在過去的十年中，美國國防部（DoD）越來越多地將其條令和能力發展的重點放在大國對手上，如中國和俄羅斯聯邦，或像朝鮮這樣的地區核武大國。美國軍隊在面對這些對手時的最緊張戰役占據了其國防部的規劃。然而，認識到美國防部對高強度戰爭的關注，對手正在有條不紊地開發戰略和系統，以規避美軍的優勢，并通過避免美軍已準備好的情況類型來識別并利用其脆弱性。

作為對抗美國軍事力量不對稱工作的一部分，俄羅斯等軍隊正在追求的作戰方法共同強調信息和決策是未來沖突的主要戰場。諸如中國的 "系統破壞戰"或俄羅斯軍隊的 "新一代戰爭 "等概念，引導部隊以電子和物理方式攻擊對手獲取準確信息的能力，同時引入虛假數據，削弱防御者的定位能力。與此同時，對手的軍事和準軍事部隊孤立或攻擊目標，而不會使沖突升級，從而為美國及其盟國的大規模軍事報復提供“理由”。信息退化和無法采用傳統的美國軍事反應所造成的困境，可以使侵略者在不訴諸于消耗作為主要成功機制的情況下實現其目標。

像俄羅斯等所追求的以決策為中心的概念可能會成為未來沖突的重要形式，特別是當更多對抗發生在大規模生存性戰斗的背景之外。當一個政府的生存受到威脅時，其領導人將更有可能采取以消耗為基礎的方法，試圖避免失敗。雖然當沖突變成消耗性沖突時，決策和信息仍然很重要，但單個部隊的殺傷力和生存能力也同樣具有決定性。

在冷戰后期，美軍對精確打擊戰爭的革命性方法利用了當時的通信數據鏈、隱形和制導武器等新技術。同樣，決策中心戰是在軍事上利用人工智能（AI）和自主系統的最有效方式，這些技術可以說是當今最突出的技術。這種方法的一個例子是美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的馬賽克戰爭概念，它將人工智能賦能的指揮和控制（C2）與部隊結合起來，通過納入更大比例的自主系統，實現比今天的美國軍隊更大的分解。

馬賽克戰爭的核心思想是，在人工智能機器控制下，由人類指揮指導的分解型有人和自主單位可以利用其適應性和明顯的復雜性來延遲或阻止對手實現目標，同時破壞敵人的重心，以防止進一步的侵略。這種方法與機動戰相一致，并將馬賽克戰爭與盟軍在第二次世界大戰期間以及美軍在冷戰后的科索沃、伊拉克和利比亞沖突中采用的基于消耗的戰略形成對比。盡管 "馬賽克戰爭 "將消耗作為給對手制造困境的一部分，但其實現目標的主要機制是拒止、拖延或擾亂對手的行動，而不是將對手的軍事力量削弱到無法再有效作戰的地步。

盡管它們有著共同的基礎，但馬賽克戰爭在機動戰的基礎上提出了一種部隊設計和C2流程，使美軍能夠與對手相比執行更大、更多樣化的行動方案（COA）。在以決策為中心的對抗中，擁有這種 "選擇優勢 "的部隊將更有可能給對手帶來無法解決的困境組合。

馬賽克戰爭在其范圍和時間框架方面也與機動戰不同。機動戰被視為戰術和作戰層面的軍事概念，而馬賽克戰爭的部隊設計和C2方法將在戰略層面以及在對抗開始前開發和部署新能力方面產生選擇優勢。

兵力設計

美軍已經采用了馬賽克兵力設計的許多要素。為了增加可選性，"馬賽克"兵力設計將用更多較小的、成本較低的、多功能性較差的單元和系統來取代美軍的一部分單一的、獨立的平臺和單元。盡管這些較小的單元可能在耐力、自我保護或能力方面不如今天的部隊要素，但它們可以由多任務平臺部署或護送進入戰區，并在戰斗中被認為是可消耗的或能消耗的。圖1顯示了如何在美國海軍的兵力結構中實施馬賽克設計方法，在不增加采購或維持成本的情況下增加艦艇的總體數量。海軍和其他美國軍種已經在朝著符合馬賽克式兵力設計的更加分散的兵力結構方向發展。

圖1：美國海軍如何重新平衡以實施馬賽克戰爭兵力設計原則（考慮到通貨膨脹因素，目前和擬議的未來兵力采購和運營成本大致相同）

馬賽克兵力中更多的單元數量和多樣性將為指揮官提供更多的潛在組合，使他們能夠更快地確定可接受的作戰行動，并更容易地選擇具有較高成功率的作戰行動。馬賽克兵力的分解也將使指揮官能夠更精確地校準部隊組合的能力，與今天的美國軍隊相比，這可以使一支部隊分散在更多同時進行的任務中。從對手的角度來看，與傳統兵力相比，馬賽克兵力有更高的決策節奏、規模和有效性，這將排除對手更多的COA，進一步加強馬賽克兵力的可選擇性優勢。

重新平衡美國兵力，使之向更多的小型平臺和編隊發展，可以創造出作戰優勢。更加分散的馬賽克兵力將能夠更好地進行佯攻、探測和其他高風險、高回報的行動，而這些行動并不值得損失一個單一的、多任務的平臺或編隊。分解也將使更多的兵力組合選擇能夠按比例對抗灰色地帶或次常規侵略。相比之下，今天美國的灰區反應要么采用少量昂貴的平臺，在對手的領土附近有被淹沒的高風險，要么采用較大的編隊，可以保護自己，但可能與情況不相稱。

在較長的競爭中，馬賽克兵力中較小的、功能較少的單元與他們單一的、多任務的同行相比，可以更容易地納入新的任務系統和技術。因此，與今天的軍隊相比，馬賽克兵力可以更快地適應新的傳感器、無線電、武器或電子戰系統的研發，而不是等待昂貴和費時的整合。

指揮與控制（C2）

當今由參謀部管理和條令驅動的C2流程過于緩慢，缺乏快速制定COA的能力，無法將大量分散的單元整合在一起執行動態任務。馬賽克C2方法通過將人的指揮與機器的控制結合起來，解決了參謀部驅動的計劃的不足之處。在這種方法中，人類指揮官確定任務，設定限制和優先事項，并確定可使用的兵力；然后由機器賦能的決策支持系統開發出支持指揮官意圖的擬議COA。如圖2所示，一個更加分散的兵力和一個機器化的C2過程將使規模化的決策更加快速，這在馬賽克小組的兵棋推演表現中得到了證明。

圖2：在最近的兵棋推演中，馬賽克兵力和傳統軍事兵力的任務完成情況比較（戰例表明，馬賽克式C2方法與更加分散的兵力結構相結合，可以產生更快、更具適應性的行動。）

人工指揮和機器控制也將支持美軍的任務指揮概念，在通信中斷的情況下，下級領導依靠自己的主動性和創造性來追求高級指揮官的意圖。隨著美軍變得更加分散或分布，下級指揮官在沒有規劃人員的情況下，將更難創造性地運用其控制的單元和系統。因此，與總部隔絕的下級指揮官可能會退回到敵人可以預測的習慣或戰術。決策支持系統將避免這種選擇權的喪失，使下級指揮官能夠有效地即興發揮，并在通信降級時創造出意想不到的行動方案。

實施決策中心戰

今天，美國防部的C3工作是在其聯合全域C2（JADC2）戰略下組織的，其中包括美國空軍的先進作戰管理系統（ABMS）、陸軍的聚合項目和海軍的超配項目。JADC2下的系統開發主要集中在通信方面，以通過ABMS連接更多不同的單元，但獲得決策優勢將要求指揮官不僅僅是連接兵力，還要比他們的對手更快或更有效地制定COA和組成兵力包。

盡管JADC2應該幫助指揮官與更加多樣化和動態的部隊進行溝通，但目前由參謀部主導的美軍規劃方法將無法以與作戰相關的節奏來審查越來越多可能的COA。為了加快規劃速度，參謀部可能會退回到敵人更容易預測的條令或習慣，從而減少美軍的決策優勢。

需要一些新技術來實現美國防部的新興兵力設計，如自主車輛控制、網絡管理系統和小尺寸的傳感器或效應器。然而，這些工作得到了很好的支持并達到了很高的成熟度。鑒于美國防部在部署更多的分解兵力方面取得的進展，C2應該是一般決策中心戰和馬賽克戰的技術發展重點。人工指揮和機器控制的技術已經在美國防部旨在支持特定軍事任務（如空對空作戰或導彈防御）的舉措中體現。C2技術的發展將需要建立在這些規劃的基礎上，并能夠管理整個部隊的多種任務，以對抗那些積極試圖破壞美國決策的對手。

與今天作戰計劃中所使用的劇本和戰術相比，實現馬賽克兵力設計中所固有的更大的可選擇性，將需要決策支持系統能夠快速分析許多潛在的作戰行動和對手反應，為指揮官提供對每個作戰行動成功的可能性評估，以及它如何影響對手的決策空間。也許最重要的是，決策中心戰的C2工具將需要有能力開發和考慮以前的交戰或條令范圍之外的COA，以便用意外的行動給對手一個出其不意，或對不可能的對手行動作出反應。美國防部的一些項目已經在追求所需的算法，以支持這種對對手 "改變游戲"的方法。

在較長的沖突中，C2工具還需要幫助指揮官了解他們如何協調個體交戰，以實施他們的戰略并保持選擇優勢。例如，指揮官最初可以使用大量的同時行動方案，包括大量的佯攻和試探，以壓倒敵人的決策并縮小決策空間。利用從行動中獲得的信息，美軍隨后可以對主要目標實施一系列重點攻擊，同時利用損失可能性大的可損耗部隊對敵軍實施壓制行動。美軍指揮官可以通過對剩余目標實施一系列意想不到的作戰行動來結束任務，以限制敵人的選擇并使其失去平衡，直到美軍完成其目標。一個以決策為中心的C2工具應該幫助指揮官考慮一系列像這樣的COA來對付一系列敵人的反應。

