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1 目的

近年來,無人系統在軍事行動中變得越來越重要。然而,對無人水面航行器(USVs)的作戰運用的關注相對較少。本研究的目的是分析如何、在什么情況下、以及在多大程度上可以在海上控制活動中使用它們。本報告旨在確定USV適合的任務和功能,同時也強調為確保USV有效融入海軍行動而應考慮的行動問題以及技術和計劃要求。

2 引言

"為了保持安全,我們必須共同著眼于未來。我們正在處理新技術的廣度和規模,以保持我們的技術優勢,同時維護我們的價值觀和規范。" 北約領導人--倫敦宣言 2019年12月4日

上述聲明在某種程度上是對聯盟在更廣泛的創新任務范圍內正在進行的一項重要工作--北約海上無人系統倡議。

誠然,就其本身而言,這聽起來既是技術性的,在新興技術的背景下又有點狹隘。這個背景包括:人工智能、大數據、太空、高超音速武器、生物技術、量子研究、自主性等等。那么,為什么海上無人系統現在是相關的?簡單地說,開發無人系統以跟上潛在對手的步伐,可以提高作戰效率,限制人的生命風險,降低作戰成本。

北約的海上無人系統倡議是在2018年10月達成的。重點有三個方面:利用世界領先的研究,提高盟軍常規部隊和無人機之間的互操作性,為我們的水手建立新的戰術,以真正利用這些技術,并為所有領域(空中、海上、陸地、網絡和空間)的軍事無人機開發安全數字通信。

本文旨在解決和回答UV和自主系統為何以及如何在北約的海上優勢中發揮作用。此外,它將概述UV的使用將如何使北約盟國在從和平時期到MLE的關鍵作戰領域更加有效。與傳統的海軍資產一起工作,這些無人系統將改善北約的核心任務,并作為部隊的增殖資產,協助指揮官進行全方位的戰爭。

歷史背景

"我代表海軍說,無人駕駛系統必須解決海軍運作的所有領域.....我們在海面,在海面上空,在太空中行動,但我們又在海面下行動。因此,當我們談論無人駕駛和......當我們把所有這些能力結合在一起時,它必須考慮到我們在所有這些不同的領域中運作" - 加里-羅格海德上將,2007-2011年海軍作戰部長(CNO)。

無人水面航行器(USV)的歷史至少可以追溯到第二次世界大戰,但只是從20世紀90年代開始,由于技術的進步,無人系統出現了大量的擴散。這些系統的使用代表了美國海軍以及世界上許多其他國家海軍的模式轉變,即采用無人系統來執行傳統的載人系統可能不適合的任務,或減少對最重要的資源--人的風險!

第二次世界大戰見證了USVs的首次實驗。加拿大軍方在1944年開發了COMOX魚雷的概念,作為諾曼底入侵前的USV,旨在入侵期間投放煙霧。COMOX被指定為魚雷,因為它只能被編程為穿越一個固定的路線。盡管COMOX沒有被部署,但它還是建造了一個飛行器并成功完成了測試。與此同時,美國海軍開發并演示了幾種類型的 "爆破火箭艇",用于在沖浪區清除地雷和障礙物。"箭豬(Porcupine)"、"長橇(Bob-Sled)"和 "Woofus 120 "是改裝的登陸艇型號,以不同的配置攜帶大量的掃雷火箭。

戰后USV的應用范圍擴大了,1946年在比基尼環礁的阿伯和貝克原子彈試驗后,美國海軍使用無人艇收集放射性水樣。1950年代美國海軍防雷實驗室的DRONE項目在1954年建造并測試了一艘遙控掃雷艇。到20世紀60年代,海軍在遙控 "航空救援 "船的基礎上使用靶標無人艇進行導彈射擊練習,瑞安火魚靶標無人艇被用于炮術訓練。與無人機類似,目標無人機USV的開發和使用多年來一直在繼續并不斷發展。

1950年代后,人們對USV作為掃雷無人機和其他危險任務的興趣繼續增長,美國海軍的進一步發展包括小型 "無人艇 "概念。它由一個15英尺的USV組成,用于部署無人駕駛的彈藥。1965年,它被迅速開發出來,并在1965年越南戰爭期間以10個車輛套件部署到艦隊。更大的掃雷無人機(MSD)USV也被開發出來,并在60年代末部署在越南。這些早期USV的成功,向一些國家展示了無人駕駛掃雷系統的價值,促使國際社會在世界各地進行研究和開發。

海軍對用于偵察和監視任務的USV的興趣出現在20世紀90年代末,開發了自主搜索和水文測量車(ASHV),其變體被稱為貓頭鷹和Roboski。Roboski最初是作為艦載部署的水面目標(SDST)開發的,是一種噴氣滑雪類型的目標,用于艦艇自衛訓練。此外,這種USV還作為偵察車的試驗平臺。美國海軍在2003年開始了幾個新的USV項目。海軍研究辦公室(ONR)向美國海軍設施工程支持中心(NFESC)提供資金,以開發一種名為海狐的小型ISR USV。

通過加快創新步伐,一艘無人駕駛的 "海獵 "號原型自主艦于2019年從圣地亞哥駛向夏威夷,在無人駕駛、完全自主的海軍艦艇設計和生產方面引領世界潮流

在過去的幾十年里,人們對USV的發展有很大的興趣。隨著系統的成熟,傳感器和電子器件的保真度大大增加,體積也縮小了。此外,通信設備的發展允許小型有效載荷包的增長,并為幾乎所有的USV平臺提供重要的信息收集能力,包括數字和視頻相機、光電/紅外線(EO/IR)傳感器和雷達系統。這些技術的快速發展將繼續推動USV在未來的創新和改進。

3. USV分類

UV是幾種新的能力之一,與定向能武器、高超音速武器、人工智能和網絡能力一樣,一些國家的海軍正在追求以相對便宜的方式(包括資金和人員)應對新的軍事挑戰和填補任務空白。USVs可以配備各種傳感器、武器或其他有效載荷。它們可以根據特定的任務進行定制,可以遙控操作、半自動或(隨著技術的進步)完全自主。它們的采購成本可能比載人艦艇和飛機低,因為它們的設計不需要為水手/操作人員提供空間和支持設備。紫外光武器特別適合于長時間的任務,這些任務可能會對船上的人類操作員的身體耐力產生影響,或者對船上的人類操作員構成高風險的傷害、死亡或捕獲。因此,UV有時被認為特別適合所謂的 "3D"任務,即 "枯燥、骯臟或危險 "的任務,這一點在下一章有解釋。各級指揮部的規劃人員應了解USV的一般能力和限制,以及使用這些系統所帶來的效果。較新的無人駕駛系統具有更高的自主性和隱蔽性,使其在行動中比冒險部署人員更具吸引力。

美國海軍將其USV采購項目分為四個基于尺寸的類別:大型、中型、小型和極小型,其無人水下航行器(UUV)采購項目也同樣分為四個基于尺寸的類別:特大型、大型、中型和小型。

圖1和圖2所示的較小的UVs,可以從海軍有人駕駛的艦艇和潛艇上部署,以擴大這些艦艇和潛艇的作戰范圍。相比之下,大型UV武器更有可能直接從碼頭部署,以執行原本可能分配給有人艦和潛艇的任務。如圖3所示,美國海軍已經為其USV和UUV項目確定了五個關鍵的技術組[1]。

為了本研究的目的,適用以下定義:[2][3]

無人系統(Unmanned System): 一個綜合系統的總稱,其主要載體是無人的。無人系統包括飛行器、控制設備、發射和回收設備、有效載荷(傳感器、武器或貨物)以及相關支持設備。

海上無人系統:可包括水面艦艇、水下艦艇或空中飛行器等資產,在海區(以及從海區)作業,至少有一個組成部分:無人飛行器。

無人駕駛飛行器:一種不攜帶人類操作員的動力飛行器,可以預先編程/自主或遠程操作,可以是消耗性的或可回收的,并可以攜帶致命或非致命的有效載荷。

無人水面航行器系統: 該系統的組成部分包括必要的設備、網絡和人員,以便在沒有船員的情況下控制水面上的無人駕駛船只,包括半潛式車輛。這些飛行器在靜止狀態下將水置換出來,并在運行時與水面幾乎持續接觸。車輛與水面的界面是一個主要的設計驅動因素。

由自主性水平驅動的基本分類如下:

手動:人在循環中連續或接近連續。

半自主:一些車輛的行為是完全自主的(例如,轉運到站點,激活傳感器)。車輛在受到操作者的指示或自己對情況的認識時,會提到其操作者(例如,要求允許開火)。

自主或完全自主:飛行器管理自己的決定,從發射點到回收點都由自己決定。大多數操作可能是這三種模式的某種組合。

4 海洋控制

"誰統治了海浪,誰就統治了世界"。- 阿爾弗雷德-塞耶-馬漢

海軍思想家們經常寫到 "海洋統治權",這是一支海軍部隊優于所有競爭者的一般條件。海上指揮權可以是區域性的,也可以是全球性的,這取決于所考慮的時代和行使指揮權的國家,它既存在于和平時期,也存在于沖突時期。雖然它是一個對歷史分析有用的術語,但在現代的說法中卻不那么有用。

另一方面,海上控制權表示一種可以在時間上和地理上受到限制的條件。當一支海軍建立了海上控制權,它就可以在該地區內和從該地區行使它所能行使的全部行動。在行使海上控制權時,一支海軍在所有領域都占優勢。

當一支海軍部隊能夠在可接受的風險水平內,根據威脅和預期的作戰目標,實施全方位的作戰行動時,海上控制權就是一種存在的條件。海上控制權可以是實際的--即戰斗行動已經發生,海上領土已經被奪取;也可以是假定的--即占優勢的海軍部隊可以合理地預期在必要時能夠行使全方位的戰斗行動[4]。

海軍提供了一種廣泛的、靈活的和可擴展的能力,可以在所有領域運作,并可以使國家權力的所有原則發揮作用。他們可以為正在進行的或隨后的行動提供聯合部隊的整合和部署。海軍部隊的屬性在可能發生的廣泛行動中具有實用性。這些行動被歸入戰爭和戰斗、海上安全和安全合作這三個一般活動中,并且可以在從單個單位到大型任務組的范圍內進行。

在沖突的低端,海軍部隊的存在可以確保航行自由。在許多其他情況下,在沿海地區開展行動時,如保護港口和錨地、兩棲行動或為陸地戰斗提供支持,必須實現并保持對海岸線的海上控制。然后可能還需要在近岸的某個距離上對空中和陸地進行控制。

海洋控制的必要性并不取決于是否存在實質性威脅。即使行動自由面臨的風險很小,建立海洋控制也可能是必要的,而且可能需要付出不成比例的努力。

海洋控制基本上可以通過兩種方式實現:殲滅對手或通過封鎖遏制對手的海軍力量。或者,可以通過威懾來遏制對手。所需的以及確實可以實現的海上控制水平,將取決于威脅、任務、海上力量的規模和能力。

為了行使海洋控制權,部隊指揮官必須有相應的手段、權力和決心來使用他的權力。在當代作戰環境中,政治意愿和一套合適的交戰規則是任何行動的規劃階段都需要解決的主要因素。

在許多海洋行動中,為了實現力量投射,必須要有海洋控制權。獲得制海權確實是任何海上或遠征行動的一個主要組成部分。

指揮官所需要的海洋控制權的地理范圍可能會有所不同,從需要對戰略咽喉或有限的部隊集中區進行局部控制,到對大片海域的主導權,此外,它可能是也可能是沒有爭議的。由于海洋環境的復雜性,在瀕海地區實現制海權是一項比在公海地區更復雜的任務,它可能要求擴展多域作戰空間的支配權,包括周圍的空域和內陸縱深地區。

所有實施海洋控制的部隊指揮官將確保在同一地區或鄰近地區進行獨立行動時與其他部隊指揮官進行有效協調。

海洋控制通常是利用海上資產實現的,包括具有多種作戰能力的無人系統,并通過反潛、反空、反水面、海軍水雷、電子和聲學戰、打擊、兩棲、特種和沿河的聯合或單一服務活動進行。

關于海洋控制,有很多誤解。首先,海洋控制只是一種手段,以確保利用水空間的特權。水域的主要用途是運輸貨物或信息。因此,我們可以得出結論,自由使用海上交通線(空中和地面路線或電纜和通信樞紐)應該是海上控制行動的主要目的。其次,水面空間不能像陸地領土那樣被占領或控制,盡管封鎖行動在海上戰役中仍然是實用的。封鎖行動實際上是在執行一種海上拒止,作為海上控制的一種功能[5]。

最后但并非最不重要的是,有三個主要因素:武力、空間和時間,這些因素在行動層面上與實施海上控制密切相關。實施海上控制計劃所需的力量是由海洋空間的規模和利用那里的海上活動所預期的時間長度決定的。此外,對手部隊挑戰這一特權的能力也是整個海上控制方案的一個主要變量。海上控制的過程始終是互動的。

5 作戰部署

目前無人駕駛車輛的作戰經驗,特別是諸如 "捕食者"、"全球鷹 "和最近沖突中使用的特殊用途系統,已經表明,當作戰人員使用這些車輛(AV)時,其價值是不言而喻的,并為進一步將這些車輛納入未來行動建立了支持[6]。

概述

一般來說,USV可以提高對態勢的認識,減少人的工作量,并改善任務的表現,但往往不能帶來優于載人系統的能力。USV提供了持久性、多功能性、生存能力,并減少了對人類生命的風險。在許多情況下,USV是執行枯燥、骯臟、危險或需要在惡劣環境中長期忍耐的任務的首選選擇。枯燥的任務是長時間的平凡任務,不適合于載人系統。長時間的觀察,如空中ISR、港口安全監測或海底測繪,是無人系統可以提供價值的任務的例子。骯臟的任務有可能使人員暴露在危險條件下,如化學、生物和核威脅。無人平臺可以在這種危險地區執行任務,而不會有任何人員暴露。危險的任務涉及高風險。系統性能和自動化的進步將減少人員的風險,增加危險任務,如在有爭議或危險地區的ISR,例如雷區[6]。

開發這樣的系統超越了盡量減少人員傷亡的愿望,并延伸到需要在這樣的環境中進行操作,這種環境的物理壓力和敵意是人類無法有效操作的,即使假設決策者對人員傷亡有一定的容忍度。先進的自主技術在軍事上的意義不僅僅是為了避免傷亡,它也是為了在載人系統根本無法提供的環境中實現行動。

