FAST項目(基于智能體的系統基礎技術)是一項為期三年的研究和開發工作,與位于紐約州羅馬的空軍研究實驗室簽訂合同。該項目從一開始就由美國海軍贊助,在項目的后期,美國空軍也做出了額外的貢獻。
該項目的主題是探索新的建模方法和基于模型的軟件生產技術,以提高所開發軟件的質量,同時縮短開發時間,提高設計的可重復使用性。在模型驅動的軟件和系統開發,以及海軍的任務工程有很大的相似性。傳統上,這兩個過程都是以自下而上的方式開發,而自上而下的方法則更有針對性和前景。這種自上而下的方法的最初步驟必須是一個概念模型,概述基于一組給定事實達到預期目標所需的所有(概念)決策。對于任務工程來說,這個決策建模器有助于確定所有需要做出的關鍵決策,以及相應的任務,以便規劃和執行一個成功的任務。對于軟件或系統工程師來說,決策建模器概述了設計中的系統的關鍵語義和相應結構。雖然存在對系統工程的建模支持,在某種程度上也存在對軟件工程的建模支持,但沒有任何工具支持將決策建模器作為系統或軟件設計模型的一個完全集成部分來建立。因此,由于其根源在于系統建模語言(SysML),任務工程也缺乏決策建模能力。
我們通過為統一建模語言(UML)建模工具MagicDraw(又名Cameo)開發決策建模器能力,作為一個可加載的插件,與商業上可用的插件,如SysML、UAF等兼容,縮小了這一差距。決策建模器實現了決策模型和符號OMG標準所定義的決策需求圖的增強型變體,但在其他方面偏離了OMG標準,以提供更復雜的決策表達建模、決策仿真能力,以及與SysML(v1.x)的無縫集成能力。為了在更大的仿真場景中進行協作,我們為MagicDraw開發了第二個插件(名為SimCom),允許決策建模器的仿真能力與外部仿真系統(如高級仿真、集成和建模框架(AFSIM))之間進行實時協作。SimCom插件實現了一個受 "高級架構"(HLA)仿真協議啟發的輕量級協議。我們用決策建模器和AFSIM之間的協作場景展示了這種能力。
雖然決策建模器的工作使我們偏離了開發時間和空間(4D)、基于模式建模方法的最初計劃,但我們的深入合作和對SysML v2的貢獻,在很大程度上彌補了這一點,提交給OMG。SysML v2已經達到了與我們最初計劃的相似的4D特征。在SysML v2環境下重建決策建模器將是一項有趣和有益的任務。除了參與SysML v2的工作,該項目還在其他幾個OMG標準的開發中起到了主導作用。
許多建模方法包括隱含或嵌入的決策制定。這些建模案例有流程圖、活動圖、業務流程模型等等。決策建模作為一門專門的學科是比較新的。對象管理小組創建了決策建模和符號(DMN)規范,最初是為了使BPMN1業務流程模型中的決策更加明顯,并支持更詳細的決策過程。這段歷史的缺點是,DMN現在與BPMN的關系非常緊密,尤其是在元模型層面。因此,DMN,不能直接與UML或SysML集成。為了使DMN風格的決策建模與UML和SysML模型協作,特別是使現有的UML建模工具能夠進行DMN風格的決策建模,必須創建一個決策建模UML配置文件,與DMN元模型密切相關。
決策建模器的開發和目標部署平臺是MagicDraw 19.0 SP4版本。MagicDraw(也被稱為Cameo)是一個UML建模工具,由No Magic公司開發和銷售。No Magic最近被Dassault Systèmes收購,Dassault Systèmes將繼續進一步開發和銷售這個工具,可能會用不同的名字。
MagicDraw是一個用Java實現的UML建模工具。它支持并使用一個插件架構來擴展其建模能力,涵蓋其他基于UML的建模語言和方法,如SysML、UAF和其他。一個OpenAPI工具箱可以用來支持自定義插件的開發。
圖 2 - MagicDraw(又名 Cameo)環境中的決策建模器
決策建模器和SimCom通信引擎是由FAST項目為MagicDraw開發的兩個定制插件。SimCom插件沒有任何先決條件,而決策建模器插件的功能需要SysML和Alf插件的存在。由于UAF是基于SysML的,決策建模器也可以用于基于UAF的企業模型。決策建模器和SimCom插件的安裝程序都與MagicDraw資源管理器一致。
雖然在整個FAST項目中開發的技術是朝著符合相關標準的方向做出的最大努力,像OMG規范的元對象設施(MOF)、統一建模語言(UML)、系統工程建模語言(SysML)等;或者像世界網絡聯盟(W3C)開發的網絡本體語言(OWL)、資源描述符框架(RDF)或其他,但我們自己也大力參與了新標準的開發,即在對象管理小組內。
雖然標準的制定是繁瑣的工作,但它的回報是許多好處。某一主題的標準化要求它處于該主題發展的第一線。這項工作通常是在研究實驗室或高級開發部門的隱蔽處進行的。然后,標準化要求開發人員開放并與世界各地同行討論該主題,這在所有案例中都是有益的。
在FAST項目期間,我們參與了對象管理小組的幾個標準化任務。所有這些任務都是在FAST項目之前的某個時間開始的,但這些任務的持續工作和討論為FAST項目提供了重要的投入和科學效益。我們所參與的任務是: MOF到RDF的轉換,元模型擴展設施,系統工程建模語言第二版,智能體和事件元模型,以及不確定性建模的精確語義學。另見本文件后面的標準化活動一章,以及項目技術報告(CDRL A010)中的相應章節。
決策模型由兩類元素組成:主動和被動元素。
主動元素是決策元素,它在模型執行過程中影響模型結果的整體結果(最高目標值)。根據OMG DMN規范,這些主動元素被定義: Decision、DecisionService和BusinessKnowledgeModel。
被動元素不包含任何決策邏輯,因此不直接影響模型的結果。它們可能需要協助連續的活躍元素之間的信息流,或者注釋決策模型。OMG DMN規范定義了以下兩個被動元素: InputData和KnowledgeSource。
我們決策模型的所有元素,無論是主動還是被動,都有相同的基本結構:它們將接受一個到多個輸入,稱為 "輸入事實",并產生一個單一的輸出,稱為 "結果事實"。所有的事實都可以是單值或復值,在這種情況下,它們是單值的結構。
聯合全域指揮與控制(JADC2)代表了進行戰爭的一個歷史性轉變。這些變化通過技術進步和由此產生的指揮和控制的重新配置表現出來,其中許多都是新生事物。雖然JADC2的這兩個層面--技術和指揮與控制--仍在發展之中,但空軍可以通過改變組織文化來準備,這是支撐這兩個層面的基礎。空軍部門必須培養一種文化,這種文化是真正的不分領域的,讓合作伙伴有意義地參與到行動中來,接受殺傷網絡,并在一個連接豐富的環境中執行日常任務。
美國空軍正處于轉型之中,因為它正在為與一個近似競爭對手的潛在大國沖突做好準備。最廣泛的變化之一將是實施聯合全域指揮和控制(JADC2)。美國軍方必須考慮這一變化對戰爭行動層面的影響,對空軍而言,戰爭行動層面體現在其空中組成部分和空中作戰中心(AOC)。
JADC2涉及建立一個復雜的連接傳感器和機器對機器接口的組合,它將整合服務組件、盟國和伙伴國以及動能/非動能戰爭領域。由此產生的新的不對稱優勢將保持美國的軍事優勢,就像1980年代的精確革命在后冷戰時代所做的一樣。因此,JADC2的對話在本質上是壓倒性的技術性的,并且集中在未來架構實現的狀態上。較少受到關注的是JADC2的巨大人力層面,以及為使這種不對稱優勢成為現實而需要飛行員和航空部門的文化變革。
如果JADC2要在作戰層面上取得成功,空軍部門必須對其組織內部的文化和技術變革給予同等關注。實際上,JADC2可以被設想為一個金字塔,其頂端是有前途的技術的精靈。然而,該技術牢固地建立在兩個更低和更廣泛的層次上:一個是敏捷的指揮和控制(C2)的中間層,另一個是由軍事人員及其作戰文化組成的關鍵基礎層。
