國際秩序正面臨著日益嚴重的威脅，特別是在海洋環境中。美國海岸警衛隊（USCG）擁有獨特的權力，有能力以避免不必要沖突的方式應對這些威脅。對情報、監視和偵察的需求不斷增加，加上機隊不斷老化，顯示出美國海岸警衛隊的資源能力缺口不斷擴大。美國海岸警衛隊有機會利用當前和未來無人機系統（UAS）的能力，將其戰略性地用于特定的關鍵任務集，以增強該部門現有和不斷發展的機隊。通過利用美國國防部的采購框架和方法，采用標準化方法來分析在美國海軍陸戰隊航空組合中增加無人機系統能力的潛在效益和成本，其中包括基于能力的評估（CBA）、DOTmLPF-P 分析和替代方案分析（AoA）。研究發現，未來十年將出現約 13,000 個飛行小時的能力缺口。商業材料無人機系統解決方案能夠在有爭議的海洋環境中提供持續監視和探測能力，從而彌補這一差距。

圖：MQ-9A

圖：CBA研究定義

美國海岸警衛隊（USCG）的任務對美國利益至關重要。從通過執行海上安全來保護美國的經濟命脈到應對海上危機，美國海岸警衛隊在 "涵蓋 10 萬多英里海岸線和內陸水道以及世界上最大的專屬經濟區的海域內執行著各種任務，覆蓋了從波多黎各到關島、從北極圈到赤道以南的美屬薩摩亞約 450 萬平方英里的海域"。為完成其任務，美國海岸警衛隊使用了 259 艘巡邏艇（定義為任何長度等于或大于 65 英尺的船只）、1600 多艘船（長度小于 65 英尺）和 200 架飛機（海岸警衛隊，2023c）。該局的飛機庫存由 57 架固定翼飛機和 143 架旋轉翼飛機組成，其中固定翼飛機分為三個記錄項目： 遠程監視（LRS）飛機（由 HC-130 完成）、中程監視（MRS）飛機（由 HC-144 和 C-27 完成）以及遠程指揮和控制飛機（由 C-37 完成，主要用于人員運輸）。雖然美國海岸警衛隊繼續采購遠程監控系統資產，但遠程監控系統計劃正處于國土安全部（DHS）采購計劃生命周期的支持階段（類似于美國國防部的運營和支持階段），沒有正在進行的機身采購。隨著美國海岸警衛隊航空機隊，特別是 MRS 資產的不斷老化，該部門將考慮將無人機系統 (UAS) 作為能力的補充和/或替代。

美國海軍各軍種首腦在其 2020 年三軍戰略中，將當前的世界局勢比作第二次世界大戰之前，宣稱 "以規則為基礎的國際秩序再次受到攻擊"。他們進一步呼吁采取現代化的應對措施：美國正處于一個拐點。其海軍、海軍陸戰隊和海岸警衛隊必須保持清醒的頭腦，與對手競爭、威懾對手，并在必要時擊敗對手，同時加快發展面向未來的現代化、一體化、全領域海軍力量。在這十年的行動將決定本世紀余下時間的海上力量平衡。美(國防部，2021 年，第 iv 頁）

隨著海上任務的發展，美國海軍陸戰隊的能力也必須隨之發展。USCG 的多樣化任務可能會受益于無人機系統的優勢。

目標和研究問題

本論文的目的是為決策者提供一個經過充分研究的論據，以支持對無人機系統的投資。需要注意的是，無人機系統解決方案并不能完全取代美國海岸警衛隊當前的任何記錄項目（PoR），而是可以戰略性地用于特定的關鍵任務集，以增強現有和不斷發展的艦隊能力。通過對各軍種和國家戰略以及當前能力的審查，對未來能力差距進行了分析。對包括無人機系統材料解決方案在內的各種方法進行了分析，以確定它們是否有能力滿足軍種未來的能力需求。本研究試圖回答以下兩個研究問題：

1.未來 USCG 執行任務的能力差距是什么？

2.是否有一種無人機系統材料解決方案能夠以可承受的價格填補能力缺口？

研究方法

通過利用美國國防部（DOD）的采購框架和方法，采用了一種標準化方法來分析將無人機系統能力整合到美國海岸警衛隊航空組合中的潛在效益和成本。為此，首先介紹了有關任務、服務戰略和當前 PoR 的背景信息。隨后是對無人機系統的文獻綜述，包括對其功能、政府和商業用途以及有效載荷考慮因素的描述。在奠定基礎之后，嘗試進行基于機會的能力評估（CBA），以發現新出現的作戰需求。然后，根據美國國防部的聯合能力集成與開發系統（JCIDS）流程，完成 DOTmLPF-P 分析，以確定是否需要材料解決方案。最后，對商用現貨（COTS）平臺、非開發項目和開發計劃進行分析，以確定其解決能力差距的有效性和成本。此外，還介紹了不同的操作方法，比較了政府所有權和操作的益處，以及商業和兩者結合的益處。

研究范圍

本研究的范圍僅限于遠程固定翼無人機系統，以替代目前的有人系統。此外，它還僅限于目前市場上正在積極推廣的解決方案，并不考慮未來的技術進步。研究結果旨在非保密，因此無法包含一些操作數據。研究僅限于公開信息和海岸警衛隊提供的運行飛行小時數據。在替代品分析中，無人機系統的性能規格來自制造商公布的數據。報告的技術特性可能會受到任務系統有效載荷的影響。此外，還假定無人機系統平臺和商業有效載荷具有開放或兼容的架構，可以實現技術集成。對性能特征進行驗證的進一步研究不在本報告的范圍之內，但會極大地增強報告的論證。