能力及其挑戰

不斷進步的技術肯定會擴大USV的功能。事實上,隨著時間的推移,它們可能完全或部分地取代載人資產來執行某些任務,因為它們比載人系統有許多優勢。其中包括成本、耐力(執行跟蹤任務的一個關鍵能力)、更大的ISR覆蓋范圍和隱身性。此外,USVs不需要基礎設施來支持船上人員,而且無人系統的運輸能力通常超過同等大小的載人水面艦艇或潛艇。也許最重要的是,未來肯定會見證USV在網絡中的合作使用,如美國海軍的綜合海底監視系統(IUSS),該系統的建立是為了監視大片海洋并在海洋領域提供早期預警和信息優勢。

然而,相對于載人系統,USVs也有缺點。它們更依賴于通信,因為失去通信鏈路有時會使它們完全喪失功能,或至少損害其功能或效用。此外,USVs可能有設計上的局限性,使它們在某些情況下無法發揮作用,而載人系統的人員可能對這些情況有更好的反應(故障)。同樣,載人系統通常對開發同等USV時可能沒有考慮的情況有更強的適應性[7]。

盡管這意味著大多數USV的規模可以提供某種程度的 "情報、監視和偵察"(ISR)能力,但對于更大和更復雜的拖曳式傳感器,也就是強大的地雷戰或反潛戰能力所需要的,USV必須有大量的有效載荷和拖曳能力,以及平臺穩定性和耐久性,這是決定模塊化USV在多任務應用中的效用的關鍵因素。

任務集

如前一章所述,USVs可以在海上控制活動中做出貢獻,在克服具有挑戰性的A2/AD環境方面可以非常有效,特別是在C4ISR、軍事欺騙、信息操作、電子戰和網絡戰任務中,剛好低于戰爭門檻或/及以上。[6]

此外,由于USVs從水面上操作,它們在參與水體、水面和超臨近空域的活動方面更具有多樣性。相比之下,無人水下系統(UUVs)的隱身能力往往比USV大得多,因為限制水下通信的特征本身就可以起到屏蔽作用,使其不被發現。

按照美國海軍目前的設想[3],USV的主要任務按優先順序是:反水雷(MCM)、反潛戰(ASW)、海上安全(MS)、水面戰(SUW)、特種作戰部隊(SOF)支持、電子戰(EW)和海上攔截行動(MIO)支持。

第一種,掃雷,是為了在海上清除大面積的地雷,以便安全行動,維持過境路線和通道,并打開即將進行行動的區域,特別是在淺水區,有人駕駛的掃雷車或獵手不能支持兩棲登陸等沿岸行動。可以采用各種方法來履行這些功能。例如,一些國家的海軍使用影響掃雷來引爆水雷

其他行動概念可能包括部署遙控車(ROV)的USV,它將自己推進到一個可疑的地雷,核實它是如此,并發射一個子彈藥來摧毀地雷。另一種是由USV運輸車將能夠在地雷上放置炸藥的UUV部署到雷區。最終的反雷目標是讓USV在一次掃雷中完成所有四種反雷功能--探測、識別、定位和失效。

USVs可以為反潛戰(ASW)而設計或模塊化。在某些情況下,它們可以作為單一的傳感器使用,也可以作為載人水面任務部隊的一部分,以探測、識別、跟蹤,并在某些情況下,攻擊敵方潛艇。USVs可以部署浮標,并依靠主動和被動的拖曳式或船體安裝的聲納傳感器,在高價值資產運輸的前方清理路線。此外,USV也可以執行任務,包括跟蹤和報告潛艇離開港口或通過阻塞點的情況。

在其海上安全的作用中,USVs可以從主機平臺或從岸上發射,以收集信息。數據可以連續、實時地傳送給作戰部隊,或者當系統確定某些預先定義的標準(如存在特定的威脅)得到滿足時。這樣的行動可能涉及指揮USV對付特定的船只,或讓它在特定區域內巡邏。USVs也可以在海上安全行動中發揮更直接的作用。這方面的例子包括通過 "大喇叭 "來警告離開的船只,用油漆球或無線電標簽來標記它們,以及用船上的槍支、導彈或魚雷來攻擊它們。類似的能力可以被用來執行水面戰任務。

USVs可以通過提供ISR,運輸或滲透/滲入SOF部隊,在SOF行動附近保持存在以提供安全,以及對岸上的部隊進行補給來支持特種作戰部隊。

他們的電子戰能力包括對特定威脅提供指示和警告,以及欺騙和干擾。然而,由于其通常的低姿態,USVs通常缺乏 "視線高度 "來進行長距離的此類活動(盡管一些拖曳式飛行器已經在最近的作戰實驗活動中進行了測試,如在葡萄牙舉行的年度機器人實驗和原型設計(REP)MUS演習)。

最后,USVs可以協助海上攔截行動。說明這一作用的情景包括對可疑船只進行初步接近,以確定它是否有敵意,例如,監測被登船的船只的所有側面,以提供形勢意識,并檢查貨物是否被拋出或其船員是否逃跑、 用傳感器或可能的小型無人潛航器檢查船底,以確定活門、月池、投放槽和其他特征,并使用船上的傳感器尋找和定位隱藏的貨物,如被販賣的個人群體或化學、生物、核、放射性或爆炸材料。

作戰角色

"殺傷鏈"指的是為實現作戰效果所需的一系列事件。使用'殺戮'并不意味著該過程的結果是某人或某物的死亡,而是意味著多個相關的過程步驟導致了一個明確的和期望的結果。盡管殺傷鏈出現在許多文件中,并被大多數用戶所理解,但它似乎并沒有一個理論上的定義。然而,在不同的戰爭領域,殺傷鏈的步驟通常包含一些發現、修復和完成的組合,或者,更廣泛地說,情報準備、探測、定位、瞄準和接觸。

殺傷鏈方法已被用于描述從瞄準高價值個人到加強部隊準備的過程[8]。

USVs可能會增強,而不是取代任何現有的能力,部分原因是大多數載人平臺的多任務角色,至少在最初。USVs可能會改變、轉移和/或強加給被支持的船只或指揮節點上的人員的額外功能,而這些新功能將需要與現有的任務責任相協調。

根據USVs的能力/傳感器/有效載荷,從戰術指揮軍官的角度來看,可部署的USVs將只是他完成其目標和任務的另一種資產,而不會明顯偏離理論上對載人資產的使用,它們各自帶來的優勢和劣勢。

6 未來的實踐和挑戰

研究和開發正在快速發展,原型在達到全面作戰能力之前就有被淘汰的危險。傳感器技術、照相機和人工智能的持續進步將繼續促進這一步伐;然而,今天的USV有能力和相關性,但并非沒有挑戰。自主性方面的進展是漸進的,但過渡到能夠對環境中的意外變化作出反應的系統還沒有發生,而且可能在很長一段時間內不會發生。

自主性

隨著自動駕駛車輛自主水平的提高,它們所能執行的任務的數量和復雜性也會增加。更復雜的任務需要更多的決策能力。例如,某些USVs可能有能力提供高保真成像,而不考慮其機動能力。當前和未來的USV的能力和局限性必須在規劃過程中及早考慮到。最后,自主性的提高將使任務越來越復雜,并將為指揮官提供更多的價值,特別是對于通信能力受到影響或不可行的系統(例如,GPS拒絕或水下UV)。

隨著適應性和越來越智能的自主性的發展,控制能力必須/將變得更加強大。這些系統參與合作自主行為的潛力將越來越大,允許這些飛行器群作為強大的、容錯的和自適應的網絡一起運作。UUVs和USVs都有可能為執行海戰任務做出重大貢獻,特別是在與其他有人和無人平臺、傳感器和通信節點整合成一個系統配置時。

盡管開發工作的重點是多功能、模塊化的高度復雜系統,但一些更有前途的自主性用途可能是使用簡單的系統,對大多數功能進行有限的自主性。此外,我們必須開始建立系統之間相互協調的能力,這也是系統的系統概念的一部分。擁有大量合作的單傳感器平臺可以大大加快殺傷鏈的時間線(蜂群)。

與最復雜任務相關的主要限制不一定與自主性有關,而是與其他因素有關。發電和數據存儲等問題仍然構成重大挑戰。因此,在目前的殺傷鏈和作戰概念(CONOPs)下,自主權通常被用來直接復制殺傷鏈中的項目;完全像有人駕駛的系統那樣。交戰規則的政策問題,特別是在處理USV的武器化和增加自主性時,提出了各種可能難以克服的挑戰;因此,通過在循環中插入人類來減緩自主系統的決策將可能在高強度的環境中失去關鍵的時間優勢。這種延遲是一種選擇,不能通過技術改進來緩解。

高水平的自主性將提高無人系統的決策速度,并使這些系統能夠對直接的威脅/行動做出即時反應,這遠遠超過了值班人員和/或指揮官的反應時間(如彈道/高超音速導彈防御)。

人工智能

在無人駕駛系統方面,人工智能已經有了長足的進步。除了下一章討論的法律問題外,基于人工智能的系統的安全性、可靠性和信任度也必須得到詳細的解決。底線是,人工智能必須克服關鍵的認知和信任問題,才能被接受和有效利用[9]。

無人駕駛系統在尺寸、重量和功率限制方面也有獨特的技術要求。此外,目前的許多人工智能數據處理平臺在云環境中運行計算,這可能不適合在通信受阻的環境或水下應用中運行的無人系統。然而,這一挑戰在未來可能會得到緩解,因為工業界開發的系統自主性與機載解決方案可能需要較少的云計算和數據訪問。

數據質量是另一個必須解決的問題,以將人工智能/ML納入無人系統。高質量的數據是自動分析的基礎,也是隨后為支持行動而做出的決定。需要這種高質量的數據來實現更多的自動化,以支持機載戰術處理、蜂群技術、時間主導的決策,并最終實現完全自主。[10]

在不久的將來,人工智能/ML解決方案可能已經成熟到有可能將其嵌入無人系統的程度。隨著系統的心態逐漸包括更多具有AI/ML能力的USV,細化CONOPS以包括這些系統在有人/無人搭配中的整合將越來越重要。人工智能的發展應側重于開發獨特的集成能力,以加強無人駕駛和有人駕駛系統之間的互操作性。

增加人工智能/ML將使無人系統能夠執行更大范圍的任務,這將直接提高作戰能力。更高保真度的人工智能也將消除對人類操作員持續輸入的需求。這將允許同時對多個無人資產進行更高層次的控制或監督,并通過減少操作人員的認知負荷來提高有效性,使操作人員能夠做出指揮決策并執行其他高層次任務。自主系統之間的機對機互動將促進效率,特別是在復雜環境中,通過實現自我組織、任務分工和活動協調。自主系統攝取、處理和分析大型復雜數據集并通過數據可視化向人類傳達有價值的數據趨勢或相關性的能力,將對人類和自主系統都有好處。

未來幾十年,無人系統能力的擴展將在很大程度上取決于在部隊結構中有效地組合人類和自主系統的能力。在中期,自主算法、改進的傳感器和計算機處理將改善人類和機器的合作,從任務級支持發展到行動支持,并將允許機器在各種行動中直接協助人類。最后,從長遠來看,人類將與幾乎完全自主的無人系統組成綜合團隊,能夠在有爭議的環境中開展行動[10]。

軍事行動將需要無人系統和人類(即飛行員、海軍陸戰隊員、水手、士兵或平民)之間的團隊合作。人機界面(HMI)是人類操作和從無人系統收集信息的機制。人機界面的直觀和高效程度將直接影響任務的成功。人機界面在歷史上一直是針對特定領域和/或車輛的,導致該部獲得了多個獨立的非集成系統。設計和實施的重點是單個無人駕駛系統的控制,而不是任務或使命目標。

在未來,最好是讓每個操作員控制多個無人系統,從而將人的角色從操作員轉向任務管理者。為了確保靈活性,人機界面必須支持一系列的控制選項,在這些選項中,人既可以是對自主系統沒有控制權的 "脫環",也可以是監督無人系統的 "在環",或者是行使命令控制特定車輛的路徑或有效載荷的 "在環"。能夠實現多車輛控制的人機界面將能夠支持新的能力,如無人系統合作提供廣域搜索;從多個角度檢查目標;跟蹤移動目標;以及中繼通信以減輕 "失聯 "情況。此外,新的人機界面有必要支持未來的戰爭團隊概念(如蜂群和 "忠誠戰術僚機"),以管理增加的可用信息和更復雜的控制傳輸和協調要求。

法律問題

USV是否可被視為 "船只 "或 "船舶 "是一個具有法律意義的決定,因為符合條件的船只擁有某些權利。國際法中沒有任何內容表明,USV不能被視為 "船只 "或 "船舶"。另一方面,也沒有任何規定說它們可以或必須被這樣認為。這個問題的解決對USV來說具有關鍵意義,但不幸的是,有一些復雜的情況使這一決定變得非常困難。

在《國際海上避碰規則》中,"船舶 "一詞經常出現("船舶 "一詞在《國際海上避碰規則》中沒有定義)。事實上,該條例只適用于條例定義中所說的 "船舶"。COLREG的規則1規定:"本規則適用于公海上的所有船只和與之相關的所有可供海船航行的水域"。COLREG規則3(a)對 "船舶 "進行了定義,其中指出 "船舶 "一詞包括各種類型的水上交通工具,包括用作或能夠用作水上運輸工具的非排水船(...)。第5條規定,每艘船都應通過視覺和聽覺以及在當時的環境和條件下的所有可用手段,隨時保持適當的觀察,以便對情況和碰撞的風險進行全面評估。這是自主或無人駕駛船只的法律問題的評論員們更加堅持闡述的主要障礙之一:為了有效執行,船上必須有人在場。在任何情況下,不管這是否仍然是不可能的,對COLREG規則的修改可以使無人駕駛的船只合法地運行。

就更精確地定義USVs的地位而言,故障點在于以下幾個方面[11]:

i. USVs應該被視為獨立的實體,還是作為其部署平臺的附屬品或組成部分?

ii. 哪些(如果有的話)USVs可以被視為 "船 "或 "艦",哪些(如果有的話)不能(在這種情況下,它們必須被視為其他東西,如 "設備 "或 "物體")。

iii. 對于那些可以被視為 "船只 "或 "船舶 "的USVs,如果有的話,哪些可以進一步被視為 "軍艦"?

iv. 對于有武器的USVs,哪些可以被認為是運送武器的 "發射或運載平臺",哪些本身可以被認為是 "武器或武器系統"?

