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摘要

美海軍希望開發和采購三種類型的大型無人航行器(UV):大型無人水面航行器(LUSV)、中型無人水面航行器(MUSV)和超大型無人水下航行器(XLUUV)。海軍2023財年擬議預算要求為這些大型UV和LUSV/MUSV啟用技術提供5.493億美元的研究和開發資金,并為XLUUV和其他海軍UUV的核心技術提供6070萬美元的額外資金。

美海軍希望獲得這些大型UV,作為將海軍轉向更分散的艦隊結構工作的一部分,這意味著艦艇組合將海軍的能力分散在更多的平臺上,并避免將艦隊整體能力的很大一部分集中在相對較少的高價值艦艇上(即,避免 "把太多的雞蛋放在一個籃子里 "的艦艇組合)。海軍和美國防部(DOD)自2019年以來一直在努力制定一個新的海軍部隊水平目標,以反映這種新的艦隊組合。2022年4月20日發布的海軍2023財年30年(2023財年-2052財年)造船計劃包括一個表格,總結了對新的兵力水平目標進行的研究結果。這些研究概述了潛在的未來艦隊,擁有27至153艘大型USV和18至51艘大型UUV。

海軍設想LUSV的長度為200英尺到300英尺,滿載排水量為1,000噸到2,000噸,這將使它們達到護衛艦的大小。(即比巡邏艇大,比護衛艦小的艦艇)。海軍希望LUSV是低成本、高端耐力、可重新配置的艦艇,有足夠的能力攜帶各種模塊化有效載荷--特別是反水面戰(ASuW)和打擊有效載荷,主要是指反艦導彈和對陸攻擊導彈。每艘LUSV可以配備一個垂直發射系統(VLS),有16到32個導彈發射管。盡管被稱為UV,LUSV可能被更準確地描述為選擇性或輕度載人的船只,因為它們有時可能有一些船上的船員,特別是在近期內隨著海軍制定LUSV的啟用技術和操作概念。根據海軍2023財政年度的五年(2023-2027財政年度)造船計劃,通過海軍造船賬戶采購LUSV的計劃將在2025財政年度開始。

海軍將MUSV定義為45英尺到190英尺長,排水量大約為500噸,這將使它們具有巡邏艇的大小。海軍希望MUSV和LUSV一樣,是低成本、高端耐力、可重新配置的船只,可以容納各種有效載荷。MUSV的初始有效載荷將是情報、監視和偵察(ISR)有效載荷和電子戰(EW)系統。海軍2023財年的五年(2023-2027財年)造船計劃不包括在2023-2027財年期間采購任何MUSVs。

XLUUVs大約有地鐵車廂那么大。首批5艘XLUUV在2019財政年度獲得資助,并由波音公司建造。海軍希望利用XLUUVs,除其他外,秘密部署Hammerhead魚雷,這是一種計劃中的魚雷,將被拴在海床上,并配備反潛魚雷,大致類似于海軍冷戰時期的CAPTOR(封裝魚雷)。根據海軍2023財年的五年(2023-2027財年)造船計劃,通過其他采購,海軍(OPN)賬戶采購額外的XLUUVs計劃在2024財年開始。

在對海軍2020-2022財年的擬議預算進行標記時,國會國防委員會對海軍的采購戰略是否提供足夠的時間來充分開發這些大型UV的操作概念和關鍵技術表示關注,特別是LUSV,并包括旨在解決這些問題的立法條款。作為對這些標記的回應,海軍已經重組了LUSV項目的采購戰略,以符合這些立法規定,并在進入之前提供更多的時間來發展作戰概念和關鍵技術。

簡介

本報告為國會提供了海軍希望在2023財政年度及以后開發和采購的三類大型無人駕駛車輛(UVs)的背景信息和潛在問題。

  • 大型無人水面飛行器(LUSVs)。

  • 中型無人水面飛行器(MUSVs);以及

  • 超大型無人潛航器(XLUUVs)。

海軍希望獲得這些大型UV,作為將海軍轉變為更加分散的艦隊結構的努力的一部分,這意味著艦艇的組合可以將海軍的能力分散到更多的平臺上,并避免將艦隊整體能力的很大一部分集中到相對較少的高價值艦艇上(即,避免 "把太多的雞蛋放在一個籃子里 "的艦艇組合)。海軍2023財年的擬議預算要求為這些大型UV和LUSV/MUSV啟用技術提供5.493億美元的研發資金,并為XLUUV和其他海軍UUV的核心技術提供6070萬美元的額外資金。

國會的問題是是否批準、拒絕或修改海軍對這些大型UV的采購戰略和資金要求。海軍關于開發和采購它們的建議給國會帶來了一些監督問題。國會對這些問題的決定可能會大大影響海軍的能力和資金需求,以及造船和紫外線工業基地。

除了本報告中所涉及的大型UV,海軍還希望開發和采購較小的USV和UUV,以及各種尺寸的無人駕駛飛行器(UAV)。美國其他軍種也在開發、采購和運營他們自己的UV武器類型。

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人工智能在軍事中可用于多項任務,例如目標識別、大數據處理、作戰系統、網絡安全、后勤運輸、戰爭醫療、威脅和安全監測以及戰斗模擬和訓練。

美海軍的輕型兩棲戰艦(LAW)計劃設想采購18至35艘新的兩棲艦,以支持海軍陸戰隊,特別是實施海軍陸戰隊新的作戰概念,即遠征先進基地作戰(EABO)。海軍此前曾設想在2023財年采購第一艘LAW,但海軍提交的2023財年預算將第一艘LAW的采購推遲到2025財年。海軍提出的2023財年預算要求為該計劃提供1220萬美元的研究和開發資金。

EABO概念的開發是著眼于與中國在西太平洋的潛在沖突情況。根據這一概念,海軍陸戰隊設想,除其他外,讓加強排規模的海軍陸戰隊部隊在戰區周圍機動,從一個島嶼到另一個島嶼,發射反艦巡航導彈(ASCM)并執行其他任務,以便與海軍和其他美國軍隊一起,為美國打擊和拒絕他國軍隊的海上控制行動。致命打擊艦將在這些行動中發揮重要作用,致命打擊艦將裝載、運輸、登陸,并隨后讓這些小型海軍陸戰隊部隊重新上岸。

與海軍目前的兩棲艦相比,致命性自主武器系統的體積要小得多,而且采購和操作的成本也低得多。根據海軍提交的2023財政年度預算,第一艘致命性自主武器系統將在2025財政年度采購,費用為2.47億美元,第二艘致命性自主武器系統將在2026財政年度采購,費用為2.03億美元,第三和第四艘致命性自主武器系統將在2027財政年度采購,總費用為2.90億美元(即每艘平均費用為1.45億美元)。第一艘導彈驅逐艦的費用將大大高于該計劃中的后續艦艇,因為第一艘導彈驅逐艦的采購費用將包括該級艦的大部分或全部詳細設計/非經常性工程(DD/NRE)費用。(傳統的海軍預算做法是將某一級別艦艇的DD/NRE費用大部分或全部包括在該級別主力艦的采購費用中)。

海軍提出的 "羅氏 "號可以由美國幾個造船廠中的任何一家建造。海軍的基本傾向是由一家船廠建造所有的艦艇,但如果這樣做可以使計劃更快、更便宜地實施,海軍對由多家船廠按照相同的設計建造艦艇持開放態度。海軍在提交的2023財政年度預算中指出,第一艘長須鯨的建造合同將于2024年12月授予,該艦將于2028年7月交付。

致命魚雷計劃給美國會帶來了一些潛在的監督事項。美國會面臨的問題是是否批準、拒絕或修改海軍的年度資金請求和設想的該計劃的采購戰略。美國會關于該計劃的決定可能會影響海軍和海軍陸戰隊的能力和資金需求以及美國的造船工業基礎。

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潛在對手的火炮系統的改進對美國軍隊特別是陸軍提出了挑戰。除了改進的火炮系統能力和新的使用技術的挑戰外,特殊彈藥的擴散--如精確、熱障和頂部攻擊彈藥--重新引起了對敵人的大炮和火箭炮對美國作戰行動和地面作戰系統的潛在影響的關注。

為了應對這一挑戰,美國陸軍正在尋求通過升級目前的火炮和導彈系統,開發新的長程火炮和高超音速武器,以及改造現有的空射和海射導彈和巡航導彈以便陸軍部隊進行地面發射來提高其所謂的遠程精確射擊(LRPF)能力。

2018年美國防戰略和陸軍的多域作戰概念都要求提高陸軍LRPF能力,以應對被稱為俄羅斯和中國的反介入、區域拒止(A2/AD)戰略,旨在限制美國軍隊在歐洲和太平洋地區的行動自由。

美陸軍有五個主要項目或工作正在進行或考慮中,以提高遠程精確射擊能力:

  • 增程加農炮計劃(ERCA)計劃開發一種能夠對70多公里外的目標進行精確射擊的系統,比目前系統的30公里目標距離有所改進。

  • 精確打擊導彈(PrSM)是一種地對地、全天候、精確打擊的導彈,由M270A1多管火箭系統(MLRS)和M142高機動性炮兵火箭系統(HIMARS)發射。PrSM旨在取代目前的MLRS和HIMARS導彈,并將目前的射速提高一倍,每個發射艙有兩枚導彈。

  • 美陸軍正在研究開發一種戰略遠程炮(SLRC)的可行性,這種炮可以以高超音速發射,射程可達1000英里,以打擊防空、火炮和導彈系統以及指揮和控制目標。

  • 美陸軍、海軍、空軍和導彈防御局(MDA)正在開發通用高超音速滑翔體(C-HGB),陸軍計劃將其作為遠程高超音速武器(LRHW)計劃的一部分,使C-HGB能夠從移動的陸軍地面導彈發射器發射。

  • 最后,美陸軍正試圖改造現有的海軍SM-6和UGM-109對地攻擊導彈,以便為陸軍提供一種中程導彈能力。

鑒于潛在的資源限制和陸軍對LRPF的重視,國會在其監督、授權和撥款方面可能會進一步研究陸軍的LRPF計劃。國會潛在的問題包括

  • 戰略大炮、高超音速導彈和中程戰場導彈的理由。

  • LRPF的估計總成本。

  • LRPF和美國印太司令部的太平洋威懾倡議(PDI)投資計劃。

  • 部隊結構要求。

  • 后備役部隊的LRPF。

  • 其他軍種對陸軍遠程防衛部隊的看法;以及

  • 指揮、控制和瞄準遠程火力。

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無人機系統(UAS)在美國軍事行動中越來越突出。作為其現代化戰略的一部分,美國防部(DOD)目前正在開發先進的無人機,以及可選的載人飛機。在過去幾十年中,軍隊使用無人機執行各種任務,包括:

  • 情報、監視和偵察;
  • 近距離空中支援;
  • 物資補給;
  • 通信中繼。

分析人士和美國防部認為,無人機可以在許多任務中取代載人飛機,包括

  • 空中加油;
  • 空戰;
  • 戰略轟炸;
  • 作戰管理和指揮控制(BMC2);
  • 壓制和摧毀敵人的防空系統;
  • 電子戰(EW)。

此外,美國防部正在開發一些實驗概念,如飛機系統體系、群集和致命自主武器,以探索使用未來幾代無人機的新方法。在評估潛在新的和未來無人機項目、任務和概念的撥款和授權時,國會可能會考慮以下問題:

  • 能夠作為致命自主武器的無人機的擴散及其對全球軍備控制的影響;
  • 與載人飛機相比,未來無人機的成本;
  • 無人機對人員和技能的影響;
  • 作戰和作業概念;
  • 無人機技術的普及。

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美國導彈防御局(MDA)和空間發展局(SDA)目前正在開發高超音速導彈防御系統的要素,以防御高超音速武器和其他新興的導彈威脅。這些要素包括國防空間架構(NDSA)的跟蹤和運輸層以及各種攔截器項目。隨著MDA和SDA繼續開發這些系統,國會可能會考慮對監督和國防授權及撥款的影響。

背景介紹

高超音速武器,像彈道導彈一樣,飛行速度至少為5馬赫,或大約每秒1英里。與彈道導彈不同,高超音速武器不遵循彈道軌跡,可以在到達目標的途中進行機動。據報道,俄羅斯在2019年12月出動了其第一批高超音速武器,同時一些專家認為,中國早在2020年就出動了高超音速武器。預計美國在2023年之前不會裝備高超音速武器。(關于俄羅斯、中國和美國的高超音速武器項目的概述,見CRS報告R45811,高超音速武器:國會的背景和問題,作者是凱利-M-賽勒)。

高超音速武器的機動性和低飛行高度可以挑戰現有的探測和防御系統。例如,由于雷達探測的視線限制,大多數地面雷達在武器飛行后期才能探測到高超音速武器。這給防御者留下了極少的時間來發射攔截器,以抵消入境武器的影響。圖1描述了陸基雷達對彈道導彈和高超音速武器探測時間的差異。

圖1. 基于地面的彈道導彈探測與高超音速武器的探測

美國國防官員表示,現有的地面和天基傳感器架構都不足以探測和跟蹤高超音速武器;前國防部負責研究和工程的副部長邁克-格里芬指出,"高超音速目標比美國通常通過地球靜止軌道上的衛星跟蹤的目標要暗淡10到20倍。"

國防空間架構

SDA開發了國防空間架構,以 "統一和整合整個[國防部(DOD)]和行業的下一代能力"。NDSA的目標是成為一個 "單一的、連貫的、有七個層次的擴散空間架構",其中包括圖2中描述的數據跟蹤和傳輸層,并在下面討論。其他層包括支持移動地面資產目標的監護層;提供基于空間的指揮和控制的戰斗管理層;提供 "潛在的GPS否認環境的替代定位、導航和授時"的導航層;探測深空潛在敵對行動的威懾層;以及為其他NDSA層促進衛星操作的支持層。一旦全面投入使用,NDSA將包括550顆衛星并提供全面的全球覆蓋。

跟蹤層

跟蹤層是為了 "提供全球指示、警告、追蹤和瞄準高級導彈威脅,包括高超音速導彈系統"。作為該層的一部分,SDA正在開發一個寬視場(WFOV)衛星的結構,最終將提供全球覆蓋。SDA要求在2023財政年度為第0階段跟蹤活動提供8130萬美元,為第1階段跟蹤活動提供4.998億美元(也稱為彈性導彈預警導彈跟蹤-低地球軌道)。

與SDA的跟蹤衛星協同工作的將是高超音速和彈道跟蹤空間傳感器(HBTSS),以前被稱為空間傳感器層,它是由MDA與SDA和美國空軍合作開發。與WFOV相比,HBTSS將提供更靈敏,但更有限的(或中視場[MFOV])覆蓋范圍。出于這個原因,WFOV旨在為HBTSS提供提示數據,然后HBTSS可以為地面攔截器提供更具體的目標質量數據。到2023年,SDA計劃擴大跟蹤層,包括70顆WFOV和MFOV衛星,據SDA主任德里克-圖爾尼爾博士說,"這將使我們在低地球軌道上有足夠的覆蓋面,以便我們基本上可以有區域性的持久性"。MDA要求在2023財政年度為HBTSS提供8920萬美元。

2020財年NDAA(P.L. 116-92)第1682條要求導彈防御局局長 "開發一個高超音速和彈道導彈跟蹤空間傳感器有效載荷"。2021財年NDAA(P.L. 116-283)第1645條確認,MDA局長與SDA局長協調,負責開發和采購傳感器有效載荷,"至少到2022財年"。第1645節還要求最遲在2023年12月31日開始對傳感器有效載荷進行在軌測試,并在 "此后技術上可行的情況下 "盡快將傳感器有效載荷納入SDA更廣泛的天基傳感器架構。最后,2022財年NDA(P.L. 117-81)第1662條禁止MDA主任"[授權]或[承諾]為生產衛星或與此類衛星運行相關的地面系統的記錄計劃提供資金"。如果滿足某些條件,包括確定 "由于技術、成本或進度因素,這種限制會延遲交付可運行的[HBTSS]",空軍負責空間采購和集成的助理部長可以放棄對HBTSS的這種限制。

圖2. NDSA的部分內容

傳輸層

美國防部表示,NDSA的傳輸層旨在將跟蹤層與地面的攔截器和其他武器系統連接起來,將 "加強包括導彈防御在內的若干任務領域"。據國防部稱,SDA已經為運輸層的第1階段授予了三個原型協議,"一個由126個光學相互連接的空間飛行器組成的網狀網絡",將于2024年9月開始發射。運輸層最終將包括一個由大約300-500顆衛星組成的星座。SDA要求在2023財政年度為 "數據傳輸層、傳感器能力和備用位置、導航和計時能力 "提供8.164億美元。

攔截器

MDA已經探索了一些消除對手高超音速武器的方案,包括攔截導彈、超高速彈丸、定向能武器和電子攻擊系統。2020年1月,MDA發布了一份關于高超音速防御區域滑行階段武器系統攔截器的原型提案要求草案。該計劃旨在 "減少攔截器的關鍵技術和集成風險";然而,據當時的MDA主任喬恩-希爾海軍中將稱,它在2030年代的某個時候才會準備好過渡到開發。MDA轉而將重點轉向較近的解決方案,并在2021年4月啟動了滑翔階段攔截器(GPI),它將與宙斯盾武器系統整合,并在2020年代中期至末期提供高超音速導彈防御能力。洛克希德-馬丁公司、諾斯羅普-格魯曼公司和雷神導彈與防御公司已經獲得了GPI的 "加速概念設計 "階段的合同。

此外,2022財年NDAA(P.L. 117-81)第1664條授予MDA主任 "預算、指導和管理適用于 "高超音速導彈防御的定向能源項目的權力。國防高級研究計劃局(DARPA)也正在進行一項名為 "滑翔破壞者 "的計劃,其目的是 "開發關鍵的組件技術,以支持一種輕型飛行器,用于在非常遠的距離上精確對付高超音速威脅。" DARPA要求在2023財年為 "滑翔破壞者 "提供1830萬美元。總體而言,MDA在2023財年為高超音速防御申請了2.255億美元,低于其2.479億美元的2022財年申請和2.878億美元的撥款。

國會的問題

一些分析家認為,天基傳感層--與跟蹤和瞄準系統相結合以引導高性能攔截器或定向能量武器--理論上可以提供防御高超音速武器的可行選擇。2019年導彈防御審查報告指出,"這種傳感器利用了從空間可看到的大面積,以改善跟蹤,并可能瞄準先進的威脅,包括高超音速[武器]。" 其他分析家對高超音速武器防御的可負擔性、技術可行性和/或效用提出質疑。此外,一些分析家認為,美國目前的指揮和控制架構將無法 "快速處理數據,以應對和消除即將到來的高超音速威脅"。

一些分析家還對目前SDA和MDA在高超音速導彈防御方面的分工提出質疑。SDA主任Tournear此前曾對這兩個機構之間可能存在冗余的批評作出回應,稱兩者都向負責研究和工程的國防部副部長報告。然而,從2022年10月1日起,SDA將改為向負責采購和整合的空軍助理部長報告。國會可以監督這種新的報告結構對效率和效能的影響。

國會的潛在問題

  • 加快對高超音速導彈防御方案的研究是否必要且在技術上可行?高超音速導彈防御方案的技術成熟度是否值得目前的資金水平?

  • SDA和MDA是如何在高超音速導彈防御的各種要素上進行合作的?它們目前的作用是增加還是減少了成本以及技術發展的速度和效率?

  • 國防部是否具備執行高超音速導彈防御所需的能力,如適當的指揮和控制架構?