本章介紹了研究美國海軍陸戰隊無人機系統替代方案的必要性，并提出了具體的研究問題。接下來的兩章提供了背景信息以及涉及無人機系統平臺和有效載荷的文獻綜述。然后，第 4 章利用 CBA、DOTmLPF-P 分析和替代品分析等美國國防部框架，提出了前進的道路。

支持美國海軍的各種陸基作戰系統實驗室分布在美國各地。然而，在代表海軍艦艇完全集成作戰系統的陸基實驗室方面還存在明顯差距。因此，艦載測試是互操作性測試的第一個機會。一個代表艦艇的陸基試驗場，即 "一個海軍實驗室（One Navy Lab）"，將支持系統能力開發、技術文檔的驗證和確認、元素和系統級別的獨立驗證和確認、遠程接口測試和互操作性測試。然而，建立實驗室的過程可能需要大量的前期費用，而且目前還沒有既定的框架來指導決策者開發這樣一個實驗室。根據技術能力收益和長期成本節約對 "一個海軍實驗室 "進行評估和驗證將使決策者受益匪淺。本報告制定了一個框架，以指導利益相關者在建立 "一個海軍實驗室 "時做出決策。報告探討了多種行動方案，包括維持現狀、建立一個或多個完全集成且地理位置相同的實驗室，以及通過海軍網絡連接地理位置遙遠的實驗室。經過廣泛的研究和分析，本報告得出結論，維持目前的艦載測試行動方案是最具優勢和成本效益的前進道路。

圖. 聯合信息環境 (JIE) 框架的范圍。

圖. 美國國防部架構框架 (DODAF) 六步流程。

美國海軍要求對武器系統、雷達系統和組成艦載戰斗系統的其他單元進行各種測試。海軍海上系統司令部（NAVSEA）各作戰中心和海軍承包商設施的陸基測試場（LBTS）被用來進行所需的測試。陸基試驗場"[容納]可[復制或]模擬武器系統操作的設備"，從而為工程師和技術人員的研究、開發和遠程艦隊支持工作提供支持（海軍海上系統司令部 [NAVSEA] n.d.）。然而，LBTS 在地理上分布在美國各地，缺乏完全一體化作戰系統的代表性。因此，在役工程智能體利用艦艇執行互操作性測試、認證測試、硬件和軟件開發測試、技術手冊編寫和培訓等職責。然而，確定和調整艦艇的日程安排需要大量時間，以便為完成艦上任務的旅行做準備。此外，工程師前往船上的差旅費用也相當可觀。

本畢業設計報告旨在分析創建統一能力 LBTS--"一個海軍實驗室"--的前景，該實驗室能夠連接各個獨立的實驗室，并使用完全集成的平臺進行協作和測試。一個海軍實驗室 "還可以復制美國海軍艦艇的一個或多個任務區，包括由目標感應雷達、武器和決策作戰系統組成的具有代表性的殺傷鏈。本報告的范圍是分析不同的行動方案 (COA)，以開發安全、可靠、高性能的基礎設施，創建 "一個海軍實驗室"，使用戶能夠以安全、高效的方式共享數據、協作項目和訪問資源。

根據利益相關者的需求，確定了四個 COA。COA 0 是保持目前的設置，工程師將繼續前往利用艦船或現有實驗室進行測試。COA 1 是建立一個完全集成的作戰系統實驗室，由不同的作戰中心共享。至于 COA 2，每個作戰中心都將擁有自己的完全集成的作戰系統實驗室。COA 3 將利用海軍網絡連接各個獨立的實驗室。此外，還確定了必須納入整個 COA 生命周期的國防部（DOD）網絡安全要求。COA 1、COA 2 和 COA 3 有一個共同的主要網絡安全要求，即每個系統都必須獲得運行授權 (ATO)。ATO 是由政府高級官員做出的決定，授權一個機構代表他們運行信息系統。

COA 1 和 COA 2 的配置與 COA 0 相同，因此假定它們都能滿足 COA 0 的接口要求。由于 COA 3 是一個新系統，尚未經過驗證，因此需要進一步分析以確定其是否滿足要求。對 COA 3 的系統架構進行了分析，以了解各子系統之間的接口，從而確定系統的就緒程度，并找出其物理限制。開發了一個仿真模型，以評估 COA 3 在特定情況下的行為。模擬結果表明，實驗室之間的距離、抖動和網絡故障概率對數據包延遲有很大影響，可能導致延遲時間超過 150 毫秒的要求。

為支持 COA 3，需要在參與 "一個海軍實驗室 "的每個作戰中心實施海軍網絡。在決定哪種網絡最適合 "一個海軍實驗室 "時，本報告考慮了帶寬、延遲、抖動、安全性和可用性。對現有的國防部網絡進行了調查，并確定了對 COA 3 最有利的選擇。確定的網絡包括聯合信息作戰范圍、聯合任務環境測試能力多級獨立安全網絡、聯合任務環境測試能力秘密網絡、國防研究與工程網絡以及國防研究與工程秘密網絡。

