隨著可機動高超音速導彈的威脅在本已繁多的彈道導彈和其他導彈威脅的基礎上進一步增加,美國正在部署越來越廣泛和復雜的天基衛星群,提供導彈預警和跟蹤功能,以加強美國的導彈防御能力。
本文探討了需要西方國家進行有效導彈防御的威脅,以及美國為防范此類威脅而進行的提供導彈預警和跟蹤(MW/MT)的最新天基計劃發展。文章還回顧了美國防部最近發布的關于保護當前和未來天基 MW/MT 及相關衛星資產的戰略。
戰略和戰術彈道導彈以及高超音速導彈構成的威脅是一種現實存在的危險,最近的地緣政治現實就充分說明了這一點。在烏克蘭戰術層面使用彈道導彈和高超音速導彈--包括首次在實戰中使用俄羅斯的 "烈火 "導彈--以及持續不斷的核威脅言論。除此之外,俄羅斯在北冰洋新澤姆利亞群島上的前核試驗場還進行了明顯的核試驗場擴建活動。2023 年 9 月,衛星探測到了這一活動,這表明俄羅斯可能在為未來的核試驗做準備--此舉將使全面禁止核試驗條約陷入混亂。俄羅斯最近表示,RS-28 "薩爾馬特 "洲際彈道導彈(ICBM)現已投入使用。
圖為 HBTS、DSP/SBIRS 和 NGP/NGG 空間架構。太空是一個高度競爭的環境,不斷演變的導彈威脅將很難被探測和摧毀。 資料來源:諾斯羅普-格魯曼公司
2023 年 7 月 13 日,朝鮮進行了最新的 "華城-18 "洲際彈道導彈試驗。據美國戰略與國際研究中心(CSIS)稱,伊朗已擁有 "中東地區最多樣化的導彈武庫,擁有數千枚彈道導彈和巡航導彈,其中一些導彈可遠至以色列和東南歐"。2023 年 6 月初,伊朗還公布了一種名為 "法塔赫 "的新型中程彈道導彈,據說射程達 1400 公里,最大速度可達 14 馬赫。
為防范此類威脅,多年來,復雜的天基衛星和傳感器對北美航空航天防御司令部(NORAD)的地面戰略防御預警能力起到了補充作用。其中包括諾斯羅普-格魯曼公司的防御支持計劃(DSP)衛星,該衛星為陸基系統的指揮和控制部門提供導彈發射探測、跟蹤和瞄準信息。諾斯羅普-格魯曼公司發言人向 ESD 詢問有關 DSP 衛星的最新信息時說:"由于技術的關鍵性,有關 DSP 的某些信息將繼續受到強化安全措施的保護。
然而,隨著導彈技術的進步和武庫的擴大,對更加復雜、互聯、彈性和重疊的天基 MW/MT 資產、傳感器和星座的需求也在增加。美國太空部隊的下一代高空持續紅外(Next-Gen OPIR)星座就是為滿足這些復雜需求而開展的一項計劃,它將最終取代目前的天基紅外系統(SBIRS)。順便提一下,SBIRS 本身最初就是為了取代一些 DSP 資產而投入使用的。洛克希德-馬丁公司(Lockheed Martin)和諾斯羅普-格魯曼公司(Northrop Grumman)正在為這一新計劃提供五個下一代 OPIR 空間飛行器;洛克希德-馬丁公司提供的三個將被置于地球靜止軌道(GEO),被稱為 NGGs(下一代地球同步軌道),諾斯羅普-格魯曼公司提供的兩個將被置于高橢圓極地軌道(HEP),被稱為 NGPs(下一代極地軌道)。
洛克希德-馬丁航天公司的第六顆也是最后一顆 SBIRS 衛星 SBIRS GEO-6 于 2022 年 8 月發射到地球同步軌道,并加入了太空部隊的 SBIRS 星群。 資料來源:洛克希德-馬丁公司
洛克希德-馬丁航天公司的第六顆也是最后一顆 SBIRS 衛星 SBIRS GEO-6 于 2022 年 8 月發射到地球同步軌道,加入了太空部隊的 SBIRS 衛星群,以提供和維持盯梢紅外監視和導彈預警能力。洛克希德公司是 SBIRS 的主承包商,諾斯羅普-格魯曼公司是有效載荷供應商。洛克希德-馬丁航天公司在一份新聞稿中說,第六顆衛星是 "邁向 SBIRS 的后繼者 NGG 系統所提供的彈性導彈預警的墊腳石",該公司稱,"與 SBIRS GEO-5 和 GEO-6 一樣,NGG 系統也是基于該公司現代化的 LM 2100 戰斗總線"。該系統 "與 SBIRS GEO-5 和 GEO-6 一樣,基于公司現代化的 LM 2100 戰斗總線",提供額外的網絡加固、彈性和增強的航天器動力,以及改進的推進和電子設備。該公司 OPIR 任務區副總裁 Michael Corriea 當時表示,對 OPIR 的需求 "從未像現在這樣重要",并在聲明中強調彈道導彈技術已經 "在全球擴散,每年跟蹤的導彈發射超過 1,000 次"。因此,SBIRS GEO-6 不僅能加強當前的導彈預警架構,其后繼者 NGG 還將提供更大的能力,并擴大其覆蓋范圍。
至于諾斯羅普-格魯曼公司的 NGP OPIR 衛星,它們將從 HEP 軌道覆蓋北半球的極地地區。據公司媒體消息稱,這兩顆衛星將包括紅外傳感器,用于 "探測和跟蹤彈道導彈和高超音速導彈",以及 "向地面傳輸任務數據的增強型通信系統,使決策者能夠識別來襲威脅的紅外熱特征"。每個 NGP 的組成還包括 "減少反空間和網絡攻擊脆弱性 "的復原功能,以及 "受保護、有保障、可生存的通信能力"。
兩個 NGP 空間飛行器的 HEP 軌道至關重要,因為跨極地路線是攻擊北美的敵對導彈的首選飛行路線,因為到達目標的距離較短。由于地球曲率的原因,地球同步軌道上的衛星無法直接看到兩極,因此只有在高頻軌道上的衛星才能實現覆蓋。
洛克希德-馬丁公司的下一代高空持續紅外 (OPIR) 地球同步軌道 (NGG) Block 0 早期導彈預警衛星。 資料來源:洛克希德-馬丁公司
在諾斯羅普-格魯曼公司對極地上空的 NGP 導彈預警事件進行的模擬中,NGP 資產現在將成為首個探測敵方導彈發射和飛行的傳感器,這得益于 OPIR 性能比早期系統的改進。一旦被探測到,實時機載處理將立即啟動,對事件進行定性,并通過實時下行鏈路向美國大陸傳輸這些信息以及導彈預警、跟蹤和其他信息。諾斯羅普-格魯曼公司稱,兩顆衛星組成的 NGP 星群將確保與地面指揮和控制的全天候直接視距通信,并有助于防止北半球極地導彈對北美的突襲。
除上述計劃和工業參與者外,美國防部還將其他天基導彈預警和跟蹤制造既得利益交到了其他參與者手中,如波音公司的千年空間系統公司、L3Harris 公司和雷神情報與航天公司。這兩家公司目前都在為美國防部的其他導彈預警和跟蹤計劃提供太空飛行器(近年來也是如此),這些計劃要求在不同平面的軌道上安裝傳感器,從低地球軌道(LEO)到中地球軌道(MEO),再到地球靜止軌道(GEO)以及高地球軌道(HEO)。
諸如美導彈防御局(MDA)的高超音速和彈道跟蹤空間傳感器(HBTSS)工作、空間發展局(SDA)的擴散戰士太空架構(PWSA)方案或美國太空部隊的寬視場(WFOV)導彈預警傳感器等方案,只是這些行業參與者正在開展的活動的一部分。
PWSA 將追蹤現在和未來的高級威脅。追蹤層將與傳輸層的低延遲網狀通信網絡相集成。 資料來源:SDA
例如,L3Harris 和諾斯羅普-格魯曼公司(Northrop Grumman)都參與了許多此類計劃,包括 MDA 的 HBTSS 計劃。L3Harris 公司于 2023 年 6 月獲得一份合同,為 MEO - 導彈跟蹤保管 (MTC) Epoch 1 計劃開發紅外傳感器有效載荷數字模型,為太空部隊未來彈性 MW/MT 星座的高超音速導彈探測和跟蹤提供支持。千年公司和雷神公司也在推進該計劃的原型空間飛行器開發,預計交付日期為 2026 年。
從上述情況不難看出,太空已成為一個競爭日益激烈的攻防環境。然而,上述復雜的高科技計劃組合,其多層次、多軌道、光學嚙合衛星方法、先進的紅外傳感器和 MW/MT 能力,提供了有彈性的設計架構,完全有機會應對和擊敗日益復雜、規避和危險的新興導彈威脅。
由于篇幅有限,無法詳細介紹所有計劃和項目,但 ESD 還是采訪了 MDA 和 SDA,以了解 HTBSS 和 PWSA 的最新進展。
據 MDA 稱,HBTSS 計劃旨在提供一個全球 HBTSS 跟蹤衛星星座,從發射到重返大氣層和/或飛行終止,持續跟蹤導彈威脅(無論是彈道導彈還是高超音速導彈),并向整個導彈防御系統的指揮和控制提供火控跟蹤數據。
據該機構稱,HTBSS星座的兩顆衛星將與陸基和海基雷達以及 "最近部署的太空部隊跟蹤衛星 "合作,演示它們如何跟蹤高超音速威脅并為攔截提供目標數據,并補充說,"這次演示將為未來導彈預警跟蹤防御任務的PWSA提供信息"。
據說,MDA 計劃在 2023 年底之前發射兩顆 HBTSS 原型衛星,以演示該系統的上述在軌能力,該機構稱,一旦演示成功,HTBSS 將成為"太空部隊擴散運行的關鍵空間傳感器星座的一部分,隨著導彈威脅的演變,它將提供更強的跟蹤目標和攔截高超音速威脅的能力"。屆時,該計劃預計將移交給 SDA。
ESD雜志采訪了 MDA,簡要了解了 HBTSS 目前的最新情況,以及該計劃是否有望在今年年底前開始在軌傳感器測試。MDA 發言人 Heather Cavaliere 告訴 ESD:"對于 HBTSS 計劃的當前階段(在軌原型演示),MDA 于 2021 年 1 月授予 L3Harris Technologies 公司(L3H)和諾斯羅普-格魯曼公司(NGC)協議。兩家公司都在開發不早于 2023 年 12 月中旬發射的在軌原型演示衛星。發射后將進行在軌測試,以測試、描述和驗證 HBTSS 的性能"。卡瓦列雷補充說:"HBTSS負責探測和跟蹤威脅,并將數據傳輸給導彈防御系統的指揮和控制部分。"
至于MDA與SDA的合作如何取得進展,以確保美軍--美國空軍/美國太空部隊等--盡快擁有最佳的天基導彈預警能力,特別是考慮到烏克蘭的情況以及美國各對手正在進行的導彈研發、 卡瓦列雷回應說:"MDA 正在與美國太空部隊的 SDA 和太空系統司令部(SSC)合作,開發 HBTSS,作為高空持續紅外(OPIR)傳感器的原型,獨特地提供火控質量數據。在操作上,HBTSS 的火控能力將成為 SDA 的 PWSA 的一部分,并將比地面雷達更快地探測到高超音速、彈道和其他先進威脅,提供高超音速威脅跟蹤數據,以便通過鏈接的導彈防御武器進行交接"。
這就引出了 "擴散戰士太空架構"(PWSA)的發展。這是 SDA 的一項計劃,該公司于 2023 年 4 月宣布成功首次發射了 10 顆衛星,這些衛星組成了該計劃的第 0 批(T0)衛星,即傳輸和跟蹤層衛星,它們將展示低延遲通信鏈路,以支持作戰人員的彈性綜合能力網絡,包括從低地軌道跟蹤先進導彈威脅。
關于該計劃的最新進展,ESD采訪了SDA負責戰略參與的副主管喬納森-威辛頓(Jonathan Withington),他說:"PWSA將追蹤現在和未來最先進的威脅。跟蹤層將與傳輸層的低延遲網狀通信網絡集成,實現從擴散低地軌道跟蹤常規和先進導彈,并隨著威脅的演變,通過螺旋式發展增加未來幾代的能力"。
今年 4 月,SDA 的公共空間服務局(PWSA)使用 SpaceX 獵鷹 9 號可重復使用兩級火箭從范登堡空軍基地發射了首批 10 顆運輸和跟蹤層 0 級(T0)衛星。 圖片來源:SDA
威辛頓補充說:"公共衛生衛星系統的開發和實戰工作進展順利,第0批(Tranche 0)衛星的前兩次發射將計劃發射的27顆衛星中的23顆送入軌道,第三次發射計劃于今年晚些時候進行。第 0 批的前兩顆跟蹤衛星在發射后 60 多天就實現了 "初亮"。自 2024 年底開始,SDA 還將按計劃投入使用第一代 PWSA(Tranche 1)"。
另一位 SDA 官員為 ESD 補充了一些背景情況,他說:"Tranche 0(T0),即作戰人員浸入式 Tranche,展示了增殖式架構在成本、進度和可擴展性方面的可行性,以實現視線外瞄準和先進導彈探測與跟蹤的必要性能。一旦完成,T0 將由 28 顆衛星組成--20 顆傳輸層衛星和 8 顆跟蹤層衛星。
該官員繼續說:"該機構對 2023 年 4 月和 2023 年 9 月發射的前兩組衛星的初步運行情況感到滿意,"他補充說,"這些衛星將繼續進行測試和檢查。SDA 在前兩次發射中發射了四顆跟蹤衛星。今年晚些時候,SDA 將與 MDA 的 HBTSS 衛星一起發射最后四顆 T0 跟蹤衛星。這種發射合作使公共工程安全局的 MW/MT 傳感器和 MDA 的 HBTSS 導彈防御傳感器在進行未來 MW/MT/ 導彈防御混合架構演示時能夠發揮更大的協同作用"。
SDA已經開始了Tranche 1衛星的建造階段,并仍計劃從2024年末開始實戰第一代PWSA。"該官員說:"T1跟蹤層將為MW/MT提供近乎全球的單點覆蓋,從2025年開始發射。T2 跟蹤層正在進行源選擇,將為 MW/MT 提供近乎全球的立體覆蓋,并根據從 T0、HBTSS 和 T1 吸取的經驗教訓提供初步的導彈防御能力。T1 跟蹤層將能夠感知最新的彈道導彈和高超音速導彈威脅,并對其做出作戰響應。T2 跟蹤系統將繼續提高靈敏度,并領先于未來的威脅。這位 SDA 官員最后確認,Tranche 1 將包括大約 150 顆運輸和跟蹤衛星。
