力量已經從一個世紀的技術創新和進步中受益。新技術的出現繼續挑戰著空中力量中經常持有的常識。無人機系統（UAS）就是這樣一種不斷發展的空中力量技術。這項技術為澳大利亞國防軍（ADF）帶來了巨大的機遇。雖然澳大利亞國防軍在特定的角色上取得了一些無人機系統的進展，但澳大利亞皇家空軍（RAAF）還沒有在其所有的空中力量貢獻中采用這種技術來達到軍事效果。

《空中力量手冊》（空天力量中心[ASPC]，2022年）定義了七種空中力量的貢獻：力量生成、空軍基地行動、空中指揮和控制、反空、空中機動、空中情報和ISR（情報、監視和偵察）以及空中打擊。一些先進的盟國已經在空中情報、ISR和空中打擊方面采用了發達的無人系統。這些系統包括美國空軍（USAF）的MQ-1捕食者、MQ-9死神和RQ-4全球鷹。甚至反空--載人空戰--也在發展無人系統的路上；RAAF與波音公司合作開展了 "忠誠的翼人 "項目（戴維斯，2019c），現在正式命名為MQ-28A幽靈蝙蝠（達頓，2022）。

但空中機動性如何？ADF還沒有接受關于未來ADF空中機動性自主性的真正對話。未來自主空中機動性思維停滯不前的一個更可能的原因是，在（到目前為止）有效的空運理論的支持下，載人系統幾十年來取得了高度可靠和經證實的作戰成功。因此，這里有一個克勞塞維茨式的平行關系：戰爭性質的一個持久因素是對機動性的需要，但今天皇家空軍所面臨的是戰爭性質的一個階梯式變化，一個對機動性來說過于重要的技術機會，不容忽視。

本文確定了在澳大利亞國防軍空中機動中采用無人機系統的滯后性，并探討了澳大利亞國防軍在未來使用無人機系統的機會。通過這樣做，本文旨在提高對ADF無人駕駛空中機動性潛力的集體認識，并為ADF部隊結構企業的軍事和商業貢獻者提供一個廣泛的參考來源。本文首先研究了無人機系統適應的驅動因素，或指標。這些驅動因素包括澳大利亞的戰略利益、區域軍事現代化、安全和生存能力、降低成本和技術可用性。然后，本文介紹并分析了三種核心空中機動性活動中每一種的無人機系統發展的具體機會和例子。為此，本文簡要討論了澳大利亞國防軍目前的機隊，然后探討了一些不斷發展的無人駕駛空中機動性技術和概念，澳大利亞國防軍可能會考慮在下一代空中機動性機隊中使用。最后，本文提出了無人機系統空中機動性發展可能面臨的一些挑戰，以幫助未來的研究和探索。

證據表明，需要一個靈活的、跨服務（和跨文化）、跨行業的方法來設計、開發和使用未來的空中機動部隊。傳統的澳大利亞皇家空軍中重載平臺和陸軍輕中載平臺的分叉模式可能會讓位于大型和小型載人和自主系統的混合艦隊。聯合部隊設計者之間的集體方法--跨單一軍種總部的真正合作--對于皇家空軍的固定翼空中機動團體和陸軍的旋轉翼團體之間的合作至關重要。也許更重要的是，在這個領域需要與工業界合作。商業行業在自主車輛領域發揮著相當大的作用，政府和私人研究和開發組織也是如此。現有的和新的伙伴關系的跨服役杠桿對于利用未來自主的ADF空中機動性的機會是至關重要的。