組織文化是指導和告知所有團隊成員行動的價值觀、期望和做法的集合。要想實現轉型,必須盡早解決這個問題。正如一份分析報告所確認的那樣,"有必要盡早對飛行員進行戰爭新概念的教育,這可能需要改變組織結構和文化,隨著JADC2的成熟,教學計劃也應如此。" JADC2的技術可能存在于未來,但為這種新的戰爭概念做準備是今天的問題。
為了在JADC2中取得成功,航空部門必須培養一種接受聯合能力的文化,了解非動能過程,并將伙伴國家視為問題的解決方案。這是一種重視在盡可能低的水平上進行橫向合作的文化,并要求激進地分享信息,這樣最好的射手將有最好的機會打擊目標。此外,這是一種好奇心的文化,但這種好奇心是不斷尋找將敵人納入其殺傷網絡的最佳方式。
用金字塔的比喻可以進一步研究JADC2和它對空中部分的影響。JADC2金字塔的頂層代表技術和技術變革。中間一層代表JADC2的敏捷C2要素,以及這對空軍部門,特別是對其目前配置的AOC構成的組織挑戰。底層代表了優化JADC2文化的關鍵基礎。
這個文化層的意義對于空軍的作戰指揮訓練計劃(OCTP)來說是非常清楚的。作為第505指揮與控制聯隊的一部分,該計劃由一群作戰C2主題專家組成,他們通過重大演習和現實世界的突發事件對全球的每一個空軍部門進行指導和建議。本文的觀點部分基于與數百名高級領導人的對話,以及從這些發生在2019年至2023年的復雜事件中的實際觀察。
美國防部指出,聯合全域指揮與控制的目的是 "在戰爭的各個層次和階段,在所有領域,與合作伙伴一起產生感知、判斷和行動的作戰能力,以相關的速度提供信息優勢。" 簡單地說,JADC2是一種將每個傳感器與每個射手直接聯系起來的手段,而不考慮服務、領域或合作伙伴。
美國防部強調以共享汽車服務Uber作為比喻來描述其對JADC2的期望最終狀態。與Uber使用應用程序和算法將乘客與最佳司機相匹配的方式類似,JADC2將使用應用程序和算法將目標與最佳武器相匹配,而不考慮服務、領域或伙伴國。JADC2的總體效果是實現快速觀察、定位、決定和行動(OODA)循環,以便快速做出C2決策,因為在大國沖突中,速度和準確性是最重要的。
空軍已經接受了先進作戰管理系統(ABMS)的概念來執行JADC2。這個概念提出利用云環境和新的通信方法來無縫共享數據,利用人工智能來實現由傳感器、C2系統和射手組成的物聯網之間的快速決策。空軍已經確定了使ABMS成為現實的四個關鍵因素:傳感網、先進的網絡、決策、當局和效果的交付。
傳感網被設想為一個傳感器網絡,收集大量與平臺無關的、全領域的數據,以獲得并保持決策優勢。感應網格是平臺無關的,因為它不在乎什么平臺產生的數據--它可能是一架情報、監視和偵察(ISR)飛機、一艘海軍艦艇或一個社交媒體賬戶。網格也對產生信息的領域漠不關心;無論是空中、陸地、海上、太空、網絡、人類還是電子戰都不重要。感知網格群將由國防部平臺、愿意合作的國家和相關的商業來源組成。
JADC2需要一個靈活和有彈性的網絡,以便在所有組件和領域中實時傳輸數據。這個網絡必須能夠在一個有爭議的、退化的和操作有限的環境中運行。這種環境將需要多種途徑來抵御對手的網絡攻擊,如果它不能抵御退化,那么它必須能夠快速愈合或至少使其達到某種有限的能力。雖然網絡(傳輸)是關鍵,但同樣重要的是數據(內容)。數據標準對于先進的網絡是至關重要的。如果來自所有領域、部門和伙伴國家的節點要共享與戰爭有關的信息,他們的數據必須以一種方式結構化,使其普遍兼容。
這一要素依賴于人機合作,對傳感網收集的大量數據進行分類,并以一種使決策更容易的方式呈現。聯合全域指揮和控制設想依靠人工智能和機器學習(AI/ML)來實現這一過程。一些例子可能是執行工業任務,如繪制實時作戰順序或匹配配備優化武器的動能平臺,以消滅一個動態彈出的目標。JADC2還設想了一個全球和所有領域的共同作戰圖景,與共同情報圖景相融合,以便在支持或執行戰斗的所有梯隊中實現快速決策和整合。
權限和效果交付的目標是將正確的武器與正確的目標相匹配。在一個全領域的環境中,正確的平臺和武器可能是網絡、空中、海上、地面火力,或任何從效果角度看最有意義的東西,以及任何在當時的物理范圍和連接狀態下最容易獲得的資產。為使JADC2發揮作用,必須存在利用其他領域、部門和伙伴國家的能力的任務授權。建立合同和任務類型命令以實現這些授權是必須在沖突前完成的事情。任務授權也需要討論如何在戰爭的作戰層面上控制所有領域的能力,特別是在與聯合對手打交道的時候。
先進作戰管理系統的聯合對應方--美國海軍的 "超配項目 "和美國陸軍的 "融合項目"--非常強調共同的數據標準,以便共享聚合火力所需的目標數據。海軍和陸軍正在尋找建立共同數據標準的方法,因為數據共享仍然是每個軍種內部和之間的一個挑戰。
"超配項目"正在開發一個新的艦隊架構,使用人工智能和有人/無人的團隊合作進行分布式海上作戰。海軍正在努力建立海軍作戰架構,使艦隊的每個部分都有一個共同的標準來交換數據并與其他部門建立互操作性。“融合項目”是陸軍的JADC2概念,旨在整合人工智能、機器人技術和自主性,以改善戰場態勢感知,將傳感器與射手連接起來,并加速決策時間線。
在最近的一級演習、美國空軍的兵棋推演和實驗中,解決全域權限的需求已經成為一個共同的主題。聯合全域指揮和控制的橫向連接,即每個傳感器都與每個射手相連,這就提出了指揮和控制的問題: 誰做出射擊的決定?何時、何地、用什么?今天的C2結構將每個軍種和領域都放在自己的筒倉里,在那里他們按照聯合作戰指揮官或聯合部隊指揮官的要求平行工作。然而,目前這種C2結構被認為是過時的,對于未來大國沖突的預期速度、范圍和多領域性質來說太慢。在一個所有部門和領域都被連接起來并且速度是優先事項的時代,問題變成了:誰來指揮和控制所有領域的火災?這個問題的答案對航空部門的飛行員有巨大的影響。
空軍的轉型包括對其口號的改變。作戰級別的戰士們不再把 "集中控制和分散執行 "作為他們的理論,而是把 "集中指揮、分散控制和分散執行 "作為前進的方向。分布式控制的引入是為了將控制與指揮分離開來--事實上,有些人已經將其稱為 "控制和指揮"--作為一種手段,以便在JADC2環境中更好地運作,在這種環境中,單一的C2節點被削弱或破壞,控制實際上可以在許多地方發生。分布式控制在以下情況下是有意義的:多個控制節點共享一個無處不在的共同作戰圖/共同情報圖;人工智能/ML協助將目標與武器相匹配;單一、集中的C2節點是一個誘人的目標;以及速度是關鍵。
自2018年以來執行的杜利特爾游戲和陳納德兵棋推演代表了更好地理解全域作戰以及對控制和指揮的相關影響的努力。這就是討論敏捷控制和綜合指揮等新概念的地方。敏捷控制利用多個節點在整個作戰環境中實施空戰管理,而不僅僅是空中作戰中心或一個以平臺為中心的C2節點,如E-3哨兵機。綜合指揮探討了飛行員如何在作戰層面上承擔起對所有領域的火力--如網絡、太空和海洋--的權力,以起訴戰斗空間中關鍵的時間敏感目標。
這些和類似的概念將使飛行員從以空軍為中心的思維方式轉變為以空軍為優化的思維方式,這種區別是著眼于其他領域來實現空軍目標。研究實施綜合指揮的實際手段導致了新的組織概念,如全域作戰能力(ADOC)和使用共同任務控制中心(CMCC)。
在2021年和2022年,空軍部門對ADOC概念進行了試驗。例如,Keen Edge 21演習--美國印太司令部的演習--通過將空中作戰中心作為全域作戰能力進行試驗,看看空中部門如何在前沿地點同步執行聯合職能。其他航空部門已經探索了這樣的情景:空中作業中心將成為ADOC,指揮和控制聯合行動特定階段的全域火力,例如在戰役的開始階段摧毀敵人的防空系統。