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本報告為美國國會提供了有關海軍部隊結構和造船計劃的背景信息和問題。海軍目前和計劃的規模和組成、海軍艦艇的年采購率、海軍造船計劃的預期可負擔性以及美國造船業執行海軍造船計劃的能力,多年來一直是國會國防委員會的監督事項。

國會的問題是是否批準、拒絕或修改海軍的兵力水平目標、擬議的2023財年造船計劃以及長期造船計劃。國會在這個問題上做出的決定會對海軍的能力和資金需求以及美國的造船工業基礎產生重大影響。

美國海軍目前和計劃的規模和組成、海軍艦艇的年采購率、海軍造船計劃的預期可負擔性以及美國造船業執行海軍造船計劃的能力,多年來一直是國會國防委員會的監督事項。

2016年12月,海軍發布了一個部隊結構目標,要求實現并保持一支由355艘特定類型和數量的艦艇組成的艦隊。《2018財年國防授權法案》(2017年12月12日H.R.2810/P.L.115-91)第1025條將355艘艦艇的目標定為美國政策。355艘艦艇的目標早于特朗普和拜登政府的國防戰略,并不反映海軍希望在未來幾年轉向的新艦隊架構(即新的艦艇組合)。這個新的艦隊架構的特點是大型艦艇的比例較小,小型艦艇的比例較大,還有一個新的第三要素,即大型無人駕駛平臺(UV)。海軍和國防部(DOD)自2019年以來一直在努力為355艘艦艇的部隊目標制定一個后續規劃,以反映當前的國防戰略和新的艦隊架構。

2022年4月20日發布的海軍2023財年30年(2023-2052財年)造船計劃,提出了關于海軍后續部隊目標可能性的三項研究結果。這些研究要求未來的海軍擁有321至404艘載人艦艇和45至204艘大型無人駕駛平臺(UV)。海軍于2021年6月17日發布的一份反映了其中一些研究的海軍長期造船文件,概述了未來海軍將包括321至372艘有人駕駛的艦艇和77至140艘大型無人駕駛平臺(UV)。據報道,2022年7月提供給國會的一份國會授權的戰艦評估和需求報告,要求海軍擁有373艘戰艦。

海軍2023財年擬議預算要求279億美元的造船資金,除其他外,用于采購8艘新船,包括2艘弗吉尼亞(SSN-774)級攻擊潛艇,2艘阿利-伯克(DDG-51)級驅逐艦,1艘星座(FFG-62)級護衛艦,1艘LPD-17 Flight II級兩棲艦,1艘約翰-路易斯(TAO-205)級油輪,以及1艘納瓦霍(TATS-6)級牽引、打撈和救援船。海軍提交的2023財年預算顯示,第九艘船--LHA-9兩棲攻擊艦也被要求在2023財年采購。根據前一年的國會授權和撥款行動以及2021財年國防授權法案(NDAA)(H.R.6395/P.L.116-283,2021年1月1日)第126條,CRS關于海軍造船項目的報告,包括本報告,將LHA-9視為國會在2021財年采購的船只(即授權和提供采購,而不是預先采購[AP])的資金。海軍官員將LHA-9在海軍2023財年預算報告中被列為2023財年申請采購的艦艇描述為一種疏忽。海軍2023財年的擬議預算還提議退役24艘艦艇,包括9艘相對年輕的瀕海戰斗艦(LCSs)。

2022年4月20日發布的FY2023年30年(FY2023-FY2052)造船計劃包括三種潛在的30年造船概況和由此產生的30年部隊預測,被稱為備選方案1、2和3。備選方案1和2假定造船資金在2023-2027財政年度的五年期間達到的水平之外沒有實際(即高于通貨膨脹)的增長,而備選方案3假定在2027財政年度之后造船資金有一定程度的實際增長。根據備選方案1,海軍將在2035財政年度達到300艘有人駕駛的船舶,并在2052財政年度增長到316艘有人駕駛的船舶。根據備選方案2,海軍將在2035財政年度達到300艘載人艦,到2052財政年度增長到327艘載人艦。根據備選方案3,海軍將在2033財政年度達到300艘載人艦,到2052財政年度增長到367艘載人艦。

CRS關于美海軍造船項目的報告

對某些海軍造船項目的詳細報道可以在以下CRS報告中找到:

CRS報告R41129,海軍哥倫比亞號(SSBN-826)級彈道導彈潛艇計劃。

CRS報告RL32418,海軍弗吉尼亞(SSN-774)級攻擊潛艇采購。

CRS In Focus IF11826, 海軍下一代攻擊型潛艇(SSN[X])的計劃

CRS報告RS20643,海軍福特(CVN-78)級航母計劃。

CRS報告RL32109,海軍DDG-51和DDG-1000驅逐艦計劃。

CRS In Focus IF11679,海軍DDG(X)下一代驅逐艦計劃。

CRS報告R44972,海軍星座(FFG-62)級護衛艦計劃。

CRS報告R43543,海軍LPD-17 Flight II和LHA兩棲艦計劃。

CRS報告R46374,海軍輕型兩棲戰艦(LAW)計劃。

CRS報告R43546,海軍約翰-劉易斯(TAO-205)級油船建造計劃。

CRS In Focus IF11674, 海軍下一代后勤船 (NGLS)計劃。

CRS In Focus IF11838,海軍TAGOS-25(以前的TAGOS[X])海洋監視船建造計劃。

CRS報告R45757,海軍大型無人駕駛水面和水下航行器。

美國國會對 2023 財年造船資金申請的行動摘要

海軍2023財年擬議預算要求279億美元的造船資金,除其他外,用于采購8艘新船,包括2艘弗吉尼亞(SSN-774)級攻擊潛艇、2艘阿利-伯克(DDG-51)級驅逐艦、1艘星座(FFG-62)級護衛艦、1艘LPD-17 Flight II級兩棲艦、1艘約翰-路易斯(TAO-205)級油輪和1艘納瓦霍(TATS-6)級牽引、打撈和救援船。

表4總結了國會對海軍2023財年造船資金要求的行動。該表顯示了要求的數額和國會對這些要求數額的修改。在填寫的一欄中,如果有一個空白單元格顯示國會對申請金額的改變,則表示與申請金額沒有變化。

表 4. 國會對 2023 財年資金申請的行動摘要

資料來源。表由CRS根據海軍2023財年原始預算報告、委員會報告和2023財年國防授權法和2023財年國防部撥款法的解釋性聲明編制。

備注。百萬美元。空白單元格表示對要求的數額沒有變化。AP=預先采購資金;HASC=眾議院軍事委員會;SASC=參議院軍事委員會;HAC=眾議院撥款委員會;SAC=參議院撥款委員會;SLEP=延長服務壽命計劃。

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美國海軍的無人作戰框架和智能自主系統(IAS)戰略解析了美國海軍的愿景,即如何通過迭代實驗來發展無人平臺,重點是發展新的作戰概念和實現這些想法的關鍵技術。美國海軍需要制定一個作戰概念(CONOPS),將無人水面和水下航行器(USV/UUV)納入現有情報、監視和偵察(ISR)流程。無人平臺(UV)面臨著操作和續航方面的挑戰,這將使它們在情報周期的處理和開發功能中成為獨特的難點。本文討論僅限于兩個具有顯著續航能力和收集能力的無人平臺,這兩項能力使無人平臺對作戰具有重大影響。這項工作回顧了關于超大型UUV(XLUUV)和中型USV(MUSV)能力和預期任務的非機密文獻,并與MQ-4C海神偵察機的發展進行了比較。確定了海軍在開發CONOPs時應該考慮的幾個因素和解決方案,如何在戰役層面將XLUUV和MUSV集成到ISR中。

1 簡介

“無人平臺在我們未來的艦隊中發揮著重要作用。成功地整合無人平臺——在海面下、在海面上和海面上空——為我們的指揮官提供了更好的選擇,以便在有爭議的空間里作戰和獲勝。它們將擴大我們的情報、監視和偵察優勢......”--美國海軍作戰司令部,2021年航行計劃

美國海軍目前正在開發一系列無人的空中、水面和水下航行器,以滿足其未來部隊需求。海軍的無人作戰框架和智能自主系統(IAS)戰略解析了海軍的愿景,即如何通過反復實驗來開發這些新平臺,重點是發展新的作戰理念和實現這些理念的關鍵技術。無人平臺將支持海軍的目標,即建立一支更加分散的部隊,能夠在通信退化的環境中作戰,同時在受到反介入和區域拒絕威脅的挑戰時能夠應對。雖然海軍的無人平臺仍處于不同的發展階段,但有足夠的數據表明它們的能力,可以提出新作戰概念,將這些新平臺與海軍長期以來的優先事項相結合。

美國海軍需要制定一個作戰概念(CONOPS),將無人水面和水下航行器(USV/UUV)納入現有情報、監視和偵察(ISR)流程中,無論是在戰斗期間還是在日常的非戰斗行動中。這種CONOPs將支持智能自主系統中至少兩個子類——分布式和持久性傳感器,以及戰斗空間的擴展、清晰化和精確化。無人平臺(UV)雖然有潛在的強大的收集能力,但面臨著操作和續航方面的挑戰,這將使它們在情報周期的處理和開發功能方面成為獨特的麻煩。海軍使用無人平臺作為ISR資產的概念將需要納入這些平臺獨特的適合完成的作戰目標,并且應該在這些平臺能力正在形成和實戰化的時候就開始制定。

為了把重點放在戰爭的戰役層面上,討論將限于兩個具有重要續航能力和收集能力的無人平臺,使它們具有實質性的作戰影響。這項工作回顧了關于超大型UUV(XLUUV)和中型USV(MUSV)能力和預期任務的非機密文獻,并與MQ-4C Triton(一種大型海上無人駕駛飛行器)的發展相比較。它確定了海軍在制定將XLUUV和MUSV整合到作戰層面的ISR的CONOP時,應該考慮的幾個因素和解決方案。分析的重點是在以海洋為中心的戰場上使用這些平臺,對手是在海面下、水面、空中和太空領域使用軍事力量的近鄰或同級對手。提到作戰指揮官時,設想了一個戰區聯合部隊海上分指揮官(JFMCC)和情報人員,在岸上或海上作戰中心(MOC)內運作。

2 背景介紹

美國海軍的分布式海上作戰(DMO)概念是為了在反介入、區域拒止(A2AD)戰場上擊敗競爭對手,它依賴于分布式、網絡化的ISR平臺。ISR資產將定位對手并為武器使用平臺提供目標支持。無人平臺與多域作戰(DMO)概念極其相關,因為DMO設想在對手的對峙或反介入武器的交戰區域內使用海軍資產。海軍23財年的長期海軍建設計劃指出,海軍預計在45財年擁有89-145個無人平臺,并提到更詳細的信息,可在機密的能力發展計劃中獲得。22財年的建設計劃明確指出,海軍正在尋求59-89艘USV和18-51艘UUV。海軍的資金優先級和迭代式無人平臺開發支持CNO將無人平臺作為分布式作戰的一個重要組成部分。

情報、監視和偵察是三個獨立但密切相關的功能,對于軍事行動至關重要。廣義上講,情報是收集和分析與決策有關的信息。監視是使用收集資產來監測一個地點的相關活動,而偵察是將收集資產部署到一個確定的區域,以定位或確認沒有相關活動。當無人平臺用于ISR功能時,將主要作為收集資產來監視或偵察特定區域,尋找相關活動。這些平臺的 "無人"性質,使平臺本身更具有成本效益,不容易被置于危險之中,但卻使其作為ISR資產的有效性變得復雜。采集行動必須以足夠嚴格的方式進行預規劃,以滿足指揮官在不可能重新分配任務的通信環境中繼續生存。此外,收集到的數據必須傳送給有能力將信息開發成情報的分析人員,以便為作戰決策提供依據。

