本出版物為美國陸軍戰爭學院的學生提供了一份指南，以了解作戰指揮部（CCMD）、聯合特遣部隊（JTF）和聯合職能部門指揮部的網絡空間行動的設計、規劃和執行。它將美國政府的非機密文件和可向公眾發布的文件合并為一個指南。

本戰略指南遵循聯合出版物5-0《聯合規劃》中詳述的作戰設計方法和聯合規劃過程（JPP），并將這些原則應用于聯合出版物3-12《網絡空間作戰》中的網絡空間領域。然而，本出版物不能被引用、復制或用來代替學說或其他官方出版物。美國陸軍戰爭學院戰略網絡空間作戰指南》包含六個章節。

第1章概述了網絡空間作戰、作戰設計方法以及聯合規劃和執行。

第2章包括對作戰設計學說的回顧，并將這些原則應用于網絡空間領域。

第3章回顧了聯合規劃過程并確定了網絡空間行動規劃的關注點。

第4章描述了聯合行動執行過程中的網絡空間行動。

第5章概述了國土內的網絡空間行動。

附錄A提供了網絡空間政策、戰略和指南的概述。

附錄B包括對美國政府、國防部、聯合和服務網絡空間組織的描述。

與上一版本（2021年8月1日）相比，變化包括美國情報界的2022年年度威脅評估、美國網絡司令部指揮官的國會證詞、司法部的全面網絡審查以及國務院網絡空間和數字政策局（CDP）。

目前的美國軍事平臺，其中許多可以追溯到幾十年前，不足以對抗對手不斷發展的人工智能和機器學習技術創新。美國空軍的空戰管理系統應對了這一挑戰，提供了多領域的數據能力，以數字方式連接所有領域的聯合部隊。

今天的對手正在發展利用人工智能和機器學習作為力量倍增器的能力，使美國長期存在的軍事能力失去效力。 要實現空中優勢，首先要實現決策優勢。一個完全實現的先進作戰管理系統（ABMS）是美國空軍聯合全域指揮與控制（JADC2）概念的組成部分，它將提供多域安全處理和數據管理、連接和應用，以同步傳感器、火力和網絡，使聯合部隊在每個領域都有數字連接。

引言

讓人驚訝的是，在21世紀，這個擁有地球上最昂貴和最多產軍事力量的國家，仍然依靠PowerPoint幻燈片和電話對國土面臨的潛在威脅進行實時分析。但美國發現自己處于這種情況。如果一架俄羅斯轟炸機的潛在威脅出現在預警雷達瞄準鏡上，來自北美航空航天防御司令部（NORAD）各部門的人員可能需要12分鐘以上的時間來協調信息，只用最相關的數據建立一個幻燈片演示，并將其提交給主管官員，以確定是否真的存在威脅。

由于缺乏在共同環境中協作的工具，參謀人員無法融合必要的數據，以向國家指揮機構提出反應建議，直到最后提交給負責作戰層的上校。

自冷戰結束后，實現空中優勢一直是美國軍事戰術的基石。但在今天的世界上，對手正在發展利用人工智能和機器學習作為力量倍增器的能力，美國軍隊是否擁有最強大的力量或最精確和強大的武器已經不再重要。勝過對手的思維（或用網絡術語說，勝過對手的程序）的能力成為新的目標；一個國家的軍隊如果不首先實現決策優勢，就無法實現空中優勢。

先進作戰管理系統（ABMS）

美國空軍已經在ABMS項目上開發了數年，該項目將解決這些問題，使指揮官能夠迅速接收來自多個來源的融合數據。五角大樓責成空軍開發聯合部隊所需的能力，以便在傳統的優勢領域之外運作，努力在整個競爭中獲得并保持決策優勢。 2020年3月，為集中該部門的創新努力而成立的空軍作戰整合能力指揮官邁克爾-范蒂尼少將將決策優勢描述為 "收集、解釋和使用所需的信息，以阻止或贏得未來的沖突。" 他強調，成功將 默認屬于"在所有領域中聯系最緊密的一方：空中、陸地、海上、太空和網絡空間。"

ABMS不只是一個設計平臺。它有時被描述為網絡簇，有時被描述為系統簇;這是一個新的“軍事物聯網”，空軍部的第一位首席架構師稱之為“一個可以統治一切的架構”。

ABMS的目標是取代信息到達一個中心樞紐的單一路徑，例如在NORAD的例子中，每個系統和操作員使用相同的共享數據的環境。一個完全實現的ABMS將允許提供多領域的安全處理和數據管理、連接和應用，以同步傳感器、火力和網絡，為聯合部隊 "將正確的傳感器連接到正確的射手"，該部隊將在每個領域進行數字連接以獲得即時態勢。這一概念誕生于部隊中一個反復出現的問題--更換幾十年前的飛機。