定義未來的控制和指揮機構對于確定ADOC的形式和功能至關重要,因為其指導多領域和多軍種能力的能力將是其存在的核心。正如Keen Edge和Chennault游戲所表明的那樣,對ADOC結構、它的幾種作用以及它在AOC梯隊中的位置的堅實定義將是重要的討論點。例如,ADOC是否只是取代戰區指揮官的聯合行動中心?或者全域作戰能力是一種分布式能力,其節點從戰斗的前沿一直延伸到美國本土的避難所?如果控制權在整個C2結構中轉移,那么如何以及何時轉移控制權就需要更多的博弈和測試。
來自美國本土的指揮和控制的一個例子是位于加州比爾空軍基地的共同任務控制中心。在最近的演習中,CMCC被強調為JADC2的推動者,最引人注目的是在美國印太司令部兩年一度的聯合野外訓練演習 "勇敢之盾2022 "中。CMCC是一個先進的戰術戰斗管理C2原型,設計用于有爭議的、退化的環境,并打算成為戰區空中控制系統的成員,這是空軍指揮和控制空中力量的機制。在 "勇敢之盾 "行動中,該中心提供了改進關鍵的C2和戰斗空間感知功能的能力--包括在分布式C2節點上保持超視距的目標監護,減少電子戰斗命令更新所需的時間,以及快速傳播敵人的位置以實現火力聚合。
共同任務控制中心可以進入更高的安全通信通道,使其能夠利用美國空軍和美國網絡司令部的全域能力,并且比AOC或可能的前沿ADOC具有更大的透明度。因此,CMCC可以成為一種能力,為空中部分提供空間和網絡任務,與空中機動相結合,并清洗來自空間和網絡的較高機密信息,以便根據需要將其納入較低機密的戰術戰斗中。
有了這些潛在的能力,許多人很想摒棄空中作業中心和戰爭的作戰層面,而選擇設想中的戰術全知。雖然這種想法在戰區戰役計劃的背景下是短視的,但很明顯,空中作戰中心必須隨著新環境的變化而改變。行動層面的C2需要更加強調指揮官的意圖和基于條件的權力。在這樣的環境下,空中部門必須對如何刻意規劃C2以實現分布式控制進行重大思考。
批評者指出,當涉及到JADC2和分布式控制的時候,空中作戰中心是過時的,而且構造不良。這種批評也延伸到了空中任務指令(ATO),其72小時的時限常常被描述為太慢、不靈活,而且這種模式更適合于20世紀末的 "沙漠風暴 "作戰,而不是21世紀的南海作戰環境。雖然這些批評沒有充分考慮到空中作業中心的動態目標定位和臨時任務分配方法中固有的靈活性,以及行動層面規劃的基礎重要性,但空中作業中心確實存在結構和文化上的挑戰,在美國迎接JADC2的未來時必須加以解決。
動力偏見。空中作戰中心和航空部門人員對炸彈有偏見。雖然今天肯定會出現非動能目標,而且一直在改進,但今天的空中作業中心的思維、計劃、目標和武器設計的比較規模嚴重偏向于動能。由于文化、人員、理論和程序都偏向于從空中平臺投放動能武器,所以對非動能效果的影響很大。
空軍部門的領導人主要是從戰斗機背景中選拔出來的,這使得對太空、網絡和其他非動能的知識和舒適度比塑造領導人成長的動能經驗要低得多。擅長動能效應并不是一件壞事,但在發展成為一支全領域部隊的背景下,擁有如此強烈的領域偏見的領導人是一個必須解決的挑戰。
戰斗節奏。72小時的空中任務指令周期強化了動能偏向,當然在設計時也牢牢考慮到了飛機。全領域的能力,如網絡、空間和信息戰,不一定符合72小時的周期,在大多數情況下,其規劃時間表遠遠超過這個時間框架。例如,陳納德兵棋推演已經考慮了如何將8天的非動能效應(NKE)計劃周期與ATO周期合并起來。這種戰斗節奏的不匹配導致非動能效應被忽視,通常不能很好地整合到航空部門的規劃和執行中。如果考慮到聯合、機構間和合作伙伴的規劃時間表,整合和利用的挑戰就會成倍增加。在推進JADC2的過程中,調整不同的規劃程序和時間表將是一項關鍵的任務。
以空中力量為中心。空中作業中心的人員很少有知識和專長來詢問有關聯合、全域和伙伴國的能力,更不用說如何計劃和協調它們的整合。許多飛行員在進入空中作業中心時沒有任何聯合行動的經驗,有些人是初級甚至是第一任飛行員。他們的聯合思考往往包括如何整合服務或合作伙伴的飛機,而通常不涉及,例如,如何使用海上或地面部隊行動來代替空中力量或支持空中機動。因此,對非空軍能力如何實現空軍目標的理解,在今天的空軍部隊中往往不存在或不提倡。
缺少權威。缺乏對聯合、全域和伙伴能力的任務授權,往往是空中作業中心偏重于動能、以空氣為中心的戰斗節奏,以及缺乏聯合視角的原因。空中作業中心的專業人員經常從 "我的ALLOREQ(分配請求)是什么?"的角度思考問題,它包括從其他部門和合作伙伴那里分配給空中部門的飛行任務,以便在空中任務單上進行任務分配。這種思維方式當然是一個單一領域的死胡同。
但這無疑是一個公平的觀點,即AOC應該審查他們需要哪些權限才能真正成為全域,以及在適當的規劃和同步的情況下,他們與非空軍能力的關系可以增強任務。許多航空部門的飛行員認為他們必須控制某些東西才能使用它,但這種自我限制應該被最小化。隨著軍隊發展到JADC2時代,從作戰指揮部借來有限的權力,或者與網絡或海洋能力簽訂支持/支援合同,可能是提高AOC認識、理解和權力的途徑。
人在回路中的重要性。與美國防部的其他部門一樣,AOC的專業系統很少有機器對機器的連接。因此,有許多人必須在應用程序之間手動移動信息,以實現查找、固定、跟蹤、瞄準、接觸和評估(F2T2EA)過程。這種結構是造成執行動態目標等時間敏感活動的摩擦和缺乏速度的主要原因。
新的AOC武器系統工具,如Kessel Run,實現了機器與機器之間的數據傳輸,但它仍然無法從非Kessel Run系統中獲取數據。來自情報相關應用程序和空中機動性相關系統的數據,對AOC的功能都很關鍵,但與Kessel Run沒有機器間的聯系。這種差距使得關鍵數據的輸入必須由人工完成,這個過程很慢而且容易出錯。使JADC2成為現實的關鍵是制定聯合通用數據標準,允許 "單次輸入,多次輸出"。換句話說,數據只需輸入一次,然后通過機器對機器的連接擴散到整個系統中需要的地方,而不是由人在環形的數據輸入。
YESFORN。機器對機器的問題因安全和分類而進一步復雜化。AOC生活在秘密計算機系統中,但許多全域能力需要通用任務控制中心的絕密或特殊技術操作(STO)訪問。這加劇了整合能力和規劃周期的問題,促成了陳納德系列所描述的 "非動力性故障"。再加上伙伴國的安全、系統要求和共享,問題就會變得成倍的困難。
至少,AOC需要在可秘密釋放的水平上進行溝通,以整合他們各自的伙伴國。正如空戰司令部指揮官馬克-凱利將軍所說,我們需要用YESFORN來取代NOFORN(禁止外國訪問)22,在安全和分類方面沒有優雅或簡單的解決方案,但AOC必須努力提供一個平衡。
聯合全域指揮和控制是如此的全面和雄心勃勃,以至于它可能會讓人不知所措。金字塔頂端的技術尋求改變傳感器、機器對機器的接口和數據結構,通過改變已知的作戰指揮和控制的本質,導致金字塔中間層的改變。許多航空部門對正在進行的ABMS技術開發和機器對機器的信息流進行了充分的投資,通過大量的作戰戰爭應用。同樣關鍵的是,通過讓飛行員在認知和經驗上準備好掌握JADC2的要求來確保基礎層。航空部門可以通過關注人和培養JADC2文化使他們的組織更接近這個愿景。
組織文化是任何轉型的基礎層,包括航空部門的轉型。JADC2的核心是通過橫向連接,使從業人員能夠作為一個統一的整體來感知、理解和行動,從而擁抱聯合和伙伴的能力。這樣做的必要性并不新鮮。在2003年入侵伊拉克的行動中,聯合和伙伴的整合也很重要。但是,20年的低強度沖突已經使常規部隊僵化,并形成了低節奏的爐灶。今天,對聯合和伙伴國家整合的需求和2003年一樣重要。現在唯一的區別是,如果沒有真正徹底的整合,風險不僅僅是失去一場區域沖突的選擇,還包括失去一場大國戰爭的需要。
下面的建議如果單獨來看既不激進也不具有啟示意義,但整體大于部分之和,代表了方法上的重大轉變。空軍的作戰指揮訓練計劃經常發現,組織的卓越性不是一種發現的行為,而是一種記憶的行為。需要提醒各組織在改變文化的過程中應用基礎知識。這涉及到領導層的重視、培訓以及對建立肌肉記憶的重復的坦誠承諾。