實施決策中心戰的兵力將需要一套復雜的C2和通信能力，以充分利用更細分的兵力設計可能帶來的可選性，并縮小對手可用的COA。這些任務整合能力將在下一節描述。

整合異質軍事力量

通信技術、模塊化電子產品和軟文定義系統的進步正在推動美國經濟大多數部門的爆炸性增長和專業化。在技術公司商業模式的推動下，消費者可以獲得越來越多的定制產品和服務，往往直接送到他們的家里。盡管2020年的冠狀病毒大流行和遠程工作的緊迫性加速了這些發展，但這些發展反映了潛在的趨勢，正不可阻擋地走向一個迅速擴大的市場，提供多樣化產品和服務。

軍隊也在向異質性和規模性相結合的方向發展。美國防部正在通過分布式兵力結構追求更大的彈性，旨在增加敵人需要攻擊的目標數量，并擴大美國部隊實施進攻行動的方式。在一個財政緊張的環境中，進一步分配美軍必然會增加其異質性。如果今天的美國聯合部隊被分配成更多的具有大致相同能力的單元，那么要么美國軍隊的整體規模太小，因為每個單元都是一個昂貴的多任務平臺或編隊，要么美國防部將缺乏所需的高端能力，如防空或遠程火力，而這些能力太過昂貴，無法由每個單元攜帶。因此，與目前的美軍相比，美國防部未來的兵力設計可能會更加分散和異質化，將更少的大型多任務平臺和兵力編隊與更多的小型、更專業的單元相結合。

除了因分布而產生更好的彈性之外，一支更加異質的美國兵力可能會在對抗中更加有效，在這種對抗中，成功越來越多地來自于信息和決策的優勢，而不是消耗性。例如，"馬賽克戰爭"概念認為，一支能夠大規模利用異質性的軍隊可以通過為指揮官提供更大的適應性和為敵人創造更復雜的展示來評估、理解和防御，從而獲得對對手的決策優勢。

美國特種作戰部隊（SOF）是當代類似馬賽克兵力設計的一個例子，它主要由小型的、專門的兵力組成，并由一些多任務平臺或兵力編隊支持。然而，SOF的訓練、裝備和規劃模式如果在整個美軍中應用，就顯得過于昂貴和耗時。要使美國防部的通用部隊在可能的財政和組織限制下具有更強的適應性和可組合性，就需要采取新的兵力管理和準備方法，以平衡可擴展性和為指揮官提供更多可選擇的目標。

以決策為中心的戰爭意味著兩個層面的競爭。在行動上，軍隊將需要有能力通過在戰場上重新組合和整合兵力來利用更多的分布式和異質性兵力可能帶來的適應性。在體制上，軍隊將需要通過采用新的技術和概念，利用新出現的機會或應對新的威脅和挑戰，不斷發展能力來進行競爭。

規模化的異質性將提高美軍的可組合性，但決策優勢將同樣或更多地取決于整合部隊并協調其行動的C3能力。除了組織更多和更多樣化的軍事單位的困難之外，今天的規劃和管理過程很可能被更多的兵力組成和效果鏈所產生的復雜性所淹沒。因此，無論美軍最終達到何種程度的異質性，都需要新的C3組織、流程和系統來實施以決策為中心的戰爭。

換個角度看，僅僅在現有部隊中建立機器對機器的通信，不太可能對對手提供不對稱的優勢。雖然將所有的東西都聯網是一個崇高的長期目標，但在可預見的未來是不現實的。一個更富有彈性的競爭領域將是管理時間和協調兵力組合的可能性，指揮官可以與這些單元溝通，以追求直接的、集中的軍事目標。決策支持工具可以幫助指揮官了解他們的通信可用性，并利用更多潛在兵力組合和更加異質化兵力的COA。美國軍方已經在擴大使用基于計算機的C2輔助工具，其中一些采用了人工智能（AI），利用建模和仿真以及以前的行動結果來加快COA的開發和提高其有效性。

美國防部通常用來評估與新作戰方法相關需求的結構考慮了條令、組織、訓練、物質、領導、人員和設施（DOTMLPF）。由于 "馬賽克戰爭"、JADC2和聯合作戰概念的條令已經在發展之中，本研究將重點關注其余的DOTMLPF要素，分為三個主要類別：任務整合、作戰基礎設施和機構流程。

任務整合

今天，兵力的組成主要由各軍種執行，它們組織、訓練和裝備部隊，然后部署到作戰司令部（CCDR）及其特定領域的服務指揮官。然而，美國防部依靠各軍種來創建兵力組合，這可能會將兵力組合的種類限制在使用單一軍種的能力上。此外，各軍種被激勵限制他們創建的兵力組合的多樣性，以控制與部署前準備和認證部隊有關的成本。

為了利用一個更加異質和可重組軍隊的潛力，作戰指揮官（CCDR）將需要在戰區建立機制，重新組合和整合來自多個部門和領域的兵力。然而，要確定何時需要重新組合，就需要不斷評估當前兵力組合的有效性和適應性，以應對作戰指揮官（CCDR）可能需要處理的一系列潛在情況。在戰場上整合新的兵力組合也會在行動基礎設施方面產生費用，如后勤、保護、運輸和C3能力。為了管理其評估和重組工作的范圍和成本，作戰指揮官（CCDR）可以把重點放在一小部分必須解決的作戰挑戰上，以實現其威懾和作戰準備計劃。作戰指揮官（CCDR）的一個任務整合小組可以持續評估現有兵力的能力，以應對作戰指揮官（CCDR）的行動挑戰，并在有效性和適應性的改善超過與行動基礎設施相關的成本時，指導戰區兵力的重新組合。

任務整合的過程也將產生未來能力發展的洞察力。通過評估，任務整合小組可能會發現潛在的新能力，與目前應對作戰挑戰的方法相比，這些能力將在有效性或適應性方面產生重大改進。為了抓住這些機會，美國防部將需要利用一個聯合的能力發展模式，包括服務項目辦公室、快速能力組織和 "任務工廠"，如海軍和空軍作戰中心。

作戰設施

要實現一支更加異質化的未來兵力的更大潛在選擇性，將取決于軍事運輸、保護、后勤、能源、C2和通信基礎設施的性質和供應的變化。較小的專業單元，如巡邏艇、無人駕駛飛機或營級及以下的部隊編隊，往往需要被帶入戰區，并獲得比大型獨立的多任務平臺和編隊更多的無機支持和保護。在某些情況下，多任務單位可以與更小、更專業的部隊協同行動，提供保護和支持。當獨立行動時，與今天高效但集中的補給和燃料庫、飛機和船舶相比，功能較少的部隊編隊和有人或無人平臺可能需要更加分散的基礎設施和后勤力量。

地理限制較少的軍事能力，如天基傳感和通信系統或信息和網絡工具，也將需要由作戰指揮官（CCDR）部整合成重新組合的兵力包。像更小、更專業的平臺和編隊一樣，這些能力也可能依賴于作戰基礎設施；網絡工具可能需要運輸工具來實際接觸目標，或者商業衛星傳感器可能依賴于互操作性軟件來與無人駕駛的軍事水面艦艇連接。

如上所述，任務整合小組在分析新的兵力組成時需要考慮作戰基礎設施。在一支更加異質化的軍隊中，規模較小、功能較少的單元將無法滿足其自身的所有支持要求，因此有必要將作戰基礎設施納入作戰指揮官（CCDR）在戰區創建的新兵力組合。

美國防部機構過程

美國防部今天使用的基于預測和以供應為重點的分析、資源分配和能力發展過程不適合實現以決策為中心的戰爭所需的兵力設計和C3架構。最重要的是，更多的可重組兵力將不會產生可預測的系統實例，而這些系統實例可以用來確定能力差距，并定義工程師通過研究和開發（R&D）追求的要求。美國防部將需要新的方法來評估和滿足其能力需求，以反映以決策為中心的兵力的更大選擇性。

今天，聯合能力整合與發展系統（JCIDS）旨在通過預測計劃能力在預測的未來場景中的表現來確定系統需求。這種方法取決于對美軍配置的假設，但隨著美軍變得更加可重組，單位的具體組合及其戰術將不那么確定。為了評估未來美軍的有效性，美國防部可以評估在現實情況下，可以追求的所有合理的兵力組合。兵力的有效性在不同配置和情況下的分布可以被表示為一種統計分布，而不是目前通過JCIDS指導的點解決方案。

美國防部正在通過任務線索分析和任務工程，來確定可組合性要求方面取得的一些進展。美國防部長辦公室（OSD）、美國聯合參謀部和各軍種正在開始使用這種方法。在今天的應用中，任務線程分析檢查了完成針對目標的特定殺傷鏈所需的信息和數據流，這可以暴露出數據傳輸和共享方面的差距，而這些差距并沒有反映在簡單的作戰結構圖中。然而，由于假設兵力要素的靜態安排，美國防部目前的任務工程有可能創造出只在單一配置下工作的脆性系統。美國的不對稱優勢應該來自于快速分解和重新組合兵力并創造新的系統組合的能力。

在過去的十年中，美國國會和國防部建立了新的采購程序，可以提高美國軍隊根據新出現的技術機會和作戰挑戰而不是對未來需求的預測來發展能力。然而，美國防部開始、停止或改變能力發展方向的能力從根本上受到以供應為基礎的政府預算結構和程序的限制，這些結構和程序是圍繞著項目而不是任務或需求建立的，需要多年才能改變資金的分配。新的預算機制具有更大的靈活性，如基于任務的預算編制或美國防部最近的軟件撥款試點，將需要通過修改或引入可以提高部隊的有效性或適應性的新能力來應對作戰指揮官（CCDR）的行動挑戰。