新式聯合監視和目標攻擊雷達系統（JSTARS）

E-8C聯合監視和目標攻擊雷達系統（JSTARS）飛機是在20世紀80年代設計的，并在1991年首次投入使用，當時正值它最初被設計用來支持的冷戰即將結束。該平臺提供空中地面監視、戰斗管理以及指揮和控制能力，而且美國空軍在30年后仍在飛行16架該飛機。因此，在佐治亞州的羅賓斯空軍基地，這些部隊連續在中東地區部署了18年，是美國空軍歷史上第二時間長的部署。

2014年，五角大樓資助了JSTARS替代者的研究，國防工業從2015年起開始設計和測試新平臺。但空軍領導層意識到，由老化的JSTARS和E-3機載預警和控制系統（AWACS）平臺提供的單一的空中和空間作戰中心，對于未來沖突的速度、復雜性和殺傷力來說，總體上沒有得到優化。這些 "幾十年前的平臺 "不能可靠地利用21世紀的技術，而且 "支持未來C2的結構要么不存在，要么需要成熟 "才能完全有效。

此外，低密度/高需求的E-8C JSTARS和E-3 AWACS飛機是已知的單一故障點。它們是主要目標，無法在同行競爭者的戰斗空間中長期運作，因為復雜的反介入/區域封鎖能力，如電子戰、網絡武器、遠程導彈和先進的防空系統，正在開發之中。

與此同時，美國軍方開始重新思考其聯合作戰的方法。2016年，美國防部長指示了一個名為 "空陸作戰2.0 "的新作戰概念，這是對冷戰理論的更新，將更加注重空中、陸地、海上、太空和網絡空間作戰。這種方法很快被稱為美國陸軍的多域作戰和空軍的多域C2。

美國空軍高級將領開始考慮為傳統飛機和新飛機（有人和無人）配備新興技術、通信設備和傳感器，以執行以前分配給單一JSTARS平臺的地面監視任務。為了使這個系統有效，它需要處理大量的數據，包括來自美國盟友和合作伙伴的信息。因此，在2018年，用于替代JSTARS的資金被完全轉用于空軍新的多域C2項目，該項目將支持一個被稱為JADC2的美國防部工作。

聯合全域指揮與控制（JADC2）的問世

2020年9月，空軍助理部長（采購、技術和后勤）指出："令人遺憾的是，人們進入我們的服務，在他們的個人生活中幾乎與所有的東西相連，而他們來到軍隊工作，他們幾乎什么都沒有連接。"這一意見強調了軍隊在納入數字增強措施時如何落后于民用部門。美國防部的巨額合同生產的設備被設計成可以維持數十年，而很少考慮到升級或與其他部門的系統甚至自己內部的系統互聯。例如，空軍珍貴的第五代飛機平臺，F-22和F-35，是用不同的通信網絡建造的，不兼容，因此需要第三個平臺（如ABMS機載邊緣節點）來分享兩者之間的數據。

該部領導層意識到技術變化如此之快，未來戰斗的成功將歸功于擁有一體化、網絡化部隊的組織，它們可以共享最多的信息。因此，在2021年，美國防部制定了一項戰略，使指揮官能夠迅速了解戰斗空間，比敵人更快地指揮部隊，并通過任何必要的領域提供效果。這一概念被命名為聯合全域指揮與控制。

JADC2的概念是作為一個美國防部的保護傘。聯合參謀部制定政策、理論、要求和數據的共同標準。同時，各軍種開發適用的技術，空軍部正在通過ABMS進行開發。陸軍和海軍的JADC2項目分別稱為 "融合項目 "和 "超配項目"，各軍種正處于協調其工作的早期階段。2021年，參謀長聯席會議首席信息官指出，新的JADC2方法將 "為我們在指揮和控制領域的努力帶來秩序，以便以相關的速度感知、理解和行動"。

盡管存在挑戰，美國防部長勞埃德-奧斯汀宣布他打算將JADC2作為他的首要任務之一，同時認識到將盟國和合作伙伴帶入這個新領域對于阻止競爭對手是最重要的。因此，數據的互操作性以及數據的復制和分發是JADC2的關鍵屬性。此外，這些數據的完整性和安全性對于在各部門、盟國和合作伙伴之間建立信任是必要的。

JADC2的挑戰

聯合全域指揮與控制可能是一個難以把握的概念，因為這個術語并不完全基于硬件或軟件解決方案，而是"'虛無縹緲的術語'"，如 "冗余、彈性架構和'相關速度'的信息。"建立JADC2是為了著眼于可能的領域，為現在而建設，同時關注新興技術及其與未來能力的輕松整合。但首先，它必須克服三個主要障礙。

首先，集中式C2架構目前在發生高強度沖突的情況下沒有足夠的彈性，而C2節點將成為第一個目標。簡單地將JSTARS和AWACS飛機與這些節點進行交易，使它們成為美國裝甲中最有吸引力和最脆弱的缺口。因此，分布式網絡操作將是JADC2的一個關鍵重心。