特別是,空軍應該把重點放在建立文化基礎上,即組織的價值觀、期望和實踐。對于JADC2來說,價值觀、期望和實踐應該集中在:1)與空軍和非空軍的團隊和組織合作;2)建立全領域的關系;3)經常進行戰斗演習,將這些團隊、組織和關系轉化為能夠實現精心排練的殺傷網的過程。通過這種方式,空中部門可以開始真正整合非空中力量的能力,如空間、網絡和信息,以及聯合和伙伴國家的能力。
與這些全領域的對應方建立關系,了解他們的能力和時間表,并練習如何融合這些火力,現在必須在危機前完成。試圖在危機或戰爭發生時再做這件事,簡直太晚了。JADC2的文化是一種重視好奇心、學習和與組織外的人接觸的文化。JADC2要求航空部門成為價值包容和領域無關的合作伙伴,關注殺傷性網絡并尋求機器對機器的連接。
對于JADC2來說,在文化上關注合作伙伴和領域不可知意味著首先要有一個聯合展望。空中部分是空軍的聯合接口。盡管這種聯系很重要,但很少能找到有聯合經驗的空軍人員。這通常會導致工作人員的文化幾乎只從空軍的能力和動能的角度考慮問題。JADC2要求從業人員以多領域的方式進行思考,類似于一個聯合特遣部隊。空軍人員必須了解陸軍、海軍、特種作戰和其他能力以及與他們的平臺、火力、情報、通信、目標和其他方面有關的任務分配過程:
作戰級]C2的實踐者必須能夠超越他們的戰術 "原生家族 "武器系統,并理解各種聯合和聯盟部隊如何能夠配合到一個連貫的機動計劃中。在[AOC]中的空中規劃人員在空中聯合行動規劃過程中接受了專門的培訓,但也支持由聯合部隊總部執行的平行聯合行動規劃過程。因此,他們必須熟悉多種聯合行動和職能行動的概念、學說和術語。
培養JADC2的文化意味著培養一種聯合特遣部隊的文化,在這種文化中,陸地、網絡和海洋能力在解決問題時與空中力量一樣容易想到。這種強調必須要求與聯合對應方進行面對面的互動并建立關系;了解彼此的能力和程序;并在盡可能低的水平上找到整合和協同的方法。這可能意味著建立動態目標演習,規劃多領域的ISR活動,或將其他部門的官員分配到航空部門的崗位上。
而一旦空軍人員找到了這些與非空軍伙伴的整合和協同點,他們應該經常進行聯合戰斗演習,以建立工作人員的肌肉記憶。這些與聯合伙伴一起進行的頻繁戰斗演習的重要性怎么強調都不過分。在危機前像聯合特遣部隊一樣思考,連接聯合團隊,并在頻繁的戰斗演習中建立起信任關系,是JADC2成功的前提條件。
在文化上關注合作伙伴意味著擁抱與美國目標相同的關鍵盟友和合作伙伴。伙伴國可能會帶來精致的能力和授權,使他們能夠比航空部門更容易和更快地實現共同目標。與聯合伙伴一樣,飛行員必須接受伙伴能力的教育,了解他們的任務分配(或要求)過程,并建立個人關系,通過頻繁的戰斗演習變得更加牢固。
除了飛機之外,航空部門的飛行員應該了解伙伴國家的專長和渠道,無論是網絡、人類情報、海事,還是公開的信息。然而,建立這種危機前的關系,由于技術互操作性和對外披露的額外挑戰而變得復雜。頻繁的整合所帶來的團隊建設通常受到合作手段不足的阻礙。
除了共同的系統、伙伴網絡和語音線路外,航空組件應努力與合作伙伴擁有強大的視頻電話會議和聊天連接。然而,擁有強大的通信網絡并不僅僅是一個檢查清單項目。這些通信必須是相關的并經常使用。這些合作伙伴的通信節點應該被飛行員持續地激發出來,在日常操作中,而不僅僅是在演習活動中,將整合到最低水平。
使伙伴整合的問題更加復雜的是對外披露的困難。在每一次危機中,與伙伴國家分享的必要性是最重要的。然而,在這種危機中,往往缺乏對外披露官員的數量和預先安排的、快速移動的分享安排。
JADC2文化將要求與伙伴國進行徹底的共享,這意味著要攻擊那些善意的安全專業人員設置的神圣障礙--當共享需求的信號在當地出現時,可能會被最好地起訴。例如,在AOC操作層與合作伙伴一起工作的絕密/敏感機密信息的描述,在以前可能是不可想象的,但如果美國要贏得未來的大國沖突,這種情況可能會成為一種必要。因此,空軍必須堅持強有力的和技術上冗余的通信,使伙伴國的通信成為常規的、低水平的,最好是面對面的。
非動能效應。連接團隊、建立關系和演練戰斗行動的必要性尤其適用于非動能效應的整合。非動能效應的時間和權限與動能效應的時間和權限有很大不同。為了做好戰爭準備,必須在危機前熟悉和實踐這些過程。建立一個熟悉網絡和信息戰的平臺文化需要運用和規劃這些火力,作為當今現實世界大國競爭的一部分,而不僅僅是在概念上或演習中。
例如,在危機前制定具體的進攻性網絡行動概念(CONOPs)的空中作戰中心必須為他們的工作指定注意事項,因為空中部門無權批準網絡火力。這一權力由美國網絡司令部及其下屬單位保留,并通過戰區作戰司令部協調。盡管如此,制定進攻性網絡CONOPs的AOCs可以為空軍人員創造一個教育工具,為動能和NKE規劃者創造一個焦點,為作戰指揮部創造一個預期的行動計劃,為網絡火力鏈中的職能部門創造一個明確的意圖--所有這些都可能導致網絡能力更容易與空中機動結合。
另一個例子是,在危機前的競爭活動中,航空部門人員與聯合和伙伴國家的網絡或信息戰規劃人員一起使用真實世界的多域ISR包或多域靈活威懾選項。這將建立起可以在戰時利用的實際經驗和組織關系。在使用NKE方面尋求戰斗演習,并與伙伴國的小組一起嵌入現實世界的規劃和執行,將為戰時的領域無關的火力創造良好的路徑。
全球一體化行動。聯合全域指揮和控制對全域前景的要求將鼓勵空軍人員在空軍部門之外,甚至在戰區地理邊界之外尋求解決空中力量問題。空軍目標可能位于網絡和空間領域,在空軍動能效應的物理范圍之外,或者在責任區之外。因此,該目標可能無法在該AOC的空中任務指令中被起訴。許多有傳統觀念的飛行員認為,僅僅因為一個目標不能由他們的ATO提供服務,所以這不是他們的工作。但在這個全球一體化行動的時代,所有作戰指揮部(及其空中部門)都在一起工作,不分地域和領域,共同瞄準敵人。
在JADC2的文化中,如果一個航空部門對一個它自己無法采取行動的目標感興趣,那么它仍然會投資于對該目標關鍵弱點的詳細分析,即使只是為了有效地游說將其列入另一個作戰司令部或伙伴國的聯合目標名單。受過JADC2教育的飛行員將本能地進入全球一體化行動的領域,并理解美國網絡司令部或美國太空司令部的范圍和能力,因為他們尋求任何必要的手段來向敵人提供效果。
擁抱它。注重文化伙伴和領域不可知的意義在于獲得更高的殺敵效率和效果。擁抱殺傷性網絡意味著擁抱情報、監視和偵察,這對航空部門來說意味著分布式通用地面系統(DCGS)。直到幾年前,DCGS只專注于利用機載ISR收集的原始情報。2020年1月,第480情報聯隊啟動了 "DCGS Next Gen",強調對空中組成部分的平臺無關的深度分析支持。這種支持是以分析員開發小組的形式出現的,這些小組專注于需要深度專業知識的空中部門情報問題。
DCGS通過專注于數據服務和實現共同情報畫面和共同操作畫面的能力來支持先進的戰斗管理系統和JADC2,以促進快速OODA循環。DCGS也對傳感網進行了大量的投資。該系統正在開發用于快速定位和遠程殺傷鏈概念的情報應用,使其成為JADC2的融合引擎,成為加速與殺傷網相關的決策的關鍵推動者。因此,JADC2培養的飛行員將更加了解DCGS的活動,并將尋求將其納入重大演習、戰斗演習和靈活的反應方案中。
演習吧。連接組織、建立關系和戰斗演習一起構成了聯合全域指揮和控制的筋骨。如果這些都是有目的的和習慣性的,就會形成肌肉記憶,使所有領域的快速和大規模的戰斗過程變得更加清晰。JADC2的技術發展追蹤了機器到機器的信息從應用到應用和傳感器到射手的流動。然而,JADC2的人的方面需要通過這些過程追蹤殺傷性網絡信息的流動。通過經常一起進行戰斗演習,擁有全域隊友的飛行員將更好地確定整合全域殺傷網的最有效路徑和流程。
