納戈爾諾-卡拉巴赫和烏克蘭沖突的最新事件將焦點轉移到在大規模作戰行動中使用武裝無人機系統上,并塑造了未來戰爭的前景。這些武裝無人機系統配備了精確制導彈藥,推進了其應用的界限,改變了無人機系統僅僅是情報、監視和偵察資產的看法。
武裝無人機系統發揮了重要的近距離空中支援作用,為地面部隊提供支援,并對敵方防空資產、炮兵陣地、指揮和控制節點、集結區單元以及從后方向前線移動的后勤車隊執行空中攔截任務。武裝無人機系統還與友軍炮兵資產嵌入,從而提供精確的目標捕獲和準確的打擊后戰損評估。
馬其頓陸軍在 2025 年退役米-24 作戰直升機后,近距離空中支援和空中攔截能力將嚴重下降。本研究旨在為多功能武裝無人機系統制定解決方案,將其作為馬其頓陸軍的一個有利可圖的選擇,并將其納入正在進行的現代化項目,以成倍提高武裝部隊的整體能力,特別是火力、情報和指揮控制等作戰功能。
縱觀歷史,進攻性和防御性武器的發展一直在力量對比的斗爭中搖擺不定。潛艇是一種具有重要意義的海軍武器,它改變了海戰的特點。核動力潛艇的革命性發明不僅使其成為更具殺傷力的平臺,而且還使其用途極為廣泛,能夠執行多種任務。當戰列艦等其他海軍平臺變得過時時,核動力潛艇仍然適用于現代戰爭。從理論上講,航母和核動力潛艇等取代它們的平臺也面臨著類似生命周期的危險,如果不考慮并有效實施緩解措施,就有可能被淘汰。鑒于新技術的前景和核動力潛艇優勢的可能喪失,它也可能會過時,因此需要進一步研究其作戰價值。分析載人核動力潛艇與無人潛航器(UUV)、無人機(UAV)(包括天基資產)、空氣獨立推進器(AIP)和人工智能(AI)等競爭技術的對比情況,并與它們的任務角色(包括太平洋和北極新出現的高風險戰區)進行比較,突出了核動力潛艇不可替代的優勢。隨著技術的改進和平臺的戰術/戰略運用,核潛艇將具備履行多種任務的重要能力,并證明其仍然是不可或缺的。
戰場上的智慧與優勢兵力、軍事力量、士氣和士兵的戰斗意志一樣重要。戰爭中的革命性變化往往與旨在對抗進攻能力的發明同時發生。鐵甲艦的發明就是這樣一場革命,它是對燃燒式遠程火炮的回應,弱小的一方發明了鐵甲艦,以創造不對稱優勢來對抗壓倒性的力量。美國革命戰爭中的 “龜式潛艇 ”表明,利用適應性技術可以創造優勢,打破當時海戰的既定規范。現代核潛艇是在空軍、雷達和聲納技術削弱了常規攻擊潛艇(SSK)隱身特性的時代出現的。在海戰中,潛艇的發展是自然而然的,是一種不適應就會死亡的進化要求;潛艇在其生命周期中經歷了多次進化,并在每個時代都保持著相關武器的地位,直至今日。世界即將迎來另一個革命時期,潛艇的未來是適應還是淘汰。
越來越多的人認為,海洋正在變得傳感器密集。隨著越來越便宜的自動系統出現,成群的機器人可以讓搜索和探測潛艇變得更加容易。這是英國智庫 2016 年一份報告的論點,該報告認為,無人機的數量和復雜程度不斷增加,正在剝奪潛艇的隱蔽性。一份提交給英國議會的簡報在考慮是否對英國彈道導彈潛艇進行現代化改造或放棄彈道導彈潛艇時提出了這一立場。該假說基本上概述了由此得出的結論,即在可以成群使用的小型、廉價但數量眾多的無人機與依靠不被發現的昂貴平臺的軍備競賽中,誰是贏家。一些新興技術,如無人潛航器(UUV)、無人機(UAV)、空間系統、空氣獨立推進器(AIP)和人工智能(AI)正在不斷擴展,并有望在未來戰場上發揮重要作用。這些創新技術削弱了潛艇的關鍵優勢,使昂貴的核動力潛艇成為過去式,在未來戰場上無法發揮作用。如果不實施有效的應對戰略和技術,這些技術就會放任自流,潛艇就會像第二次世界大戰中的德國 U 型潛艇一樣,成為被獵殺的對象。如果采取適當的緩解措施,核潛艇在 21 世紀仍將保持其生命力,事實上其重要性還將增加,因為它們所攜帶的重要能力將發揮戰略和戰術作用。鑒于攻擊性導彈技術可能會增加,水面作戰艦艇的脆弱性也會增加,潛艇不僅能發揮寶貴的作用,還能保持重要的作戰優勢。
潛艇易受各種因素的影響,包括在不久的將來為潛艇創造困難作戰環境的技術。在說明這些新發展的意義之前,首先要確定潛艇戰的歷史背景,了解潛艇戰在海戰中的地位。縱觀歷史,進攻性和防御性武器在力量平衡的斗爭中不斷搖擺。通過歷史分析,研究討論了海軍力量在世界舞臺上的重要性,潛艇在其中發揮了作用并改變了游戲規則。從世界大戰到現代,潛艇的作用發生了變化,雖然一些海軍平臺已經過時,如軍艦、戰列艦和潛在的航空母艦,但潛艇卻適應了這些變化。然而,現在核潛艇正經歷著海戰中的又一次重大轉變,它需要適應這一自然周期以保持其相關性。除了歷史上的例子,本分析報告還將參考 A.T. Mahan、Julian Corbett 爵士、J.F.C. Fuller、B.H. Liddell Hart、Robert Kaplan 等著名歷史學家和學者的著作,以回答以下問題: 為什么海軍力量和海底優勢對安全很重要,為什么核潛艇仍然是具有戰略意義的武器?