3 MQ-4C "海神"偵察機

MQ-4C "海神"是由RQ-4 "全球鷹 "改裝的大型無人機,用于提供持久的海上ISR。"海神"的開發是為了滿足海軍對持久性ISR的需求,最終被確定為廣域海上監視(BAMS),用于A2AD環境。"海神"在一次任務中可以飛行超過24小時,作戰范圍為8,200海里。為了滿足海軍的要求,對RQ-4進行了具體的修改,最明顯的是要求在惡劣的海上天氣下下降和上升,以便目視識別通過電子信號定位的水面航行器。這一要求需要增加除冰能力、防雷和其他強化措施。

2020年1月,海軍對 "海神 "進行了首次早期作戰能力(EOC)部署,向關島的安徒生機場派出了兩架飛機。該飛機作為CTF-72的一部分,向在INDO-PACOM責任區作戰的聯合部隊提供海上巡邏和偵察,這是ISR的一個方面。在飛行行動中,"海神 "由四名飛行員組成的機組控制,他們在地面控制點進行操作。這些操作員駕駛飛機,不進行情報開發,情報開發由一個單獨的專家小組提供。2020年派往關島的機體并不具備整套預期的收集能力,只有光電/紅外(EO/IR)視頻流和一個海上雷達。海軍目前正在測試 "海神 "的升級版、多智能改進版,它增加了信號情報收集能力,是打算取代有人駕駛的EP-3E Aeries II飛機的平臺。

盡管還沒有完全投入使用,但 "海神 "號的早期使用提供了一些經驗,應該為大型無人水面和水下船只的發展提供參考。首先,"海神"和其他無人平臺所收集的信息將需要傳送給人類分析人員進行開發。雖然存在識別感興趣的信號的自動化程序,但它們還不能將這些信息置于當前友軍和敵軍行動的背景下,并告知決策者。其次,大型無人駕駛系統依賴于岸上的維持和維護。像 "海神 "一樣,任何大型的平臺都需要返回基地或港口進行維修、加油和卸載收集的數據。這些岸上的設施是平臺操作的關鍵要求,可能會受到干擾或攻擊。第三,在建造無人平臺時,應了解任務和有效載荷在未來可能發生變化。為平靜的海況和適度的溫度而建造的無人平臺,在大海里、惡劣的天氣或極端的水溫下,可能不那么有效或無法操作。

4 “虎鯨”超大型無人潛航器(XLUUV)

5個“虎鯨”超大型無人潛航器(XLUUV) 中的第一個,在19財年得到資助。其基于波音公司的Echo Voyager XLUUV進行開發,預計在22財年作為一個測試平臺,用于開發作戰概念和關鍵的使能技術。XLUUV幾乎肯定不會有能力以載人潛艇的保真度來探測、跟蹤和分類聲音。這主要是因為UUV缺乏訓練有素和有經驗的船上潛艇人員的專業知識,而且XLUUV是一個比載人潛艇小得多的平臺,限制了任何船上聲納陣列的能力。然而,XLUUV的模塊化性質擴大了其潛在的收集能力,包括船上攜帶的任何可部署的系統,以及船體安裝或牽引的聲納陣列。下面將討論基于有機傳感器或XLUUV攜帶的有效載荷進行數據收集。

將XLUUV作為ISR資產使用的最重大挑戰是缺乏與地面控制點的頻繁通信。現有的能力并沒有確定XLUUV是否有能力升起一個通信桅桿或浮標來傳輸數據和接收修訂的指令。這樣做會削弱使用水下航行器作為ISR資產的主要優勢,即它的隱蔽性。這為作戰計劃者確定了三種可能的行動方案。第一,XLUUV在其行動期間不能發送或接收任何數據。這將限制XLUUV只執行預先計劃的行動,并剝奪行動指揮官重新分配資產的任何能力。第二,XLUUV可以部署一個僅有接收能力的通信天線。這將允許指揮官重新分配XLUUV的任務,但不允許該資產廣播接收指令,這使得操作人員不確定新的指導是否正在執行。用來傳達這種新指導的廣播有可能揭示UUV或潛艇的行動區域。第三,XLUUV可以采用一個同時具有發射和接收能力的通信浮標。這將使指揮官能夠發布新的指令,并確認XLUUV已經收到并將執行新的任務,但也有可能將UUV的位置暴露給對手。每種方案都是在安全和作戰指揮官的靈活性之間做出的折衷。

繼隱身之后,UUV作為ISR資產的第二個主要優勢是其收集聲學數據的能力。聲學情報,即對這些數據的處理和利用,是一門極富挑戰性的學科。聲學數據需要分析人員花費數年甚至數十年的訓練和經驗來進行分析。由于這門學科的挑戰,海軍應該尋求現有的聲學情報卓越中心來分析XLUUV收集的數據。海軍在弗吉尼亞和華盛頓有兩個海軍海洋處理設施(NOPFs),由聲學和情報專家共同管理。這些設施作為綜合海底監視系統(IUSS)的一部分運作,并對來自海上采集資產的聲學數據進行持續分析使用。對于ISR功能,海軍應考慮將XLUUV作為IUSS資產,并利用NOPFs的常駐聲學情報專家來處理和分析收集的數據。

需記錄的聲學信息通常也會產生大量的數據,覆蓋較長的時間段。可能需要幾周或幾個月的時間來充分開發XLUUV任務的所有記錄數據。當考慮到前面討論的通信挑戰時,使用XLUUV作為ISR資產將需要對XLUUV支持的確切行動目標進行詳細規劃。這種規劃應導致對UUV的反應進行預先規劃,以滿足指揮官意圖的具體檢測。操作員應考慮三種反應,即立即反應、暫時延遲反應,或決定繼續執行任務并在回港后分析數據。

一旦XLUUV檢測到特定的標準,例如特定對手潛艇的聲學特征,它的反應應該由作戰指揮官仔細預先確定。在這種情況下,XLUUV有三種可能的行動。第一,停止其任務,并通過通信桅桿或非系留的單向傳輸浮標,立即向作戰指揮官發出通知,說它已經探測到對手的潛艇。如果敵方潛艇對指揮官的部隊構成危險,并且需要時間敏感的定位信息來使反潛戰(ASW)資產加入戰斗,這種反應可能是適當的。二,XLUUV可以釋放一個單向的通信浮標,在延遲后將探測結果廣播給作戰指揮官。這種折中的反應將為指揮官提供最近的定位數據,并提高他的態勢感知,但也允許UUV離開該地區,繼續執行其任務而不暴露其位置。如果指揮官希望在近乎沖突的時期提高態勢感知,但又不試圖主動瞄準對手的潛艇,這種反應可能是合適的。第三,XLUUV可以簡單地繼續記錄聲學數據,對探測進行日志記錄,并繼續執行其任務。日志記錄將有助于回港后的開發。這種反應在非沖突時期和XLUUV執行一般監視任務或收集作業環境信息時可能是合適的。這些反應選項中的每一個都利用了當今可用的技術,并為作戰指揮官提供了靈活性,以根據作戰需要指揮所需的反應。

波音公司公開的Echo Voyager XLUUV的數據顯示,它的航程為6500海里(NM),最大速度為8.0節,最佳速度為2.5-3.0節。從關島阿普拉港到俄羅斯太平洋艦隊所在地阿瓦查灣約2450海里,到中國南部戰區海軍駐地亞龍灣約2050海里。如果Orca XLUUV的能力與Echo Voyager的能力相近,這將使最有可能收集情報的地點處于部署在關島的XLUUV的行動范圍之內。然而,在離母港很遠的地方使用XLUUV可能會導致在接收和利用收集的數據方面出現重大延誤。根據2.5-8.0節的前進速度,從阿瓦查灣返回關島大約需要13至40天。該平臺漫長的旅行時間,加上分析所收集的數據所需的大量時間,促使XLUUV在ISR中最有可能的用途是對作戰環境的一般性收集,或有可能實施監視任務,將該平臺的長耐久性與前面描述的即時或延遲傳輸通信方法相結合。

作為一個無人平臺,XLUUV在維持和維護方面也將面臨獨特的挑戰,這將影響其作為ISR資產的使用。XLUUV被設想為一種可部署或遠征的能力。對這種能力的討論似乎僅限于單個或少量的船體,然而DMO概念和海軍造船計劃設想了幾十個平臺,所有這些平臺都將需要運輸、地面支持和碼頭空間來運作。任何降低或拒絕完成任務的物質缺陷都需要長時間返回港口或可能返回位于對手威脅范圍之外的水面艦艇。維護和保養的現實需要被納入任何利用無人武器作為ISR資產的作戰計劃中,這可能導致它們主要被用于非戰斗性的情報準備任務,在這些任務中,故障的影響比戰斗行動中要小。

5 中型無人水面艦艇(MUSV)

美國海軍的MUSV目前正在基于最初的原型平臺Sea Hunter(SH1)和Seahawk(SH2)的基礎上進行開發。MUSV的具體目的是發揮ISR的作用,提供一個集成到海軍戰術網格中的無人傳感器和電子戰平臺。MUSV計劃目前在平臺能力方面的定義不如XLUUV,但其發展足以考慮具體的ISR功能和作戰概念。將MUSV作為ISR資產使用的關鍵決定是確定它們是作為獨立的收集器還是作為從屬于有人駕駛的水面艦艇的資產。

無論是哪種使用方式,MUSV都將以類似的方式發揮作用--收集現有的電子數據,進行初步的開發和處理,并將收集的結果轉發給岸上和海上的分析人員和系統。區別在于船上的收集系統在尋找什么信號,以及向誰和如何轉發收集的信息。當MUSV作為載人艦艇的支持力量運行時,它的收集系統應集中于探測和跟蹤來襲的威脅,并為被支持的艦艇提供目標定位的幫助。傳感器包應能同時識別和跟蹤反艦巡航導彈、彈道導彈、高超音速導彈、水面艦艇、有人和小型無人駕駛飛機,并提供潛望鏡探測能力。MUSV應該能夠將其收集的結果直接提供給被支持的艦艇,而不依靠干預的地面站或衛星,然后協助選擇和確定防御措施或反擊的目標。

如果作為一個獨立的收集器運行,MUSV最好配備能夠超越基線追蹤多個空中和地面目標的傳感器,并自動將這些追蹤與已知或可疑的對手平臺聯系起來。這些數據應該被轉發給作戰指揮官,以建立共同作戰圖(COP)。這兩項任務,直接支持載人艦艇或提供COP發展的獨立行動,包含了監視和偵察任務的要素。然而,最佳的傳感器和通信能力在不同的任務之間是不同的,這需要在進一步發展MUSV時予以考慮。