簡而言之,將USV稱為 "船 "或 "艦 "并非沒有困難4。可能需要對法律進行修改,或者對某些現有的法律條款進行擴展性解釋,以使無人駕駛的水面飛行器被視為符合適用于船舶的法律和法規。

軍艦是為非商業目的運營的政府船只的一個特殊子類,它本身就是一類船只。聯合國海洋法公約》第29條將 "軍艦 "定義為:: "屬于一國武裝部隊的船舶,帶有區別其國籍的外部標志,由該國政府正式任命的軍官指揮,其名字出現在適當的服役名單或同等的名單上,并由受到正規武裝部隊紀律約束的船員操作。" 乍一看,USV似乎永遠不可能有資格成為軍艦,因為除其他問題外,它不會有船員。

對第29條 "軍艦 "定義中的各個組成部分進行細分,可以得出以下結論:軍艦必須是一艘船;該船必須屬于一個國家的武裝部隊;軍艦必須有表明其國籍的外部標志;軍艦必須由該國政府正式任命的軍官指揮,其名字必須出現在適當的服役名單上。這里的要求的實質是,必須有人--具體地說,是一名正式任命并列名的軍官--實際行使對船舶的控制。這個人不一定要親自在船上行使必要程度的控制權。

最后,一艘軍艦必須由受正規武裝部隊紀律約束的船員來操作。同樣,"船員 "不一定要在軍艦上;如果遠程控制人員或程序員是受正規武裝部隊控制的個人,那么無人艦艇就符合 "人員配備 "的要求[11]。

USV的地位具有重要的法律影響。艦艇/非艦艇/軍艦問題的解決將決定它在多大程度上有權行使某些航行權利,允許特定的豁免權,有資格履行一些重要的海事職能,受其他國際海事法律制度的約束;并有權行使交戰權利[11]。

從享有權利和免除義務的角度看,將USV定性為軍艦對作戰國來說是最合適的。這種定性取決于兩點:滿足《海洋法公約》第29條對 "軍艦 "的定義,以及接受被如此定性的USV可被視為 "船只 "這一事實。

對于自主武器化的USV,本身并沒有禁止。相反,與所有其他武器系統一樣,USVs的使用必須符合武裝沖突法。這一結論與美國國務院無人機問題法律顧問得出的結論相一致: "戰爭法并不禁止在武裝沖突中使用技術先進的武器系統--如無人駕駛飛機或智能炸彈--只要它們的使用符合適用的戰爭法。" "那么問題是,這些系統的使用方式是否對其合法性提出了挑戰。

7 結論

盡管在過去的20年里,USV的能力有了廣泛的增長,但許多最有希望的技術進步仍然處于研究和實驗的領域。自主性和有保障的通信是USVs行動中的力量倍增器,但這些能力在短期內將是有限的。USV的發展也可以通過商定一個具有模塊化有效載荷的共同USV平臺,以及投資于提高USV續航能力的技術而得到加強。

從UAV和UUV操作中得到的一個廣泛接受的教訓是,無人系統并不是真正的 "無人";更準確地說,它們是 "無人居住"。隨著自主性的增加,每個無人系統所需的操作人員數量將減少,這似乎是一種直觀的期望。然而,可能存在技術、維護或文化上的限制,需要一定數量的USV控制和支持人員,特別是在USV在有人和無人艦艇的混合海軍部隊中運行的情況下。

計算能力的提高使機器能夠完成更多過去由人類完成的重復性和高要求的工作。這些工作職責的范圍從簡單的自動化任務到更復雜的人工智能應用,直至自動駕駛車輛和農業設備。事實上,軍隊正越來越多地采用自主和半自主機器,以減少人類在危險環境中長期作業的風險或提高軍事效力,海軍也不例外。

人工智能和機器人技術的進步很可能繼續下去,并導致更廣泛地使用機器,特別是在危險環境中的重復性任務,這種環境對于在軍隊服役的人來說非常熟悉:

  • 完全自主化的進展一直很穩定,但過渡到能夠對環境中的意外變化作出反應的系統還沒有發生,而且可能在幾年內不會發生。

  • 如果沒有大量的投資和開發,設想中的無人駕駛車輛的軍事應用是不可能發展的。

  • 在目前的殺傷鏈和作戰概念下,通常采用自主權來復制有人系統進行的行動。

  • 政策--與自主系統及其應用交戰規則的能力有關的法律問題確實存在。這些系統在設計上不可能避免這些問題,也不可能避免人類的積極監督。通過在循環中插入人的行動來減緩自主系統的決策,很可能會在一個高強度和快速變化的環境中喪失關鍵的時間優勢。接受這種延遲,現在是,將來也是,一個無法通過技術改進來緩解的指令性道德決定。

除非依靠決定性的威懾,海洋控制基本上可以通過兩種方式實現:通過封鎖消滅或遏制對手的海軍力量,并通過反潛、反空、反水面、海軍水雷、電子和聲學、打擊、兩棲、特種和沿河聯合或單兵作戰來實現。

所有上述類型的戰爭都可以有效地看到USVs的有益整合,特別是在武器化的情況下,確保在更大的區域、更多的時間、更少的成本和更少的風險下進行海洋控制,而不是部署有人的平臺。當然,在有些任務中,有效載荷的重量、續航能力以及其他作戰和戰術要求(包括潛在的阻礙性法律考慮)將排除對無人駕駛能力的完全依賴,而是尋求與傳統載人平臺的協同合作。在任何情況下,無人系統,特別是無人水面飛行器,都非常可能被廣泛部署,以支持國家和盟國的戰略。

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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。

幾十年來,影響作戰行動一直是現代軍事行動的一部分。在20世紀下半葉,特別是在不對稱戰爭的背景下,利用信息來迷惑或操縱敵人,甚至是平民百姓的做法越來越多,并被證明是非國家行為者取得政治勝利的主要因素,如在越南。然而,隨著網絡空間和隨之而來的全球社交網絡帶來的通信加速,技術也帶來了重大變化。因此,技術一直是信息戰的核心,允許在準即時的時間范圍內接觸更多的受眾。因此,新興的信息技術,特別是基于人工智能的技術,可以啟動軍事影響行動的新的重大演變。由于有可能產生虛假的個人、虛假的視頻和對某個問題的虛假共識,混合戰爭可能進入一個新的時代。此外,級別較低的軍事強國和非國家行為者也可以從越來越容易獲得這些技術中受益,對于正規軍和混合威脅行為者來說,經過適當培訓的人員仍然是需要克服的主要障礙。

1 引言

自20世紀60年代和70年代以來,主要的武裝部隊都認為信息領域是一個重要的戰場,是對傳統的物理領域,如陸地、海洋和空中行動的補充。二戰期間影響行動的重要性,包括在霸王行動(1944年入侵諾曼底)的計劃中,有專門的心理和信息行動,如 "保鏢 "或 "毅力",突出了這種行動的潛在重大影響,事實證明,這些行動具有特別的意義,也體現在其成本效益方面。這些行動的主要目的是通過傳播信息對目標受眾的心理產生直接影響--無論是本土受眾、敵軍還是戰場上的平民,等等。

在這方面,可以使用幾種戰術,從傳播偽造的信息(假信息)和利用信息鼓勵特定的行為(操縱和欺騙)到通過發動故意誤導的智力攻勢癱瘓敵人的決策系統(陶醉)。這些戰術與戰爭本身一樣古老,但隨著信息和通信技術的發展,它們不時地重新煥發活力,可以更快更廣泛地進行廣播,接觸到新的受眾并產生更強的影響。

然而,數字革命似乎正在為影響力行動帶來一個新的時代,它既能創造新品種的偽造影響力產品,又能迅速降低專用工具和系統的成本。這種情況可能使各種行為者,無論是國家還是非國家行為者,都能實現高度的復雜性,特別是在混合威脅的背景下。由于信息操作一直是不對稱戰爭中的一個有利工具,新興技術,特別是人工智能(AI),可能會加速它們在未來沖突中的使用。

這篇研究論文的目的是探討隨著新興的--主要是基于人工智能的--數字技術的崛起,影響力行動的格局發生了變化,這些技術可以提供新的內容和新的傳播能力。文件的第一部分將考慮自20世紀末以來數字技術的發展及其在影響力行動中的使用,因為武裝部隊和國家行為者試圖應對非國家行為者對數字工具的使用,主要用于宣傳和招募。在第二部分中,本文將探討新興數字技術在深度偽造、在線社區滲透、人工創造嗡嗡聲方面創造的新的可能性,以及它們在影響力行動中的可能使用。還將探討獲取技術的問題,因為它是混合戰爭方面需要克服的一個主要障礙。本文的最后一部分將重點討論這些技術在混合戰爭中的潛在用途,以正在進行的烏克蘭戰爭為例。

2 數字時代的影響行動

在20世紀90年代末至21世紀,武裝部隊不得不調整其影響理論和行動,以適應數字技術的崛起。正如在阿富汗和伊拉克的行動所體現的那樣,他們面臨著雙重挑戰:隨著士兵手中個人IT設備的興起,他們要控制自己一方的通信,以及在數字戰場上與叛亂分子或武裝恐怖組織的斗爭,他們雄心勃勃地要利用這些數字技術開辟一條新戰線。西方武裝部隊很快發現,全球通信能力可能成為他們必須主導的一個特別強大的戰場,因為主要的經驗教訓是,數字技術可以以相對較低的成本對戰區內外產生重大影響。

2.1 應對技術

應對技術演變的需要是現代軍事行動的主要問題之一,特別是考慮到信息領域源自民間的技術發展,包括大規模的數字通信使能器。它們已經對軍事行動產生了重大影響,因為21世紀的第一批關鍵行動,即阿富汗的 "持久自由 "和伊拉克的 "伊拉克自由",突出了數字技術的重要性。參與這些行動的西方士兵使用個人數字錄像機和社交網絡賬戶,塔利班和伊拉克叛亂分子迅速使用數字媒體通信,展示他們對西方聯盟的軍事能力,這些都突出了數字戰場的突出地位。基于信息技術的個人技術的廣泛使用適當地開創了軍事通信和宣傳的新時代。

這里的問題是,武裝部隊在應對技術發展的加速時遇到的困難,以及公眾對其中一些技術的容易接觸。自越南戰爭以來,西方軍隊已經意識到,他們需要在地方和全球層面采取行動來贏得戰爭,而不僅僅是通過純粹的動力手段。需要闡明戰略通信(stratcom)以加強本土民眾對軍事行動的共識,并影響戰場上的行動以及對當地民眾和敵對勢力的行動層面,這就創造了一個具有多層次互動的信息-行動關系。數字時代增加了一層新的復雜性,不僅在空間(國土與戰場)方面難以銜接,而且在時間方面也難以銜接,因為數字技術允許準實時通信,需要與信息行動計劃化過程一起進行,這有時是很麻煩的。

2.2 理論上的差距

關于西方武裝力量(北約、美國、歐洲)在信息戰方面的理論演變,在戰略-行動-戰術層面和本土-戰場層面之間存在著傳統的分離-和互補。在越南戰爭之后,吸取的教訓導致了70年代和80年代軍事理論的重新定位,通過嵌入記者、使用專業級戰略通信以及需要將信息本身視為一個軍事領域,更好地整合大眾媒體及其影響。這些變化使得心理作戰(對敵人或民眾的行為和心態采取行動)和信息作戰(通過信息和媒體采取行動)的能力得以發展,以支持動能行動。從20世紀80年代開始,信息被認為是一個價值鏈,闡明了發射者、信息、媒介和接受者。因此,任何信息行動的成功都與在所有價值鏈要素之間建立一致性的能力有關。這些考慮和理論上的變化促成了聯盟在1991年海灣戰爭中的成功,導致了全球媒體的主導地位。因此,信息行動專家可以通過控制媒體(通過記者嵌入軍事單位)和信息(通過直接向大眾媒體提供圖像和文件)來構建自己的戰爭敘事。

然而,這種信息主導地位是短暫的。海灣戰爭是一場不對稱的戰爭,在國家和正規武裝力量之間進行。因此,沒有必要對信息戰和不對稱性之間的關系進行深入分析。然而,新技術的發展引起了全球信息的提供和消費的動蕩。自21世紀初以來,通信網絡之間的相互聯系產生了一個新的通信地理,理論上任何信息都可以在世界范圍內即時到達,從而模糊了領土之間的邊界。因此,幾乎沒有任何可能性可以與海灣戰爭時代相比,施加信息主導權,信息提供能力越來越多地被包括非國家行為者在內的各種行為者所獲得。到2000年代中期,正規武裝部隊和非國家行為者--有時被用作代理人--在信息領域爭奪全球受眾的注意力。

為此,武裝部隊必須同時在兩條戰線上行動--在本土,需要維持民眾對軍事行動的支持,在戰場,需要影響當地民眾和敵人--包括不同的受眾和看法,有時還具有矛盾的取向。2006年的第二次黎巴嫩戰爭表明了信息行動的重要性,特別是在戰爭的第二階段,黎巴嫩真主黨在物質領域和信息領域采取行動,對整個中東地區的觀眾以及西方觀眾施加影響,包括通過黎巴嫩僑民。數字內容的創作包括偽造的圖片和視頻,特別是關于對以色列薩阿5級輕型護衛艦INS Hanit的攻擊,這些內容被用來強調真主黨特工人員在任何地方--包括在海上--進行攻擊的能力,以平衡真主黨的 "低成本戰士 "與處于軍事技術前沿的主要力量之間的不對稱。

然而,近年來,西方主要武裝力量--以2006年后的以色列為榜樣--對理論和行動指南進行了深入的重新評估,以應對基于信息的威脅,包括在日益增長的混合威脅背景下,模糊了國家和非國家行為者之間的區別。這種變化也必須在西方武裝力量的全球理論演變的背景下加以考慮,同時多領域整合也是其中的一個關鍵因素,也是在促成聯合能力方面的一個關鍵因素。

近年來,隨著基于人工智能技術的快速發展,出現了另一個重大技術變革。2005年,從信息1.0到信息2.0的轉變對軍事行動產生了重大影響;從信息2.0到信息3.0的轉變也可能改變行動,特別是在混合威脅日益嚴重的情況下。

3 基于人工智能的技術興起

3.1 從娛樂到惡毒的意圖

在20世紀80-90年代出現的網絡空間和2000-2010年代出現的社交網絡之后,新出現的主要信息技術是圍繞人工智能在通信中的使用,以及在整個信息技術相關部門的使用。人工智能技術在軍事影響領域似乎特別有意義,特別是為了精心制作專用信息。為特定的目標受眾創建相關內容是信息運營的最關鍵階段之一。然而,人工智能相關技術在內容創建之外還可能有其他用途,包括創建虛假資料。

創建一個可信的化身來傳播信息往往是影響力行動的第一個--如果不是最常見的--陷阱之一。在這方面,擁有一個既值得信賴又不會危及負責實施這些行動的操作者的身份是一個重要問題。人工智能技術可以為這個問題提供可行的解決方案,其中一些基于機器學習的技術有能力利用專門的算法提高圖片的分辨率,并允許從固定圖像中創建視頻,以及其他應用。

這種基于神經網絡的技術,對于分析衛星圖像以獲取情報非常有用,也可以被轉用于創建完全虛構的圖像。這些使用生成式對抗網絡(GAN)創建的深層假象,自2014年以來一直被記錄在案,其在社交網絡中的使用明顯增加,用于建立虛假的個人資料,通常具有社交工程的目的。 在這種情況下,基于人工智能的深度偽造技術可用于以下方向的影響行動:

  • 阿凡達創建:目的是創建一個完全虛構的人,使用圖片甚至動畫圖像,可以用來滲透到一個特定的社區,納入目標受眾可識別的身體或道德特征。為此,有必要使用盡可能多的關于目標社區的數據來訓練負責創作的人工智能,以便獲得最大數量的特定特征。由此產生的假人有多種用途,特別是在智能方面:映射人際網絡、插入討論、網絡釣魚等等。GAN創建的化身現在被用于某些電視頻道--尤其是在中國--成為第一個準人類的虛擬主持人。同樣地,使用GAN創建的假人在社交網絡中的存在感更強。

  • 利用真人偽造言論:在這里,深度偽造的目的是利用公眾人物的形象--如政治領袖或軍事指揮官--將他們置于尷尬的境地,或讓他們說出他們從未說過的話。這種 "2.0偽造系統 "由于有冒充政治和軍事通訊的傾向而特別有用。這是一種典型的顛覆手法,即把反對派領導人描繪成殘酷/軟弱/騙子等,使其處于不利地位。所部署的戰術不能被認為是特別創新的,但近年來,利用名人和用GAN制作的視頻有了驚人的增長。許多例子在社交網絡上流傳,以巴拉克-奧巴馬或唐納德-特朗普的演講為主題,這些演講往往是陰謀性的。由于有許多特定人物(如美國總統)的圖像或視頻可用,因此可以通過融化許多多角度的圖像樣本和聲紋來制作極其逼真的假視頻。

在這一領域,考慮軍事反影響也是相關的,特別是檢測深度偽造和GAN生成的圖像和視頻。鑒于混合威脅行為者的數字影響知識的增加,這種能力在幾年內應該成為武裝部隊的關鍵。考慮到目前馬里和中非共和國的局勢以及瓦格納集團在針對法國武裝部隊的虛假信息和影響行動中的牽連,很明顯,俄羅斯支持的團體和個人已經在利用社交網絡和電子通信參與數字和非數字影響行動。如果這些行動的技術水平仍然是低到中等水平,那么在撒哈拉以南非洲,數字技術的使用迅速增加,可能會導致在未來幾年內利用基于人工智能的系統。

除了這個打擊國家或國家代理人(如瓦格納集團)的問題,考慮非國家行為者使用這些技術的假設也很重要。例如,ISIS成功地建立了一個具有多語言實體和產品的專業級通信系統(例如,Dabiq、Dar al-Islam雜志)。ISIS的宣傳機器特別依賴于專業或半專業技術的使用,如用于圖像和視頻錄制的無人機,或計算機圖形軟件。在這種情況下,可以預見,主要的非國家行為者--包括一些國家支持的行為者,如真主黨--可能會在中短期內使用基于人工智能的技術來達到數字影響的目的。

3.2 超越深度偽造

此外,信息業務的主要挑戰之一是創建 "音箱",在創建信息后,提供傳播的振幅,以獲得預期的效果。

除了創造孤立的個人或單一的深度偽造視頻之外,危險更在于被稱為虛構算法投影的復雜沉浸式系統。利用基于人工智能的技術,他們創造了大量的虛假數據,以實現多層次的互動,并可能導致創造大量的假人互動的能力,例如,給人以群體內達成共識的印象。由于趨勢和流行是社交網絡的核心--正如谷歌排名和熱門推文等概念所強調的那樣--有可能模仿多個賬戶之間的對話,可能會導致利用雪球效應傳播信息。

除了深度造假和內容創作之外,廣播問題也是影響力運營的一個主要障礙。覆蓋大量受眾一直是一個重要問題,尤其是在數字媒體普及率低的地區的不對稱戰爭中。2000年代,在阿富汗和撒哈拉以南非洲,幾乎沒有使用過數字影響力行動,因為當地民眾依靠傳統媒體,主要是廣播或電視來獲取信息。因此,通過數字工具產生的影響主要面向歐洲和美國的受眾,塔利班、伊拉克叛亂分子或索馬里青年黨武裝分子等武裝團體大量使用社交媒體,包括通過鼓動宣傳(agit-prop)戰術,對西方受眾進行造謠。

然而,隨著寬帶移動網絡的全球部署,特別是基于5G的網絡,情況正在發生變化。5G的帶寬可以傳播高質量的視頻內容,并能接觸到大量的目標,在歐洲和美國以外的越來越多的地區實現大規模的受眾影響戰略。比起地面寬帶網絡,在美國和中國主要公司的支持下,隨著低地球軌道(LEO)衛星群的發展,空間和地球之間的耦合也可能通過覆蓋新的領土和增強地面網絡的帶寬和彈性來加強大規模數字通信系統。將5G、超越5G和低地軌道通信網絡和協議與Telegram、Signal或WhatsApp等即時通信系統結合起來,應該會使深度偽造和影響信息的傳播更加簡單,可能會產生非常顯著的滾雪球效應。

4 混合戰爭的完美工具?

信息行動在現代戰爭中的重要性必須與這種行動的成本效益聯系起來。對于軍隊來說,使用影響力專用工具和大規模的信息作戰活動仍然難以發展,因為仍然無法精確評估結果。因此,一些軍事指揮官仍然不愿意使用這些能力,因為其結果在很大程度上是不可預見的,而且其表現也很難分析。在面對非國家或混合型威脅行為者時,影響行動往往很耗時,也被認為難以實施。

另一方面,非國家和混合型威脅行為體往往渴望參與影響戰術以進行不對稱戰爭,然而,對于非國家或代理行為體來說,獲得復雜的技術仍然是一個問題。基于人工智能的技術目前被認為是新興技術,它們需要特定的技能和設備來為其信息行動創造令人信服的化身和內容。由于技術和技術技能是關鍵問題,需要分析它們對廣大受眾的可用性,以評估基于人工智能的技術被混合威脅行為者和非國家行為者用來欺騙或迷惑對方力量的可能性。

2020年,Hwang提出了一個評估基于人工智能的深度偽造技術擴散條件的模型。確定了四個不同的瓶頸:訓練數據、專業硬件、技術專長和軟件。

  • 談到訓練數據,正如已經強調的那樣,軍事和政治通信的重要性有助于混合威脅和非國家行為者獲得大量的數據,用于訓練人工智能系統,以相對容易地創建政治領導人或軍事指揮官的深度假象。

  • 專用硬件是一個更困難的問題,因為一些最強大的專用處理器--如x86類--屬于雙重用途的出口法規,如美國的出口管理條例,因此受到審查。然而,在中國,由華為、中興或Cambricon等公司開發的新一代高容量處理器,可能會在未來幾年內,在成本大幅下降的同時,導致大量傳播。例如,對嵌入個人設備市場的人工智能技術的分析表明,預計人工智能芯片在智能手機中的使用會越來越多,這表明人工智能芯片在下一代主流智能手機中的使用可能會快速民主化,使其容易被廣泛的參與者所接受。

  • 對于混合威脅和非國家行為者來說,技術專長也是一個復雜的問題,因為基于人工智能技術的人力資源被認為是短缺的,對最富有的公司也是如此。因此,吸引具有足夠知識的人創建算法和基于人工智能的系統可能會對這些行為者構成重大瓶頸,強調了國家在這一特定領域支持的重要性。

  • 相反,軟件并不是一個主要的問題,因為很多對創建GAN和深度偽造有用的AI專用軟件都是開源的。谷歌TensorFlow是最流行的人工智能訓練平臺之一,具有高度的靈活性,是一個主要的例子,它以非常低的成本提供了立即獲得中等質量的深度偽造的工具。

利用基于人工智能技術的黃氏價值鏈進行深度偽造的一個中間結論是,人力資源對混合威脅和非國家行為者的重要性。由于大多數技術元素已經可用,或者正在經歷快速的成本下降和可用性增加,具有必要知識的人員問題仍然是關鍵,以創建和維護深度偽造的專門能力。

4.1 烏克蘭戰爭:第一場由深度偽造支持的沖突?

在最近的烏克蘭戰爭中,深度偽造被用來支持軍事行動,特別是在俄羅斯方面用于欺騙目的。2022年3月16日,烏克蘭電視頻道 "烏克蘭24 "似乎被親俄黑客入侵,導致播放了據稱是總統澤倫斯基的書面信息,呼吁烏克蘭士兵投降。同一天,即時通訊系統Telegram上播放了使用沃洛基米爾-澤倫斯基的臉的深度偽造視頻,宣傳烏克蘭士兵要向俄羅斯軍隊投降的相同信息。這段假視頻也被發布在幾個社交媒體平臺上,包括克里姆林宮間接監督下的俄羅斯Vkontakte。在對立面,社會媒體上也播放了弗拉基米爾-普京的深層假象,凸顯了這種技術的使用越來越多。

然而,這段烏克蘭總統的假視頻似乎相當簡單,澤倫斯基的聲音樣本質量不高,而且動畫中存在技術問題。因此,這個假視頻很快就被揭穿,對烏克蘭民眾幾乎沒有任何影響。然而,在戰時使用深層造假的方式將一位主要的政治領導人納入其中是影響力行動的一個新特點,再加上同時在網絡空間黑掉烏克蘭24電視臺的行動。

就混合戰爭而言,網絡和信息領域的行動結合在一起,符合俄羅斯的maskirovka或欺騙的習慣。此外,使用混合威脅和非國家行為者也可以理解為繞過YouTube或Facebook等主要社交媒體平臺禁止俄羅斯直接支持的視頻頻道的決定。這里的主要問題仍然是民眾的數字素養。即使是中等質量的深度造假,針對數字文化水平和媒體造假意識較低的人群,也可能導致重大的現實影響,如抗議甚至騷亂。

在戰爭和戰略史上,欺騙敵對軍事力量、迫使投降或癱瘓指揮系統的影響行動是相當傳統的。隨著以人工智能為基礎的技術的預期發展,以及它們對廣大公眾的可用性,這些行動的復雜性可能達到一個新的水平。幸運的是,深度造假檢測--同樣使用GAN--同樣被國家和主要IT公司開發和資助,因為大規模深度造假影響活動的風險已經被考慮了好幾年。

5 結論

信息技術的加速發展在20世紀末創造了一個新的通信時代,通過使用網絡空間,可以準即時地訪問世界上的任何文件或信息。2004年后興起的Web2.0深化了這場傳播革命,它廢除了信息提供者和信息消費者之間的傳統圍墻,使所有用戶都成為潛在的信息準消費者(生產者-消費者)。然而,將網絡空間視為和平與穩定的助推器的樂觀看法,以及其提高意識、允許自由言論和自由信息的能力,證明是對現實的扭曲。21世紀的第一批沖突表明,信息技術和網絡空間可以被惡意用來設計和實施針對大眾受眾和特定社區的影響行動,特別是在西方。諸如ISIS、塔利班或真主黨這樣的非國家行為者被證明是數字通信宣傳和影響的重要用戶。

如今,內容創作和廣播方面的新興數字技術可能對沖突產生重大影響。基于人工智能的技術的興起,提供了創造逼真的深度偽造的可能性--可以很容易地獲得創造這些扭曲的視頻所需的大部分元素--以及未來能夠廣播高質量視頻內容的電信網絡,是武裝部隊必須處理的突出特點

對于混合威脅行為者來說,獲得這些能力的能力可以加強針對國土和戰場受眾的影響和信息行動。因此,所有主要的信息戰和心理戰戰術,如欺騙,都可以從這些新興的數字技術中受益,并有可能實現偽造的自動化。2022年的烏克蘭戰爭表明,使用深度造假是一個新興的趨勢,即使播出的視頻看起來相當不復雜,但必須記住,我們只是處于人工智能驅動的影響力時代的前夜。

因此,北約、歐盟和歐洲國家應考慮對利用信息領域的影響力和反影響力行動的理論和程序進行重大更新。隨著在烏克蘭使用深層假象,出現了發展利用GAN技術檢測和反擊深層假象的內部能力的需要。因此,在不久的將來,使用基于人工智能的技術來制造虛假言論和視頻可能會成為常規和非常規戰爭中的一種新常態。對專門人員的培訓對于獲得如何應對信息戰3.0的必要知識至關重要。由于大多數影響培訓在歷史上一直圍繞著心理學和傳統媒體的使用,現在有必要隨著基于人工智能的技術越來越重要而增加一個新的層次。

由于這些技術不僅與軍事有關,而且在性質上不能被視為 "軍事裝備",因此可能不會有法律機會來限制其使用。然而,未來需要解決的問題是,即使在民主世界的武裝力量的公開戰爭背景下,使用人工智能偽造的內容是否可以被視為符合道德。

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本專著的目的是從防空歷史和空中力量穿透這些防御的工作中提煉出教訓。它從第一次世界大戰、第二次世界大戰、越南、"沙漠風暴 "以及俄羅斯和中國的現代發展中確定了六條經驗。這六條經驗為空軍和地面部隊在未來進行壓制敵方防空(SEAD)和滲透行動的努力提供參考。本專著探討了聯合部隊應如何對待SEAD任務的問題,以及來自陸地領域的部隊是否應在穿透地基防空系統方面發揮更重要的作用。

T.R. Fehrenbach提醒我們注意戰爭的一個持久特征。無論我們的技術變得多么復雜和先進,武裝沖突仍然需要士兵參與。空中力量理論家認為,在未來的戰爭中,人類可能不再需要近距離的暴力對抗,僅靠空中手段就能達到目的。雖然純粹的空戰仍然是一個遙遠的想象,但地面部隊將繼續奮勇向前,與泥濘中的人們一起奪取目標。本專論并不是說空中力量是不必要的;相反,它是至關重要的。空軍的覆蓋面和影響力已經與地面機動密不可分,在最近的戰爭中,空軍已經成為軍隊進攻的必要先導。然而,空中優勢作為地面進展的先決條件的模式可能不再成立了。移動式和便攜式防空系統的擴散,加上危害地面部隊的遠程打擊能力,無論其位置如何,都可能迫使地面作戰先于其空中補充。

本專著討論了聯合部隊在未來應如何進行壓制敵方防空(SEAD)。它考慮了攻擊性空軍和地面防御者之間的斗爭。具體來說,它討論了防空系統的進步已經發展到了美國空軍無法繼續承擔壓制和穿透它們的主要份額的程度。在未來,美國陸軍可能不得不對綜合防空系統(IADS)進行第一輪打擊,為美國空軍開始空中優勢的戰斗打開大門。