回顧新興技術背后的理論及其給核潛艇帶來的風險。無人潛航器、無人機、天基資產、人工智能和信息處理關鍵危險的發展。有可能削弱潛艇隱形能力的技術,使其更容易被定位和瞄準。不僅要研究各種可能的威脅技術,更重要的是要找出關鍵技術,因為這些技術作為一個系統,可以實現全新的目標。當各種能力結合在一起使用時,會產生戰術變化和限制效果,這可能會給潛艇的總體生存能力帶來重大風險,而不僅僅是核動力潛艇。海上潛艇定位是一項涉及不同階段重點的調查。確定不確定區域(AOU)的初始階段既是藝術也是科學。調查人員從多種來源拼湊信息片段,以建立最初的線索,并確定一個有把握的不確定區域,然后再進行局部搜索。在 AOU 開發的這一初始階段,上述技術網絡可使潛艇定位工作變得更快、更容易。對這一發展進行預測,并考慮諸如反自主車輛攻擊武器、下一代隱形技術和部隊能力倍增等緩解措施,將確保新出現的威脅不會擊敗核潛艇。如果潛艇失去其戰術優勢,將對國家安全造成難以置信的打擊,因為這將限制該平臺的覆蓋范圍和有效性,并減損美國海軍目前提供的整體戰略優勢。在為核潛艇平臺投入了數十億美元的國家資金之后,美國不能讓它變得過時。積極開發戰術和技術以挫敗探測技術,對潛艇作為有效致命武器的未來至關重要,也值得為此付出代價。
對比分析表明,核動力平臺沒有真正的替代品,事實上,越來越多的國家正計劃發展和壯大潛艇。不過,也應合理考慮更便宜的替代選擇,如常規潛艇和 AIP 潛艇。一些任務領域有核潛艇的替代品,一些小國在潛艇技術方面也取得了重大進展。全世界對潛艇采購的興趣與日俱增。從一個很大的方面來說,潛艇既是一種軍事能力,也是一種地位的象征。泰國、菲律賓等非潛艇國家正在尋求發展一支有能力的潛艇部隊。日本是大型潛艇艦隊運營商的典范,在常規 AIP 潛艇技術方面處于領先地位。然而,通過對比分析,我們會發現核動力平臺并沒有真正的替代品,事實上,更多的國家正在尋求發展和獲得這些艦艇。印度洋-太平洋地區的一些老牌常規潛艇運營商,如韓國和其他國家,正在尋求升級并考慮獲得核動力潛艇。印度作為較新的運營商之一,正在增加其兩艘核潛艇部隊,這說明核平臺仍然缺乏替代品,而核動力潛艇(SSN)創造了更多的選擇,為新的可能性開辟了領域。
從三維戰爭和全球角度思考問題的戰略家或政治家可以使他們的國家在全球戰場的遙遠側翼避免被對手所利用。SSNs 創造了深度和廣度的機動性和能力,體現了“......戰爭的本質,全球沒有一個地區太遙遠而沒有戰略意義,太遙遠而在強權政治的計算中被忽視”。本文對核潛艇在現代和未來戰場上的任務角色進行的差距分析將表明,預計在本世紀末仍將看到核潛艇的長期存在。持久的核戰略威懾任務,以及在遠離支持設施的全球偏遠和難以到達地區的行動,都需要可靠、豐富和自給自足的能源,如海軍核反應堆。由于距離遙遠、部署時間長,目前仍沒有可行的替代電源。然而,要在未來出色地完成這些任務,潛艇艦隊在通信、隱形、自衛能力和進攻性武器的靈活性方面都需要一些技術和緩解措施。需要部署和回收 UUV、UAV、潛艇發射激光器、反艦導彈以及艦隊協調行動等技術。
下一場沖突的前沿將充滿挑戰。沖突可能會在太平洋、遙遠的北方地區以及北極冰下展開。北極,尤其是如果北極變暖,將在未來幾十年賦予海權......新的意義,與空中力量相結合,......對極地航線將越來越多地使用。隨著地理位置變得更加便利,它可能變得更加關鍵。俄羅斯正在投資一支核動力破冰船隊,試圖開辟更北的貿易路線,獲取能源。他們正在遙遠的北方建立永久性基地,并建立由北極機械化步兵單元組成的專門軍事部門。核潛艇是唯一能夠在浩瀚的北冰洋(包括冰下)活動的可靠平臺,因此將成為影響世界強國在世界之巔引領新疆域的重要因素。馬漢(A.T. Mahan)非常重視海軍,不僅認為海軍比陸地力量更重要,而且認為海軍對國家穩定的威脅較小,因為海軍在向內陸投射強制力方面受到限制。“[海軍]保持本國港口之間的交通暢通;它阻擋敵人的港口;但掃蕩海洋,為陸地服務,它控制沙漠,使人類能夠在宜居的地球上生存和發展"。必須討論太平洋的主要經濟和戰略戰場,以設想潛艇如何影響戰爭或和平。通過對臺海問題和潛艇可能發揮的作用進行案例分析,將證明不僅在當前,而且在未來的戰區沖突中都需要這樣一個平臺。對太平洋和北極地區具體問題的討論將把所有討論的特點融入到一個案例中,說明哪里需要核動力潛艇以及它將如何幫助實現戰略目標。
最后,結束語總結了潛艇戰爭的風險、緩解措施,并加強了對未來幾十年潛艇戰爭的展望。如果沒有一支能夠遠行、長期駐扎而不被發現并對海上和陸地目標進行果斷打擊的潛艇部隊,美國將無法在全球范圍內投射力量。為此,無聲部隊必須保持其隱蔽性和適應變化的靈活性。單獨行動、獨立作戰、擁有非凡的技能和信心、從容應對持續不斷的危險,這就是潛艇部隊迄今為止取得成功的原因。即使在沒有敵人的情況下,潛艇艇員也要保持高度警惕,因為他們生活在復雜的機器內部,在無情的嚴酷動態環境中操作危險的系統,一旦出錯后果不堪設想。這一事實、戰士精神的傳統以及腦力技術專業卓越性的必要性本身就是財富和力量。這一點與技術相結合,將繼續為美國核潛艇部隊帶來優勢,使其有能力應對全球各地艱巨而危險的沖突地區的挑戰。毫無疑問,在 21 世紀下半葉,美國潛艇作戰人員仍將處于矛頭的最前沿。