作為主要的電子情報(ELINT)收集器,MUSV將需要依靠現有的ELINT分析員來分析所收集的數據。海軍水面艦艇上一般都有可以進行這種分析的密碼學人員,盡管他們目前的任務是操作和利用其艦艇的有機收集能力。如果MUSV上有足夠的通信能力,那么收集到的數據可以被發送到岸上的分析人員進行利用。在這種情況下,海軍信息戰指揮部(NIOCs)是數據利用的合理地點。將需要開發基礎設施和信息技術,以便將MUSV收集的ELINT納入現有的處理系統。此外,水面艦艇和岸上設施的密碼人員配置將需要反映出增加了一個新的收集平臺,提供多個需要分析的數據流。

6 反論點

像“虎鯨”和MUSV這樣的大型無人平臺被設想為未來技術的一個組成部分,它將實現海軍的DMO概念。這一設想聲稱,從無人平臺收集的數據將通過海軍戰術網格和聯合全域指揮與控制(JADC2)網絡傳達給作戰級指揮官。CNO的NAVPLAN 2021指出,建立一個強大的海軍作戰架構(NOA),這將支持將無人平臺收集的數據納入JADC2,是僅次于調整海上戰略威懾力量的第二大發展重點。目前的ISR平臺開發正在將重點從人力密集型部隊轉向自動化能力,以在有爭議的環境中擊敗同行的對手。AI/ML的使用將導致收集的數據處理和利用的速度呈指數級增長,大大增強作戰指揮官的態勢感知,并減少從檢測到對手到使用武器的時間。對收集到的數據進行網絡化、自動化的利用,將是分布式作戰的一個重要推動因素。

7 辯證

網絡化通信和AI/ML的發展必然會導致無人平臺的有效使用,這有三個原因。第一,作戰藝術取決于對作戰環境、敵方和友方部隊以及作戰目標的深入分析和理解。無論提供何種工具,這種理解和部隊的有效使用將始終取決于一個有能力的作戰指揮官。作為一種ISR資產,無人平臺將依賴于指揮官和情報人員的明確行動任務。第二,目前人工智能/ML工具在情報分析中的狀態是有希望的,但離開始復制人類分析的能力可能還有很長的路要走。人工智能/ML工具只能復制人類思維和行動所形成的模式,而且幾乎可以肯定的是,無論開發何種算法,都會錯過與作戰藝術相關的新趨勢和異常數據。海軍在培訓和保留AI/ML專業知識方面也面臨挑戰。第三,大型UV目前正處于迭代實驗階段,在設計平臺能力的同時,現在就需要制定作戰概念。等到無人平臺達到最終的生產狀態,再為這些新的收集資產制定ISR CONOPs,將使海軍情報專家無法在開發過程中告知滿足作戰意圖所需的傳感器和能力。

8 結論

美國海軍情報界需要充分投資于大型無人平臺的發展,特別是發展將這些平臺用于ISR角色所需的能力和概念。海軍在將無人平臺納入ISR過程中的經驗將為利用無人水面和海底艦艇提供參考,但不能直接轉化為利用無人平臺。在通信惡化或被拒絕的環境中運行的無人平臺可能需要大量的岸邊基礎設施來處理和利用收集的數據,對這種基礎設施和人力的投資應該與平臺的開發同時進行。從無人平臺收集的數據可能需要大量的時間來處理和利用,減少了它們在指示和警告(I&W)任務中的作用,并可能引導最佳傳感器套件來支持作戰環境的收集。由于在處理和利用收集的數據方面的挑戰,無人平臺不會取代現有的載人飛機、水面和水下航行器以及國家高空收集的ISR功能,但如果開發和使用正確的能力和作戰概念組合,無人平臺可能會成為發展指揮官態勢感知的有力工具。

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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。

第1章:導言

1.1 背景和動機

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]。

1.2 研究目標

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。

1.3 方法論

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。

1.4 結果

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。

1.5 論文組織

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。

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由美國導彈防御局(MDA)和海軍實施的宙斯盾彈道導彈防御(BMD)計劃,使海軍宙斯盾巡洋艦和驅逐艦有能力進行BMD行動。具備BMD能力的宙斯盾艦在歐洲水域作戰,保衛歐洲免受來自伊朗等國家的潛在彈道導彈攻擊,并在西太平洋和波斯灣提供區域防御,防止來自朝鮮和伊朗等國家的潛在彈道導彈攻擊。隨著時間的推移,具有BMD能力的宙斯盾艦的數量一直在增加。MDA提交的2023財政年度預算報告指出,"到2023財政年度末,將有50艘具有BMDS[BMD系統]能力的[宙斯盾]艦需要維護支持"。

宙斯盾BMD項目的資金主要來自MDA的預算。海軍的預算為BMD相關工作提供了額外的資金。MDA的2023財年擬議預算要求為宙斯盾BMD工作提供總計16.591億美元(即約17億美元)的采購和研發資金,包括為波蘭和羅馬尼亞的兩個宙斯盾岸上基地提供資金。MDA的預算還包括宙斯盾BMD項目的運營和維護(O&M)以及軍事建設(MilCon)資金。

國會關于宙斯盾BMD計劃的問題包括以下內容:

  • 是否批準、拒絕或修改MDA為該項目提出的年度采購和研究與開發資金申請。

  • MDA的成本估算和成本報告是否充分。

  • 宙斯盾BMD計劃在保衛美國本土免受洲際彈道導彈攻擊方面應發揮什么作用。

  • 具備BMD能力的宙斯盾艦的所需數量與可用數量。

  • BMD行動可能給海軍的宙斯盾艦隊帶來的負擔,以及是否有其他方法來執行現在由美國海軍宙斯盾艦執行的BMD任務,如建立更多的宙斯盾岸上基地。

  • 盟國負擔的分擔--盟國對區域BMD能力和行動的貢獻與美國海軍對海外區域BMD能力和行動的貢獻相比。

  • 宙斯盾BMD項目在關島新的導彈防御系統架構中的作用。

  • 是否將夏威夷的 "宙斯盾 "試驗設施轉換為陸基 "宙斯盾 "BMD作戰地點。

  • 艦載激光器在未來幾年內對海軍終端階段BMD行動的貢獻,以及這最終可能對所需的艦載BMD攔截導彈數量產生的影響。

  • 宙斯盾BMD計劃中的技術風險和測試與評估問題。

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自軍事航空業誕生以來,美國軍方一直對遙控飛機感興趣。今天的無人機系統(UAS)通常由一個無人駕駛飛行器(UAV)和一個地面控制站組成。自20世紀90年代,隨著MQ-1 "捕食者 "的推出,無人機系統在美國軍事行動中已變得無處不在。

美國軍方目前采用了幾種不同的大型無人機系統,包括

  • 陸軍的MQ-1C灰鷹
  • 空軍的MQ-9 "死神"
  • 海軍的MQ-25 "黃貂魚"
  • 空軍的RQ-4 "全球鷹"
  • 海軍的MQ-4C "海獅"
  • 空軍的RQ-170 "哨兵"

此外,其他幾個報告的項目計劃要么正在開發,要么目前正在進行試驗。這些計劃包括空軍的B-21突擊機和空軍的RQ-180。

當國會履行其監督和授權職能時,它可能會考慮與無人機系統有關的幾個潛在問題,項目相關的幾個潛在問題,包括

  • 有人駕駛飛機與無人駕駛飛機的成本。
  • 缺乏公認的后續項目記錄。
  • 整個國防部對無人機系統采購的管理。
  • 無人機系統與現有部隊結構的相互配合。
  • 無人機系統出口管制。

在美國軍方,遙控飛行器(RPV)最常被稱為無人駕駛飛行器(UAV),被描述為單一的飛行器(帶有相關的監視傳感器)或無人駕駛飛行器系統(UAS,或無人機系統),通常由一個飛行器與一個地面控制站(飛行員實際坐在那里)和支持設備組成。當與地面控制站和通信數據鏈相結合時,無人機形成了無人機系統或UAS。

美國國防部(DOD)對無人機的定義,并延伸至無人機系統,是指涵蓋下列特征的飛機:

  • 不攜帶人類操作員。
  • 使用空氣動力提供升力。
  • 可以自主飛行或遠程駕駛。
  • 可以是消耗性的或可回收的。
  • 可以攜帶致命或非致命的有效載荷。

根據國防部的定義,彈道或半彈道載具、巡航導彈和炮彈不被視為無人機系統。

無人機系統的作用和任務已經隨著時間的推移而演變,從收集情報、監視和偵察到執行空對地攻擊任務。此外,一些分析家預測了無人機系統的未來作用,如空對空戰斗和戰斗搜索和救援。然而,對無人機系統的未來概念和任務的詳細討論超出了本報告的范圍。

1 無人機系統(UAS)歷史

無人機系統在第一次世界大戰期間首次進行了測試,盡管美國在那場戰爭中沒有在戰斗中使用它們。美國在越南戰爭期間首次在戰斗中使用了無人機系統,包括AQM-34 Firebee,這一系統體現了無人機系統的多功能性。例如,"火蜂 "最初在20世紀50年代作為空中炮擊靶機飛行,然后在20世紀60年代作為情報收集無人機飛行,并最終在2002年被改裝為有效載荷。

美國軍隊在科索沃(1999年)、伊拉克(2003年至今)和阿富汗(2001年至今)等沖突中使用無人機系統,說明了無人機的優勢和劣勢。(下面討論的MQ-1 "捕食者 "進一步體現了這些優勢和劣勢)。當無人機系統執行歷史上由有人駕駛飛機執行的任務時,它們經常獲得媒體的關注。與有人駕駛飛機相比,它們似乎還具有兩個主要優勢:(1)它們消除了飛行員的生命風險(見關于MQ-4C的討論);(2)它們的航空能力,如續航能力,不受人類限制的約束,并使用對人類來說可能太危險的固有不穩定設計,改進低可觀察技術。此外,無人機系統可以通過執行不需要飛行員在駕駛艙內的 "枯燥、骯臟或危險 "的任務,潛在地保護飛行員的生命。這些任務的例子包括1999年由B-2轟炸機執行的30小時長航時任務(枯燥的任務);空軍和海軍的B-17飛機穿過核云收集放射性樣品(骯臟的任務);以及在存在主動威脅的情況下進行的情報監視和偵察飛行,如便攜式防空系統或綜合防空系統(危險任務)。