為估算各 COA 的成本，進行了成本分析。COA 0 的經常性費用來自為完成任務而前往不同地點工作（也稱為臨時任務 (TDY)）。COA 1 的初始費用是建立一個完全集成的實驗室和獲得 ATO，此外還有前往實驗室執行臨時任務和維護 ATO 的經常性費用。COA 2 的初始費用是建立 4 個完全集成的實驗室并為實驗室獲得 ATO，此外還有維護 ATO 的經常性費用。由于 COA 3 可以選擇使用的大多數網絡不產生任何網絡設備和維護費用（因為這些費用由外部機構承擔），因此 COA 3 在獲取和維護 ATO 方面具有標準的生命周期成本。如果四個作戰中心都實施相同的 COA，以 COA 0 的成本為基線，加上 COA 的初始成本，確定 COA 1 需要 198 年才能達到收支平衡，COA 2 需要 788 年才能達到收支平衡，COA 3 需要 3 年才能達到收支平衡。假定浐灞生態區增量擴建的年度預算控制在 600 萬美元，則實施 COA 1 和 COA 2 分別需要 20 年和 81 年。COA 3 將在一年內實施。由于假定一個作戰系統在需要現代化之前有五年的壽命，因此假定任何需要五年以上才能實施的 COA 都無法滿足要求。

此外，還進行了風險分析，以確定每個 COA 的風險，并為已確定的風險提供緩解戰略。每個 COA 都有自己的一系列風險，在使用時必須加以考慮。COA 0 和 COA 1 的風險最高，因為它們分別依賴于艦船和實驗室或綜合實驗室的時間表可用性，利用已確定的緩解計劃，可將風險降低到中等水平，如：制定相應的計劃、不斷核實艦船或實驗室的時間表、向用戶明確傳達時間表等。其余的 COA 具有低度到中度風險，可以通過實施建議的緩解計劃來降低風險。

所有經過評估的 COA 都符合執行所需用例的要求。然而，本報告建議繼續實施 COA 0。根據對 COA 的評估，COA 0 在實施 COA 的時間、掙值、技術可行性、時間安排風險和其他風險等評估措施方面提供了更多價值。此外，與其他 COA 相比，COA 0 的成本最低。報告最后確定了未來工作的幾個領域，包括使用與國防部網絡和實驗室專用硬件一致的信息和數值進行更多模擬和測試，以確認模擬的準確性；由于數值和詳細網絡信息的分類級別不在分配 A 范圍內，因此無法將其納入本報告。

美空軍研究實驗室（AFRL）的使命是為空中、太空和網絡空間部隊領導作戰技術的發現、開發和交付。為完成這一使命，空軍研究實驗室需要獲得國內外的研發（R&D）和技術人才。美國空軍后勤部的國際組合和參與方法很好地利用了國際研發和人才，但僅靠這些方法可能不足以獲取越來越多的海外研究成果。為此，美國空軍后勤部委托進行了這項研究，以探討在美國空軍后勤部目前的海外辦事處（負責考察和資助研發工作）之外，在海外實驗室建立強大的實際存在的各種方案。根據這項研究獲得的信息，提出了四項主要建議： 2) 擴大、簡化和充分利用各種方法，將 AFRL 技術人員嵌入海外實驗室；3) 開展國際合作，應對駐地研發挑戰；以及 4) 不尋求影響國際科技資金的方法。

這項研究包括六項任務：

任務 1：確定在海外實驗室建立實體機構的目標
任務 2：記錄行業和大學在海外實驗室方面的經驗
任務 3：確定在海外實驗室建立實體機構的方法
任務 4：將行業/大學的經驗與建議的目標和方法進行比較
任務 5：評估功能要求
任務 6：建議

冷戰期間，美國國防部（Department of Defense，DoD）領導了全球研發工作，并在這一過程中創造了包括互聯網、精確武器和全球定位系統在內的現今常見技術。然而，從那時起，美國防部一直在努力吸收新的先進技術，因為兵力開發轉型或實施新的抵消戰略的舉措未能實質性地改變美軍的設計或能力開發流程。在很大程度上，美國防部在采用方面的困難是由于技術創新的中心從政府轉移到了私營部門，使軍隊日益成為技術的客戶而不是創造者。人工智能（AI）和無人系統就是這種情況，它們已經顛覆了現代戰爭的長期方法。因此，整合這些新技術（其中許多是商業衍生技術）的挑戰為國防部如何改革其流程和組織以促進創新提供了一個很好的案例研究。為此，本研究評估了美國軍方如何才能更及時地開發、部署和集成相關的無人系統，并以美國海軍為例說明了所建議的方法。

美國海軍和國防部將需要人工智能無人飛行器所能提供的作戰優勢。面對像大國，美軍不可能繼續依靠其歷史優勢來威懾和擊敗侵略。相反，美國國防部將需要通過部署一支可預測性更低、適應性更強、復原力更強的部隊，來應對大國的系統摧毀戰戰略。無人系統可以通過釋放美國軍人的作戰創新能力來實現這一目標，美國軍人可以像今天在烏克蘭的軍人一樣，利用無人系統來增加他們可以使用的戰術和效果鏈的種類，這可以破壞大國的計劃和概念，并使美軍有能力維持持久的沖突。