結論與建議

新興技術和新的使用案例正在推動消費產品、服務和軍事力量走向異質性和規模性的結合。在商業應用中，互聯網、移動通信、模塊化產品和基于算法的運輸正在使定制產品和服務分散到用戶手中。軍隊也能夠類似地利用網絡、C2工具、模塊化任務系統和作戰基礎設施來組成兵力包，為作戰指揮官（CCDR）提供有效性和適應性的組合。

許多商業技術公司圍繞著向廣泛分布的客戶提供定制產品和服務的能力來建立自己的業務，而美國防部在很大程度上是規模化異質性趨勢的旁觀者。盡管五角大樓建立了越來越多的能力發展組織和采購途徑，以更快地部署更多樣化的系統，但這些努力的目標是為了更快地將能力提供給作戰人員，而不是改變其部隊發展模式以利用基本的技術趨勢。

美軍需要作戰和體制上的決策優勢，以有效威懾諸如俄羅斯武裝力量這樣的對手。在行動上，實現更大的決策空間取決于是否有軍事單元和決策支持工具能夠組成在廣泛情況下有效的兵力包。在戰略上，美國防部的機構過程將需要新的衡量標準和分析方法，更靈活的資源分配結構，以及更靈敏的國防工業生態系統，以調整其能力以實現作戰優勢。

作為第一步，美國防部應更積極主動地利用國防技術的發展，明確采用聯合模式進行任務整合。今天，服務部門整合部署單元的方法，以及賦予CCDR在戰區重新組合兵力的能力，剝奪了美國指揮官最有效的適應機會，也沒有利用網絡和互操作性方面的持續進步。除了產生更多的作戰選擇外，為CCDR提供組建兵力的工具和作戰基礎設施，還可以為已經按照任務工廠、快速能力組織和任務整合方式進行組織的能力開發者提供反饋。

為了充分利用規模化異質性的機會，美國防部應該更進一步，開始改革其一些決策過程。通過優先考慮適應性和有效性作為能力評估的衡量標準，兵力規劃者可以優先考慮在各種情況下改善結果的系統，并根據價值而不是成本做出決定。執行這些評估將需要新的分析方法和工具，與今天在一套狹窄的典型場景中進行深入分析相比，這些方法和工具可以在較低的保真度下快速檢查許多情況。為了給CCDR提供行動基礎設施以整合戰區兵力，或提供實現可接受的有效性和適應性所需新的和修改的能力，美國防部將需要比今天的計劃要素結構更靈活的預算類別。

美國防部將需要讓國防工業作為合作伙伴參與其提高作戰和戰略靈活性的工作。技術和概念趨勢正在推動商業和國防生態系統走向新的能力交付模式，并將政府作為客戶參與其中。根據價值而不是成本來衡量新能力的效用，美國防部可能能夠激勵商業對國防能力做出更大的貢獻。

五角大樓應該停止讓技術的發展與它擦肩而過。通過接受新的能力開發、整合和決策模式，美國防部可以獲得組織上的靈活性，以有效地與俄羅斯等進行同行競爭。如果不這樣做，美國軍隊就會面臨像IBM個人電腦那樣的風險——在那個時代，它的能力很強大，但被更靈活的競爭對手打破，變得無關緊要。

無人機系統（UAS）和其他相關技術（人工智能或AI、無線數據網絡、擊敗敵方電子戰的電子支援措施）已經發展到一個新的地步，無人機系統被認為原則上能夠執行目前由有人駕駛飛機執行的幾乎任何任務。

因此，許多武裝部隊正在積極試驗有人-無人編隊協作（不同的縮寫為MUM-T或MUMT）。通過將有人和無人資產作為一個單位而不是單獨部署，無人機最大限度地發揮了其作為力量倍增器的價值，提高了在高度競爭性空域的殺傷力和生存能力。無人機系統的直接控制權可由飛行中的有人單位或單獨的空中、地面或海上指揮中心掌握。隨著時間的推移，人工智能的進步將允許無機組人員的編隊元素自主地執行大部分任務。這最終可以將人類干預減少到最低，只保留任務目標的輸入、交戰規則的定義和武器釋放的授權。事實上，這種自主能力對于MUM-T概念來說是至關重要的，以防止人類飛行員被控制無人機的額外任務所淹沒。 無人機系統的主要應用包括：

• 目標偵查；
• 為有人駕駛飛機進行戰損評估；
• 電子戰；
• 各種有人或無人平臺之間的數據和通信中繼/接口；
• 武裝護衛。

在“武裝護衛”角色中，無人機系統可以在有人平臺執行任務之前壓制敵人的防空設施（SEAD角色），或者作為一個外部武器庫，使單一的有人駕駛飛機在每次任務中能夠攻擊大量的目標。

• 1 美國陸軍MUM-T
  • 旋翼系統
  • 推進能力建設
  • 下一代有人-無人編隊步驟
  • 韓國
• 2 美國空軍MUM-T
  • 美國空軍SKYBORG
  • SKYBORG 路線圖
  • 朝記錄項目發展
  • ATS/忠誠僚機
  • 英國皇家空軍“蚊子（MOSQUITO）”
  • FCAS - 未來戰斗航空系統
  • FCAS - 法國PANG
• 3 美國海軍MUM-T
  • 美國海軍MQ-25 STINGRAY加油機
  • 無人駕駛型F/A-18測試
  • 美國海軍的下一代空中優勢
• 4 其他國家發展狀況

這篇論文考慮的情況是，一架無人機保衛一個高價值的目標，以抵御一些入境的攻擊無人機。防御性無人機配備了短程武器，必須以最有效的方式摧毀每一架攻擊性無人機。這個問題是應用數學中幾個開放性問題的交匯點，例如在有損耗的情況下的最佳行動規劃，以及解決有移動目標的 "旅行推銷員問題"（TSP）。我們研究的目的是通過將該問題分解為各組成部分的問題，然后提出各組成部分的概念驗證方案來分析該問題。這篇論文的主要成果包括一個建模框架，在這個框架中，可以在不需要約束的情況下進行優化；比較使用不同類型的成本函數進行優化的優勢（例如，最小化高價值單位被摧毀的機會與基于防御者相對于攻擊者的路徑的度量）；以及通過將其映射到標準TSP或使用機器學習來解決某些限制下的移動目標TSP。

1.1 戰斗中的自主系統

自動化系統，特別是無人駕駛飛行器（UAVs）的迅速增加，改變了現代戰場。美國已經率先在整個作戰范圍內開發和實施無人機，從信號情報到無人機精確打擊[1], [2]。然而，我們的對手繼續取得有意義的進展，最近的例子是俄羅斯在烏克蘭使用中國制造的無人機[3]，無人機可能參與了最近對北溪管道的破壞[4]，甚至恐怖組織的小規模、低技術的無人機攻擊[5]。

美國繼續按照無人駕駛航空系統（UAS）路線圖[6], [7]發展其無人機能力，該路線圖規定了無人機平臺的幾個重要任務，包括情報、監視和偵察（ISR）、壓制敵方防空（SEAD）、電子攻擊、網絡節點/通信中繼和空中投遞/補給。然而，這份清單中明顯缺少的是無人機系統的防御。無人機戰爭的一個新的和發展中的方面，即無人機對無人機的交戰，迫在眉睫。有許多無人機防御系統正在開發中，包括地面激光系統，如海軍陸戰隊的緊湊型激光武器系統（CLWS）[8]和導彈系統，如陸軍的KuRFS和Coyote Effectors[9]。然而，新的反無人機系統（C-UAS）無人機正在開發中，如洛克希德-馬丁公司的MORFIUS[10]，它使用高功率微波（HPM）武器系統，使敵方無人機在飛行中失效。

美國軍方和國防部（DOD）總體上對其無人機能力進行了大量投資，這不僅包括人員、設備和武器，還包括對無人機和蜂群的戰術運用的大量研究，而這些研究超出了最近取得巨大成功的ISR和精確打擊能力[11], [12]。在2019年的指揮官規劃指南中，海軍陸戰隊指揮官大衛-H-伯杰將軍要求建立一個 "適合偵察、監視和提供致命和非致命效果的強大的無人系統家族"，以及 "大大增加我們在其他領域成熟無人駕駛能力的努力" [13]。正是在這些其他領域，我們必須繼續創新，特別是在我們對抗對手在無人機/無人機系統開發方面的成果的能力方面。

2021年，美國防部發布了其C-UAS戰略，確定了其核心挑戰：小型無人機系統（sUAS）的指數級增長給美國防部帶來了新的風險。技術趨勢正在極大地改變小型無人機系統的合法應用，同時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。當被疏忽或魯莽的操作者控制時，小型無人機系統也可能對國防部在空中、陸地和海洋領域的行動構成危害。國防部必須在越來越多的小型無人機系統與國防部飛機共享天空、在國防部設施上空運行以及被我們國家的對手使用的環境中，保護和捍衛人員、設施和資產[14]。

雖然該戰略要求在理論、組織、訓練、物資、領導和教育、人員、設施-政策（DOTMLPF-P）等方面應對這些挑戰，但必須做更多的工作，將研究/開發與戰術層面的使用結合起來，并使之同步。這篇論文的目的就是要彌補這些領域之間的差距。

1.2 目前的工作

為了提高ISR能力，無人機技術早期發展的大部分學術工作都致力于各種學科的最佳路徑控制，但具體的軍事應用包括為ISR任務避免碰撞/雷達[15]。這項工作的成功從美國的無人機精確打擊能力中可見一斑。在海軍研究生院（NPS），Kaminer等人就大型蜂群的動力學和行為開展了大量的工作[16]-[20]。盡管有很長的工作歷史，這些最近的論文提出了高價值單位防御中的一個新的最佳控制問題，開發了具有損耗建模的最佳控制問題的計算框架，并開發了高效的數值框架來解決最佳控制問題中的不確定參數

