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2022年3月,美國蘭德公司發布《開發嵌入人工智能應用的聯合全域指揮控制作戰概念》報告,論述了嵌入人工智能/機器學習(AI/ML)的聯合全域指揮控制(JADC2)的需求,說明了如何在JADC2中利用商業AI/ML系統和需要克服的障礙,并指出了發展路徑。報告認為,為實現嵌入人工智能應用的JADC2,需要投入人力和資源來超越如今的人力密集型指揮控制模式,用自動化和AI/ML技術改進當前的規劃過程。

報告核心觀點包括

  • 將AI/ML納入JADC2之前需要建立“信息基礎”;
  • 實現JADC2目標的關鍵是確定核心軍事任務的指揮控制需求并建立可行的軟件開發計劃;
  • 將商業AI/ML系統用于軍事任務,必須確定技術支持的作戰需求、隨后確定實現作戰任務所需的指揮控制過程,同時了解AI/ML技術的局限性;
  • 在JADC2中應用AI/ML需要克服四個障礙:軍事文化與商業文化的差異、數據不可訪問、重組軍事行動中心并培訓人員、軍事亞文化;
  • 在JADC2中應用AI/ML的目標是實現指揮控制的高效人機組隊,而不是指揮控制的完全自動化。

將人工智能(AI)和機器學習(ML)納入JADC2進行多域作戰(MDO)之前要完成一項艱巨的任務,即建立“信息基礎”。信息基礎中的數據帶有標記,能夠安全地存儲和傳輸,且易于訪問。建立信息基礎需要持續整理和保護軍方為開展指揮控制所需的跨領域、跨軍種和跨梯隊的所有信息。這些信息是AI和ML算法所需的輸入。如果沒有這樣一個信息基礎,將AI融入JADC2的工作就無法取得進展。 盡管最近AI/ML在游戲領域取得了令人鼓舞的成功,但考慮到信息不完整、數據質量差和對手行動等現實障礙,在某些指揮控制功能中使用類似的技術仍具有挑戰性。其他AI/ML技術,例如用于預測戰區內飛機狀態的應用,其成熟度更高。實現JADC2目標取決于確定核心軍事任務集的指揮控制需求,以及建立在近期和遠期都可以實現的軟件開發計劃。

1 JADC2對支撐多域作戰的必要性

現代戰爭已經超越了傳統的陸、空、海領域,軍事指揮官及其參謀人員計劃、指揮和控制部隊不能局限于這些傳統領域,還要擴展到太空、網絡和電磁頻譜領域。更復雜的是,跨領域的活動已經超出了傳統戰爭的范疇,**在還未采取公開敵對行動之前,大多數國家早已身處競爭環境。**軍隊必須能夠在戰爭和競爭中整合這些領域。今天的軍事行動已經需要靈活和安全的手段來跨梯隊、領域、組織和地理區域進行通信和共享數據。未來的全域戰爭和競爭將對獲取信息的規模和速度、對信息的理解和快速決策提出更高的要求,這些都是JADC2能力的關鍵要素。

但是,今天用于規劃、調度和執行監視軍事任務的既存系統和基礎設施不適用于現代全域作戰。鑒于多域作戰規劃日益復雜,期限縮短,而且數據要求增加,軍事規劃人員需要新的工具,包括AI/ML工具。 要想確定對AI/ML工具投入的優先級,就需要了解這些工具的能力、面臨的障礙以及它們滿足多域作戰下新興指揮控制需求的潛力。

圖1 機器學習的類型

2 如何利用商業AI/ML系統

近來,AI/ML系統在日益復雜的游戲中展現出人類所不能及的能力,再加上人們對未來高端沖突作戰需求日益加深的理解,使AI/ML變得極具吸引力。作為一種AL/ML系統,AlphaStar在即時戰略游戲《星際爭霸》中的成功**預示著監督學習和強化學習未來有可能應用于戰術級和戰役級指揮控制。**但是,將這些技術從游戲過渡到戰爭仍需要大量的研究。

隨著人工智能算法被開發用于現實、動態、多領域、大規模和快節奏的作戰,需要選擇、評估和監控重要的度量標準來衡量算法的性能、有效性和適用性。關鍵的算法度量標準包括:效率(計算所需的時間和內存)、可靠性(算法是否產生有效的結果)、最優性(算法是否為給定目標提供最佳結果)、穩健性(算法是否能夠在意外情況下平緩降級)、可解釋性(人是否能理解所產生結果的原因)和確定性(算法是否按預期運行)。

由于商業和學術AI/ML系統沒有直接應用于軍事任務,這些技術需要過渡到軍事環境才能帶來作戰優勢。為了決定采用哪些AI/ML技術,軍方**必須首先了解需要這些技術支持哪些作戰需求,如空中優勢、防空、加油機支持等。隨后作戰需求將決定****實現作戰任務所需的指揮控制過程,**如態勢感知、空域去沖突等。**了解AI/ML技術的局限性,**尤其是它們在不確定條件下進行推理時遇到的困難,也同樣重要。否則,這些技術可能會達不到預期。

圖2 AI/ML關系

3 實現AI/ML的軍事應用需要克服的障礙

實現AI/ML的軍事應用存在以下四個主要障礙。

(1)軍事文化與商業文化的差異

由于在戰爭中生命始終處于危險之中,軍事文化通常是規避風險的。但是在商業世界中,承擔大的風險可能獲得豐厚的經濟回報。這種文化差異在共享數據方面表現最為突出。軍方傾向于保護信息(只有那些“需要了解”的人才能獲取信息),而商業世界重視開放數據訪問(“廣泛共享”),以促進應用開發并獲得經濟利益。因此,將安全考慮納入軍事軟件開發和信息技術(IT)行動(稱為DevSecOps)非常重要,由此能夠挫敗試圖通過網絡手段削弱指揮控制的對手和危險份子。最大的挑戰可能是如何確保AI/ML算法適用于真實戰場。在戰場中,“戰爭迷霧”、不完整的信息和對手的行動與游戲環境截然不同。

(2)軍方內部數據不可訪問

軍方需要統一的數據管理政策和足夠先進的信息技術使指揮控制人員可以訪問大量數據,由此支持他們的人工智能輔助決策。換句話說,**必須有一個支持收集、標記、存儲、保護和共享數據的AI生態系統。**這個生態系統將依賴于通用數據標準、明確指定的權限、完整性檢查和入侵防護。**云計算和數據湖將是關鍵組成部分。**云數據湖可以用于分布式計算、冗余存儲和整個企業內的連接。考慮到現有的軍事政策、文化、權限、預算和獲取途徑,構建這樣一個環境以跨領域和跨安全級別的安全方式提供大量數據將對JADC2提出挑戰。

(3)需要重組軍事行動中心并培訓中心的人員

機器之間通信的增加和指揮控制過程的自動化,可能會帶來作戰中心硬件和人員的變化,這使人類作戰人員能夠聚焦認知任務,如評估和完善潛在的行動方案。采用AI/ML技術將創造出新的角色和職責。作戰人員需要接受培訓以便管理和運營AI生態系統,同時充當數據管理員,確保在該生態系統中捕獲和存儲的數據的質量和完整性。此外,雖然現在規劃人員和決策人員受到的培訓是要在一個領域內思考,但新的職責可能會出現,需要人們同時在多個領域內思考。

**(4)存在軍事亞文化 **

由于作戰人員之間亞文化的差異、規劃時間線的不同,以及為實現不同的作戰效果而采用的不同的權限分配方案,即使在一個軍種內,也很難跨越空中、太空和網絡領域集成AI能力。 盡管如此,對全域指揮控制的需求是急迫的,而且這種需求越來越普遍。為此,在JADC2中嵌入AI應用必須面對和克服以上所有障礙——軍事文化、網絡安全問題、用于知識質量較差的問題的算法、數據不可訪問、作戰中心重組和培訓以及軍事亞文化。

4 實現高效發展的路徑

以上障礙讓現狀看起來很嚴峻,必須立即做出改變來響應快速向前推進的迫切需求。但是,如果將實現目標的步驟分解成一個個容易解決的問題,如果軍方清楚技術的可能性和局限性,就可以取得進展。**我們的目標不應該是指揮控制的完全自動化,而是指揮控制的高效人機組隊。**實現這一目標的步驟應該包括:第一,繼續開發JADC2作戰概念并確定其優先次序;第二,在指揮控制過程中確定采用AI/ML來增強能力的需求和機會

與此同時,有必要為數據驅動的AI生態系統設置環境,這意味著要將武器系統和相關數據遷移至多域數據湖中,供有權限的人使用,同時應用“零信任”和其他安全原則來靈活且安全地管理這些數據。隨著AI軟件應用程序的開發,有必要在作戰測試環境中對這些應用程序進行實驗,將它們與指揮控制系統集成,然后將有限的能力部署到作戰中心,接著根據用戶反饋快速更新軟件應用程序。分析師和技術專家希望探索作戰概念來促進人機組隊,建立人們對AI智能算法的信任,并提高算法的可解釋性。商業需求較少的領域可能需要有針對性的軍事投資,例如用于數據稀缺領域的AI算法學習,或者用于防御針對這些算法的攻擊的AI算法。

當前的AI/ML技術需要學習用的數據。由于缺乏真實世界的數據(缺乏這類數據也是一件幸事)來為改進這些戰爭技術提供信息,軍方可以利用建模、模擬和演習來為AI/ML算法生成訓練數據。這類算法有助于武器-目標配對等。監督或強化學習算法可以支持這種指揮控制功能,類似于最近應用于商業游戲的學習算法。但是軍事算法也必須考慮到現實世界中的不確定性,這對人類和算法來說都是一個主要困難。

正如美國空軍參謀長查爾斯?布朗(Charles Brown)2020年8月所說:“要么加速變革,要么失敗。”對現代戰爭來說,及時向JADC2邁進是必要的,而且有必要“在競爭對手的防守期限內”完成。這一需求真實存在,但對AI/ML設定現實的預期很重要。現有的指揮控制流程在自動化方面還有改進的空間,在某些情況下,在AL/ML方面也有改進的空間。美國眾議院軍事委員會主席、華盛頓州民主黨眾議員亞當?史密斯(Adam Smith)于2021年9月談到JADC2時說:“目標是正確的,但不要低估實現這個目標的難度。”

來源:防務快訊

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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。

隨著美國為大國競爭而重組其軍隊,戰場的有效性將取決于美軍是否有能力超越其近似競爭對手的決策周期。速度是關鍵--軍隊如何快速從其傳感器中收集數據,分析數據,辨別重要信息,將其發送給相關作戰人員并作出最佳反應。一支日益一體化和互操作性的部隊,對共同作戰環境有共同理解,對于軍隊完成能力融合至關重要。