無人系統提供復原力和適應性的能力取決于規模。小規模的群體無法同時應對多個任務線或影響鏈，也就缺乏支持長期作戰的能力。無人系統可以通過放棄強大的自衛功能和專注于少數功能來降低成本和復雜性，從而實現規模化。這些限制要求無人系統與其他無人系統和有人平臺組合成系統簇（SoS），這可能會加劇美軍長期以來在各軍種之間和各軍種內部整合部隊的困難。因此，要實現無人系統的優勢，國防部將建立整合新任務線程和 SoS 的常規流程。否則，美軍各軍種將只能在現有的使用案例中部署單獨的無人系統來取代有人平臺。

美國各軍種已在嘗試通過實驗、快速采購、數字互操作性和聯合全域指揮與控制（JADC2）等舉措來提高其集成 SoS 的能力。然而，正如本報告為美國海軍所描述的那樣，這些工作往往側重于長期服務目標，而非近期作戰問題，并使用自上而下的系統工程流程來指導未來能力的需求。這種傳統方法假定美軍有足夠的時間開發新系統，并且與對手相比保持著巨大的技術優勢，但在美中競爭的背景下，這兩種情況都不可能持久。

為了更快地將非裝備系統納入部隊并獲得由此產生的作戰優勢，美國防部需要改變傳統的采購方法，調整美軍戰術或任務主線，使其能夠整合當今可用的非裝備系統。這種自下而上的 "任務集成 "方法與美國防部占主導地位的系統工程方法形成鮮明對比，反映了商業制造或分銷領域出現的最佳實踐，在這些領域，吸收機器人技術最快、最有效的方法是調整組織的工作流程，而不是開發在現有工作流程中取代人類的機器人。

針對美國防部目前的流程并實施任務集成，本研究建議進行以下改革：

1.正式確定任務集成流程，該流程將履行SoS 開發功能，以解決作戰指揮官的近期作戰問題。

各軍種和國防部長辦公室（OSD）應履行六項職能，以便更快地部署新的 SoS，這些 SoS 幾乎普遍包含無人系統：

• 問題定義--與作戰指揮官一起確定并闡明其關鍵作戰問題
• 解決方案開發和實驗--評估使用新概念和實地或現有技術解決作戰問題的方法
• 材料采購--獲得試驗和初步部署原型 SoS 所需的系統和工具
• 數字集成--將 SoS 元素組合到軍事背景下有用的任務線程中
• 資源配置和需求--為任務集成活動提供資金，驗證成功原型實驗的結果，以便進行采購
• 運行改進--在實地評估原型 SoS，以驗證需求并逐步完善系統

雖然任務集成將是新的無人系統投入實戰的主要途徑，但各軍種應繼續其系統工程和需求生成過程，以滿足對有人平臺和其他資本投資的預計長期需求。

2.設立一個創新辦公室，作為 SoS 開發的資源贊助者和任務整合過程的管理者。

創新辦公室需要多個撥款類別的資金，并有能力與適當的軍種或聯合參謀部辦公室共同驗證需求。短期內，國防部可通過重組現有的軍種或國防部組織及其相關資金來創建創新辦公室。從長遠來看，美國國防部應在廣泛的計劃要素（PE）項目中為創新辦公室分配資金，就像在國防范圍內的研發中使用的資金或組合預算編制模式所建議的資金一樣，以便使有前途的 SoS 能夠迅速過渡到采購和實戰階段。

3.在服務項目執行辦公室（PEOs）和 OSD 設立 DevOps 項目經理（PM）職位。

DevOps 項目經理將通過承包各種服務和采購，或將資金轉移到其他政府部門以支持分析和實驗，幫助同步和加速任務集成過程。各軍種應在每個負責非機組人員系統的 PEO 內設立 DevOps PM，以支持任務集成工作，而 OSD 則應在負責研究與工程的副部長辦公室（OUSD R&E）或負責采購與維護的副部長辦公室（OUSD A&S）內為聯合任務線程設立 PM 角色。

DevOps 項目管理角色的設立將標志著文化的重大轉變，因為它將采購專業人員帶入了實驗和需求流程。然而，當現有技術能夠滿足當前和近期的軍事需求時，當更快地引入新能力對獲得作戰優勢至關重要時，將實驗和采購聯系起來是合適的。

4.在服務 PEO 和 OSD 中創建生態系統 PM 角色。在新型武器、任務系統和車輛中，軟件日益成為軍事能力和優勢的源泉。

軟件也是當今軍隊整合的機制，就像過去幾代人通過條令和程序進行整合一樣。國防部應在每個采購 PEO 中設立項目管理人員，負責管理 SoS 軟件環境的開發和維護。

生態系統項目管理人員將擁有連接車輛、任務系統、指揮與控制（C2）軟件的政府接口，并監督新系統與生態系統的集成。生態系統項目管理公司的建立將使政府能夠管理和監督供應商的軟件開發工作，包括維護指揮、控制和通信（C3）環境的軟件工廠，以及新系統供應商展示其與生態系統進行數字集成的能力的執行平臺，而不是將更多的軟件開發工作交給政府。