在四月發射時的新聞聲明中,SDA 主任 Derek Tournear 說:"通過這次發射,我們證明了 SDA 可以按計劃每兩年提供一次增強功能。這種革命性的方法得益于商業市場的增長,使公共工程和服務管理局能夠繼續前進,在未來的每個階段提供作戰能力"。該機構自己也表示,其 "方案在通信、數據傳輸和導彈預警領域提供了國家安全混合空間架構的一個組成部分",其 "獨特的采購戰略......通過設計和快速部署一個由低地球軌道小型衛星組成的威脅驅動的彈性星座,實現了更快和更便宜的能力交付"。
在太空中部署大量昂貴的衛星是一回事,但說到對這些 MW/MT 和其他天基資產的威脅和保護,美國防部 9 月中旬發布的 "太空政策審查和衛星保護戰略 "就涉及到了這些問題。
該文件首先強調了未來五年俄羅斯等大國在太空安全環境中的威脅。
如前所述,俄羅斯在烏克蘭戰爭中廣泛使用彈道導彈并引進高超音速系統,這提醒當今世界導彈戰爭的可怕性質。根據這份政策文件,俄羅斯確實運行著 "世界上一些能力最強的單個 ISR 衛星,用于光學圖像、雷達圖像、信號情報和導彈預警"。
然而,根據該政策文件,俄羅斯對美國和盟國的 MW/MT 及其他天基資產的威脅來自于 "可逆和不可逆反空間系統的開發、測試和實戰",包括 "干擾和網絡空間能力、定向能武器、在軌能力和地基 DA-ASAT 導彈能力"。
事實上,俄羅斯的 DA-ASAT 能力在 2021 年 11 月 15 日得到了證明,當時俄羅斯摧毀了自己的一顆過時衛星,據報道使用的是 A-235 PL-19 反彈道/反衛星導彈。美國國務卿安東尼-布林肯在當時的新聞聲明中說:"到目前為止,這次試驗已經產生了 1500 多塊可跟蹤軌道碎片,并可能產生數十萬塊較小的軌道碎片。這次危險而不負責任的試驗所產生的長壽命碎片將在未來幾十年內威脅到對所有國家的安全、經濟和科學利益至關重要的衛星和其他空間物體。" 然而,值得注意的是,美國、中國和印度此前也都開發并測試過 DA-ASAT 能力。
為了保護 MW/MT 衛星系統和傳感器,美國防部的政策審查和戰略指出,"彈性"將作為 "使對手無法從太空攻擊中獲益 "的關鍵方法,并將通過 "國防部太空架構轉變 "來實現,在可能的情況下,"從依賴高價值的專用衛星轉變為設計彈性架構",國防部補充說,這一轉變 "已經在進行中"。事實上,根據該文件,國防部希望在這一方法下重新開發的第一個領域是 MW/MT。
該文件說,已經對"......旨在滿足未來作戰性能需求、建立應對現代軍事威脅的復原力并確保成本參數的架構......提出了關于衛星數量和軌道系統能力多樣化的建議 "進行了評估。報告補充說,"正在進行的部隊設計研究包括:應對遠程威脅的火力控制;實現前沿作戰的戰術 ISR;確保數據貫穿決策和作戰管理的空間數據網絡;以及保護和防御行動,以保護重要基礎設施和天基能力"。
NGP 將覆蓋北極地區,并對北半球進行全天候覆蓋。 資料來源:諾斯羅普-格魯曼公司
審查還涉及敵方系統對天基資產的威脅,這些敵方系統旨在從軌道上對天基資產進行物理操縱,或以干擾等其他方式剝奪天基資產的運行效力,并采取移動和機動等緩解行動來保護天基資產。在保護天基多波段/多載波雷達和其他系統時,還必須考慮非敵對性的空間和地面自然氣候事件。審查報告沒有忘記來自網絡空間的威脅,指出 "網絡安全在提高美國太空架構的復原力方面也發揮著關鍵作用",并將強化網絡以抵御網絡攻擊列為 "一項優先工作"。
美國2024 財年預算將投入 50 億美元,用于開發 "新的增殖彈性 MW/MT 架構,包括下一代 OPIR 空間能力",以及配套的地面系統,這些系統將共同 "跟蹤更大范圍的威脅,包括高超音速和機動武器"。
此外,2024 財年預算還要求撥款 4.81 億美元,用于 "地面和天基傳感器、深空雷達和地基光學系統項目",這些項目可對空間系統面臨的威脅發出警報和警告,從而 "提高國防部空間數據系統的能力和復原力"。
審查報告最后列舉了五項能力,美國太空司令部司令認為,要實現審查文件中的建議,這五項能力是優先事項。這些能力包括:彈性指揮與控制、綜合空間火力與保護、靈活的電子戰架構、增強的空間戰場意識以及強大的網絡防御能力。
參考來源:歐洲安全與防務雜志
本文解釋了計算機輔助軍事實驗的方法和過程。介紹了可從計算機輔助軍事實驗中獲益的軍事流程,并詳細闡述了每個流程的最佳實踐。最后,簡要討論了新出現的概念及其對軍事實驗要求的潛在影響,并對教程進行了總結。在教程中,現場演示了地緣戰略展望發展、防御規劃、作戰計劃分析、計算機輔助軍事實驗設計和實施。
當代許多沖突都處于灰色地帶,或者說是混合沖突。對社會的威脅來自多個方面。盡管它們可能是由不同的行為者發起的,但其影響會不斷累積,并造成不像過去那樣直觀的最終狀態。因此,我們所處的環境具有波動性、復雜性、不確定性和模糊性(VUCA)的特點。要應對混合威脅,就必須及時、協調和全面地使用各種手段,并采用創新和適應性概念。預測、設計、整合和規劃都需要新的工具和方法。因此,概念開發和實驗已成為戰略級軍事總部的一項關鍵職能。
環境的波動性、復雜性、不確定性和模糊性(VUCA)特點增加了對大數據處理、建模、仿真和其他計算機輔助軍事實驗手段的需求。戰略總部可以開展計算機輔助實驗,用于地緣戰略前瞻、全領域概念和條令開發、能力設計和集成、先期和響應規劃。請注意,我們傾向于使用 "全域 "一詞,而不是 "聯合",后者意味著陸地、空中和海上的任何組合。太空和網絡空間已作為新領域加入(Cayirci 等人,2017 年)。
教程包括以下七個部分:
第2節首先介紹了所有領域的軍事轉型流程以及它們之間的聯系。然后,解釋軍事實驗活動中每個階段的流程和產出。我們還確定了支持軍事實驗各階段的建模與仿真工具和方法。
第 3 節是關于計算機輔助軍事實驗以開發地緣戰略前瞻,這通常是所有領域戰爭開發的第一步。我們定義了地緣戰略行動者的狀態向量和工具,并舉例說明了量化這些向量和工具的分析模型。博弈論方法可用于地緣戰略展望的開發。聽眾將深入了解國家矢量(即政治、軍事、經濟、社會、信息、基礎設施)和工具(即外交、信息、軍事、經濟、金融、情報和執法)的建模。他們還將學習如何利用博弈論進行戰略展望。
第 4 節是關于國防規劃的建模和模擬支持。戰略遠見是未來情景和突發事件的基礎。聽眾將學習如何將情景(包括情景中的交戰方)轉移到軍事建設性模擬系統中,并利用模擬計算情景的最佳能力要求,同時滿足政治層面提出的約束和限制。
第 5 節重點介紹如何對新概念或新條令進行建模和仿真驗證。概念和條令可能涉及各種主題。因此,它們之間的性質可能會有很大不同,新概念和新條令的實驗需要豐富的工具集和靈活的思維方式。本節將解釋模擬的類型及其在概念測試中的應用動態。
第 6 節重點介紹組織和程序。能力包包括條令、組織、培訓、物資、人員、領導力、設施和互操作性。兵棋推演通常用于了解軍事組織和程序動態。因此,我們也簡要介紹了兵棋推演方法。
第 7節介紹利用軍事構造模擬系統進行計算機輔助實驗的方法。聽眾可以了解如何設計和運行計算機輔助軍事實驗。介紹了用于作戰計劃軍事實驗的計算機仿真工具實例。我們闡述了讀取作戰計劃并將其傳輸到軍事構造模擬系統的動態過程。解釋了設計實驗、執行實驗、收集數據和分析收集到的數據所面臨的挑戰,以及應對這些挑戰的最佳做法。
第 8 節討論了軍界倡導的新概念及其對軍事仿真工具集的具體影響,以及在訓練、演習、兵棋推演和實驗中的應用,并對本教程進行了總結。
圖3 概念開發背景下的軍事實驗活動流程
軍事實驗活動(MEC)是一項實證研究,旨在深入了解和認識防御計劃、條令、作戰計劃或軍事能力包(MCP)的作戰概念(CONOPS)。請注意,軍事能力包由條令、組織、訓練、物資、人員、領導、設施、互操作性組成,因此,軍事能力包 CONOPS 的 MEC 可能包括測試條令、設施、組織等的實驗。MEC 是一系列相關的實驗,用于探索和完善有關細化 CONOPS 草案的知識。如圖 3 所示,MEC 過程(MECP)分為四個階段:規范、計劃、實施和報告。此外,MEC 框架中的每個實驗都有三個子階段:規劃、實施和報告。MEC 中的每次試驗都是精心策劃和認真執行的一系列測試,通過在受控環境中操縱選定的相關因素,對選定的性能指標進行觀察和測量,以確定或跟蹤原因和影響。
為了真實地再現軍事行動,嚴肅的戰斗模擬要求建模實體具有合理的戰術行為。因此,必須定義作戰戰術、條令、交戰規則和行動概念。事實證明,強化學習可以在相關實體的行為邊界內生成廣泛的戰術行動。在多智能體地面作戰場景中,本文展示了人工智能(AI)應用如何制定戰略并向附屬單元提供命令,同時相應地執行任務。我們提出了一種將人類知識和責任與人工智能系統相結合的方法。為了在共同層面上進行交流,人工智能以自然語言下達命令和行動。這樣,人類操作員就可以扮演 "人在回路中 "的角色,對人工智能的推理進行驗證和評估。本文展示了自然語言與強化學習過程的成功整合。
為了獲得模型架構的靈感,我們研究了 DeepMind 的 AlphaStar 架構,因為它被認為是復雜 RL 問題領域的最先進架構。通過我們的架構(如圖 2 所示),我們提出了一種靈活、可擴展的行動空間與深度神經網絡相結合的適應性新方法。觀察空間的設計基于如何準備戰場的軍事經驗。通常使用地圖和可用部隊表。因此,模擬觀測被分為標量數據(如可用坦克數量及其彈藥)。同時,基于地圖的輸入作為視覺輸入提供給空間編碼器。
標量數據用于向人工智能提供幾乎所有場景細節的建議。其中包括有關自身部隊及其平臺的數據,以及有關敵方部隊的部分信息。輸入并非以絕對數字給出,而是采用歸一化方法來提高訓練效果。編碼器可以很容易地寫成多層感知器(MLP);不過,使用多頭注意力網絡可以大大提高訓練后智能體的質量,因此應予以采用(Vaswani 等人,2017 年)。
為了理解地理地形、距離和海拔高度的含義,人工智能會被輸入一個帶有實體編碼的地圖視覺表示。顏色方案基于三通道圖像,這使我們能夠輕松地將數據可視化。雖然使用更多通道會給人類的圖形顯示帶來問題,但人工智能能夠理解更多通道。不同的字段類型和實體會用特殊的顏色進行編碼,以便始終能夠區分。這種所謂的空間編碼器由多個卷積層組成。最初,我們嘗試使用 ResNet-50 (He 和 Zhang,2016 年)和 MobileNetV3 (Howard 等,2019 年)等著名架構,甚至使用預先訓練的權重。然而,這并沒有帶來可接受的訓練性能。因此,我們用自己的架構縮小了卷積神經網絡(CNN)的規模。
為了測試和優化這一架構,我們使用了一個自動編碼器設置,并使用了模擬中的真實樣本。我們能夠將參數數量從大約 200 萬減少到大約 47000。此外,我們還生成了一個預訓練模型,該模型已與模擬的真實觀測數據相匹配。這一步極大地幫助我們加快了 RL 進程。
一個可選元素是添加語言輸入,為人工智能定義任務。雖然一般的戰略人工智能不使用這一元素,但計劃將其用于下屬智能體。這些智能體將以自然語言接收來自戰略人工智能的任務,并使用雙向門控遞歸單元(GRU)編碼器對其進行處理。
視覺數據、任務數據和標量數據的編碼值被合并并輸入核心網絡。根據 Hochreiter 和 Schmidhuber(1997 年)的介紹,核心主要是一個擁有 768 個單元的長短期記憶(LSTM)組件。在軍事場景中,指揮官必須了解高價值資產的長期戰略規劃。在本模擬中,人工智能可以請求戰斗支援要素,這些要素在影響戰場之前需要長達 15 分鐘的時間。因此,人工智能必須了解未來任務的時間安排和規劃。在 RL 中使用 LSTM 網絡相當困難,因為它需要大量的訓練時間,而且會導致上面各層的梯度消失。因此,我們決定在 LSTM 上添加一個跳過連接,以盡量減少新增層的負面影響。
動作頭由一個自然語言處理(NLP)模型組成。這是一個非常簡化的動作頭模型,包含一個小型 LSTM 和一個額外的密集層,共有約 340000 個參數。其結果是一個尺寸為 8 x 125 的多離散動作空間。
除主模型外,還有一個單獨的價值網絡部分。價值網絡使用核心 LSTM 的輸出,并將對手信息串聯起來傳遞給 MLP。然后,MLP 可以精確預測價值函數。通過對手信息,價值網絡對模擬有了一個上帝般的地面實況視圖。由于該網絡只與訓練相關,因此可以在不干擾訓練完整性的情況下進行。
近年來,槍支暴力事件急劇增加。目前,大多數安防系統都依賴于人工對大廳和大廳進行持續監控。隨著機器學習,特別是深度學習技術的發展,未來的閉路電視(CCTV)和安防系統應該能夠檢測威脅,并在需要時根據檢測結果采取行動。本文介紹了一種使用深度學習和圖像處理技術進行實時武器檢測的安防系統架構。該系統依靠處理視頻饋送,通過定期捕捉視頻饋送中的圖像來檢測攜帶不同類型武器的人員。這些圖像被輸入一個卷積神經網絡(CNN)。然后,CNN 會判斷圖像是否包含威脅。如果是威脅,它就會通過移動應用程序向保安人員發出警報,并向他們發送有關情況的圖像。經過測試,該系統的測試準確率達到 92.5%。此外,它還能在 1.6 秒內完成檢測。
