本文件的目的是介紹與實現遠程海底監視(RUS)系統和技術的最近和預計發展有關的關鍵主題及其影響。特別是,試圖勾勒出這些技術對澳大利亞國防軍未來作戰人員的影響,以便為EDTAS的參與者提供基本的共同知識,并幫助在研討會期間引起辯論。為了實現這一目標,將描述關于俄羅斯技術的背景和現狀。它將描述目前正在出現的技術類型,以及它們打算如何支持俄羅斯,還有這些技術帶來的風險和挑戰。本文所介紹的是一系列意見,旨在促進討論和科技部潛在的RUS研究目標。
海底監視系統旨在對潛艇或其他海底交通工具進行探測、分類和定位,以提供海底領域感知,并為戰術性反潛戰反應部隊提供提示。這是由提供大范圍搜索和提示的專用監視傳感器系統和能夠進一步定位和應對潛在海底威脅的戰術平臺共同實現的。
傳統反潛戰(ASW)系統
標準的戰術性反潛平臺包括海上巡邏和反應飛機、潛艇和水面作戰艦艇,它們都有安裝在船體上的、牽引的或部署的傳感器,用于探測、定位和應對潛艇或其他海底威脅。這些反應方案可能包括定期監測、跟蹤和追蹤,或使用魚雷、水雷或深水炸彈。
當前和發展中的監控系統:美國綜合海底監視系統(US-IUSS)
固定監視系統(FSS)的功能由聲音監視系統(SOSUS)提供。SOSUS由部署在海底的大型無源聲線陣列網絡組成,以利用深海聲道內低頻聲音的遠距離傳播。最初的陣列變體采用了一組多達三個大孔徑(約300米)的線陣列,總聲學孔徑為1000-2000米,部署在大陸架邊緣或海山上(深度達1200米),以監聽大洋盆地。
移動監視系統(MSS)的功能是由專用的戰術輔助海洋監視(T-AGOS)艦上AN/UQQ-2監視拖曳陣列傳感器系統(SURTASS)的幾個變體提供。SURTASS提供移動和可移動的探測,跟蹤和報告遠距離的潛艇接觸,主要用于FSS沒有覆蓋的深水區域。
可部署監視系統(DSS)的功能就不那么成熟了,它涵蓋了各種不同的系統類型和概念,這些系統在過去幾十年中一直在探索和發展,以補充現有的FSS和MSS能力。美國國防高級研究計劃局(DARPA)、海軍研究辦公室(ONR)、海軍海戰中心(NUWC)、海軍信息戰中心(NIWC)以及其他政府和工業界的研究和開發項目已經研究了可部署的海底傳感器、分布式網狀傳感器、海底通信和導航網絡、帶有各種海底傳感器和通信有效載荷的自主車輛以及海底星座。其中許多項目支持了相關概念、系統和組件技術的持續發展和實驗,使這些概念、系統和組件技術隨著時間的推移得到了調整、成熟和發展。
一體化通用處理器(ICP)為US-IUSS的所有固定、移動和可部署的海底監視傳感器提供共同的處理、顯示和分析功能。洛克希德-馬丁公司和通用動力公司在2003-2007年進行了ICP的初始開發,2007年安裝在惠德比島國家海洋公園,2009年安裝在壩頸國家海洋公園,2008-2009年安裝在SURTASS船上,取代了FSS和SURTASS的幾個舊的傳統處理系統。2010-2017年和2017-2022年與洛克希德-馬丁公司簽訂的持續升級合同正在繼續改善ICP功能,并提供新的處理硬件和軟件更新。
AN/UYQ-100海底戰決策支持系統(USW-DSS)是一個海底戰(USW)指揮和控制系統,它使聯網的ASW部隊能夠協同計劃、協調、建立和維持一個共同的戰術畫面,并執行USW任務的戰術控制。這為海上作戰指揮官、戰區ASW指揮官和ASW指揮官提供了一個跨越所有ASW平臺的綜合指揮和控制能力。該系統在一個開放的結構環境中提供了網絡化的決策工具,使反艦導彈平臺和戰斗空間內的支持節點之間能夠近乎實時地共享關鍵的戰術數據,以縮短搜索-探測-交戰的時間,并提供更好的反艦導彈效力。該系統自動化并分配了許多以前手動執行的傳統操作和指揮任務。目前的應用包括環境分析、協作搜索計劃、部隊管理、與聯網的戰術決策輔助工具共享共同的戰術圖景、傳感器軌跡和傳感器指標、自動和手動的跨平臺軌跡融合、搜索執行的有效性措施、圖形存儲和調用以及反潛武器簡報支持。
USW-DSS安裝在美國航母打擊群平臺、SURTASS艦、隨艦驅逐艦中隊參謀部和選定的岸上節點,包括NOPF、指揮官特遣部隊和戰區海底戰作戰中心。該系統與全球海上指揮與控制系統(GCCS-M)和Link-11/16等共同作戰圖像系統接口,并共享來自驅逐艦上的AN/SQQ-89水面艦艇反艦作戰系統或航空母艦上的CV-TSC戰術支援系統的艦艇、傳感器和跟蹤數據,以生成和共享能夠進行火力控制的單一綜合跟蹤圖像。該系統利用開放的結構和COTS計算環境,采用迭代式開發方案。決策支持工具采用以服務為導向的架構,利用現有的計算硬件和通信鏈路,包括來自多個平臺的傳感器數據,為傳感器和武器之間的決策過程提供快速信心。
