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隨著洛克希德-馬丁公司的F-35 "閃電 "II戰斗機在西方部隊的引進,世界各國空軍正在發展第五代戰斗機能力。F-35 引入了先進技術,包括傳感器融合、隱形和先進的網絡能力。為了以最佳方式利用新能力,空軍需要調整其組織的許多要素,包括技術、文化和空戰方法。一些空軍將這種轉變稱為向 "第五代空軍 "的轉變。

在戰爭史上,雖然使用電磁頻譜(EMS)--"整個電磁輻射范圍"--相對較新,但其使用已迅速改變了戰爭方式。軍事上使用電磁頻譜的一個后果是電子戰(EW)的興起,其重點是啟用和反擊電磁頻譜的使用。幾千年來,由于通信的局限性,有效控制長距離和大部隊的陸軍受到限制,因為成功地進行通信是贏得戰爭的關鍵。隨著陸軍規模越來越大,控制難度越來越高,人們越來越需要更好的通信手段。雖然鴿子、聲音、燈光和煙霧信號都被用來在較遠的距離上快速傳遞信息,但這些方法都受到限制,指揮官不可能在地平線外向成群的士兵即時傳達命令。隨著電報的發明和應用,以及隨后無線技術的出現,軍事通信開始在遠距離上迅速傳播。這些事件使通信變得越來越高效。我們現在所說的電子戰,其最初的實施形式是針對遠程通信的反制措施,這一點也不足為奇。隨著超視距通信的發展,陸軍不僅可以擴大規模,而且變得更加機動,能夠更快地從更遠的地方對敵人做出反應。這導致戰術越來越復雜。自遠距離通信開始以來,軍方一直在尋找攔截和影響通信的方法,以發揮自己的優勢。

軍事力量一直在尋求超越對手的方法,有時,技術在提供優勢方面發揮了重要作用。著名理論家克勞塞維茨認為,戰爭有兩個不同的要素:性質和特點。戰爭的性質是不變的,包括使用暴力,戰爭是政策的延續;這兩個要素在沖突中肯定會表現出來。但戰爭的性質是不斷變化的,它總是在適應和被適應技術、社會、文化以及涉及戰爭領域的許多其他領域所發生的變化。在戰爭中利用 EMS,特別是其遠距離即時投射信息的能力,無疑改變了戰爭的性質。

科學和商業化的出現使 EW 特別容易受到技術快速變化和改進的影響。這些變化在大規模沖突和全球戰爭中尤為明顯。盡管電子戰在戰爭中相對新穎,但它在反開發方面已有很長的歷史。最近的歷史表明,在 EMS 戰役中獲勝會帶來巨大優勢。然而,在倡導電子戰影響戰爭的新方法時,應該有一些細微差別,因為它的優勢可能很大,但不是絕對的。一些沖突表明,僅靠技術無法贏得戰爭。與技術進步相比,人民的戰斗意志等其他因素對戰爭結果的影響更大。由于使用 EMS 已變得至關重要,它可以進一步影響戰爭和沖突的進程。

與戰爭本身一樣,電子戰也不是一成不變的藝術。隨著技術創新和新技術的應用,電子戰不斷發展,其應用范圍和指導理論也在不斷擴大。現在,電子戰包含了 "在整個作戰環境中保護友軍行動和阻止敵方在 EMS 內行動所必需的 "各種措施。在大多數國家,電子戰理論目前使用三個獨立的類別來表示電子戰系統的不同應用方式:電子攻擊(EA)、電子防護(EP)和電子戰支援(ES)。雖然各國對它們的解釋不同,但處理方法相似。

盡管有相似之處,但空中力量并沒有全球公認的定義。一個國家如何定義取決于其空軍的能力。近來界定空中力量的一個趨勢是,軍方現在將范圍擴大到太空甚至網絡空間。美國目前將空中力量定義為 "通過控制和利用空中、太空和網絡空間來投射軍事力量或影響力,以實現戰略、作戰或戰術目標的能力"。相比之下,澳大利亞的定義僅限于 "一個國家通過在空域、通過空域和從空域投射軍事力量來宣示其意志的能力"。最后,經翻譯后,荷蘭對空中力量的定義是 "通過和在地球表面以上的三維空間內實現或幫助實現政治和軍事目標的能力"。由于像美國這樣的軍隊為太空和網絡空間投入了大量資源,因此將太空和網絡空間納入其空中力量定義是現實的。然而,對于許多規模較小的空軍來說,太空和網絡空間是目前往往資源不足的資產。許多國家的空中力量定義中還沒有太空和網絡空間這兩個術語,盡管這種情況在不久的將來可能會改變。然而,這并不意味著這些空軍無視太空和網絡空間。本文后面將詳細介紹空中力量、太空和網絡空間之間以及與電子戰之間的關系。