許多文獻都涉及到減員模型。蘭徹斯特損耗模型使用微分方程來研究敵對部隊的依賴性損耗，自第一次世界大戰（WWI）以來，該模型被有力地運用于戰斗研究[21], [22]。一些工作已經確定了需要并解決了明確結合最優控制和損耗建模的問題[23], [24]。然而，并不存在將這些領域有效地結合在一起的一般框架或理論，當它們被解決時，其結果往往是高度特定的場景。

本論文的大部分內容將關注旅行銷售員問題（TSP）在動態環境中的應用。最佳控制和TSP在物理學和工程科學中經常有交集。例如，一個這樣的問題可能是由航天器以最佳方式訪問木星的所有79顆衛星[25]。Moraes和Freitas通過比較幾種啟發式算法來解決移動目標TSP（MT-TSP），并應用于人群和無人機檢測[26]。

1.3 開放式問題

耦合蘭徹斯特損耗模型、最優控制理論和TSP的問題對于大領域的超級蜂群是難以解決的。然而，無人機防御研究必須關注這三個領域的交叉點，以便適當地解決這一領域現存的軍事戰術和戰略問題。超級蜂群系統的基本特征還沒有得到很好的理解，盡管隨著我們擴大小型蜂群參與戰略和框架的規模，它們的屬性可能會出現。

圖 1.1 一般研究問題的解決框圖

本論文從這個有利的角度來探討這個問題，從小型蜂群開始，開發新的方法來解決更多可解決的系統，然后可以擴大規模。

每一種方法都考慮到sUAS有限的機載計算能力和作戰期間有限的可用時間。如圖1.1和1.2所概述的一般研究問題，首先是估計諸如武器類型、武器效能、無人機群類型等參數。本論文將把所有的參數視為常量、已知量。關于參數的不確定性分析見Walton等人[17]。

圖1.2 研究問題的場景可視化

其次，一群防御性無人機必須決定如何分割即將到來的攻擊者集合，以便以最佳方式與他們交戰，使高價值單位（HVU）的生存概率最大化。本論文將這一場景限制在單一防御無人機上。關于多重TSP（MTSP），見參考文獻[27]-[29]。

1.4 提綱

剩下的幾塊，決定攻擊順序和路徑優化，將在下面幾章討論。第二章假設已經知道或選擇了合理的攻擊順序，并解決相關的科學問題，即如何使HVU的生存率最大化。我們偏離了最優控制的路徑優化，而是致力于建立全新的、無約束的優化框架的可行性，在這里我們討論了各種成本函數的優點和缺點。第三章和第四章分別從TSP和機器學習（ML）的有利角度解決攻擊順序問題。

第三章試圖消除MT-TSP的時間依賴性，以證明動態版本的TSP仍然可以在轉換的空間上采用傳統的TSP算法，第四章為ML的應用建立了一個概念證明。最后，第五章展示了我們開發的圖形用戶界面（GUI）的功能，作為無人機防御任務規劃的輔助工具。

無人機蜂群來了！美國、中國和俄羅斯處于無人機群開發和利用的最前沿。然而，無人機的低成本和易得性使非國家行為者能夠以富有想象力和創造力的方式利用無人機，包括蜂群。本專著的目的是要解決以下問題：無人機群為軍隊提供什么效用？無人機群提供了許多優勢，包括持續的情報、監視、偵察和目標定位；對軍事人員和組織的低風險和低成本，以及癱瘓個體和組織決策的潛力。相比之下，無人機群有其脆弱性和挑戰。脆弱性包括從對手的黑客攻擊到反蜂群武器的存在，而一些挑戰包括組織上的抵制和國際法。無人機群就在這里，而且很快就會出現在戰場上，現在是解決如何最好地運用它們的時候了。在概述了無人機群的潛在好處和局限性之后，該專著最后提出了四項建議：需要敘述、建立無人機群理論、了解人機界面以及為無人機群的使用進行組織過渡。

（本文由國家情報委員會的戰略未來小組與外部專家和情報界分析師協商后制作，以幫助為 2021 年 3 月發布的綜合全球趨勢產品提供信息。但是，該分析并不反映美國政府的官方政策、廣度情報來源，或美國情報界的全方位觀點。）

在未來20年里，軍事沖突很可能是由歷史上引發戰爭的相同因素驅動的--從資源保護、經濟差距、意識形態差異到追求權力和影響力--但隨著新技術、應用和理論的出現以及更多行為體獲得這些能力，發動戰爭的方式將發生變化。改進的傳感器、自動化和人工智能（AI）與高超音速技術和其他先進技術的結合，將產生更準確、連接更好、速度更快、射程更遠和更具破壞性的武器，主要供最先進的軍隊使用，但一些較小的國家和非國家行為者也可以獲得。隨著時間的推移，這些系統的擴散和傳播將使更多的資產變得脆弱，加劇升級的風險，并使戰斗可能更加致命，盡管不一定更具有決定性。

1 未來戰場概述

本評估主要關注未來20年內可能發生的戰爭和戰斗方式的變化，包括技術、理論和行為者。它沒有詳細討論未來沖突背后的潛在原因或動機，也沒有試圖預測戰爭的每一個潛在發展。

到2040年，一系列潛在的革命性技術和新用途可能會改變戰爭的特征。我們在戰爭的三個不同方面考慮這些潛在的變化：硬件（武器系統和新技術本身）、軟件（理論、訓練和使用這些新技術的方式）和用戶（使用這些武器和理論的國家或非國家行為者）。對于戰爭的未來，新技術的應用和組合與技術本身一樣重要。

例如，在1919年，不難預測飛機、航空母艦、坦克和潛艇--所有這些都在第一次世界大戰中出現過--將在下一場大戰中使用。各個交戰國--每個國家都有自己的軍事經驗、觀念和傳統--將以何種不同的方式使用它們，以及哪些技術將戰勝其他技術，是真正的問題，也是最難預測的問題。今天的情況也是如此。

2 硬件:新的武器技術

在未來的20年里，新的和正在出現的技術可以在四個廣泛的領域改變并可能徹底改變戰場：連接性、致命性、自主性和可持續性。

• 連接性：戰斗人員探測和定位其對手、相互溝通和指導行動的方式。

• 致命性：新的武器和武器系統可以在戰場上造成的損害。

• 自主性：機器人和人工智能可以改變誰（或什么）戰斗和決策的方式。

• 可持續性：軍隊供應和支持其部署部隊的方式。

2.1 連接性

未來的戰爭可能會減少對火力的關注，而更多地關注信息的力量以及通過指揮、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察（C4ISR）概念連接軍隊的方式。與以往任何時候相比，優勢將在于哪一方能夠收集最重要的信息，準確和快速地分析它，然后迅速和安全地將信息和相關指令傳播給部隊。

更加廉價的傳感器和大數據分析的結合表明，到2040年，在實時檢測和處理信息方面可能會出現一場革命。世界上許多國家的軍隊認識到這一潛力，并已在努力利用信息的力量來擴大其作戰戰略和能力。他們正在探索新興技術，包括但不限于人工智能，如何能夠迎來一個持續監視的時代并改善他們的決策。

• 在那些希望隱藏其活動的人--無論是在戰術、作戰還是戰略層面的戰爭--與那些尋求識別和跟蹤他們的人之間的較量中，到2040年，平衡可能會轉向 "尋求者"，因為日益先進和可獲得的技術為他們提供了持續的全球監視能力。

• 例如，在海底領域，更多的、改進的和相對便宜的傳感器與商業化處理能力的進步相結合，可以使潛艇--被認為是世界上第一個隱形技術--更容易被發現。

這種信息優勢和實現這種優勢的技術也可能成為未來沖突中對手的重要目標。連通性越是被視為一方的決定性優勢，另一方就越會尋求破壞、降低和禁用高度連接的、依賴信息的系統。

• 這種努力可能集中在戰術層面，使用先進或傳統的武器來消除關鍵的基礎設施和節點，或通過更微妙的--可能更具破壞性的--先進手段，如網絡或電子戰來改變GPS信號以誤導對手的平臺和智能武器，這種技術被稱為 "欺騙"。在更大的戰略層面上，網絡攻擊和電子戰可能被用來破壞軍隊的整體C4ISR基礎設施，以混淆或凍結決策，大大削弱其戰斗能力。

• 現代軍隊特別容易受到任何精確導航的損失，包括全球定位系統及其同等產品。例如，在2010年，一個軟件故障使多達10,000個軍用GPS接收器暫時失效，影響了美國海軍的X-47B原型無人機等系統。

• 依靠天基基礎設施的C4ISR或其他系統，如GPS，可能會因動能--甚至可能是定向能--反衛星武器系統的進步而面臨進一步的風險，無論是基于地面的還是空間本身的。

圖 連接戰爭：GPS 欺騙誤導平臺

2.2 致命性

一旦通過多樣化的監視技術找到了對手的部隊，就可以用越來越先進的武器來對付他們。武器裝備中最重要的、正在進行的趨勢之一是高速、遠程、增強的破壞潛力和精確性的日益結合。到2040年，通過在大多數武器系統中整合衛星提供的圖像和定位、定時和導航信息，精確度將進一步提高。這種進步將有可能改善能夠跨越大陸進行打擊的系統，以及更多的戰術武器，如制導火箭、炮彈和迫擊炮彈。

• 到2040年，此類系統的數量和精度不斷增加，特別是彈道導彈和巡航導彈系統，將對總部、通信設施、機場、后勤基礎設施和其他關鍵目標構成重大威脅。

• 遠程精確打擊武器庫存可能包括越來越多的高超音速系統，它們可以以前所未有的機動性和速度打擊遠距離目標。這些系統將給那些試圖開發能夠探測、跟蹤和攔截這種快速移動和機動武器的反措施的人帶來艱巨的挑戰。