最初的USW-DSS建設在2009年底交付。而高級能力建設2(ACB-2)是在2013-3014年開發的,從2014-2019年推出。目前正在開發2019-2020年的一個新的軟件構建,其目的是加強協作式ASW工具,電子主戰術計劃,并擴大以網絡為中心的數據節點。
俄羅斯的核力量包括遠程戰略系統--包括洲際彈道導彈(ICBMs)、潛射彈道導彈(SLBMs)和重型轟炸機--以及中短程運載系統。俄羅斯正在對其核力量進行現代化改造,用新的導彈、潛艇和飛機取代蘇聯時期的系統,同時開發新類型的運載系統。盡管自冷戰結束以來,俄羅斯的核武器數量急劇下降,但它保留了數千枚彈頭的庫存,其中1500多枚彈頭部署在能夠抵達美國領土的導彈和轟炸機上。
在冷戰時期,蘇聯重視核武器的政治和軍事屬性。雖然莫斯科承諾它不會在沖突中首先使用核武器,但許多分析家和學者認為,蘇聯將核武器納入其作戰計劃。冷戰結束后,俄羅斯沒有保留蘇聯的 "不首先使用 "政策,它已經多次修改其核條令,以應對對其安全環境和常規部隊能力的擔憂。結合軍事演習和俄羅斯官員的公開聲明,這種不斷變化的條令似乎表明,俄羅斯有可能更加依賴核武器,并可能在地區沖突中威脅使用核武器。這種條令使一些美國分析家得出結論,俄羅斯已經采取了 "升級以降級 "的戰略,即如果它在與北約成員的沖突中失敗,它可能威脅使用核武器,以說服美國及其北約盟國退出沖突。俄羅斯官員以及美國和歐洲的一些學者和觀察家對這一解釋提出異議;然而,對這一條令的擔憂為改變美國的核態勢提供了建議。
俄羅斯目前的核力量現代化周期始于21世紀初,可能在2020年代結束。此外,在2018年3月,俄羅斯總統弗拉基米爾-普京宣布,俄羅斯正在開發新型核系統。雖然有些人認為這些武器是俄羅斯試圖實現對美國的某種程度的優勢,但其他人指出,它們可能代表了俄羅斯對美國新興導彈防御能力的擔憂的回應。俄羅斯的這些新系統包括,除其他外,一種有能力攜帶多彈頭的重型洲際彈道導彈,一種高超音速滑翔飛行器,一種自主水下飛行器,以及一種核動力巡航導彈。高超音速滑翔飛行器由現有的遠程彈道導彈攜帶,于2019年底開始服役。
多年來,美國先后與蘇聯和俄羅斯簽署了雙邊軍備控制協議,限制和減少了其核運載系統攜帶的彈頭數量。早期的協議對減少蘇聯部隊的規模沒有什么作用,因為蘇聯開發并部署了多彈頭的導彈。然而,1991年的《削減戰略武器條約》,加上減緩俄羅斯核現代化計劃的財政困難,使俄羅斯部隊部署的彈頭數量急劇減少。2010年的《新削減戰略武器條約》在這一記錄上增加了適度的削減,但仍有助于限制俄羅斯部隊的規模,并保持條約中監測和核查條款所提供的透明度。
一些國會議員對俄羅斯給美國及其盟國帶來的挑戰表示了越來越多的關注。在這種情況下,國會議員在辯論美國核力量結構和美國核現代化計劃時,可能會討論有關俄羅斯核力量的一些問題。國會可能會審查關于美國的現代化計劃是否需要維持美國的核威懾力,或者這些計劃是否可能助長與俄羅斯的軍備競賽的辯論。國會還可以評估,如果美國和俄羅斯不繼續根據《新削減戰略武器條約》限制其部隊,俄羅斯是否能夠以威脅美國安全的方式擴大其部隊。最后,國會在決定美國是否需要發展新的能力以阻止俄羅斯使用核武器時,可以審查專家界關于俄羅斯核條令的辯論。
量子計算新興和顛覆性技術評估研討會(EDTAS)的重點是讓澳大利亞國家科技企業對該技術領域有一個全面和基于證據的了解。EDTAS將提供一個論壇,探討澳大利亞的戰略需求、未來的量子計算研發方向和一系列潛在的使用案例。研討會的成果將被用來為國防部制定相關挑戰的框架提供信息,并形成未來的戰略、政策和計劃,為國防、國家安全和國家利益提供成果。
圍繞量子計算機 "堆棧"的以下關鍵組成部分的研究驅動力、挑戰和機遇將被探討:
量子計算的進步可能來自于現有量子技術的擴展或替代配置,創新量子材料的開發,或具有新的計算優勢的算法的發現。隨著量子計算機堆棧沿著多種途徑的發展,預計潛在的新用例將出現,并得到與其他技術和系統整合的支持。EDTAS將探索未來問題空間中的用例--探索超越目前可行的可能性
四個影響領域將集中體現量子計算在EDTAS提供的技術機會。