海上防空對于地面部隊的機動自由至關重要。在減少對手的防空資產之前,敵人的空軍可以隨意攻擊機動編隊。自從20世紀初早期的飛行者從飛機上投下第一件武器以來,空中力量對現代機動作戰一直是至關重要的。空中和地面防御系統已經發展到這樣的程度,即一支軍隊如果不首先擊敗其競爭對手的空軍就進行攻擊是不可想象的。迅速而徹底地擊敗伊拉克的防空系統并隨后摧毀其空軍,對于聯軍在 "沙漠風暴 "行動中的快速機動和壓倒性勝利至關重要。 以美國空軍為先導,然后是地面機動的SEAD模式是如此強大,以至于美國和北約的競爭對手注意到并進行了調整。今天的綜合防空系統(IADS)是高度網絡化的,相互支持的,并且是分層深入的。 這些防御網絡,再加上遠程彈藥的出現,造成了一個多層面的問題。國際防空系統迷惑了敵方空軍為其地面部隊建立機動空間的能力,同時遠程火力也使這些攻擊部隊受到威脅。先進的IADS與遠程彈藥的雙重困境,要求我們考慮我們目前的SEAD方法是否足夠。

所提出的假設是,聯合部隊應該作為一個密切協調的地面和空中團隊進行未來的SEAD。美國陸軍應該為反應靈敏、強大和機動的防空和導彈防御系統、遠程精確火力、地面發射的反輻射制導導彈(ARGM)和游動彈藥提供資源。

所采用的方法是對SEAD的歷史、理論和學說的研究。它考慮了SEAD從第一次世界大戰到現在的歷史。反擊空中和導彈威脅(聯合出版物3-01)將SEAD歸類為主要的進攻性反空(OCA)任務。其目的是 "通過破壞性或擾亂性的手段使敵方的地表防空系統失效、摧毀或暫時退化。" 美國部隊發展SEAD是為了應對日益復雜和有效的地基防空系統,它與防空的進步有效地共同發展。本專著中的防空歷史有五個主要部分。第一部分討論了第一次世界大戰中的空中力量發展,以及早期空軍能力的提高如何為地面機動提供了機會。一戰中對空襲的反應導致了二戰期間為防止滲透而對空中武裝進行牽制的武器的產生。二戰的戰斗人員完善了一戰中創造的技術,為進攻的空軍和地面的防御者開發了更致命的瞄準系統和改進的彈藥。在越南戰爭期間,越南人民軍(PAVN)采用了密集的防空武器組合,這需要美國裝備和訓練專門的飛機來壓制北越的防御;這是SEAD能力的第一個例子。接下來,該專著回顧了美國在 "沙漠風暴 "行動中對空地戰的運用,以顯示SEAD的有效性,以及它如何為其他世界大國進一步調整以對抗FM100-5中的理論提供了基礎。 第五章考慮了俄羅斯新一代戰爭(RNGW)、中國遠程導彈以及防空武器的擴散以防止滲透。作者將SEAD理論和學說的演變與歷史實例結合起來,說明空軍與IADS之間的競爭是如何發展到今天的高精尖系統的。最后,該專著提出了一個地面部分未來在對抗現代IADS的戰斗中的貢獻模式。

聯合部隊如何進行未來的海空防務行動,對于各軍種在面對未來的國際防空系統時如何整合和合作至關重要。現代國際防空系統對未來的空中行動,以及暗示的地面行動構成了一個重大障礙。國家和非國家行為者對地對空武器的使用加劇了國際防空系統的瓦解問題。它極大地提高了進行海空導彈和滲透敵占區所需的戰斗力水平。阿富汗圣戰者組織在蘇聯-阿富汗戰爭中使用 "毒刺 "導彈,以及最近在烏克蘭上空擊落馬來西亞航空公司MH17航班,都是這些系統的擴散已經超出既定軍隊嚴格使用的例子。在未來的戰爭中,雙方都可能面臨一個連續的國際防空系統和非正規部隊采用的未聯網的防空。聯合部隊必須開發多種方案來擊敗這些系統,并擴大他們的方法,以最大限度地提高靈活性,使空中和地面部隊能夠對由國際防空系統和獨立的地對空武器防御的對手構成眾多威脅。

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摘要

歷史已經表明,新技術可以大大改變戰爭的面貌。

今天,經歷了第四次工業革命所帶來的創新速度和技術的出現,甚至關于戰爭性質的經典克勞塞維茨理論也會受到質疑。

預計美國將在量子計算領域擁有早期優勢。然而,中國也在探索量子技術的應用,并且已經在量子通信領域超過了美國。因此,認識到量子技術及其應用的重要性,發展其整合,并理解美國《2018年國防戰略》(NDS 2018)中奠定的戰略背景,在作戰藝術的范式下考慮量子技術是非常必要的。

量子技術是一項新興技術,有可能重塑世界,并挑起一場新的軍備競賽。鑒于我們正處于量子技術的早期階段,存在這種技術為美國和她的盟友提供對對手的優勢的可能性,本專著分析了量子技術并研究了它在未來戰爭中的潛在重要性。

簡介

阿瑟-赫爾曼,"贏得量子計算的競賽"

想象一下,一臺計算機可以在不到一眨眼的時間內解決當今最快的超級計算機無法開始解鎖的數學問題。想象一下,一項技術可以讓觀察者看穿墻壁,或者看到世界上最黑暗的海洋深處。想象一下,一種技術可以建立基本上無法破解的全球網絡,同時使對手最秘密的數據瞬間透明。

所有這些都是量子計算機和量子技術的特點,它將在未來幾十年,甚至幾個世紀內定義全球信息技術的未來。它代表了現代歷史上任何一場深刻的革命,而我們正站在它的邊緣,它的所有前景--以及它的危險。

約翰-馮-諾伊曼,《擾亂宇宙》(Disturbing the Universe)

我正在思考比炸彈更重要的東西。我在思考計算機。

歷史已經表明,新技術可以大大改變戰爭的面貌。1939年,一艘德國潛艇在英國南海岸附近的英吉利海峽被俘后,英國情報人員繳獲了一臺德國英尼碼編碼機。在波蘭密碼學家的幫助下,英國專家制造了一臺破譯機,使他們能夠破譯德國的信息,從而使盟國在整個第二次世界大戰期間在戰術和行動上獲得了巨大的情報優勢。

1938年,德國化學家意外地發現了核裂變。由于擔心納粹德國會開發出原子彈,美國政府啟動了曼哈頓計劃。這個項目的目的是制造一顆原子彈,以應對納粹德國制造類似炸彈的威脅。雖然德國在六年的戰爭后向盟國投降,但太平洋地區的對日戰爭仍在繼續。日本在廣島和長崎的兩顆原子彈爆炸后才投降,結束了第二次世界大戰。

英格瑪和曼哈頓計劃都是政府的秘密項目,都有一個刻意的目的,都有科學家、數學家、物理學家和軍方的大規模合作努力。英尼碼的破譯對戰爭的進行產生了重大影響,而曼哈頓計劃則強烈地影響了戰爭的結果,并誘發了更廣泛的戰略影響,這些影響至今仍然存在。

今天,經歷了創新的速度和第四次工業革命所帶來的技術的出現,關于戰爭性質的經典克勞塞維茨理論受到了前所未有的質疑。目前,商業公司正在與重要的大學研究團隊合作,研究量子技術的潛力。量子技術應用的一個最重要的例子是量子計算。

摩爾定律指出,計算機的處理能力將每兩年翻一番。然而,根據物理學標準教科書《量子計算和量子信息》的作者邁克爾-A-尼爾森和艾薩克-L-莊的說法,處理能力的增長正在放緩,摩爾定律預計將在2020年左右結束。因此,Nielsen和Chuang建議,"對于摩爾定律最終失效所帶來的問題,一個可能的解決方案是轉向一個不同的計算范式。量子計算理論提供了這樣一種范式,它是基于使用量子力學,而不是經典物理學的想法"。

盡管今天的量子計算機還不能與傳統計算機競爭,但量子專家預計,量子計算機將在2025年至2030年之間通過 "量子至上 "的節點。 初步跡象表明,量子計算機有可能搜索大量的數據,并比經典計算機更快地解決問題。此外,量子計算機可以打破密碼系統,促進人工智能(AI),并確保通信安全。

預計美國將在量子計算領域擁有早期優勢。行業領先的公司,如谷歌、微軟和IBM,至少在不久的將來應該繼續在美國發展這一概念。然而,中國也在探索量子技術的應用,并且已經在量子通信領域超過了美國。

美國《2018年國防戰略》(NDS 2018)指出,"必須跟上進入門檻較低的行為體新技術的高速發展。"NDS 2018指出,"新的商業技術將改變社會,最終改變戰爭的特征。許多技術發展將來自于商業部門,這意味著國家競爭者和非國家行為者也將有機會獲得這些技術,這一事實有可能侵蝕美國已經習慣的常規超強對抗。"

因此,認識到量子技術及其應用的重要性,發展其整合,并理解NDS 2018中奠定的戰略背景,必須在作戰藝術的范式下考慮量子技術。量子技術是一種新興技術,有可能重塑世界,并挑起一場新的軍備競賽。鑒于量子技術的早期階段以及這種技術優勢對對手的潛在重要性,本專著分析了量子技術并研究了其在未來戰爭中的潛在重要性。

該專著分為五章。第一章列出了關于量子技術的主要內容。第二章將重點討論量子技術的當代應用和趨勢,以建立一個全面的量子技術及其潛力的觀點。第三章將解釋研究方法。專著的第四章繼續介紹了三個場景來說明量子技術在未來戰爭中的應用,最后以第五章結束。

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美國海軍的無人作戰框架和智能自主系統(IAS)戰略解析了美國海軍的愿景,即如何通過迭代實驗來發展無人平臺,重點是發展新的作戰概念和實現這些想法的關鍵技術。美國海軍需要制定一個作戰概念(CONOPS),將無人水面和水下航行器(USV/UUV)納入現有情報、監視和偵察(ISR)流程。無人平臺(UV)面臨著操作和續航方面的挑戰,這將使它們在情報周期的處理和開發功能中成為獨特的難點。本文討論僅限于兩個具有顯著續航能力和收集能力的無人平臺,這兩項能力使無人平臺對作戰具有重大影響。這項工作回顧了關于超大型UUV(XLUUV)和中型USV(MUSV)能力和預期任務的非機密文獻,并與MQ-4C海神偵察機的發展進行了比較。確定了海軍在開發CONOPs時應該考慮的幾個因素和解決方案,如何在戰役層面將XLUUV和MUSV集成到ISR中。

1 簡介

“無人平臺在我們未來的艦隊中發揮著重要作用。成功地整合無人平臺——在海面下、在海面上和海面上空——為我們的指揮官提供了更好的選擇,以便在有爭議的空間里作戰和獲勝。它們將擴大我們的情報、監視和偵察優勢......”--美國海軍作戰司令部,2021年航行計劃

美國海軍目前正在開發一系列無人的空中、水面和水下航行器,以滿足其未來部隊需求。海軍的無人作戰框架和智能自主系統(IAS)戰略解析了海軍的愿景,即如何通過反復實驗來開發這些新平臺,重點是發展新的作戰理念和實現這些理念的關鍵技術。無人平臺將支持海軍的目標,即建立一支更加分散的部隊,能夠在通信退化的環境中作戰,同時在受到反介入和區域拒絕威脅的挑戰時能夠應對。雖然海軍的無人平臺仍處于不同的發展階段,但有足夠的數據表明它們的能力,可以提出新作戰概念,將這些新平臺與海軍長期以來的優先事項相結合。

美國海軍需要制定一個作戰概念(CONOPS),將無人水面和水下航行器(USV/UUV)納入現有情報、監視和偵察(ISR)流程中,無論是在戰斗期間還是在日常的非戰斗行動中。這種CONOPs將支持智能自主系統中至少兩個子類——分布式和持久性傳感器,以及戰斗空間的擴展、清晰化和精確化。無人平臺(UV)雖然有潛在的強大的收集能力,但面臨著操作和續航方面的挑戰,這將使它們在情報周期的處理和開發功能方面成為獨特的麻煩。海軍使用無人平臺作為ISR資產的概念將需要納入這些平臺獨特的適合完成的作戰目標,并且應該在這些平臺能力正在形成和實戰化的時候就開始制定。

為了把重點放在戰爭的戰役層面上,討論將限于兩個具有重要續航能力和收集能力的無人平臺,使它們具有實質性的作戰影響。這項工作回顧了關于超大型UUV(XLUUV)和中型USV(MUSV)能力和預期任務的非機密文獻,并與MQ-4C Triton(一種大型海上無人駕駛飛行器)的發展相比較。它確定了海軍在制定將XLUUV和MUSV整合到作戰層面的ISR的CONOP時,應該考慮的幾個因素和解決方案。分析的重點是在以海洋為中心的戰場上使用這些平臺,對手是在海面下、水面、空中和太空領域使用軍事力量的近鄰或同級對手。提到作戰指揮官時,設想了一個戰區聯合部隊海上分指揮官(JFMCC)和情報人員,在岸上或海上作戰中心(MOC)內運作。

2 背景介紹

美國海軍的分布式海上作戰(DMO)概念是為了在反介入、區域拒止(A2AD)戰場上擊敗競爭對手,它依賴于分布式、網絡化的ISR平臺。ISR資產將定位對手并為武器使用平臺提供目標支持。無人平臺與多域作戰(DMO)概念極其相關,因為DMO設想在對手的對峙或反介入武器的交戰區域內使用海軍資產。海軍23財年的長期海軍建設計劃指出,海軍預計在45財年擁有89-145個無人平臺,并提到更詳細的信息,可在機密的能力發展計劃中獲得。22財年的建設計劃明確指出,海軍正在尋求59-89艘USV和18-51艘UUV。海軍的資金優先級和迭代式無人平臺開發支持CNO將無人平臺作為分布式作戰的一個重要組成部分。

情報、監視和偵察是三個獨立但密切相關的功能,對于軍事行動至關重要。廣義上講,情報是收集和分析與決策有關的信息。監視是使用收集資產來監測一個地點的相關活動,而偵察是將收集資產部署到一個確定的區域,以定位或確認沒有相關活動。當無人平臺用于ISR功能時,將主要作為收集資產來監視或偵察特定區域,尋找相關活動。這些平臺的 "無人"性質,使平臺本身更具有成本效益,不容易被置于危險之中,但卻使其作為ISR資產的有效性變得復雜。采集行動必須以足夠嚴格的方式進行預規劃,以滿足指揮官在不可能重新分配任務的通信環境中繼續生存。此外,收集到的數據必須傳送給有能力將信息開發成情報的分析人員,以便為作戰決策提供依據。