盡管尚未在戰斗中得到證實，但定向能武器--包括激光和高功率微波--可能成為2040年戰場的特征。遠程精確打擊武器，如高超音速武器，有可能徹底改變進攻，而定向能武器可以徹底改變防御，例如，提供一種有效的手段來對抗高超音速武器的高速和可操作性。如果能夠克服部署此類武器系統的挑戰，包括能源消耗和補充，那么能量武器以光速發射的每一發子彈的成本幾乎可以降至零，而理論上其射速可以超過任何機械系統。

• 然而，即使這些武器在未來20年內以可觀的數量投入使用并按設計工作，它們仍將擁有固有的限制。例如，激光被限制在視線范圍內，并可能被大氣中的遮蔽物、反射表面或特殊材料所削弱或擊敗，而高功率微波可能被潛在目標的關鍵部件的硬化所擊敗。

圖 高超音速滑翔機軌跡和彈道軌跡

2.3 自主性

• 無人駕駛系統。無人機已經是全世界戰場上公認的--甚至是假定的--作戰工具。未來20年可能會看到大量其他無人駕駛飛行器的開發和部署，從地面飛行器到海基地面和地下平臺。這些飛行器是執行平凡的、重復性活動的理想選擇，如為載人平臺執行補給任務，以及執行危險任務，如偵察敵人的掩體和據點，鋪設或清除陸基和海基水雷，或搜索潛艇。

• 致命的自主武器。隨著自主技術的發展，一些國家可能不擔心人類會在發射決策中出現問題。因此，到2040年，盡管有相關的倫理和法律挑戰，真正的自主致命武器可能會在戰場上游蕩，并做出自己的目標和交戰決定。

• 蜂群。所有類型的無人駕駛系統正在迅速變得更多、更有能力和更便宜。已經觀察到小型無人機群的攻擊--例如，當美國特種部隊在2016年秋天為從ISIS手中奪回伊拉克城市摩蘇爾而戰斗時，他們受到了至少十幾架武裝無人機的攻擊，它們投放了手榴彈和簡易爆炸物。然而，蜂群的力量不僅僅是數量--無人駕駛車輛的蜂群可以相互溝通，并隨著情況的變化調整其戰術和目標。

圖 在伊拉克的一次訓練演習中，一個Talon 3B機器人正在接近一枚殺傷地雷。

這些自主系統的發展和不斷發展的能力與人工智能的進步密切相關。人工智能已經被用來提高各種現有武器系統的性能，如精確彈頭中的目標識別，并可在人機合作中用于支持人類，包括決策工具，或作為決策引擎本身。到2040年，源于人工智能的軍事決策可能會在實時支持行動中納入可用的天基數據。

• 例如，中國正在積極尋求將人工智能用于廣泛的應用，包括信息和數據分析；用于兵棋推演、模擬和訓練；以及用于指揮決策。俄羅斯總統弗拉基米爾-普京在2017年說，引領人工智能發展的國家將 "成為世界的統治者"。

• 然而，人工智能面臨著技術障礙和缺陷，它必須克服這些障礙和缺陷，以滿足其在戰場上的全部潛力。人工智能和支撐它的機器學習算法在界限分明的任務中表現出色，但如果面對混亂或意外的輸入，就會出錯。例如，可以想象這樣的情景：在動態的、往往是混亂的戰斗環境中，由人工智能驅動的致命自主武器被輸入所淹沒，要么關閉，要么游離，甚至開始瞄準友軍。

2.4 可持續性

最后，其他新技術，特別是機器人技術、增材制造、生物技術和能源技術，可能會大大改善軍事后勤和維持。

• 無人車可用于后勤支持，在后方基地和部署在戰場上的部隊之間進行相對平凡但往往危險的供應。

• 增材制造能力--如使用包括先進金屬或陶瓷在內的新材料進行3-D打印--有可能通過廉價、快速和在需要的地方生產供應品、零件和可能的設備來徹底改變軍事后勤。

• 生物技術可以提高士兵個人在戰場上的戰斗力和生存能力。士兵們可能會使用他們身上或體內的醫療設備來監測他們的身體狀況，并且隨著戰場的進展，使用設備來診斷健康問題或傷害，并注射藥物--甚至在戰斗中。

• 新能源技術--如小型核反應堆，或高密度電力儲存--可以通過減少操作前沿部署的設施和設備所需的燃料數量，或作為未來定向能源武器的動力源，對后勤和武器系統產生同樣的變革性影響。

圖 2020 年 5 月對安裝在波特蘭號航空母艦 (LPD 27) 上的激光武器系統進行的測試。據美國海軍稱，該系統成功地禁用了用作目標的無人機。

定向能武器：威力強大，但依賴于能量：激光和其他定向能武器（DEWs），以及正在開發的軌道炮，都依賴電能來運作。因此，定向能武器的一個潛在缺點是，如果它們被剝奪了電源，例如在戰斗中遭到破壞，它們就會變得無法使用。

3 軟件:開發新概念

在戰場上使用新武器和新技術的方式將與技術本身一樣重要，特別是在確定軍事突破是真正的革命還是僅僅是當今軍事藝術的先進版本方面。正如第一次和第二次世界大戰前對新的和未經試驗的理論概念進行辯論一樣，世界各地的軍隊正在努力開發如何使用這些新的戰爭工具的理論（"軟件"）--有些是以新穎的方式，但有些則更多地反映了從今天的戰術和戰略的演變。至少有四種相互獨立但并不相互排斥的設想，即行為者在未來幾年內如何使用新武器和技術。

3.1 快攻

作為毀滅性的開場炮，高超音速武器，也許與更多的先進常規導彈相結合，可以在防御者能夠做出任何形式的反應之前，幾乎同時打擊對手的軍事和民用基礎設施。由于這種武器的射程和精度，攻擊者很可能不必事先廣泛部署部隊，從而限制了對手的指標和警告。

3.2 區域防御

雖然一些新技術似乎有利于進攻或遠征戰爭，但某些其他新技術似乎為防御提供了更多的幫助，特別是對于專注于確保其國土安全的小國。例如，今天的無人駕駛系統通常需要大型和昂貴的機身，以容納必要的發動機和燃料箱，以便在遠離其基地的地方運行或在外國或敵對領土上長時間徘徊。然而，如果目標是保持對局勢的了解，并保衛一個國家的領空、海洋主張或本土領土，那么大量小型和廉價的無人駕駛系統可能同樣有效。

3.3 分布式戰爭

高速和高度精確的致命武器的擴散將使昂貴的、高價值的、難以快速替換的平臺和武器系統的生存能力受到質疑。一個潛在的緩解策略可能是進一步發展和實施分布式部隊和行動。

• 精確的地理位置、高保真戰場感知、即時通信和對抗性武器的結合意味著，到2040年，軍隊可能不再需要在時間和空間上集結部隊，達到歷史上或傳統上認為必要的程度來實現其目標。

• 然而，有一種風險是，如果促進分布式戰爭所需的任何關鍵使能器--特別是通信--被敵對行動破壞、擾亂或摧毀，那么軍隊的整體作戰系統可能從一個相互聯系的、有凝聚力的網絡演變成一個無法進行有效作戰行動的斷裂的馬賽克。

3.4 混合戰爭和非動能戰爭

各國可能會越來越多地在 "灰色地帶 "進行競爭，除其他外，還使用非官方或看似可否認的代理人，包括私營軍事公司（PMC）。盡管使用代理人并不是一個全新的現象--冷戰時期美國和蘇聯之間的競爭大多涉及代理人沖突、可否認的部隊和假情報運動--但日益緊密聯系的環境正在改變一些工具和技術。

• 除了由智能體部隊或其他可否認的部隊進行的實際作戰行動外，這種類型的沖突將包括一系列可以獨立進行或支持常規軍事部分的非動能行動，如對海底光纜的攻擊、網絡行動、GPS干擾和欺騙以及信息行動。

4 用戶：使用新武器和軍事藝術

最終，新技術的選擇和作戰概念的發展可能取決于各個行為體獨特的威脅意識、實力和脆弱性。潛在的行為者包括從大國和地區大國到非國家行為者，如PMCs和叛亂及恐怖組織。國家和組織文化以及內部動態可能會在不同行為體如何采用和使用新技術方面發揮作用。這些行為體在多大程度上鼓勵主動性和創新，或在其他方面對變化持開放態度，可能會決定他們能否成功掌握新技術和理論的全部潛力。

一些先進的或新興的技術--如高超音速技術--可能仍然屬于大國和較富裕的國家行為者的范圍，但相對較低的國家和非國家行為者可以利用成本較低和更廣泛的自動化系統和網絡工具來實現高影響甚至是戰略層面的效果。較小的國家或正在崛起的國家可能更具創新性，因為它們冒險的損失較小，受遺留系統的負擔較輕，有時可以通過跳過幾代人的發展或投資于新的和未經測試的軍事或商業技術來跨越式發展。

• 2019年，伊朗利用武裝無人機和巡航導彈對沙特阿拉伯的石油生產設施進行了一次協調的遠程打擊，展示了創造性地將不同的技術和工藝編織在一起的能力--這次攻擊短暫地關閉了全球5%以上的石油生產，導致油價飆升。

• 私營軍事公司，特別是那些在某個大國要求下運作并有可能獲得最佳技術的公司，也有可能將先進的武器和監視設備納入其行動中。由于不受國家軍隊的官僚主義、理論和傳統的約束，私營軍事公司有可能在確定新的和創新的方法，在戰場上應用日益先進的技術方面發揮領導作用。

• 叛亂和恐怖組織可能會試圖進一步利用先進技術，因為這些技術變得越來越便宜和容易獲得。現在，潛在的恐怖分子很容易建造或購買無人機，并將其改裝為攜帶幾磅炸藥。

5 展望及啟示

在歷史上，新的作戰技術不斷涌現，往往大受好評，但只對戰場產生了有限的影響，而其他技術--如火藥--則繼續產生了深遠的影響。準確地確定哪些以及在多大程度上新技術和工藝將對未來戰爭的特點產生最大的影響是眾所周知的困難。然而，已經在戰場上出現的或即將出現的先進能力，指出了一些趨勢和對2040年的戰爭與和平的潛在影響。