第二，為了使系統的處理速度足以對來自各個領域的數據進行 "感知、理解和行動"，美國軍方必須嚴重依賴未經證實且尚未完全信任的人工智能和機器學習概念。建立一個系統的用戶界面和輸入是比較容易的；工業基地幾十年來一直在做這個。但現在軍隊需要一個系統，自動收集這些數據，并為人工智能提供信息，以做出最佳決策。此外，指揮官必須信任推薦的數據和決定（對于那些在數字革命之前出生的人來說，這是一個相當大的范式轉變）。

第三，各個軍種的規模和庫存范圍是如此廣泛（例如，陸軍以其地面部隊而聞名，也有船只、機載電子戰和情報、監視和偵察資產），以至于每個軍種都已經習慣于在其他領域幾乎獨立運作。在所有這些平臺上改裝設備以便與其他軍種進行通信可能成本過高。與此相反，較小的盟國軍隊除了聯合工作別無選擇。例如，法國軍隊已經創建了技術解決方案，如Scorpion和Connect@ero，以便在各部門之間進行本地通信。

雖然聯合參謀部確立了JADC2的整體概念，但空軍未來局編寫了服務支持概念。空軍部的ABMS跨職能團隊領導了一個能力發展活動，通過這個活動，作戰人員可以發現最新的ABMS工具和概念。此外，每三個月進行一次測試旗幟演習（包括橙旗、綠寶石旗和黑旗），以測試新發布能力的生存能力和殺傷力。這些演習強調了新武器和戰術在多域環境中的相關性。

一個可操作的ABMS的最終狀態是一個由流程和系統組成的指揮和控制結構，它壓縮了決策周期，使各領域的效果趨于一致，并使整個地球的綜合行動成為可能。速度是關鍵。但是，即使空軍各單位都在努力實現ABMS，仍然存在一些挑戰。

中國產生大量的數據；事實上，這是他們的權力工具之一。為了競爭，ABMS必須依靠以網絡為中心而不是以平臺為中心的架構，做到靈活、快速和不可預測。現有的、傳統的系統，如JSTARS，將如何處理這些TB級的信息？隨著技術的改進，傳感器、設備和操作人員會因數據過飽和而導致延遲問題。美國空軍80%的飛機是第四代或更老的飛機；用現代指揮和控制系統對它們進行改造可能成本太高。挑戰在于使舊平臺能夠與第五代和第六代飛機通信。人們不能在唱片機上播放iTunes音樂文件，或試圖將Commodore 64連接到互聯網上。

增強盟友和伙伴能力

當美國在未來的戰爭中，它將依靠其盟國和合作伙伴。依靠這些國家軍隊的能力是美國的力量倍增器，也是美國對其競爭對手的決定性優勢，但過度分類和其他限制性政策是共享數據的巨大障礙。然而，美國軍方決心利用技術提高盟國和合作伙伴之間的可及性和數據共享，以聯盟作戰中心的通用工作站的形式融合該網絡的網絡。目標是讓軟件或人工智能，使用設定的規則，適當地與需要它的聯盟伙伴分享信息。

為了將戰略意圖轉化為現實，盟國和伙伴行業必須并肩工作，讓組件（如黑盒）相互對話，或讓飛機系統解密和使用其他飛機產生的數據。一個更大的挑戰是確保ABMS將與北約正在開發的聯合任務網絡完全兼容，以簡化和規范30個成員國之間的通信。

法國和美國空軍一直合作者，可以做一些只有少數人才能做到的事情。為下一場戰斗連接傳感器的能力需要在今天開始，以便下一代戰斗機和系統能夠在一個新的數字架構中順利運行。

最近的演習，如2021年5月在Mont-de-Marsan舉行的三國大西洋三叉戟演習，表明即使陣風戰斗機和F-35可以一起工作，但由于技術和分類問題，它們仍然不能完全合作。空軍與 "陣風 "街區F4相關的持續合作表明，法國的資產與F-35之間有更好的整合和密切的未來，F-35被設想為未來ABMS的四分衛：這種參與者可以通過對場上情況的最佳觀察來增強隊友的能力。

額外的障礙

盡管有這些和其他令人鼓舞的跡象，這個項目仍然存在許多外部挑戰。此外，空軍部還必須克服許多內部障礙以按時交付ABMS。除了與外國伙伴共享信息的困難之外，美國空軍還沒有解決與其他軍種溝通的問題，每個軍種都有自己的本土通信系統。空軍在是讓現有設備和政策發揮作用，還是從零開始，從頭建立一個系統，將實施時間推遲幾十年之間，這讓空軍很糾結。由此產生的兩難局面只能通過在兩種選擇之間取得平衡來解決。