尋找最佳路徑和流程應自下而上地進行,但飛行員們需要反復地去發現它們。例如,動態目標體驗式訓練可以通過藍旗或海王星系列的演習獲得。但這些活動很少,每18至24個月舉行一次。這對于建立組織的肌肉記憶來說頻率太低了。JADC2的文化是由那些為頻繁的戰斗演習制定自己的程序并真正測試他們的殺傷力的航空部門創造的。這方面的一個例子是F2T2--發現、固定、跟蹤、目標--這是空軍殺傷鏈F2T2EA的第一部分,去掉了參與和評估。這些都是自我生成的演習,練習實際的而不是模擬的殺傷網,例如,海上和地面火力、伙伴國和全域能力,如網絡。
一些空軍部門通過使用多域ISR包對現實世界的目標進行F2T2,所獲得的情報推動了多域的目標選擇過程。作戰和戰術C2、機器對機器數據共享、服務組件程序和全域規劃考慮都是針對一個真實的、會呼吸的、有自己思想的移動目標而進行的。上面描述的F2T2演習倡議是巧妙的,因為它將真實世界的要求與實際的聯合/盟軍/全域目標進程結合起來,并且每年可以發生多次。這種頻繁的戰斗演習可以找到直觀的JADC2殺傷路徑。JADC2技術不應推動這些殺傷網絡進程。空中作戰中心的中低層在得到全域和伙伴國的理解、整合和頻繁的戰斗演習的信息后,完全能夠確定正確的路徑。
完全形成的JADC2結構的傳感網假定機器對機器的橫向連接在許多平臺之間以速度和規模共享數據,但這顯然不是今天的現實。盡管存在這一不足,但對于建立JADC2文化的飛行員來說,尋求機器連接的方法并消除數據共享的障礙是至關重要的。例如,在2021年夏天的海地聯合特遣部隊救援行動中,空軍南部聯合航空部門協調部門連接了來自海上船只的雷達圖像,以便在AOC中顯示。來自空中和海上領域的幾位通信員必須一起工作,在一天左右的時間里,雷達圖像就完全整合了。
當JADC2完全成熟時,這將自動發生,但今天它可能需要高級領導的強調才能發生。重要的是各級領導要設定一個期望,即飛行員必須始終努力識別障礙,并與聯合和伙伴國家的成員建立工作聯系,不管是什么主題。無論是雷達饋電還是情報收集,這些聯系將證明是JADC2成功的基礎。
紅點測試是有用的工具,太平洋空軍和美國駐歐洲空軍都用它來追蹤F2T2EA殺傷鏈中機器對機器的連接。紅點圖追蹤了從ISR傳感器到戰術射手的數據流以及中間所有的情報和操作應用。該圖顯示了每一個必須由人工將信息從一個應用程序轉移到另一個應用程序的情況,每一個都有一個紅點的注釋。
觀察殺傷網絡上的紅點數量,可以得到一個需要自動化的數據連接的量化清單。每次機器與機器之間的連接被軟件開發人員精心制作后,紅點就會被移除。紅點測試是識別和量化模擬連接的有效機制,使航空專業人士能夠更清楚地思考他們數據的機器流。正因為如此,"單輸入,多輸出 "應該成為大多數精通JADC2文化的空軍人員的重點。
一個以合作伙伴為中心的、與領域無關的、擁抱殺傷性網絡的、連接驅動的航空組件文化將為JADC2的扎根提供豐富的土壤。建設文化意味著采取行動,領導人應該把重點放在確保聯系、發展關系和要求戰斗演習上,因為它們構成了JADC2金字塔的必要基礎層。現在專注于建設這種文化將有助于指導JADC2技術的發展,并以最有利于殺傷網絡的方式刻意規劃敏捷的指揮和控制。建立與聯合社區、伙伴國家、全球一體化、以行動為重點的實體以及分布式共同地面系統的關系、知識和肌肉記憶,將使空中力量在任何大國沖突中取得成功。
聯合全域指揮與控制是一個以技術為頂點的金字塔。但JADC2不僅僅是無數的技術解決方案。為了有效,處于頂層的技術必須有一個堅固的中間層的指揮和控制。這種C2可以是戰術性的,也可以是操作性的,必須提供靈活的控制和綜合指揮,使飛行員不被限制在空中領域或被束縛在一個單一的、以平臺為中心的C2節點。
雖然這些技術和C2變化可能會在不久的將來出現,但空軍現在面臨的任務是建立和成熟JADC2金字塔的基礎層--文化。作為JADC2基礎的組織文化是空軍領導人今天必須解決的問題。這種變化正在進行中,特別是在今天的空軍部門的年輕成員中,他們創造了像F2T2s、全域CONOPs、挑戰理論的出版物以及構建空中作戰中心的新方法等創新。展望未來,空軍有責任以一種使空中力量與其他各領域同步的方式建立空中力量組織,使OODA循環和相關效果的集體產生明顯地更快、更平坦、更有效。
美國空軍研究實驗室(AFRL)在技術開發方面的主要目標之一是將技術轉移給 "客戶",以滿足能力需求。這種轉換可以是在AFRL內部,也可以是向工業界,向系統項目辦公室(SPO),或直接向作戰人員。每個 "客戶 "類別都描述了一個潛在的 "過渡伙伴"。技術開發可以發生在支持客戶要求的成熟期("技術拉動"),即客戶提出他們的需求("要求"),AFRL用為滿足該需求而定制的技術發展來回應。當AFRL開發新技術或根據其作為關鍵技術領域的科學和技術(S&T)領導者的角色為舊技術找到新用途時,技術發展也可以在沒有具體要求的情況下發生。這被稱為 "技術推動",當AFRL科學家進行的基礎和/或應用科學研究發現了以前未知的軍事能力的潛力時,就會發生這種情況。技術拉動 "和 "技術推動 "項目都可以改變AFRL其他項目、工業、SPO或作戰人員的可能性,創造出潛在的破壞性能力,如果沒有相應的科技研究活動,對手是很難對付的。任何轉型所面臨的挑戰是,技術的價值可能沒有被更廣泛的社會所理解,在新技術的情況下,也沒有被進行研究的科學家所理解。
科學家和潛在的過渡伙伴之間的討論往往不能準確地確定一項技術的成熟度、潛在的軍事用途,以及一項技術的合理和可靠的使用時間表。在 "技術拉動 "和 "技術推動 "的情況下,對技術成熟度的準確描述是必要的,以告知科技領導層和潛在過渡伙伴開發的進展。成熟度,通常被稱為技術準備水平(TRL),是一個時間快照,它描述了演示或測試環境的特點,在該環境下,一項特定的技術被成功地測試。美國國防部(DoD)對TRL有一個標準的定義,從1到9,范圍從基本原理到實際任務操作中證明的實際系統。 從歷史上看,官方的TRL評估只在正式的采購過程中被系統地分配,然而,在AFRL項目開發的各個層面,通常都會要求進行技術成熟度評估。
目前缺乏一種系統的方法來評估AFRL技術,也缺乏對任何評估的文件驗證。雖然這并不是轉型失敗的原因,但有條不紊、準確和可驗證的TRL評估過程有助于為其他多個過程奠定基礎;支持與其他科技專業人士、管理機構和潛在的轉型伙伴進行有意義的合作;并支持提高AFRL技術轉型的概率。這些其他過程包括技術成熟計劃(TMP)、推進難度(AD2)、制造準備水平(MRL)、集成準備水平(IRL)、系統準備評估和水平(SRA和SRL)、空軍未來(HAF/A57,正式的空軍作戰人員集成能力(AFWIC))。技術、任務、資源、組織(TMRO)方法,AFRL過渡指標(ATM)和項目管理審查(PMR)。
TRL可以通過各種方式得出,但通常是通過技術準備評估(TRA)來確定。技術準備評估是在對技術的形式、與系統其他部分的集成程度以及操作環境等方面的保真度逐步提高的基礎上確定TRL的。TRA是一個系統的、以證據為基礎的過程,評估關鍵技術要素(CTE)的成熟度,這些要素可以是硬件、軟件、過程或它們的組合。一個技術要素是 "關鍵 "的,如果被收購的系統依賴于這個技術要素來滿足操作要求(在可接受的成本和進度限制內),如果該技術要素或其應用是一項新技術,以一種新的方式使用舊的/更新的技術,或者該技術要素或其應用在詳細設計或演示期間被用于構成重大技術風險的領域。正式的TRA最常被用來支持一個采購項目的確定階段,如美國法典第10章第2366b條詳細規定的要求,即在里程碑B批準之前,一個項目必須在相關環境中進行演示;然而,非正式的,或 "知識建設TRA",也可以用來評估技術成熟度,為開發人員、項目經理、管理機構和潛在的過渡伙伴提供有用的信息,以更有效地成熟關鍵技術,確定一個技術的準備程度,管理和解決當前和未來的發展風險。