空中力量和電子戰一直以來都是互惠互利的,以至于空中力量和電子戰的變化往往是相對應的:當空中力量出現井噴式增長時,電子戰幾乎總是緊隨其后。因此,領導層對空中力量的抵制本身就轉化為對機載電子戰的抵制。空軍使用機載電子戰主要是為了使空中力量更好地發揮效果,并為聯合作戰資產提供支持。

要理解機載電子戰及其任務,就不能不考慮當前和歷史上空中力量發展的動向。隨著當前技術的進步導致傳感器小型化、通信范圍擴大、電子戰系統普及,空中力量與電子戰的互惠互利更加明顯。此外,與第五代飛機配套的許多技術在某種程度上都與 EMS 有關,因此與電子戰的關系也比過去更加密切。本文重點討論第五代空中力量與電子戰之間日益增強的互動。

本書的意義

本文是澳大利亞皇家空軍(RAAF)和荷蘭皇家空軍(RNLAF)合作的成果,它們都是現代化的空軍。同時,他們也在為自己的庫存增添第五代戰斗機--F-35 "閃電 II"。兩支空軍都在研究如何調整部隊設計,以最大限度地利用第五代能力;第五代系統在很大程度上依賴于 EMS。將第五代系統引入空軍會在許多層面上影響電子戰。本文通過考慮過去和現在空中力量與電子戰的發展,并研究未來第 5 代系統的重點發展,探討這種適應對電子戰的影響。重要的是,第五代能力不僅與技術有關,還需要努力調整程序、戰術、基礎設施、人員、文化和許多其他要素,以最佳方式將組織轉變為第五代空軍。

所有中小型空軍在向第五代空軍轉型并相應調整部隊設計時,都可能會經歷與皇家空軍和皇家海軍陸戰隊類似的過程。盡管本文是 RAAF 和 RNLAF 合作的成果,但對其他計劃向第五代空軍過渡的中小型空軍也有借鑒意義。

概要

本文探討了空中力量和電子戰的幾個方面,隨著向第五代空中力量的過渡,這些方面正在或應該發生變化。要了解電子戰發生的變化,就必須了解空中力量及其與 EMS 和 EW 的關系。第 2 章概述了空中力量和電子戰的起源、依賴、變化和動機。

這段歷史有助于了解當前和未來的發展對機載電子戰的影響。第 3 章介紹了當今空中力量的作用和特點。第 4 章探討了當今電子戰及其在空中力量中的作用,最后介紹了目前影響兩者的變化。第 5 章探討了什么是第五代空軍,以及這對空中力量和電子戰的影響。第 6 章探討電子戰如何與第五代空中力量相互作用。第 7 章探討了與電子戰發展密切相關的其他一些主題,如太空和網絡空間。本文最后就第五代空中力量中的電子戰提出了建議。

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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。

自從洛克希德-馬丁公司(Lockheed Martin)創造了 "第五代戰爭 "這一術語來描述與 F-22 和 F-35 戰斗機相關的技術和能力的重大飛躍以來,有關第五代戰爭的文章和言論可謂大量顯現。應用于戰斗機的第五代技術的特點是可觀察性非常低,并通過以網絡為中心的作戰環境大大提高了態勢感知能力。澳大利亞皇家空軍(RAAF)彼得-雷頓(Peter Layton)最近撰寫的工作論文《第五代空戰》全面概述了第五代空戰的構造。雷頓博士的論文將大量已發表的文獻解釋了第五代空戰的進攻和防御兩個方面,并超越了美國對第五代空戰的看法。

雷頓博士將第五代空戰技術分為四個部分:網絡、作戰云、多域作戰和融合戰。這樣做有助于將第五代空戰的討論從 F-35 和 F-22 轉移到第五代空戰的環境中。雷頓博士、LTGEN(美國空軍退役)戴維-德普圖拉、RADML(美國海軍退役)邁克-馬納齊爾和 Wing Commander(皇家空軍)克里斯-麥金尼斯等軍事理論家,現在都在全面思考和發表第五代戰爭--環境、指揮與控制(C2)需求,以及重要的組織和人力需求。

本文旨在研究第五代(以下簡稱 "第五代")在空戰管理(ABM)環境中的表現。本文將對第五代進行解構,將其分解為各個組成部分,從而提出一個基本特征,幫助更廣泛的受眾了解第五代是什么、為什么第五代是真實的以及為什么它很重要。本文提供了一個模型作為透鏡,通過該模型可以解釋 "n 代 "的簡單特征。論文通過這一模型追溯了反彈道導彈的歷史,為描述反彈道導彈作為多域指揮與控制(MDC2)努力的重要組成部分的未來設定了背景。本文介紹了從第三代和第四代空戰管理向第五代空戰管理(5G-ABM)過渡過程中人類面臨的一些挑戰。雖然本文側重于空戰領域,但其中的許多觀點適用于所有戰爭領域。