實施將是有代價的。美國軍方將如何說服其控制軍事資金的文職領導，使其相信這個新的ABMS項目是重要的（在所有其他 "重要 "的事情之上）？國會并沒有告訴美國防部要推行JADC2，而是把錢袋子關得緊緊的。眾議院關于2021財年國防撥款法案的報告批評了空軍的ABMS請求，指出該計劃的弱點包括 "沒有確定的要求、采購戰略或成本估算，以及空軍總設計師和其他參與執行ABMS計劃的辦公室的職責定義不明確"。

2021年，美國空軍將ABMS的領導權移交給一個新的、基于五角大樓的跨職能團隊，并將項目責任轉移到空軍部的快速能力辦公室。向國會傳達該部的結構變化和優先權的轉移對于保持該計劃的資金是至關重要的。

就服務本身而言，空軍如何平衡ABMS與所有其他必須做的要求，如支付下一個戰略核轟炸機（B-21）、額外的F-35戰斗機、哨兵洲際彈道導彈和第六代飛機？到目前為止，ABMS的支持度最高。盡管所有的項目都在競爭同樣的資金（包括高超音速和無人機群），核現代化和ABMS是參謀長的兩個最優先事項。此外，空軍部長弗蘭克-肯德爾將ABMS列為他需要重新監督的七個項目之一，以 "提高空軍作為一個機構運作的能力"。

當小查爾斯-布朗將軍成為美國空軍第21任參謀長時，他的行軍命令是 "加速變革或失敗"。當該軍種與國會爭奪它不再需要的舊系統時，它同時正在努力推進ABMS的聯合協同。"為了贏得這場有爭議的高端戰斗......我們需要加快我們今天的關鍵技術的應用。我們不能減緩我們在ABMS上的勢頭。我們的作戰人員和指揮官必須以互聯網的速度作戰才能獲勝"。

結論

這場數字革命將改變美國及其盟國和合作伙伴的游戲規則。正如早期測試所證明的那樣，ABMS將提供必要的決策優勢，通過為指揮官提供一個清晰、強大和即時的共同作戰圖景，來贏得未來的高速交戰。"我們所展示的......是作戰指揮部首次在相同的數據云架構中，對部隊的姿態做出決定......在幾秒鐘而不是幾天內就能看到結果。"

2018年美國國防戰略強調，有效實施自主性對于未來的交戰至關重要。這種實施的關鍵是測試和評估執行自主任務的系統的能力。本手冊的目的是為測試人員提供工具、方法和見解，以自信地對待空中平臺的自主性測試。選擇空中領域是由于其對空軍任務的適用性，并有助于確定本手冊的重點范圍。本手冊的目的不是要成為測試和評估自主性的詳盡參考資料；相反，本手冊的目標是為更多的調查提供一個啟動點。

本手冊首先概述了目的、關鍵定義和基本假設，以幫助澄清空軍測試中心的 "自主性 "含義。在建立了這種基礎性的理解后，介紹了自主性的測試方法。在機載平臺上測試自主性帶來了獨特的挑戰，因此，要想測試成功，應該利用以下五個原則。早期用戶參與、持續和累積反饋、簡化流程和產品、試點培訓方法和人機互動考慮。總體的測試方法分為兩個范式：測試的三個階段和敏捷開發與運營（DevOps）。

第二種范式的特點是，從目前的測試實踐到結合敏捷和DevOps的原則，有了更大的轉變。敏捷哲學強調個人和互動而不是流程和工具，強調工作產品而不是全面的文件，強調客戶合作而不是合同談判，強調響應變化而不是遵循計劃。它在現代軟件開發中發揮了重要作用，并且隨著自主性的發展，肯定會在未來發揮作用。此外，DevOps是一個革命性的概念，它整合了企業的開發和運營功能。這個過程依靠持續集成、持續交付、持續監控和記錄、微服務以及跨職能的協作團隊來快速實施高質量的產品。隨著空軍開始采用更多的敏捷和DevOps原則，它將能夠實現國防部 "以相關速度交付"、"組織創新 "和 "簡化從開發到實戰的快速、迭代方法 "的目標。

圖 自主性測試執行的四個組件

引言

為了最大限度地提高作戰人員的殺傷力，必須將自主性納入系統，但首先必須對其進行開發、測試和實戰化。2018年美國國防戰略摘要（參考文獻1）和2019年國防授權法案（參考文獻2）已經明確表示，將包含自主性的系統投入使用對于美國保持其競爭優勢至關重要。此外，這兩份文件都呼吁改革國防部的采購程序，以便 "以相關的速度 "產生結果。2019年，空軍首席科學家發布了《自主性：前進的道路》（參考3），該文件為推進自主技術水平建立了一個路線圖和框架，同時支持其向現有系統過渡。為了響應這一更高層次的指導，美空軍測試中心（AFTC）已經制定了一個戰略目標，即 "塑造未來的測試和評估能力，以最大限度地提高作戰人員的致命性"。這一戰略目標的一個關鍵原則是建立一種測試具有自主性和機器學習算法的系統的能力。本手冊支持AFTC的戰略目標，并為機載平臺上的自主性測試所應考慮的因素和方法提供參考。