3 MQ-4C "海神"偵察機

MQ-4C "海神"是由RQ-4 "全球鷹 "改裝的大型無人機,用于提供持久的海上ISR。"海神"的開發是為了滿足海軍對持久性ISR的需求,最終被確定為廣域海上監視(BAMS),用于A2AD環境。"海神"在一次任務中可以飛行超過24小時,作戰范圍為8,200海里。為了滿足海軍的要求,對RQ-4進行了具體的修改,最明顯的是要求在惡劣的海上天氣下下降和上升,以便目視識別通過電子信號定位的水面航行器。這一要求需要增加除冰能力、防雷和其他強化措施。

2020年1月,海軍對 "海神 "進行了首次早期作戰能力(EOC)部署,向關島的安徒生機場派出了兩架飛機。該飛機作為CTF-72的一部分,向在INDO-PACOM責任區作戰的聯合部隊提供海上巡邏和偵察,這是ISR的一個方面。在飛行行動中,"海神 "由四名飛行員組成的機組控制,他們在地面控制點進行操作。這些操作員駕駛飛機,不進行情報開發,情報開發由一個單獨的專家小組提供。2020年派往關島的機體并不具備整套預期的收集能力,只有光電/紅外(EO/IR)視頻流和一個海上雷達。海軍目前正在測試 "海神 "的升級版、多智能改進版,它增加了信號情報收集能力,是打算取代有人駕駛的EP-3E Aeries II飛機的平臺。

盡管還沒有完全投入使用,但 "海神 "號的早期使用提供了一些經驗,應該為大型無人水面和水下船只的發展提供參考。首先,"海神"和其他無人平臺所收集的信息將需要傳送給人類分析人員進行開發。雖然存在識別感興趣的信號的自動化程序,但它們還不能將這些信息置于當前友軍和敵軍行動的背景下,并告知決策者。其次,大型無人駕駛系統依賴于岸上的維持和維護。像 "海神 "一樣,任何大型的平臺都需要返回基地或港口進行維修、加油和卸載收集的數據。這些岸上的設施是平臺操作的關鍵要求,可能會受到干擾或攻擊。第三,在建造無人平臺時,應了解任務和有效載荷在未來可能發生變化。為平靜的海況和適度的溫度而建造的無人平臺,在大海里、惡劣的天氣或極端的水溫下,可能不那么有效或無法操作。

4 “虎鯨”超大型無人潛航器(XLUUV)

5個“虎鯨”超大型無人潛航器(XLUUV) 中的第一個,在19財年得到資助。其基于波音公司的Echo Voyager XLUUV進行開發,預計在22財年作為一個測試平臺,用于開發作戰概念和關鍵的使能技術。XLUUV幾乎肯定不會有能力以載人潛艇的保真度來探測、跟蹤和分類聲音。這主要是因為UUV缺乏訓練有素和有經驗的船上潛艇人員的專業知識,而且XLUUV是一個比載人潛艇小得多的平臺,限制了任何船上聲納陣列的能力。然而,XLUUV的模塊化性質擴大了其潛在的收集能力,包括船上攜帶的任何可部署的系統,以及船體安裝或牽引的聲納陣列。下面將討論基于有機傳感器或XLUUV攜帶的有效載荷進行數據收集。

將XLUUV作為ISR資產使用的最重大挑戰是缺乏與地面控制點的頻繁通信。現有的能力并沒有確定XLUUV是否有能力升起一個通信桅桿或浮標來傳輸數據和接收修訂的指令。這樣做會削弱使用水下航行器作為ISR資產的主要優勢,即它的隱蔽性。這為作戰計劃者確定了三種可能的行動方案。第一,XLUUV在其行動期間不能發送或接收任何數據。這將限制XLUUV只執行預先計劃的行動,并剝奪行動指揮官重新分配資產的任何能力。第二,XLUUV可以部署一個僅有接收能力的通信天線。這將允許指揮官重新分配XLUUV的任務,但不允許該資產廣播接收指令,這使得操作人員不確定新的指導是否正在執行。用來傳達這種新指導的廣播有可能揭示UUV或潛艇的行動區域。第三,XLUUV可以采用一個同時具有發射和接收能力的通信浮標。這將使指揮官能夠發布新的指令,并確認XLUUV已經收到并將執行新的任務,但也有可能將UUV的位置暴露給對手。每種方案都是在安全和作戰指揮官的靈活性之間做出的折衷。

繼隱身之后,UUV作為ISR資產的第二個主要優勢是其收集聲學數據的能力。聲學情報,即對這些數據的處理和利用,是一門極富挑戰性的學科。聲學數據需要分析人員花費數年甚至數十年的訓練和經驗來進行分析。由于這門學科的挑戰,海軍應該尋求現有的聲學情報卓越中心來分析XLUUV收集的數據。海軍在弗吉尼亞和華盛頓有兩個海軍海洋處理設施(NOPFs),由聲學和情報專家共同管理。這些設施作為綜合海底監視系統(IUSS)的一部分運作,并對來自海上采集資產的聲學數據進行持續分析使用。對于ISR功能,海軍應考慮將XLUUV作為IUSS資產,并利用NOPFs的常駐聲學情報專家來處理和分析收集的數據。

需記錄的聲學信息通常也會產生大量的數據,覆蓋較長的時間段。可能需要幾周或幾個月的時間來充分開發XLUUV任務的所有記錄數據。當考慮到前面討論的通信挑戰時,使用XLUUV作為ISR資產將需要對XLUUV支持的確切行動目標進行詳細規劃。這種規劃應導致對UUV的反應進行預先規劃,以滿足指揮官意圖的具體檢測。操作員應考慮三種反應,即立即反應、暫時延遲反應,或決定繼續執行任務并在回港后分析數據。

一旦XLUUV檢測到特定的標準,例如特定對手潛艇的聲學特征,它的反應應該由作戰指揮官仔細預先確定。在這種情況下,XLUUV有三種可能的行動。第一,停止其任務,并通過通信桅桿或非系留的單向傳輸浮標,立即向作戰指揮官發出通知,說它已經探測到對手的潛艇。如果敵方潛艇對指揮官的部隊構成危險,并且需要時間敏感的定位信息來使反潛戰(ASW)資產加入戰斗,這種反應可能是適當的。二,XLUUV可以釋放一個單向的通信浮標,在延遲后將探測結果廣播給作戰指揮官。這種折中的反應將為指揮官提供最近的定位數據,并提高他的態勢感知,但也允許UUV離開該地區,繼續執行其任務而不暴露其位置。如果指揮官希望在近乎沖突的時期提高態勢感知,但又不試圖主動瞄準對手的潛艇,這種反應可能是合適的。第三,XLUUV可以簡單地繼續記錄聲學數據,對探測進行日志記錄,并繼續執行其任務。日志記錄將有助于回港后的開發。這種反應在非沖突時期和XLUUV執行一般監視任務或收集作業環境信息時可能是合適的。這些反應選項中的每一個都利用了當今可用的技術,并為作戰指揮官提供了靈活性,以根據作戰需要指揮所需的反應。

波音公司公開的Echo Voyager XLUUV的數據顯示,它的航程為6500海里(NM),最大速度為8.0節,最佳速度為2.5-3.0節。從關島阿普拉港到俄羅斯太平洋艦隊所在地阿瓦查灣約2450海里,到中國南部戰區海軍駐地亞龍灣約2050海里。如果Orca XLUUV的能力與Echo Voyager的能力相近,這將使最有可能收集情報的地點處于部署在關島的XLUUV的行動范圍之內。然而,在離母港很遠的地方使用XLUUV可能會導致在接收和利用收集的數據方面出現重大延誤。根據2.5-8.0節的前進速度,從阿瓦查灣返回關島大約需要13至40天。該平臺漫長的旅行時間,加上分析所收集的數據所需的大量時間,促使XLUUV在ISR中最有可能的用途是對作戰環境的一般性收集,或有可能實施監視任務,將該平臺的長耐久性與前面描述的即時或延遲傳輸通信方法相結合。

作為一個無人平臺,XLUUV在維持和維護方面也將面臨獨特的挑戰,這將影響其作為ISR資產的使用。XLUUV被設想為一種可部署或遠征的能力。對這種能力的討論似乎僅限于單個或少量的船體,然而DMO概念和海軍造船計劃設想了幾十個平臺,所有這些平臺都將需要運輸、地面支持和碼頭空間來運作。任何降低或拒絕完成任務的物質缺陷都需要長時間返回港口或可能返回位于對手威脅范圍之外的水面艦艇。維護和保養的現實需要被納入任何利用無人武器作為ISR資產的作戰計劃中,這可能導致它們主要被用于非戰斗性的情報準備任務,在這些任務中,故障的影響比戰斗行動中要小。

5 中型無人水面艦艇(MUSV)

美國海軍的MUSV目前正在基于最初的原型平臺Sea Hunter(SH1)和Seahawk(SH2)的基礎上進行開發。MUSV的具體目的是發揮ISR的作用,提供一個集成到海軍戰術網格中的無人傳感器和電子戰平臺。MUSV計劃目前在平臺能力方面的定義不如XLUUV,但其發展足以考慮具體的ISR功能和作戰概念。將MUSV作為ISR資產使用的關鍵決定是確定它們是作為獨立的收集器還是作為從屬于有人駕駛的水面艦艇的資產。

無論是哪種使用方式,MUSV都將以類似的方式發揮作用--收集現有的電子數據,進行初步的開發和處理,并將收集的結果轉發給岸上和海上的分析人員和系統。區別在于船上的收集系統在尋找什么信號,以及向誰和如何轉發收集的信息。當MUSV作為載人艦艇的支持力量運行時,它的收集系統應集中于探測和跟蹤來襲的威脅,并為被支持的艦艇提供目標定位的幫助。傳感器包應能同時識別和跟蹤反艦巡航導彈、彈道導彈、高超音速導彈、水面艦艇、有人和小型無人駕駛飛機,并提供潛望鏡探測能力。MUSV應該能夠將其收集的結果直接提供給被支持的艦艇,而不依靠干預的地面站或衛星,然后協助選擇和確定防御措施或反擊的目標。

如果作為一個獨立的收集器運行,MUSV最好配備能夠超越基線追蹤多個空中和地面目標的傳感器,并自動將這些追蹤與已知或可疑的對手平臺聯系起來。這些數據應該被轉發給作戰指揮官,以建立共同作戰圖(COP)。這兩項任務,直接支持載人艦艇或提供COP發展的獨立行動,包含了監視和偵察任務的要素。然而,最佳的傳感器和通信能力在不同的任務之間是不同的,這需要在進一步發展MUSV時予以考慮。

作為主要的電子情報(ELINT)收集器,MUSV將需要依靠現有的ELINT分析員來分析所收集的數據。海軍水面艦艇上一般都有可以進行這種分析的密碼學人員,盡管他們目前的任務是操作和利用其艦艇的有機收集能力。如果MUSV上有足夠的通信能力,那么收集到的數據可以被發送到岸上的分析人員進行利用。在這種情況下,海軍信息戰指揮部(NIOCs)是數據利用的合理地點。將需要開發基礎設施和信息技術,以便將MUSV收集的ELINT納入現有的處理系統。此外,水面艦艇和岸上設施的密碼人員配置將需要反映出增加了一個新的收集平臺,提供多個需要分析的數據流。

6 反論點

像“虎鯨”和MUSV這樣的大型無人平臺被設想為未來技術的一個組成部分,它將實現海軍的DMO概念。這一設想聲稱,從無人平臺收集的數據將通過海軍戰術網格和聯合全域指揮與控制(JADC2)網絡傳達給作戰級指揮官。CNO的NAVPLAN 2021指出,建立一個強大的海軍作戰架構(NOA),這將支持將無人平臺收集的數據納入JADC2,是僅次于調整海上戰略威懾力量的第二大發展重點。目前的ISR平臺開發正在將重點從人力密集型部隊轉向自動化能力,以在有爭議的環境中擊敗同行的對手。AI/ML的使用將導致收集的數據處理和利用的速度呈指數級增長,大大增強作戰指揮官的態勢感知,并減少從檢測到對手到使用武器的時間。對收集到的數據進行網絡化、自動化的利用,將是分布式作戰的一個重要推動因素。

7 辯證

網絡化通信和AI/ML的發展必然會導致無人平臺的有效使用,這有三個原因。第一,作戰藝術取決于對作戰環境、敵方和友方部隊以及作戰目標的深入分析和理解。無論提供何種工具,這種理解和部隊的有效使用將始終取決于一個有能力的作戰指揮官。作為一種ISR資產,無人平臺將依賴于指揮官和情報人員的明確行動任務。第二,目前人工智能/ML工具在情報分析中的狀態是有希望的,但離開始復制人類分析的能力可能還有很長的路要走。人工智能/ML工具只能復制人類思維和行動所形成的模式,而且幾乎可以肯定的是,無論開發何種算法,都會錯過與作戰藝術相關的新趨勢和異常數據。海軍在培訓和保留AI/ML專業知識方面也面臨挑戰。第三,大型UV目前正處于迭代實驗階段,在設計平臺能力的同時,現在就需要制定作戰概念。等到無人平臺達到最終的生產狀態,再為這些新的收集資產制定ISR CONOPs,將使海軍情報專家無法在開發過程中告知滿足作戰意圖所需的傳感器和能力。

8 結論

美國海軍情報界需要充分投資于大型無人平臺的發展,特別是發展將這些平臺用于ISR角色所需的能力和概念。海軍在將無人平臺納入ISR過程中的經驗將為利用無人水面和海底艦艇提供參考,但不能直接轉化為利用無人平臺。在通信惡化或被拒絕的環境中運行的無人平臺可能需要大量的岸邊基礎設施來處理和利用收集的數據,對這種基礎設施和人力的投資應該與平臺的開發同時進行。從無人平臺收集的數據可能需要大量的時間來處理和利用,減少了它們在指示和警告(I&W)任務中的作用,并可能引導最佳傳感器套件來支持作戰環境的收集。由于在處理和利用收集的數據方面的挑戰,無人平臺不會取代現有的載人飛機、水面和水下航行器以及國家高空收集的ISR功能,但如果開發和使用正確的能力和作戰概念組合,無人平臺可能會成為發展指揮官態勢感知的有力工具。

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1 引言

近年來,"蜂群 "和 "構建蜂群"是無機組系統界最普遍的流行語之一,不僅包括航空器,還包括陸地、海洋、水面以及水下的無人系統。然而,什么是蜂群,或者它需要擁有哪些基本能力,還沒有正式定義。北約的無機組飛行器社區最近開始為上述術語制定定義,以最終正式確定各自的術語供官方使用,但由于不同社區對什么是蜂群有不同的解釋和觀點,很快就陷入了困境。因此,以空中為中心的定義可能不太適合于其他領域。