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2015年8月27日,美國海軍研究生院(NPS)先進機器人系統工程實驗室同時試飛了50架自主無人機。這次演示證明,自主無人機群技術正在以令人生畏的速度發展,無人機的部署和控制現在已經可以大規模完成。隨著學術界、工業界和國防部門不斷將傳感器微型化并增強蜂群操作系統,從演示到戰術應用的過渡將很快實現。要有效地實現這一目標,就必須致力于確定蜂群傳感器的要求以及使用戰術、技術和程序。本論文使用基于智能體的模擬、尖端的實驗設計和并行計算來深入探討無人機群的使用,以支持海軍陸戰隊步兵連。該場景是一個基于真實事件的蓄意清除任務,其中步兵連在受限地形中與同級敵人作戰。對 30,000 次模擬任務所獲數據的分析表明,與目前連級可用的 ISR 無人機相比,無人機群平均可使火力支援小組瞄準并打擊兩倍數量的敵方戰斗人員。對于分級無人機群來說,這使美軍傷亡人數最多可減少 50%。對新出現的蜂群進行的數據分析和視覺研究還表明,蜂群的體積加上固有的傳感器重疊,最大程度地減少了對傳感器的需求。

圖 ES-1. 將現實世界轉化為模型。論文場景的初始啟動條件

在過去三十年里,美國軍隊作為世界上技術最先進的戰斗力量,享有無可撼動的霸主地位。在伊拉克和阿富汗沖突期間,美軍采用了以網絡為中心的戰爭,取得了毀滅性的效果和效率(Scharre,2014 年)。然而,經過十六年的持續作戰行動,地緣政治競爭對手和好戰的非國家行為體正在挑戰美軍在全球公域內保持 "全域準入 "的能力(特朗普,2017)。

隨著國際社會從單極模式向多極體系轉變,未來的作戰環境將更加復雜和混亂。2016 年海軍陸戰隊作戰概念(MOC)警告說,美國的對手正在利用技術擴散、部署混合部隊以及強大的反介入和區域拒止(A2/AD)能力,在各級戰爭中挑戰美軍。簡易爆炸裝置 (IED)、商用無人機系統和網絡工具不斷變得更加經濟實惠,并以驚人的速度得到改進,這使問題變得更加復雜。隨著美國的敵人越來越熟練地掌握這些技術,他們將尋求獲得對當地居民的影響力,并參與城市沖突,以削弱美國在騎兵機動和火力方面的優勢(美國海軍陸戰隊 [MOC],2016 年)。

為了為未來的作戰環境做好準備,并確保在整個軍事行動范圍內的準入,美國需要尋求新的創新方法來重新獲得戰術優勢(特朗普,2017 年)。盡管美國國防部(DoD)將需要許多技術來應對這些新興威脅,但自主蜂群技術正在快速成熟,并為進入軍事人員無法到達或過于危險的地區提供了可行的解決方案(Scharre,2014)。在過去十年中,機器人研究界做出了巨大努力,使自主蜂群技術從概念走向現實。

目前,美國海軍研究生院(NPS)正走在自主無人機群技術的前沿。2015 年 8 月 27 日,NPS 的先進機器人系統工程實驗室(ARSENL)創下了同時飛行 50 架商用現成(COTS)自主無人機的紀錄(Chung 等人,2016 年)。自這一開創性事件以來,其他國家實驗室在此技術的基礎上,部署了近兩倍于這一數字的無人機。因此,隨著 ARSENL 和其他同行項目繼續增強無人機硬件和蜂群操作系統,從實驗到應用的過渡可能會很快發生。毫無疑問,模擬和實驗將決定 21 世紀部隊如何在未來戰場上使用蜂群。

本論文使用基于智能體的模擬(ABS)、尖端的實驗設計(DOE)和并行計算來深入探討無人機群的使用,以支持海軍陸戰隊步兵連。通過執行 30,000 次模擬戰斗,論文對戰斗條件下的蜂群系統性能進行了量化。論文的主要問題集中在指揮與控制(C2)配置、系統運行閾值和蜂群規模如何影響單元的整體性能。總之,研究旨在讓決策者了解不同的控制策略如何影響蜂群性能和傳感器需求。

作者使用 ABS 建模環境 MANA-V 創建了一個逼真的戰場,并恰當地捕捉到了蜂群的復雜性和自主性。論文中的場景是作者在支持 "持久自由行動 "時經歷的實際任務設置。模擬逼真地描述了一個具有挑戰性的混合威脅,其目的是阻止美軍進入敵方據點。此外,無人機群是以 ARSENL C2 架構為模型的。本研究以 ARSENL 架構和作者的作戰經驗為基礎。

MANA-V 是一種基于智能體的時間步進隨機建模環境,旨在進行 "快速轉向 "的任務級分析(Lucas,2015 年)。對于決策者或首席分析師而言,MANA-V 可提供任務可視化、對不斷變化的戰斗的寶貴洞察力以及對傳感器使用的直覺(McIntosh, Galligan, Anderson, & Lauren, 2007)。作為一種分析工具,MANA-V 提供了一個直觀的界面來高效地構建場景,并具有數據耕作能力,使研究團隊能夠運行多個場景。