今天,國防戰略和空軍參謀長和空間業務主管要求加速技術發展,并使能力更快地進入作戰人員手中。 一個可靠的、可重復的技術成熟度評估是后續和同步進程和方法的關鍵,如TMPs、AD2、MRLs、IRLs、SRAs和SRLs、TMRO、ATM和PMRs,并為支持AFRL內部、工業、SPO或在技術被證明達到適當水平后直接向作戰人員的快速過渡活動建立了基礎。本研究提出了進行這些TRA的建議程序和工具。
本研究的主要目的是確定和推薦一個嚴格的、標準化的、可重復的程序和支持工具,以進行TRA,從伙伴的角度增加現有技術解決方案的可信度,并支持增加成功技術的過渡概率。因此,本研究將:
確定一個量身定做的、嚴格的、標準化的、可重復的TRA流程,以進行可靠的TRA,同時提供支持流程執行的工具。
將評估何時進行TRA的過程系統化,如何處理結果,以及如何確定下一步。
詳細說明識別CTE的系統方法
制作一個可定制的TRA模板,包括對可信度和客觀性至關重要的特征
確定支持技術成熟和TRL評估的RY能力
將技術要素納入建模、模擬和分析(MS&A)的方法。
確定數據工件和儲存庫,以證明所分配的TRL。
(2021年10月20日,在亞利桑那州尤馬試驗場,被分配到人工智能集成中心的陸軍上士伊利斯-丹寧對無人駕駛航空系統進行維護,為21世紀項目融合做準備(美國陸軍/Destiny Jones))
為了在2030年、2040年或以后的未來沖突中取得成功,聯合部隊現在需要做什么?答案很清楚:我們必須一起試驗。我們必須評估未來作戰環境的特點(在物理環境、威脅和技術狀態方面)。我們必須開發、測試和完善我們將如何在該環境中運作的概念。我們還必須開發和提供聯合能力,使我們的軍人在該環境中比任何對手更有優勢。沒有實驗,這一切都不會發生。我們必須一起學習,失敗,再學習,再失敗,這樣我們才能最終成功。
我們將作為一個聯合團隊作戰,所以我們必須作為一個聯合團隊進行實驗。我們必須實驗和評估我們的能力,使聯合部隊指揮官能夠執行全域聯合指揮與控制(JADC2)。JADC2既是一個概念,也是 "指揮聯合部隊在所有作戰領域和整個電磁波譜中威懾并在必要時在全球任何時間和任何地點擊敗任何對手所需的能力"。這種分析必須導致在編寫要求和資源技術方面的行動。
有些人可能不相信各軍種有可能自愿合作進行試驗。我比較樂觀,并以 "融合項目"(PC)為例進行說明。在過去的兩年里,陸軍、海軍陸戰隊、海軍、空軍、太空部隊和美國特種作戰司令部通過PC以綜合實驗的名義進行了合作和協作。在這篇文章中,我描述了 "融合項目 "是如何作為聯合實驗的場所出現的,為JADC2從戰術層面到作戰層面的演變提供信息。
項目融合于2020年夏天首次執行,起源于一個年度頂點實驗,以解決軍隊問題,但不一定是聯合問題。不過,通向PC的道路早在幾年前就開始了,當時陸軍確立了其核心的六個現代化優先事項,并成立了八個跨職能團隊(CFT),每個團隊由一名將軍或高級行政人員領導,負責支持這些現代化優先事項的交付。
2018年11月,時任美陸軍部長馬克-T.埃斯珀和陸軍參謀長馬克-米利將軍公布了陸軍戰略(TAS),該戰略將現代化作為陸軍的四條努力方向之一。其他工作包括建立戰備、改革以及加強聯盟和伙伴關系。同年,陸軍部成立了陸軍未來司令部(AFC),作為其自1973年以來第一個新的四星級總部。它的任務是同步和整合整個未來部隊現代化企業的現代化進程。除了CFTs之外,AFC還獲得了對現有組織的指揮權,如未來和概念中心、聯合現代化司令部、研究和分析中心、戰斗能力發展司令部和醫學研究和發展司令部。
美國陸軍的實驗室和作戰實驗室現在都隸屬于AFC。每個實驗室都進行了大量的物資或概念實驗。問題是這種實驗的結果是什么,以及如何將其納入陸軍現代化的優先事項。答案是令人失望的;這些努力不一定能引導到任何地方,也不一定能與陸軍的優先事項相銜接。AFC是一個統一指揮這些實驗室的單一總部,并有能力在整個陸軍現代化企業中創造統一的努力,現在已經有能力解決這個問題。
項目融合始于2020年初白板上的一個想法,成為所有其他實驗的目標點。我們試圖在戰術層面將陸軍傳感器、指揮與控制(C2)節點和射手聯系起來,以便在 "誰能最先看到、理解、決定和行動,誰就能獲勝 "的前提下實現更快的決策。它將士兵、科學家和工業界在亞利桑那州尤馬的泥土中拉到一起,在戰術場景的壓力下對有前途的技術進行實驗,為期一個月。
在 "融合項目2020 "期間的實驗是初級的和以地面為中心的。我們開發了現實的戰術場景,并整合了一些技術,如機器人戰車(空中和地面)、自主性堆棧、數據結構、武器-目標配對技術和遠程精確彈藥。盡管我們在PC20期間學到了很多東西,但我們最大的收獲是需要包括聯合伙伴。我們清楚地認識到,將陸軍的傳感器、C2節點和射手聯系起來是不夠的;這種實驗甚至沒有反映出我們現在的戰斗方式,更不用說我們未來可能的戰斗方式。沒有任何一個軍種會單獨作戰。我們作為一個聯合團隊作戰。向前邁進,我們需要改變PC。
PC20一結束,AFC就開始計劃PC21,我們聯系了所有的聯合伙伴,邀請他們參與并利用PC21來推進他們自己的實驗目標。我們的前提是,陸軍將提供 "沙盒",如果他們同意在各軍種之間整合他們的技術,我們歡迎所有人來玩。他們都接受了。用陸軍參謀長詹姆斯-C-麥康維爾將軍的話說,PC21和連續的迭代將使聯合部隊發現,"提供未來決策主導權和大國競爭的過度匹配所需的尖端技術的速度、范圍和融合。"
作為一個確保軍方實驗需求得到滿足的機制,在PC21之前的每個月,我們都會召開一個聯合董事會(JBOD),其中包括每個合作伙伴的三星代表。盡管陸軍為PC21提供了大部分的管理費用,但每個合作伙伴都為自己的技術和參與提供資金。PC21實驗的重點是JBOD同意的七個聯合用例。一個用例無非是一個戰術場景或問題。聯合空中和導彈防御就是一個例子。每個用例都包括所有軍種的傳感器、C2節點和射手的組合。我們知道,我們最大的挑戰是移動數據和獲得操作授權、翻譯器和跨域解決方案,以便在國防部網絡上操作和共享數據的180多種技術。在實驗前幾個月,各部門提名了他們將帶入每個用例的技術,AFC的操作和系統架構師開始將這些技術映射在一起。我們在馬里蘭州阿伯丁試驗場的聯合系統集成實驗室進行了多次基于實驗室的風險降低活動,以驗證我們的網絡設計并確保準確的端到端數據流。
由于我們建立了聯合管理,以及軍人、文職人員和行業伙伴在實驗室和新墨西哥州尤馬和白沙導彈發射場實地進行的巨大努力,PC21取得了巨大的成功。
(2021年10月26日,在亞利桑那州尤馬試驗場,美陸軍航空醫學研究實驗室的飛行系統部門人員在與第82空降師的綜合視覺增強系統支持的空中突擊隊進行吊裝作業時,展示了載荷穩定系統-行李箱附件(美國陸軍/Scott C. Childress))
然而,成功不僅在于我們在尤馬當地能夠完成的工作,還在于我們未能完成的工作,以及如何推動變革。我們從PC21中得到的最大收獲之一是,我們在數據方面沒有做到位。我們吹噓 "數據是新的彈藥",但作為一支聯合部隊,我們仍然無法進入戰斗空間并無縫交換數據以實現JADC2。我們仍然在利用點對點的數據標準,有些已經有幾十年的歷史。PC21為我們提供了一個場所,使我們能夠識別出不足以應對未來戰斗的多種數據標準,并將這些建議直接提交給JADC2的CFTs采取行動,證明了自下而上的JADC2方法的價值。此外,在陸軍內部,已經開始對陸軍的需求流程進行了全面檢查,以確保在原型設計之前解決系統集成和數據中心化問題。
從PC21中獲得的其他主要經驗推動了新的需求文件的建立和對已經批準的需求文件的調整。PC21確定了需要開發和執行一個共同的數據標準、信息格式和單一的數據結構能力,以實現各部門的整合并擴大機器對機器的速度。這一發現為開發支持共同數據結構的需求文件提供了大量信息(Rainmaker項目)。PC21進一步完善了對聯合綜合火力控制網絡的需求--陸軍綜合防空和導彈防御是該軍種對這個火力網絡的貢獻。PC21還強調了有前途的技術,這些技術已經成熟,可以從科學和技術過渡到技術成熟計劃的發展中--目標-武器配對過程的自動化(FIRESTORM)和支持提高遠距離效果決策速度的工具(SHOT)。PC21使各軍種能夠影響聯合共同作戰圖的發展,并改進聯合全域態勢感知解決方案。