美國防部聯合作戰概念(JWC)描述了全域作戰,并設想了一個聯合殺傷網,它可以通過全域聯合指揮和控制(JADC2)的支持概念,快速有效地將任何傳感器與任何投射能力聯系起來,這就是融合的原則。實現融合要求各軍種之間專注聚焦,確定優先次序并進行協同。美國陸軍將在JADC2中發揮核心作用,因為它為作戰和戰術網絡的發展提供信息;為JWC提供后勤骨干;并在一系列與各部門、機構和國際合作伙伴的合作實驗中測試融合。

0 概述

  • 議題:隨著美國軍隊為大國競爭而進行的轉型,戰場效率將在很大程度上取決于其超越同行競爭對手決策周期的能力。

  • 聚焦范圍:描述了陸軍和聯合實施JADC2的情況。

  • 觀點:

    • 在一個共同的作戰環境中,數據管理和共享對于軍隊實現必要的能力融合至關重要。
    • JADC2要求國防部和陸軍進行變革,特別是在數據共享、網絡支持能力、決策周期中的人工智能(AI) 以及對部隊結構的調整方面。
    • JADC2是關于獲取數據和有效連接;它不是一個特定的平臺。

1 戰略環境

在2020年以后,美國軍隊必須具有戰略上的敏捷性、反應性和致命性。中國和俄羅斯正在大力投資,以減輕美國在陸地、空中、海上、太空和網絡空間各個領域的能力。

  • 通過快速移動平臺維持的反介入/區域拒止(A2/AD)能力,爭奪進入戰場的機會。
  • 利用日益增長的城市化和其他阻礙視距瞄準的地形。
  • 利用戰略上敏感和動態的環境。

在有可能限制聯合部隊戰略部署和使用其部隊能力的情況下,需要一個現代化的指揮和控制(C2)機構,能夠迅速匯集美國及其盟國的所有能力,以威懾,并在必要時擊敗近鄰和其他競爭對手。

1.1 遺留系統的不足之處

目前的C2項目使用的是幾十年前的平臺,"沒有針對未來沖突的速度、復雜性和殺傷力進行優化"。目前的平臺各軍種不能有效地利用或發送數據、命令給其他軍種,而且它們的結構不能支持實現未來的C2。2018年國防戰略(NDS)強調了C2系統現代化的重要性,指出在退化的環境中未來的戰斗將以速度、更多的自主權和分布式的單位獲勝。

2 聯合作戰概念(JWC)

美國防部領導層設想了一個在戰場上沒有界限的未來,圍繞著一個統一的C2系統,其中一個多領域的方法--參與和整合地面、空中、海上、網絡和空間作戰--對于挑戰一個近似的對手是必要的。JWC是一個關鍵的概念,并且正在推動未來的研發和采購,同時也在整合作戰指揮部的審查和服務計劃。因此,該概念的發展是國防部的一個優先事項。

圖:全域聯合指揮與控制(JADC2)通過實時終端用戶報告和協作規劃,協同多個數據源,在國防支持民事當局行動期間,準確地在聯合特遣部隊民事支持(JTF-CS,美軍機構) 可能需要的地方提供支持能力。

注1:聯合作戰概念的四個支持性概念

  • 指揮與控制
  • 火力
  • 后勤
  • 信息優勢

2.1 JADC2

美國防部JADC2戰略于2021年5月由國防部長勞埃德-奧斯汀批準,闡明了國防部實施JADC2的方法;它將JADC2描述為感知、探測和行動的作戰能力,從而提高從沖突到競爭以及所有領域的互操作性和決策速度。JADC2是一個以數據為中心的持續C2能力框架,它支持JWC,并使聯合部隊能夠迅速匯集有助于威懾的效果,并通過決策優勢使任務取得成功。

JADC2指的是所有聯合C2的實施,包括:

  • 構建其連接性的架構。
  • 授予權力。
  • 整合人工智能(AI)決策。
  • 提供梯隊的人員能力。
  • 培訓領導人。
  • 同步工作人員并賦予他們實時決策的權力。

由于速度和規模在未來的戰斗中至關重要,JADC2將建立一個網狀網絡,實時將各部門的數據帶入一個 "可共享的數據湖",將來自所有領域--陸地、空中、海上、太空和網絡空間的傳感器連接起來。利用人工智能軟件、數據庫、處理器和算法,它將把偵察信息轉化為可識別的和優先的目標,比人類分析員更快。目標數據將被發送到處于最佳位置的單位/能力,無論是動能、網絡、電子戰(EW)還是信息作戰(IO)。

JADC2及其網狀網絡可以被看作是一個安全的戰斗互聯網,軍事應用程序在上面進行連接,從所有可用的來源搜尋數據,以迅速將最佳的 "投射 "或 "效應器 "與目標聯系起來。JADC2可以提供無處不在的數據,不同的人類和機械數據可以根據需要使用。歸根結底,JADC2不是一個特定的平臺;它是獲取數據并有效連接。

圖:聯合參謀部的JADC2作戰規劃實驗,允許陸軍、海軍、空軍和海軍陸戰隊的節點共享實時的信息,以實現傳感器與投射的聯系,并將其顯示在一個共同的作戰畫面上(美軍聯合現代化司令部)。

2.2 各軍種間的合作

所有軍種都同意需要將JADC2作為一項組織戰略。2020年,陸軍和空軍簽署了一項協議,在2022財政年度(FY22)之前分享數據并制定共同的數據和接口標準;在多次實驗中,他們在這方面取得了成功。此外,陸軍、海軍和空軍在2021年初簽署了一項合作協議,以測試、整合和分享數據開發,以實現JADC2。

3 陸軍的角色

陸軍現代化戰略描述了陸軍將如何作戰,用什么作戰以及如何組織起來支持聯合部隊。陸軍致力于發展作戰網絡、技術和概念,通過一系列名為 "項目融合"(PC)的演示和實驗來實現超額匹配并為聯合部隊提供信息。這是一場持續的學習運動,旨在迅速 "融合"所有領域(陸地、空中、海上、太空和網絡空間)的效果,并塑造陸軍的新興理論、組織、訓練、能力、研究和發展以及后勤。

通過實驗和學習,"項目融合"有助于確保軍隊在適當的地方擁有適當的人員、適當的系統、適當的能力,以支持聯合戰斗。——陸軍參謀長詹姆斯-麥康威爾將軍

"項目融合"(PC):學習運動

PC由五個核心要素組成:

  • 確保合適的人員和人才。
  • 將陸軍現代化工作與八個陸軍未來司令部跨職能小組(CFT)聯系起來,這些小組與陸軍現代化的六個優先事項相一致。
  • 擁有正確的指揮和控制,以應對節奏越來越快的威脅。
  • 使用人工智能對信息進行分析和分類,并在陸軍網絡中進行傳輸。
  • 在 "最嚴苛的地形"中測試能力。

每項實驗都通過新的架構、編隊和來自陸軍八個CFT的授權來融合現代化舉措,并深化陸軍現代化舉措的整合。這些努力正在加速2018年國防戰略中概述的現代化戰略,該戰略設想未來的戰斗將在退化的環境中以擁有速度、自主性和分布式能力的單位獲勝。

表:陸軍未來司令部項目融合戰略20-22財年

在亞利桑那州尤馬的 "項目融合2020"(PC20)持續了幾個月,展示了人工智能和機器人技術,包括兩次實彈演示。該實驗由士兵、平民、科學家和工程師設計,在最低作戰水平上測試了融合,以挑戰戰術邊緣的決策過程。其中一項測試使用衛星和無人駕駛航空系統:同時感知空中和地面目標;迅速將數據傳遞給平臺,以打擊目標;并在十幾秒內決定性地摧毀該目標。

圖:2021年10月19日,在亞利桑那州尤馬試驗場,被分配到第82空降師的美國陸軍一等兵丹尼爾-坎達爾斯使用戰術機器人控制器來控制遠征模塊化自主車輛,為 "項目融合"做準備。在2021年項目融合期間,士兵們試驗使用該車輛進行半自主偵察和再補給(美國陸軍中士馬里塔-施瓦布攝)。

對實現JADC2能力的另一個貢獻是陸軍繼續倡導將其從聯合(joint)擴展到 "結合(combined)"--CJADC2--因為任何網絡都需要包括盟友和合作伙伴。陸軍在亞洲和歐洲有著深厚的軍隊間關系,應該站在這種重要努力的最前沿。認識到這一點,陸軍21/22財政年度的PC戰略將參與范圍擴大到了結合伙伴和盟友,增加了指揮層級并使之多樣化,并推動了現代化概念和技術的極限。

注2:項目融合(Project Convergence):項目融合是聯合部隊對速度、射程和決策主導權的實驗,以實現超額完成任務,并為聯合作戰概念和全域聯合指揮與控制提供信息。作為一場學習運動,它利用一系列聯合的、多領域的交戰來整合人工智能、機器人技術和自主性,以提高戰場態勢感知,將傳感器與投射連接起來,并加快決策的時間線。因為誰能最先看到、了解并采取行動,誰就能獲勝。

注3:項目融合的五個核心要素

  • 1.人
  • 2.武器系統
  • 3.指揮和控制
  • 4.信息
  • 5.地形

4 挑戰

JADC2要求國防部和陸軍進行轉型,特別是在數據管理和共享、網絡支持能力、人工智能在決策周期中的作用以及為實現這些變化而對部隊結構進行調整。陸軍現代化戰略及其現代化優先事項是持續轉型的框架,以使陸軍能夠在多個領域進行部署與聚合效應。

注4:軍隊現代化的優先事項六大任務

  • 遠距離精確射擊
  • 下一代戰車
  • 未來的垂直升降機
  • 陸軍網絡現代化
  • 空中和導彈防御
  • 士兵殺傷力

4.1 數據共享和網絡能力

一個用于C2的綜合戰斗管理系統需要在數據共享和標準化數據共享接口方面進行通信;然而,許多遺留系統包含數據共享障礙。2021年初,各軍種之間開始認真工作,制定數據標準以連接他們的JADC2項目,并通過 "發現、理解和與所有領域、梯隊和安全級別的合作伙伴交換數據 "來克服這些障礙。

陸軍的網絡CFT正在試驗網絡的現代化,以實現聯合接口、彈性和能力。它的重點是加強地面領域的數據和網絡傳輸能力,連接人工智能和機器學習(AI/ML),開發戰術云和邊緣計算。

4.2 聯合部隊實驗

國防部正在制定和實施一套初步的實驗和原型設計的核心原則,以統一國家安全事業。聯合部隊已經確定了幾個原型能力,通過將真實世界的威脅數據納入響應計算,在即將舉行的演習中進行測試。陸軍聯合現代化司令部建立了聯合系統集成實驗室(JSIL)--一個使用持久性環境場景的實驗網絡,允許各軍種、工業界和盟友通過幾個網絡測試數據共享能力。這將有助于對JADC2戰略進行可靠的評估。

4.3 最大限度地利用空間、人工智能和網絡

由美國太空發展局管理的低地球軌道(LEO)衛星將整合各軍種的戰術網絡,以創建一個網狀網絡的傳輸層。計劃于2022年部署的近30顆衛星將提供一種 "作戰人員沉浸 "能力,其中傳感器、投射和戰術網絡可以與戰術通信連接。PC22將利用這些衛星,開發低地軌道能力。