本論文的結論基于一個現實的模型、高效的實驗設計以及對三個實驗組的嚴格分析,這三個實驗組在 30,000 次模擬戰斗中得出了獨特的結果。論文研究結果表明,不同的無人機(UAV)控制策略對傳感器覆蓋范圍、間接火力使用和單元傷亡有深遠影響。六項主要發現包括

  • 分層蜂群在減少傷亡方面具有最大的潛力,而且與新興蜂群相比,可以用更少的無人機來實現這一目標。在采用首選蜂群配置時,藍軍傷亡人數有可能減少 50%。

  • 平均而言,兩種無人機群都能使 FiST 瞄準和攻擊的敵方目標數量是單個 ISR 無人機的 2 到 3 倍。

  • 對新出現的無人機群進行的數據分析和視覺研究表明,無人機群的體積加上固有的傳感器重疊,最大程度地減少了對傳感器的需求。

  • 分層蜂群的首選使用策略是由六架無人機組成兩個子蜂群。每個子群由兩架驗證無人機和四架尋的無人機組成。在假設條件下,需要 48 架無人機才能在 2.5 小時的戰斗中為連隊提供 ISR。

  • 應急蜂群的首選部署策略建議部署一個由 15 架無人機組成的蜂群,其中包括 3 架驗證型無人機和 12 架搜索型無人機。在假設條件下,需要 60 架無人機才能在 2.5 小時的戰斗中為連隊提供 ISR。

  • ISR 規劃人員必須了解蜂群規模及其對戰斗服務支持的影響。雖然蜂群的首選使用配置僅相差 3 架無人機,但總體任務需求卻相差 12 架無人機。在開發蜂群投送/發射平臺時,這一基本概念非常重要。

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美國海軍陸戰隊需要制定新的海軍陸戰隊空中指揮控制系統(MACCS)作戰概念,彌補海軍遠征兵力航空作戰在條令上的差距,并使MACCS具有敏捷性和生存能力。

未來的安全環境和海軍陸戰隊將任務重點轉向與同級對手的競爭,給海軍陸戰隊空中指揮控制系統(MACCS)帶來了重大挑戰。為了在未來安全環境中保持相關性,海軍陸戰隊需要制定與海軍遠征作戰相一致的新MACCS作戰概念。海軍和海軍陸戰隊需要制定新的航空作戰和航空指揮控制條令,以確定海軍遠征兵力航空兵將如何支持 CFMCC 的作戰行動。MACCS應能通過采用任務組織的節點和團隊進行分布式作戰。最后,通過規范的特征管理和多樣化的傳感器使用,使其更具生存能力。

海軍陸戰隊需要制定新的MACCS作戰概念,彌補海軍遠征軍航空作戰的條令差距,使MACCS具有敏捷性和生存能力。首先,通過追求新的作戰概念,海軍陸戰隊可以探索將MACCS的作用擴展到其他領域的機會。它有可能通過使用或整合各種傳感器來傳播全域態勢感知,從而實現全域火力打擊。它還有可能圍繞聯合全域指揮與控制(JADC2)等新概念進行重組,從而實現分布式 C2 節點,使MACCS能夠剝離其綜合 C2 中心(如 TACC、DASC、TAOC)。其次,海軍和海軍陸戰隊關于海軍遠征兵力航空作戰的合并條令出版物將明確指揮關系和海軍陸戰隊航空兵在海軍作戰中的作用。第三,MACCS應能根據任務的不同,利用任務組織的節點或團隊進行分布式作戰。為了提高生存能力,海軍陸戰隊需要將技術解決方案與新的使用概念、特征管理 TTP 和多樣化的傳感器使用方案相結合。

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旨在爭奪聯合部隊作戰準入的武器系統的出現,為許多國家提供了防止入侵其周邊領域的低成本選擇。由于認識到這些武器對美軍構成的威脅,參謀長聯席會議制定了 "聯合作戰準入概念"。該概念的第一個子概念是 "空海一體戰",即使用空軍和海軍資產擊敗復雜的A2/AD系統的聯合概念。按照JOAC的初衷,本文考慮了使用美國陸軍和美國海軍陸戰隊炮兵和防空炮兵資產的跨域能力來對抗反介入威脅,同時為聯合部隊的利益再現相同的能力。它解釋了炮兵資產作為一種可快速部署、靈活的威懾選擇為聯合部隊指揮官帶來的戰略利益,以及在爭奪制海權的戰斗中為海上部隊指揮官帶來的作戰利益。最后,它向聯合部隊提出了整合功能和發展未來能力的建議,以便有效地使用這些資產來支持海上部分。

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安全部隊應建立新的專業分工,以提高其在戰術通信和小型無人機系統(sUAS)操作方面的地面重點能力,同時從整個職業領域分配任務和認證專門的團隊,以滿足空軍 "敏捷作戰"(ACE)概念所要求的嚴峻的機場安全需求。