本手冊的組織結構如下：首先，定義了本手冊的具體目的、關鍵術語和基本假設。此外，第一節概述了本手冊的范圍。下一節制定了在機載平臺上測試自主性的測試方法。本節首先詳細介紹了目前的測試范式應如何適應測試自主性。然后，它討論了應如何利用敏捷和開發與運營（DevOps）原則實施新的測試范式，以最大限度地提高自主性的有效性。最后，總結了測試自主性的要點，并強調了前進的道路。此外，還包括了包括當前自主性測試細節的附錄，以及其他一些有用的參考資料。

1.1 目的

本手冊的目的是為測試人員提供工具、方法和見解，以自信地測試空中平臺的自主性。由于自主性測試所面臨的挑戰的廣泛性和現有測試能力的整體不成熟性，本手冊的內容沒有明確定義具體的最佳實踐。相反，本手冊概述了自主性測試的注意事項，這些注意事項需要在測試過程的每個階段進行，以確保安全、可靠、有效的測試。本手冊旨在成為一個指南針，而不是一張地圖。

本手冊假設讀者有一些飛行測試經驗和/或技術背景。自主性的測試和評估從根本上說是一個多學科的冒險；因此，本手冊涉及一些成功所需的不同觀點。本手冊的目的不是要成為測試和評估自主性的詳盡參考資料；相反，本手冊的目標是為更多的調查提供一個啟動點。在整個國防部有許多研究，以及大量的學術研究，本手冊利用并試圖在此基礎上發展。此外，本手冊承認不能在真空中考慮自主性測試；它提出了自主性系統的開發者和獲取者需要與測試社區進行最佳整合的概念和框架。自主性測試的最終成功取決于未來的項目辦公室是否注意到這本手冊，并在項目的早期對測試進行適當的規劃。

1.2 關鍵定義

自主性：一套基于智能的能力，可以對部署前沒有預先編程或預期的情況作出反應，如《自主性利益共同體（COI）測試與評估》（參考文獻4）所定義。自主性構成了一定程度的自給自足和自主行為（由人類代理決策），如《自主系統的七個致命神話》（參考文獻5）所定義。

自主引擎：平臺或系統上的硬件，承載著自主軟件。

復雜系統：按照《復雜系統動力學》（參考文獻6）的定義，理解各部分之間的相互作用與理解各部分的功能同樣重要的一個系統。

服務：一個獨立的、封裝好的功能單元，通過一個定義好的接口（主要針對軟件）接收輸入并給出輸出，如《面向服務的建模》（參考文獻7）所定義。

任務：由一個或多個服務組成，在一個離散的、確定的時間段內完成一個特定的目標或行動。

信任：按照《組織信任的綜合模型》（參考文獻8）的定義，一方愿意在另一方的行動面前表現得很脆弱，因為他期望另一方會執行對信任者來說很重要的特定行動，而不考慮監督或控制該方的能力。信任主要建立在令人滿意的可靠性和準確性的組合上。

1.3 基本假設

盡管在上一節中對自主性進行了定義，但為了本手冊的目的，進一步澄清 "自主性 "的實際含義是很重要的。以下四個基本假設主要來自2012年國防科學委員會關于 "自主性在國防部系統中的作用 "的研究（參考文獻9），有助于磨練 "自主性 "的含義。

1."自主性 "從根本上說是基于軟件的。

2."自主性 "被認為是相對于特定的任務，在一個離散的時間間隔內，而不是針對整個系統。

3."完全自主 "系統是一個錯誤的說法。所有的自主性都必須在某些時候與人互動，因此被認為是一個人機聯合認知系統。

4.確定和爭論 "自主性水平 "對測試和評估系統是無益的，而且會產生反作用。

1.4 手冊范圍

本手冊著重于測試和評估空域的自主性。之所以選擇空域，是因為它與空軍的任務相關，也因為它給測試和評估企業帶來了獨特的挑戰，而這些挑戰在其他領域并不適用。雖然所介紹的是機載自主性應用的例子，但本手冊所介紹的大部分框架和工具都普遍適用于其他領域。

在本手冊中，被視為被測系統（SUT）的自主性類型是那些在物理世界中的實時應用，通常被稱為 "運動中的自主性"，如國防科學委員會。關于自主性的夏季研究（參考文獻10）。這與 "靜止狀態下的自主性 "應用相對立，后者對于建立一支更具殺傷力的部隊至關重要，并將在 "運動中的自主性 "系統的測試和實戰中發揮重要作用。運動中的自主性 "的例子可以在智能炸彈、無人駕駛航空系統（UAS）中找到，甚至可以作為載人平臺上的一個子組件（即F-16上的地面防撞系統）。確定一個系統是否構成 "運動中的自主性 "的一個有用的方法是用約翰-博伊德的 "OODA "循環來思考，該循環來自《輸贏論》（參考文獻11）。運動中的自主性必須：