圖 3:母艦概念 Aqil Haziq Mahmud,"潛艇獵手,偵察領導者:海軍母艦及其無人系統能做什么",亞洲新聞頻道 CAN,新加坡: 2019 年 5 月 19 日。
在過去十年間發生的國際沖突中,小型無人航空系統(sUAS)日益增強的軍事能力已得到有力證明。這些系統能夠執行監視和偵察、動能攻擊和其他任務,因此構成了日益嚴重的威脅。對付無人航空系統的方法對各級軍事力量來說越來越重要,但由于無人航空系統的特征小、廣泛的商業可用性和低成本,這些方法仍然具有挑戰性。本文探討了小型無人機系統日益增長的威脅,以及過去十年國家和非國家行為者如何在特定沖突中使用小型無人機系統。本文還回顧了作為反無人機系統(CUAS)任務一部分的與感知和影響無人機系統相關的技術,強調了這些技術的優缺點以及潛在的應對措施。報告還審查了澳大利亞陸軍行動中反無人機系統方法的現狀。對澳大利亞陸軍和整個政府機構提出的建議包括:投資于探測和影響無人機系統的分層方法,為所有陸軍士兵提供有關反無人機系統方法的培訓,組建一個反無人機系統卓越中心,并為在澳大利亞領土上反無人機系統分配明確的角色和責任。通過采納這些建議,澳大利亞國防軍(ADF)和澳大利亞其他政府機構將能夠更好地應對無人機系統帶來的快速增長的威脅。
對技術和近期國際作戰行動的回顧表明,無人機系統對軍事力量構成了重大挑戰。大多數現代防空系統都是為抵御截然不同的威脅而設計的:快速移動的載人戰斗機、旋翼機和中高空轟炸機。小型無人機系統由于體積小、速度相對較低,探測起來尤其困難。這些因素的結合導致其在許多雷達波段和其他現象中的特征相對較小。小型無人機系統還能在低空飛行,并能利用地形和樹葉隱藏其存在。
雖然現有的一些短程防空系統在適當的幾何條件下可以有效地瞄準無人機系統,但其中許多系統在任何成本強加戰略中都是錯誤的。例如,“愛國者 ”導彈有能力擊落 “沙赫德-136”,但一枚 “愛國者 ”導彈的價格為 400 萬美元,而 “沙赫德-136 ”的價格僅為其 1%至 3%。此外,與這類精良防空系統相關的探測系統和發射器成本高昂,這不可避免地限制了在任何戰場上可用來對付 sUAS 的此類能力的數量。以上就是必須探索 CUAS 替代解決方案的幾個原因。
CUAS 解決方案往往分為兩個不同的類別--主動防御,直接對抗無人機系統;被動防御,降低無人機系統行動的可能性和影響,而無需與無人機系統本身交戰。被動防御包括一系列措施,如偽裝和隱蔽、欺騙、分散、位移和加固。主動防御和被動防御對任何遭遇無人機系統的單元都很有用,本節將對這兩種防御方式進行探討。還應注意的是,商用無人機系統制造商有可能在軟件中編入地理柵欄,禁止在某些區域或超出某些高度或距離的情況下飛行。這對商用系統來說是一種能力拒絕,但通過黑客攻擊或其他技術(至少對大疆無人機來說是如此)很容易消除這種限制。
美國陸軍部總部于 2017 年首次發布了一份文件,詳細介紹了 “拒止敵方無人駕駛飛機完成任務 ”的技術,作為陸軍技術出版物(ATP)系列的一部分,更新版于 2023 年 8 月發布。該出版物名為《反無人機系統(C-UAS)》,ATP 3-01.81,針對旅級及以下級別。它包括對威脅無人機系統的審查、為減輕威脅可采取的規劃措施,以及在遇到無人機系統時單元可采取的進攻和防御措施。ATP 3-01.81 認識到沒有一種防御措施是萬無一失的,因此強調采用分層方法執行 CUAS 任務,并審查了主動和被動防御措施。
無人駕駛飛機將繼續成為美國國防的關鍵。《美國國防戰略》優先考慮對人工智能(AI)、機器學習和自主功能進行投資,以保持軍事競爭優勢。本研究基于大規模作戰行動(LSCO)的嚴酷性,以及在開發利用人工智能的技術時采取果斷行動和遵守道德規范的必要性。研究采用定性研究的方法,分析了技術發展和作戰概念中存在的四種類型的自主無人駕駛飛機。研究采用了一項關于美國和大國軍事能力的非機密案例研究,并應用了包括專業定性訪談在內的多種分析形式。雖然分析發現所有四種類型的自主無人駕駛飛機都很有用,但它建議優先考慮完全自主的彈藥和半自主的環形載人技術,以滿足以 2035 年為中心的聯合部隊規劃時間表。研究結果還表明,需要改進數據收集和處理、云和網狀網絡以及數據和網絡系統的安全性。研究還發現,人工智能和自主功能具有提高人類性能和決策的潛力,保持有人駕駛飛機和無人駕駛飛機的組合可使美國管理作戰風險。
根據美國《國家安全戰略》和《國防戰略》,戰略和作戰環境已經發生了變化。具體地說,與大國競爭重新抬頭,導致軍事戰略和規劃考慮因素發生變化。《國防戰略》(NDS)指出,"國家間的戰略競爭,而不是恐怖主義,現在是美國國家安全的首要問題"。由于這種競爭,聯合軍種已將重點轉移到大規模作戰行動的準備狀態和未來能力上。這種類型的沖突是致命的、激烈的和殘酷的,歷史表明,這種規模的作戰行動更加混亂、激烈和具有破壞性。所有這一切都使得未來戰斗的作戰環境更加復雜,多個作戰領域(如空中、太空、網絡空間、陸地和海上)隨時都會影響戰斗空間。這種環境導致美國的大國競爭對手投資于各領域的能力,以縮小美國軍事優勢的差距。