ACE是空軍在潛在的A2AD環境中重新獲得主動權的新興作戰概念之一。ACE概念也被稱為分散或敏捷基地,它利用大量不同的臨時機場為作戰飛機提供補給,以便在高作戰節奏下實現空中力量的前沿投射。這種模式將對空軍的作戰支援功能提出新的要求,需要新的作戰概念和能力。美國空軍安全部隊負責確保這些機場的安全,以應對由地面部隊、間接火力和無人機系統造成的假定威脅。快速出現的對手能力促使我們需要新的技能和就業結構,以確保對臨時機場的有效地面防御。

這項分析借鑒了聯合社區中其他以地面為重點的作戰部隊的平行工作,并主張安全部隊通過建立兩個新的專業分工:信號專家和無人機系統專家,投資于簽名管理、電子戰(EW)和攻防一體的無人機系統能力。此外,這項工作還確立了將駐地單位指定為源ACE防御小組(ADETs)的理由,該小組作為一個單位進行訓練、認證和部署,以滿足參與高端戰斗的地域作戰指揮官的預期需求。

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近年來,各國軍隊加強了整合無人駕駛技術的努力,以提高有人-無人駕駛編隊(MUM-T)的能力。由于一些國家的戰斗年齡人口正在減少,軍隊正在轉向容易獲得的、具有成本效益的和復雜的無人駕駛技術。MUM-T擁有巨大的潛力,不僅可以緩解軍隊的人力短缺,還可以提高作戰能力。這篇論文研究了MUM-T在前線的有效性,直至步兵小組支持城市地形的進攻行動。一個基于智能體的模擬被用來模擬有無無人駕駛地面車輛(UGV)支持一個步兵連的MUM-T作戰行動。對超過76,800次的模擬戰斗進行了分析。據觀察,MUM-T概念可以極大地提高戰斗力,通過增加敵人的傷亡來評估。還觀察到UGV的重裝時間、武器精度和自身的力量結構對步兵的殺傷力和生存能力有很大影響。這項分析的結論是,在小單位戰術層面實施MUM-T對提高整體作戰性能有很大潛力。未來,作戰模型可以被整合到未來的軍事演習中,這樣就可以對模擬的結果進行驗證和確認。

隨著復雜技術和創新的使用,戰爭正在日益演變。在全球人力短缺的推動下,各國正在轉向無人駕駛技術以緩解這種短缺并提供作戰能力。因此,通過采用載人-無人小組(MUM-T),利用無人技術來支持前線步兵的潛力很大。

本論文旨在探索MUM-T在進攻性城市場景中的有效性。論文討論、分析和研究了在城市環境中連級無人駕駛地面車輛(UGV)的戰術運用效果。指導這項研究的研究問題包括以下幾個方面:

主要問題:

1.有UGV或UGV支持的步兵小隊的致命性和生存能力如何?

2.在模擬場景中,MUM-T部隊的不同部隊結構的戰斗結果和分析是什么?

次要問題:

  • 未來對MUM-T在更廣泛的戰略層面的潛在實施方法的研究范圍是什么?

本論文使用基于智能體的模擬環境 "地圖感知非統一自動機"(MANA),通過建立一個模擬并對UGV的作戰方案進行分析,再加上影響城市地形中進攻性步兵部隊作戰效率的因素,來研究MUM-T。

該作戰模型包括兩組主要的作戰部隊,以美國陸軍的步兵作戰順序(ORBAT)為模型: (1)由裝備有UGV的友軍步兵連組成的藍方部隊;(2)由作為防御方的對手步兵排組成的紅方部隊。圖1顯示了模擬作戰行動的一個迭代的開始狀態。

圖1. MANA的一個模擬復制的初始狀態的截圖。

共創建了三個不同的實驗設計(DOE),以研究MUM-T能力和概念的關鍵戰斗特征和效果。衡量性能的重點是任務的有效性,重點是確定與殺傷力和生存能力相關的因素。作者對每個DOE采取了迭代的方法,將前一個DOE的一些發現和分析納入下一個DOE。第一個DOE著重于與基線步兵ORBAT相比,最初引入MUM-T的效果。第二個DOE重點關注不同的人力和部隊結構,以研究支持MUM-T的部隊規模的影響。最后一個DOE結合了前兩個DOE的各個方面,并創建了一個近乎正交和平衡的混合設計,以實現一個更全面和結論性的實驗來結束這篇論文。近80,000次模擬戰役,每次涵蓋超過8小時的戰斗,被運行和分析。

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戰斗無人機正在改變人們對使用軍事力量的態度。軍隊的傷亡和沖突的代價削弱了公眾對戰爭以及政治和軍事領導人的支持。戰斗無人機提供了一種前所未有的能力,可以通過提高精確度、減少對平民的風險和保護軍事人員免受傷害來同時降低這些成本。這些優勢應該使無人機打擊比涉及地面部隊的行動更受歡迎。許多批評者認為,無人機戰爭將使政治領導人過于愿意授權戰爭,這可能會削弱對使用武力的道德和法律約束。由于作戰無人機是一個相對較新的現象,這些論點在很大程度上是基于軼事、少數民意調查或理論上的推測。