量子計算正在迅速發展,相互競爭的技術將帶來不同的好處。需要有預見性,以告知關于一系列技術選擇、標準、供應鏈安排和基礎設施的投資平衡的戰略選擇。無論未來的途徑是什么,都需要政府、學術界和產業界的廣泛合作,以確保量子計算的好處能夠實現國家利益。
自主系統將塑造戰爭的未來。因此,土耳其的國防人工智能(AI)發展主要側重于提高自主系統、傳感器和決策支持系統的能力。提高自主系統的情報收集和作戰能力,以及實現蜂群作戰,是發展國防人工智能的優先事項。雖然土耳其加強了自主系統的能力,但在可預見的未來,人類仍將是決策的關鍵。
人類參與決策過程提出了一個重要問題:如何有效確保人機互動?目前,自主系統的快速發展和部署使人機互動的問題更加惡化。正如土耳其國防工業代表所爭論的那樣,讓機器相互交談比較容易,但將人類加入其中卻非常困難,因為現有的結構并不適合有效的人機互動。此外,人們認為,人工智能對決策系統的增強將有助于人類做出更快的決定,并緩解人機互動。
土耳其發展人工智能的意圖和計劃可以從官方戰略文件以及研發焦點小組報告中找到。突出的文件包括以下內容:
第11個發展計劃,其中規定了土耳其的經濟發展目標和關鍵技術投資。
《2021-2025年國家人工智能戰略》,它為土耳其的人工智能發展制定了框架。
焦點技術網絡(Odak Teknoloji A??,OTA?)報告,為特定的國防技術制定了技術路線圖。這些文件提供了關于土耳其如何對待人工智能、國防人工智能和相關技術的見解。
土耳其特別關注人工智能相關技術,如機器學習、計算機視覺和自然語言處理,其應用重點是自主車輛和機器人技術。自2011年以來,自主系統,主要是無人駕駛飛行器(UAV),仍然是土耳其人工智能發展的重點。此后,這已擴大到包括所有類型的無機組人員的車輛。同時,用人工智能來增強這些車輛的能力也越來越受到重視。人工智能和相關技術的交織發展構成了土耳其人工智能生態系統的核心。
土耳其的人工智能生態系統剛剛起步,但正在成長。截至2022年10月,有254家人工智能初創企業被列入土耳其人工智能倡議(TRAI)數據庫。土耳其旨在通過各種生態系統倡議在其國防和民用產業、學術機構和政府之間創造協同效應。由于許多組織都參與其中,這些倡議導致了重復和冗余。冗余也來自于人工智能技術本身的性質。由于人工智能是一種通用技術,可以應用于不同的環境,各種公司都有用于民用和國防部門的產品;因此相同的公司參與了不同的生態系統倡議。此外,民用公司與國防公司合作,在國防人工智能研究中合作,并提供產品,這是司空見慣的。
土耳其鼓勵國際人工智能在民用領域的合作,但不鼓勵在國防領域的合作。然而,由于技能是可轉移的,國防人工智能間接地從這種合作中受益。
土耳其非常關注自主系統發展中的互操作性問題,特別是那些具有群集能力的系統。除了蜂群,北約盟國的互操作性也是一個重要問題。因此,土耳其認為北約標準在發展自主系統和基礎技術方面至關重要。
土耳其目前對人工智能采取了分布式的組織方式。每個政府機構都設立了自己的人工智能組織,職責重疊。目前,盡管國防工業局(Savunma Sanayi Ba?kanl???,SSB)還沒有建立專門的人工智能組織,但SSB的研發部管理一些人工智能項目,而SSB的無人駕駛和智能系統部管理平臺級項目。目前,根據現有信息,還不清楚這些組織結構如何實現國防創新或組織改革。
土耳其尋求增加其在人工智能方面的研發支出,旨在增加就業和發展生態系統。SSB將在未來授予更多基于人工智能的項目,并愿意購買更多的自主系統,鼓勵研發支出的上升趨勢。然而,盡管土耳其希望增加支出,但金融危機可能會阻礙目前的努力。
培訓和管理一支熟練的勞動力對于建立土耳其正在尋找的本土人工智能開發能力至關重要。這包括兩個部分。首先是培養能夠開發和生產國防人工智能的人力資源。因此,土耳其正在投資于新的大學課程、研究人員培訓、開源平臺和就業,同時支持技術競賽。第二是培訓將使用國防人工智能的軍事人員。國防人工智能也正在慢慢成為土耳其武裝部隊(Türk Silahl? Kuvvetleri,TSK)培訓活動的一部分。目前,關于土耳其打算如何培訓軍事人員使用國防人工智能的公開信息非常少。
新興顛覆性技術(EDTs)對未來大規模毀滅性武器(WMD)戰爭的影響是什么?新興顛覆性技術如何提高大規模殺傷性武器在動能戰爭中的殺傷力和有效性??公民領袖和公務人員如何準備和減輕預計的威脅?