• 觀察其周圍的環境，以建立一個世界觀。

• 在世界觀中確定自己的方向。

• 決定一個適當的反應。

• 根據該決定采取行動。

圖1給出了一個層次化的視角，說明了自主性對一個平臺的作用。平臺執行的任務是由各種任務組成的，這些任務建立在較低層次的服務之上。當本手冊中使用 "自主性 "一詞時，它指的是在任務或任務層面采取的行動，這些行動是由服務促成的。在大多數情況下，這些行動目前是由人類操作員執行的。傳統上，測試界并不測試或評估人類操作員，因此必須擴大測試范式，以納入類似人類操作員的自主任務或任務的評估標準。

為了更好地理解圖1，我們以壓制敵方空中防御（SEAD）任務為例。對于執行SEAD的戰斗機平臺來說，干擾敵人的雷達是主要任務之一。此外，像空域整合、空中加油和編隊飛行等任務可能都需要成功完成。而這些任務又需要大量的服務，負責操作各種有效載荷、飛機本身以及指揮和控制功能。

本手冊有意避免使用機器學習（ML）和人工智能（AI）的字眼。ML和AI是實現自主性的工具；本手冊中提出的策略適用于自主系統的測試，無論自主是如何產生的，也無論它如何運作。

這期雜志專門介紹了最近的多領域作戰研討會的成果。邀請了來自北約、學術界和工業界的專家來分享觀點，并建立一個共同的基礎，探討多域作戰對軍團總部的意義，特別是考慮到作為小型聯合行動（陸軍）的聯合特遣部隊總部的作用。戰爭正在快速變化，技術在戰場上的地位是我們可能沒有預料到的。研討會是磨練頭腦和避免意外的另一個步驟。必須努力確保我們的程序、戰法和產品能夠抓住進步帶來的機會。作為那些以指揮和控制為生的人，需要確保統一的意圖和任務，以及完成任務的效果，這些都是明確的，并且能夠有利于跨領域的協調工作。必須務實，集中精力解決需要解決的問題，并提醒自己，我們的行為很重要：這是合作的第一層，因為它確保我們都覺得是解決方案的一部分。

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。

為什么要更新航行計劃？

CNO航行計劃（NAVPLAN）于2021年1月發布，將海軍的工作集中在四個基本優先事項上。準備、執行能力、資源能力和海員。本次更新建立在這一基礎上，利用我們的進展來進一步加強美國海軍的作戰優勢。

三個關鍵的發展導致了這次更新。

首先，2022年國防戰略（NDS）明確了美國的國家安全目標，強調需要解決與中國的長期競爭并保持對俄羅斯的軍事優勢。它還引入了綜合威懾作為國防部和支持美國政府機構的統一原則。

第二，聯合作戰概念的發展將美國所有軍種的互補能力和任務統一起來。

第三，通過嚴格的學習活動，認識到，海軍需要一個更加持續、反復的部隊設計過程，以集中現代化努力，并加快在這個關鍵的十年及以后保持優勢所需的能力。這次航行計劃的更新推動了整個艦隊的運動，以加強學習文化，并推進了一個框架，以加速作戰優勢。

美海軍是全球先進的。然而，美海軍已經發現其表現有不可接受的差異性--最好的和最差的表現之間的差距太大。歷史表明，適應、學習和改進最快的海軍會獲得持久的作戰優勢。重要的因素是培養一個健康的生態系統--一種文化--它的評估、糾正和創新能力比對手強。這是其 "真實，更好 "行動號召的精髓，旨在推進卓越的文化，并在這關鍵的十年中加速作戰優勢。

利用NAVPLAN 2021，海軍建立了一個框架，以產生和維持我們的準備、能力、能力和水兵。這就是航行計劃實施框架（NIF）及其協調的工作路線。

最終，必須向海軍編號艦隊提供盡可能有能力的部隊。這些艦隊與美國海軍陸戰隊和海岸警衛隊一起，在競爭、危機和沖突中為聯合部隊提供綜合的全領域海軍力量。其盟友和合作伙伴承認美國海軍部隊是他們建立聯合海上力量的現場伙伴。

《2022年航行計劃》為海軍規劃了一條可持續的路線，繼續執行海軍部長的戰略指導和三軍海上戰略，以加強美國的海上優勢。該指南取代了去年的《航行計劃》，并將為海軍的《計劃目標備忘錄》和其他年度預算文件的年度指南提供參考。