《無人機和對武力使用的支撐》利用實驗研究來分析作戰無人機對美國人使用武力支持的影響。作者從社會科學理論中得出預期,然后利用一系列的調查實驗來評估這些猜想。他們的發現--無人機對使用武力的支持產生了重要但細微的影響--對軍事行動的民主控制和軍民關系產生了影響,他們對當前和未來軍事技術的發展和擴散如何影響外交政策的國內政治提供了洞察力。

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現代軍隊依靠電磁頻譜來運作。因此,通過干擾和定向能量攻擊電子和信息系統會降低現代對手的作戰系統。冷戰結束后,美國的對手在電子攻擊能力方面進行了投資,而美國陸軍則基本上放棄了自己的能力。意識到這一點,陸軍現在正投資于新舊電子武器以縮小差距,在陸軍試驗多域作戰概念時重新獲得電子攻擊能力。本專著的目的是回答這樣一個問題:"美國陸軍如何在MDO空間中利用電子攻擊?" 本專著提出,陸軍作戰部隊應將新興的干擾和定向能武器整合到一個作戰系統中,將物理、控制論和道德效應融合到對敵人的深度攻擊中。這一建議對條令、組織和領導者的發展有重大影響。作者的意圖是鼓勵陸軍領導人將環衛系統中的進攻行動視為當前和未來戰場上聯合武器作戰的關鍵。

一 新興電子攻擊技術

1 無人機和反無人機干擾

無人機系統和傳統的干擾技術已經融合在一起,形成一種新的能力。正如前面的案例研究中提到的,俄羅斯已經在無人機上安裝了干擾器,作為其Leer3 EW系統的一部分。在美國,陸軍和空軍希望更深入地測試空中發射的多功能無人機群,這些無人機可以快速穿越戰場進入對手的支持區,以識別、破壞甚至摧毀高回報目標。陸軍作戰能力發展司令部的合同提案要求這些無人機配備ES傳感器和EA武器,能夠同時探測敵人的作戰秩序,進行干擾,并觀察火力任務。陸軍的建議表明,網絡化的EW無人機在近距離、縱深和支援領域都有作用。除了在更大的收集-火力架構中的整合,EW無人機群可以通過欺騙性的信號和特征支持作戰機動。雖然這一系統尚未投入實戰,但該提案表明,陸軍正在考慮將EA能力與不斷擴大的無人機群整合到一個更廣泛的作戰系統中。

反無人機干擾系統有效地發揮了機動短程防空(SHORAD)武器的作用,保護單位和關鍵節點免受觀察和攻擊。許多反無人機武器干擾或欺騙測向和通信系統,導致無人機墜毀或返航。理想情況下,反無人機EA系統可以與戰區的IADS相連接,能夠迅速解除空域的沖突,辨別敵我雙方。然而,在有爭議的EMS環境中與低空飛行的無人機交戰的被動性質將使蓄意的空域和EMS解沖突變得不可能,特別是對于裝備有便攜式變體的部隊。

2 高能激光器

定向能源武器的破壞潛力來自于隨著時間推移轉移到目標的能量。高能(HE)激光器的能量通常在千瓦到兆瓦之間。在低端,這些武器可以使傳感器失明。隨著能量的增加,它們可以降低敏感的電子元件,加熱設備和人員,使其不能再發揮其功能,并導致燃料或彈藥爆炸。 美國海軍在實施高能激光器方面處于領先地位,2014年在一艘水面艦艇上安裝了第一臺。它現在在許多艦艇上都有一系列的激光器,從光學 "炫目 "到150千瓦的光束。光學、發電和傳播方法的進步使得在海上、空中和太空以及陸地移動系統中使用高能激光成為現實。

陸基高爆激光系統可以發揮許多功能。在戰術層面上,高爆激光器可以抵御來襲的彈藥,使無人機失效,并壓制敵人的主動防護系統,作為動能射擊的補充。空軍安裝在卡車上的 "恢復基地拒絕的彈藥"(RADBO)系統使用高爆激光器在舒適的距離內引爆地雷。陸軍目前正在開發一種300千瓦的車載激光器,以防止火箭彈、火炮和迫擊炮的攻擊。在戰區和戰略層面,高爆激光器可能是對抗高超音速導彈的唯一有效手段。根據大氣條件和可用功率,地面高爆激光器可以瞄準敵方軌道上的衛星。

高爆激光器可以有效地作為動能武器的彈藥替代物。這也是有代價的:功率要求、交戰時在EMS中的信號增加,以及由于遠距離和跨域的影響而可能造成自相殘殺。高爆激光器還可能受到大氣條件的限制,盡管該領域的進展正在努力克服這一挑戰。