具體而言,各軍種能夠探索、測試和評分指揮所計算環境的雙向傳輸和互操作性,作為全球指揮和控制系統-聯合的潛在替代。這個機會告訴我們,還有更多的工作要完成;所測試的五個潛在的數據結構都沒有顯示出所需的成熟度,跨領域的解決方案在各軍種之間架起了信息共享的橋梁,提高了互操作性,但也成為了單點故障。最后,PC21重申了戰術網絡對聯合部隊一切工作的重要性。PC21項目已經證明,戰術網絡是我們行動的重心,我們需要繼續以相關的速度發展我們的網絡。
融合項目還確定了能力的不足,支持對具有新興技術技能的士兵的需求,以支持實現JADC2的意圖。這包括具有更多數據科學和敏捷軟件開發能力的士兵,以實現未來的作戰行動。為了滿足這一需求,人工智能集成中心(AI2C)和陸軍軟件工廠(ASWF)正在從全軍范圍內識別和招募具有技術才能的士兵,并教導他們運用敏捷工具和數據科學來實現任務操作的現代化和解決實際問題。AFC將繼續指導和支持諸如AI2C和ASWF這樣的組織,向士兵傳授關鍵的技能組合,為未來的部隊設計提供原型。
空軍部長弗蘭克-肯德爾三世說得很對:我們必須通過實驗來連接人們,處理信息,并創造出作戰影響。融合項目不斷地提醒我們,我們必須采取系統的方法,摒棄諸如翻譯機之類的附加解決方案,以實現跨軍種的互操作性。相反,我們必須編寫我們的要求,旨在實現與聯合部隊和我們的盟友的系統的全面整合。
2022年5月,陸軍部長克里斯蒂娜-沃姆斯和麥康威爾將軍在參議院軍事委員會作證時說,PC21包括來自陸軍、海軍陸戰隊、海軍、空軍和太空部隊的近1500名參與者,使其成為15年來最大的聯合部隊實驗。PC是該實驗的一個關鍵宗旨。該實驗為聯合部隊提供了使用任何傳感器、最佳射手和正確的C2節點的機會,以融合數據并加速傳感器到射手的時間。在PC期間,我們將F-35B與地面射手整合,以完成殺傷網。在其他情況下,我們將傳感器到射手的速度從幾分鐘提高到幾秒鐘。一次又一次,"融合項目 "為各部門提供了一個試驗新技術以解決重大作戰挑戰的場所。
(2021年11月11日,在亞利桑那州尤馬試驗場,被分配到224軍事情報營的陸軍一等兵特里-好萊塢對MQ-1C灰鷹進行維護,為 "21世紀融合項目 "做準備(美國陸軍/瑪麗塔-施瓦布))
盡管 "融合項目 "的學習活動取得了許多成功和經驗,但整個聯合部隊中也存在許多批評和誤解。一些人質疑為什么陸軍要領導一項聯合試驗。其他人問其他軍種在做什么。還有人想知道 "融合項目 "是否僅僅是一系列科學實驗的組合,看看它們是否可能成功。每個軍種都意識到實驗對于整合我們未來的平臺是必要的,并且每個軍種都進行了自己的旗艦實驗以促進JADC2--一個將現有傳感器和射手與所有領域的數據連接起來的領域和控制系統。所有這些都是必要的,但PC通過利用所有領域的治理和執行中的聯合性,提供了一個微妙而有價值的差異。
當這篇文章發表時,我們將處于執行 "融合項目 "第三次迭代的邊緣--PC22。PC22將是一個聯合部隊的實驗,旨在開發能夠在大規模作戰行動中擊敗對手的能力,在去年取得的成功基礎上,增加使用案例的規模和復雜性。此外,PC22歡迎我們一些最親密的盟友和伙伴作為參與者和觀察員。2022年1月,我們的JBOD擴大為聯合JBOD,除軍方外,還有來自澳大利亞、加拿大和英國的合作伙伴參加。
PC22以兩個場景為中心。第一個是在美國西海岸整個聯合部隊所在地復制的印度-太平洋情景實驗。第二個實驗是發生在美國西南部沙漠中的歐洲場景。在這兩個場景中,我們插入并整合了數百種有前途的技術,評估這些技術所提供的能力的可擴展性和能力,并關注它們失敗的地方。
為了國家和所有未來將處于危險境地的軍人,我們有責任進行聯合、綜合的實驗。融合項目已經成為為JADC2的發展提供信息的場所。它使我們能夠通過測試尖端技術的速度、范圍和融合來實現決策的主導地位。此外,PC提供了一個在整個聯合部隊以及與我們的盟友和伙伴進行試驗的框架。我們不知道我們何時會打下一場戰爭,但 "融合項目 "所提供的實驗確保我們有合適的軍事組織和合適的能力,以實現大國競爭的超強實力。
2022 年 10 月 11 日,美國陸軍發布了一份綜合數據計劃(ADP),這是一種全軍范圍內改進數據管理以確保陸軍成為以數據為中心的組織的方法。
該計劃是一項為期三年的工作,將改善整個陸軍的數據管理、數據治理和數據分析。作戰任務是陸軍數據計劃的當前重點。ADP 在該任務領域的成果是通過進行必要的更改來確保作戰人員的數據得到正確管理和使用,從而為作戰人員提供優勢。陸軍已經開始對數據管理能力、工具和模型進行原型設計,以實現這一目標。
陸軍首席信息官 Raj Iyer 博士說:“數據以及如何在所有梯隊中整合這些數據以實現真正快速、敏捷的決策,才是真正為陸軍提供其在未來戰爭中所需的競爭優勢的關鍵。”
數據和數據分析將為 2030 年的陸軍提供動力。士兵將需要在正確的時間和正確的地點獲得正確的數據,以便在每個梯隊做出更快、更好的決策——以超越任何對手的思維和步伐。
與早期的軍事行動相比,現在的戰爭范圍更大且范圍不斷擴大。作為聯合全域作戰的一部分,多域作戰是陸軍必須準備并贏得下一場戰斗的地方。這是一個數據豐富的環境。
每個領域都有自己的信息和數據流,一些信息來自開源情報,一些來自天基傳感器,還有一些來自網絡空間。今天的士兵和指揮官需要跨領域的綜合來主宰戰場。
ADP 概述了工作的組織并提供了總體戰略目標。它側重于中期努力,未來將被另一個更新所取代。
通過陸軍數據計劃實現這一決策優勢是陸軍的關鍵目標。
澳大利亞海軍能力主管奎因少將強調了快速交付能力的必要性,以應對澳大利亞海軍在一個動態和不確定的戰略環境中所面臨的挑戰。他還明確指出,海軍需要通過 "常青"過程不斷地尋求優勢。該計劃提出了一個可執行的過程來實現這一目標。
圖1. 工作路線
RAS-AI 2040戰略提出了四個LOE(人、發掘、開發和交付),作為海軍實現RAS-AI愿景的手段。海軍的RAS-AI戰略計劃確定了一個將發掘活動與交付聯系起來的過程。該計劃中涉及的這些LOE的關鍵方面是:
人(people):未來的澳大利亞海軍勞動力正在進行大量的工作,以預測對RAS-AI系統的需求,然后由合格和有經驗的人員來操作和維護。此外,澳大利亞海軍將繼續通過第二條工作路線,即 "發掘",增加我們對人機協作的理解。
發掘(discover):發掘活動是工業界和學術界與海軍在RAS-AI領域進行合作的絕佳方式。發掘活動與海軍正在尋求解決的差距和機會直接相關。參與這些活動是工業界了解海軍RAS-AI優先事項的一種方式。“自主戰士” 將繼續作為海軍發掘的旗艦項目,并將持續開發。
開發(develop):隨著海軍繼續開發和使用RAS-AI,它將促進知識體系(BOK)不斷增長,這些知識將被收集起來,形成RAS-AI協作環境(RACE)。RACE由 "發掘"提供信息并支持交付。RACE已經包括了諸如RAS-AI架構的元素,它為海上力量提供了一個客觀的設計,不受具體任務場景的影響。這些架構指導能力開發,同時提供對海軍RAS-AI優先事項的理解。它還包括提供共同控制環境(CCE)的路線圖和海軍開發成熟度模型的概要,以及許多其他仍在開發的資源。盡管RACE包含不同級別的人工制品,但其目的是為交付海軍RAS-AI提供資源。
交付(deliver):海軍的能力項目發起人將繼續與交付機構一起,通過海事項目和計劃來支持RAS-AI的交付。除了支持現有的IIP項目和計劃外,鑒于技術發展的快速步伐,海軍還可能在IIP下實施專門的RAS-AI計劃。