摘要

本研究論文使用問題解決框架，研究了美國武器系統如何在采購生命周期的操作和支持階段陷入持續的陳舊和停滯循環，并提供了解決這種情況的方案。一些美國武器系統保持著它們最初在幾十年前投入使用時的能力。關鍵的發現，如厭惡風險的文化、系統要求低于計劃目標備忘錄的切割線、對財務指導的誤解、嚴格的維持法規、繁瑣的采購流程以及高于必要的決策，都被認為是導致根本問題的原因。這篇研究論文提出了幾個解決方案，解決了部分包容性的問題。對解決方案的整體可行性、對作戰人員的好處以及與實施相關的任何潛在風險進行了權衡。最后的建議包括鞏固和利用財務條例對作戰人員的好處，允許增加運營和維護資金的靈活性，允許在F3I重新設計中增加靈活性和性能，盡可能利用領先的商業技術，以及改變維持的心態，從保持準備狀態到保持相關性。結論強調，美國空軍在技術上落后于近似對手，高級領導人必須像對手一樣思考，以確保美國的法規不會抑制空軍比敵人更快地穿越OODA循環的能力。

引言

自朝鮮戰爭以來，美國在每次交戰中都保持著空中優勢；然而，一些跡象表明，空中優勢在未來的沖突中可能不再有保障。據報道，他們最新的S-500防空導彈系統成功擊中了近300英里外的目標。中國在過去十年中對其軍事進行了大量投資，現在已經達到了一個關鍵的自信點。

這個問題可能源于美國如何運作和資助其軍事項目。美國空軍將 "維持 "定義為維持一個武器系統的現有基線能力。任何改進武器系統超過其現有性能閾值的手段都被認為是開發工程的努力，需要從研究開發測試和評估（RDT&E）撥款中獲得資金。許多系統一旦投入使用就不會獲得RDT&E資金，通常在其生命周期的剩余時間內由運營和維護（O&M）撥款資助。由于對現行財務條例的嚴格解釋，財務經理通常會拒絕使用運營和維護資金來提高系統能力和應對不斷變化的威脅的創造性努力。這使得綜合產品小組（IPTs）沒有什么選擇，只能對他們的武器系統進行意義不大的改變，以保持它們在操作上的相關性。

美國不僅在做錯誤的財務決定，而且在做這些決定時也很緩慢。在過去的幾十年里，采購時間周期已經增加。據美國空軍高級領導人目前的估計，從授予合同到投入使用一個系統的時間超過10年。美國的對手在采購周期上的運作速度至少是其兩倍。在過去的二十年里，一些主要的國防采購項目（MDAP）已經被取消。事實上，國防部（DOD）已經在那些永遠不會投入使用的項目上花費了超過460億美元。

為了解決這個問題，新的倡議，如第804條快速采購和破解國防部5000號文件正受到相當大的關注。雖然它們不能解決撥款問題，但它們試圖縮短采購時間周期。在幾十年來成本成為采購決策的主要因素之后，速度現在被強調為主要考慮因素。使用問題/解決方案框架，本文將研究美國武器系統是如何陷入陳舊和停滯的循環中的，以及可以實施哪些解決方案來有效維持美國武器系統。

本文將首先闡明這個問題，描述綜合維持活動組（CSAG）和空軍維持中心（AFSC）內的幾個低效的供應鏈政策。然后，它將討論系統過時和對商業技術的依賴，接著是國防部緩慢的采購過程。問題部分最后將詳細分析當前的撥款限制以及美國空軍的幾個文化問題。

解決方案部分將首先定義具體的評價標準。該文件將提出幾個潛在的解決方案，以及建議的行動。然后將根據規定的標準對每個解決方案進行詳細評估，包括實施中的任何潛在風險。還將討論其他被考慮但未被推薦的解決方案。最后，本文將對問題進行快速總結，提出最終建議，以及為什么這項研究與美國空軍有關。

隨著預算削減的增加和空軍機隊的老化，空軍正在尋找創新的方法來減少工具、零件和用品的采購、運輸和庫存成本。特別是，傳統的制造、庫存和運輸飛機零部件和用品可能是緩慢的、昂貴的、對人員有害的和對環境有害的。被稱為"3-D打印"的新制造技術，也被稱為 "增材制造"（AM）被推薦為可能的解決方案，以減少維修時間、采購成本、運輸和庫存成本，同時也比傳統的、制造的替換零件更安全、勞動強度更低、更環保。

本文研究AM能在多大程度上使空軍受益，及其目前的實施情況。本文概述了空軍目前供應鏈的成本、操作失敗和環境影響，以及軍事單位如何利用AM來幫助減少這些問題。雖然正在采取措施在基地和倉庫層面實施三維（3-D）打印，但空軍沒有為其實施提供明確的方向，也沒有充分地利用其好處。因此，本文建議空軍開發可部署的三維打印包，提供三維打印培訓，并對在什么情況下應該購買三維打印機提供更多指導。此外，還就哪些部件應該被打印出來提出了建議，并建立了認證3-D打印飛機部件的正式批準程序。