3 非致命、反人員定向能

激光與物理環境中的元素的相互作用使DE有了非致命的用途。美國軍方在伊拉克和阿富汗的反叛亂行動的高峰期試驗了 "疼痛射線",作為其主動拒絕系統(ADS)的一部分。該系統是為控制人群而設計的,它將電轉化為毫米級的無線電波,加熱皮膚中的水,在幾秒鐘內產生難以忍受的熱感。對ADS的1.1萬次測試只導致了兩次受傷。另一種應用是用激光在人員附近產生等離子體球,然后用其他激光誘發物理效應,如幽靈般的聲音或周圍空氣中難以忍受的噪音。聯合非致命武器局正處于將激光誘導的等離子體效應武器用于加熱目標的皮膚,產生極其響亮或混亂的聲音,以及投射口頭命令的邊緣。

非致命的DE武器可用于固定地點的安全,可在安全和鞏固行動中使用,并可通過使人群遠離道路來提高流動性。然而,這些武器的新穎性可能會在信息環境中產生負面效應。斯坦利-麥克里斯特爾將軍在ADS部署后的幾周內就下令將其從阿富汗撤走,因為塔利班讓人們相信美國在對平民進行 "微波",使其患上癌癥和不孕癥。

4 高功率微波武器

高功率微波(HPM)武器旨在通過用電磁能量壓倒目標的電子裝置來拒絕、干擾、損害或摧毀它們。HPM是可擴展的,根據HPM投射的能量的多少來呈現所需的效果。在較低的范圍內,HPM激增的能量足以 "鎖定 "一個系統,拒絕其使用。在較高的功率范圍內,HPM會破壞集成電路。與干擾器不同,HPM可以在目標系統不工作的情況下實現其效果。反擊HPM需要對整個電子系統進行加固,因為激增的能量會通過暴露的電線、端口、天線和光學器件滲透進去。與高爆激光器不同,HPM是區域性武器。破壞性效果通常是在較近的范圍內產生的,而破壞性效果可以在較遠的距離上實現更大的面積。作為區域性武器,HPM在對付無人機群時特別有用,空軍已經部署了至少一種HPM武器來保護其地面設施免受無人機攻擊。2017年,波音公司和空軍成功測試了 "反電子高功率微波高級導彈項目"(CHAMP),這是一種巡航導彈,旨在用機載HPM摧毀計算機和電子設備。將這種技術應用于無人機系統或基于直升機的運載系統,為遠程HPM攻擊提供了另一個載體。

具有最大戰略潛力的HPM武器是非核電磁脈沖(EMP)。一旦美國研究人員認識到核爆炸伴隨著電磁能量的大規模激增,美國和蘇聯就開始研究用非核彈藥復制這種效果。雖然CHAMP使用機載電池來發射其HPM以達到局部效果,但EMP炸彈將爆炸能量轉移到磁場中,在整個作戰區域產生HPM效果。組件技術已經成熟到EMP炸彈或導彈是可行的地步。雖然國防部沒有公開其EMP研究,但在2017年,國防部向工業界征集一種 "彈藥投送的非動能效應",該效應能夠 "在不破壞與這些系統相關的硬件的情況下使對手的基本工業、民用和通信基礎設施失效"。該提案要求用標準的陸軍155毫米射彈來實現這一效果。96F 97 該提案所要求的能力指向某種火炮發射的EMP武器。由于C2系統和光電傳感器依賴于敏感和脆弱的電子器件,成功的EMP攻擊對對手的影響可能是決定性的。

二 新興電子攻擊技術的影響

博伊德斷言,戰斗人員必須有道德-心理-身體的和諧才能進行抵抗。要破壞這種和諧,需要將致命的、機動的和道德的努力結合起來。施耐德斷言,戰斗有三個領域:道德、控制論[心理]和身體。各個領域都會受到能力的影響,包括EA。結合這些觀點,我們得出了一種方法來理解新的電子攻擊能力如何在多領域作戰中被利用(見圖3)。考慮到案例研究,現在的任務是考慮我們如何將新興的EA系統與現有的能力相結合,在物理、控制論和道德領域產生影響,以支持致命的、機動的和道德的努力。

圖 3.“在作戰中應用電子攻擊的模型”。

1 物理領域的現代EA

電子武器特性的最重大變化是開發了能夠直接摧毀敵人系統和平臺的電子武器。HPM和HE激光系統有能力摧毀無人機和飛機。陸軍的高爆激光器目前集中在防空和反無人機任務上,但這些激光器瞄準地面上的敵方平臺只是時間問題。戰斗車輛上的主動保護系統,如以色列的 "戰利品 "系統的擴散,可能需要在用直接或間接火力攻擊這些平臺之前,通過干擾或DE武器對其進行抑制。為工兵部隊配備RADBO或類似的高爆激光系統,將使他們能夠迅速減少雷區,在行動中能夠更快地進行地面機動。