人工智能國家安全委員會報告稱,國防部有必要在2025年前采用、實施人工智能并為其提供資源。人工智能/ML--陸軍的一個優先研究領域--對于在聯合、全域作戰中實現聯合戰場管理系統至關重要。人工智能的進步提高了對新出現的威脅的反應速度和敏捷性,使指揮官和工作人員能夠將精力集中在加速、優化決策上。

建設網絡安全基礎設施是陸軍網絡計劃的一個關鍵方面,它將為統一的網絡帶來速度、訪問和安全。在平衡這些要求的同時,美國網絡司令部正在與行業伙伴密切合作,擴大用于在國防部、情報界和商業網絡之間傳遞數據的安全共享工具,而不存在被破壞的風險。

圖:作為 "項目融合2020"的一部分,飛馬系列戰術自主系統的一部分在尤馬試驗場進行測試。飛馬系統有能力為無人駕駛航空系統(UAS)、地面行駛履帶式車輛,提供監視能力或創建一個地區的豐富詳細的三維地圖。

5 前進之路

決策主導權--在技術和融合的作用下更快地做出更好的決策的能力--將使美國軍隊從其對手中脫穎而出。JADC2有助于實現信息主導權,并促進快速融合,實現速度關鍵優勢,這是未來AI/ML競爭的基礎。

目前,每個軍種都在其各自領域內管理C2的復雜性。隨著戰爭的特點變得越來越復雜,聯合部隊必須同時有效地整合五個領域。這需要新的C2方法。JADC2是建立一支能夠完成國防戰略目標的聯合部隊的基礎。國會的支持、持續的資助和軍種間的合作對于成功實施JWC和JADC2至關重要。

陸軍在實現這一聯合網絡的技術、創新和實驗方面處于領先地位。它的PC學習運動已經證明了它有能力使用新興技術和創新概念來實現軍種間和跨域的融合。陸軍的未來司令部、CFTs、作戰能力發展司令部和軟件工廠正在結合士兵的經驗、工業界的資源和科學家的專業知識來發展和提供未來的戰斗力量。通過實驗和聯合協作,陸軍正在使JADC2成為現實,從而增強戰略競爭中的威懾力和沖突中的超強戰斗力。

美國陸軍協會

美國陸軍協會是一個非營利性的教育和專業發展協會,為美國的全部軍隊、士兵、陸軍文職人員和他們的家屬、行業伙伴以及強大國防的支持者服務。美國陸軍協會為陸軍提供聲音,支持士兵。

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報告探討了美國空軍在戰役層實施聯合全域指揮控制(JADC2)面臨的挑戰,分析了未來多域作戰中運用人工智能的機會,梳理了建設JADC2人工智能生態系統的最佳商業實踐。報告最后指出,指揮控制構造、指揮控制所需的數據和數據基礎設施以及利用數據來指揮控制所有領域部隊需要的工具、應用程序和算法必須調整以支持未來的多域作戰。JADC2應該以一種內聚、漸進、交互式的方式發展,美國空軍作戰集成中心應確保JADC2的指揮控制結構、數據管理以及工具、應用程序和算法開發的發展遵循統一的戰略。

作者研究并推薦了將人工智能(AI)以及更廣泛的自動化應用于美國空軍全域聯合指揮與控制(JADC2)。作者發現,為了支持未來的多域作戰,必須對三個主要的使能類別進行調整:(1)指揮和控制(C2)結構或部隊如何組織,當局在哪里,以及他們如何訓練和配備人員,(2)利用數據進行C2所需的數據和數據基礎設施,以及(3)利用數據進行C2全域部隊的工具、應用程序和算法,包括人工智能算法。轉向現代化的JADC2需要各利益相關者合作制定政策、指導、戰術、技術、程序、訓練和演習、基礎設施和工具,很可能利用人工智能,以實現概念。

研究問題

  • 多域指揮與控制(目前為JADC2)定義的共同要素是什么?
  • 實現JADC2的挑戰是什么?
  • 需要哪些技術和能力來實現JADC2?

主要研究結果

  • 美國空軍空中作戰中心(AOC)制定的72小時空中任務周期,已經無法滿足當前數字世界的要求。在未來有計劃規劃與動態規劃之間的平衡點會發生變化,動態規劃的比重會加大。全域聯合指揮控制工具和流程要具備為這種變化提供支持的能力。

  • 將空軍作戰中心結構體系遷移到現代數字環境中面臨許多挑戰,包括對以人為中心的主題專家會議和委員會的依賴,“空氣隔離”系統中的數據分為多個保密級別;對商業服務產品的嚴重依賴等。

  • 其他限制多域作戰速度和范圍的因素包括:權力和指揮關系,跨域同步戰斗節奏,各域使用的程序不同,不同戰區和地區使用不同的指揮控制結構,靈活健全的通信系統和程序。

  • 要支持多域行動應協調一下三個范疇的內容:全域聯合指揮控制的指揮控制結構的確定,可用于多域作戰的數據源和計算基礎結構,以及實現多域決策者“在圈中”且支持機器對機器過程的算法開發。

  • 目前有多個未來多域作戰概念,需求也因戰役而異。未來的指揮控制結構應具有靈活性,能夠適應各種變化。

研究建議

  • 美國空軍綜合作戰中心(AFWIC)應與美國空軍太平洋司令部、歐洲司令部、非洲司令部合作,通過兵棋推演和桌面演練進行假設并繼續研究多域作戰概念,為國防戰略提供支持。同時他們應該將最終確定的多域作戰概念告知空軍以外部門,以便與其他軍種和美國國防部進行合作。

  • 美國空軍首席數據官應制定適用于整個作戰中心的數據管理政策,確保數據得到保存和適當標記方便之后使用,同時要保證有足夠的數據儲存能力。

  • 美國空軍綜合作戰中心應該與美國空軍作戰司令部(ACC)合作,評估各種能夠實現多域作戰的指揮控制結構。同時還要另外開展兵棋推演以及研討會來對比和比較各種替代方案。美國空軍作戰司令部后續應該進行的工作,還包括制定開發、組織、培訓和裝備方案。

  • 全域聯合指揮控制流程應該體現凝聚、漸進和交互原則。指揮結構、數據管理以及工具,應用程序和算法的開發都應根據總體戰略進行。

  • 美國空軍綜合作戰中心應確保戰略的實施,并向空軍參謀長報告相關情況。

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1 報告概述

2022年5月9日蘭德公司發布《利用機器學習進行作戰評估》報告。作者描述了一種利用機器學習來支持軍事作戰評估的方法。他們展示了如何利用機器學習從情報報告、作戰報告以及傳統和社會媒體中的非結構化文本中快速、系統地提取與評估相關的見解。這些數據已經由作戰級別的總部收集,通常是關于當地居民、敵人和伙伴部隊的最佳可用信息來源,但很少被納入評估,因為它們的結構不容易被分析。本報告中描述的機器學習方法有助于克服這一挑戰。

本報告中描述的方法,作者利用最近結束的針對上帝抵抗軍的戰役進行了說明,使評估小組能夠向指揮官提供關于戰役的近乎實時的見解,這些見解是客觀的,與統計學相關。這種機器學習方法可能特別有利于資源有限或沒有具體評估數據的戰役,這在資源有限或被拒絕地區的戰役中很常見。這種機器學習的應用對大多數評估小組來說應該是可行的,并且可以通過公開和免費的機器學習工具來實現,這些工具已被授權在美國國防部系統上使用。

2 研究問題

如何利用機器學習工具將現有的情報報告、作戰報告和環境數據(如社交媒體、傳統媒體)納入戰爭行動層面的評估?

3 研究背景

準確和及時的評估--提供關于哪些是有效的,哪些是無效的,以及如何改進作戰的反饋--是所有美國軍事作戰的一個關鍵要求。對軍事作戰的評估是圍繞戰役的作戰目標進行的,評估過程的重點是確定在實現這些目標方面是否正在取得進展。評估小組--最好是與指揮小組一起--確定與每個目標相關的預期效果,然后制定有效性措施(MOE),以跟蹤實現這些目標的進展。

獲得和處理正確的數據類型對于產生相關和可辯護的評估至關重要,這也是本報告的主題。有效的評估要求數據是客觀的、縱向的、與軍事作戰希望達到的效果類型相關的、有適當的評估結構,并且有足夠的時間頻率來支持決策。

在以前的研究中,我們為特種作戰部隊(SOF)的作戰評估開發了一種標準化的方法,我們發現作戰總部已經收集的各種數據與評估有關,但很少被使用。三種類型的數據--情報報告(如來自人類情報或信號情報來源)、作戰報告(如情況報告[SITREPs])和環境數據(如社交媒體)中已有的對正在發生的事件的文字描述,往往是有關當地居民、敵人和伙伴部隊的最佳可用信息來源。然而,這些數據的結構很少能被輕易地納入評估過程。

本報告描述了一種方法,即如何利用機器學習(ML)工具將這些現有數據納入作戰評估。我們展示了一個基于ML的文本分類器如何快速整理和準備這些數據,以便使用評估小組常用的標準統計工具進行后續分析。然后,我們使用最近結束的針對上帝抵抗軍的作戰數據來說明這一方法。這種基于ML的方法對大多數評估小組來說應該是可行的,并且可以用公開和免費提供的ML工具來實施,這些工具已被預先授權用于美國國防部(DoD)的機密系統。

本報告所描述的方法使評估小組能夠準確、及時地了解一場戰役,為指揮官提供近乎實時的、客觀的、與統計學相關的結果。可以使用我們的方法分析的每一種類型的數據--情報、作戰和環境--為理解一個戰役的效果提供了一個不同的視角。在有評估特定數據(如投票)的軍事作戰中,這些新的數據來源使評估小組能夠對調查結果進行三角測量,提高評估的可靠性。然而,ML工具在評估專用數據有限或沒有的情況下特別有用--這在資源有限或在被拒絕地區的作戰中很常見。

4 評估方法:有監督機器學習

我們的分析集中在一個具體ML評估應用上:使用 "有監督機器學習"(SML),從現有的情報、作戰和環境報告中的非結構化文本中構建一個可供評估的數據庫。SML的這種應用的直覺是相對簡單的。首先,人類分析員通過手工審查和分析可用的非結構化文本的一個子集。這第一步的輸出通常被稱為 "訓練數據"。然后,ML算法分析這個訓練數據,并試圖模仿人類分析師對所有剩余文本使用的相同分析過程。

這種方法允許評估小組系統地編輯非結構化文本中的信息--每份報告中提供的定性描述成為客觀和定量評估中的單一數據點--然后檢查這些信息如何隨時間演變。這種方法是將ML納入評估過程的最簡單方法,但它仍然是一種有效的方法,可以從這些現有數據中信息豐富的非結構化文本中獲得與評估相關的見解。