本文探討了認知戰的概念,這是一種通過操縱對手的認知機制來實現戰略目標的多層面方法。本文借鑒歷史實例和當代發展,深入探討了現代沖突中日益受到關注的 "人心 "問題。分析包括俄羅斯軍事文獻中提出的認知戰的兩個主要組成部分:反射控制和心理戰。西方文獻曾對 "反射控制 "進行過討論,而 "心理戰 "則是最近才出現的一個鮮為人知的概念。本文探討了這兩個組成部分的理論和哲學基礎,強調了它們對認知過程的共同重視。心理戰是 "可控混亂 "戰略的一個組成部分,旨在占領對手的意識并誘導集體心態的變化,而 "反射控制 "則旨在通過有針對性的信息影響對手。本文還討論了認知戰對北約和西方國家的影響,強調了采取積極主動的措施和加強認知防御以抵御對手利用系統漏洞的企圖的重要性。最后,本文強調了保護人類思維的迫切需要,因為人類思維已成為當代戰爭中追求政治目標的主要戰場。
無論是在和平時期還是在沖突時期,信息、心理和影響力行動都被用來實現多個戰略層面的目標。雖然有觀點認為法國軍隊在第一次世界大戰期間通過攔截無線電和電話通信最先參與信息作戰(Bailey, 2001),但孫子早已論述了將后方和陸軍的團結和士氣與敵方進行比較的重要性(Sun Tzu & von Clausewitz, 2000)。此外,腓特烈大帝以其令人印象深刻的情報系統而聞名,他利用欺騙手段誤導對手對其兵力和意圖的認識,從戰略上瞄準對手的信息和認知過程(Dufy, 1974)。
過去 50 年的科技進步,尤其是信息和通信技術的進步,使人們有可能以創新的方式運用行之有效的戰爭方法。由于戰爭的首要目標是政治,而軍事手段只是實現這一目標的手段,因此爭奪 "人心 "已成為當代戰爭的一個重要方面。鑒于北約軍事威懾力量的高度可信性,這對西方國家具有重要影響。對手不再僅僅依靠常規軍事手段,而是越來越注重利用西方的系統性弱點,通過控制對手的認知過程,影響個人和集體層面的認知、行為和決策,從而取得政治上的勝利。從本質上講,人腦已成為戰場,而整個社會則是主要目標。
北約及其成員和盟國一直在發展對認知戰意義和影響的理解,而俄羅斯的軍事文獻則對類似現象進行了獨特的分析。西方認知戰的方法不區分影響的層次。換言之,認知戰可指針對個人、群體或整個社會的行動。相反,俄羅斯軍事文獻將戰爭中的認知因素分為 "反射控制"(Refexive Control)和最近提出的 "心理戰"(Mental Warfare)。
西方文獻中廣泛討論的 "反射控制 "主要集中于通過誘導個人或群體對現實的認知發生轉變來操縱他們的認知過程。相比之下,"心理戰 "試圖重塑個人和社會集體的認知過程,目的是改變他們的社會意識。這是通過破壞精神和道德價值觀、傳統以及國家的文化和歷史基礎來實現的(伊爾尼茨基,2022 年)。
因此,本文的目的是對西方和俄羅斯當代認知戰的進展進行分析,尤其側重于確定核心理論和概念基礎、流行趨勢以及所使用的工具。鑒于這一領域仍在不斷發展,本文提出了更多的問題,而不是給出明確的答案。因此,本文是對西方和俄羅斯圍繞認知戰正在進行的討論的介紹性探討。本文的第一部分從西方的視角提出了自己的見解,隨后的部分則深入探討了俄羅斯的發展,最后得出結論。
自 2017 年起,美國開始使用 "認知戰"(Cognitive Warfare)一詞來描述一個國家或有影響力的團體為操縱敵方或其民眾的認知機制而可能采用的特定行動模式。認知戰的目標是削弱、煽動、影響目標實體,并有可能征服或摧毀目標實體(Stuart,2017)。認知戰整合了信息戰的各個組成部分,將針對無形資產的心理戰和影響戰與旨在擾亂或破壞有形信息系統的網絡戰結合起來。
根據 Claverie 和 du Cluzel(2022 年)的研究,認知戰戰略通常包括通過提供有偏見的信息(或經過數字修改的信息)來蓄意操縱現實,從而達到促進自身利益的目的。新通信工具的出現成倍地擴大了可能性的范圍,在這一領域產生了新的方法和目標。然而,這種復雜性的增加凸顯了潛在目標采取持續復原姿態的重要性,因為受害者可能只有在攻擊發生后才會意識到。這就強調需要采取積極主動的措施,有效地應對認知戰威脅。
如圖 1 所示,認知戰在兩個傳統上相互獨立的作戰領域交匯處占據著舉足輕重的地位:一方面是心理作戰(PSYOPS)和影響作戰(通常與權力概念相關),另一方面是網絡作戰(主要用于防御和破壞物理信息資產)。雖然認知戰的技術方面,特別是涉及網絡能力的方面,與傳統的心理戰不同,但認知戰可以被視為一種互補的努力,其特點是在心理影響領域內具有共同的目標和戰略(Claverie & du Cluzel,2022 年)。因此,認知戰的主要目標不僅僅是輔助戰略規劃或在不直接對抗的情況下取得勝利。相反,它涉及到一場深刻的沖突,涉及到敵對群體的思想、情感和信念,最終重塑他們對現實的認知(Claverie & du Cluzel,2022 年)。
圖 1:認知戰與 PSYOPS(廣義上包括實際心理作戰和其他非動能行動,如影響行動和軍民合作)之間的差異。改編自 Claverie 和 du Cluzel (2022)。
認知戰不僅僅是一種輔助戰略,也不僅僅是一種不通過肉搏戰而取得勝利的手段。其根本目標是通過操縱敵方對現實的感知,對其核心信仰、價值觀和情感發動戰爭。這種類型的戰爭專門針對敵人的思維過程、認知框架和整體世界觀,影響他們如何感知世界和形成概念思維。認知戰的預期效果包括改變世界觀,從而擾亂敵方的平靜心態,破壞其確定性,削弱其競爭力,阻礙其繁榮發展(Claverie & du Cluzel, 2022)。
從本質上講,認知戰是一種利用信息、技術和心理行動來左右對手的認知、信念和決策的沖突形式。其最終目的是干預現實構建過程,破壞心理自信、對過程的信任,以及對群體、社會甚至國家順利運作至關重要的機制(Claverie & du Cluzel, 2022)。因此,認知戰的目的是擾亂或利用對手的決策能力,操縱他們的認知,最終獲得戰略優勢。它可以包括心理戰,如宣傳或虛假信息、網絡攻擊以及通過數字通信傳播虛假信息。國家和非國家行為者都可以參與認知戰,并對對手的決策能力產生重大影響。
認知戰將新技術與人為因素和系統相結合,包括人工智能(AI)、機器學習(ML)、信息通信技術(ICT)、神經科學、生物技術和人類增強過程。這種融合對安全這一包含經濟、社會和文化問題的廣泛概念構成了高風險(Masakowski 等人,2020 年)。因此,戰爭領域已從傳統的三個(陸、海、空)擴展到北約目前認可的六個(陸、空、海、空、網絡和認知)(Guyader,2022 年)。
前面的討論沒有明確北約或任何歐盟國家準備用認知戰工具與其他行為體交戰。相反,目的是更好地了解認知戰及其自衛手段。惡性行為體利用認知戰對付西方的事例時有發生。俄羅斯干預美國大選,散布虛假信息詆毀媒體、公共機構、政治家和公務員,以及有關 COVID-19 疫苗、氣候變化、5G 技術等的虛假說法,都是這方面的明顯例子。
俄羅斯分析人士敏銳地注意到西方世界認知戰的最新發展。俄羅斯總參謀部學術期刊《Voennaia mysl'》最近刊登的一篇文章以明顯的憂慮感斷言,西方政府正高度重視尖端認知技術的發展。這些技術使他們有能力對個人、社會集體和整個國家機器的認知領域施加影響。這種能力構成了全球發達國家為實現其地緣政治目標而實施全面認知戰戰略的基石(Zhdanov 等人,2023 年)。
俄羅斯的認知戰方法與西方的理解不同。相反,它根據行動的來源劃分出兩個基本組成部分。當源頭來自俄羅斯時,它被稱為 "反射控制",而當源頭來自西方時,它被稱為 "心理戰"。雖然 "反射控制 "在西方文獻中已有廣泛論述,但 "心理戰 "的概念相對較新,值得進一步分析和討論。因此,本文將主要關注 "心理戰 "的原則。這兩個概念有著共同的理論和哲學框架,都與認知過程相關聯。此外,"心理戰 "還與 "反射控制 "共享 "反射性 "原則。
"反射控制 "是一種向對手(被控制者)提供敵方專門信息,誘使其自愿采取控制者所希望的預定行動的技術。這可以通過改變敵人的信息處理(認知)或有選擇地傳播信息(信息)來實現。當敵方受到影響而自愿做出對控制者有利的決定時,可進一步將其分為建設性反射控制和破壞性反射控制,前者的目的是破壞、癱瘓或抵消敵方的決策過程和算法。這種操縱利用道德、心理和其他因素,包括對手的個人特征,利用欺騙行動中的心理弱點。
不要把沖突僅僅看作是兩支兵力之間的互動,而必須把沖突看作是發生在敵對雙方決策過程中的一種動態。每個對手的選擇都是由他們對自己和對手的認知所決定的,從而形成兩者之間的反射互動。再現控制包括這樣一個過程,即一方向敵方提供推理或信息,引導敵方進行邏輯推理,并最終做出由發起方預先確定的決定。一個更現代的定義將其描述為一種向伙伴或對手傳遞特別準備的信息的方法,目的是引導他們自愿做出行動發起者所希望的決定。反射控制所使用的主要手段有(科莫夫,1997 年):
消耗: 這種戰術旨在迫使敵方采取不明智或徒勞的行動,消耗其資源并降低戰斗準備。它可能涉及有限的戰斗或聲東擊西的行動。
誘餌: 該戰術涉及信息反擊,使敵人在脆弱地區(后方、側翼等)感受到不需要特殊反擊措施的威脅。其目的是轉移敵人對真正威脅的注意力,使其放松警惕。
瓦解: 這種戰術主要是一種外交武器,利用信息反擊向敵方灌輸違背聯盟利益的思想。這可能包括誤導公眾輿論,或向相關國家領導人灌輸有關軍事政治局勢的錯誤觀念。此外,它還可能包括在敵國內部制造緊張局勢或加劇現有矛盾,削弱其軍事和經濟實力的行動。
綏靖: 用于說服敵方,使其相信對手持有中立或友好的意圖。它涉及信息對抗措施,給人一種例行戰斗訓練而非準備敵對行動的印象。其目的是讓敵人相信對手是和平的、不具威脅性的,從而降低他們的警惕性。任何計劃中的攻擊都要嚴格保密。
恐嚇: 目的是讓敵人了解對手真實或想象中的優勢。
挑釁: 目的是誘使敵方采取對己方有利的行動。
超負荷: 它要求在準備和敵對行動期間向敵人灌輸大量信息。這給他們的指揮系統造成壓力,迫使他們在不確定和混亂的情況下做出決定。
建議: 這種戰術涉及塑造和利用對方的行為模式。在準備階段,向敵方提供法律、道德、意識形態或其他方面的信息,促使其采取有利于對手的行動。
分散注意力和癱瘓: 在作戰行動的準備階段,對敵方最重要的地點之一(如側翼和后方)造成真實或假想的威脅。它迫使兵力重新評估其關于行動軸心的決定。
盡管人們可能對 "反射控制 "持懷疑態度,但它的明顯優勢在于,它迫使潛在用戶形成一種思維模式,即了解敵人、思考招數和反招數,并嘗試發展一種嚴謹的方法論來分析戰略問題并做出最佳決策,這一點至關重要。因此,"反射控制 "旨在改變受試者對物質世界的感知,從而影響社會意識并改變其認知過程。反射控制可以理解為一種策略,通過向合作伙伴或對手提供精心定制的信息來影響他們,從而引導他們自愿做出與發起者所期望的結果相一致的決定。因此,它是俄羅斯影響認知的主要手段之一,旨在影響對手的決策過程。它與北約之前討論的認知戰概念有許多相似之處。
心理戰的概念主要與俄羅斯人的信念有關,即他們正面臨著一場由西方通過顏色革命發動的文明戰爭,以達到俄羅斯軍事文獻中所謂的 "受控混亂 "狀態。日丹諾夫等人(2023 年)認為,俄羅斯對維護國家利益的追求已經轉變為文明對抗,表現為針對整個西方世界的混合戰爭,這不僅包括國家作為主權國家的存在,還包括整個俄羅斯文明的保存。從這個意義上說,它是之前討論的發展,而之前的討論大約在 2010 年代初就已經開始了,當時 A. A. Bartosh、I. N. Vorobyov、V. A. Kiselyov、S. G. Chekinov、S. A. Bogdanov 和其他俄羅斯軍事學者開始就俄羅斯軍事文獻中所稱的 "新一代戰爭"(Voyna novogo pokoleniya 或 New Generation Warfare)展開討論。從這個意義上說,心理戰是 "可控混亂 "戰略的主要組成部分之一,而 "可控混亂 "戰略是 "新一代戰爭 "的一部分。
"可控混亂 "是一種地緣政治模式,旨在對另一個國家(客戶國)選定的目標受害國造成破壞。這種 "破壞 "需要采取一系列措施,通過制造人為危機,削弱受害國的地緣政治優勢,包括領土面積、人口總數、國際地位、經濟潛力、軍事實力和綜合能力(Serzhantov et al.) 它還與俄羅斯的 "混合戰爭"(gibridnaya voyna)概念密切相關,該概念被定義為侵略國協調使用多種類型(工具)的暴力,旨在利用目標國的弱點,涵蓋所有社會功能,以實現協同效應,使敵人屈從于自己的意志(Bartosh,2022 年)。在這種情況下,奪取領土被推翻令人反感的政府和賦予忠誠的政治兵力所取代,從而剝奪目標國的主權并將其置于外部控制之下。