海軍是一個負責解決海洋領域中復雜、動態問題的組織。海軍面臨著許多復雜的挑戰,這些挑戰造成了差距和機遇,需要創新。盡管本計劃規定了對差距、風險、問題和機會(GRIO)清單的補充,但 "有目的的創新 "是本計劃的核心所在。因此,它規定了一個過程,以確定RAS-AI可以解決的現有的GRIO;實施發掘活動來解決這些問題;并支持能力開發者和用戶來實施這些活動。
“SEA 1905海上防雷措施和軍事調查”,代表了海軍對RAS-AI能力的重大投資。作為海軍最大和最復雜的RAS-AI項目之一,SEA 1905項目將被用作實施這一活動計劃的典范。支持SEA 1905的GRIO將在創新浪潮的第一次執行中被優先考慮。
當海軍總司令發布RAS-AI戰略2040時,他明確表示,這個活動計劃將是非保密的,并可向工業界發布。發掘、開發和交付過程比海軍要大,需要國防、聯盟、工業和學術界的合作。有一些內容,由于它們的分類,將是內部的人工制品。然而,本計劃旨在創造機會,使聯合部隊、聯盟、工業和學術界能夠在一個促進創新的環境中進行合作,同時適當地管理安全和知識產權。重要的是,本計劃還描述了海軍將使用的各種活動,以使合作伙伴更好地了解海軍的優先事項,從而使他們反過來支持海軍實現這些優先事項。
這個戰略計劃構成了海軍準備海軍力量的任務的一個重要組成部分,以使聯合部隊成為可能。例如,戰爭創新性海軍處(WIN)與整個聯合部隊密切協作,并主持澳國防部的RAS-AI圓桌會議,這是一個分享前沿思想和確定聯合活動機會的論壇。海軍創新處還贊助了一個專門的聯盟聯絡功能,以了解伙伴國的計劃,并向盟友通報進展。該計劃的關鍵支柱,特別是CCE、成熟度模型和架構,代表了海軍的思想領導力。它們將成為互操作性的基礎,并將為聯合能力的發展提供信息,同時也為其提供信息。
最后一章 "執行"是一個行動計劃,列出了海軍將用來收集和定義差距和機會的行動節奏,對發掘活動進行優先排序和安排,并將其與海上能力的交付聯系起來。在這一過程中,為不斷增長的RAS-AI知識體系提供信息,并從中獲得信息。這種行動節奏是以 "行動研究"模式為基礎的,并被表述為 "創新浪潮",它捕捉到了發掘、開發和交付的間斷性但持續重復的性質。
創新浪潮將提供一個有資源的前瞻性工作計劃;整合整個國防、工業、學術界和聯合聯盟伙伴;與海軍的優先事項保持一致;最重要的是,直接告知并加速RAS-AI能力。
海軍將繼續發展這一行動計劃,這包括開發支持性的程序和產品,其中一些將是保密的,包括:
1.RAS-AI路線圖,確定具體的聯系和依賴性(由CASG提供)。
2.RAS-AI的聯合工作
3.有資源的前瞻性工作計劃
4.分類級的RAS-AI架構
5.海軍RAS-AI成熟度評估
6.以SEA1905-1為例,實施戰略計劃。
這項工作的目的是開發能夠成功處理復雜動態環境中順序決策的深度終身學習方法,重點是多Agent情報、監視和偵察(ISR)場景。我們為深度卷積神經網絡開發了一個新的架構,支持通過去卷積因子化的終身學習(DF-CNN),探索了通過Distral和Sobolev訓練的策略提煉的組合,并開發了一個混合控制器,將深度學習應用于ISR智能體。我們的方法在標準基準深度學習數據集、DOOM環境和ATE3模擬環境中的ISR場景中進行了評估。
我們的主要貢獻是反卷積因子卷積神經網絡(DFCNN)。DF-CNN框架調整了標準卷積神經網絡(CNN)框架,以實現任務之間的轉移。它在每個CNN層維護一個共享知識庫,并通過這個共享知識促進不同任務的CNN之間的轉移。每個具體任務的CNN模型的各個過濾層都是由這個共享知識庫重建的,隨著網絡在多個任務中的訓練,這個知識庫會隨著時間的推移而調整。DF-CNN代表了ELLA終身學習框架對深度網絡的概括。
實驗表明,DF-CNN在終身中的基準識別任務上的表現優于其他方法(包括單任務學習、低層的硬參數共享和漸進式神經網絡)。此外,該框架能夠抵抗災難性遺忘,同時仍然允許從未來的學習中反向轉移到以前學習的模型。
對于深度強化學習,我們研究了將Sobolev訓練整合到Distral多任務框架中,以努力改善轉移和訓練,探索了DF-CNN在深度RL中的應用,并開發了一個混合控制器,將本地學習的深度RL策略結合在一起,在ATE3仿真環境中完成ISR場景。
本文描述了ACE0,這是一個輕量級平臺,用于評估人工智能方法在多Agent仿真中的行為發現的適用性和可行性。具體來說,ACE0被設計用來探索與自主飛機等新技術相關的運籌學研究中使用的多Agent仿真的人工智能方法。生產中使用的仿真環境通常是高保真、復雜的,需要大量的領域知識,因此研發成本很高。最小和輕量級的模擬環境可以幫助研究人員和工程師以更敏捷和潛在的成本效益方式評估新的人工智能技術行為發現的可行性。在本文中,我們描述了開發ACE0的動機。我們提供了系統架構的技術概述,描述了一個關于航空航天領域行為發現的案例研究,并對系統進行了定性評估。該評價包括對與學術伙伴的合作研究項目的簡要描述,探索不同的人工智能行為發現方法。
本文件是北約 IST-151 研究任務組 (RTG) 活動的最終報告,題為“軍事系統的網絡安全”。該 RTG 專注于研究軍事系統和平臺的網絡安全風險評估方法。 RTG 的目標如下:
? 協作評估軍事系統的網絡安全,并在 RTG 的北約成員國之間共享訪問權限;
? 在 RTG 的北約成員國之間共享風險評估方法和結果;
? 將 RTG 的北約成員國使用的評估方法整合到一個連貫的網絡安全風險評估方法中,以使北約國家受益。
軍事平臺比以往任何時候都更加計算機化、網絡化和受處理器驅動。他們大量使用數據總線,如 MIL-STD-1553A/B、CAN/MilCAN、RS-422/RS-485、AFDX 甚至普通以太網,以及戰術通信的舊標準,如 MIL-STD-188C 和 Link 16。此外,捕獲器、傳感器、執行器和許多嵌入式系統是擴展攻擊面的額外無人保護的潛在輸入。結果是增加了網絡攻擊的風險。然而,這些平臺的持續穩定運行對于軍事任務的成功和公共安全至關重要。
軍事系統和平臺是網絡攻擊的首選目標,不是因為它們像消費電子產品那樣普遍,而是因為它們潛在的戰略影響。一旦受到影響,就可以實現各種短期和長期影響,從拒絕能力到秘密降低其有效性或效率。因此,軍隊必須在各個層面解決網絡安全問題:戰略層面,同時獲取平臺和系統;作戰層面,同時規劃軍事任務和戰術。
北約國家擁有大量可能面臨網絡攻擊的軍事平臺和系統。因此,北約將受益于利用當前的流程和方法來設計更安全的系統并評估當前系統的網絡安全。
本報告介紹了針對軍事系統和平臺量身定制的網絡安全評估方法,該方法由 RTG 團隊成員合作開發,并建立在他們的經驗和專業知識之上。團隊成員已經使用的流程被共享、分析、集成和擴充,以產生本報告中描述的流程。本報告的目標受眾是愿意評估和減輕其軍事系統的網絡安全風險的決策者。
圖一:網絡安全評估過程的五個主要步驟。
第 2 節介紹了 RTG 團隊在其存在的三年中用于開發流程的方法。第 3 節列出了可以應用該過程的系統的一些特征。最后,第 4 節描述了評估流程,而第 5 節總結本報告。
軍事平臺比以往任何時候都更加計算機化、網絡化和受處理器驅動。這導致增加了網絡攻擊的風險。然而,這些平臺的持續穩定運行對于軍事任務和公共安全的成功至關重要。
絕對的網絡安全是不存在的。必須通過迭代風險評估持續管理網絡安全。傳統 IT 系統存在許多網絡安全風險管理框架和流程。然而,在軍事平臺和系統方面,情況遠非如此。本文檔介紹了針對軍事系統量身定制的網絡安全風險評估流程。該流程由北約 IST-151 研究任務組 (RTG) 活動的團隊成員開發,該活動名為“軍事系統的網絡安全”。該過程可以應用于傳統的 IT 和基于固件的嵌入式系統,這些系統在軍事平臺和系統中無處不在。