在未來十年,國家和非國家對手將使用EDT來攻擊系統和人口,這可能會啟動和加速現有地緣政治沖突的升級。預計EDT將被用于最初的攻擊或升級,以及作為檢測和決策過程的一部分。由于EDT的速度、預期的混亂和普遍缺乏人力監督,攻擊也將被錯誤地歸因,這有能力將快速的地緣政治沖突升級為全球軍事沖突,并最終導致使用核大規模毀滅性武器。
在核大規模殺傷性武器的陰影下使用EDT,預計也會對可能的對手造成生存威脅,促使他們 "降低 "使用核大規模殺傷性武器的可接受性標準。EDT將使內部威脅,包括自愿的和不知情的,能夠在全球范圍內引發地緣政治沖突,并使其膽子更大。
此外,多個EDT組合在一起用于攻擊時,將對民眾和政府產生大規模殺傷性影響。此外,EDT將被對手用來攻擊和破壞關鍵的基礎設施系統,如食品、能源和交通等,這將對人口和政府產生更廣泛的影響。EDTs將使對手能夠實施長期攻擊,在很長一段時間內(如果有的話),攻擊的效果和歸屬可能不會被發現。
為了對付這些未來的威脅,各組織將需要進行研究和情報收集,同時進行探索性的研究和開發,以更好地了解EDT的狀況及其潛在的影響。有了這些信息,各組織將需要進行協作性的 "兵棋推演"和規劃,以探索一系列可能的和潛在的EDT威脅。從所有這些活動中獲得的知識將為未來的培訓和最佳實踐提供信息,以準備和解決這些威脅。
各組織也將需要增加對EDT相關領域的投資,這就要求各國不僅要改變他們的作戰方式,而且要發展他們對威懾的思考。擴大的監管、政策制定和成員間的政治團結將發揮越來越重要和擴大的作用。將需要更廣泛的政府、軍事和民事合作,結合更廣泛的公眾意識來破壞和減輕其中一些未來威脅。所有這些行動都將對北約成員之間的合作和共同的復原力賦予更高的價值。
在過去的二十年里,無人駕駛飛機系統(UASs)在戰爭中發揮了重要作用,包括用于反恐行動。但是,關于它們在競爭和國家間戰爭中的效用,包括美國和中國這樣的大國之間的辯論越來越多。對一些人來說,無人機系統正在創造一場 "軍事事務的革命",它將從根本上重塑軍事理論、組織、部隊結構、行動和戰術。然而,對其他人來說,無人機系統的有效性被夸大了,而且無人機系統在高度競爭的環境中可能效用有限。
為了更好地了解無人機系統的效用,本報告提出了兩個問題。首先,無人機系統在現代戰爭中,特別是在國家間戰爭中是如何被利用的?第二,無人機系統在戰爭和競爭中的未來影響是什么?為了回答這些問題,本分析采用了一種比較案例研究的方法。它研究了兩個案例--2020年的納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭和2022年的烏克蘭戰爭,以更好地了解無人機系統在戰爭中的使用情況。它還研究了2021年的 "北緣-21 "演習,該演習對無人機系統在印太地區的競爭和戰爭中的應用進行了有益的研究。
基于分析,本報告得出了幾個結論。
首先,無人機系統已經越來越多地被納入到聯合軍備戰中,這與過去20年來在追蹤和瞄準恐怖主義網絡方面的使用有明顯的轉變。例如,阿塞拜疆有效地利用無人機系統作為聯合武器的一部分--包括固定翼飛機、直升機、游蕩彈藥、制導導彈和火炮--來扭轉亞美尼亞三十年來對納戈爾諾-卡拉巴赫大片地區的控制。在烏克蘭,俄羅斯和烏克蘭都將無人機系統作為聯合軍備戰的一部分,在俄羅斯2022年2月的入侵后開展攻防行動。前線經常被UASs所飽和,事實證明,在烏克蘭有爭議的環境中,UASs對提高戰場意識特別有價值,而不會有生命損失的風險。在《北方邊緣21》中,無人機系統--包括MQ-9 "幽靈死神"--被整合到印太地區的聯合武器行動中,包括遠程火力、F-35A "閃電II"、衛星、F-15C "雄鷹"、F-15E "攻擊鷹 "以及其他平臺和系統來收集情報和進行打擊。
如圖S.1所示,無人機系統將可能被整合到一個更廣泛的戰場網絡中,包括第五代戰斗機,如F-35s和F-22s;空中加油機,如KC-135s;遠程轟炸機,如B-21s;巡洋艦和驅逐艦;衛星;航母打擊群;陸基遠征推進基地;指揮和控制中心;遠程火力;以及其他平臺和系統。
第二,無人機系統在未來可能對廣泛的競爭和戰爭都有重大用途。涉及美國、中國、俄羅斯和其他國家的安全競爭將可能是全球性的,并涵蓋亞洲、歐洲、非洲、拉丁美洲和大型水體的陸地、空中、海洋、網絡和空間領域的巨大范圍。在這種情況下,擁有能夠在廣闊的地理區域收集情報、必要時打擊目標并在有爭議的環境中運作的平臺和系統將非常重要。在未來,無人機系統可能會在執行幾種類型的任務中發揮關鍵作用,作為聯合武器戰爭的一部分,包括