無人機群ES/EA干擾器,與間接或精確火炮協同作戰,形成了一種觀察-壓制-打擊的能力,有可能遠遠超出前線部隊的作戰范圍,支持偵察和反偵察任務。裝有高爆激光器的航空平臺將為陸軍提供其最遠距離的直接火力武器系統,能夠在距離目標數英里的地方升空進行瞄準射擊,然后落回地面。作為常規致命打擊的一部分,EMP炮彈將摧毀主動防護系統和反火力雷達的電路。

陸軍EA系統也將在物理領域支持MDO的其他服務。DE武器的效果上限可以延伸到太空,使其能夠與飛機交戰以支持空軍。消耗性的無人機干擾器可以激活敵方的EA系統,顯示其位置以便聯合瞄準。裝備有小型EMP裝置的特種作戰部隊可以使岸基雷達和導彈系統在沿海和海上行動中無法使用。陸軍高能激光器有可能通過從地面瞄準敵方衛星來支持太空部隊。

2 網絡領域的現代EA

雖然美軍傳統上將EA集中在網絡領域,但現代EA武器為陸軍提供了沿著作戰區域的長度和寬度攻擊網絡決定性點的潛力。蜂群無人機可以將陸軍各師的干擾范圍擴大到遠遠超過空地作戰的30公里。ES系統可以提示高爆激光器來干擾(或炸毀)指揮節點的天線。HPM和EMP彈藥將使整個網絡無法使用,嚴重降低了指揮官在分布式部隊之間提供目的和方向的能力。成群的EA無人機和固定的誘餌可以模擬平臺和指揮節點的電子特征,欺騙敵人并模糊其電子監視工作。同樣的能力也可以用噪音淹沒EMS,在關鍵時刻隱藏關鍵系統的使用或機動。

無人機干擾器和高爆激光器可以壓制防空系統以支持空軍行動。電磁炮是在MDO中產生機動窗口的完美武器,因為它可以使不發光的防空雷達失效,而不會使載人的空中干擾機處于危險之中。地面干擾器可以破壞衛星和地面站之間的聯系,使太空部隊的資產騰出來用于其他行動。EA系統可以刺激敵方網絡,或創造可能有利于敵方網絡內部的網絡行動的缺口。針對網絡決定性點的EA的累積效應將使敵人無法對加速的致命打擊作出反應,也無法對進入脆弱地區的滲透性機動作出反擊。

3 道德領域的現代EA

陸軍可以在戰術、作戰和戰略層面上將現代EA技術用于對抗敵人的意志。在戰略層面上,EMP彈藥可以作為一種有效的威懾手段來對抗對手的行動。從多個載體--空中、太空、海上和陸地--發射的EMP提供了核交換之外的升級選擇。在作戰層面,一個模擬蜂窩網絡同時干擾真實網絡的系統,如俄羅斯的Leer 3,將幫助指揮官更有效地管理信息環境。對分散的部隊使用戰術電磁脈沖,從電子上切斷他們的總部和相鄰的編隊,將在紀律性不強的部隊中產生恐懼和威脅。激光誘導的等離子體效應可以在塑造行動中使用,作為致命的動能打擊或快速穿透機動的前奏,制造恐懼和焦慮。

正如俄羅斯人在烏克蘭所展示的那樣,操縱性電子攻擊是利用聯合網絡行動中獲得的情報的一種機制。我們的網絡戰士必須與EA和心理行動相結合,以收集情報,制作欺騙或信息,然后以無線方式投射到對手的網絡。

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

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

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

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

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

圖 9. AC-130 防御性威脅反應圖。

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在可視范圍內執行空戰,需要飛行員在接近1馬赫的飛行速度下,每秒鐘做出許多相互關聯的決定。戰斗機飛行員在訓練中花費數年時間學習戰術,以便在這些交戰中取得成功。然而,他們決策的速度和質量受到人類生物學的限制。自主無人駕駛戰斗飛行器(AUCAVs)的出現利用了這一限制,改變了空戰的基本原理。然而,最近的研究集中在一對一的交戰上,忽略了空戰的一個基本規則--永遠不要單獨飛行。我們制定了第一個廣義的空戰機動問題(ACMP),稱為MvN ACMP,其中M個友軍AUCAVs與N個敵軍AUCAVs交戰,開發一個馬爾可夫決策過程(MDP)模型來控制M個藍軍AUCAVs的團隊。該MDP模型利用一個5自由度的飛機狀態轉換模型,并制定了一個定向能量武器能力。狀態空間的連續和高維性質阻止了使用經典的動態規劃解決方法來確定最佳策略。相反,采用了近似動態規劃(ADP)方法,其中實施了一個近似策略迭代算法,以獲得相對于高性能基準策略的高質量近似策略。ADP算法利用多層神經網絡作為價值函數的近似回歸機制。構建了一對一和二對一的場景,以測試AUCAV是否能夠超越并摧毀一個優勢的敵方AUCAV。在進攻性、防御性和中立性開始時對性能進行評估,從而得出六個問題實例。在六個問題實例中的四個中,ADP策略的表現優于位置-能量基準策略。結果顯示,ADP方法模仿了某些基本的戰斗機機動和分段戰術。

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