此外,無人機系統的采購和操作可能比有人駕駛的飛機更便宜。然而,較低的采購成本可能會與國防部的意見相權衡,即無人駕駛平臺比有人駕駛平臺更有可能發生A類事故,即造成250萬美元的損失、生命損失或飛機毀壞的事故(表1)。當比較事故率時,即以每10萬小時飛行的事故報告,以便對不同類型的飛機進行比較,與有人駕駛的飛機相比,無人駕駛的飛機發生A級事故的可能性要高92%;當MQ-1的事故率從無人駕駛的子類別中刪除時,與有人駕駛的飛機相比,MQ-9和RQ-4發生A級事故的可能性高15%(見表1)。雖然與無人駕駛平臺相比,有人駕駛飛機通常有更多的A類事故,但這一結果可能是由于有人駕駛飛機的數量更多。

表1. 1998至2021財年的軍用飛機失事和毀壞率

國防部通常使用三種模式來操作無人機系統:(1)政府擁有和操作的系統,(2)政府擁有但由承包商操作的系統,以及(3)承包商擁有和操作的系統。當無人機系統首次被引入部隊時,國防部使用了承包商擁有和操作的模式,因為國防部培訓軍事人員來操作這些新型飛機。在培訓了足夠的人員后,國防部過渡到了政府擁有和經營的模式。然而,國防部對分配給承包商運營的飛機(包括政府和承包商擁有的飛機)的任務類型進行了限制,將這些類型的行動限制在情報、監視和偵察的作用。

1.1 MQ-1 "捕食者"與無人機系統的引入

最早進入軍隊服役的無人機系統之一是MQ-1 "捕食者",當時國防部在1996年選擇了空軍來操作 "捕食者"。根據空軍的說法,"捕食者 "的設計目的是 "向作戰人員提供持久的情報、監視和偵察信息,并結合打擊能力"。20作為國防部高級研究計劃局(DARPA)合同下的先進概念技術示范機,"捕食者 "在1995年仍作為技術示范機進行了首次作戰部署,支持北約對塞爾維亞的空襲。從1999年3月到7月,"捕食者 "在科索沃上空飛行了600多架次,進行實時監視和戰損評估。2001年9月,"捕食者 "被部署到阿富汗,在2001年9月11日的恐怖襲擊之后,為支持 "持久自由行動 "提供長期的情報、監視和偵查。美國軍隊對 "捕食者 "的廣泛使用促進了其他密切相關的無人機系統(如下所述)的發展,這些系統旨在執行各種類型的任務。盡管 "捕食者 "于2018年3月9日正式退役,但美軍目前的大部分無人機系統機隊都是基于相同的技術,包括源自 "捕食者 "的機體。

“捕食者”由加利福尼亞州圣地亞哥的通用原子航空系統公司開發,以其綜合監視有效載荷和武器裝備能力幫助定義了無人機系統的現代作用。捕食者的主要功能是對潛在的地面目標進行偵察和目標獲取。為了完成這一任務,"捕食者 "配備了450磅的監視有效載荷,其中包括兩臺電子光學(EO)相機和一臺用于夜間的紅外(IR)相機。這些攝像機被安置在車頭下的球狀炮塔中。掠奪者 "還配備了一個多光譜瞄準系統(MTS)傳感器球,它在EO/IR有效載荷中增加了一個激光指示器,使掠奪者能夠跟蹤移動目標。此外,"捕食者 "的有效載荷包括一個合成孔徑雷達(SAR),它使無人機系統能夠在惡劣的天氣中 "看到"。捕食者的衛星通信提供了超越(地面)視距無線電的操作。

MQ-1捕食者的物理特征:"捕食者"是一種中高度、長壽命的無人機系統。它長27英尺,高7英尺,翼展48英尺,有細長的機翼和一個倒 "V "形的尾翼。"捕食者"通常在10,000到15,000英尺的高度運行,以便從其視頻攝像機獲得最佳圖像,盡管它能夠達到25,000英尺的最大高度。每輛飛行器可以在離其基地500多海里的地方停留24小時,然后返回家園。"捕食者"的飛行員和傳感器操作員從地面控制系統中駕駛飛機。

2001年,作為一項輔助功能,"捕食者 "配備了攜帶兩枚地獄火導彈的能力。以前,"捕食者 "識別目標并將坐標轉發給一架有人駕駛的飛機,然后與目標交戰,但增加反坦克彈藥后,無人機系統能夠對時間敏感的目標發動精確攻擊,并將 "傳感器到射擊 "的時間周期降至最低。因此,空軍將 "捕食者 "的軍事名稱從RQ-1B(偵察型無人機)改為MQ-1(多任務無人機)。

在 "捕食者 "作戰成功后,陸軍和空軍都開發了變種飛機,包括MQ-1C "灰鷹 "和MQ-9 "收割者"(下文討論)。這些飛機使用了原來的 "捕食者 "機身,同時增加了發動機功率和武器裝備。

2 選定的當前無人機系統項目計劃

以下各節概述了國防部目前選定的無人機系統項目。

  • 陸軍的MQ-1C “灰鷹”
  • 空軍的MQ-9 "死神"
  • 海軍的MQ-25 "黃貂魚"
  • 空軍的RQ-4 "全球鷹"
  • 海軍的MQ-4C "海獅"
  • 空軍的RQ-170 "哨兵"

除了RQ-170 "哨兵 "是一個公認的機密無人機系統項目外,這些選定的系統都有國防部發布的選定采購報告,其中提供了詳細的信息和系統特征。表2提供了這些選定的無人機系統的特征摘要。

表2. 選定的無人駕駛飛機的特征摘要

2.1 MQ-1C “灰鷹”

MQ-1C“灰鷹”(圖1)是MQ-1 "捕食者 "的陸軍衍生產品。根據陸軍的說法,MQ-1C“灰鷹”為作戰人員提供了專用的、有保障的、多任務的無人機系統能力,涵蓋所有10個陸軍師,以支持指揮官的作戰行動和陸軍特種部隊及情報和安全指揮部。 陸軍表示,MQ1C灰鷹能夠以150節的最大速度在25,000英尺的高度飛行至少27小時。它可以攜帶四枚地獄火導彈,以及光電傳感器、合成孔徑雷達和通信中繼器。根據2021財年選定的采購報告,陸軍的MQ-1C“灰鷹”在2019財年飛行了超過494,000小時,實現了92%的戰斗行動可用性。

圖1. MQ-1C “灰鷹”

陸軍總共采購了204架飛機,其中11架是訓練飛機,13架是 "戰備浮動飛機"(即備件)。平均采購單位成本(基本上是每架飛機的成本)為1.275億美元。36 陸軍在2018年8月完成了MQ-1C "灰鷹 "的作戰測試和評估,目前在15個陸軍連隊運營該無人機系統。

2.2 MQ-9 "死神"

MQ-9 "死神"(圖2)--以前是 "捕食者B"--是通用原子公司對MQ-1 "捕食者 "的替代。根據空軍的說法,MQ-9 "死神 "是一種中高海拔、長續航時間的無人機系統,能夠進行監視、目標獲取和武裝對抗。盡管MQ-9 "死神 "借鑒了MQ-1 "捕食者 "的整體設計,但MQ-9 "死神 "長13英尺,翼展長16英尺。MQ-9 "死神 "還采用了900馬力的渦輪螺旋槳發動機,比MQ-1 "捕食者 "的115馬力發動機功率大得多。這些升級使MQ-9 "死神 "能夠達到最大50,000英尺的高度,240節的空速,24小時的續航時間,以及1,400海里的航程。然而,MQ-9 "死神 "與其前輩最不同的特點是其軍械能力。MQ1捕食者能夠攜帶兩枚100磅的地獄火導彈,而MQ-9死神可以攜帶多達16枚地獄火導彈,相當于陸軍阿帕奇直升機的有效載荷能力,或者混合500磅的武器和小直徑炸彈。在2018日歷年,MQ9 "死神 "總共飛行了325,000小時--其中91%的小時,即約296,000小時,是為了支持作戰行動而飛行的。

圖2. MQ-9 "死神"

2021年1月,通用原子公司披露了MQ-9 "死神 "的一個新的海上反水面戰變體。據報道,MQ-9B "海上衛士 "配備了聲納浮標投放(投放旨在識別潛艇的傳感器)和遙感能力(很可能是指 "海上衛士 "用于搜索水面艦艇的合成孔徑雷達),目前正在太平洋地區進行測試。

根據2020財年選定的采購報告,空軍已與通用原子公司簽訂合同,在該計劃的有效期內建造366架MQ-9 "死神"。按2008年美元計算,平均采購單位成本為2230萬美元(或按2022財年美元計算約為2800萬美元)。在2022財年,空軍沒有要求采購任何MQ-9 "死神",但眾議院軍事委員會在其標記中授權額外采購6架飛機。

2.3 MQ-25 "黃貂魚"

由波音公司制造的MQ-25 "黃貂魚"(圖3)旨在為海軍的航母航空隊提供空中加油。根據海軍的說法,MQ-25將率先實現有人和無人操作的整合,展示成熟的復雜的海基C4I[指揮、控制、通信、計算機和情報]無人機系統技術,并為未來多方面的多任務無人機系統鋪平道路,以超越新興威脅。MQ-25的要求是解決基于航母的加油和持久的情報、監視和偵察能力的需要。

MQ-25 "黃貂魚 "由一個飛行器和一個控制系統組成,旨在適合航空母艦。它的首次飛行是在2019年9月進行的。MQ-25 "黃貂魚 "目前正處于采購過程的工程、制造和設計階段,海軍計劃在2023財政年度開始采購。根據2021財年的選定采購報告,海軍打算采購76架飛機,平均采購單位成本為1.21億美元。海軍在確定將加油作為其第一個航母上的無人機系統任務之前,研究了幾個無人戰斗飛行器概念。

圖3. MQ-25 "黃貂魚"

2.4 RQ-4 "全球鷹"

諾斯羅普-格魯曼公司的RQ-4 "全球鷹"(圖4)是美國空軍目前投入使用的最大和最昂貴的無人機系統之一。RQ-4 "全球鷹 "集成了多樣化的監視有效載荷,其性能被廣泛認為可與大多數有人駕駛的間諜飛機相媲美或超越。RQ-4全球鷹長47.6英尺,重32,250磅,與一架中等規模的公司飛機差不多大。根據空軍的說法,RQ-4全球鷹的飛行高度幾乎是商業客機的兩倍,可以在65,000英尺的高空停留超過34小時。它可以飛到5,400海里外的目標區域,在60,000英尺高空徘徊,同時監測一個伊利諾伊州大小的區域(近58,000平方英里)24小時,然后返回。RQ-4 "全球鷹 "最初被設計為一種自主的無人機,能夠根據預先編入飛機飛行計算機的輸入進行起飛、飛行和降落;然而,空軍通常在任務控制飛行員和傳感器操作員的配合下操作這些飛機。