這些投資帶來了能力上的進步,創造了強大而具有挑戰性的場景,需要更好的態勢感知和更快的人工決策。此外,在這種環境下可用的數據量對于當前的系統和決策者來說是難以承受的,而人工智能(AI)、機器學習(ML)和自主系統功能方面的進步則有望跟上行動的步伐并保持競爭優勢。
特別是,為了有效利用剩余能力并達到預期效果,需要在作戰空間內加快數據處理速度,以提高對態勢的感知能力,并加快各級決策的制定。空軍歷來使用 OODA(觀察、定向、決策、行動)循環的條令概念來加速作戰行動中的決策制定。OODA 循環被視為一種決策戰略,可在競爭激烈的環境中創造優勢。它最初由美國空軍上校約翰-博伊德(John Boyd)提出,是一個實用的概念,目的是在混亂和令人困惑的情況下創造理性思維。觀察步驟的重點是盡可能準確地全面了解情況。東方階段包括兩個子階段:破壞和創造。破壞包括將情況分析為更小的組成部分或問題,以便更好地了解情況。決策者會對問題進行分解,直到熟悉或接近可以制定計劃的情況為止。熟悉是通過教育、培訓、經驗和指導獲得的。然后,將問題和計劃的組成部分 "創造 "成一個整體行動計劃。決定 "階段只是合乎邏輯的下一步,是收集足夠數據以做出明智決定的結果。行動是 OODA 循環過程的執行階段。
人工智能有可能加速每個戰術、戰役和戰略層面的 OODA 循環。例如,可以利用更多可用數據構建態勢圖,從而進行更準確的觀察。然后,通過人工智能和機器學習對局勢數據進行提煉,為決策者指明方向,以便更快更好地制定行動計劃。我們需要人工智能來協助處理和分析現有的大量數據。這將導致更快、更明智的決策和行動,在戰場上創造巨大優勢。
隨著美國的大國競爭對手利用全球范圍內取得的進展,商業部門也越來越迫切地實施這些新興技術。這導致對手發現了通過將人工智能的使用整合到自己的軍事力量中來對抗美國軍事力量的方法。例如,對手的綜合防空系統通過集成更多使用人工智能的自主功能,在目標探測和交戰方面變得更加高效。
除人工智能外,全域聯合作戰(JADO)也是一種技術和概念,聯合軍種職能部門和作戰領域正在利用這種技術和概念來同步開展工作并產生協同效應。這一概念通過提高各領域的效力來減少脆弱性。我們的對手也在推進和使用全域作戰,這給我們的部隊帶來了挑戰和機遇。全域作戰的推進創造了一個競爭日益激烈的環境,這將使 LSCO 的指揮和控制更具挑戰性。因此,國防部創建了聯合全域指揮與控制(JADC2),以空軍為牽頭機構,將各軍種的傳感器連接起來。
美國空軍還在開發 "下一代空中優勢"(NGAD),這是一種有人、無人和可選有人平臺的混合能力,在概念上依賴于人工智能、機器學習和人機協同技術與無人平臺。這些技術使無人平臺具有不同類型的自主能力,并與人類進行不同程度的互動(例如,人在環中、環上和環下)。一種理論認為,具有致命能力的資產在執行致命行動時應 "環內有人"。一個更常見的擔憂是,有爭議的作戰條件會對人與機器之間的衛星鏈路造成干擾,在這種情況下,人工智能系統將如何行動尚不清楚。空軍認識到這是一個需要解決的重要問題,并已開始研究防止人工智能失靈的方法。具體而言,正在為使用人工智能的系統開發一個子項目,稱為 "復雜環境下的自主測試"(TACE),該項目正在調查、測試和推進人工智能保障措施。
現代戰爭越來越傾向于全領域作戰,需要同時進行交戰,以便在多個或所有領域產生效果。在過去幾十年中,美軍在每個作戰領域都享有無可爭議的優勢。在未來與大國競爭者的沖突中,情況將不會是這樣。此外,在以反叛亂為中心的環境中,我國持續時間最長的武裝沖突影響了大規模作戰行動的軍事準備。這一問題加上快速的技術變革,以及我們的對手在各個作戰領域日益增加的挑戰,創造了一個新的戰略安全環境,而美國目前尚未做好作戰準備。此外,重新崛起的大國競爭者正在利用技術的快速傳播,產生新的戰爭概念和技術,如數據分析、人工智能、自主化和機器人技術。鑒于戰略環境和快速的技術進步,《國防戰略》已將投資列為優先事項,以進一步發現人工智能、ML 和自主性的軍事應用。美軍的優勢是削弱還是加強,取決于這些新技術的整合方式,以及我們是否比對手更有效地實施這些技術。聯合部隊領導層已明確表示,將致力于利用和發揮最佳形式的人工智能,以更快的速度和更高的精度完成所有任務集。我們必須利用人工智能、自主功能和人機協作來滿足這一需求,以更快的速度、更高的精度和更強的殺傷力應對更復雜、節奏更快的 LSCO 環境。考慮到所有這些因素,聯合部隊現在應確定無人平臺所需的人工智能自主功能類型,以滿足 2035 年聯合規劃時限內大規模作戰行動的需求和要求。
本研究試圖回答的首要問題是,在非許可的大規模作戰環境中,利用人工智能和人類協同技術的致命無人駕駛飛機應該能夠在指揮和控制方面應對哪些挑戰,實現哪些類型的自主功能?