本文旨在概述挑戰,并在討論未來 "蜂群 "的定義及其在無人飛行器背景下的相關術語提供思考素材。

2 定義的目的

每個術語的定義都需要滿足一個目的;否則,它就沒有意義,也不需要被定義。例如,遙控飛機(RPA)被定義為 "由經過培訓和認證的飛行員控制的無人駕駛飛機[......],其標準與有人駕駛飛機的飛行員相同。"因此,使用RPA一詞表明操作飛機需有一定程度的飛行員資格要求。以同樣的方式,需要同意該定義是為哪些條件和目的服務的,即在哪些情況下需要它。

定義 "蜂群 "所面臨的挑戰是,適用的用途差別很大,一種用途的定義參數可能與另一種用途不相關。為了概述這一挑戰,下面介紹了一些例子。

作業用途。使用蜂群來實現軍事效果是基于需要解決的軍事問題。只有當蜂群功能與其他解決方案相比能帶來軍事利益時才會被采用。所期望的效果在本質上將符合能力要求的定義,因此,需在采購者的法律框架內。實戰化蜂群技術并按照適用的國家和聯盟立法、交戰規則以及戰術、技術和程序進行操作,可能需要一個定義,該定義提供了關于軍事能力、遠程操作模式、指揮和控制手段以及人類互動程度的說明。

開發者用途。需要充分了解潛在的蜂群功能,以便從開發者的角度確定軍事使用的好處。開發蜂群技術和實現蜂群行為的正確執行可能需要復雜的自主性和人工智能應用水平,使人類能夠將蜂群作為一個整體進行操作,但不需要(甚至不允許)控制任何單獨的蜂群實體。因此,這種用途的定義可能集中在自主性水平、其在硬件和軟件中的技術實現以及蜂群功能在其系統中的適應性。

反蜂群用途。在觀察和防御蜂群時,自主性水平或指揮和控制手段并不那么重要。從這個角度來看,實體的數量、它們的觀察行為以及它們假定的蜂群能力是最相關的問題,因此也是決定性的因素,不管蜂群實體是人工控制還是自主操作。識別一個較大的實體群是否有資格成為蜂群的挑戰隨著展示的蜂群行為的復雜性而增加。

在其他情況下,"蜂群 "一詞的定義可能需要偏離或替代,以達到其目的。為了解決這個難題,有兩個選擇。首先,為每一種用途制定多個定義,其次,找到一個可以服務于所有(或至少是大多數)用途的共同標準。由于多種定義有可能在不同的用戶群體之間造成混淆和誤解,因此第二種選擇更受歡迎。每個用戶群體以后可以將其具體要求作為子類別術語附加到一般定義中,類似于RPA,它是 "非螺旋槳飛機 "這一總體定義下的一個子類別。

3 共同標準

這就給我們帶來了一個挑戰,即為總體的蜂群定義確定一個共同標準。通過觀察蜂群,特別是其行為,可以發現共同點,不管它是由空中、陸地還是海上的無人系統組成,也不管蜂群的行為是實際執行的還是只是被感知的。因此,一個總體的定義應該從蜂群的外部外觀和視覺感知開始,而不是關注其內部運作。后者可以用子類術語來涵蓋和區分。

4 蜂群行為

在開源研究中,有許多關于蜂群行為的定義,但它們主要描述的是同一個概念,通常將蜂群智能作為一個前提條件。例如:

  • "蜂群是大量個體組織成協調運動的現象。僅僅利用環境中他們所掌握的信息,他們就能聚集在一起,集體移動或向一個共同的方向遷移"。

  • "蜂群智能是對分散的、自組織的系統的研究,這些系統能夠以協調的方式快速移動"。

  • "在蜂群機器人學中,多個機器人通過形成類似于在自然系統中觀察到的有利結構和行為來集體解決問題,如蜜蜂群、鳥群或魚群"。

  • "蜂群智能源于動物的自然蜂群行為,可以定義為相同大小的動物表現出的集體行為,聚集在一起解決對其生存至關重要的問題。蜂群智能可以被定義為簡單代理群體的新興集體智能"。

上述所有定義的共同點是形成蜂群的個體的 "協調運動"。集體智能也被提到是實現這種行為的關鍵因素;然而,觀察者將無法確定蜂群的協調運動是基于集體智能還是通過其他控制手段。因此,在總體定義中,集體智能是一個需要考慮的次要屬性,需要由后續術語來涵蓋。值得注意的是,未來的技術,包括人工智能和機器學習應用,可能使觀察者能夠確定一大群實體是否擁有可能造成更大威脅的額外蜂群功能。因此,"集體智能"或類似的可識別的蜂群功能可能被納入定義中。

【值得注意的是,"多個蜂群元素 "原則上意味著,任何數量大于1的單位,如果從事蜂群行為以提高整體單位的集體能力,都可以被視為一個蜂群。由于沒有專門的系統,識別蜂群行為幾乎是不可能的,因此,除非另有證明,否則最好將看似一起行動的多個實體視為一個蜂群。更高的數量會放大蜂群行為的好處。另外,各個實體不需要完全相同,只需要兼容,作為蜂群的一部分解決軍事問題。】

5 單個蜂群元素的數量

根據上述定義推斷,蜂群的另一個關鍵要素是參與的實體數量,但沒有明確規定最低數量。是否有一個閾值需要跨越,以脫離傳統的分組方案,如中隊、航班,從而有資格成為蜂群?同樣,我們有幾個選擇:

1.將任何由兩個或更多元素組成的編隊都歸為蜂群。

2.將蜂群定義為超過特定數量的單個元素的群體,其數量高于上述傳統分組。

3.避免任何具體化,將這一細節再次留給后續的分類學層次。

為了避免限制性太強,并允許有子類別,建議采用最后一種方案。術語"多個蜂群實體"很好地表達了建議的 "非特定性",并將在文章后面為此而使用。

6 空間分布

上述可觀察到的特征,即 "協調運動 "和 "多個蜂群元素",并不意味著各個蜂群實體之間有最小或最大的距離。已經有了采用廣泛分布的無機組的飛行器來轉播無線電通信或向偏遠地區提供互聯網連接的概念。單個航空器之間的距離可能是數百公里,以提供大面積的覆蓋。即使在較小的規模上,蜂群實體也可以在僅幾百米的距離內以協調的方式運作,以觀察一個地區或攻擊具有多個影響點的較大目標。如果不能對群體(或蜂群)進行整體調查,那么這些實體是否遵循預先確定的和不協調的模式或執行協調行動,對觀察者來說可能仍然是隱蔽的。因此,蜂群的空間分布不是一個總體定義的限定因素,而且會不必要地限制其應用,盡管這些特征可能在反蜂群活動中發揮作用,并在隨后的術語中加以定義。

7 人與人之間的互動

在談論蜂群技術時,人們廣泛討論了不同的自主性水平和相應的人類互動水平。例如,自主性水平越高,在實際任務中對人類投入的要求就越低。顯示出一套完整的蜂群行為的蜂群很可能處于自主性等級的高端,將人類互動的必要性降到最低。也可以假設這種人類互動適用于整個蜂群,以控制總體的蜂群功能,而不是單個的蜂群實體。然而,在觀察由單個空中、陸地、地面或地下飛行器組成的蜂群時,很難確定其自主性和人類互動水平,因此對于總體 "蜂群 "的定義而言,這不是一個相關因素。為了不限制定義的適用性,這些特征應該用一個子術語來描述,如 "智能蜂群"、"自主蜂群 "或類似的措辭,因為它們肯定在研究和開發、蜂群就業方面具有適用性,而且可能用于法律目的。

8 蜂群的能力

人們通常認為,組成一個蜂群可以增強或產生單個系統無法實現的能力。蜂群可以被認為是一個系統簇,它可以執行預先設計的功能并提供一個或多個(軍事)效果。這些效果要么直接受益于蜂群行為,要么間接受益于單個系統能力的組成,作為一個組合的蜂群功能。這種好處需要從能力要求、作業和防御的角度清楚地理解,并且可以與其他軍事用途的定義聯系起來。一般來說,蜂群行為是任何蜂群能力的基礎。然而,蜂群能力可能因使用的系統類型而有很大的不同,而且與蜂群行為相比,不能觀察到,只能在執行前假設。因此,能力聲明被認為不適合作為總體定義,還應該由下屬術語涵蓋。

9 定義提議

一個定義取決于蜂群的預期用途。由于蜂群應用提供了各種用途,本文建議從一個總體定義開始,并在下屬術語中涵蓋各個使用屬性。

以下是一個總體定義建議,涵蓋并支持所有軍事領域及其各自的無機組人員系統,隨后對定義的每個術語進行了解釋。

形成。這應表明蜂群元素之間的空間相關性,同時有意不進一步描述其具體組織。這就為各個蜂群元素之間的各種距離和空間安排留出了分類的空間。

多個。蜂群可能由少數甚至數百個元素組成,但至少要超過一個。不具體的術語 "多個 "允許該定義適用于所有類型的蜂群,無論其參與元素如何。定義一個具體的數字對于任何下屬的術語來說也將是困難的。可以對小型蜂群中的 "可計算的數量 "和大型或大規模蜂群中的 "不可計算的數量 "進行區分,這可能有助于區分人類或技術系統被接近的實體所淹沒時的威脅。

實體。它包括所有類別的無人系統,包括空中、陸地、地面和地下系統。如果計算機程序或衛星系統的協調行動是北約未來的選擇,這個術語也可以適用于網絡和空間領域。可以考慮使用從屬的術語,例如,無人駕駛飛機系統群(UASSw)或無人駕駛地面車輛群(USVSw)。

顯示協調的行為。蜂群的內部運作和技術機制可能有所不同,對于某些用途,定義甚至可能不需要審查這些內部特征。本文所確定的共同點是蜂群的行為,包括可以觀察到的協調動作和行動。故意不說明這些協調行動是如何實現的。實現蜂群功能的技術手段可以用隨后的術語來表達,如 "自主蜂群 "或 "智能蜂群"。

朝著一個目標前進。這是為軍事背景服務的,因為可以假設蜂群總是指向一個目標,以實現其特定的任務目標,從簡單的現場調查、情報、監視和偵察,到打擊或自殺任務。這可能與軍事背景以外的情況無關,可以不提。

【蜂群是由多個實體組成的,它們朝著一個目標表現出協調一致的行為。】

10 結論

為 "蜂群 "找到一個一致的定義是一個困難的挑戰,因為在所有的軍事領域和民事應用中都有很多用途。要在北約內部實現對蜂群定義的廣泛接受,唯一的解決辦法是確定所有蜂群特征的共同點,將定義減少到最低限度,并將專門用途的具體細節留給下級術語。

作者

安德烈-海德爾,中校是一名炮兵軍官,在指揮與控制和作戰計劃方面有超過15年的經驗。他是JAPCC的無人駕駛飛機系統主題專家,已有十多年的經驗,并代表JAPCC參加北約聯合能力小組的無人駕駛飛機系統和北約反無人駕駛飛機系統工作組。他撰寫了關于無人機系統和C-UAS的操作和法律問題的多項研究、書籍和文章。

安德烈亞斯-施密特,中校于1993年加入德國空軍。在軍官學校學習后,他在慕尼黑的德國武裝部隊大學學習計算機科學。自1998年以來,他在地基防空方面建立了廣泛的背景,特別是愛國者武器系統。他開始擔任戰術控制官,隨后在不同的 "愛國者 "部隊中擔任偵察官、炮臺執行官和炮臺指揮官。此外,他曾兩次不連續地被派往德克薩斯州的布萊斯堡。在這之間,他曾在前空軍師擔任A3C的任務。目前,他是JAPCC的綜合防空和導彈防御/彈道導彈防御中小企業。

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前沿作戰基地(FOB)防御是一項人力密集型任務,需要占用作戰任務的寶貴資源。雖然能力越來越強的無人駕駛飛行器(UAV)具備執行許多任務的能力,但目前的理論并沒有充分考慮將其納入。特別是,如果操作人員與飛行器的比例為一比一時,并沒有考慮提高無人機的自主性。本論文描述了使用先進機器人系統工程實驗室(ARSENL)蜂群系統開發和測試自主FOB防御能力。開發工作利用了基于任務的蜂群可組合性結構(MASC),以任務為中心、自上而下的方式開發復雜的蜂群行為。這種方法使我們能夠開發出一種基于理論的基地防御戰術,在這種戰術中,固定翼和四旋翼無人機的任意組合能夠自主分配并執行所有必要的FOB防御角色:周邊監視、關鍵區域搜索、接觸調查和威脅響應。該戰術在軟件模擬環境中進行了廣泛的測試,并在現場飛行演習中進行了演示。實驗結果將使用本研究過程中制定的有效性措施和性能措施進行討論。

第1章:導言

1.1 背景和動機

2019年,美國海軍陸戰隊司令大衛-H-伯杰將軍發布了他的規劃指南,作為塑造未來四年的部隊的一種方式。他在其中指出:"我們今天做得很好,我們明天將需要做得更好,以保持我們的作戰優勢"[1]。這句話摘自海軍陸戰隊司令大衛-H-伯杰將軍的《2019年司令員規劃指南》(CPG),呼吁采取集中行動,以應對海軍陸戰隊在未來戰爭中預計將面臨的不斷變化的挑戰。在為海軍陸戰隊確定未來四年的優先事項和方向的CPG中的其他指導,呼吁建立一個 "適合偵察、監視和提供致命和非致命效果的強大的無人駕駛系統系列"[1]。伯杰將軍進一步呼吁利用新技術來支持遠征前沿基地作戰(EABO)。EABO將需要靈活的系統,既能進行有效的進攻行動,又能進行獨立和可持續的防御行動。簡而言之,實現EABO將需要最大限度地利用每個系統和海軍陸戰隊。

從本質上講,伯杰將軍正在呼吁改變無人駕駛飛行器的使用方式。通過使用大型的合作自主無人飛行器系統,或稱蜂群,將有助于實現這一目標。無人飛行器蜂群提供了在人力需求和后勤負擔增加最少的情況下成倍提高戰場能力的機會。正如伯杰將軍所提到的 "下一個戰場",海軍陸戰隊將必須利用各種技術,最大限度地利用自主性和每個作戰人員在戰場上的影響。

目前的無人系統使用理論是以很少或沒有自主性的系統為中心。另外,目前的系統依賴于單個飛行器的遠程駕駛;也就是說,每輛飛行器有一個操作員。部隊中缺乏自主系統,這在監視和直接行動的作戰能力方面造成了差距。此外,側重于一對一操作員-飛行器管理的無人系統理論要求操作員的數量與車輛的數量成線性比例。這對于 "下一個戰場 "來說是不夠的。相反,海軍陸戰隊將需要能夠讓操作員擺脫束縛或提高他們同時控制多個飛行器的能力系統[2]。