5.1 越來越多的先進技術

許多可能在未來20年內被開發和部署的先進系統代表著擴散的威脅。在持續的技術變革和擴散的速度下，許多與軍事相關的技術可能會變得更容易獲得，并且對國家和非國家行為者來說都很普遍。

• 例如，空間技術和服務在本質上是雙重用途的，這意味著先進的、基于空間的服務--如高分辨率圖像--將可用于軍事應用以及民用政府和商業使用。

• 技術的擴散和相對較低的成本已經為網絡空間的沖突創造了一個特別低的障礙，使小國家或團體能夠在沒有昂貴的武器系統和人員的情況下實現戰略效果。低成本的網絡空間能力的應用也可以為打擊依賴技術的國家或組織提供一個優勢。

• 鑒于技術的傳播和商業行業在新的應用和系統開發中發揮的核心作用，有可能想象一種動態的融合，即出現一種新的私營軍事公司，提供最先進的軍事能力--如機器人武器和由雇傭軍操作的平臺--以獲得報酬。這可以使較小的軍事強國避免發展現代軍事和培訓熟練人員的費用。

5.2 被認可的庇護所不再安全

遠程精確打擊能力意味著曾經因為距離而被認為相對安全的地區將變得越來越脆弱，包括機場、集結區、指揮和控制中心。各國還可能面臨不受地域限制的、針對關鍵基礎設施的協同網絡攻擊，以擾亂部隊行動，在平民中造成混亂，并削弱公眾對軍事行動的決心。

5.3 誤判和升級的風險增加

先進武器系統的日益普及以及混合戰爭和非動能戰爭的不斷使用，可能會進一步挑戰長期以來對國家間威懾的理解，可能會有意外升級為國家間直接沖突的風險。

• 如果高超音速和其他先進的精確打擊武器被證明像傳統智慧所認為的那樣有效和難以防御，這些系統可能成為理想的第一打擊武器。如果局勢高度緊張，領導人可能會感到有壓力，因為害怕在對手的第一次打擊中失去他們先進的高超音速武器和其他武器庫。

• 增加灰色地帶的活動，即使是為了避免全面的軍事對抗，也會帶來另一個風險變量，特別是隨著時間的推移，能力的增長。在對抗中，任何一方都不可能完全確定對方會如何反應，例如，當國家支持的私人軍事承包商在戰斗中被殺，或網絡攻擊破壞了關鍵的基礎設施或破壞了選舉。從本質上講，使用這些方法的前提是對方不會尋求升級。

5.4 更加致命，但不一定是決定性的

涉及大國或中等國家的未來沖突從一開始就可能是異常激烈的，但也是曠日持久的，沒有結果的。幾個世紀以來，對手發動戰爭，認為他們有一些優勢，可以使他們迅速和決定性地獲勝。有時他們是正確的，但在其他情況下，那些認為自己擁有贏得戰爭的技術或軍事戰略的領導人卻證明是錯誤的。隨著各種各樣新的但尚未嘗試過的作戰技術和概念的出現，這種動態可能會在未來20年內繼續重復。

• 作為歷史對比，日本在1941年對珍珠港的攻擊使美國海軍的太平洋戰艦艦隊癱瘓，并殺死了2400多名美國人。在未來，先進和日益致命的武器可以達到類似的影響，并在沖突開始的幾分鐘內對一個國家的武裝力量造成類似的傷亡。

• 這種破壞的速度和規模可能導致任何在未來沖突中遭受類似損失的國家因喪失軍事能力和信心、對傷亡的震驚或破壞其戰斗意志的組合而認輸或退出戰斗。然而，這種明顯的決定性損失有可能激勵一個國家繼續戰斗，而不顧流血和財富的代價，就像珍珠港事件后的美國一樣。這種情況也可能迫使一個國家采用新的武器技術或新的戰爭方法，否則它可能不會考慮去試圖擊敗對手。

防御高超音速導彈在戰略上是必要的，在技術上是可行的，在財政上也是負擔得起的，但這并不容易。它的實現將需要不同于傳統彈道和巡航導彈防御任務所采用的方法和新的思維方式。高超聲速武器將彈道導彈的速度和射程與巡航導彈的低空和機動飛行輪廓相結合。雖然傳統防御可以單獨應對這些挑戰，但它們的組合將需要新的能力、作戰概念和防御設計。高超聲速導彈具有吸引力的相同特征也可能是擊敗它們的關鍵。與其將高超聲速防御視為傳統彈道導彈防御問題的附屬品，不如將其理解為一種復雜的防空形式。

幾十年前，美國向世界表明了其部署彈道導彈防御系統的意圖，特別注重攔截大氣層外可預測的目標。從那時起，導彈的威脅范圍已經擴大，變得更加大氣內和更靈活。在21世紀初，俄羅斯和中國開發了各種無人機系統、先進的巡航導彈、高超音速滑翔武器和日益復雜的彈道導彈。這些武器的特點減少了防御系統的覆蓋范圍，迫使防御者一次看多個方向，并需要更靈活的攔截器。

自2018年以來，俄羅斯已經測試了至少四種新的高超音速或高速武器，將其遠程Avangard高超音速滑翔飛行器和Kinzhal空射彈道導彈投入使用。與此同時，中國已經測試或部署了幾種類型的高超音速武器，并在培養高超聲速專業工程師、發表公開科學論文和建造高超聲速風洞方面超過了美國。俄羅斯等大國對先進導彈能力的投資是2021年3月發布的《臨時國家安全戰略指南》所稱的“旨在遏制美國實力并阻止我們捍衛我們在世界各地的利益和盟友的努力”的一部分。

高超聲速防御對于破壞這些努力、保衛美國領土、保護前方部署的部隊及其支持的防御態勢是必要的。有效的威懾既要利用懲罰的威脅，又要利用阻止攻擊的可靠能力。主動和被動防御措施的混合將提高攻擊的門檻，增加對手決策計算的不確定性，并增加對手的發展成本。有效的防御能力為采取其他軍事、外交和經濟應對措施贏得時間，以承受和減輕與危機中攻擊導彈發射裝置有關的政策和行動挑戰。高超音速防御系統的發展不需要也不應該在真空中進行，也不應該作為一個新的獨立的煙囪。高超聲速防御可以利用正在進行的彈道和巡航導彈防御和高超聲速打擊投資，所有這些都利用了類似的工業基礎，并利用了類似的傳感器和網絡。

拜登政府高級官員肯定了高超音速防御的重要性。在他成為國防部長的確認過程中，勞埃德·奧斯汀表示，他將“鼓勵努力解決各種導彈威脅，包括……高超音速導彈防御攔截能力的加速發展。”副國務卿凱瑟琳·希克斯同樣承諾將重點關注必要的傳感器能力:“如果得到證實，我將評估正在進行的改善國家導彈防御的努力，特別關注提高識別能力和探測彈道導彈和高超音速導彈的傳感器。”

高超聲速導彈的特性可能看起來很新穎，但它們實際上是導彈戰新時代的先兆。新型彈道導彈的飛行軌跡更低、形狀更重。新型巡航導彈保持更高的速度，而且越來越難以被發現。未來的威脅將包括導彈-無人機組合、航天飛機、飛行導彈和其他難以簡單分類的混合導彈。因此，高超音速導彈并不代表一個精品問題。它們是導彈威脅的更廣泛演變的例證——這需要對更廣泛的導彈防御模式進行變革。

2019年《導彈防御評估報告》指出，“不應低估恢復常規和導彈防御優勢所需變化的規模和緊迫性。”這里所要求的規模和緊迫性幾乎涉及導彈防御的每一個方面:傳感器、攔截器、防御設計、理論和政策。復雜的空中和導彈防御系統的問題與某些仍在出現的未來威脅無關。目前，與已經部署并準備使用的高超音速武器以及其他即將問世的武器進行競爭是當務之急。美國國防官員長期以來一直表示，有必要將名為彈道導彈防御系統(Ballistic Missile defense System)的主要國防采建項目轉變為導彈防御系統(Missile defense System)，以應對不再由彈道導彈定義的威脅范圍。現在是這樣做的時候了。

關鍵研究發現

• 部署高超聲速防御將需要綜合的、分層的、系統的方法、新的傳感和攔截能力、不同的作戰概念、教義和組織變化，以及修改的政策預期。

• 高超音速飛行的定義是大氣飛行。因此，高超聲速防御可能被更好地理解為一種復雜的防空形式，而不是彈道導彈防御的附屬品。

• 高超音速導彈威脅應該是重新考慮導彈防御和擊敗的方法，以及從彈道導彈防御系統中出現導彈防御系統的關鍵驅動因素。這樣做將有利于防御其他非彈道威脅的發展，包括亞音速和超音速巡航導彈、游蕩彈藥和其他新型投送系統。

• 高超聲速防御最重要的項目元素是彈性和持久的空間傳感器層，能夠觀察、分類和跟蹤所有類型、方位角和彈道的導彈威脅。

• 第二重要的項目元素是滑翔相位攔截器。到目前為止，高超聲速國防投資一直不多，只有一小部分用于高超聲速打擊。按照目前的速度，滑翔相攔截彈可能要到21世紀30年代才能部署，但這一時間表可能會加快。

• 即使沒有空間傳感器層和滑翔相位攔截器，防御設計也可以使用現有的傳感器和替代效應器，以限制高超聲速導彈的機動預算，引導威脅，并以有利于防御方的方式施加其他成本。

• 高超聲速武器具有吸引力的相同特征為防御者提供了新的失敗模式。一種綜合的方法可能受益于用區域范圍效應器補充命中殺傷攔截，包括高功率微波系統、21世紀版本的高射炮和其他針對高超聲速飛行體制漏洞的手段。