1.無人駕駛飛機是否應具備致命的自主功能?
2.哪些關鍵任務需要人工智能(AI)和人類協同能力?
3.聯合部隊應投資哪些類型的有人和無人資產?
4.什么是有人駕駛飛機和無人駕駛飛機的正確組合,以實現所需的未來能力,從而超越我們的對手?
5.在高致命性的大規模作戰環境中,以無人機為主的部隊有何優勢?
6.為保障指揮與控制通信鏈路,需要進一步開發哪些類型的技術?
無人機系統(UAS)的發展及其在作戰行動中的應用代表著戰爭模式的轉變。自 20 世紀末以來,無人機系統一直被用于情報搜集和精確打擊,但傳統武裝部隊一直認為無人機系統不適合大規模作戰行動(LSCO),而且過于脆弱。最近的沖突證明情況恰恰相反。這些沖突還表明,無視戰場上無人機系統威脅的部隊將無可挽回地面臨失敗。通過三個案例研究(納戈爾諾-卡拉巴赫、中東和利比亞),本專著將強調無人機系統威脅對聯合作戰模式的嚴峻挑戰。然而,如果部隊具有凝聚力、訓練有素、組織有序,能夠保護自己免受這種威脅,并采取積極主動的方法應對這種威脅,那么這種作戰方式在無人機環境下仍然適用。此外,最近發生的涉及使用無人機的沖突重新喚起并強調了不同部門之間,甚至部隊不同領域組成部分之間必要的合作精神,并強調了這種方法的重要性。最后,無人機并沒有改變戰爭的性質。相反,無人機加強了戰爭的政治性,因為無人機的使用直接影響到面對無人機的交戰方的決策。
時間是 2040 年。法國陸軍正以一個師的兵力投入到一次大規模、全域、作戰行動(LSCO)中,以應對同行的威脅。這支部隊正在對行動區內威脅法國國家利益的一個地區勢力實施聯合強行進入行動。美國向法國提供了防空能力,以確保部隊的機動自由。在聯合部隊成功突破反進入/區域封鎖(A2AD)保護后,該師的偵察梯隊完全由無人駕駛車輛組成。這個無人駕駛的第一梯隊旅使指揮官能夠在不與滯留在后方的輕步兵部隊交戰的情況下進行偵察。由于無人機在戰場上占據主導地位,裝甲單元被認為過于脆弱,坦克或步兵戰車因被認為過于昂貴而退役,無法在作戰環境中保持相關性。由于敵方強大的 A2AD 網絡,并根據總參謀長的建議,法國總統選擇不部署有人駕駛飛機,因為損失一架飛機在財政成本和公眾輿論方面都將是災難性的。因此,空中部分完全由武裝無人機組成,它們具有強大的持久打擊能力,而無需冒有人駕駛飛機的風險。以前的師系統,包括重型和輕型裝甲旅戰斗隊、一個師偵察營以及完全由人員組成的情報、火力和維持輔助部隊,已經被放棄,因為它太重太脆弱,不夠靈活,無法在大量使用無人資產的作戰環境中取得勝利。現在的新師是由搭載在輕型裝甲車上的輕步兵單元和無人機組合而成。該單元在強大的防空系統保護傘下開展行動,既能防護有人或無人飛機,又能依靠動能和非動能資產。該師擁有輕型車輛,易于部署;擁有無人機,機動性強;擁有強大的防空層,生存能力強。
一種新的作戰方式已經形成,傳統的聯合兵種機動方式已被歷史塵封。無人機取代了傳統的情報和火力資產,將兩者結合在一個平臺上。由于無人機能夠在戰場上的任何地方開展行動,它們證明了裝甲和機械化單元的無用性,因為它們很容易成為無人機的目標。無人機可以飛越敵方領土,瞄準雷達、指揮所或后勤節點。它們在戰場縱深的行動會擾亂敵軍的陣腳,摧毀其戰斗意志。因此,配合無人機行動的唯一部隊是輕步兵,以占領地面并確保持久的勝利。
未來幾十年,聯合作戰是否會朝著這個方向發展?無人機是否代表著戰爭性質的最終改變?無人機能否僅靠自身力量贏得沖突并限制地面部隊的投入?通過對近期沖突的研究,如 2020 年的納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭、近期中東地區圣戰組織與常規部隊(美國、俄羅斯或歐洲)之間的沖突以及 2019 年和 2020 年的利比亞戰爭,這些沖突都顯示了無人機的廣泛應用,可能會得出這樣的結論。這些沖突顯示了使用無人機所帶來的潛力,以及從 20 世紀戰爭演變中繼承下來并延續到 21 世紀初的常規聯合武器方法的局限性。使用裝甲和機械化編隊的傳統聯合作戰方法的交戰方在面對無人機攻擊時遇到了困難,因為無人機的攻擊會在戰爭的戰術、作戰或戰略層面上削弱指揮官的能力。無人機為其使用者提供了非對稱優勢:通過使防空系統飽和、永久占據天空、通過攝像頭捕捉可能造成的高傷亡以及在社交網絡上播放宣傳片的影響,無人機代表了一種進入對手決策圈的新方法。