正如 Vorobyov 和 Kiselyov(2014)所述,俄羅斯深信西方正在使用一種顛覆性的意識形態武器,即所謂的 "西化"(Westernization),它涉及將與西方國家相似的社會制度、經濟、意識形態、文化和生活方式強加給俄羅斯(或其他國家)。這一戰略旨在詆毀俄羅斯現有的社會制度,在民眾中制造分裂,并為反對派運動爭取支持。從根本上說,這就是 "顏色革命",俄羅斯人堅信這是西方發動 "混合戰爭 "的主要手段。
在俄羅斯看來,"混合戰爭 "仍然是西方使用的專用工具,與俄羅斯的軍事條令格格不入。根據俄羅斯的文獻,混合戰爭的過程分為三個階段(Vorobyov & Kiselyov, 2014): 第一階段是在受害國內部挑起危機、促進不穩定、制造內部沖突;第二階段的中心是使受害國退化、貧困化,并最終將其推向解體,有效地將其轉變為通常所說的 "失敗國家";最后,西方將自己描繪成仁慈的救世主,對局勢進行干預,促進政治權力的更迭。如有必要,美國兵力隨時準備實施入侵,然后開展所謂的 "穩定 "行動。混合戰爭中使用的主要手段有(Karavaev,2022 年):
心理戰在這一過程中的作用是通過使用一套方法和影響手段,將不同規模的活動和行動進行戰略組合,以 "占領 "對手的意識為目標,挫敗社會意識,導致其意志癱瘓,并誘導民眾的個人和集體心態發生變化(Karavaev,2022 年)。因此,心理戰被定義為 "旨在'占領'對手意識的各種規模活動和行動的協調總和。這樣做的目的是麻痹其意志,改變民眾的個人和群體意識,打擊陸軍和社會的士氣,摧毀其精神和道德價值觀、傳統以及國家的文化和歷史基礎,抹殺人民的民族認同感(伊爾尼茨基,2022 年)。它有七個主要信條:
信息化: 對國家和軍事指揮系統以及對方的控制產生復雜的影響,從而導致通過所需的決定,并使基礎設施管理的運作陷入癱瘓。
心理:蓄意利用宣傳和其他手段(外交、軍事、經濟等)直接或間接影響敵方的觀點、情緒和情感,從而影響敵方的行為和文化設施。
控制論: 旨在破壞信息安全,擾亂計算機系統的運行,竊取數據,秘密監視和搜查不利證據。
政治:為政治孤立創造條件,并造成各種后果;
經濟上: 經濟:制造人為的貿易壁壘和限制,暫停投資資產。
金融: 關閉資本市場,使借貸、金融服務、中介和結算成為不可能。
混合型:結合使用秘密行動、破壞和網絡戰,以及向在敵國境內活動的叛亂分子提供支持。
無論是在和平時期還是在軍事沖突期間,其目標都是敵對一方的心態、身份、歷史傳統和價值觀。其目標是摧毀或改變影響對象:摧毀公眾意識、公共機構、國家、兵力等。心理戰的主要形式包括多向信息行動,其間使用特定的信息行動來影響人的意識(態度、感染、模仿、說服、影響、壓制和暗示),針對的領域如下(伊爾尼茨基,2022 年)。心理戰使用以下技術(Karavaev, 2022):
隱瞞有關社會各領域形勢的重要信息。
根據 "林子大了什么鳥都有 "的原則,將有價值的信息淹沒在一系列 "信息垃圾 "中。
偷換概念或曲解概念。
將注意力轉移到無關緊要的事件上。
應用媒體空間中經常使用的概念,而這些概念的含義已經發生了質的變化。
向受眾展示比正面新聞更受關注的負面信息。
討論沒有實際社會價值的事件,利用錯誤的社會學研究成果來歪曲社會形勢。
禁止某些類型的信息和新聞欄目,以防止公眾廣泛討論對某些權力結構至關重要的問題和話題。
公然撒謊,誤導民眾了解本國和外國公眾。
在這種情況下,行動重點是控制對手的認知過程,以影響個人或集體的觀念、行為和決策。目標是使受攻擊國家/地區的民眾與攻擊者的政治、社會、經濟和軍事/戰術目標保持一致。要實現這一目標,就要利用社會工程工具和技術,混淆政治辯論,癱瘓決策過程。過去三十年的技術發展、互聯網的發展以及網絡和網絡資產的重要性增加了改變和控制信息流的機會。由于目標是將信息轉化為知識的過程,信息已成為一種武器(Ilnitsky,2022 年),因此社會已成為戰爭中的一個公平目標。
克勞塞維茨闡述的持久原則強調,在大戰略層面,戰爭是圍繞政治目標展開的。新技術的出現帶來了新的交戰形式,包括動能和非動能方法。這些多層面的戰略旨在引起個人和集體認知過程的轉變,最終目的是實現戰略目標,傳統上通過動能手段來實現,現在則通過非動能手段來實現。近年來,"認知戰"(cognitive warfare)概念備受關注,其目的是操縱敵人或民眾的認知機制,以削弱、影響或征服目標實體。這種戰爭形式利用心理戰、影響戰和網絡攻擊來改變對手的認知、信仰和決策過程。在此背景下,北約和西方國家一直在努力應對認知戰的復雜性以及對手利用系統漏洞帶來的挑戰。此外,戰斗序列已從過去的體力、情感和智力因素轉變為現在的智力、情感和體力因素并重。
與當前的西方方法相比,俄羅斯軍事文獻提出了更加細致和獨特的觀點,介紹了兩個主要組成部分: 反射控制和心理戰。雖然 "反射控制 "的概念在西方文獻中已受到關注,但 "心理戰 "的概念卻是最近才出現的。反射控制和心理戰的理論和哲學基礎都以認知過程為中心。反射控制的目的是通過向對手提供有針對性的信息來施加影響,而心理戰的目標則是對方的心態、身份、歷史傳統和價值觀。
值得注意的是,心理戰是受控混亂和顏色革命背景下不可或缺的一部分。根據俄羅斯的文獻,心理戰的目的是占領對手的意識,麻痹他們的意志,并促使民眾的個人和集體心態發生變化。它試圖摧毀或改變目標國家的社會意識、公共機構、國家、兵力和其他關鍵方面。心理戰結合多向信息作戰,利用特定技術影響人的意識,包括態度、感染、說服和壓制。值得注意的是,俄羅斯認為心理戰是西方用來對付包括俄羅斯在內的不結盟國家的工具。
從這個意義上說,俄羅斯將自己定位為西方挑起的文明戰爭的受害者。俄羅斯不認為自身存在潛在的缺陷,而是將西方價值觀和政治、社會、經濟模式的吸引力歸咎于外部操縱,不認為本國精英的價值觀和政策可能會導致獨特的弱點和挑戰。因此,俄羅斯將責任歸咎于西方等外部行為體。
與此同時,俄羅斯還采用了他們認為西方正在對其使用的策略,將矛頭指向西方本身,這也可以被稱為 "文明戰爭"。他們的目的是利用西方自身的制度脆弱性,目標是推翻令人反感的政府,讓政治兵力上臺,而不是奪取領土。因此,由于目標是政治性的,他們利用了社會與政治、政府、經濟、軍事和其他機構之間的差距。因此,這些敘事不是親俄的,而是反西方、反體制、親民粹的,針對的是更廣泛的社會階層。
盡管認知戰并不能取代動能戰,但由于對手不斷采用創新和復雜的方法來實現其政治目標,西方在反擊認知戰時必須保持警惕。通過投資于積極主動的措施,包括增強復原力、信息安全和認知防御,北約及其成員國可以在面對不斷變化的威脅時更好地保護其社會并維護民主價值觀。政治家、公務員和其他利益相關者還必須明白,他們的行為會影響國家的信任度。信任度越低,認知行動成功的幾率就越高。
雖然戰術彈道導彈在以往的沖突中也曾在戰場上使用過,但在烏克蘭戰爭中,此類系統的使用是現代沖突中最為頻繁的。
本文通過一些歷史軼事介紹,從烏克蘭情報部門的視角審視了對烏克蘭使用戰術導彈的情況。文章介紹了烏克蘭戰區及其周邊地區的事態發展,并提到了烏克蘭自己的一種戰術導彈系統,以及烏克蘭非常希望擁有的一種美國系統,但至少在目前,這種系統仍與烏克蘭保持一定距離。
圖:一枚ATACMS導彈正在工廠組裝。
自去年入侵烏克蘭以來,俄羅斯一直在發射各種裝有常規彈頭和集束彈藥的戰場戰術導彈,主要攻擊烏克蘭的基礎設施。俄羅斯從一開始就威脅要用戰術核彈頭取代其中一些導彈上的常規彈頭,這種威脅一直籠罩著戰場,尤其是克里姆林宮和明斯克最近達成了在白俄羅斯部署戰術核武器的協議。對烏克蘭人來說,他們數量有限的國產戰術導彈無法與數量龐大(盡管在不斷減少)的俄羅斯武器相抗衡,盡管英國空射型"風暴陰影 "巡航導彈(作戰距離達 550 千米)已經抵達,但他們仍然希望從西方的地面發射武器庫中獲得一種射程更遠的戰術導彈系統。
這種導彈有可能相互對抗,這取決于日后做出的決定,不妨回顧一下二戰結束時納粹德國先進的科學和火箭技術最終落入美國人、西方兵力及其蘇聯盟友之手的情景,這或許是一種有趣的諷刺。V-2 是世界上第一枚戰術彈道導彈(實際上也是第一枚彈道導彈),于 1944 年夏天制成原型,并于同年 9 月首次對英國和比利時城市發射,造成了毀滅性的影響。這種射程達 320 千米的系統非常危險,因此盟軍兵力優先奪取 V-2 發射場和生產設施。到戰爭結束時,美軍已經奪取了納粹德國的大部分科研人才,包括沃納-馮-布勞恩和大約 100 名火箭科學家,以及足以制造大約 80 枚導彈的火箭組件,所有這些--科學家和硬件--都被運到了美國。與此同時,蘇聯兵力奪取了 V-2 制造設施,并隨后將這些設施從德國本土運往蘇聯,戰后恢復了該武器系統的生產。
從具有諷刺意味的二戰后雙方戰術導彈發展的技術起點/推動力,快速推進到今天烏克蘭血腥的戰場和城市中心。俄羅斯的各種戰術導彈和無人機,如 "伊斯坎德爾 "導彈(Iskander-Ms),雨點般落在烏克蘭的城鎮和城市,而烏克蘭兵力則用國產的 "格羅姆-2 "型導彈進行有限的反擊,但仍在等待盟國就武庫中的其他遠程戰術導彈(如陸軍戰術導彈系統(ATACMS))做出決定。
俄羅斯在對烏克蘭的攻擊中使用了各種戰術導彈和巡航導彈,力度很大,但據烏克蘭情報人員稱,直到最近,導彈密集攻擊之間的間隔時間越來越長,在最近的攻擊中使用了更多樣化的機載武器,如無人機。這可能表明,俄羅斯的戰術彈道導彈庫存正感受到壓力。
2023 年 3 月中旬,烏克蘭國防部情報總局(DIU)代表安德烈-尤索夫(Andrii Yusov)表示,自入侵開始以來,"伊斯坎德爾"-Ms 等戰術導彈(以及 "卡利勃 "巡航導彈系統等其他導彈)已被大量使用,但從成本和數量上看,俄羅斯無力繼續使用這些武器。因此,一段時間以來,俄羅斯在使用這些武器的同時,也在使用其庫存過時的、精確度較低的導彈。其中一個例子就是 S-300P 系統,該系統除了用于原定的地對空作用外,還被用作地對地戰術系統。事實上,S-300P 有多種不同技術能力和射程的型號,其中 48N6P-01 型導彈的最大空戰射程為 200 千米(盡管其對陸地目標的最大射程更高),攜帶的彈頭重 143 千克。
國防情報局的尤索夫說,俄羅斯在導彈攻擊中并不特別 "追求 "精確度,因此任何精確度較低的遺留庫存都非常適合采用有問題的戰術和不分目標的攻擊。他說,在許多情況下,俄羅斯似乎可以接受目標偏離多達一公里的情況,這就是為什么俄羅斯不僅打擊預定的能源基礎設施,還打擊其他設施的原因。由于 S-300P 系列導彈的大量庫存,該系列導彈很可能將繼續長期用作地對地導彈的替代品。盡管如此,據 DIU 觀察,以前的 "導彈恐怖戰術 "襲擊 "周期 "約為一周,即準備下一次導彈襲擊所需的時間(可能是精確戰術導彈庫存耗盡和等待新導彈的時間造成的),而 S-300P 系列導彈的大量庫存和其他系統的同時使用,可能會使導彈襲擊的頻率再次增加。
2023 年 3 月,DIU 的聲明盡力跟上最新導彈襲擊的步伐,以及戰場上多變和不斷變化的作戰條件,DIU 的尤索夫說,當時的戰術導彈襲擊使用的是俄羅斯工業在 2023 年 3 月 9 日襲擊烏克蘭電力基礎設施前一個月能夠制造的導彈。他說,目前俄羅斯庫存的高精度導彈不足,一些戰術系統的數量 "嚴重不足",導致當時此類襲擊之間的時間差距越來越大,因為俄羅斯未能迅速補充足夠數量的庫存。
圖:根據烏克蘭國防情報局的估計,在俄羅斯目前的庫存中,只有不到120個伊斯坎德爾-M系統(如圖所示正在組裝)。
雖然沒有涉及巡航導彈本身,但尤索夫列舉了 "卡利勃 "系列巡航導彈作為一個已知的例子。根據尤索夫的說法,俄軍當時所擁有的 "卡利勃 "巡航導彈僅為全面入侵之初的 7%,在這種情況下,即使新生產的導彈也無法彌補這種損失。2022 年 11 月,國防情報局估計俄羅斯的戰術導彈武庫中只剩下 120 枚 "伊斯坎德爾"-M 型導彈,并稱正在監測克里姆林宮從伊朗購買作戰距離約 700 千米的 "命運"-110/"佐爾法加爾 "戰術彈道導彈的計劃。國防情報局當時表示,已經為實施這些計劃做出了安排,預計這些導彈將空運到克里米亞,或海運到里海的俄羅斯港口。尤索夫還指出,俄羅斯正試圖利用一切辦法規避制裁,特別是通過走私或利用 "灰色 "計劃來獲得導彈和武器生產所需的組件(下文將詳細介紹)。
與此同時,俄羅斯似乎已經改變了戰術導彈的使用方法,當然也減少了最昂貴戰術系統的必要開支。在整體作戰進展緩慢的情況下,俄羅斯似乎已經意識到他們的戰術導彈庫存消耗得太快,難以為繼,不過在此之前,他們的庫存已經非常少,不僅是伊斯坎德爾等高精度系統,還有一般的遠程攻擊導彈。雖然俄羅斯的庫存中仍有數千枚導彈,如 S-300P 系列,但使用的數量遠遠超過生產的數量。據國防情報局估計,俄羅斯每月生產的導彈 "不超過 30-40 枚",而現役的老式導彈要么因故障無法到達目標,要么因 "破壞半徑小 "而效果有限。