• 美國不會與無限的資源競爭。積極防御高超聲速導彈可能瞄準的每一個關鍵資產甚至廣闊區域是不可能的。這一簡單的現實要求政策和戰略預期與優先防御和更有限的防御資產清單相一致。應優先考慮區域和部隊保護任務，以及在本土的少量關鍵資產。

• 目前的教義和組織結構妨礙信息共享、交流和決策。這些需要適應，以支持跨多個領域、命令和責任領域的反高超聲速行動。

• 高超聲速防御工作要求美國通過維持可預測的預算、深化與盟友的合作、投資消除工業瓶頸領域、改進測試和建模基礎設施以及持續持續的努力，重新獲得相關的科學和工業領先地位。

• 防御高超聲速導彈全方位威脅的挑戰不可能由單一的銀彈解決方案解決。針對高超聲速飛行關鍵弱點的大量努力可以使高超聲速防御成為一個更容易處理的問題。

自動化使系統能夠執行通常需要人類投入的任務。英國政府認為自動化對保持軍事優勢至關重要。本論文討論了當前和未來全球自動化的應用，以及它對軍事組織和沖突的影響。同時還研究了技術、法律和道德方面的挑戰。

關鍵要點

• 在軍事行動中部署自動化技術可以提高有效性并減少人員的風險。
• 在英國和國際上，自動化正被用于情報收集、數據分析和武器系統。
• 英國政府正在開發自動化系統；技術挑戰包括數據管理、網絡安全以及系統測試和評估。
• 軍事自動化的法律和道德影響受到高度爭議，特別是在武器系統和目標選擇方面。

背景

許多軍事系統都有自動化的特點，包括執行物理任務的機器人系統，以及完全基于軟件的系統，用于數據分析等任務。自動化可以提高某些現有軍事任務的效率和效力，并可以減輕人員的 "枯燥、骯臟和危險 "的活動。 許多專家認為，自動化和自主性是與系統的人類監督水平有關的，盡管對一些系統的定位存在爭議，而且對系統是否應被描述為 "自動化 "或 "自主 "可能存在分歧。英國防部在其 "自主性譜系框架 "中概述了5個廣泛的自主性水平，從 "人類操作 "到 "高度自主"。一個系統可能在不同的情況下有不同的操作模式，需要不同程度的人力投入，而且只有某些功能是自動化的。方框1概述了本公告中使用的定義。

方框1：該領域的術語并不一致，關鍵術語有時可以互換使用。

• 自動化系統。自動系統是指在人類設定的參數范圍內，被指示自動執行一組特定的任務或一系列的任務。這可能包括基本或重復的任務。

• 自主系統。國防科學與技術實驗室（Dstl）將自主系統定義為能夠表現出自主性的系統。自主性沒有公認的定義，但Dstl將其定義為 "系統利用人工智能通過自己的決定來決定自己的行動路線的特點"。自主系統可以對沒有預先編程的情況作出反應。

• 無人駕駛車輛。朝著更高水平的自主性發展，使得 "無人駕駛 "的車輛得以開發，車上沒有飛行員或司機。有些是通過遠程控制進行操作，有些則包括不同程度的自主性。最成熟的無人駕駛軍事系統是無人駕駛航空器，或稱 "無人機"，其用途十分廣泛。

• 人工智能。人工智能沒有普遍認同的定義，但它通常是指一套廣泛的計算技術，可以執行通常需要人類智慧的任務（POSTnote 637）。人工智能是實現更高水平的自主性的一項技術。

• 機器學習：（ML，POSTnote 633）是人工智能的一個分支，是具有自主能力的技術的最新進展的基礎。

英國政府已經認識到自主系統和人工智能（AI，方框1）的軍事優勢以及它們在未來國防中可能發揮的不可或缺的作用。在其2021年綜合審查和2020年綜合作戰概念中，它表示致力于擁抱新的和新興的技術，包括自主系統和人工智能。2022年6月，英國防部發布了《國防人工智能戰略》，提出了采用和利用人工智能的計劃：自動化將是一個關鍵應用。在全球范圍內，英國、美國、中國和以色列擁有一些最先進的自主和基于AI的軍事能力。方框2中給出了英國和全球活動的概述。

方框2：英國和全球活動

• 英國 英國政府已表明其投資、開發和部署用于陸、海、空和網絡領域軍事應用的自主和人工智能系統的雄心。最近的投資項目包括NELSON項目，該項目旨在將數據科學整合到海軍行動中；以及未來戰斗航空系統，該系統將為皇家空軍提供一個有人員、無人員和自主系統的組合。在2021年綜合審查發表后，政府成立了國防人工智能中心（DAIC），以協調英國的人工智能國防技術的發展。這包括促進與學術界和工業界的合作，并在紐卡斯爾大學和埃克塞特大學以及艾倫-圖靈研究所建立研究中心。

• 全球背景 對自主軍事技術的投資有一個全球性的趨勢：25個北約國家已經在其軍隊中使用一些人工智能和自主系統。有限的公開信息給評估軍隊的自主能力帶來了困難，但已知擁有先進系統的國家包括。

  • 美國。美國國防部2021年預算撥款17億美元用于自主研發，以及20億美元用于人工智能計劃。
  • 以色列。國有的以色列航空航天工業公司生產先進的自主系統，包括無人駕駛的空中和陸地車輛以及防空系統。
  • 中國。據估計，中國在國防人工智能方面的支出與美國類似。 分析師認為，這包括對情報分析和自主車輛的人工智能的投資。

俄羅斯和韓國也在大力投資于這些技術。在俄羅斯，機器人技術是最近成立的高級研究基金會的一個重點，該基金會2021年的預算為6300萬美元。

應用

自主系統可以被設計成具有多種能力，并可用于一系列的應用。本節概述了正在使用或開發的軍事應用系統，包括情報、監視和偵察、數據分析和武器系統。

情報、監視和偵察

自動化正越來越多地被應用于情報、監視和偵察（ISR），通常使用無人駕駛的車輛（方框1）。無人駕駛的陸上、空中和海上車輛配備了傳感器，可以獲得數據，如音頻、視頻、熱圖像和雷達信號，并將其反饋給人類操作員。一些系統可以自主導航，或自主識別和跟蹤潛在的攻擊目標。英國有幾架ISR無人機在服役，還有一些正在試用中。這些無人機的范圍從非常小的 "迷你 "無人機（其重量與智能手機相似）到可以飛行數千英里的大型固定翼系統。英國正在試用的一個系統是一個被稱為 "幽靈 "無人機的迷你直升機，它可以自主飛行，并使用圖像分析算法來識別和跟蹤目標。無人駕駛的水下航行器被用于包括地雷和潛艇探測的應用，使用船上的聲納進行自主導航。這些車輛還可能配備了一種技術，使其能夠解除地雷。

數據分析

許多軍事系統收集了大量的數據，這些數據需要分析以支持操作和決策。人工智能可用于分析非常大的數據集，并分辨出人類分析員可能無法觀察到的模式。這可能會越來越多地應用于實地，為戰術決策提供信息，例如，提供有關周圍環境的信息，識別目標，或預測敵人的行動。英國軍隊在2021年愛沙尼亞的 "春季風暴 "演習中部署了人工智能以提高態勢感知。美國的Maven項目旨在利用人工智能改善圖像和視頻片段的分析，英國也有一個類似的項目，利用人工智能支持衛星圖像分析。

武器系統

以自動化為特征的武器系統已被開發用于防御和進攻。這些系統包括從自動響應外部輸入的系統到更復雜的基于人工智能的系統。

• 防御系統。自動防空系統可以識別和應對來襲的空中威脅，其反應時間比人類操作員更快。這種系統已經使用了20多年；一份報告估計有89個國家在使用這種系統。目前使用的系統可以從海上或陸地發射彈藥，用于應對來襲的導彈或飛機。英國使用Phalanx CIWS防空系統。雖然沒有在全球范圍內廣泛采用，但以色列將固定的無機組人員火炮系統用于邊境防御，并在韓國進行了試驗。這些系統能夠自動瞄準并向接近的人或車輛開火。

• 導向導彈。正在使用的進攻性導彈能夠在飛行中改變其路徑，以達到目標，而不需要人類的輸入。英國的雙模式 "硫磺石"（DMB）導彈于2009年首次在阿富汗作戰中使用，它可以預先設定搜索特定區域，利用傳感器數據識別、跟蹤和打擊車輛。

• 用于武器投送的無人平臺。為武器投送而設計的無人空中、海上和陸地運載工具可以以高度的自主性運行。這些系統可以自主地搜索、識別和跟蹤目標。大多數發展都是在空中領域。英國唯一能夠自主飛行的武裝無人機是MQ-9 "收割者"，但有幾個正在開發中。英國防部還在開發 "蜂群 "無人機（方框3）。雖然存在技術能力，但無人駕駛的進攻性武器并不用于在沒有人類授權的情況下做出射擊決定；報告的例外情況很少，而且有爭議。 自主系統在識別目標和作出射擊決定方面的作用，是廣泛的倫理辯論的主題（見下文）。

方框3：無人機蜂群

無人機蜂群是指部署多個能夠相互溝通和協調的無人機和人員，以實現一個目標。在軍事環境中，蜂群可能被用來監視一個地區，傳遞信息，或攻擊目標。2020年，英國皇家空軍試驗了一個由一名操作員控制的20架無人機群，作為Dstl的 "許多無人機做輕活 "項目的一部分。蜂群技術還沒有廣泛部署。據報道，以色列國防軍于2021年首次在戰斗中使用無人機蜂群。

影響

自動化技術和人工智能的擴散將對英國軍隊產生各種影響，包括與成本和軍事人員的角色和技能要求有關的影響。對全球和平與穩定也可能有影響。

財務影響

一些專家表示，從長遠來看，軍事自動化系統和人工智能可能會通過提高效率和減少對人員的需求來降低成本。然而，估計成本影響是具有挑戰性的。開發成本可能很高，而且回報也不確定。提高自動化和人工智能方面的專業知識可能需要從提供高薪的行業中招聘。軍隊可能不得不提高工資以進行競爭，英國防部將此稱為 "人工智能工資溢價"。