總之,無人機系統可能會在與中國和俄羅斯等國家的競爭和戰爭中發揮重要作用--這與它們早期用于反恐行動有明顯的變化。無人機系統可能特別有用,因為它們能夠進行遠征作戰,具有更遠的距離和持久性。此外,政府通常認為無人機系統比駕駛飛機的升級性要低。執行一系列廣泛的任務將需要一套在射程、有效載荷、成本和能力方面各不相同的無人機系統和徘徊彈藥。為了應對國家和非國家行為者對無人機系統越來越多的使用,也將越來越需要采用反無人機系統的戰術、技術、程序和能力。
雖然無人機系統的技術已經發展,但最重要的變化是無人機系統如何被用作聯合武器戰爭的一部分,以及這對未來的啟示。威廉-莎士比亞在《暴風雨》中寫道:"過去的事情就是序幕"。最近在烏克蘭納戈爾諾-卡拉巴赫的事件以及在印度-太平洋地區的演習為未來在聯合武器行動中越來越多地使用無人機系統提供了一個有預見性的序幕。
圖S.1: 無人機系統和作戰網絡
本報告的其余部分分為以下幾章。第2章對無人機系統在競爭中的作用進行了評估。第3章研究了納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭中的無人機系統。第4章分析了俄羅斯和烏克蘭在2022年的烏克蘭戰爭中對UAS的使用。第5章探討了NE21的教訓。第6章對無人機系統在戰爭和競爭中的未來作用提出了政策含義。最后,附錄1、2和3提供了案例研究中強調的阿塞拜疆、烏克蘭和俄羅斯分別使用的無人機系統的概述--包括諸如類型、描述、范圍、續航時間、原產國和制造商等信息。
本專著的目的是從防空歷史和空中力量穿透這些防御的工作中提煉出教訓。它從第一次世界大戰、第二次世界大戰、越南、"沙漠風暴 "以及俄羅斯和中國的現代發展中確定了六條經驗。這六條經驗為空軍和地面部隊在未來進行壓制敵方防空(SEAD)和滲透行動的努力提供參考。本專著探討了聯合部隊應如何對待SEAD任務的問題,以及來自陸地領域的部隊是否應在穿透地基防空系統方面發揮更重要的作用。
T.R. Fehrenbach提醒我們注意戰爭的一個持久特征。無論我們的技術變得多么復雜和先進,武裝沖突仍然需要士兵參與。空中力量理論家認為,在未來的戰爭中,人類可能不再需要近距離的暴力對抗,僅靠空中手段就能達到目的。雖然純粹的空戰仍然是一個遙遠的想象,但地面部隊將繼續奮勇向前,與泥濘中的人們一起奪取目標。本專論并不是說空中力量是不必要的;相反,它是至關重要的。空軍的覆蓋面和影響力已經與地面機動密不可分,在最近的戰爭中,空軍已經成為軍隊進攻的必要先導。然而,空中優勢作為地面進展的先決條件的模式可能不再成立了。移動式和便攜式防空系統的擴散,加上危害地面部隊的遠程打擊能力,無論其位置如何,都可能迫使地面作戰先于其空中補充。
本專著討論了聯合部隊在未來應如何進行壓制敵方防空(SEAD)。它考慮了攻擊性空軍和地面防御者之間的斗爭。具體來說,它討論了防空系統的進步已經發展到了美國空軍無法繼續承擔壓制和穿透它們的主要份額的程度。在未來,美國陸軍可能不得不對綜合防空系統(IADS)進行第一輪打擊,為美國空軍開始空中優勢的戰斗打開大門。
海上防空對于地面部隊的機動自由至關重要。在減少對手的防空資產之前,敵人的空軍可以隨意攻擊機動編隊。自從20世紀初早期的飛行者從飛機上投下第一件武器以來,空中力量對現代機動作戰一直是至關重要的。空中和地面防御系統已經發展到這樣的程度,即一支軍隊如果不首先擊敗其競爭對手的空軍就進行攻擊是不可想象的。迅速而徹底地擊敗伊拉克的防空系統并隨后摧毀其空軍,對于聯軍在 "沙漠風暴 "行動中的快速機動和壓倒性勝利至關重要。 以美國空軍為先導,然后是地面機動的SEAD模式是如此強大,以至于美國和北約的競爭對手注意到并進行了調整。今天的綜合防空系統(IADS)是高度網絡化的,相互支持的,并且是分層深入的。 這些防御網絡,再加上遠程彈藥的出現,造成了一個多層面的問題。國際防空系統迷惑了敵方空軍為其地面部隊建立機動空間的能力,同時遠程火力也使這些攻擊部隊受到威脅。先進的IADS與遠程彈藥的雙重困境,要求我們考慮我們目前的SEAD方法是否足夠。
所提出的假設是,聯合部隊應該作為一個密切協調的地面和空中團隊進行未來的SEAD。美國陸軍應該為反應靈敏、強大和機動的防空和導彈防御系統、遠程精確火力、地面發射的反輻射制導導彈(ARGM)和游動彈藥提供資源。