在本報告中,我們詳細說明了一個五步工作流程,并在圖S.1中進行了總結,評估小組可以按照這個流程將SML納入評估過程。


圖S.1 用于評估工作流的監督機器學習

  • 第1步是整理大量的潛在相關報告--通常是數以千計的年度報告(或更多)--可用于大多數業務。這個整理過程包括刪除不必要的重復內容,并將數據重新組織成適合ML算法分析的格式。在我們的方法中,現有報告中的非結構化文本被分為單句,然后分析其與競選活動的相關性。

  • 第2步是制定適合每個相關MOE的編碼標準。這些編碼標準是歸納出來的,評估小組首先審查現有的數據,以確定哪些MOE是可以用現有的數據衡量的。然后,評估小組制定具體的編碼標準--也就是一套規則,說明什么時候一份報告應該被認為與該MOE相關(或不相關)。至關重要的是,這些編碼標準要足夠清晰和詳細,以便于復制,使不同的分析員在應用這些標準時產生幾乎相同的結果。本報告為每一類數據(情報、作戰和環境)提供了常用的MOE的編碼標準樣本,盡管具體的編碼標準必須是針對作戰的。

  • 第3步是準備訓練數據,這是SML方法中ML算法的主要輸入。這些訓練數據是整體非結構化數據的一個子集,由評估小組使用步驟2中制定的編碼標準進行審查、分析和編碼。確保編碼標準的穩健性和可復制性是開發這些訓練數據的一個關鍵組成部分,因為ML算法試圖復制人類分析員的編碼。

  • 第4步是實現和校準一個或幾個選定的ML算法。校準過程包括審查由ML算法編碼的報告,以驗證其準確性--也就是說,即確保被識別為相關的報告確實是相關的。如果算法表現不佳,評估小組需要調整算法參數或擴大訓練數據的數量。在一個實際的活動中,這個校準過程應定期重復,以確保算法在更多的數據可用時仍然表現良好。

  • 第5步,評估小組處理來自ML算法的輸出,以整合到評估過程中。ML算法的輸出是一個結構化的數據庫(例如,Excel),確定所有滿足步驟2中制定的編碼標準的報告。這種通用的結構化格式允許用評估小組常用的工具進行分析,并便于插入現有的態勢感知工具中。在某些情況下,可以直接分析這些數據,以產生報告在一段時間內的趨勢線,例如,以正面方式討論一個實體(如敵人或伙伴部隊)的社交媒體報告的百分比與以負面方式討論它的數量相比。在其他情況下,這些數據需要與報告中的其他信息相結合--例如,提取特定地點的信息可以使評估小組生成不斷變化的敵人作戰自由地圖。

主要發現

機器學習可以成為支持作戰評估的有力工具

  • 作戰總部已經收集的數據--情報報告、作戰報告和環境數據(社會和傳統媒體)--往往是關于敵人和伙伴部隊以及當地居民的最佳可用信息類型。然而,它們很少被納入評估,因為它們往往(1)不被認為是足夠客觀的,(2)沒有以易于分析的結構化格式提供,以及(3)數量極大,需要花費一些精力來獲取和組織。
  • 機器學習(ML)工具,可以快速攝取和解釋大量的非結構化文本,允許對這些數據進行快速、系統和客觀的分析,產生關于作戰的客觀和統計相關的見解。
  • 監督機器學習(SML)是使用ML將這些數據納入評估過程的最簡單方法。在SML方法中,評估小組首先通過手工分析非結構化文本的子集,然后應用ML算法來模仿評估小組對剩余數據的分析方法。
  • ML衍生的數據可以為指揮官提供關于戰役的近乎實時的洞察力,每種類型的數據(情報、作戰和環境)為理解戰役的效果提供不同的視角。
  • ML工具在評估數據有限或沒有評估數據的戰役中特別有利--這在資源有限的戰役或在被拒絕的地區很常見。
  • 這種基于ML的方法對大多數評估小組來說應該是可行的,并且可以用免費提供的ML工具來實施,這些工具已被預先授權用于美國國防部的機密系統。

主要建議

我們的研究確定了五個建議,這些建議將提高基于ML的評估方法的價值。

  • 建議1:在受控演習中驗證SML方法。本報告所描述的方法是特意設計的,以使評估小組盡可能容易復制,而且該方法的設計依靠的是既免費又已被批準在許多軍事網絡上使用的工具。然而,盡管我們已經用實際作戰測試了我們的方法,但我們并沒有試圖在實時或與軍事分析員團隊一起做這件事。因此,我們建議利用實戰演習,但在受控條件下驗證各項要求--如任務前培訓、人員配置、分析工具的可用性和必要的數據訪問。

  • 建議2:探索如何利用無監督的ML為作戰評估提供信息。無監督的ML可以提供一種工具,用于發現戰役活動和這些活動的行動目標之間的未預期模式。經過評估小組的審查,這些信息可以為指揮官提供一個寶貴的工具,用來探索未預料到的模式。考慮到我們的任務是探索如何利用ML將現有數據用于評估,我們沒有詳細研究將無監督ML納入評估的實用性或價值。

  • 建議3:對作戰報告實施適度的標準化。SITREP和其他作戰報告往往是關于伙伴部隊活動和能力的唯一最佳歷史數據來源,而且這種報告還可以提供關于美國部隊活動的詳細歷史記錄。這些特點使作戰報告成為評估小組潛在的有力工具--特別是如果有ML(或類似的)工具可以快速提取與評估有關的信息--但這種報告在質量和細節上并不一致。我們建議對這種作戰報告進行適度的標準化。要求(簡單地)戰術部門持續討論其伙伴部隊的活動和能力。

  • 建議4:改善歷史情報和作戰報告的歸檔、發現和提取。獲取和提取本報告所述方法所需的相關情報和作戰報告在現有系統中并不容易。對于情報報告,我們建議在現有系統中增加快速提取縱向數據(如三個月或更長時間的數據)的能力,以滿足一組特定的搜索參數(如地理、布爾邏輯),其中包括報告全文和一些關于數據的基本描述性信息(日期、來源等)。對于業務報告,我們建議業務層面的總部確保所有下屬總部的SITREPs被系統地歸檔。

  • 建議5:擴大專業軍事教育中要求的具體評估討論。盡管承認評估對軍事行動的重要性,但在向聯合部隊提供的與評估有關的教育和培訓方面存在重大差距。因此,評估小組往往難以提供指導有效決策所需的信息,而作戰級總部的其他工作人員往往缺乏經驗。

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總結

美國防部(DOD)正在對其指揮軍事力量的方法進行現代化改造。國防部高級領導人已經表示,現有的指揮和控制架構不足以滿足2018年國防戰略(NDS)要求。全域聯合指揮與控制(JADC2)是國防部的概念,將所有軍種--空軍、陸軍、海軍陸戰隊、海軍和太空部隊的傳感器連接到一個網絡中。

DOD指出,用Uber共享服務來比喻其對JADC2的期望最終狀態。Uber結合了兩個不同的應用程序--一個是乘客,另一個是司機。使用各自的位置,Uber算法根據距離、旅行時間和乘客(以及其他變量)來確定最佳匹配。在JADC2的情況下,這種邏輯將找到攻擊特定目標的最佳武器平臺,或應對新出現威脅的最佳單位。為了使JADC2有效工作,DOD正在追求三種新的或新興的技術:自動化和人工智能、云環境和新的通信方法。

DOD的一些機構和組織參與了與JADC2相關的工作。下面的清單突出了與JADC2開發有關的部分組織和項目:

  • 國防部首席信息官:第五代(5G)信息通信技術。

  • 國防部長辦公室(研究與工程):全網絡化指揮、控制和通信(FNC3)。

  • 國防高級研究計劃局:馬賽克戰爭。

  • 空軍:高級戰斗管理系統(ABMS)。

  • 陸軍:項目融合(Project Convergence)。

  • 海軍:項目超配(Project Overmatch)

隨著國防部開發指揮和控制軍事力量的新方法,國會可能會考慮幾個潛在的問題:

  • 國會如何在驗證需求或成本估算之前考慮JADC2的相關活動?

  • 在沒有正式的計劃或預算申請的情況下,國防部為JADC2的預算是多少?

  • JADC2的支出重點是什么,是否有國防部可能沒有投資的舉措?

  • 國防部如何確保每個軍種和盟國的通信系統之間的互操作性?

  • 國防部應如何優先考慮其未來網絡中相互競爭的通信需求?

  • 人工智能將在未來的指揮和控制決策系統中發揮什么作用?

  • 為了滿足JADC2的要求,有哪些潛在的部隊結構變化是必要的?

  • 國防部應如何管理與JADC2相關的工作?

1 什么是JADC2

全域聯合指揮與控制(JADC2)是美國國防部(DOD)的概念,即把所有軍種--空軍、陸軍、海軍陸戰隊、海軍和太空部隊的傳感器連接成一個網絡。傳統上,每個軍種都開發了自己的戰術網絡,與其他軍種的網絡不兼容(例如,陸軍網絡無法與海軍或空軍網絡連接)。通過JADC2,國防部設想建立一個 "物聯網"網絡,將眾多傳感器與武器系統連接起來,利用人工智能算法幫助改善決策。

DOD官員認為,未來的沖突可能需要領導人在幾小時、幾分鐘或可能幾秒鐘內做出決定,而目前分析作戰環境和發布命令的過程需要數天時間。國防戰略(NDS)委員會報告的非保密概要指出,目前的C2系統與潛在的同行競爭對手相比已經"惡化"。國會可能對JADC2概念感興趣,因為它正被用來制定許多高調的采購計劃,以及確定美國軍隊對潛在對手的有效性和競爭力。

圖 1. JADC2 的概念愿景

JADC2設想為聯合部隊提供一個類似云的環境,以共享情報、監視和偵察數據,在許多通信網絡中傳輸,從而實現更快的決策(見圖1)。JADC2打算通過收集來自眾多傳感器的數據,利用人工智能算法處理數據以識別目標,然后推薦最佳武器--包括動能和非動能武器(如網絡或電子武器)--來打擊目標,從而幫助指揮官做出更好的決策。

DOD指出,用Uber共享服務作為類比來描述其對JADC2的期望最終狀態。使用各自的位置,Uber算法根據距離、旅行時間和乘客(以及其他變量)來確定最佳匹配。然后,該應用程序為司機提供指示,讓他們按照指示將乘客送到目的地。Uber依靠蜂窩和Wi-Fi網絡來傳輸數據,以匹配乘客并提供駕駛指示。

一些分析家對JADC2采取了更加懷疑的態度。他們對JADC2的技術成熟度和可負擔性提出了疑問,以及是否有可能在一個致命的、充滿電子戰的環境中部署一個能夠安全可靠地連接傳感器和射手并支持指揮和控制的網絡。分析人士還詢問誰將擁有跨領域的決策權,因為傳統上,指揮權是在每個領域內而不是從整體戰役的角度下放的。