考慮到這些目標,美國海軍研究生院(NPS)的先進機器人系統工程實驗室(ARSENL)已經開發并演示了一個用于控制大型、自主、多飛行器的系統,該系統利用了分布式計算的優勢,并將駕駛的認知要求降到最低。ARSENL在現場實驗中證明了其系統的功效,在該實驗中,50個自主無人駕駛飛行器(UAV)被成功發射,同時由一個操作員控制,并安全回收[3]。

1.2 研究目標

這項研究的主要目標是證明使用無人機蜂群來支持前沿作戰基地(FOB)的防御。特別是,這需要自主生成、分配和執行有效的、符合理論的基地防御所需的子任務。這部分研究的重點是開發基于狀態的監視、調查和威脅響應任務的描述;實施支持多飛行器任務分配的決策機制;以及任務執行期間的多飛行器控制。

輔助研究目標包括展示基于任務的蜂群可組合性結構(MASC)過程,以自上而下、以任務為中心的方式開發復雜的蜂群行為,探索自主蜂群控制和決策的分布式方法,以及實施一般的蜂群算法,并證明了對廣泛的潛在蜂群戰術有用。總的來說,這些目標是主要目標的一部分,是實現主要目標的手段。

1.3 方法論

基地防御戰術的制定始于對現有基地防御理論的審查。這一審查是確定該行為所要完成的基本任務和子任務的基礎。然后,我們審查了目前海軍陸戰隊使用無人機的理論,以確定這些系統在基地防御任務中的使用情況。

在確定了任務要求的特征后,我們為基地防御的整體任務制定了一個高層次的狀態圖。子任務級別的狀態圖等同于MASC層次結構中的角色。

ARSENL代碼庫中現有的算法和游戲以及在研究過程中開發的新算法和游戲被用來在ARSENL系統中實現子任務級的狀態圖。最后,根據高層次的狀態圖將這些游戲組合起來,完成基地防御戰術的實施。

在游戲和戰術開發之后,設計了基于理論的有效性措施(MOE)和性能措施(MOPs)。通過在循環軟件(SITL)模擬環境中的廣泛實驗,這些措施被用來評估基地防御戰術。在加利福尼亞州羅伯茨營進行的實戰飛行實驗中,也展示了該戰術和游戲。

1.4 結果

最終,本研究成功地實現了其主要目標,并展示了一種包含周邊監視、關鍵區域搜索、接觸調查和威脅響應的基地防御戰術。此外,開發工作在很大程度上依賴于MASC層次結構,以此來制定任務要求,并將這些要求分解成可在ARSENL蜂群系統上實施的可管理任務。這一戰術在實戰飛行和模擬環境中進行了測試,并使用以任務為中心的MOP和MOE進行了評估。最后的結果是令人滿意的,在本研究過程中開發的戰術被評估為有效的概念證明。

1.5 論文組織

本論文共分六章。第1章提供了這項研究的動機,描述了這個概念驗證所要彌補的能力差距,并提供了ARSENL的簡短背景和所追求的研究目標。

第2章討論了海軍陸戰隊和聯合出版物中描述的當前海軍陸戰隊后方作戰的理論。還概述了目前海軍陸戰隊內無人機的使用情況,并描述了目前各種系統所能達到的自主性水平。

第3章概述了以前自主系統基于行為的架構工作,ARSENL多車輛無人駕駛航空系統(UAS)和MASC層次結構。

第4章對基地防御戰術的整體設計以及高層戰術所依賴的游戲進行了基于狀態的描述。本章還詳細介紹了用于創建、測試和評估這一概念驗證的方法。在此過程中,重點是對每一戰術和戰術所針對的MOP和MOE進行評估。

第5章詳細介紹了所進行的實戰飛行和模擬實驗,并討論了與相關MOPs和MOEs有關的測試結果。

最后,第6章介紹了這個概念驗證的結論。本章還提供了與基地防御戰術本身以及更廣泛的自主蜂群能力和控制有關的未來工作建議。

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美國海軍部長

托馬斯-W-哈克: 海軍部長(代理)

美國海軍部正在有目的地進行創新和適應新技術,為未來建立一支更具殺傷力和分布式的海軍部隊。為了在一個大國競爭的時代進行競爭并取得勝利,海軍部致力于在先進的自主性、強大的網絡和無人系統方面進行投資,以創造真正的人機一體化團隊,在整個艦隊中無處不在。

這些持續的投資將產生新的能力,遠遠超出獨立的平臺或以人為本的系統的有效性。它們將通過為每一個水手和海軍陸戰隊員提供不對稱的優勢來改變海戰。

美國海軍和海軍陸戰隊現在已經邁出了下一步,調整無人系統愿景,以執行分布式海上作戰(DMO)和有爭議環境中的瀕海作戰(LOCE)。為了確保成功,海軍和海軍陸戰隊正在將需求、資源和采購政策緊密結合起來,以便更快地開發、建造、整合和部署有效的無人系統

美國海軍部的無人駕駛作戰規劃橫跨整個理論、組織、培訓、物資解決方案、領導和教育、人員、設施和政策的構建。這份文件提供了運動計劃的總體框架,并得到了更高等級的詳細實施計劃的支持。它們共同勾勒出一個具體的戰略,其根基是對當今每個領域的現實評估。前進的道路需要一個整體的方法來開發和部署無人系統,確保個別技術可以在一個更廣泛的網絡化作戰系統架構中運行,并得到正確的人員、政策、作戰概念和其他推動因素的支持。

整個海軍企業致力于為美國和每一個水手和海軍陸戰隊員提供人機協作所提供的戰略和戰術優勢,以保證所有人的海洋自由。

美國海軍水手和公務員水手從美國海軍 "赫歇爾 "號上發射一個無人水面飛行器(USV)從USNS赫歇爾 伍迪-威廉姆斯,2019年9月14日。

美國海軍作戰部部長

M. M. GILDAY:美國海軍作戰部長海軍上將

隨著海軍適應日益復雜的安全環境,必須了解未來的部隊在日常競爭和高端戰斗中都需要什么。

無人系統(UxS)已經并將繼續在未來的分布式海上作戰(DMO)中發揮關鍵作用,而且顯然需要部署負擔得起的、致命的、可擴展的和連接的能力。這就是為什么海軍正在擴大和發展一系列無人駕駛飛行器(UAV)、無人駕駛水下航行器(UUV)和無人駕駛水面艦艇(USV),當把重點轉向以更分散的方式運作的小型平臺時,它們將發揮關鍵作用。

一個混合艦隊對于海軍滿足新出現的安全問題來說是必要的。需要平臺在所有領域的多軸上同時提供致命和非致命的效果。UxS將為未來艦隊提供額外的能力--在空中、在水面上和在水下。

該活動計劃將作為實現無人系統作為海軍作戰團隊的一個組成部分的未來的全面戰略。它將是一份活的、反復的文件,闡明愿景,即通過加快技術、流程和伙伴關系中的關鍵使能因素,建立一支更加準備就緒、致命和有能力的艦隊。

注意到過去的缺點,因此其方法是深思熟慮的,但有一種緊迫感。將解決理論、組織、訓練、物資、領導和教育、人事、設施和政策(DOTmLPF-P)的各個方面,確定并消除能力差距,并努力創建和維護未來的海軍部隊。

MQ-25 T1,左翼下有空中加油站,在坡道上。

海軍陸戰隊司令員的致辭

大衛-H-貝格爾:美國海軍陸戰隊將軍 海軍陸戰隊司令員

美國、盟國和敵方部隊獲得無人駕駛技術的速度要求有一個愿景和路線圖來最大化這種能力。海軍陸戰隊需要無人駕駛的空中、水面和地面系統來充分利用固有的遠征性質和能力。與海軍伙伴合作,將提供一個聯合部隊的海上組成部分指揮部,在居住的獨特海域支持聯合部隊。當在惡劣的條件下以小隊形式在前方作戰時,最大限度地利用無人系統為盟友和對手創造巨大的效果的能力是未來成功的一個關鍵因素。

該戰役計劃作為海軍陸戰隊的一個起點,使其了解到無人系統在不久的將來必須而且將具有更大的重要性。諸如一半的航空機隊在近期到中期內實現無人駕駛,或者大部分的遠征后勤在近期到中期內實現無人駕駛的概念不應該讓任何人感到害怕。相反,這些想法應該點燃海軍陸戰隊的創造性和狡猾的天性,以便前沿部署部隊對聯合部隊更加致命和有用。

大衛-H-貝格爾和海軍作戰司令部(CNO)一起,致力于為海軍陸戰隊的無人駕駛系統制定一個審慎但積極的前進路線。這份文件提供了初步的愿景,并取決于與海軍陸戰隊艦隊、艦友、聯合部隊、國會、盟友和工業界的反復討論。大衛-H-貝格爾希望海軍陸戰隊能接受這種未來的戰爭,并將其轉化為他們在戰場上的優勢;從日常競爭到大規模作戰行動。

一架VBAT垂直起降(VTOL)無人機系統準備在飛行甲板上降落。準備在海軍艦艇的飛行甲板上著陸。一艘海軍艦艇的飛行甲板上。

美國海軍作戰架構

無人系統通過解除對有人系統的限制來提供實現任務結果的能力。僅靠搭建平臺是無法實現任務成果的。為了在無人空間提供整體解決方案,DON 將更加關注開發成功擴展投資經驗所需的推動力。其中一些關鍵推動因素包括:網絡、控制系統、基礎設施、接口、人工智能和數據。海軍和海軍陸戰隊正在設計和實施一個全面的作戰架構來支持 DMO。這種架構將為單位、作戰群和艦隊提供準確、及時、分析的信息。

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大衛-H-伯杰,美國海軍陸戰隊將軍、海軍陸戰隊司令員

在我們(美國)的歷史上,海軍陸戰隊經常處于我們國家前沿部署部隊的最前沿,感知環境并讓我們的盟友和伙伴放心。海軍陸戰隊員也接受過真正困難的作戰問題,并提出了沒有人認為可能的解決方案。海軍陸戰隊已經進入了其他人害怕進入的有爭議的地區,并取得了勝利。待命部隊的概念是在這條歷史道路上邁出的另一步。

安全環境是不斷變化的。今天,它的特點是復雜的傳感器和精確的武器的擴散,以及日益增長的戰略競爭。敵人采用系統和戰術將艦隊和更大的聯合部隊控制在一定范圍內。這使得這些對手能夠采用一種以有爭議的地區為盾牌的戰略,在這種盾牌下,他們可以對我們的盟友和伙伴采取一系列非戰爭的脅迫性措施。

進入海軍陸戰隊。作為2030年部隊設計的一部分,并有意與聯合作戰概念保持一致,待命部隊的概念旨在提供支持綜合威懾的選擇。作為待命部隊的海軍陸戰隊員將被派往前方,與我們的盟友和伙伴并肩作戰,利用全域工具作為艦隊和聯合部隊的眼睛和耳朵。

這一概念將在最終滿足聯合部隊指揮官要求的海軍戰役背景下進行。執行這些行動的海軍陸戰隊員的持久任務是在競爭連續體的每一個點上為這個海軍戰役進行偵察和反偵察。如果有必要,這些部隊將在指定區域進行海上拒止,以支持海軍作戰。我們必須準備好用我們現有的有機手段做到這一點,但同樣重要的是,我們需要完成海軍和聯合殺傷網,在需要時幫助發揮全域效應。在這樣做的時候,海軍陸戰隊將從有爭議的地區內擴大艦隊和聯合部隊的范圍。

為了重振我們作為美國前沿哨兵的作用,我們需要重新設想我們的方法,并將其結果作為發展我們的人員及其支持過程和系統的指南。待命部隊的概念》通過解釋海軍陸戰隊如何在有爭議的地區與盟友和伙伴有效地運作,使這一指南變得生動。

待命部隊在競爭的每一個環節上都會打亂對手的計劃。這是一個重要的聲明,因為它描述了我們在暴力門檻以下的戰略競爭中可以為國家提供什么。它是大膽的,這使它成為海軍陸戰隊的理想。

它也將是困難的。知道將 "待命部隊的概念"從想法變成現實是有難度的,這應該激勵我們用它來進行戰爭游戲、實驗和演習,以便我們能把它做好。這就是我們如何釋放海軍陸戰隊員的聰明才智并超越我們的對手,同時保持我們作為國家戰備力量的角色。

目的

待命部隊(SIF)使國家和美國盟友及伙伴感到放心。SIF通過建立旨在與盟友和伙伴一起在有爭議的地區持續前進的部隊來阻止對手運用軍事力量,為艦隊、聯合部隊、機構間、盟友和伙伴提供更多的選擇來對抗對手的戰略。SIF贏得全域偵察戰,以識別和對抗對手針對美國盟友、伙伴和其他利益的惡意行為,并發展對環境和對手能力的理解。SIF贏得全域反偵察戰,以保護合作伙伴和聯合部隊的機動自由,同時破壞對手獲得主動權的企圖。在發生武裝沖突的情況下,SIF在有爭議的地區與盟友和伙伴一起保持前進,支持海軍和聯合行動。在競爭的連續過程中,SIF有意擾亂對手的計劃。

待命部隊的概念是指產生新的能力和以新的方式運作。在這個意義上,它為部隊設計和部隊發展提供了一個目標點。為了使其方法和裝備完全成熟,需要進行反復的實驗和演習。

背景

《待命部隊概念》用于處理那些對聯合部隊使用(或威脅使用)反干預方法的對手。這些反干預方法依賴于成熟的精確打擊體系(MPSR)的進步,以破壞聯合部隊投射力量的能力,并在一段時間內保持這種能力。SIF提供了一種作戰級別的反應,使海軍部隊能夠在對手使用反干預努力的情況下保持主動。

這個概念是在海軍陸戰隊理論出版物(MCDP)"作戰"中海軍陸戰隊機動作戰理念的基礎上形成的,該理念將機動描述為采取行動以產生和利用對敵人的某種優勢,而不論其領域如何。這種優勢不僅是空間上的,也可能是心理上、技術上或時間上的。 作為 "全域 "組織,SIF必須理解并實施這種強有力的機動性定義,以完成其任務。

SIF的概念直接與聯合作戰概念中的作戰方式相一致。指揮官的規劃指南(CPG)指示公布SIF概念,以支持海軍的分布式海上作戰(DMO)概念。CPG解釋說,SIF與遠征先進基地作戰(EABO)概念相結合,描述了SIF將如何得到這些先進基地的支持。

最近,《海軍運動:海軍陸戰隊在戰略競爭中的作用》為不斷擴大的海軍概念系列提供了廣泛的框架,包括待命部隊。

這一概念主要用于全球作戰模式中的接觸層和鈍化層的活動,并使聯合部隊過渡到增援行動。這加強了這一概念背后的威懾意圖,也說明了它是如何在整個競爭過程中應用的。雖然海軍陸戰隊確實需要準備好在增援層開展SIF行動,但目標是以盡量減少對手決策者升級對抗的動機的方式來運用這一概念。

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