在這里,沖突的性質很重要。正如理查德-哈斯(Richard Haas)在《必要性戰爭,選擇性戰爭》(War of Necessity, War of Choice: 兩次伊拉克戰爭回憶錄》中所下的定義。在比較兩場伊拉克戰爭時,他說:"必要的戰爭涉及最重要的國家利益,除了使用武力之外沒有其他有前途的選擇,如果要維持現狀,肯定要付出相當大的代價"。另一方面,"選擇性戰爭往往涉及不那么明顯'重要'的利害關系或利益,以及存在可行的替代政策"。這一區分非常重要,因為它將決定使用手段的范圍,限制或擴大武器的選擇。在一場有選擇的戰爭中,無人機可以提供良好的能力,給對手造成損失,并在不冒生命危險或昂貴的物資損失的情況下達到目標。由于其無人駕駛的性質,無人機為其使用者提供了可擴展和創造性的選擇,而不會受到使用有人駕駛飛機固有的技術、戰術甚至政治限制的阻礙。在迫不得已的戰爭中,它們可以通過瞄準防空網絡、后勤節點、指揮所或機動單元,作為力量倍增器來削弱對手的軍事力量。
20 世紀,交戰國陸軍提出了聯合作戰的概念。一戰結束后,法國開始實施坦克、步兵和炮兵協同作戰。在戰時,這一概念繼續發展,并在第二次世界大戰期間得到所有交戰國空軍的整合。沖突結束后,面對作戰環境的變化、原子武器的威脅或反叛亂戰斗,這一概念得到了完善,但總體上仍具有現實意義。根據美國的條令定義,聯合作戰是 "同步和同時使用各種武器,以達到比單獨或依次使用每種武器更大的效果"。這種方法的優勢在于使不同的作戰功能能夠彌補其他功能的不足。通過這種合作,作戰功能構成了一個強大的作戰系統。
上述每一次沖突都對聯合作戰方法提出了挑戰,迫使領導人修改作戰方法。今天,無人機的威脅是對聯合作戰模式的嚴峻挑戰。然而,在無人機環境下,如果部隊具有凝聚力,訓練有素,組織有序,不僅有能力保護自己免受威脅,還能采取積極主動的方法應對威脅,那么這種作戰方式仍然適用。此外,最近發生的涉及使用無人機的沖突重新喚起并強調了不同部門之間,甚至部隊不同領域組成部分之間必要的合作精神,并強調了這種方法的重要性。最后,無人機并沒有改變戰爭的性質。相反,它們加強了戰爭的政治性質,因為它們的使用直接影響到面對它們的交戰方的決策。
在為潛在的高強度沖突做準備的背景下,這個問題與西歐或美國陸軍等行為體高度相關,因為自冷戰結束以來,這些行為體一直在相對舒適的環境下作戰,擁有無可爭議的空中優勢。在此期間,西方軍隊面對的敵人不具備造成大量傷亡的能力或技能。因此,他們不會像納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭中那樣,面臨意味著友軍大量損失而導致決策癱瘓的重大致命僵局。
無人機也被稱為 "無人駕駛航空系統"(UAS),指的是在沒有任何飛行員的情況下自主或遠程操作的任何飛機。無人機系統由三個關鍵部分組成:
最初,無人機是在不裝備武器的情況下運行的,但最終還是裝備了武器。如今,閑逛彈藥是武裝無人機的最后演變。據無人機研究中心的丹-格廷格和阿瑟-霍蘭-米歇爾稱,"它們的設計目的是用爆炸彈頭攻擊視線以外的地面目標"。懸停彈藥將在戰場上空飛行,跟蹤潛在目標并最終將其擊落。簡而言之,這種彈藥就是自殺式無人機。在本研究中,無人機系統和無人機的表述將不加區分地使用。
本專著將介紹三個案例研究:第一個案例研究將側重于 2020 年的納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭,以及亞美尼亞人無力應對無人機威脅所造成的后果:由于阿塞拜疆憑借無人機和閑逛彈藥獲得了空中優勢,亞美尼亞領導層被削弱,被迫承認失敗,同時在戰場上面臨重大損失。第二個案例研究將考慮非國家行為者在伊拉克和敘利亞使用無人機打擊常規對手的情況。盡管戰術成功與否參差不齊,但無人機使用者能夠讓對手懷疑自己的實力,并在敵人的母國制造恐慌。反伊斯蘭國聯盟成員通過加強聯合武器合作和窒息恐怖分子的無人機制造網絡,成功地保護了自己的部隊。最后,第三個案例研究的重點是利比亞的無人機。利比亞被認為是世界上最大的無人機行動區,表明無人機構成了新的廉價版空中力量。然而,在利比亞,無人機并不足以在戰場上強制決策;要贏得長期決策,就必須與地面裝甲和機械化單元合作。僅靠無人機的部隊無法保持戰術優勢,也無法實現戰略目標。從作戰角度看,利比亞案例研究強調,無人機的使用加強而非徹底改變了聯合和聯合武器合作的精神。無人機是戰爭方式范式的轉變。它迫使軍事領導人改變作戰方式和作戰方法。然而,這還不是一場軍事革命。跨領域合作能夠在面對這一威脅時扭轉局勢。