什么是指揮與控制?C2的維度和人工智能的影響
人們可以通過五個問題來看待指揮和控制:誰、什么、何時、何地和如何。傳統上,國會通過兩個不同但相關的問題來關注指揮與控制:權力("誰")與技術("如何")。
國會傳統上關注的第一個問題反映了指揮官執行行動的權力。這一討論的重點是指揮系統,反映了負責組織、訓練和裝備美國部隊的軍種與有權在國外使用部隊的作戰司令部之間的差異。這個問題可以用一個問題來概括:"誰指揮部隊?"
第二個問題是使指揮官能夠做出這些決定并將其傳遞給戰場的技術方面。指揮、控制、通信(C3)、C3加計算機(C4)以及情報、監視和偵察(ISR)等術語進入了討論。指揮和控制的這一技術問題著眼于指揮官用于決策的數據(和收集方法)(即ISR是促成決策的數據),將數據轉化為信息的處理能力,以及使指揮官將其決策傳達給地理上分布的部隊系統。這種指揮和控制的技術方法可以概括為:"你如何指揮部隊?"
指揮和控制的其他動態回答了其他問題:哪些系統和單位被指揮(什么),時間方面(何時),以及地理方面(何處)。國會在歷史上對這些問題中的每一個都是在具體的,而不是一般的問題上表示了興趣。例如,國會沒有考慮一般用途的部隊,而是關注與核部隊和特種作戰相關的權力問題。與核和網絡戰的快速反應相關的指揮和控制問題,以及在有限的程度上與電磁頻譜戰相關的問題,這些都是及時性問題,引起國會關注的其他領域。
關于 "何時",國會已表示對與核和網絡戰的快速反應有關的指揮和控制感興趣,并在有限的程度上對電磁頻譜戰感興趣。然而,對 "何時"的最大敏感度似乎更側重于戰術(例如,何時讓飛機進入目標,何時開始對建筑物進行攻擊);這些決定往往被授權給指揮官。最后,地理因素對指揮美軍提出了獨特的挑戰;只要行政部門和國會繼續支持全球國家安全戰略,地理決策在很大程度上代表了戰術問題,往往被授權給各個指揮官。
圖2. 指揮與控制的維度和人工智能的影響
圖2描述了這些問題是如何通過引入人工智能(AI)來優化各方面的結果。隨著編隊復雜性的增加--特別是為全域聯合作戰設計的編隊,控制這些部隊有可能超越人類的認知能力,并使用算法來幫助管理這些部隊。美國軍方表示,它打算讓人類參與整個決策過程,但隨著美國軍隊將更多的人工智能技術引入其決策機構,各方面的區別開始變得模糊不清。例如,"誰"和 "如何"開始變得相似,特別是當計算機或算法向指揮官提出建議時,他們可能不了解信息或產生建議的過程。
人工智能還可以影響指揮和控制的其他方面,包括 "什么"、"什么時候 "和 "在哪里"。將 "什么 "和 "哪里 "這兩個要素結合起來,可以挑戰對手尋找和與美國部隊交戰的能力;這樣做也可以挑戰指揮官及其參謀部在沒有系統幫助管理復雜情況下保持對部隊的控制能力。從 "何時 "的角度來看,需要快速決策的行動,特別是電磁頻譜戰或網絡戰,可能超過人類的決策能力。這就提出了一個重要的問題,即指揮官能在多大程度上信任人工智能,以及人類作戰員需要理解人工智能系統為什么建議采取特定行動。

2 為什么要改變當前的 C2 結構?

DOD目前使用戰斗空間的不同部分來執行C2--主要是沿著確定的軍事領域:空中、陸地、海上、太空和網絡空間。這種結構的存在是因為傳統的威脅來自單一系統,如飛機和坦克編隊。作為回應,軍方開發了高度復雜(但昂貴)的傳感器來監視戰斗空間,向集中式指揮中心(如空中作戰中心或陸軍指揮所)提供信息。E-3高級預警和指揮系統(AWACS)和E-8聯合監視目標攻擊雷達系統(JSTARS)等系統經過優化,為這些中央前哨的指揮官提供態勢感知,然后他們可以在那里指揮軍事力量。

2018年國防戰略(NDS)、審查它的 NDS 委員會和其他來源闡述的未來作戰環境描述了潛在對手如何發展復雜的反介入/區域拒止 (A2/AD) 能力(見圖 3)。這些能力包括電子戰、網絡武器、遠程導彈和先進的防空系統。 美國競爭對手將 A2/AD 能力作為對抗美國傳統軍事優勢(例如投射力量的能力)的一種手段,并提高他們贏得快速、決定性交戰的能力。

圖 3. A2/AD 環境的可視化

美國防部高級領導人已經表示,在未來的作戰環境中,獲取信息將是至關重要的。此外,這些領導人還表示,為了挑戰潛在的同等對手,需要采取多領域的方法(美國部隊將使用地面、空中、海上、太空和網絡力量來挑戰對手的目標計算)。因此,全領域聯合作戰的概念為指揮官提供了獲取信息的機會,可以利用突襲進行同步和連續的行動,并在所有領域快速和持續地整合能力,從而獲得物質和心理優勢以及對作戰環境的影響和控制。

空中陸戰概念設想將空軍和陸軍的努力結合在一起,在20世紀80年代對抗蘇聯,自該概念提出以來,技術上的進步使美國防部能夠繼續發展全領域聯合作戰的概念。這些技術進步包括增加了攻擊目標的方法(包括電子和網絡手段),相對低成本的傳感器的擴散,以及將這些傳感器的數據轉化為信息的處理能力的提高。維持對所有領域行動的控制所面臨的挑戰是,美國的軍事C2機構并不是為做出這些類型的決定而組織的,26而且正在使用的技術的復雜性和速度可能超過人類的認知能力。

指揮與控制是如何演變的?
美軍傳統的指揮和控制概念源于德軍的 "任務型命令"(auftragstaktik)。認識到軍事行動中的混亂和 "戰爭迷霧 "是不可避免的,下級指揮官被委托半自主地行動以實現其指揮官的意圖(即任務的總體目標),而不是有預先規定的行動。情報來源和偵察的信息需要很長的時間,甚至可能需要幾天才能到達指揮官手中。為了保持對部隊的控制,指揮官們依靠無線電通訊和紙質信件。有限的信息量使得指揮官可以在兩個方面指揮部隊--使用單一的領域來應對對手的行動。
在冷戰的高峰期,蘇軍給軍事力量提出了一個新的問題:如何對抗一支數量上占優勢的坦克部隊。為了應對這一威脅,陸軍和空軍提出了一種新穎的方法,通過開發新技術來確定增援地點,將空中和陸地力量結合起來。這一概念被稱為 "空地戰"。這種三維方法試圖利用情報、監視和偵察方面的優勢,"深入觀察",將火力集中打擊增援部隊(即 "深入打擊")。為了支持這種利用深度打擊來防止增援部隊的設想,美軍需要改進指揮所,以提高指揮部隊的決策速度,同時仍然保持遵循指揮官意圖的傳統。這種需要導致了新系統的開發,如JSTARS和ATACMS。這些系統使指揮官能夠更快地了解戰斗空間,并提高對敵軍直接開火的反應時間。
在過去的20年里,中國和俄羅斯觀察了美國的戰爭方法,確定了挑戰美國優勢的不對稱方法。中國的軍事現代化尤其注重防止美國建立大量的戰斗力(限制后勤),增加高價值飛機(油輪、間諜飛機、指揮和控制飛機)的風險,并增加其海軍足跡(限制美國的海軍優勢)。為了應對這些新威脅,國防部最初提出了使用多域作戰的想法(后來過渡到全域作戰一詞)。國防部認為,使用一個或甚至兩個維度來攻擊對手是不夠的,因此挑戰對手的目標計算需要更復雜的編隊(額外維度)。國防部認為,不斷增加的復雜性,加上應對新興技術威脅的時間可能減少,需要新的方法來管理部隊。
圖4. 指揮和控制的復雜性的變化

3 JADC2-賦能技術

在國防部發展JADC2概念的過程中,有三類技術在這種指揮和控制軍事力量的方法中起著不可或缺的作用:自動化、云環境和通信。

3.1 自動化與人工智能

許多DOD高級領導人已經明確表示,JADC2是一個概念(或許是一個愿景),而不是任何具體的計劃。在2021年1月的一篇文章中,聯合人工智能中心主任Michael Groen中將說:"JADC2不是一個IT(信息技術)系統,它是一個作戰系統。從歷史上看,你會有一個大型的國防項目,你會花數年時間來完善需求,你會收集大包大包的錢,然后你會去找國防承包商,花更多的時間來建造、測試,然后在多年后最終投入使用"。在這篇文章中,Groen中將描述了人工智能(AI)的作用,以及延伸到數據和數據結構的作用,使這些算法能夠為指揮官提供信息。根據Dennis Crall中將(聯合參謀部指揮、控制、通信和計算機/網絡首席信息官[JS J6]主任)的說法,人工智能和機器學習對于實現JADC2至關重要。Dennis Crall說道:"JADC2是關于將所有這些自動化....。它是關于利用傳感器豐富的環境--查看數據標準等事情;確保我們可以將這些信息轉移到一個我們可以正確處理的區域; 帶來了云;帶來了人工智能、預測分析;然后用一個能夠處理這些的網絡來支撐所有領域和合作伙伴。"

3.2 云環境

DOD表示,擁有多分類的云環境對于實現JADC2是必要的。DOD設想,用戶能夠根據他們的需要和信息要求,在不同的分類下訪問信息。在2021年6月的新聞發布會上,克拉爾中將說,"戰術邊緣 "的云能力是用于數據存儲和處理,實現人工智能算法。作為一個例子,空軍討論了其高級戰斗管理系統(ABMS)項目對云環境的需求--空軍部對JADC2的貢獻,這將在下文討論。根據空軍的預算說明,ABSM將需要一套云系統、應用程序(即軟件)和網絡(包括商業和政府擁有的),這將 "了解環境并應用由人工智能和機器學習輔助的先進算法"。

3.3 通信

根據DOD的說法,開發JADC2將需要新的通信方法。DOD目前的通信網絡已經為中東地區的行動進行了優化。因此,DOD使用衛星作為與海外部隊通信的主要方法。這些系統面臨著延遲(時間延遲)問題,并且在設計上不能在有電子戰的情況下有效運行。這些舊的架構依賴于地球同步軌道上的衛星,這些衛星在地球上空大約22200英里(35800公里)處運行。新的應用,如人工智能,將有可能需要額外的數據速率,而目前的通信網絡可能無法支持--特別是當DOD增加傳感器的數量,以提供額外的數據來改進算法。自主系統的引入,如海軍的大型無人水面和海底航行器,以及陸軍對機器人飛行器越來越感興趣而產生的系統,可能需要安全的通信和短時延來維持對這些系統的控制。