今年年初,烏克蘭國防情報局的另一位代表瓦德姆-斯基比茨基(Vadym Skibitskyi)談到了俄羅斯戰術(和戰略)核導彈武庫構成的核威脅。他說,烏克蘭的軍事情報資源一直在監控這些資產的動向,烏克蘭情報部門 "知道所有的儲存地點 "以及戰術級 "核武器運載工具的數量和部署情況"。他補充說,所有運載火箭的動向以及俄羅斯國防部第 12 總局的活動都受到持續監控。該局又稱 "核技術服務局",是俄羅斯負責準備核彈頭并將其從安全儲存地點運送到部署資產的部門。斯基比茨基說,整個過程并不簡單,但該局擁有從2014年及更早以來進行的軍事演習中監控和收集戰術與戰略核兵力情報的經驗,"因此它知道俄羅斯戰術核導彈和其他物資部署中涉及的所有程序問題"。
圖:烏克蘭伊斯坎德爾導彈殘骸。
斯基比茨基當時還談到了制裁問題(前文已提及),以及俄羅斯不斷變化的導彈戰術和能力。他評論說,經濟制裁對俄羅斯聯邦的影響是顯而易見的,因此,烏克蘭國防情報局對其規避制裁、進口導彈和其他武器裝備部件的工作進行了監控。收集到的信息與烏克蘭的合作伙伴共享,并采取 "其他措施 "防止俄羅斯增加導彈和武器生產。斯基比茨基說,如今俄羅斯的戰術導彈短缺尤其與伊斯坎德爾戰術彈道導彈以及空射和海射巡航導彈系統有關,但盡管最近幾個月和幾周來高精度導彈襲擊的數量、密度和強度有所下降,但必須承認俄羅斯仍在繼續生產戰術導彈。"他說:"不幸的是,生產并沒有停止。它們的數量并不多,但仍在生產。我們現在發現了 2022 年第四季度生產的導彈碎片。因此,它們被生產出來并立即交給部隊,用于炮擊我們的設施"。
斯基比茨基回憶說,隨著導彈庫存的減少和這種幾乎 "及時 "供應的新導彈,"敵人開始組合和改變戰術"。如前所述,這一點可以從打擊的不同武器組合中看出來,例如在打擊中使用了伊朗制造的無人駕駛飛行器和隱蔽彈藥(LMs)、傳統戰術導彈、高精度戰術彈道導彈和改裝的 S-300 薩姆導彈,這些導彈被用于地對地戰術導彈,而不僅僅是一種導彈系統。DIU 的尤索夫當時評論說,雖然俄羅斯某些高精度導彈(如伊斯坎德爾-Ms)的庫存 "已降至極低水平",但他們仍擁有 "足夠數量 "的 S-300 導彈,用于打擊哈爾科夫、赫爾松、米科廖夫、蘇梅和扎波羅熱等前線城鎮。
由于戰術導彈和無人機在烏克蘭天空中主要是單向飛行,作為烏克蘭國際基金 (IFU) 的一部分,英國國防部最近就 "遠程打擊 "能力進行了招標。意向書(EOI)要求提供射程在 100-300 公里之間、有效載荷在 20-490 公斤之間的陸上、海上或空中發射導彈或火箭系統。招標于 5 月 4 日結束,公布的系統 "理想要求 "包括
IFU 是一個籌資機制,利用國際合作伙伴提供的資金為烏克蘭采購優先軍事援助,旨在確保在 2023 年及以后繼續提供軍事支持--致命和非致命支持。該基金由英國國防部代表由英國、挪威、荷蘭、丹麥和瑞典組成的執行小組管理。迄今為止,這些合作伙伴以及冰島和立陶宛為該基金提供的捐款總額已超過 5.2 億英鎊。在撰寫本報告時,"遠程打擊 "項目的供應商意向書正在接受評估,并將于 2023 年 6 月 5 日開始與有意向的供應商聯系。
隨著伊斯坎德爾-Ms 的廣泛使用(盡管現在已經供不應求),烏克蘭已經能夠使用自己生產的 Grom-2/HRIM 系統進行有限的反擊,俄羅斯聲稱已經成功地擊落了該系統。與此同時,烏克蘭仍對美國的 ATACMS 系統念念不忘。這三種系統都是戰術短程彈道導彈(SRBM),有效射程約為 500 公里(300 英里)。不過,這里的重點不是討論 "伊斯坎德爾-M",而是烏克蘭自己研發的 "格羅姆-2"/HRIM 系統,即美國的 ATACMS。在撰寫本報告時,美國仍然堅持自己的立場,即美國沒有足夠的 ATACMS 庫存,無法向烏克蘭提供這種武器系統;這種情況是否會改變還有待觀察。在這場沖突中,武器系統的供應一直遲遲未定......也許最好的辦法就是 "永不言敗"。
圖:GROM-2烏克蘭戰術導彈系統,也被稱為Hrim-2,或OTRK Sapsan,在2018年基輔獨立日閱兵彩排期間。
烏克蘭國產短程彈道導彈系統由 Pivdenne 設計局和 AM Makarov 南方機械制造廠開發,有多種名稱,包括作戰戰術導彈系統 Hrim-2(也稱 OTRK Sapsan),以及前面提到的 Grom-2。Grom-2 的作用和能力與 "伊斯坎德爾 "導彈類似,旨在取代烏克蘭近年來主要的戰術導彈--射程 120 千米的 "托奇卡-U "SRBM。單級 Grom-2 使用慣性導航系統和全球導航衛星系統(GNSS)制導,據報道具有末端尋的能力,這或許表明該導彈裝有雷達尋的器。出口型導彈的射程為 280 千米,符合導彈技術控制制度(MTCR)的要求,但據報道,國內型導彈的射程可達 500 千米左右。該導彈配備 480 千克彈頭,由高爆破片(HE-FRAG)或穿透型 HE-FRAG 單彈頭或 HE-FRAG 子彈藥組成。使用 HE-FRAG 單彈頭時,Grom-2 的大致作用面積超過 10 000 平方米,而使用子彈藥彈頭時的作用面積為 30 000 平方米。烏克蘭制造的 10×10 輪式轉運架發射車(TEL)可攜帶兩枚導彈,發射前必須將導彈升至垂直發射位置。
據報道,2022 年 8 月,"格羅姆-2 "被用于攻擊被占領克里米亞的薩基空軍基地,并發生了數次爆炸,但這一消息仍未得到烏克蘭方面的證實。2023 年 5 月,俄羅斯媒體和官員聲稱,克里米亞上空的防空系統擊落了兩枚 Grom-2 戰術彈道導彈,但這一事件再次未得到烏克蘭的證實。
在英國進行 IFU 招標的同時,英國還向烏克蘭發送了空射型 "風暴陰影 "遠程巡航導彈,據說這些導彈已經投入使用。這可能會讓美國人在決定保留其 ATACMS 庫存時感到些許安慰,因為他們聲稱美國武器庫中此類導彈的數量不足以讓他們采取這種明智之舉。因此,盡管目前向烏克蘭提供洛克希德-馬丁公司的 ATACMS 的誘惑已被抵制,但這種導彈仍在烏克蘭的愿望清單上。
盡管美國持保留態度,但ATACMS仍在烏克蘭的戰術導彈愿望清單上。
至于 ATACMS,這個家族的歷史已經很悠久了,最早的導彈變體在 1991 年的 "沙漠風暴 "行動中首次投入使用。根據美國政府的記錄,在那次沖突中,約有 30 枚這種以固體推進劑為燃料的公路機動地對地系統被用于打擊伊拉克的中程彈道導彈發射器和地對空導彈發射場,射程最遠達 160 公里。
MGM-140 ATACMS 在 20 世紀 80 年代有效取代了具有核能力的 MGM-52 長矛導彈系統,現在它的后繼者是精確打擊導彈(PrSM),應于 2023/2024 年服役。新系統不斷增加的庫存量是否會對ATACMS的決定產生影響尚需猜測,但在烏克蘭戰爭看不到盡頭的情況下,如果烏克蘭人最終如愿以償地獲得了ATACMS,那么該系統將為他們帶來的能力將是巨大的。根據制造商洛克希德-馬丁公司的說法,該制導導彈是一種常規遠程精確打擊地對地火炮武器系統,裝在類似 MLRS 的發射吊艙中,從 MLRS 系列發射器(MLRS M270 和 M270A1 平臺)發射,并兼容 M142 高機動性火炮火箭系統(HIMARS)。MLRS 車輛可攜帶兩個導彈吊艙,HIMARS 可攜帶一個吊艙,每個吊艙可裝載一枚 ATACMS 導彈。該系統采用帶 INS/GNSS 的改進型制導包,攜帶一枚 227 千克(500 磅)的 WDU-23/B 爆破破片殺傷彈頭,最大射程 300 千米。MGM-140B ATACMS 的 20 財年生產合同總額為 4.26 億美元,在此期間生產了 400 多枚導彈。截至 2020 年,已有八個國家采購并部署了該系統。
ATACMS從M270和M142發射裝置發射。
至于 PrSM 的后繼導彈,其設計同樣是由 M270A2 多管火箭炮發射車和 M142 HIMARS 發射。基線導彈 "增量 1 "將被開發并投入實戰,以打擊射程超過 400 千米的各種點狀和不精確定位目標。PrSM 將賦予野戰炮兵部隊遠程縱深打擊能力,同時為旅、師、團、軍、戰區、聯合/聯軍和海軍陸戰隊空地特遣部隊提供支持。在取代 ATACMS 的過程中,它將使每個發射吊艙發射兩枚導彈的火力增加一倍,并在 GPS 部分降級的環境中保持和提高精確度;該導彈計劃集成 M 代碼 GPS,以提高抗干擾能力。
洛克希德-馬丁公司在 2020 年底成功完成了三次原型飛行試驗,并將根據美國國防部在 2021 年底授予的緊急物資發放(UMR)合同條款,在 2023 年底之前投入首批生產導彈。雷神公司最初是洛克希德-馬丁公司在該計劃中的競爭對手,但由于原型機飛行試驗遇到困難,雷神公司于2020年退出了遠程機動發射計劃,但最近在獲得美國陸軍9770萬美元的合同后又重新加入了該計劃。該合同用于推進 PrSM 增量 4 的設計,其目標是大幅提高系統的射程,可能達到 1000 公里。雷神公司正與諾斯羅普-格魯曼公司合作開展這項工作。
近來,物聯網(IoT)技術為農業、工業和醫學等許多學科提供了后勤服務。因此,它已成為最重要的科研領域之一。將物聯網應用于軍事領域有許多挑戰,如容錯和 QoS。本文將物聯網技術應用于軍事領域,創建軍事物聯網(IoMT)系統。本文提出了上述 IoMT 系統的架構。該架構由四個主要層組成: 通信層、信息層、應用層和決策支持層。這些層為 IoMT 物聯網提供了容錯覆蓋通信系統。此外,它還采用了過濾、壓縮、抽象和數據優先級隊列系統等數據縮減方法,以保證傳輸數據的 QoS。此外,它還采用了決策支持技術和物聯網應用統一思想。最后,為了評估 IoMT 系統,使用網絡仿真軟件包 NS3 構建了一個密集的仿真環境。仿真結果證明,所提出的 IoMT 系統在性能指標、丟包率、端到端延遲、吞吐量、能耗比和數據減少率等方面均優于傳統的軍事系統。
IoMT 系統由一組在戰場上應組織良好的軍事設備組成。無人機、作戰基地、艦艇、坦克、士兵和飛機等這些物品應在一個有凝聚力的網絡中進行通信。在 IoMT 網絡中,態勢感知、響應時間和風險評估都會得到提高。此外,IoMT 環境應涉及對普適計算、普適管理、普適傳感和普適通信的全面認識。此外,IoMT 可能會導致傳感器等網絡事物產生超大規模的數據。此外,這類網絡所需的計算量非常大,而這些計算的結果應能實時準確地實現。因此,IoMT 系統架構應考慮上述注意事項。
因此,建議的體系結構由四層組成: 通信層、信息層、應用層和決策支持層(見圖 1)。通信層關注的是事物如何在一個大網絡中相互通信。信息層涉及軍事數據的收集、管理和分析。應用層包括控制不同通信軍事系統的應用程序。最后,決策支持層負責決策支持系統,幫助戰爭管理者做出準確、實時的決策。下文將對每一層進行深入討論。
IoMT 系統可視為物聯網的一個特殊例子。因此,IoMT 環境與物聯網環境有些相似,只是在事物類型、通信方式等方面略有不同。根據這一理念,IoMT 環境可定義為一組使用互聯網相互通信的不同網絡。這些網絡應包括軍事任務中的主動和被動事物。IoMT 系統中應構建的主要網絡包括無線傳感器(WSN)、射頻識別(RFID)、移動特設(MANET)、衛星和高空平臺(HAP)網絡。由于 WSN 在許多軍事問題中的重要性,它被納入了 IoMT 系統。WSN 通過快速收集和提供危險數據來協助戰爭行動。然后,將這些數據發送給最合適的人員,以便實時做出正確決策。因此,除了協調自身的軍事活動外,WSN 的主要目標是監測和跟蹤敵方士兵和其他敵方事物的動向。傳感器可以遠距離分布,覆蓋大片區域。這些傳感器通過控制其行為的基站進行通信。由于 RFID 網絡在軍事領域的重要性,它在 IoMT 環境中得到了體現。軍隊中最重要的問題之一就是大部分物品都要貼上標簽。在戰場上使用 RFID 可以為士兵、貨物、小型武器、飛機、射彈、導彈等提供一個具有監控功能的跟蹤系統。例如,定期掃描每個人的醫療情況和效率是戰爭中一個非常重要的問題。城域網在 IoMT 系統中的表現也是一個重要問題,因為它可以用來促進士兵、武器、車輛等的通信。城域網在軍事上有許多特別的應用,如安裝在飛機和地面站之間的網絡或船舶之間的網絡。每種特設網絡的要求都取決于軍事任務的類型。此外,在軍事應用中使用的特設設備都配備了路由場景,可以利用最佳路由路徑自動轉發數據。物聯網依賴互聯網技術來促進通信,這是一個普遍的邏輯。遺憾的是,某些作戰地點可能沒有互聯網技術。因此,尋找替代通信技術非常重要。這就是在覆蓋目標中使用 HAP 網絡的原因。軍用物資分布面積大,因此必須以可靠的方式進行覆蓋,以保證通信效率。HAP 網絡可作為互聯網之外的第二種通信策略選擇。HAP 網絡的高度有限,因此容易成為敵方的攻擊目標,其故障概率可能很高。如果 HAP 網絡出現故障,通信系統將面臨很大問題,可能會影響軍事任務的執行。因此,應構建一個衛星網絡來覆蓋故障的 HAP 網絡,并覆蓋 HAP 網絡或互聯網可能無法覆蓋的軍事事物(見圖 2)。不同網絡之間的通信難題只需使用報頭恢復技術即可解決。在這種技術中,每個網絡之間都應添加一個翻譯器,用目的節點的報頭封裝每個數據包。新的報頭使數據包可以被理解;這可以通過系統路由器來實現(見圖 3)。