結論

在主導地位不再是既定事實的環境中，美軍將回歸作戰創新。從歷史上看，美軍在獲得隨機應變和發揮創造力的工具和流程后，一直表現出色。通過任務集成實現有效創新所需的許多要素已經到位。要加速實現無人系統的優勢，就需要更好地協調和執行這些活動，以解決當今的作戰問題。如果海軍和國防部不能做到這一點，他們可能會錯失最佳時機，無法在與大國等同行對手的競爭中獲得持久優勢。

由于缺乏空間和信息領域的準備，美國海軍陸戰隊無法支持其海軍在南海其所謂的“航行自由”和美國的大國霸權地位。為了保持其相關性和殺傷力，海軍陸戰隊需要通過發展兵力、整合空間能力以支持 OIE 以及與聯合部隊和情報界合作，增加其在 OIE 和空間能力方面的利益和興趣。

海軍陸戰隊司令最新發布的未來規劃文件《2030 年兵力設計》強調，海軍陸戰隊需要利用太空概念和能力。中國軍事力量的持續快速發展及其在南海的行動已使中國躋身于大國行列或接近大國行列。其 A2/AD 和反衛星能力威脅著美國所謂的航行自由，并展示出一種侵略姿態，聲稱自己的領土是中國的一部分。2030 年兵力設計》和《司令部規劃指南》沒有充分考慮必要的程序和措施，以裝備海軍陸戰隊，使其在信息和太空領域充分發揮功能，與中國競爭。以下是對美國聯合出版物、條令和軍種一級指令的研究以及相關評論，旨在找出這些文件中的不足之處。本研究的主題主要集中在整合空間能力以支持 OIE、與聯合部隊和情報界合作，以及兵力發展以裝備海軍陸戰隊，從而確保美國的大國地位和南海航行自由得以維持。

海軍陸戰隊未來規劃文件中的重要遺漏，如支持 OIE 的空間能力整合戰略、與聯合部隊和情報界的合作以及兵力發展，將使海軍陸戰隊裝備不足，無法在未來的作戰環境中（尤其是在南海）取得成功。本研究報告針對這三個重點領域提出了若干建議，以便海軍陸戰隊更好地準備和裝備太空能力和 OIE。

為了應對一個日益動態的作戰環境的挑戰，必須適應技術發展的快速步伐。無人系統（UxS）在改善美國海岸警衛隊的卓越任務方面發揮著關鍵作用，并擁有巨大的前景。無人系統可以幫助找到遇險的海員。它們可以提高在海上探測非法毒品和移民販運的能力，這樣就可以最有效地分配有限的船只、船舶和飛機。UxS可以成為監測世界各地非法、未報告和無管制（IUU）捕撈活動的有力工具。在不斷變化的北極地區，UxS可以幫助破冰船的導航，跟蹤冰山和增加的船只交通，并監測其他商業活動的增長。未來將在一個可互操作的系統的互聯范圍內采用UxS，并使人工智能得到有效的整合，以便在這樣的情況下和更多的情況下向海岸警衛隊的操作員提供可操作的數據。能夠實現最佳人機協作的UXS為海岸警衛隊提供了改變游戲規則的機會。

海岸警衛隊還將有目的地在復雜的海洋環境中抵御和管理無人系統。將采用適合海岸警衛隊在所有領域的海上安全作用的反無人系統能力，以幫助確保海洋運輸系統（MTS）的安全。此外，自動化、自主化和無人駕駛系統的采用有望改變海運業。

雖然海岸警衛隊成功的關鍵一直是人，但無人駕駛系統提供了提高勞動力的性能和效率的前景，并作為一個真正的力量倍增器。海岸警衛隊將尋求調整要求、采購、收購和資金，以確保UXS能夠以需要的速度交付，并與勞動力和現有資產相結合。擁抱和整合UxS將在復雜和不斷變化的環境中促進海上安全和保障。

無人系統的變化、威脅和機遇

引言

海岸警衛隊的一系列廣泛的任務要求海岸警衛隊的人員和漁船、艦艇、飛機和海岸站都要做到最好。然而，海洋領域繼續迅速變化并提出新的挑戰。"當今世界的變化步伐正在加快。地緣政治戰略競爭、經濟動蕩、氣候變化影響、勞動力期望值的變化、不斷發展的技術和新興的海洋用途正在匯聚在一起，推動服務發生變化。" 非法、無管制和未報告的捕撈活動已取代海盜行為成為最大的全球海事威脅之一。毒品和移民的非法販運正在向更遠的地方轉移，并持續對公眾構成威脅。北極地區的海事活動正在增加。自然災害繼續威脅著海洋上和海洋附近的人們。對海岸警衛隊服務的需求是強烈的，并繼續增長。

在一個不斷變化的海洋領域中保持意識和執行管理，仍然是幾乎所有海岸警衛隊任務的核心。在國內，"海洋環境的新興用途--包括近海能源生產、無人駕駛船只和航空系統的使用以及商業空間活動--正在迅速擴大，對現有的監管和操作框架提出了挑戰。" 更廣泛地說，"國家競爭者、暴力極端分子以及日益強大和有能力的跨國犯罪組織（TCOs）都在繼續試圖利用海上的薄弱治理、岸上的腐敗和海洋領域意識的差距來獲得經濟和政治優勢。" 這些變化給海岸警衛隊的任務執行帶來了威脅和機遇，同時也增加了對海岸警衛隊海上領域意識的需求，以支持美國和全球利益。