4 目前開展的JADC2相關工作

聯合參謀部是負責制定全域聯合指揮與控制概念戰略的國防部組織。此外,還有一些正在進行的研究和努力與JADC2概念有關。每個軍事部門(陸軍、海軍、空軍)以及國防部機構,如國防高級研究計劃局(DARPA)和負責研究和工程的國防部副部長辦公室(OSD[R&E]),都在開發技術和概念。以下各節簡要介紹一些組織的工作。

4.1 聯合參謀部 J6:JADC2 戰略

國防部負責制定JADC2戰略的領導機構是聯合參謀部J6指揮、控制、通信和計算機/網絡局。JADC2戰略最初的設想是改善聯合部隊的互操作性(例如,確保無線電系統能夠相互通信),后來擴大了這一重點,制定了一種信息共享方法,通過為決策提供數據來實現聯合行動。除了制定戰略,J6還組織了一個JADC2跨職能小組,各軍種和國防部機構通過該小組協調他們的實驗和計劃。這與國防部數據戰略和國防部副部長創造數據優勢的努力相一致。該戰略確定了五條工作路線以實現JADC2框架:

1.數據組織

2.人力組織

3.技術組織

4.核指揮、控制和通信(NC3)

5.任務伙伴信息共享

在2021年6月4日的新聞發布會上,克拉爾中將表示國防部長奧斯汀已經批準了JADC2戰略。

4.2 OUSD研究與工程(R&E):完全網絡化的指揮、控制和通信(FNC3)

根據R&E辦公室的說法,"FNC3確定、啟動和協調指揮、控制和通信關鍵使能技術的研究、開發和降低風險活動。這些活動將包括整個國防企業不同但相互關聯的努力,由FNC3在OUSD(R&E)的工作人員監督和同步進行。" FNC3的主要負責人邁克爾-扎特曼博士描述了FNC3的整體愿景,包括三個層次--物理層、網絡層和應用層--它們為開發指揮、控制和通信系統提供了一種量身定做的方法,與商業部門的最佳實踐相一致。物理層代表無線電和發射器本身,而網絡層則通過開發國防部優化的新興商業軟件定義網絡技術(如網絡切片)來管理應用對物理層的訪問。所有這三層都旨在提高互操作性和彈性(即防止網絡被干擾或中斷的能力),并為每個應用提供適當的服務質量。

根據扎特曼博士的說法,FNC3是JADC2的中長期技術愿景,而每個部門(在以下章節中概述)都有專注于發展近期采購戰略的引人注目的努力。例如,空軍部的先進戰斗管理計劃旨在通過關注成熟技術在未來三年內部署。OUSD R&E利用其投資組合中不太成熟的技術,包括由DARPA、國防創新部門、戰略能力辦公室、各部門和其他部門開發的技術,為實施JADC2提供長期的技術手段。

4.3 DoD CIO:5G技術

國防部提出,5G無線技術的商業進展提供了傳輸更多數據(通常稱為數據吞吐量)和更低延遲的能力。國防部認為,它需要這些能力來處理來自眾多傳感器(如衛星、飛機、船只、地面雷達)的更多數據,并在 "邊緣"(與無線電接收器在同一地點)處理這些信息。5G技術的另一個方面可以實現新的指揮和控制概念,即動態頻譜共享。隨著電磁頻譜變得更加擁擠,聯邦政府已經開始允許多個用戶在同一頻段上運行(稱為頻譜共享)。國防部首席信息官認為,頻譜共享技術允許通信系統在有干擾的情況下傳輸和接收數據。2020年9月,國防部CIO向工業界發出了一個信息請求,即如何對待動態頻譜共享。2021年1月21日,已經公布了67份對信息請求的回應。

4.4 DARPA:馬賽克戰

馬賽克戰爭代表了一系列由DARPA贊助的項目,旨在利用人工智能將傳統上不被設計為互操作的系統和網絡相結合。從概念上講(見圖5),這些項目將能夠利用從衛星上收集的原始情報,并將這些數據轉化為傳遞給 "射手 "的目標信息--在這種情況下,網絡武器、電子干擾器、導彈、飛機或任何其他可能影響預期目標的武器。正如哈德遜研究所的分析家布萊恩-克拉克和丹-帕特所解釋的那樣,"馬賽克戰爭 "試圖將多種重疊的困境強加給敵軍,擾亂他們的行動,從而阻止他們及時到達目標。

圖5:DARPA的馬賽克戰愿景

DARPA的馬賽克計劃之一,稱為異質電子系統的技術集成工具鏈(STITCHES),已被用于空軍和陸軍的實驗。據DARPA稱,STITCHES是一種軟件,旨在通過自主創建允許低延遲和高吞吐量的軟件,快速整合任何領域的通信系統,而無需升級硬件或修改現有的系統軟件。根據空軍的一份新聞稿,該部門已在幾個高級戰斗管理系統的 "上線 "中測試了該技術,并已開始將該計劃從DARPA過渡到空軍部。

4.5 空軍部:高級戰斗管理系統(ABMS)

高級戰斗管理系統最初的設想是取代E-8聯合監視和目標攻擊雷達系統(JSTARS)。空軍在2019年將ABMS項目從開發飛機或雷達之類的東西過渡到 "數字網絡環境,連接所有領域和每個梯隊的作戰能力,以實現全球決策優勢。" 換句話說,空軍從建立一個支持指揮和決策的平臺(如E-8 JSTARS)轉向建立一個安全的、"類似云"的環境,利用人工智能和預測分析為指揮官提供近實時數據。根據空軍的說法,ABMS項目將沿著六條產品線開發能力:傳感器集成、數據、安全處理、連接、應用和效果集成。

空軍已經舉行了三次 "on-ramps"(空軍用來描述演示的術語),以展示其ABMS的方法。2019年12月舉行的第一次on-ramps,展示了該部門從F-22戰斗機使用的安全通信向陸軍和海軍系統傳輸數據的能力。第二次上線使陸軍榴彈炮能夠擊落一枚代用巡航導彈。此外,空軍向美國北方司令部提供了這種 "類似云 "的零信任平板電腦--一種不在設備上存儲敏感數據的安全功能,以協助其在2020年春季應對COVID大流行。

2020年11月,空軍部確定了首席架構師辦公室,負責評估架構上線和整合企業數字架構。同時,空軍確定空軍部快速能力辦公室為ABMS整合項目執行辦公室。快速能力辦公室的工作重點是快速向現場交付項目,它的參與可以被看作是將ABMS從實驗轉向系統開發。

4.6 陸軍部:項目融合(Project Convergence)

根據陸軍的說法,"項目融合是陸軍圍繞一系列連續的、結構化的演示和實驗而組織的新的學習活動",旨在應對JADC2所帶來的挑戰。

1.確保陸軍擁有合適的人員和人才;

2.將當前的陸軍現代化工作與陸軍未來司令部的跨職能團隊聯系起來,并與陸軍現代化的六個優先事項保持一致;

3.擁有合適的指揮和控制,以應對節奏越來越快的威脅;

4.利用人工智能分析和分類信息,并在陸軍網絡中傳輸;

5.在 "最嚴峻的地形 "中測試能力。

項目融合2020在三個軍事設施中使用了大約750名士兵、平民和承包商,最終在亞利桑那州的尤馬試驗場進行了兩次現場頂點演習。在這次演習中,陸軍展示了幾種技術,包括人工智能、自主性和機器人技術,以測試新的方法來指揮和控制地理上分散的部隊。陸軍計劃將空軍和海軍的系統作為2021年項目融合的一部分,并打算在2022年項目融合中納入外國軍隊。這其中有3370萬美元用于運營和維護,以及7310萬美元用于研究、開發、測試和評估,由陸軍撥款。

4.7 海軍部:項目超配(Project Overmatch)

項目超配是海軍為建立一個 "海軍作戰架構",將艦艇與陸軍和空軍資產聯系起來而做出的努力。2020年10月1日,海軍作戰部部長吉爾德伊上將責成一名二星上將領導海軍的"項目超配"工作。在他的備忘錄中,吉爾德伊上將指示 "項目超配"采取類似于海軍發展核動力和AEGIS系統的工程和開發方法。其主要目標是 "使海軍能夠在海上形成集群,從近處和遠處、每個軸線和每個領域提供同步的致命和非致命效果。具體來說,你[斯莫爾海軍司令]要開發網絡、基礎設施、數據架構工具和分析。" 在一個平行的努力中,吉爾德伊上將責成基爾比副上將(負責作戰要求和能力的海軍作戰部副部長)制定一項計劃,將無人系統,包括艦艇和飛機,納入海軍作戰架構。根據新聞聲明,海軍打算在2023年達到初始作戰能力(即有能力部署初始系統)。海軍在2022財政年度為 "項目超配 "申請了三個分類項目元素的資金。

在2021年6月舉行的2021年AFCEA西部會議上,吉爾德伊上將討論了項目超配目前的工作。在這次活動中,吉爾德伊表示,自2020年10月項目啟動以來,項目超配已經完成了三個螺旋式發展周期。吉爾德伊進一步解釋說:"我們實際上正在試驗一種方式,使我們基本上可以將任何網絡上的任何數據傳遞給作戰人員。這是一個軟件定義的通信系統,使我們能夠以一種前所未有的方式拆開我們所有的網絡"。根據新聞報道,吉爾德表示,他預計在2022年底或2023年初將 "項目超配"的測試規模擴大到一個航母打擊群。

5 國會面臨的潛在問題

以下各節討論了國會的潛在問題,包括需求和成本估算、互操作性挑戰、平衡通信能力、人工智能在決策中的角色,以及實施JADC2所需的潛在部隊結構變化。

5.1 需求和成本估算

美國防部已經為JADC2的相關工作申請了幾個財政年度的資金,特別是在概念的早期發展階段。國防部正在積極制定JADC2戰略,預計將在2021年春季發布。國會中的一些人對國防部沒有像傳統采購項目那樣提供成本估算或驗證需求表示關切。因此,各軍種委員會和撥款委員會已經減少了對這些工作,特別是ABMS和5G研究和開發的要求資金。2021財年國防授權法案(NDAA)要求國防部在2021年4月前為JADC2提出要求。

5.2 國防部對JADC2的潛在資助水平

國防部還沒有正式公布關于JADC2的支出預算數據,該項目在各軍種和國防機構的一些項目中都有資金。根據聯合參謀部J6(JS J6)的說法,JADC2不是一個記錄項目,JS J6也不打算過渡到一個記錄項目。因此,除非國會要求國防部提供JADC2資金的詳細概述,否則國防部可能不太可能這樣做。

一些分析家推測了與JADC2有關的所有項目的年度成本。一位分析家估計,國防部在2022財政年度為與JADC2直接相關的項目編列了大約12億美元的預算。Govini估計,自2017財政年度以來,國防部在JADC2上花費了大約225億美元;這平均每年大約為45億美元。Govini的估計包括其他聯邦機構的資金--如國家航空和航天局(NASA)--以及國防部可能認為與JADC2無關的技術,因此可能高估了JADC2獲得的資金總額。