無人機系統(UAS)的發展及其在作戰行動中的應用代表著戰爭模式的轉變。自 20 世紀末以來,無人機系統一直被用于情報搜集和精確打擊,但傳統武裝部隊一直認為無人機系統不適合大規模作戰行動(LSCO),而且過于脆弱。最近的沖突證明情況恰恰相反。這些沖突還表明,無視戰場上無人機系統威脅的部隊將無可挽回地面臨失敗。通過三個案例研究(納戈爾諾-卡拉巴赫、中東和利比亞),本專著將強調無人機系統威脅對聯合作戰模式的嚴峻挑戰。然而,如果部隊具有凝聚力、訓練有素、組織有序,能夠保護自己免受這種威脅,并采取積極主動的方法應對這種威脅,那么這種作戰方式在無人機環境下仍然適用。此外,最近發生的涉及使用無人機的沖突重新喚起并強調了不同部門之間,甚至部隊不同領域組成部分之間必要的合作精神,并強調了這種方法的重要性。最后,無人機并沒有改變戰爭的性質。相反,無人機加強了戰爭的政治性,因為無人機的使用直接影響到面對無人機的交戰方的決策。
無人機(UAVs)在軍事和民用領域發揮著至關重要的作用。本論文的研究有助于智能控制系統(ICS)領域,特別是實現旋轉翼無人飛行器(RUAV)可靠、便捷的自主控制。特別是,本論文解決了如何適應未建模動態和干擾(如在空中改變有效載荷)的難題。
無人機可以攜帶額外的重量,如傳感器、貨物,甚至被稱為有效載荷的懸掛物。已經開發了許多策略來穩定不斷變化的有效載荷,但這些策略都假定有效載荷是剛性的,重心(CoG)是靜態和已知的。有效載荷質量及其類型在飛行過程中的變化會極大地影響無人機的動態性能,這就要求控制器進行調整,以保持令人滿意的閉環性能。此外,還沒有探索過在半空中從一架較大的飛機(如氣象氣球)上發射一組具有隨機姿態的送貨無人機的情況。最后,未建模的動力學和陣風等不確定因素給飛行操作帶來了挑戰,因此綜合控制系統對于處理這些不確定因素至關重要,但對非基于模型的綜合控制系統的設計和開發關注不夠。
受這些研究空白的啟發,本論文探討了如何處理有效載荷在空中的 CoG 變化和姿態獨立發射的控制問題。為解決這些問題并實現理想的軌跡跟蹤控制,本文提出了一種新型非基于模型的綜合控制系統,稱為雙向模糊腦情感學習(BFBEL)控制系統。所提出的控制系統融合了模糊推理、神經網絡和基于強化學習的新型雙向腦情感學習(BBEL)算法。所提出的 BFBEL 控制器能夠從零開始快速適應,可用于控制 RUAV 的所有六自由度 (6DOF)。為擴大擬議控制器的適用性,開發了單輸入-單輸出(SISO)和多輸入-多輸出(MIMO)架構。本研究考慮的兩種無人駕駛飛行器模型是四旋翼無人駕駛飛行器(QUAV)和直升機無人駕駛飛行器(HUAV)。SISO 版本的 BFBEL 控制系統被應用于 QUAV,以解決處理 CoG 和重量不同的外部有效載荷的問題。BFBEL 控制系統的 MIMO 版本應用于 HUAV,以解決在空中獨立發射姿勢的問題。對這兩種系統都進行了模擬評估,并通過實驗驗證了如何處理 CoG 不確定的外部有效載荷問題。最后,在相同的控制情況下,將飛行能力和控制性能與傳統的比例積分微分(PID)控制器方案進行了比較。
美海軍陸戰隊應投資于現有的武裝無人機系統 (UAS),并進一步完善成對和自主系統,以最大限度地發揮無人系統的技術優勢。
預測未來沖突的特點并不是一門精確的科學,可能會有無窮無盡的可能性,而這些可能性僅受對手的意愿和想象力的限制。盡管如此,為了繼續調整現有條令、預測未來需求并繼續開發和采購進程,我們需要對未來作戰環境進行展望。海軍陸戰隊作戰概念(MOC)是海軍陸戰隊對未來作戰環境、海軍陸戰隊如何作戰才能成功戰勝這些挑戰,以及為最好地應對這些挑戰而必須完善、修改或發展的能力的最新設想。為了擁有最有能力的戰斗部隊來應對未來的威脅,軍隊必須預測需求并在今天進行變革。
聯合攻擊戰斗機(JSF)就是一個預測未來環境并開發具有競爭力的系統的例子。它代表了隱形技術的重大進步、最先進的雷達系統、前所未有的信息共享水平和更高的態勢感知能力。這些能力需要付出高昂的時間和金錢代價。
武裝無人機系統具有類似的能力,能以更低的成本和更多的數量提供 CAS。現有武裝無人機系統的總成本與繼續開發、生產和部署約 2400 架 JSF 的成本相比相形見絀。增加對武裝無人機系統的投資可以節約成本,使軍方能夠生產更多系統,節省大量資金。大大縮短的培訓時間使培訓管道能夠更好地滿足基于作戰需求的人力需求,并使軍方能夠在相對較短的時間內激增訓練有素的飛行員和操作員的數量。
結論:對武裝無人機系統的投資在平臺采購和機組人員培訓時間方面節省了大量成本。這些節省下來的費用可為未來沖突中可能需要的地面行動提供更多的 CAS 支持。
自21世紀初以來,美國一直積極追求超音速武器-飛行速度至少5馬赫的機動武器的發展,作為其常規快速全球打擊計劃的一部分。近年來,美國把這方面的努力集中在研發高超聲速滑翔飛行器和高超聲速巡航導彈上。高超聲速滑翔飛行器是從火箭發射出來的,然后滑翔到目標,高超聲速巡航導彈在飛行過程中由高速的吸氣式發動機提供動力。正如前參謀長聯席會議副主席和前美國戰略司令部司令John Hyten將軍所說,當其他部隊無法進入、被拒絕進入或不受歡迎時,這些武器可以“對遙遠的、防御的和/或時間關鍵的威脅(如公路機動導彈)進行響應性的、遠程的打擊選擇。”另一方面,批評人士認為,高超聲速武器缺乏明確的任務要求,對美國軍事能力貢獻不大,在威懾方面沒有必要。