技術在不斷進步，提供了新的工具和能力，可以幫助執行海岸警衛隊的任務。"技術的快速發展，對海岸警衛隊服務不斷增長的需求，越來越多的動態操作環境，以及全球戰略競爭，使目前執行任務的方式更加緊張。必須加強競爭優勢，以配合影響海洋領域的變化速度。這是對行動的呼吁"。

UxS創造了機會，以新的方式將人員、資產、系統和數據結合起來，以創造一支更加靈活的部隊。UxS可以填補覆蓋面的空白，提高對形勢的認識。UxS還可以提供新的能力，以增強載人任務。UxS可以將人類從一些任務中經常是骯臟的、偶爾是枯燥的、有潛在危險的工作中解放出來。UxS不能單獨執行任務，但它們可以幫助保持人員準備狀態，直到正好需要海岸警衛隊人員的時刻。

海岸警衛隊已經雇用了一些UXS，但主要是以分離和以平臺為中心的方式進行的。海岸警衛隊已經經歷了一些項目的成功，如國家安全快艇上的中程無人駕駛航空系統（UAS），以及在海岸警衛隊各水上和岸上單位使用的短程UAS。當與其他技術無縫整合時，作為技術生態系統的一部分，無人機系統可以成為一個力量倍增器，將傳感器與作戰決策者通過資產、網絡、數據系統、高級分析和信息共享平臺聯系起來，并具有更高的速度和效率。必須保持靈活和適應性，以追求這一變革性變化。

雖然無人駕駛系統為海岸警衛隊的就業提供了機會，但它們已經被海洋環境中的所有類型的行為者所使用，而且應該預期它們的存在將大幅增長。公民使用無人駕駛系統正在無意中影響著政府和商業船只以及沿海設施的日常運作。商業航天公司正在使用無人駕駛的駁船進行作業，航運公司正在將自主系統甚至完全自主的車輛納入其船隊。麻醉品販子已經建造了小型的自制無人潛水艇，以秘密地在海上邊界非法運輸毒品。應該預料到，無人駕駛系統將在海洋環境中變得無處不在，必須為其影響做好準備。

了解海岸警衛隊任務的變化、機會和風險，使能夠構建一個愿景，為戰略制定方向。

作戰概念：UXS，作戰/戰術ISR

想象力和對物理原理不斷發展的理解是未來技術能力的唯一界限，當美國陸軍將自己轉變為一支能夠在多域作戰（MDO）中占主導地位的部隊時，技術在建立和保持對敵手的優勢方面的作用就會增加。美國的政府機構包含了一些組織，負責資助、研究、開發并在新技術增長時將其納入部隊。本專著描述了目前正在開發的能力，這些能力將作為下一代概念的基礎，目前只存在于科幻小說中，但現實中卻有可能實現。它概述了這些進展中的技術所提供的潛在機會，以及它們如何能夠融入所有領域的未來作戰環境。

引言

隨著美國國防部（DoD）從大規模戰斗行動概念向多域作戰（MDO）和聯合全域作戰過渡，對跨領域技術整合的重視程度繼續提高。公共和私營部門的研究和開發組織已經從關注具體的能力轉向提供基本概念的創新，正如陸軍優先研究領域中所概述的那樣（見圖1）。雖然這些優先事項是陸軍特有的，但國防部的其他部門也在為技術創新投入大量資源。

圖 1. 美陸軍優先研究領域。美國陸軍，“2019 年陸軍現代化戰略：投資未來”。

2019年正式成立的美國太空部隊（USSF），在其預算撥款中包括89億美元用于發展天基系統技術。 作為領導將新技術納入空間領域當前和未來擬議戰爭概念的軍事機構，USSF占據了一個不斷發展以滿足作戰環境變化的角色。在短期內，其余領域的更多能力將依賴于空間領域的資產，并推動對技術能力和效率的要求呈指數級增長。美國防部或整個美國政府的任何作戰組織都沒有智力或財政能力來單獨管理這一巨大的任務。與私營企業的緊密合作提供了美國所需的優勢，以保持對其對手的相對優勢。

民用技術的軍事應用和軍用技術的民用應用通過連接兩個平行的研究軌道和匯集關鍵資源如突破、設施和資金來加速發展進程。美國的幾家私營公司已經有專門的部門與政府合作，使雙方受益。作為洛克希德-馬丁公司的一部分，臭鼬工廠負責開發標志性的軍用飛機，如F-117夜鷹和SR-71黑鳥，而雷神技術實驗室創造了愛國者導彈，至今仍是國家防空計劃的基石。私營企業和軍方官員之間的持續合作也改善了技術預測，使規劃者有能力建立起納入仍在開發管道中的概念的途徑，甚至在它們準備投入使用之前。

在本專著中，對未來軍事規劃者來說，最后也是最關鍵的難題是如何在中期和長期將預測能力整合到作戰方法中。等到概念經歷了研究、開發、測試、原型設計和規模生產的完整周期后再考慮其效果，會使美國部隊落后于曲線，并處于持續的反應狀態，特別是在與俄羅斯和中國這樣的全球技術大國競爭時。未來的鑄造過程必須是連續的和迭代的。適應性強的計劃，具有圍繞發展中的突然延遲或進展進行調整的靈活性，比依賴線性進展的概念保持優勢。將 "鞭打 "事件的可能性傳達給高級領導人和政治家，以緩和期望，并減少那些不熟悉技術的細微差別的人的摩擦。