所采用的方法是對SEAD的歷史、理論和學說的研究。它考慮了SEAD從第一次世界大戰到現在的歷史。反擊空中和導彈威脅(聯合出版物3-01)將SEAD歸類為主要的進攻性反空(OCA)任務。其目的是 "通過破壞性或擾亂性的手段使敵方的地表防空系統失效、摧毀或暫時退化。" 美國部隊發展SEAD是為了應對日益復雜和有效的地基防空系統,它與防空的進步有效地共同發展。本專著中的防空歷史有五個主要部分。第一部分討論了第一次世界大戰中的空中力量發展,以及早期空軍能力的提高如何為地面機動提供了機會。一戰中對空襲的反應導致了二戰期間為防止滲透而對空中武裝進行牽制的武器的產生。二戰的戰斗人員完善了一戰中創造的技術,為進攻的空軍和地面的防御者開發了更致命的瞄準系統和改進的彈藥。在越南戰爭期間,越南人民軍(PAVN)采用了密集的防空武器組合,這需要美國裝備和訓練專門的飛機來壓制北越的防御;這是SEAD能力的第一個例子。接下來,該專著回顧了美國在 "沙漠風暴 "行動中對空地戰的運用,以顯示SEAD的有效性,以及它如何為其他世界大國進一步調整以對抗FM100-5中的理論提供了基礎。 第五章考慮了俄羅斯新一代戰爭(RNGW)、中國遠程導彈以及防空武器的擴散以防止滲透。作者將SEAD理論和學說的演變與歷史實例結合起來,說明空軍與IADS之間的競爭是如何發展到今天的高精尖系統的。最后,該專著提出了一個地面部分未來在對抗現代IADS的戰斗中的貢獻模式。
聯合部隊如何進行未來的海空防務行動,對于各軍種在面對未來的國際防空系統時如何整合和合作至關重要。現代國際防空系統對未來的空中行動,以及暗示的地面行動構成了一個重大障礙。國家和非國家行為者對地對空武器的使用加劇了國際防空系統的瓦解問題。它極大地提高了進行海空導彈和滲透敵占區所需的戰斗力水平。阿富汗圣戰者組織在蘇聯-阿富汗戰爭中使用 "毒刺 "導彈,以及最近在烏克蘭上空擊落馬來西亞航空公司MH17航班,都是這些系統的擴散已經超出既定軍隊嚴格使用的例子。在未來的戰爭中,雙方都可能面臨一個連續的國際防空系統和非正規部隊采用的未聯網的防空。聯合部隊必須開發多種方案來擊敗這些系統,并擴大他們的方法,以最大限度地提高靈活性,使空中和地面部隊能夠對由國際防空系統和獨立的地對空武器防御的對手構成眾多威脅。
小型無人駕駛飛機系統(sUAS)的指數式增長為美國防部帶來了新的風險。技術趨勢正極大地改變著小型無人機系統的合法應用,同時也使它們成為國家行為者、非國家行為者和犯罪分子手中日益強大的武器。如果被疏忽或魯莽的操作者控制,小型無人機系統也可能對美國防部在空中、陸地和海洋領域的行動構成危害。越來越多的 sUAS 將與美國防部飛機共享天空,此外美國對手可能在美國防部設施上空運行,在此環境下美國防部必須保護和保衛人員、設施和資產。
為了應對這一挑戰,美國防部最初強調部署和使用政府和商業建造的物資,以解決無人機系統帶來的直接風險;然而,這導致了許多非整合的、多余的解決方案。雖然最初的方法解決了近期的需求,但它也帶來了挑戰,使美國防部跟上不斷變化問題的能力變得復雜。為了應對這些挑戰,美國防部需要一個全局性的戰略來應對無人機系統的危害和威脅。
2019年11月,美國防部長指定陸軍部長(SECARMY)為國防部反小型無人機系統(C-sUAS,無人機1、2、3組)的執行機構(EA)。作為執行機構,SECARMY建立了C-sUAS聯合辦公室(JCO),該辦公室將領導、同步和指導C-sUAS活動,以促進整個部門的統一努力。
美國防部的C-sUAS戰略提供了一個框架,以解決國土、東道國和應急地點的sUAS從危險到威脅的全過程。國防部的利益相關者將合作實現三個戰略目標:(1)通過創新和合作加強聯合部隊,以保護國土、東道國和應急地點的國防部人員、資產和設施;(2)開發物資和非物資解決方案,以促進國防部任務的安全和可靠執行,并剝奪對手阻礙實現目標的能力;以及(3)建立和擴大美國與盟友和合作伙伴的關系,保護其在國內外的利益。
美國防部將通過重點關注三個方面的工作來實現這些目標:準備好部隊;保衛部隊;和建立團隊。為了準備好部隊,國防部將最大限度地提高現有的C-sUAS能力,并使用基于風險的方法來指導高效和快速地開發一套物質和非物質解決方案,以滿足新的需求。為了保衛部隊,國防部將協調以DOTMLPF-P考慮為基礎的聯合能力的交付,并同步發展作戰概念和理論。最后,作為全球首選的軍事伙伴,國防部將通過利用其現有的關系來建設團隊,建立新的伙伴關系,并擴大信息共享,以應對新的挑戰。
通過實施這一戰略,美國防部將成功地應對在美國本土、東道國和應急地點出現的無人機系統威脅所帶來的挑戰。在這些不同操作環境中的指揮官將擁有他們需要的解決方案,以保護國防部人員、設施、資產和任務免受當前和未來的無人機系統威脅。
報告概述了反無人機技術及方法,介紹了美國國防部面臨的無人機威脅及反無人機投資計劃,以及美海軍、陸軍、空軍、海軍陸戰隊及國防部其它機構的反無人機武器研究進展情況,并指出了國會在監管方面可能面臨的問題。