5.3 JADC2支出優先級

根據JS J6,有五條與JADC2相關的工作線:

  • 1.數據組織

  • 2.人力組織

  • 3.技術組織

  • 4.核指揮、控制和通信(NC3)

  • 5.任務伙伴信息共享

以數據為中心的方法側重于國防部系統傳輸所需的數據類型和結構,創建一個共同的數據框架,為數據的發送和接收提供一個商定的標準。換句話說,數據的格式化、組織化和結構化的方式影響著數據從傳感器到決策者再到武器的高效和無縫傳輸。另一方面,網絡中心化和互操作性側重于通信標準,如無線電頻率、波形、通信加密等,以確保一個無線電能與另一個無線電通話。通過采用這種方法,JS J6專注于開發軟件應用,以改善指揮和控制。然而,該戰略可能缺少幾個方面,包括:

  • 通信系統的硬件和軟件的功能,

  • 網絡需要傳輸的數據量,

  • 對手的行動對網絡的影響,

  • 以及指揮和控制部隊的模塊化。

隨著國防部繼續改革其JADC2概念和要求,其他觀察家也注意到,在JADC2戰略中存在一些沒有被認定的領域,國防部應將其支出主要集中在研究和開發方面。一位觀察家認為,國防部應將其研發支出集中在改善網絡互操作性上。這種方法支持優先升級軍事通信系統,以便在整個聯合部隊中傳輸數據。它建議國防部在軟件和硬件方面投入更多資金,以提高所有類型的數據鏈路和網絡(例如,Link 16、多功能高級數據鏈路、態勢感知數據鏈路以及綜合海上網絡和事業服務)的互操作性。網絡互操作性方法的重點是,創建網絡是困難的;但是,利用軟件定義的網絡和通用電子設備(如類似的芯片架構)可以使每個軍種無縫共享信息。換句話說,這種方法更注重通信網絡的構建方式,而不是在這些網絡內發送數據的組織方式。軟件定義的無線電和網絡使無線電可以很容易地被編程,并因此更容易地相互通信。微電子(即物理硬件)最終定義了無線電的物理和軟件能力。

其他分析家認為,JADC2的支出應更多地集中在改變決策方式上。這一論點強調了通過利用人工智能(AI)實現決策過程自動化的必要性,正如國防高級研究計劃局(DARPA)的馬賽克戰爭概念所設想的。在這種方法中,優先利用人工智能系統的支出(如空軍的STiTCHES計劃),可以建立主要集中在需要傳輸的數據和數據結構的特設網絡。這一論點假設人工智能也可以分析情報、監視和偵察(ISR)數據,以確定人類可能錯過的趨勢,從而向軍事指揮官提出潛在的更好的建議。

其他觀察家認為,優先考慮如何使用和管理電磁波譜的決策對于支持JADC2至關重要。這些觀察家認為,像國防信息系統局的電磁戰管理計劃--旨在利用情報方法評估電磁波譜環境,然后自動決定如何使用頻譜來減輕對手的電子戰影響--對于實現全域指揮和控制是必要的。這些觀察家還認為,對手的電子戰效應將需要近乎即時地被緩解,因此需要一個強大的電磁環境部分(以及自動化),以便在對網絡的潛在攻擊中管理國防部網絡。

5.4 互操作性挑戰

由于國防部設想使用JADC2來同時指揮多個領域的部隊,因此連接不同類型部隊的需求也在增加。國防部擁有并運營著許多通信系統,每個系統都使用不同的無線電頻率、標準和數據鏈,這些系統往往不能相互 "交談",因此需要一個網關將一種無線電協議 "翻譯 "成另一種協議。盟友和合作伙伴的加入增加了互操作性的挑戰。前國防部副部長邁克爾-格里芬在2020年3月向眾議院軍事委員會情報、新興威脅和能力小組委員會作證時,指出這個問題是繼續為FNC3進行OSD R&E努力的理由。

使國防部能夠共享來自不同部門和單位的信息的挑戰可以通過三種互操作性的方法來解決:

  • 網關。通信網關(也許稱為 "翻譯器 "更為恰當)可以接收多種協議、安全級別等,并將這些信息轉播給部隊的其他部門。ABMS計劃已經開發了這種網關(見圖6),以實現通信。這種方法允許信息共享,有可能降低開發成本,因為網關可以是飛機/艦艇/地面系統的一個子系統,有可能能夠相對快速地投入使用。這種方法的挑戰是,這種網關可能沒有使用最先進的,因此也是受保護的波形來轉播給部隊。

圖 6:E-11 戰場機載通信節點 (BACN)

  • 新的通信設備。這種方法采用 "自上而下 "的方式(即由OSD或聯合參謀部確定解決方案,然后要求各軍種采用該方案)。使用與聯合戰術無線電系統(JTRS)開發類似的模式,這種方案將購買一個新的通信架構,重點是互操作性。例如,FNC3的努力似乎就是采用這種方法。盡管這種方法可以確保聯合部隊開發的通信系統可以無縫共享信息,而且可能是安全的,但它可能需要大量的投資,并可能遇到時間表的延誤。這種方法的另一個可能的缺點是,隨著系統的投入使用,它們可能對對手的技術不那么有效。

  • 開發軟件來創建網絡。第三種方法是使用軟件,使用戶能夠創建自定義網絡。DARPA的 "馬賽克戰爭 "和ABMS計劃的某些方面就是這種方法的例子。與其他互操作性解決方案相比,這種方法更加模塊化,使為特定行動定制的單位和系統能夠相互通信。這種方法的一個主要風險是技術上的不成熟,特別是用于創建這些網絡的軟件。另一個風險涉及到與不同系統共享的信息量和分類,這些系統經過認證,具有不同的保密級別(例如,可釋放的秘密、不可釋放的秘密、最高機密)。

國防部和國會可以選擇這些方法中的一種或多種。一種特定的方法可能提供短期的好處,而國防部則追求一種長期的方法來解決互操作性的挑戰。

5.5 平衡退化環境下的通信能力

國防部為滿足JADC2的要求而開發通信網絡的方法包括三種相互競爭的能力:

  • 數據吞吐量(即數據傳輸的速度)

  • 延遲(即接收信息/數據的時間延遲)

  • 彈性(在自然或故意中斷的情況下保持通信信號的能力)

軍事作戰新技術的興起,如人工智能、戰術數據鏈(如Link 16和多功能先進數據鏈[MADL])和對手的電子戰能力,為5G和FNC3等未來通信系統平衡這些能力帶來了明顯的挑戰。人工智能和信息戰可能需要大量的數據來實現預測分析,并讓指揮官對戰斗空間有一個準確的了解。與所有可用用戶共享數據的數據鏈并不一定需要高數據速率;然而,數據鏈確實需要低延遲,以確保傳感器能夠證明 "目標級數據",特別是對于像巡航導彈和飛機這樣快速移動的系統。最后,電子干擾器的擴散需要彈性(或抗干擾性能),以便在被主動干擾時保持通信。圖7說明了在開發新的波形時必須平衡這三個相互競爭的要求(無論該波形是為民用還是軍用而設計)。無線電信號能夠提供每一種能力;然而,優先考慮一種要求意味著其他兩種要求可能會受到影響,這可能會給決策者帶來兩難選擇,即在采購中優先考慮哪些能力。

圖7:平衡通信要求

隨著國防部對其通信系統的現代化改造,它可能會考慮技術特點和限制,以選擇在保護其網絡安全的同時推進任務目標的要求。例如,像5G這樣的技術可以提供高數據容量和低延遲,但目前還不清楚這些信號可能受到對手干擾的影響。另一方面,FNC3的設計似乎是為了提供具有高數據率的彈性;但是,由于它依賴于衛星,延遲將增加。

5.6 人工智能在決策中的角色

人工智能是實現JADC2的一個潛在的關鍵組成部分。隨著人工智能被引入軍事決策中,出現了幾個潛在的問題。首先,人工智能在決策中的作用應該達到什么程度?在使用致命武器時,人類的判斷力需要達到什么適當的水平?

第二,國防部如何確保用于人工智能算法協助決策的數據的安全性?盡管國防部把重點放在了數據結構上,但它沒有討論它計劃如何具體確保JADC2的數據有效性和安全性。錯誤的數據可能導致指揮官選擇損害任務目標的選項(如算法推薦可能浪費高價值彈藥的目標)。與此相關的是,國防部打算如何保護云環境中的這些數據,以防止對手操縱它們?這些安全計劃是否足以防止對手的操縱?

5.7 潛在的部隊結構調整

由于JADC2可能需要不同類型的部隊和武器系統,每個軍種都可能尋求改變其訓練、組織和裝備部隊的方式。例如,海軍陸戰隊在其部隊重新設計中宣布,它將取消它認為不符合國防戰略指導的部隊,并將資金重新投入到其他更適合未來作戰環境的項目中。

現役和預備役部隊的能力平衡是部隊結構調整的另一個方面。例如,陸軍在歷史上決定將后勤能力從現役部門轉移到預備役部門。因此,如果美國要開戰,陸軍大概需要啟動預備役部隊來實現行動。當國防部和各軍種準備迎接JADC2帶來的挑戰時,這些組織將如何選擇平衡現役和預備役部隊的能力和部隊結構?