圖2: 通信網絡(該圖部分摘自[23])
圖3: 報頭轉換過程
這一層非常重要,因為它代表著 IoMT 系統架構的核心。射頻識別(RFID)、傳感器等軍用設備收集的信息應以安全、珍貴、實時的方式進行傳輸、存儲和分析。這一層的首要功能是在信息處理后對收集到的信息進行組織和存儲。IoMT 系統數據的處理被認為是一個具有挑戰性的問題,因為在短時間內可以收集到 TB 級的數據。因此,應在不影響質量的前提下盡量減少這些數據。此外,IoMT 的特殊要求(如實時決策)也不容忽視。在 IoMT 系統架構中,數據處理包括四個步驟: 優先化、過濾、壓縮和抽象。下面將對優先級排序過程進行說明。數據過濾、數據壓縮和數據抽象技術在第 4.1 小節中說明。
確定優先級的步驟包括處理不同優先級的數據。對于戰爭管理者(即軍隊將領)來說,收集到的每項數據都有一定的重要程度。因此,應將數據分為若干優先級,以便在 IoMT 系統饑餓的情況下優先處理和發送高優先級的數據。隊列系統就是用來實現這一優先級劃分步驟的。由于 IoMT 系統數據分類數量龐大,因此采用了六隊列系統。因此,IoMT 系統數據將被分為六個不同的類別。第一類代表最重要的 IoMT 系統數據;第二類代表不太重要的數據,依此類推。分類過程將動態完成,因此每個類別中的數據可能會根據戰爭任務的性質發生變化。為切實實現這一步,下一代路由器應具備對 IoMT 系統數據進行分類的能力。圖 4 說明了優先級排序過程。
圖4: 數據分類過程的簡單視圖
IoMT 系統架構中的應用層包括管理、監視等戰爭任務中使用的異構應用。該層應使用一個通用應用程序管理這些應用程序的功能,同時不影響其效率。這些應用程序的統一過程應基于通信數據(信息交換)來實現。在數據通信中,一個應用系統的輸出數據可能是另一個應用系統的輸入數據。因此,確定戰爭應用程序的輸入數據和輸出數據被認為是這一層最重要的目標之一。例如,飛機或發射器的火箭發射應用的輸入需要衛星監控應用的輸出數據,而衛星監控應用可能需要 WSN 應用的數據。信息層和應用層之間的通信非常重要,因為作為輸入和輸出的數據應首先在信息層處理。因此,在設計用于管理軍事應用程序的通用應用程序時,應首先確定每個應用程序的輸入和輸出數據。然后,應確定數據處理的時間(硬、實或軟)。例如,在戰斗停止期間,某個目標的坐標突然發生變化,三個應用程序應實時交互,以完成任務并擊中新位置上的目標。這些相互作用的應用程序構成了 WSN、戰爭管理以及執行任務的飛機機艙。還應確定應用特殊應用程序的優先順序。例如,在敵方多次攻擊特定目標的情況下,防御應用程序將優先啟動。
根據上述討論,一般管理應用程序應有一個專門的數據庫。該數據庫存儲有關單個軍事應用程序的動態變化數據。這些數據與以下主題有關: 輸入和輸出、單個應用程序之間的數據流方向、硬時間軍事情況、實時軍事情況、軟時間軍事情況以及每個應用程序的優先級。這些優先級應根據戰爭形勢來確定。根據綜合管理 IoMT 應用程序的性質,IoMT 系統數據庫的設計可以是分布式的,也可以是集中式的。在分布式數據庫中,應注意數據庫服務器之間交互的復雜性,特別是在需要硬時間或實時交互的事件中(見圖 6)。 、
戰爭中最重要的問題之一是決策過程。在技術戰爭中,決策應具備準確性、實時性、清晰性、安全性和快速分發等諸多規格。所有這些指標都應與信息層收集的數據相關。雖然信息與軍事決策之間關系密切,但所提出的 IoMT 系統架構在信息層和決策支持層之間還有一個中間層,即應用層。短時間內收集到的大量 TB 信息需要進行分析、過濾、優先排序和壓縮。這些過程已經在信息層中完成。但是,信息層沒有能力確定信息在應用層之間的移動方向(即信息的正常順序)。這種信息順序意味著,每個數據段都應指向一個合適的應用程序,以便實現互補和平衡。這些信息將用于決策過程。例如,假設戰爭管理者有一個目標,要求以特定的安排和特定的順序處理信息,直到軍事偵察之旅取得一定的結果。該目標的完成將通過步兵和防空來實現。因此,應用層和決策支持層之間的聯系將對高精度規格的決策產生良好的影響,這將在關鍵的戰爭事件中發揮作用。
簡單地說,本文概述的決策支持流程包括五個步驟: 事件權重、解決方案識別、選擇一種解決方案、行動和輸出評估(見圖 7)。戰爭管理者可根據自身經驗水平提取事件權重。一旦對事件有了充分了解,就該確定解決方案了。在準備決策時,有許多不同的備選方案。因此,確定可用行動的范圍非常重要。接下來,應選擇備選方案,并確定每個備選方案的風險。然后,就該采取行動了。應確定實施計劃,并提供實施所選解決方案所需的資源。應預先確定執行時間,然后開始執行。最后,應對選定解決方案的執行結果進行評估。請注意,有許多決策支持系統在經過實際測試(如 [24,25])后,可在 IoMT 中實施。
決策支持層可能面臨三大挑戰。第一個挑戰是數據過多或不足。這意味著決策支持層的輸出會延遲或不準確,這可能會造成災難,因為在大多數戰爭時期都需要實時決策。第二個挑戰是問題識別錯誤。在大多數戰爭任務中,圍繞一項決策會有許多問題。然而,有時卻無法確認這些問題的真實性。第三個挑戰是對結果過于自信。即使決策過程得到了準確執行,實際產出也可能與預期產出不完全一致。應用層將通過確定決策構建所需的準確信息、對問題的準確定義以及輸出調整來應對這些挑戰。因此,決策支持層將使用應用層的輸出。因此,在擬議的 IoMT 架構中,這些層之間的分離是一個需要考慮的重要問題。
首先,應構建一個軍事模擬環境,以測試所提議的 IoMT 架構的性能。網絡模擬器 3(NS3)是最廣泛使用的網絡模擬軟件包之一,將用于實現這一目標。軍事模擬環境由五種不同類型的網絡組成,其中包括分布在大片區域的大量節點。這五種網絡分別是 WSN、RFID、MANET、HAP 和衛星網絡。這些網絡是根據戰場需求確定的。文獻[26]中的仿真用于評估所提出的 IoMT 架構。在 WSN 仿真中,成千上萬的傳感器分布并部署在戰爭環境中。一個或多個基站將這些傳感器相互連接起來,并從中收集信息。在突發事件中,傳感器能夠向基站發送陷阱信息。然后,如果情況緊急,需要迅速做出決定,基站將直接把信息發送給執行者,如戰士、管理人員等。不過,在正常情況下,基站會將收集到的信息(詳細信息或摘要)重新發送給負責決策的管理人員。基站應該是智能的,并通過編程來實現這一目標。為了在 IoMT 中準確呈現 WSN,傳感器應具有不同的傳輸范圍。對于 RFID,美國軍方在第二次海灣戰爭中使用了最佳方案[27]。每個士兵身上都應貼有一個 RFID 標簽,以便在戰場上進行追蹤。此外,商業貨運和航空托盤等戰爭工具也應貼上 RFID 標簽,以便了解坦克和計劃等關鍵工具的最新狀態。此外,為了挽救士兵的生命,建議的模擬系統考慮了專門用于戰爭的移動醫院,并應配備 RFID 技術。此外,還利用 RFID 技術觀察軍隊的小型庫存物品,以實現更嚴格的庫存控制。對于城域網仿真,它包含戰場對象(如車輛、士兵和信息提供者)之間的臨時通信。在某些軍事情況下,很難通過數據采集中心傳遞或發送信息。因此,城域網仿真的一個考慮因素就是在數據傳輸中使用這種網絡。文獻[28]中所述的架構用于 HAP 和衛星網絡的通信。互聯網仿真使用了 [29] 中介紹的路由算法和 [30] 中介紹的物聯網混合組播架構。多媒體傳輸使用[31],但傳統軍事系統的模擬則使用[32,33]中所述的準則。
在信息層模擬中,將隨機、動態地創建 IoMT 數據。然后,這些數據將被分類并進入隊列,每個隊列將作為一個數據類別。動態數據的創建取決于存儲在特殊數據庫中的戰爭任務。本模擬場景中使用了 [34] 中所述的壓縮技術和數據過濾技術來減少數據,這是信息層的主要目標之一。應用層模擬也取決于戰爭任務,其中包括許多模擬網絡場景。每個網絡應用程序的輸入和輸出數據都在模擬文件中預先確定。網絡應用程序與綜合管理應用程序之間的通信是通過信息傳輸實現的。文獻[35]中的仿真用于決策支持層。戰爭任務的部分建模和仿真來自文獻[36],仿真中使用的武器的一般規格來自文獻[37]。圖 8 顯示了擬議的 IoMT 系統模擬環境的全貌。
一些專家呼吁承認,由于目前的威脅,對海岸線進行兩棲攻擊的風險實在太大,不能嘗試。那么,兩棲攻擊所面臨的挑戰是什么?在目前的威脅環境下,兩棲攻擊仍然是一種可行的軍事行動嗎?這些問題是美國海軍陸戰隊的使命和作用的核心所在。本分析深入探討了兩棲攻擊所面臨的問題,并作為未來有關提高兩棲攻擊能力的討論的一個引子。
關鍵詞:兩棲作戰、兩棲突擊、反介入/區域拒止、A2/AD、近距離競爭對手、威脅、脆弱性
本分析強調了現代美國海軍陸戰隊兩棲攻擊的關注領域。本分析的目的是表明,目前的兩棲攻擊能力在面對大國和可能擁有近似武器的所有大國時具有巨大的風險,除非登陸時沒有遭到反對。本分析將探討其中的諸多原因,并將使人們更加關注影響能力的關鍵問題。該分析旨在為美國兩棲部隊目前的局限性和脆弱性提供可操作的信息,以便為建立強大的海上強行進入能力指明方向。
首先,有必要定義有關兩棲作戰的術語。兩棲行動是由兩棲部隊從海上發起的軍事行動,在沿岸地區進行登陸部隊行動。沿海地區包括任何主要容易受到來自海上的交戰和影響的陸地區域(及其相鄰的海域和相關的空域),并可能遠達內陸。此外,"兩棲作戰需要獨特的能力,可以跨越空中、陸地和海洋進行作戰。兩棲作戰也需要綜合的指揮和控制,以實現統一的努力,提高行動速度,并協調應用海上控制和力量投射能力"。
兩棲作戰有幾種類型。本分析集中于兩棲突擊。下面的節選解釋了這種類型的兩棲作戰: 兩棲攻擊是由一支[兩棲部隊]從海上發起的,他們乘坐船只或飛船,將[登陸部隊]登陸并建立在敵對或潛在的敵對海岸上。兩棲攻擊的突出要求是,隨著攻擊向[兩棲部隊]目標的推進,有必要在岸上迅速集結戰斗力,以充分協調打擊力量。兩棲部隊]的有機能力,包括空中和火力支援、后勤和流動性,使他們能夠通過強行進入一個地區。
此外,兩棲突擊由于其復雜性,是一些最困難的行動,它們是兩棲行動中最困難的類型。兩棲突擊有以下幾個階段:
1.部隊到達作戰地區。
2.支援部隊對登陸區進行準備。
3.登陸部隊的船岸運動。
4.空中和水面突擊登陸。
5.水面和空中登陸部隊之間的銜接行動。
6.提供輔助武器、后勤和/或戰斗服務支持。
7.其余所需登陸部隊成員的登陸。
8.完成任務。
美國歷史將記住21世紀上半葉是美國國家安全的一個危險的時代。非國家行為者、流氓政權和近鄰大國的威脅創造了一批潛在的敵人,他們可能尋求與美國及其盟國進行軍事對抗,以實現其戰略目標。這些威脅包括俄羅斯對東歐或北歐的潛在入侵,朝鮮的持續威脅,伊朗在波斯灣的行動,以及世界各地的非國家行為者,等等。有幾個潛在的行動區可能要求美國對大國、流氓政權或非國家行為者使用軍事力量。海軍陸戰隊不應期望任何一個潛在的敵人與美國及其盟友開戰。這意味著海軍陸戰隊必須能夠在各種戰爭中取勝,對抗眾多將在所有領域進行爭奪并使用日益強大的反介入/區域拒止(A2/AD)武器的行為體。在這樣的威脅環境中,兩棲攻擊者必須能夠在各種行動中獲勝,包括在各種戰術情況下對抗潛在的敵方軍隊或非正規部隊。由于這種安全形勢的廣泛性,本分析將集中于兩棲攻擊者所面臨的一般威脅,而不是集中于任何一種地緣政治局勢。
本文將在兩棲攻擊的一個階段解決幾個局限性和弱點,在每個階段都有具體的關注。本分析特別關注大國目前采用的先進軍事力量,因為它們代表了對海軍陸戰隊的最大威脅。
在過去的75年里,蘭德公司進行了支持美國國家安全的研究,目前為聯邦政府管理著四個聯邦資助的研究和發展中心(FFRDCs):一個為國土安全部(DHS),三個為國防部(DoD)。本文將重點評論國防部如何能夠最好地確保人工智能(AI)的進展有利于美國國家安全,而不是降低它。
在一系列廣泛的技術中,人工智能因其進展速度和應用范圍而脫穎而出。人工智能具有廣泛改變整個行業的潛力,包括對我們未來經濟競爭力和國家安全至關重要的行業。由于幾個原因,將人工智能納入我們的國家安全計劃帶來了特殊的挑戰:
這些技術是由商業實體驅動的,而這些商業實體經常在國家安全框架之外。
這些技術正在迅速發展,通常超過了政府內部的政策和組織改革。
對這些技術的評估需要集中在私營部門的專業知識,而這些專業知識很少被用于國家安全。
這些技術缺乏區分良性和惡意使用的常規情報特征。
美國目前是全球人工智能的領導者;然而,這種情況可能會改變,因為中國尋求在2030年前成為世界主要的人工智能創新中心--這是中國人工智能國家戰略的明確目標。此外,中國和俄羅斯都在追求軍事化的人工智能技術,加劇了挑戰。作為回應,將強調美國防部可以采取的四組行動:
1.確保美國防部的網絡安全戰略和網絡紅方活動跟蹤可能影響網絡防御和網絡進攻的人工智能的發展,如網絡武器的自動開發。
2.為防止不良行為者獲得先進的人工智能系統,(1)確保對領先的人工智能芯片和芯片制造設備進行強有力的出口控制,同時許可芯片的良性使用,如果需要的話,可以進行遠程節流;(2)利用國防生產法的授權,要求公司報告大型人工智能計算集群、訓練運行和訓練模型的開發或分發情況;(3) 在美國防部與云計算供應商簽訂的合同中,要求他們在訓練大型人工智能模型之前對所有客戶進行 "了解你的客戶 "篩選;(4) 在美國防部與人工智能開發商簽訂的合同中包括 "了解你的客戶 "篩選,以及強大的網絡安全要求,以防止大型人工智能模型被盜。
3.與情報界合作,大幅擴大收集和分析敵國參與人工智能的關鍵外國公共和私營部門行為者的信息,包括評估關鍵外國公共和私營實體;他們的基礎設施、投資和能力;以及他們的工具、材料和人才供應鏈。通過以下方式加強國防部開展此類活動的機構能力:(1)在美國和盟國政府機構、學術實驗室和工業公司之間建立新的伙伴關系和信息共享協議;(2)招募私營部門的人工智能專家以短期或兼職的方式為政府服務。
4.投資于人工智能安全的潛在計劃,包括(1)嵌入人工智能芯片的微電子控制,以防止開發沒有安全保障的大型人工智能模型,以及(2)在部署人工智能系統之前評估其安全性的通用方法。
本研究報告分析了當前利益相關者對軍事自主系統的人為輸入或控制的想法。作者首先定義了關鍵術語,如 "機器學習"、"自主系統"、"人在回路中"以及軍事背景下的 "有意義的人為控制",然后討論了當代利益相關者的文獻對無人駕駛軍事系統的人的輸入/控制的說明。然后,報告討論了各利益攸關方是否對進攻性和防御性系統中所需要或期望的人類控制水平達成了共識,以及是否因系統具有致命性和非致命性能力或西方和非西方國家之間的意見不同而有所不同。報告最后從政策和操作的角度闡述了利益相關者的想法對加拿大國防部/空軍的可能影響。
主要研究結果
在與自主系統有關的關鍵術語的定義方面存在著相當多的爭論。
在國家對自主武器應采取何種監管手段的問題上,各利益攸關方一直存在分歧。
參加這些討論的締約國已就自主武器的一系列指導原則達成共識,包括 "必須保留人類對使用武器系統決定的責任"。
在近30個表示支持禁止致命性自主武器系統(LAWS)的國家中,沒有一個是主要的軍事大國或機器人開發商,主要的軍事大國似乎都在對沖自己的賭注。
許多民主國家認為,他們打算保留人類對使用武力的控制/判斷,不需要禁止,因為現有的國際人道主義法律(IHL)足以解決圍繞自主武器的問題。
加拿大擁有重要的人工智能(AI)能力,該能力被用于民用而非軍事用途。
如果在國防領域不接受至少某種程度的(人工智能支持的)自主性,可能會降低與盟國的互操作性,給加拿大武裝部隊(CAF)的行動帶來風險,并且隨著時間的推移,使CAF對國際和平與安全的貢獻失去意義。
美國長期以來一直依賴大量復雜的傳感和通信基礎設施,以便在發生核攻擊時接收警告并執行核指揮。這個指揮和控制網絡高度依賴天基資產來運作,并在發生核危機時向決策者提供可靠的信息。本文旨在全面概述衛星在美國核指揮和控制網絡中的貢獻,分析核現代化進程中的太空資產,探討隨著太空環境變得更加有爭議,它們所面臨的脆弱性和風險,并提出政策解決方案以加強和保護這一重要的基礎設施。這些信息應作為學者、從業人員和決策者的資源,以更好地理解這一復雜的系統和它在今天的太空環境中所面臨的獨特挑戰。
美國的核指揮、控制和通信(NC3)網絡是一個由許多關鍵部分組成的復雜系統,旨在支持美國的核威懾力量。國防部將NC3定義為使總統能夠行使核權力的設施、設備、通信、程序和人員。下面的圖形顯示了這個網絡的組成部分的簡化效果,包括核平臺本身、傳感器、通信基礎設施和決策人員。
圖 1:天基核指揮與控制。
《核態勢評估》(NPR)是美國每屆政府核政策的指導性文件。最新的《核態勢評估報告》發表于2022年,概述了核指揮和控制系統的五個關鍵功能:探測、警告和攻擊特征;適應性核計劃;決策會議;接收和執行總統命令;以及促成部隊的管理和指揮。這些功能是通過一個相互連接的系統來實現的,其中包括預警衛星和雷達、通信衛星、飛機和地面站、固定和移動指揮所以及核系統的控制中心。目前的系統通常被稱為有兩層:"粗線",包括標準的操作和危機架構,以及 "細線",為總統、國防部長和作戰指揮官提供可生存、安全和持久的連接。NC3是核力量和總統權力之間的聯系。
核指揮和控制網絡需要高度的生存能力,即使在最壞的核戰爭情況下也能繼續發揮作用。它被設計成可在各種極端條件下生存,并納入了加固、移動、冗余和隱蔽措施。
NC3的天基部分是美國國防的組成部分,因為它是 "傳遞總統使用核武器命令的首選手段,并將為即將到來的核攻擊提供第一個警告"。衛星提供安全通信;情報、監視和偵察(ISR);導彈發射預警;定位、導航和定時(PNT)功能,以及NC3系統和網絡的同步。這些系統包括一顆衛星或由許多衛星組成的星座、地面站、傳感器和用于發射和接收數據的上行/下行鏈路,以及最終用戶的終端。 此外,地球觀測、電子情報和氣象預報也是有助于NC3的天基功能。根據空軍負責戰略威懾和核整合的副參謀長杰克-溫斯坦中將的說法,"我們需要一只不眨眼的眼睛來發現正在發生的事情。這只不眨眼的眼睛是由太空提供的......[NC3網絡]完全依賴于太空。"
主要的NC3衛星通信(SATCOM)基礎設施是由六顆衛星組成的地球同步高級極高頻(AEHF)星座,它是1990年代MILSTAR計劃的后續。AEHF由極地軌道上額外的受保護的SATCOM單元支持,目前包括兩個增強型極地系統(EPS)托管有效載荷和支持系統,提供65度以上緯度的覆蓋。AEHF是一個多服務的通信星座,旨在保護其免受某些形式的反太空攻擊。AEHF為NC3網絡以及其他陸地、海洋和空中資產提供抗干擾通信。
值得注意的是,AEHF為位于北緯65度和南緯65度以內的緯度提供服務,這涵蓋了從北極圈底部到南極洲北部的所有地區。AEHF的通信也與選定的盟友和合作伙伴共享。AEHF在整個核戰爭期間為總統、國家安全高級領導人以及軍事戰術和戰略部隊提供可靠的通信。 AEHF是少數幾個公開承認的可以傳送行政授權命令的途徑之一。AEHF星座為陸戰、空戰和海戰;特種作戰;戰略核作戰;戰略防御;戰區導彈防御;以及太空作戰和情報提供支持。六顆老化的MILSTAR衛星,其中第一顆于1994年發射,此后被較新的AEHF星座所補充,現在已經退役并遠離了地球靜止軌道。最后一個AEHF有效載荷于2020年3月作為第一個太空部隊任務發射,六顆衛星的計劃總成本為150億美元。
天基紅外系統(SBIRS)是主要的預警衛星群。由六顆帶有核加固部件的衛星組成,SBIRS由高橢圓軌道上的兩個托管傳感器有效載荷和地球同步軌道上的四個專用有效載荷組成。SBIRS使用探測熱信號的紅外傳感器來監視地球,提供用于導彈防御、戰斗太空感知、導彈預警和戰術情報的大量數據,通過五個獨立的下行鏈路向地面發送未經處理的原始數據。作為國防支持計劃(DSP)星座的后續項目,SBIRS被設計為滿足系統生存能力和耐久性要求,并對太空中的核電磁爆炸進行加固。截至2022年8月4日,所有六顆衛星都已成功發射到地球同步軌道。 空軍最初的預算計算預計SBIRS六顆衛星的費用為50億美元--目前的數字顯示SBIRS六顆衛星的費用為192億美元。
圖 2:SBIRS 導彈預警衛星
雖然預警和安全通信衛星因其在國家安全中的作用而眾所周知,但其他執行更平凡任務的衛星受到的關注較少,但對國家安全行動仍然很重要。這些衛星系統和它們各自的地面站是更大的NC3系統的組成部分。
全球定位系統(GPS)、國防支持計劃(DSP)和其他機密的地球同步軌道星座上的主機傳感器也為NC3做出了貢獻。 這些衛星承載著美國核爆炸(NUDET)探測系統(USNDS)的太空部分,根據空軍的說法,該系統 "提供了一種近乎實時的全球高生存能力,以探測、定位和報告地球大氣層或近太空中的任何核爆炸。" 這些傳感器自1978年首次發射GPS以來一直在運行,并向國家指揮局、美國戰略司令部、美國太空司令部和空軍技術應用中心提供核力量管理、技術情報和條約監測,資金由空軍和國家核安全局提供。太空部隊在其2023財年預算中要求700萬美元用于繼續采購NUDET系統。
正在進行的核現代化進程始于2000年代初對下一代B2轟炸機的升級,并如奧巴馬總統領導的2012年《核態勢評估報告》所概述的那樣更廣泛地繼續進行。 目前的現代化推動得到了政治妥協的支持,并與2010年批準新的《削減戰略武器條約》同時進行。它是由幾個因素驅動的,包括隨著俄羅斯等對自己的戰略武庫進行現代化改造,與這兩個國家的對外競爭加劇,以及需要更換老化的武庫和支持性基礎設施,并利用當今的數字技術升級核基礎設施。美國戰略司令部前指揮官理查德上將最近作證說:現在的戰略安全環境是一個三方核近似的現實。今天的核力量是實現我們國家戰略的最低要求。現在,我正在歷史性的壓力下執行我的戰略威懾任務,危機級別的威懾,危機威懾的動態,在我們國家的歷史上我們只見過幾次,而我正在用80年代和90年代建造的潛艇來執行。我正在做的是80年代和90年代建造的潛艇,80年代建造的空射巡航導彈,70年代建造的洲際彈道導彈,60年代建造的轟炸機,我們在互聯網之前的部分核指揮和控制,以及可以追溯到曼哈頓時代的核武器群。
NC3架構是為應對蘇聯的導彈威脅而設計的,最后一次大幅更新是在20世紀80年代。在此后的幾年里,美國一直面臨著新的核威脅,而沒有推進NC3系統以應對這些威脅。先進的技術也使NC3的要求復雜化,對系統本身造成了新的威脅。 現代化進程也延伸到天基資產和一個日益擁擠和競爭的太空領域。國家安全太空企業已經轉向調整架構和采購做法,以適應日益競爭的環境。前代理國防部長帕特里克-沙納漢在一份特許成立太空發展局的備忘錄中寫道:一個國家安全太空架構,提供阻止,或在阻止失敗時,擊敗對手行動所需的持久、有彈性、全球、低延遲的監視,是保持我們長期競爭優勢的先決條件。如果我們仍然受到傳統方法和文化的束縛,我們就無法實現這些目標,也無法與我們的對手設定的步伐相匹配。
現代化包括升級和更換衛星,以減少陳舊的設備和拆除老化的系統,為新的有效載荷配備更先進的傳感器,擴大容量,并設計系統的生存能力和彈性。需要現代化的具體系統包括各種導彈發射預警和通信衛星,包括SBIRS和AEHF。隨著開發新的星座以跟上導彈技術的步伐,更多的現代化可能包括傳感器、地面站、終端以及整個網絡的彈性、生存能力和硬化的升級。
國會預算辦公室的最新預測估計,2021-2030年要求的核現代化預算中約有15%專門用于指揮、控制、通信和預警系統。
SBIRS將得到補充,并最終被下一代高空持久性紅外(Next Gen OPIR)星座所取代。該星座的第一塊將包括三顆覆蓋中緯度地區的地球同步軌道衛星和兩顆覆蓋高緯度地區的極地高橢圓軌道衛星。洛克希德-馬丁公司在2018年獲得了價值29億美元的非競爭性唯一來源合同,以開發這三顆下一代OPIR地球同步衛星,后續合同為49億美元。第一顆地球同步軌道衛星計劃于2025年首次發射,而由諾斯羅普-格魯曼公司建造的第一顆極地衛星可能將于2028年發射。整個衛星群預計在2028年交付。另一項舉措,即 "未來操作彈性地面進化"(FORGE),將使該系統的地面站部分現代化,并處理來自SBIRS和下一代OPIR的數據。2023財年該系統的預算研究和開發要求為35億美元,包括地面、地球同步軌道和極地部分,預計項目總成本估計為144億美元。
2017年,前參謀長聯席會議副主席約翰-海滕將軍稱老化的SBIRS衛星為 "大的多汁目標",指其缺乏對反衛星武器的防御能力,并批評了開發下一代替代品的時間表。這促使空軍加快了系統的開發,并整合了更多的先進功能,從更好的傳感器到彈性措施。下一代OPIR計劃對威脅有更強的彈性,這也是SBIRS星座的一個問題。據洛克希德-馬丁公司的一位代表稱,"如此規模的太空項目--包括開發兩個全新的導彈預警有效載荷--從未進展得如此之快"。
下一代OPIR星座的開發正在由兩個承包商分擔,以加強敏感的國家安全有效載荷的冗余度。例如,如果其中一個承包商出現延誤或其他問題,整個計劃中的星座不會受到影響,可以繼續按計劃進行。從有效載荷要求到架構設計,開發過程中的每一步都在處理彈性問題,空軍上校布萊恩-德納羅將下一代OPIR描述為美國綜合導彈預警、跟蹤和戰斗太空感知的基石,他說:"下一代OPIR旨在提供彈性的天基全球導彈預警能力,以應對新出現的導彈和反太空威脅。"