無人機系統技術迅速擴散,易被國家、非國家行為者和個人使用,這些系統可為美國對手提供一種低成本的手段,執行針對或攻擊美軍的情報、監視和偵察任務。大多數小型無人機尺寸小、使用特殊結構材料且飛行高度較低,無法被傳統的防空系統探測到。在2023財年,美國國防部計劃至少花費6.68億美元用于反無人機(C-UAS)技術研發,至少花費7800萬美元用于反無人機武器采購。隨著國防部繼續開發、采購和部署這些系統,美國會對其使用的監督可能會增加,也必須就未來的授權、撥款和其他立法行動做出決定。
反無人機技術可以采用多種方法探測敵對或未經授權的無人機目標。一是使用光電、紅外或聲學傳感器分別通過目標的視覺、熱量或聲音特征探測目標;二是使用雷達系統探測,但由于小型無人機信號特征不明顯,該方法探測效果不佳;三是識別用于控制無人機的無線信號,通常使用射頻傳感器探測。這些方法通常被組合使用,以提供更有效的分層探測能力。
各類系統探測到無人機后,電子戰“干擾”裝置即可干擾無人機與其操作人員的通信鏈路。干擾裝置通常可分為便攜式、固定式或可移動式,根據其類型的不同,重量可從幾公斤至數百公斤。除電子戰干擾裝置外,也可以使用槍支、網絡、定向能、傳統防空系統,甚至訓練有素的動物(如鷹)擊敗或摧毀無人機系統。目前,美國防部正在研發多種反無人機技術,以確保其具備強大的反無人機防御能力。
美空軍正在進行高功率微波和高能激光武器反無人機測試工作。2019年10月,空軍接收了一套車載高能激光反無人機武器系統 (HELWS)樣機。HELWS旨在在幾秒鐘內識別并壓制敵對或未經授權的無人機,幾乎可無限次射擊。此外,空軍還在尋求機載反無人機武器,目前工作狀態尚不明確。
圖1 便攜式反UAS技術
2014年,美海軍在“龐塞”號(LPD-15)上部署了第一款可作戰的激光武器系統(LaWS),LaWS是30千瓦激光武器樣機,能夠執行反無人機任務。自那時起,美海軍就一直在開發和安裝更多的低、慢、小(LSS)無人機激光武器原型,以提高對抗水面艦艇和無人機的能力。
海軍正在研發部署的干擾無人機傳感器的光學致盲器“奧丁”(ODIN)及60千瓦“太陽神”(HELIOS)激光器,均旨在保護美海軍裝備和系統免受無人機襲擊。此外,在2019年3月28日的一份備忘錄中,海軍部宣布將與國防數字服務局合作,快速開發新的網絡賦能反無人機武器,以應對不斷演變的無人機威脅。
海軍陸戰隊通過其地基防空(GBAD)計劃辦公室資助了多個反無人機系統。2019年,海軍陸戰隊完成了海上防空綜合系統(MADIS)的海外測試,該系統采用電子干擾與炮彈相結合技術,可安裝在MRZR全地形車輛、聯合輕型戰術車輛和其他平臺上。2019年7月,拳師號USS BOXER LHD-4兩棲攻擊艦上的海軍陸戰隊員使用海上防空綜合系統壓制了一艘被認為在該艦“威脅范圍”內的伊朗無人機。作為地基防空計劃的一部分,海軍陸戰隊也在采購緊湊型激光武器系統(CLaWS),該是美國防部批準的首個陸基激光武器,具有2千瓦、5千瓦和10千瓦三種型號,目前陸軍也在使用。盡管海軍陸戰隊已試驗了單兵攜帶反無人機技術,但海軍陸戰隊司令大衛·伯杰(DavidBerger)在2019年向國會作證時認為,由于重量和功率的要求,單兵攜帶反無人機技術沒有取得成功。
圖2 海上防空綜合系統
2016年7月,陸軍發布了反無人機戰略,以指導其反無人機能力的發展。2017年4月,陸軍技術出版物3-01.81《反無人駕駛飛機系統技術》概述了作戰期間防御低、慢、小無人機威脅的規劃考慮,以及如何規劃并將反無人機士兵任務納入陸軍訓練活動。
反無人機是美陸軍作戰能力發展司令部的六層防空和導彈防御概念的一部分,六層概念包括:彈道導、低空無人機交戰(BLADE)、多任務高能激光(MMHEL)、下一代火控雷達、機動防空技術(MADT)、高能激光戰術車輛驗證機(HEL-TVD)、低成本增程防空(LOWER AD)。目前,上述系統仍在開發中,美陸軍已部署了一些便攜式、車載和機載反無人機系統。此外,美陸軍與國防數字服務局還在合作開發計算機支持的反無人機產品。
美國防部正在研究和開發多種反無人機技術。聯合參謀部和其他國防部機構參與了反無人機研究工作,如“黑鏢”(Black Dart)演習,該演習旨在“評估和驗證現有和新興的防空和導彈防御能力及反無人機任務集特有的概念”和“倡導士兵所需的反無人機能力”。國防高級研究計劃局積極開展“反蜂群人工智能”等研究,為反無人機技術研發提供資金。2019年12月,國防部精簡了各種反小型無人機項目,指定陸軍為執行機構,負責監督美國防部所有反小型無人機的開發工作。