研究問題

美國國防機構如何利用并迅速整合技術進步，以在多域作戰框架內獲得并保持競爭優勢？

論題

負責開發下一代全域聯合作戰概念的戰地級規劃人員需要采用一個反復的、持續的規劃過程，考慮到理論上可能的、但目前還沒有的、與所有領域相互依賴的技術，以集中資源分配和從目前到未來作戰環境的未來預測路徑。

方法論

本專著包括四個不同的研究和思考階段，大致遵循軍隊設計方法學的概念。因此，第一部分試圖了解創新技術的現狀，從而了解軌道和軌道外競爭的技術作戰環境。發展存在于整個美國戰爭機器從概念到原型生產的連續過程中，一些進步來自非軍事應用，如通信、金融和體育產業。第二，研究哪些非保密技術有待于相對迫切的實施。即使在起步階段，新概念的簡單應用也會在多領域的戰場上帶來作戰優勢，而來自真實世界的反饋和數據支持進一步的完善。

在已知的物理學和應用科學的限制下，對現在和可能的空間進行了略微緩和但雄心勃勃的介紹，為未來三十年設定了目標桿。計算能力、材料科學和效率的線性增長阻礙了這些崇高目標的實現。然而，如果能力的增長保持過去幾十年的指數增長（見圖2），本專著中所探討的所有概念都是可以掌握的。最后，本研究以一個簡短的未來戰爭的虛構場景作為結束，該場景展示了戰略和作戰能力在戰術領域的整合，加強了它們與未來戰士在MDO的五個現有領域以及未來可能存在的地外領域的相關性。該方案提出了一個可能的理論終結狀態，以在10到15年的規劃范圍內建立一個作戰方法。然而，這很可能只是物理學和想象力極限競賽中的一個快照。

圖2. 隨著時間的推移，技術能力呈指數增長。

本專著主要關注軌道和軌道外的競爭，包括對所探討的能力有重大影響的地面節點和系統。最終的勝利或失敗，即使是在未來的沖突中，也將極大地影響地面人口，即交戰國的公民。他們將掙扎著在戰爭的附帶影響下生存，同時也會受到氣候變化、人口過剩、食物和水匱乏的日益嚴重的影響。

對美國國防部（DoD）采購的武器系統進行嚴格的作戰測試（OT）是確保這些復雜的系統不僅滿足其既定要求，而且在面對使用其自身高能力進攻和防御武器的堅定對手時，在現實的作戰條件下也能發揮作用的根本。如果沒有足夠的OT，作戰指揮官將無法最有效地利用他們的能力，而作戰人員將對他們帶到戰場上的武器缺乏信心，或者，更糟糕的是，由于他們沒有從根本上了解他們的武器的能力和限制，可能無意中將自己置于危險之中。美國防部的測試和訓練場提供了地理、基礎設施、技術、專業知識、流程和管理，使安全、可靠和全面的OT成為可能。然而，靶場，以及使該系統發揮作用的有才能和有決心的靶場工作人員，正處于巨大的壓力之下。除非迅速采取行動解決長期存在和新出現的挑戰，包括測試能力、現代化、數字基礎設施、侵占和資源，否則國防部的靶場將無法在未來支持及時或充分的OT。

國家靶場基礎設施面臨的挑戰正在增加和加速。物質資源和勞動力的有限測試能力，測試基礎設施的年齡，測試先進技術的能力，以及侵占影響了告知系統性能的能力，綜合系統性能，以及測試的整體速度。對美國測試基礎設施的投資以及測試和評估（T&E）方法和數據處理的改變是必要的，以便為以與作戰需求相關的速度向戰場提供致命的、可生存的、可靠的和可負擔的武器系統提供信息。本研究借鑒了來自作戰、采購和測試背景的高級軍官和官員的證詞，以及測試和培訓專家、領先的技術專家、相關商業企業的領導人，以及在國防部和國會預算過程中有深厚經驗的個人。研究委員會對具有代表性的試驗場進行了虛擬和實際的實地考察；收集了試驗場在現代化、維持、操作和資源挑戰方面的意見；并審查了先前的研究和來自作戰測試與評估主任辦公室（DOT&E）、軍種測試組織和測試資源管理中心（TRMC）的報告。本報告提出了一系列相互依存的建議，委員會認為這些建議將使國防部靶場企業進入現代化軌道，以滿足未來幾年OT的需求。該報告強調了以下三個基本主題：

1.未來的戰斗將要求在聯合全域作戰（JADO）的環境下建立連接的殺傷鏈。美國防部設計、規定、開發和測試系統，以確保它們在這種新的現實中投入使用時是非常有效的，這是至關重要的。美國防部的采購流程、組織結構、測試方法和為測試單一領域的單個武器系統而優化的靶場基礎設施將不足以測試未來的綜合武器系統，因為它們將在跨越所有作戰領域（包括陸地、海洋、空中、太空和網絡空間）的機速戰爭中運行。

2.數字技術正在極大地重塑測試的性質、實踐和基礎設施。今天和明天的武器系統從根本上說是由數據和軟件促成的，美國防部的試驗場也不例外。自主性、人工智能（AI）和機器學習在整個國防系統中的重要性迅速增加，為OT創造了新的挑戰。此外，數字孿生和高性能建模與仿真（M&S）的出現使新的測試方式成為可能，甚至新領域和操作限制的組合使虛擬測試成為某些應用的唯一實用方法。