圖4. RQ-4 "全球鷹"

RQ-4全球鷹目前以三種配置部署。Block 20、Block 30和Block 40:

  • 20號機被稱為戰場機載通信節點(BACN,發音為 "bacon"),充當地面部隊的通信中繼。目前有四架飛機采用這種配置。

  • 30號機使用合成孔徑雷達(SAR)、光電/紅外(EO/IR)傳感器、增強型綜合傳感器套件(EISS)和機載信號情報有效載荷(ASIP)的組合。Block 30的初衷是為了取代U-2間諜飛機。目前有20架Block 30飛機正在服役。

  • 40號機整合了具有地面跟蹤能力的多平臺雷達技術(可跟蹤地面部隊的雷達,類似于E-8C JSTARS飛機)。10架Block 40飛機正在服役。

截至2016財年的選定采購報告,RQ-4全球鷹已經飛行了14萬小時(其中10萬小時支持作戰行動)。2014年,79.7%的飛機可用于執行任務。2014財年的平均采購單位成本為1.228億美元(或按2022財年調整后的美元計算為1.411億美元)。總統的2022財年預算請求重申了空軍計劃在2021財年退役所有Block 20飛機,并在2022財年退役所有Block 30飛機。

2.5 MQ-4C "海獅"

海軍的MQ-4C "海神"(圖5)也被稱為廣域海上監視(BAMS)系統,它以 "全球鷹 "Block 20機身為基礎,但使用不同的傳感器,與P-8 "海神 "有人駕駛飛機一起支持海上巡邏行動。根據2020財年選定的采購報告,"安裝在MQ-4C天龍上的任務傳感器提供360度的雷達和光電/紅外覆蓋"。報告稱,海軍打算在2020年10月達到初始作戰能力,并在2021年5月做出全速生產的決定。在2019年的年度報告中,作戰測試和評估主任表示,海軍結束了對該飛機的作戰評估,這支持了早期的實戰決定。MQ-4C "海獅 "的平均采購單位成本在2016財年為1.461億美元(或在2022財年約為1.626億美元)。

圖5. MQ-4C "海獅"

2019年6月,伊朗軍方在阿曼灣擊落了一架MQ-4C "海獅",國防部稱其為BAMS飛機。根據海軍的新聞簡報,這架飛機當時正在該地區飛行,監測霍爾木茲海峽是否有伊朗對商業航運的威脅。國防部官員表示,"這次襲擊是在最近國際航運和商業自由流動受到威脅之后,試圖破壞我們監測該地區的能力。" 當時,特朗普政府似乎考慮對伊朗摧毀一架美國飛機進行報復性打擊,但據報道,在回應一架無人駕駛飛機的損失時,升級風險是不值得的。

2.6 RQ-170 "哨兵"

盡管RQ-170 "哨兵"(媒體也稱之為 "坎大哈的野獸")被公開承認存在,但關于它的大部分信息都是保密的。RQ-170 "哨兵 "首次在阿富汗上空被拍到,但據說也曾在韓國作戰,它是一種無尾的 "飛翼",比美國目前的其他無人機系統更隱蔽。 據報道,一架RQ-170 "哨兵 "在2011年5月1日對奧薩馬-本-拉登的駐地進行了監視和數據中繼。伊朗政府在2011年12月2日聲稱擁有一架完整的RQ-170 "哨兵",因為它被指控侵入了伊朗領空。

RQ-170 "哨兵 "由洛克希德-馬丁公司制造,翼展約65英尺,長近15英尺,由一臺噴氣式發動機驅動。它的上翼表面似乎有兩個傳感器托架(或衛星天線外殼)。雖然該機具有像B-2隱形轟炸機那樣的固有的低可觀察性混合機翼/機身設計,但RQ-170 "哨兵 "的常規進氣口、排氣口和起落架門表明其設計可能沒有完全針對隱形進行優化。

根據空軍的說法,"RQ-170哨兵是空軍正在開發、測試和投入使用的低可觀察性無人駕駛飛機系統(UAS)"。 沒有進一步的官方狀態。

2.7 其他報告的項目計劃

盡管其他無人機系統項目正在開發中,但它們在很大程度上是保密的,因此有關它們的信息并不公開。這些項目包括B-21 "突襲者"(據說是一種能夠進行遠程駕駛的載人轟炸機)和RQ-180。2021年12月4日,空軍部長弗蘭克-肯德爾透露,空軍打算在2023財政年度啟動兩個新的無人機系統項目,但沒有其他信息。

B-21 "突襲者"

即將推出的B-21 "突襲者 "不是一個純粹的無人機系統;這種遠程轟炸機預計將由遠程或機上人員操作。B-21(圖6)打算在常規和核方面發揮作用,有能力穿透先進的防空環境并在其中生存。預計它將在20世紀20年代中期開始服役,建立一個由100架飛機組成的初始機隊。B-21將駐扎在德克薩斯州的戴斯空軍基地、密蘇里州的懷特曼空軍基地和南卡羅來納州的埃爾斯沃思空軍基地,其中埃爾斯沃思是訓練基地。

圖6. 對B-21的渲染圖

B-21是圍繞三個具體的能力而設計的:

1.一個大而靈活的有效載荷艙,能夠攜帶目前和未來的各種武器裝備。

2.航程(盡管是保密的)。

3.預計每架飛機的平均采購單位成本為5.5億美元(2010財政年度),這是公開宣布的,以鼓勵競爭廠商限制其設計。

盡管空軍已經發布了轟炸機的藝術效果圖,但具體設計仍然是機密。

為了實現5.5億美元的目標,單位成本被指定為采購戰略中的一個關鍵性能參數,這意味著達不到這個價格就會失去投標資格。(該價格是基于采購100架飛機;數量的變化可能會影響實際的單位成本)。在授標公告中,空軍透露,諾斯羅普公司中標的獨立成本估計為每架飛機5.11億美元,相當于2016財年的5.64億美元。空軍表示,截至2021年的平均采購單位成本在2010財政年度為5.5億美元,或在2022年為6.7億美元。

RQ-180

據報道,另一個正在開發的無人機系統項目是RQ-180,據說是一種轟炸機大小的無人機系統。 2014年6月9日,前空軍負責情報、監視和偵察的副參謀長羅伯特-奧托中將說,空軍正在 "研究RQ-180遙控飛機,以使其更好地進入有爭議的空域,在那里,無人駕駛的RQ-4全球鷹和有人駕駛的U-2S平臺是很脆弱的。" 關于RQ-180的其他細節幾乎沒有公開發布,空軍也沒有正式承認該計劃。

3 關于國會潛在的問題

本節討論了國會在考慮國防立法時可能出現的問題,包括與載人系統的成本比較,缺乏后續的記錄項目,組織管理,與現有部隊結構的互操作性,以及出口管制。

3.1 與載人系統的成本比較

在2021年6月的一份報告中,美國國會預算辦公室(CBO)研究了有人和無人的情報、監視和偵察(ISR)飛機之間的成本、可靠性和出動率。值得注意的是,CBO確定RQ-4全球鷹每飛行小時的成本約為18,700美元,或載人P-8海神的62%,后者可執行類似任務,每飛行小時的成本為29,900美元。報告還指出:

  • 與P-8相比,RQ-4全球鷹預計每年多飛行356小時

  • RQ-4全球鷹的預計壽命為20年,而P-8的預計壽命為50年

  • RQ-4全球鷹的采購成本為2.39億美元,而P-8海神的采購成本為3.07億美元(約為該載人平臺采購成本的78%)。

同樣,其他UAS飛機的購置成本和每飛行小時的成本也比有人駕駛飛機低。然而,UAS飛機通常比有人駕駛飛機有更高的事故率。國會在比較飛機系統時可以考慮這種權衡--較低的成本與較高的風險。

3.2 缺少后續項目記錄

在伊拉克和阿富汗沖突期間,美國軍方每年購買數百個無人機系統,主要是MQ-1 "捕食者 "和MQ-9 "死神",但也有RQ-4 "全球鷹 "和MQ-4 "海獅"。當這些沖突結束后,采購量驟然下降。例如,各部門在2012財政年度采購了1211架中型或大型無人機系統,但到2014年,每年的數量下降到54架無人機系統,而且這個數字還在繼續下降。2022財年的預算報告要求采購6套UAS。

國防部沒有對這一變化進行正式的評論;然而,有幾個因素可能影響了這一下降趨勢。一個是在伊拉克和阿富汗沖突期間獲得的許多無人機系統共享類似的技術,軍方可能沒有設定新的要求來納入新技術。另外,盡管那些第一代和第二代無人機系統在寬松的空中環境(如伊拉克和阿富汗的環境,那里沒有對手的空軍或防空部隊)下運行良好,但在與先進的防空部隊和飛機的近距離沖突中,它們會面臨更大的挑戰,而這些飛機越來越成為美國國防規劃的一部分。國防部也可能在更先進的技術(如噴氣動力無人機系統)成熟時,有意識地在采購方面采取戰略暫停。最后,許多無人機系統的開發被認為在這一時期轉移到了不被承認的機密系統。因此,國防部的采購可能沒有如此急劇下降,而是從非機密或公認的機密項目轉移到公共預算文件中看不到的非公認的機密項目。

3.3 組織管理

盡管大多數美國軍用無人機系統是基于MQ-1 "捕食者 "機身的,但各軍種都有無人機系統項目。在授權和監督方面,國會可以考慮以下問題。誰應該管理國防部無人機系統的開發和采購?這些項目中至少有一部分的管理應該集中起來嗎?如果是這樣,國防部的中央機構應該設在哪里?