1 引言

1.1 問題描述

在承包商工廠和軍事后勤中心之間的空軍物資運輸占用了巨大的資源；2013年運輸成本超過了56億美元。

運輸物資的成本如此之高，是因為C-5 "銀河 "運輸物資的平均每飛行小時成本為100941美元，而這還沒有考慮到飛機的維修和保養。因此，隨著作戰節奏的加快，需要更多的零部件。 此外，沖突越遠，運輸成本就越高。

戰爭規劃者試圖為軍隊后勤評估戰爭儲備和備件，然而，他們的評估往往與實際需求不相符合。例如，在2012年，空軍花費了4.861億美元用于交付16架C-27A "斯巴達 "貨運飛機，其中包括6050萬美元的備件給阿富汗空軍。在這16架飛機中，有6架必須被 "拆解 "以獲得備件，以便其他10架飛機能夠繼續運行。拆解是指從武器系統中拆下一個目前可以使用的零件，用于維修需要該零件的飛機，以使其具備任務能力。 C-27A "斯巴達 "計劃最終被認為是不可持續的，因為空軍確定需要額外的2億美元的備件來正常維護飛機。

為了解決與類似問題有關的巨大成本和短缺，陸軍、海軍、美國國家航空航天局、國防部（DOD）供應商和其他組織正越來越多地轉向一種名為 "3-D打印 "的新技術，也被稱為 "增材制造"。這項技術使他們能夠在內部創建零件和用品，從而減少他們的供應鏈和運輸成本。不幸的是，空軍現在才剛剛開始探索三維（3-D）打印的好處。因此，本文探討了以下問題：如果空軍在部署地點實施三維打印，會有什么好處？

空軍將3D打印機和相關原材料運輸到部署地點，允許快速定制飛機零件，減少危險廢物，并削減庫存持有和運輸成本。更重要的是，它可以通過允許部隊根據需要在現場制造工具、零件和用品來提高作戰能力。

增材制造（AM）是通過逐層添加（打印）一種材料（通常是塑料或金屬），直到創造出三維物體。相比之下，減材（傳統）制造則是將材料去除，直到留下所需的物體。AM允許零件的定制和現場生產，對培訓的要求最低。

3-D打印經常使用逆向工程來重新創建，并有可能在3-D掃描儀的幫助下改進現有零件。就像磁共振成像使用磁場和無線電波來創建人體內部器官和組織的詳細圖像一樣，3-D掃描儀創建了一個所需部件的數字副本。這種3-D模型數據可以被儲存起來，用于未來的制造，或使用軟件進行操作，以改進零件的設計。3D制造的零件可以打印出空心或蜂窩狀的屬性，這可以使它們更輕，更能夠承受熱應力。AM允許在制造開始前在虛擬環境中開發和快速測試設計。此外，這些3-D設計可以通過電子方式發送給部署地點的操作員。

在已部署軍事裝備的環境中，實施3-D打印將需要在初期運輸大型打印機、原材料和外圍支持設備。然而，它可以在幾個方面減少運輸和庫存成本。首先，原材料可以被包裝或托盤化，使每立方英寸的材料多于零件本身。因此，濃縮材料可以使飛機載荷的利用率更高，減少補給任務。其次，多余的粉末狀原材料可以被回收到AM工藝中至少14次。此外，原材料通常保留其貨幣價值或升值。因此，多余的原材料可以在私營部門出售，而且安全問題很小。

在部署地點制造零件和用品可以幫助減少運輸成本。空軍老化的機隊的許多備件沒有被提前制造出來，而且供應有限。3-D打印可以降低維護成本，并為空軍提供機會，通過內部制造這些零件來延長其機隊的使用壽命。尋找和運輸稀有零件的時間可以減少，從而提高出勤率（與任務和訓練有關的飛行時間）。

空軍最近為美國本土設施購置了3-D打印機，陸軍和海軍也在早期實施3-D打印，這可能表明AM提供了財務上的好處。AM允許在需要的基礎上生產零件，這可以減少物資儲存的占地面積，消除零件的持有成本，并以更少的停機時間提高操作能力。

這篇研究文獻將使用問題-解決方案的方法來研究空軍如何通過在前沿作戰基地部署3-D打印機來生產飛機零件、工具和用品而獲益。本文首先簡要介紹了3-D打印機和AM，并提供了它們的使用實例。此外，還將對空軍的供應鏈進行總結。在這個總結之后，將徹底描述空軍在部署飛機零部件和用品時面臨的問題和挑戰，以及環境問題和操作影響。下一節將概述如何將3-D打印機部署到戰斗環境中的可能手段。本文的每一節都將使用定量數據來支持所有關于支出、節約、庫存水平和制造產量的主張和建議。最后，將根據研究結果提出實施3-D打印機的建議，隨后是結論。