3.現場速度是今天衡量業務相關性的標準，而這又是一個不斷變化的目標。在許多基于數字、軟件和通信技術的全球擴散的推動下，美國的對手正在迅速和持續地部署新一代的武器，旨在否定美國的作戰優勢。同時，新的武器系統正在采用從未投入使用的技術，這些技術也在以摩爾定律所允許的速度發展。可用的武器系統被迅速投入使用，但也需要持續的測試和評估。

為了應對與這些主題相關的挑戰，委員會制定了結論和建議，分為以下五大類：

1.開發 "未來的靶場"，在聯合防務環境中測試完整的殺傷鏈。靶場企業必須適應新的作戰概念和新的測試方法，以進行真實的作戰測試，這包括為系統集成測試和不同領域的多個靶場的互操作性提供有利的基礎設施。[建議3-1] 2.

2.調整靶場能力要求程序，以實現持續的現代化和維持。在保持嚴格的作戰測試和評估的同時，實現快速進入戰場，需要快速實現新武器技術和新威脅的靶場現代化。同時，關鍵能力需要保持，甚至增加，以確保所需的測試能力和吞吐量，同時減輕物理和無線電頻率環境中的侵占所造成的問題。[建議3-2、3-3、3-4、3-5] 。

3.在整個武器系統開發和測試生命周期中，為無處不在的M&S啟動一個新的范圍操作系統。今天的許多美國防部項目不能僅在現場測試中得到有效的測試。高保真虛擬測試可以提高實際硬件測試的準備程度和成功的可能性，并且可能是進行某些類型測試的唯一環境。然而，廣泛和標準化地使用M&S進行作戰測試，將取決于一個新的M&S基礎設施，測試界的重大文化變化，以及在不斷變化的威脅和技術環境中驗證M&S的新方法。[建議4-1]

4.為未來的作戰測試和無縫靶場企業互操作性創建 "TestDevOps "數字基礎設施。重新定義TRMC和試驗場的企業支持的核心數字標準和能力，以利用國防部在軟件、數據、網絡、AI、網絡安全和M&S方面的規模。使基于模型的工程、不間斷的數字線路和持續集成/持續交付的軟件實踐成為試驗場敏捷性、快速測試演化和快速到場的基礎。超高帶寬的信息流必須變得無摩擦、按需和安全。[建議4-2、4-3]

5.重塑靶場企業的籌資模式，使之具有響應性、有效性和靈活性。今天和明天的資源需求反映了快速變化的技術和威脅的現實；持續的資本投資用于創建、升級和維護長壽命的靶場系統；以及對跨領域的系統測試和無縫整合的M&S的需求不斷增加。將DOT&E更早和持續地納入需求開發和采購過程，將更好地建立和證明靶場投資的及時性和充分性。[建議5-1, 5-2；結論5-1, 5-2] 。

圖 3.2 多域戰場中真實殺傷鏈測試場景的表示。 A表示潛在運輸的豎立發射器； B 表示敵方代表雷達； C 表示敵機。

圖 4.3 將測試與模擬相結合的新范例。

美國陸軍最近制定了一項關于未來陸軍如何作戰的戰略以及實現這些軍事能力的相關現代化和研究重點。以高超音速飛行為基礎的遠程精確射擊對于確保美國能夠對任何競爭對手實施其意志至關重要。要實現一個有效的未來美國軍隊，必須克服許多障礙。其中一些差距是對高超音速飛行器空氣熱力學的理解，從而促使對基礎研究的需求。本報告的目標是定義一個經典的、與陸軍相關的配置，適合于基礎研究，以允許與適當的主題專家的關鍵數量的集中合作。從這種開放的幾何構型研究中獲得的數據和知識可能會受到更多的限制性分配。

美國陸軍最近制定了一項關于未來陸軍如何作戰的戰略以及實現這些軍事能力的相關現代化和研究重點。以高超音速飛行為基礎的遠程精確射擊對于確保美國能夠對任何競爭對手實施其意志至關重要。

要實現一個有效的未來美國軍隊，必須克服許多障礙。其中一些差距是對高超音速飛行器空氣熱力學的理解，從而促使對基礎性研究的需求。缺乏對高超音速飛行器周圍發生的復雜物理和化學的預測性知識，抑制了及時的、優化的多部件設計。對邊界層過渡和沖擊-邊界層相互作用等具體現象了解不多。不能正確地對現象進行建模，會產生一些不確定的特征，如表面壓力分布和熱通量，這對飛行器技術，包括穩定性、控制和熱負荷管理，都有負面影響。

幸運的是，有一個先例，即通過定義政府基準飛行器來促進全社會的科學討論，這些飛行器包含功能相關的工件，但對具體的發展計劃不敏感（見陸軍-海軍基本芬納導彈、空軍改良基本芬納導彈、陸軍-海軍旋轉火箭、國家航空航天飛機和NASA研究）。本報告的目標是定義一個典型的、與軍隊相關的配置，適合于基礎研究，以便與足夠數量的適當的主題專家進行重點合作。從這個開放的幾何構型的研究中獲得的數據和知識可能會受到更多的限制性分配。