在過去,高超音速武器的資金一直相對有限;然而,五角大樓和國會都對發展和近期部署高超聲速系統表現出越來越大的興趣。這在一定程度上是由于俄羅斯和中國在這些技術上的進步,這兩個國家都有許多高超聲速武器項目,并可能部署了可操作的高超聲速滑翔飛行器——可能裝備有核彈頭。與俄羅斯和中國的超音速武器相比,美國的大多數高超音速武器在設計上都不是為了與核彈頭一起使用。因此,與擁有核武器的中國和俄羅斯系統相比,美國高超音速武器可能需要更高的精度,在技術上也更具挑戰性。五角大樓2023財年的高超聲速研究預算申請為47億美元,高于2022財年的38億美元。導彈防御局還申請了2.255億美元用于高超聲速防御。目前,美國國防部(DOD)還沒有建立任何高超聲速武器的項目記錄,這表明它可能沒有批準系統的任務要求或長期資金計劃。事實上,正如高超聲速(國防部研究與工程副部長辦公室)首席主任Mike White所說,國防部尚未做出購買高超聲速武器的決定,而是正在開發原型,以協助評估潛在的武器系統概念和任務集。
在國會審議五角大樓的美國高超聲速武器計劃時,它可能會考慮有關高超聲速武器的基本原理、預期成本以及對戰略穩定和軍備控制的影響等問題。潛在的問題包括:
高超音速武器將用于什么任務?高超音速武器是執行這些潛在任務的最具成本效益的手段嗎?如何將它們納入聯合作戰原則和概念?
鑒于對高超聲速武器缺乏明確的任務要求,國會應該如何評估高超聲速武器計劃的資金申請,或者評估高超聲速武器計劃、使能技術和支持測試基礎設施的資金申請的平衡?加速高超音速武器、使能技術或高超音速導彈防御方案的研究是必要的,也是技術上可行的嗎?
高超聲速武器的部署將如何影響戰略穩定?
是否需要采取緩解風險的措施,例如擴大新的《削減戰略武器條約》,談判新的多邊軍控協定,或開展透明度和建立信任活動?
小型無人駕駛飛機系統(sUAS)的指數式增長為美國防部帶來了新的風險。技術趨勢正極大地改變著小型無人機系統的合法應用,同時也使它們成為國家行為者、非國家行為者和犯罪分子手中日益強大的武器。如果被疏忽或魯莽的操作者控制,小型無人機系統也可能對美國防部在空中、陸地和海洋領域的行動構成危害。越來越多的 sUAS 將與美國防部飛機共享天空,此外美國對手可能在美國防部設施上空運行,在此環境下美國防部必須保護和保衛人員、設施和資產。
為了應對這一挑戰,美國防部最初強調部署和使用政府和商業建造的物資,以解決無人機系統帶來的直接風險;然而,這導致了許多非整合的、多余的解決方案。雖然最初的方法解決了近期的需求,但它也帶來了挑戰,使美國防部跟上不斷變化問題的能力變得復雜。為了應對這些挑戰,美國防部需要一個全局性的戰略來應對無人機系統的危害和威脅。
2019年11月,美國防部長指定陸軍部長(SECARMY)為國防部反小型無人機系統(C-sUAS,無人機1、2、3組)的執行機構(EA)。作為執行機構,SECARMY建立了C-sUAS聯合辦公室(JCO),該辦公室將領導、同步和指導C-sUAS活動,以促進整個部門的統一努力。
美國防部的C-sUAS戰略提供了一個框架,以解決國土、東道國和應急地點的sUAS從危險到威脅的全過程。國防部的利益相關者將合作實現三個戰略目標:(1)通過創新和合作加強聯合部隊,以保護國土、東道國和應急地點的國防部人員、資產和設施;(2)開發物資和非物資解決方案,以促進國防部任務的安全和可靠執行,并剝奪對手阻礙實現目標的能力;以及(3)建立和擴大美國與盟友和合作伙伴的關系,保護其在國內外的利益。
美國防部將通過重點關注三個方面的工作來實現這些目標:準備好部隊;保衛部隊;和建立團隊。為了準備好部隊,國防部將最大限度地提高現有的C-sUAS能力,并使用基于風險的方法來指導高效和快速地開發一套物質和非物質解決方案,以滿足新的需求。為了保衛部隊,國防部將協調以DOTMLPF-P考慮為基礎的聯合能力的交付,并同步發展作戰概念和理論。最后,作為全球首選的軍事伙伴,國防部將通過利用其現有的關系來建設團隊,建立新的伙伴關系,并擴大信息共享,以應對新的挑戰。
通過實施這一戰略,美國防部將成功地應對在美國本土、東道國和應急地點出現的無人機系統威脅所帶來的挑戰。在這些不同操作環境中的指揮官將擁有他們需要的解決方案,以保護國防部人員、設施、資產和任務免受當前和未來的無人機系統威脅。