5.8 對JADC2工作的管理

聯合參謀部J6是國防部JADC2工作的主要協調者,每個軍種和一些國防部機構都在進行各種活動。國會中的一些人過去曾表示有興趣建立國防部范圍內的項目辦公室(如F-35聯合項目辦公室)來集中管理大規模的工作。國防部的研究和開發工作將隨著時間的推移而增加,因此,管理這些工作可能會變得更具挑戰性。國會在未來可能會尋求確定或建立一個負責項目管理、網絡架構開發和財務管理的組織。

附錄-聯合互操作性的歷史實例:聯合戰術無線電系統

聯合戰術無線電系統(JTRS)是一個通信項目,旨在通過在所有軍種中部署無線電設備來提高通信的互操作性。該計劃于20世紀90年代中期開始,最終于2011年被前國防部負責采購、技術和后勤的副部長弗蘭克-肯德爾取消。在他的理由中,肯德爾副部長指出,"由于當時技術不成熟,移動特設網絡和可擴展性的技術挑戰沒有得到很好的理解......從JTRS GMR[地面移動無線電]開發計劃中產生的產品不太可能在經濟上滿足各軍種的要求。" 在15年的開發工作中,國防部花費了大約150億美元,在終止時還需要130億美元。

JTRS計劃旨在用可在大部分無線電頻譜上運行的基于軟件的無線電取代軍隊使用的25至30個系列的無線電系統--其中許多系統不能相互通信。根據設想,JTRS將使各軍種與選定的盟國一起,通過各級指揮部的無線語音、視頻和數據通信,包括直接獲取來自機載和戰場傳感器的近實時信息,以 "無縫 "方式運作。被描述為 "軟件定義的無線電",JTRS的功能更像一臺計算機,而不是傳統的無線電;例如,它可以通過添加軟件而不是重新設計硬件來升級和修改,以便與其他通信系統一起運行--這是一個更昂貴和費時的過程。國防部聲稱,"在許多情況下,一個具有多種波形的JTRS無線電臺可以取代許多單獨的無線電臺,簡化了維護工作",而且由于JTRS是 "軟件可編程的,它們也將提供更長的功能壽命",這兩個特點都提供了潛在的長期成本節約。JTRS計劃最初被分成五個 "集群",每個集群都有一個特定的服務 "領導"(見表A-1),并由一個聯合項目辦公室管理整個架構。

注:外形尺寸無線電臺基本上是士兵攜帶的小型化無線電臺,以及重量和功率受限的無線電臺。

正如下文所討論的,JTRS在開發過程中遇到了一些困難。這些問題可能與未來的JADC2開發有關。

尺寸和重量的限制和有限的范圍

根據政府問責局(GAO) 2005年的一份報告: 為了實現寬帶網絡波形的全部功能,包括傳輸范圍,Cluster One無線電需要大量的內存和處理能力,這增加了無線電的尺寸、重量和功耗。增加的尺寸和重量是努力確保無線電中的電子部件不會因額外的內存和處理所需的電力而過熱的結果。到目前為止,該計劃還未能開發出符合尺寸、重量和功率要求的無線電,而且目前預計的傳輸范圍只有三公里--遠遠低于寬帶網絡波形所要求的10公里范圍....。Cluster One無線電的尺寸、重量和峰值功率消耗超過直升機平臺要求的80%之多。

由于無法滿足這些基本的設計和性能標準,人們擔心Cluster One可能無法按計劃容納更多的波形(計劃中Cluster One有4到8個存儲波形),而且它可能過于笨重,無法裝入重量和尺寸都受到嚴格限制的未來戰斗系統(FCS)載人地面車輛(MGVs)以及陸軍的直升機機群。一些觀察家擔心,為了滿足這些物理要求,陸軍將大大 "削弱 "第一組的性能規格。然而,根據陸軍的說法,它在減少Cluster One的重量和尺寸以及增加其傳輸范圍方面取得了進展;然而,將所有需要的波形納入Cluster One證明是困難的。據報道,Cluster Five無線電臺也遇到了類似的尺寸、重量和功率方面的困難;這些困難更加明顯,因為有些Cluster Five版本的重量不超過1磅。

安全

JTRS的安全問題成為發展中的一個重要困難。據一位專家說,該計劃最大的問題之一是安全,"即加密,因為JTRS的加密是基于軟件的,因此容易受到黑客攻擊"。 計算機安全專家普遍認為,用于任何目的的軟件都是脆弱的,因為目前沒有一種計算機安全形式能提供絕對的安全或信息保證。據美國政府問責局稱,JTRS要求應用程序在多個安全級別上運行;為了滿足這一要求,開發人員不僅要考慮傳統的無線電安全措施,還要考慮計算機和網絡安全措施。此外,國家安全局(NSA)對JTRS與美國盟友的無線電系統接口的安全擔憂也帶來了發展上的挑戰。

與傳統無線電系統的互操作性

一些分析家表示擔心,使JTRS與傳統無線電 "向后兼容 "的目標在技術上可能是不可行的。據報道,早期的計劃試圖通過交叉頻段來同步不兼容的傳統無線電信號,這被證明過于復雜。目前陸軍的努力集中在使用寬帶網絡波形來連接傳統的無線電頻率。一份報告指出,雖然寬帶網絡波形可以接收來自傳統無線電的信號,但傳統無線電不能接收來自JTRS的信號。為了糾正這種情況,陸軍考慮使用19種不同的波形來促進JTRS向遺留系統的傳輸。在JTRS無線電中加入如此多的不同波形會大大增加內存和處理能力的要求,這反過來又會增加JTRS的尺寸、重量和功率要求。

作者:John R. Hoehn,軍事能力和計劃分析師

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在將人工智能 (AI) 和機器學習 (ML) 用于多域作戰 (MDO) 作為聯合全域指揮與控制 (JADC2) 的一部分之前,必須先完成奠定“信息基礎”的繁重工作。奠定基礎——數據被標記、安全存儲和傳輸,并且易于訪問——需要組織和保護軍隊跨域、服務和梯隊的 C2 所需的所有信息的日常工作。相同的信息主體將成為 AI 和 ML 算法的輸入。沒有這樣的信息基礎,進展甚微。

盡管最近 AI/ML 在游戲領域取得的成功令人鼓舞,但鑒于信息不完整、數據質量差和對手行動等現實障礙,對某些 C2 功能采用類似技術仍將具有挑戰性。其他 AI/ML 技術,例如用于預測戰區飛機狀態的技術,將更容易應用。實現 JADC2 目標將取決于確定核心軍事任務集的 C2 需求以及制定可在近期和遠期實現的軟件開發計劃。

本文的其余部分描述了對具有嵌入式 AI/ML 的 JADC2 的需求,就 AI/ML 的誘惑提出了警告,概述了要克服的 AI/ML 障礙,并提出了前進的道路。一般來說,需要對人力和資源進行投資,才能超越當今的人力密集型 C2 范式。通過自動化和一些AI/ML改進當前的規劃流程是一個值得努力的現實目標

發展路徑

可能看起來很嚴峻。存在許多障礙,迫切需要快速向前發展,現在就需要改變。然而,如果將實現目標的步驟分解為易于處理的問題,并且如果軍方對技術可能性和限制等保持“睜大眼睛”,則可以取得進展。目標不應該是 C2 的完全自動化,而是 C2 的有效人機協作。實現這一目標的步驟應包括,首先,JADC2 作戰概念 (CONOP) 的持續開發和優先排序,其次,確定在使能 C2 流程中增強 AI/ML 的相應需求和機會

同時,有必要為數據驅動的人工智能生態系統設定條件,這意味著將武器系統和相關數據放入多域數據庫中,供那些應該訪問數據的人使用,同時也應用“zero-trust”和其他安全原則,以確保數據的彈性和安全管理。隨著人工智能軟件應用程序的開發,有必要在操作測試平臺環境中對其進行試驗,將它們與 C2 系統集成,然后將它們部署到操作中心。可能會有能力迭代——首先將有限的能力放入運營中心,然后生成用戶反饋,然后快速更新軟件應用程序。分析師和技術人員將希望探索 CONOP,以促進人機協作,建立人類對 AI 算法的信任,并提高算法的可解釋性。在商業需求較低的領域可能需要有針對性的軍事投資,例如用于學習數據稀缺的人工智能算法或防御針對這些算法的攻擊。

當前的 AI/ML 技術需要數據進行學習。鑒于缺乏真實世界的數據來為這些戰爭技術的改進提供信息,軍方可以利用建模、模擬和演習來為 AI/ML 算法生成訓練數據。然后,此類算法可以幫助開發例如武器-目標配對。監督或強化學習算法可以支持這種 C2 功能,類似于最近應用于商業游戲的學習算法。但軍事算法還必須考慮現實世界中的不確定性——這對人類和算法來說都是一個主要困難。

正如美國空軍參謀長在 2020 年 8 月所說,“加速變革,否則失敗。”及時向 JADC2 推進是美國現代戰爭的當務之急,并且需要“在競爭對手的部署時間表內”(Brown, Jr, 2020)這樣做。需求是真實的,但為 AI/ML 設定切合實際的期望很重要。現有的 C2 流程在自動化方面還有改進的空間,在某些情況下,還有 AL/ML;相比之下,其他 C2 過程對于人類和算法來說仍然很困難。正如美國眾議院軍事委員會主席兼眾議員Adam Smith, D-Wash在 2021 年 9 月談到 JADC2 時所說的那樣,“目標是正確的,但不要低估實現它的難度((Harper, 2021)。”

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本報告描述了北約第一個多領域小組IST-173所取得的成果。與會者包括來自不同小組和團體的科學家,以及來自北約機構和軍事利益攸關方、學術界和工業界的科學家,這為AI和軍事決策大數據這一主題創造了第一個利益共同體。該團隊在實踐中證明了一種新的STO方法的可行性,即任務導向研究,以激發公開對話、自我形成的研究合作和跨小組活動。此外,該方法還有助于為人工智能和軍事決策大數據這兩個主要能力領域聯合開發北約首個科技路線圖,以應對北約在這些領域面臨的作戰挑戰。由于新的組織(軍事利益相關者積極參與的多領域團隊)和這種創新方法的應用,確定了一些經驗教訓,應該支持軍事決策AI和大數據的進一步操作。

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美國國防部(DOD)報告稱,人工智能(AI)是一項革命性的技術,有望改變未來的戰場和美國面臨的威脅的速度。人工智能能力將使機器能夠執行通常需要人類智能的任務,如得出結論和做出預測此外,人工智能機器可以以人類操作員無法企及的速度操縱和改變戰術。由于AI具有廣泛用途的潛力,國防部將其指定為頂級現代化領域,并投入大量精力和資金開發和獲取AI工具和能力,以支持作戰人員。在2022財年,國防部為科學和技術項目申請了147億美元,以及8.74億美元用于直接支持其人工智能努力。根據國防部2018年的人工智能戰略,未能將人工智能能力納入武器系統可能會阻礙戰士保護我們的國家抵御近同行對手的能力其他國家正在這一領域進行大量投資,這可能會削弱美國的軍事技術和作戰優勢。

美國國防部(DOD)正在積極追求人工智能(AI)能力。人工智能指的是旨在復制一系列人類功能,并不斷在分配的任務上做得更好的計算機系統。GAO之前確定了三種AI類型,如下圖所示

國防部認識到開發和使用人工智能不同于傳統軟件。傳統軟件的編程是根據靜態指令執行任務,而人工智能的編程則是學習如何改進給定的任務。這需要大量的數據集、計算能力和持續監控,以確保功能按預期執行。支持國防部作戰任務的大部分人工智能能力仍在開發中。這些能力主要集中在分析情報,增強武器系統平臺,如不需要人工操作的飛機和艦船,并在戰場上提供建議(如將部隊轉移到哪里)。

當獲取依賴于復雜軟件的新能力時,國防部一直面臨著挑戰,例如長時間的獲取過程和熟練工人的短缺。GAO發現,它繼續面臨這些挑戰,同時還面臨人工智能特有的其他挑戰,包括有可用的數據來訓練人工智能。例如,人工智能探測對手的潛艇需要收集各種潛艇的圖像,并標記它們,這樣人工智能就可以學會自己識別。國防部還面臨著將訓練有素的人工智能集成到非為其設計的現有武器系統中的困難,以及在其人員中建立對人工智能的信任。國防部發起了一系列努力,如為人工智能和人工智能特定培訓建立一個跨服務的數字平臺,以應對這些挑戰,并支持其對人工智能的追求,但現在評估有效性還為時過早

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