2019年12月,美國防部成立由陸軍領導的聯合反小型無人機系統辦公室(JCO),負責監督美軍所有反無人機研發工作。通過與作戰司令部和負責采辦和保障的國防部副部長辦公室協商,該辦公室已評估了超過40種反小型無人機系統,并確定未來美軍反無人機項目的研發方向和標準,該辦公室還選擇了10種小型無人機防御系統和一個標準化的指揮控制系統,以進行后續研發工作。聯合反小型無人機系統辦公室還制定了一份聯合能力發展文件,概述了未來系統的作戰需求,并于2021年1月發布了《國防部反小型無人機系統戰略》。該辦公室還將制定另外一份國防部關于反小型無人機指揮和反小型無人機能力評估的文件。
根據計劃,美國防部將于2024財年在俄克拉荷馬州的福特希爾建立一個聯合反小型無人機學院,以在各軍種同步開展反無人機戰術訓練。
此外,美國會《2021財年國防授權法案》第1074節要求國防部向國會提交一系列報告,包括聯合反小型無人機系統辦公室開展的反小型無人機活動報告和獨立評估情況,以及無人機帶來威脅的報告等。
伴隨美國防部開發、使用及部署反無人機系統武器,美國會需對其進行更多監管,并可能面臨如下潛在問題:
澳大利亞皇家海軍 (RAN) 最近推出了一項開發和使用機器人、自主系統和人工智能 (RAS-AI) 的戰略,該戰略將通過一項運動計劃來實施。蘭德澳大利亞研究團隊正在通過建立證據基礎來支持 RAN 的這項工作,以幫助識別和塑造基礎活動。本報告概述了近期和長期(到 2040 年)海上 RAS-AI 技術的現狀和軌跡,并對近期、中期和長期可能執行的任務進行了高級審查根據相關的技術和非技術推動因素。
本報告并沒有研究人工智能在海上行動中更廣泛的整合,而是關注支撐無人平臺的任務和技術的進步,包括無人空中、水面和水下航行器。除了概述近期和長期 RAS-AI 任務的關鍵技術推動因素外,該報告還指出了在 RAS-AI 能力發展中應考慮的三個關鍵原則:(1)關注多種技術(新系統和“遺留”系統),而不是單一的技術解決方案; (2) 考慮國防和商業 RAS-AI 系統的互補性進展; (3) 監測非技術因素,例如不斷發展的監管、法律、政策和道德框架,這些框架可能會顯著影響未來的技術采用路徑。
低速、慢速和小型 (LSS) 飛行平臺的普及給國防和安全機構帶來了新的快速增長的威脅。因此,必須設計防御系統以應對此類威脅。現代作戰準備基于在高保真模擬器上進行的適當人員培訓。本報告的目的是考慮到各種商用 LSS 飛行器,并從不同的角度定義 LSS 模型,以便模型可用于LSS 系統相關的分析和設計方面,及用于抵制LSS系統(包括探測和中和)、作戰訓練。在北約成員國之間提升 LSS 能力并將 LSS 擴展到現有分類的能力被認為是有用和有益的。
【報告概要】
在安全受到威脅的背景下考慮小型無人機系統 (sUAS)(通常稱為無人機)時,從物理和動態的角度進行建模和仿真遇到了一些獨特的挑戰和機遇。
無人機的參數化定義包括以下幾類:
描述無人機飛行動力學的分析模型在數學上應該是合理的,因為任務能力在很大程度上取決于車輛配置和行為。
考慮到剛體在空間中的運動動力學需要一個固定在剛體本身的參考系來進行合適的力學描述,并做出一些假設(例如,剛體模型、靜止大氣和無擾動、對稱機身和作用力在重心處),可以為 sUAV 的飛行動力學開發牛頓-歐拉方程。
在檢測 sUAS 時,必須考慮幾個現象,例如可見波范圍內外的反射、射頻、聲學以及相關技術,如被動和主動成像和檢測。
由于需要多個傳感器檢測 sUAS,因此有必要考慮識別的參數以便針對不同類型的檢測器對特征進行建模。此外,對多個傳感器的依賴還需要在信息融合和集成學習方面取得進步,以確保從完整的態勢感知中獲得可操作的情報。
無人機可探測性專家會議表明了對雷達特征以及不同無人機、雷達和場景的聲學特征進行建模的可能性,以補充實驗數據并幫助開發跟蹤、分類和態勢感知算法。此外,雷達場景模擬的適用性及其在目標建模和特征提取中的潛在用途已得到證實。
然而,由于市場上無人機的復雜性和可變性以及它們的不斷增強,就其物理和動態特性對無人機簽名進行清晰的建模似乎并不容易。
sUAS 特性的復雜性和可變性使得很難完成定義適合在仿真系統中使用的模型的任務。這是由于無人機本身的幾個參數,以及考慮到無人機的所有機動能力和特性所需的飛行動力學方程的復雜性。
此外,sUAS 特性的復雜性和可變性不允許定義用于評估相關特征的參數模型。
圖1 無人機類別與其他類別/參數的關系(part 1)
圖2 無人機類別與其他類別/參數的關系(part 2)
圖3 參考坐標系
【報告目錄】