前空軍參謀長諾頓-施瓦茨將軍提出:"理想情況下,你想做的是讓美國政府以一種能夠讓我們獲得最佳能力的方式。一個例子是BAMS[MQ-4 Triton]和[RQ-4]全球鷹。為什么海軍和空軍要有兩個獨立的倉庫、地面站和訓練管道,來處理本質上是相同的飛機和不同的傳感器?我認為我們雙方有很多機會可以更好地利用資源。" 蘭德公司2013年的一項研究發現,從歷史上看,聯合載人飛機項目并沒有帶來生命周期的成本節約,但通過一個辦公室管理多個項目而不完全合并這些項目可能是可能的。

3.4 與現有部隊結構的互操作性

無人機系統在與有人駕駛飛機執行任務時帶來了潛在的互操作性挑戰,因為飛行員并不直接在飛機上,而是位于機場上,用于起飛和降落,或者位于美國的一個設施。例如,UAS飛行員依靠攝像機或傳感器與編隊中的有人飛機進行視覺接觸。在過去的20年里,陸軍和空軍都展示了將無人機系統整合到其行動中的方法;最近,陸軍在其2021財政年度的項目匯合中試驗了新的概念。然而,海軍和海軍陸戰隊在將無人機系統整合到他們目前的機隊和行動中的經驗有限,特別是在航空母艦和兩棲艦上的大型無人機系統。隨著新的無人機系統的開發,以及使用這些飛機的新概念,有人駕駛的飛機和無人機系統將如何整合仍有待觀察。同樣,目前還不清楚與空域沖突有關的問題在多大程度上會給國防部帶來挑戰。

3.5 出口管制

美國通過多邊出口管制制度和國家出口管制來控制無人機系統的出口。

導彈技術管制制度

導彈技術管制制度(MTCR)"尋求限制 "核生化武器擴散的風險,"通過管制可能有助于此類武器運載系統(除有人駕駛飛機外)的貨物和技術的出口"。1987年由美國和其他六個國家成立的MTCR,每年舉行幾次會議,目前由35個伙伴國組成,是一個非正式的自愿安排,其伙伴國同意對一個包含兩類受控物品的附件適用共同的出口政策準則。伙伴國根據國家立法執行這些準則,并定期交流有關出口許可證問題的信息,包括拒絕技術轉讓。MTCR準則適用于武裝和非武裝無人機系統。

第一類MTCR項目是最敏感的,包括 "能夠在至少300公里范圍內運送至少500公斤有效載荷的完整無人機系統,其主要的完整子系統......以及相關的軟件和技術",以及為這些無人機系統和子系統 "專門設計的 "生產設施。伙伴國政府應 "強烈推定拒絕 "此類轉讓,無論其目的如何,但可在 "罕見情況下 "轉讓此類項目。 該準則禁止出口第一類物品的生產設施。制度伙伴在授權出口第二類物品方面有更大的靈活性,其中包括不太敏感和兩用的導彈相關部件。這一類別還包括完整的無人機系統,無論有效載荷如何,射程至少為300公里,以及具有某些特征的其他無人機系統。

MTCR準則指出,各國政府在考慮MTCR附件物品的出口請求時應考慮六個因素。(1) 對核生化擴散的關注;(2) 接受國 "導彈和空間計劃的能力和目標";(3) 轉讓對核生化運載系統的 "潛在發展意義";(4) "對轉讓的最終用途的評估",包括下文所述的政府保證;(5) "相關多邊協定的適用性";以及(6) "受控物品落入恐怖團體和個人手中的風險"。 " 該準則還規定,如果伙伴國政府 "根據所有可用的、有說服力的信息 "判斷該物品 "打算用于 "核生化武器的運載,則強烈推定拒絕轉讓MTCR附件中的任何物品或任何未列入清單的導彈。

此外,MTCR準則指出,如果出口國政府不判斷擬議的第一類無人機系統的轉讓是用于核生化運載,政府將從接受國獲得 "有約束力的政府對政府的承諾",即 "未經 "出口國政府的同意,"該項目或其復制品或衍生品都不會被再次轉讓。出口國政府還必須承擔 "采取一切必要步驟,確保該物品只用于其既定的最終用途 "的責任。此外,政府只有在得到 "接受國政府的適當保證",即接受國將只為其既定目的使用這些物品,并在未經出口國政府事先同意的情況下不修改、復制或重新轉讓這些物品的情況下,才可批準轉讓 "可能有助于[核生化]運載系統 "的物品。伙伴國政府的出口管制必須要求在政府通知出口商此類物品 "可能全部或部分用于......載人飛機以外的[核生化]運載系統 "的情況下,授權轉讓未列入清單的物品。這些限制被稱為 "全面 "管制。

其他多邊出口管制制度

其他多邊制度限制可能使無人機系統開發核生化有效載荷的技術的出口。例如,核供應國集團管理與核有關的出口,而瓦森納安排在常規武器和某些兩用貨物和技術方面發揮著類似的作用。澳大利亞集團是與化學和生物武器有關的技術的類似組織。

美國的出口管制

從2017年開始,美國向MTCR合作伙伴提交了一系列建議,以放寬該制度對某些無人機系統的出口準則。 這些政府以協商一致的方式作出決定,但沒有同意采納任何這些建議。2020年7月24日,特朗普政府宣布了一項新的無人機系統出口政策,將 "精心挑選的MTCR第一類無人機系統的子類,其飛行速度不能超過每小時800公里(大約每小時500英里),視為第二類",從而克服了MTCR對這些系統的 "強烈拒絕推定"。美國已經向法國、意大利、日本、德國、韓國、西班牙和英國出口了MTCR第一類無人機系統。

美國商務部工業與安全局(BIS)2021年1月12日的最終規則實施了對美國兩用許可程序的相關修改。BIS向國會提交的2020財政年度報告指出,取消了所有2020年MTCR會議,并解釋說,美國單方面采取這一政策是因為 "在可預見的未來,MTCR沒有進一步進展的場所"。 國務院的一位官員說,該提案 "仍然是我們在MTCR中的一項優先努力,但這--與其他許多事情一樣--受到了旅行限制的阻礙",該限制是為了應對COVID-19病毒帶來的風險。MTCR成員在2021年10月舉行了一次全體會議,但沒有通過美國的提案。

美國對無人機系統的出口施加了一些其他限制。美國務院負責管理對軍用無人機系統和其他國防物品的出口管制;這一制度的法定依據是《武器出口管制法》(AECA;P.L. 94-329)。該法第71(a)條要求國務卿保持一份MTCR附件中所有不受美國雙重用途管制的物品清單。美國出口管制法》還限制了原產于美國的國防物品的用途,并禁止未經美國政府許可向第三方轉讓此類物品。2018年出口管制法》(P.L. 115-232,B副標題,第一部分)為總統提供了廣泛而詳細的立法授權,以實施對兩用物品出口的控制,包括兩用無人機系統和相關組件。美國關于兩用物品出口的法規包含對無人機系統的全面控制。

美國政府還實施了一些法規,以確保原產于美國的無人機系統的接收者將這些物品用于其申報的目的。根據2019年5月國務院的一份概況介紹,美國將轉讓軍用無人機系統,"只有采取適當的技術安全措施"。 國務院和商務部都會進行最終監測,以確定接受國是否適當地使用出口物品。概況介紹說,一些軍用無人機系統 "可能要接受強化的最終使用監測",以及 "額外的安全條件"。根據國務院的概況介紹,美國轉讓MTCR第一類無人機系統也 "應要求與 "美國政府就該系統的使用進行定期磋商。

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美國海軍希望開發和采購三種類型的大型無人航行器(UV),稱為大型無人水面航行器(LUSV)、中型無人水面航行器(MUSV)和超大型無人水下航行器(XLUUVs)。海軍2023財年擬議預算要求為這些大型UV和LUSV/MUSV啟用技術提供5.493億美元的研究和開發資金,并為XLUUV和其他海軍UUV的核心技術提供6070萬美元的額外資金。

海軍希望獲得這些大型UVs,作為將海軍轉移到一個更加分布式艦隊架構的一部分工作,這意味著一種艦艇組合,將海軍的能力分散到更多的平臺上,并避免將艦隊整體能力的很大一部分集中到相對較少的高價值艦艇上(即一種避免 "把太多雞蛋放在一個籃子里 "的艦艇組合)。海軍和國防部(DOD)自2019年以來一直在努力制定一個新的海軍部隊目標,以反映這種新的艦隊組合。2022年4月20日發布的海軍2023財年開始30年(2023財年-2052財年)的造艦計劃,總結了對新的兵力目標進行的研究結果。這些研究概述了潛在的未來艦隊擁有27至153艘大型USV和18至51艘大型UUV。

海軍設想LUSV的長度為200英尺到300英尺,滿載排水量為1,000噸到2,000噸,這將使它們達到輕巡洋艦的大小(即比巡邏艇大,比護衛艦小的艦艇)。海軍希望LUSV是低成本、高端耐力、可重新配置的艦艇,有足夠的能力攜帶各種模塊化有效載荷--特別是反水面戰(ASuW)和打擊有效載荷,主要是指反艦導彈和對陸攻擊導彈。每艘LUSV可以配備一個垂直發射系統(VLS),有16到32個導彈發射管。盡管被稱為UV,LUSV可能被更準確地描述為選擇性或輕度載人的艦艇,因為它們有時可能有一些船員,特別是在近期內,當海軍制定LUSV的啟用技術和作戰概念時。根據海軍2023財政年度的五年(2023-2027財政年度)造艦計劃,海軍采購LUSV的計劃將在2025財政年度開始。

海軍將MUSV定義為45英尺到190英尺長,排水量大約為500噸,這將使它們與巡邏艇的尺寸相當。海軍希望MUSV和LUSV一樣,是低成本、高端耐力、可重新配置的船只,可以容納各種有效載荷。MUSV的初始有效載荷將是情報、監視和偵察(ISR)有效載荷和電子戰(EW)系統。海軍2023財年開始的五年(2023-2027財年)造艦計劃不涵蓋2023-2027財年期間采購MUSV的計劃。

XLUUV的大小大致與地鐵車廂相當。首批5艘XLUUV在2019財政年度獲得資助,正在由波音公司建造。海軍希望使用XLUUV秘密部署Hammerhead水雷,這種水雷將被拴在海底,并配備反潛魚雷,大致類似于海軍冷戰時期的CAPTOR(封裝式魚雷)。根據海軍2023財年開始的五年(2023-2027財年)造艦計劃,通過其他采購,海軍(OPN)計劃在2024財年開始采購額外的XLUUV。

在對海軍2020-2022財年的擬議預算進行標記時,國會國防委員會對海軍的采購戰略是否提供足夠的時間來充分開發這些大型UV,特別是LUSV的作戰概念和關鍵技術表示關注,并包括旨在解決這些問題的立法規定。作為對這些標記的回應,海軍已經重組了LUSV項目的采購戰略,以便遵守這些立法規定,并在進入可部署單位的批量生產之前提供更多的時間來開發作戰概念和關鍵技術。

圖1. 支持LUSV和MUSV計劃的原型機

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