太空開發局也正在開發一個在低地軌道和中地軌道上的全球高超音速和彈道導彈跟蹤層,作為其國防太空架構的一個關鍵組成部分,將與更廣泛的NC3網絡相結合。 首批8顆衛星將在第0階段發射,下一波將由28顆額外的低地軌道衛星組成,在2025年發射。 最終的目標是在低地軌道和中地軌道上的整個衛星群相互無縫連接,并能進行助推階段的導彈探測和跟蹤。 SDA最近宣布,它已經授予L3Harris和Northrop Grumman總共13億美元的合同,以開發能夠跟蹤飛行中的高超音速導彈的原型衛星。這個更大的太空導彈預警架構背后的主要動機是在較低的軌道上有衛星,能夠為高超音速導彈和滑翔機提供增強的跟蹤能力,同時也有增加冗余度的額外好處。
AEHF的現代化計劃包括用新的進化戰略衛星(ESS)星座來補充和取代它,這是一個空軍計劃。它將提供擴大的全球戰略和安全通信能力,以支持NC3功能。洛克希德-馬丁公司、波音公司和諾斯羅普-格魯曼公司正在為未來幾年的ESS計劃開發競爭性設計。整個ESS系統的合同預計將在2025年授予。AEHF最初打算由轉型衛星通信系統(TSAT)計劃取代,但由于成本超支和延誤,該計劃在2010年被取消,取而代之的是再發射兩顆AEHF衛星作為臨時措施。
增強型極地系統資本化工作,被設計為增強型極地系統和即將到來的極地部分之間的權宜之計,目前正在開發中,計劃于2022年發射。極地部分的4.29億美元的合同被授予諾斯羅普-格魯曼公司。
通常情況下,雖然這些衛星系統的大部分技術規格都是高度機密的,但在先進極高頻(AEHF)星座上有各種公開的信息。作為MILSTAR通信星座的后繼者,該計劃始于1999年,于2001年開發,于2018年達到初始運行能力,目前由太空部隊運營和維護。六顆衛星中的第一顆于2010年發射,最后一個單元于2020年發射。其運行時間表面臨一些挫折,包括AEHF-1的技術問題導致其在軌擱淺,后來被回收,以及AEHF-4的進一步延遲。AEHF提供極高頻(EHF)上行鏈路和交叉鏈路能力以及超高頻(SHF)通信。它的容量是MILSTAR的10倍,其特點是增加了覆蓋區域。它的抗干擾有效載荷包括機載信號處理、無線電頻率設備、跨頻段的EHF/SHF通信天線,發射時質量為6,168公斤。它的加固和可生存的任務控制和終端部分由固定和移動的地面、空中和海上終端組成,有利于數據傳輸率從75 bps到8 Mbps。空軍最初對整個AEHF系統的成本估計為60億美元,而總成本則為150億美元。
隨著現代化進程的繼續,隨著美國在太空領域面臨越來越多的威脅,維持和發展強大的天基NC3能力有幾個挑戰。圍繞網絡安全、部隊設計和擴散、升級和威懾以及防御的問題正在推動當前的政策討論。
2022年國防戰略的特點是 "綜合威懾 "的概念--按照負責政策的國防部副部長薩沙-貝克的說法,這是 "一個與所有國家力量工具以及美國盟友和我們的伙伴合作,跨作戰領域、戰區和沖突范圍的框架"。天基資產將是美國在常規和戰略任務中繼續整合部隊和網絡能力的一個關鍵部分。"國防部長勞埃德-奧斯汀說:"綜合威懾是關于使用技術、作戰概念和能力的正確組合--所有這些都以一種網絡化的方式交織在一起,它是如此可信、靈活和強大,將使任何對手暫停。綜合威懾不是依靠純粹的軍事力量來威懾對手,而是設想拉動每一個可用的影響杠桿,以達到預期的外交政策和軍事效果。
由于太空系統的數字性質,網絡干擾和攻擊仍然是國家安全空間企業的首要關切,事實上,"NC3復原力的許多最艱巨的挑戰在于網絡空間和外空領域的交匯處,網絡攻擊是針對基于太空的NC3資產。供應鏈上的漏洞和通過承包商的漏洞也可能為壞人或其他失敗者破壞復雜的網絡提供了機會。根據太空信息共享和分析中心(ISAC)執行主任艾琳-米勒的說法,"由于企業和政府內部使用不同的法規和要求,很難確保來自供應鏈各個層面的組件具有相同質量的網絡保護。" 一份2019年DOT&E網絡評估報告強調了這種擔憂,對NC3能力的評估結果 "向國防部最高領導層進行了通報,并導致對這一重要領域的關注度大幅提高"。
在采購方面,2021年SpaceNews的一篇專欄文章解釋了為什么網絡安全和供應鏈管理必須齊頭并進。"鑒于目前的資源限制,新的美國太空部隊的精簡,以及對敏捷性和快速采購的推動,對商業的依賴可能會增加。在這種環境下,提供數據、軟件、硬件和服務的供應商激增,給對手帶來了一系列的機會和連帶影響,這突出了立即提升網絡衛生和供應鏈風險管理(SCRM)的重要性。"
太空部隊也站在認識這些風險的最前沿,并更加注重準備應對這些風險,組建了太空三角洲6號網絡安全中隊,以及新的太空部隊基礎設施資產預評估計劃(IA-PRE),旨在 "為國防部推進當前和未來商業衛星通信采購的安全態勢"。
為了減輕這些挑戰,政府和行業應繼續關注彈性設計,在流程的每一步都關注網絡安全,并防范從研發到發射的供應鏈攔截。由于網絡反衛星行動是專家們最擔心的反太空威脅之一,在現代化進程和類似工作中為衛星有效載荷和地面站建立強大的網絡安全措施應該是一個優先事項。承包商和商業公司應確保在該過程的每一步進行網絡安全加固,以幫助減輕系統的弱點和漏洞。此外,正如2022年俄羅斯對烏克蘭商業衛星運營商Viasat的黑客攻擊所顯示的那樣,衛星地面站通常是這個系統的一個薄弱環節,在沖突中可能成為相對容易的目標。 2020年網絡空間Solarium委員會報告的一項重要建議指出:更令人擔憂的是,面對全方位的網絡威脅,美國的核威懾力以及NC3系統和NLCC項目的生存能力和復原力受到了潛在的網絡威脅。這些威脅特別令人震驚,因為它們可以破壞核威懾的穩定性,并為無意中的核戰爭創造條件。最大的風險是,正因為網絡互動發生在武裝沖突的門檻之下,網絡風險和NC3系統的結合實際上可以降低這個門檻。考慮到這一點,國會應指示國防部對NC3和NLCC企業的每一個部分進行例行評估,以確定是否遵守網絡安全的最佳做法、脆弱性和妥協的證據。
此外,將太空架構設計從少數需要長時間建造、發射和定位的昂貴衛星,轉向由較小、較便宜的衛星組成的更大的星座,可以幫助提高彈性,并防止當一顆衛星受到干擾而導致整個星座被削弱的共同模式故障。這種新的基礎設施還可以包括一個精簡的發射計劃,以迅速更換損壞的衛星,并投資于空中或地面的冗余系統。由于星座的建造、發射和就位需要很長時間,許多系統在數年內都不會滿負荷運行,因此建立額外的空中、地面通信或導彈預警支持是一個重要的考慮因素。太空發展局處于這一努力的前沿,將擴散和螺旋式架構發展模式作為其國防太空架構的兩大支柱方法,允許更高的彈性,更多的靈活性,以及 "快速轉向以應對甚至先發制人地應對威脅的進展 "的能力。 此外,高級官員已經強調了擴散性部隊設計的必要性,包括前太空部隊空間作戰主管雷蒙德將軍。"我們必須轉變我們的空間架構,如果你愿意的話,從少數難以防御的精致能力轉變為一個更強大、更有彈性的架構。"
太空資產的破壞可能通過影響導彈預警和安全通信能力以及破壞關鍵的太空基礎設施而對美國的核態勢和一般部隊準備狀態產生嚴重影響。這些影響在美軍受到攻擊的沖突情況下可能被放大。如果一個對手想要破壞美國的核安全,這些特性將使天基NC3部分成為一個有吸引力的目標。
軍事衛星可以是糾纏的系統,這意味著一些衛星同時履行戰略和戰術任務。雖然糾纏的好處包括降低成本和操作上的好處,但一個令人關切的問題是,如果這些系統成為目標,可能存在意外升級的可能性。如果戰略天基NC3能力作為附帶損害受到影響,對手瞄準美國常規太空能力,試圖在常規沖突中獲得優勢,可能對美國對其核力量的信心產生不穩定的影響。 太空中可能的進攻行動的多樣性也可能影響到對某些資產的某些攻擊模式將造成升級的關切的程度。在常規沖突期間干擾兩用衛星通信可能引起不同的反應,而干擾導彈探測衛星或探測影射這些系統之一的同軌飛行器。攻擊方式和目標,以及可能發生的沖突的背景,都可能影響某些攻擊引起戰略關切的程度。然而,一些學者認為,NC3衛星的戰略和戰術功能的糾纏是對侵略行動的一種威懾,而不是一種潛在的絆腳石。敵人可能不想為戰術目的而冒險瞄準這些資產,因為有可能出現意外的升級。因此,解除糾纏可能會對威懾努力產生反作用。因此,解除糾纏可能與威懾努力背道而馳。糾纏戰略可能因此而更加可取,如果是這樣的話,也有可能減少太空中這種類型的意外升級的可能性。
此外,由于這些太空系統是核指揮和控制網絡的一部分,一些專家提議,最依賴其衛星的國家在彼此的高空衛星周圍談判 "禁止進入 "區。這種類型的國際規范或條約的建立有希望減輕威脅,盡管像美國、俄羅斯等這樣的主要核大國是否愿意加入這樣的協議是值得懷疑的。一個潛在的挑戰是,簽署該協議的國家必須愿意披露其哪些衛星執行此類操作以及它們在軌道上的位置,因為人們擔心這種信息共享會增加這些資產的脆弱性。
根據專家Ankit Panda的說法,"在2018年NPR擴大了核使用的條件之后,天基NC3資產值得特別考慮"。 在2018年的NPR中,美國 "只有在極端情況下才會考慮使用核武器,以捍衛美國、其盟友和合作伙伴的重要利益。極端情況可能包括重大的非核戰略攻擊。重大的非核戰略攻擊包括但不限于對美國、盟國或合作伙伴的平民人口或基礎設施的攻擊,以及對美國或盟國的核力量、其指揮和控制、或預警和攻擊評估能力的攻擊。" 通過將對NC3的 "非核戰略攻擊 "列入美國可能考慮使用核武器的情況清單,這發出了干擾NC3可能越界的信息。它還提出了一個問題,即哪些類型的侵略活動可以被稱為 "非核戰略攻擊"--特朗普政府從未對這一術語進行充分定義。在2022年的《國家行動計劃》中,拜登政府又恢復了奧巴馬時代更模糊的語言,只是說 "美國只有在極端情況下才會考慮使用核武器來捍衛美國或其盟國和合作伙伴的重要利益"。 長期以來的理解是,針對這些系統可能是高度升級和破壞穩定的,因此保持強大的NC3能力并保護它們不受干擾是至關重要的。
NC3衛星也可以從被動和主動保護措施中受益。被動措施包括分解、分布和擴散的星座,創建更大的小型衛星群,執行關鍵功能。分解戰略可以幫助減輕兩用基礎設施的糾纏問題--例如,"進化的戰略SATCOM(ESS)系統將支持戰略用戶的任務,如核指揮和控制,而受保護的戰術服務(PTS)系統將支持需要高度抗干擾的戰術SATCOM用戶。這可以通過迫使對手明確它在攻擊中所針對的能力來減少無意升級的可能性"。然而,對于某些太空系統來說,分解戰略可能并不可行,也不是最佳選擇,這取決于技術或預算限制或戰略關切。當然,"對手可能無法區分用于不同任務的衛星,而且即使這種差異被披露,對手可能不相信這種區分,無論如何都會攻擊這兩個衛星。"
其他被動措施包括冗余、移動和加固的地面站,在這種情況下,衛星運行不依賴于單一的、固定的和脆弱的地面站來接收和傳輸關鍵數據,而是可以得到其他地面站或空中接收機的支持。像先進的太空態勢感知、電磁屏蔽、快速部署和重組衛星有效載荷,以及使用加密和空中封鎖系統等防御措施,是NC3太空系統保護自己免受事故或干擾的額外方式。主動的衛星防御措施可以采取干擾和欺騙、激光、以網絡攻擊為目標的反太空系統、或發射彈丸或實際扣押威脅物體的形式。雖然這些防御方案中的一些會增加衛星有效載荷的成本或重量,但這些方案的組合有可能為重要的核指揮和控制衛星提供強有力的防御。
也存在減少擁擠和有爭議的軌道環境的影響的國際選擇。創建一個強大的全球太空交通管理系統將有助于所有國家獲得強大的太空態勢感知能力,并減少意外碰撞所帶來的風險。最近的倡議也促進了圍繞負責任的太空行為建立國際規范,其最終目標是指導行為并創造一個安全和可持續的太空環境。2022年5月聯合國減少太空威脅不限成員名額工作組的第一次會議討論了這些規范,而未來的會議顯示有希望圍繞太空安全開始討論。以美國為首的暫停破壞性動能反衛星試驗最近以154比8的投票結果被采納為聯合國決議。九個國家承諾單方面暫停試驗,而中國和俄羅斯投票反對該決議,印度棄權。美國、俄羅斯、中國和印度是唯一試驗過反衛星武器的國家。這項決議可能預示著在政策選擇方面出現了一定程度的勢頭,可以努力減少太空中的風險。未來的一種可能性是,在太空中有強烈國家安全利益的國家開始談判,以談判一項禁止有目的地干擾或瞄準關鍵衛星的條約條款,包括那些參與彼此戰略力量的衛星。然而,任何這樣的外交努力必須努力實現所有國家都能同意的解決方案,并引導太空資產所固有的敏感的國家安全關切,這一點迄今已被證明具有挑戰性。
美國核指揮和控制網絡的太空部分是一個高度復雜的系統,軌道環境的性質給其安全帶來了獨特的挑戰。這個項目的開源性質自然限制了它能回答高度敏感的國家安全基礎設施的內容,但它有望為研究人員、分析人員和政策制定者提供關于這一重要議題的資源。關于這一主題的下一階段研究應該包括以下問題:國家偵察局和其他情報界架構在NC3系統中的作用,鑒于快速變化的太空威脅環境,軍方如何在未來10-20年內改變能力和生存能力要求,如何在生存能力需求增加和由此導致的有效載荷復雜性和成本增加之間決定權衡,以及隨著其他核國家投資于他們自己的先進太空核指揮和控制資產對國際安全的潛在影響。總之,發展NC3太空項目的強大后繼者和適應新系統對于跟上快速變化和日益危險的太空環境至關重要。