軍事人員的作用和技能

自動化可能會減少從事危險或重復性任務的軍事人員數量。然而，一些軍事任務或流程，如高層戰略制定，不太適合自動化。在許多領域，自主系統預計將發揮對人類的支持功能，或在 "人機團隊 "中與人類合作。專家們強調，工作人員必須能夠信任與他們合作的系統。一些角色的性質也可能會受到自動化的影響，所需的技能也是如此。例如，對具有相關技術知識的自主系統開發者和操作者的需求可能會增加。英國防部已經強調需要提高整個軍隊對人工智能的理解，并承諾開發一個 "人工智能技能框架"，以確定未來國防的技能要求。一些利益相關者對自動化對軍事人員福祉的影響表示擔憂，因為它可能會限制他們的個人自主權或破壞他們的身份和文化感。

人員對自動化的態度：

關于軍事人員對自動化的態度的研究是有限的。2019年對197名英國防部人員的研究發現，34%的人對武裝部隊使用可以使用ML做出自己的決定的機器人有普遍積極的看法，37%的人有普遍消極的態度。有報道稱，人們對某些自主武器系統缺乏信任，包括在2020年對澳大利亞軍事人員的調查中。在這項研究中，30%的受訪者說他們不愿意與 "潛在的致命機器人 "一起部署，這些機器人在沒有人類直接監督的情況下決定如何在預定的區域使用武力。安全和目標識別的準確性被認為是兩個最大的風險。有證據表明，信任程度取決于文化和熟悉程度。

升級和擴散

一些專家提出了這樣的擔憂：在武器系統中越來越多地使用自主權，有可能使沖突升級，因為它使人類離開了戰場，減少了使用武力的猶豫性。蘭德公司最近的一份戰爭游戲報告（上演了一個涉及美國、中國、日本、韓國和朝鮮的沖突場景）發現，廣泛的人工智能和自主系統可能導致無意中的沖突升級和危機不穩定。這部分是由于人工智能支持的決策速度提高了。升級也可能是由自動系統的非預期行為造成的。

還有人擔心，由于自動化和基于人工智能的技術變得更便宜和更豐富，非國家行為者更容易獲得這種技術。這些團體也可能獲得廉價的商業無人機，并使用開放源碼的人工智能對其進行改造，以創建 "自制 "武器系統。關于非國家行為者使用自主系統的報告是有限的和有爭議的。然而，非國家團體確實使用了武裝無人機，而且人們擔心人工智能會使這種系統更加有效。

技術挑戰

正在進行的包括機器人和人工智能在內的技術研究，主要是由商業驅動的，預計將增加自動化系統的應用范圍和采用程度。該領域的一些關鍵技術挑戰概述如下。一個更普遍的挑戰是，相對于數字技術的快速發展，軍事技術的發展速度緩慢，有可能在部署前或部署后不久組件就會過時。

數據傳輸

無人駕駛的車輛和機器人經常需要向人員傳輸數據或從人員那里接收數據。這可以讓人類監督和指導它們的運作或接收它們收集的數據。在某些情況下，系統也可能需要相互通信，如在無人機群中（方框3）。軍方通常使用無線電波在陸地上傳輸數據，其帶寬（頻率的可用性）可能有限。在傳輸大量數據，如高分辨率圖像時，這可能是個問題。5G技術（POSTbrief 32）可能會促進野外更有效的無線通信。系統之間的無線電通信可以被檢測到，提醒對手注意秘密行動。對手也可能試圖阻止或破壞系統的通信數據傳輸。目前正在研究如何最大限度地減少所需的數據傳輸和優化數據傳輸的方法。更多的 "板載 "或 "邊緣 "處理（POSTnote 631）可以減少傳輸數據的需要。然而，減少通信需要系統在沒有監控的情況下表現得像預期的那樣。

數據處理

具有更高水平的自主性的更復雜的系統通常在運行時在船上進行更多的數據處理和分析。這要求系統有足夠的計算能力。一般來說，一個系統能做多少嵌入式數據處理是有限制的，因為硬件會占用空間并需要額外的電力來運行。這可能會限制需要電池供電運行的系統的敏捷性和范圍。然而，人工智能的進步也可能使系統更有效地運行，減少計算要求。由于未來軟件、算法和計算機芯片技術的進步，計算機的處理能力也有望提高。

訓練數據

創建和整理與軍事應用相關的大型數據集，對生產可靠的人工智能自主系統非常重要。機器學習（ML，方框1）依賴于大型數據集來訓練其基礎算法，這些數據可以從現實世界中收集，或者在某些情況下，使用模擬生成。一般來說，用于訓練ML系統的數據越有代表性、越準確、越完整，它就越有可能按要求發揮作用。準備訓練數據（分類并確保其格式一致）通常需要手動完成，并且是資源密集型的。

數據隱私：

一些人工智能系統可能會在民用數據上進行訓練。人們普遍認為，如果使用與個人有關的數據，他們的隱私必須得到保護。這可以通過對個人數據進行匿名化處理或只分享經過訓練的人工智能系統來實現。

網絡安全

由計算機軟件支撐的系統數量的增加增加了網絡攻擊的機會。網絡攻擊者可能試圖控制一個系統，破壞其運作，或收集機密信息。基于人工智能的系統也可以通過篡改用于開發這些系統的數據而遭到破壞。英國防部在2016年成立了網絡安全行動中心，專注于網絡防御。在英國，2021年成立的國防人工智能中心，有助于促進行業伙伴或其他合作者對高度機密數據的訪問。

測試和評估

重要的是，軍事系統要可靠、安全地運行，并符合法律和法規的規定。人工智能和自動化給傳統軟件系統帶來了不同的測試和保證挑戰。 進一步的挑戰來自于ML的形式，它可能不可能完全理解輸出是如何產生的（POSTnote 633）。人工智能軟件可能還需要持續監測和維護。利益相關者已經強調缺乏適合的測試工具和流程，并正在開發新的工具和指南。英國政府的國防人工智能戰略致力于建立創新的測試、保證、認證和監管方法。

倫理、政策和立法

目前的準則和立法

目前還沒有專門針對將自動化或人工智能用于軍事應用的立法。雖然它們在戰爭中的使用受現有的國際人道主義法的約束，但這與新技術的關系是有爭議的。在國家和國際層面上有許多關于人工智能更普遍使用的準則，這些準則可以適用于自動化系統。然而，2021年數據倫理與創新中心（CDEI）的人工智能晴雨表研究發現，工業界很難將一般的法規適應于特定的環境。2022年，英國防部與CDEI合作發布了在國防中使用人工智能的道德原則。

責任感

一些利益相關者強調，如果自主系統的行為不合法或不符合預期，那么它的責任是不明確的。這可能導致系統及其決定與設計或操作它的人類之間出現 "責任差距"，使法律和道德責任變得復雜。英國防部的原則說，在人工智能系統的整個設計和實施過程中，應該有明確的責任。國防人工智能戰略為供應商設定了類似的期望。

圍繞自主武器系統的辯論

這一領域的大部分法律和道德辯論都集中在武器系統上。然而，某些非武裝系統（例如，基于軟件的決策支持工具）可能在識別目標方面發揮關鍵作用，因此提出了許多與那些同時部署武器的系統相同的道德問題。

國際上對 "致命性自主武器系統"（LAWS）的使用存在著具體的爭論。這個術語沒有普遍認同的定義，它被用來指代具有不同自主能力的廣泛的武器。關于使用致命性自主武器系統的報告存在很大爭議，例如，由于系統使用模式的不確定性。 聯合國《特定常規武器公約》（CCW）自2014年以來一直在討論致命性自主武器系統的可能立法。它在2019年發布了指導原則，但這些原則沒有約束力，也沒有達成進一步的共識。雖然大多數參加《特定常規武器公約》的國家支持對致命性自主武器進行新的監管，但包括英國、美國和俄羅斯在內的其他國家認為，現有的國際人道主義法已經足夠。根據運動組織 "阻止殺手機器人"（SKR）的說法，83個國家支持關于自主武器系統的具有法律約束力的文書，12個國家不支持。

許多利益相關者認為，必須保持人類對武器和瞄準系統的某種形式的控制，才能在法律和道德上被接受。某些組織，如SKR，呼吁禁止不能由 "有意義的人類控制 "的自主武器系統，并禁止所有以人類為目標的系統。他們還呼吁制定法規，確保在實踐中保持足夠的人為控制。在其2022年國防人工智能戰略中，英國政府表示，識別、選擇和攻擊目標的武器必須有 "適當的人類參與"。作為回應，一些呼吁監管的非政府組織表示，需要更加明確如何評估或理解 "適當的人類參與"。包括英國政府在內的利益相關者建議的維持人類控制的潛在措施包括限制部署的時間和地理范圍。被認為會破壞人類控制的因素包括人類做出決定的有限時間和 "自動化偏見"，即個人可能會過度依賴自動化系統，而不太可能考慮其他信息。

公眾對該技術的態度

大多數關于軍事自動化的公眾意見調查都集中在自主武器系統上。SKR委托對28個國家的19,000人進行了民意調查。62%的受訪者反對使用致命性武器系統；這一數字在英國是56%。關于公眾對人工智能、數據和更廣泛的自動化的態度的研究發現，公眾關注的主要問題包括數據安全、隱私和失業。然而，公眾的觀點會因系統的功能和使用環境的不同而有很大差異。

1 引言

在面對同行競爭對手的遠程精確火力威脅時，已經提出了很多關于重新加強西方空中優勢的新作戰概念。大多數專家主張采用更加綜合的軍隊方法，以高節奏的方式將多種軍事困境強加給對手。基于網絡協作的有人和無人資產將重新獲得戰斗力和機動能力。這樣一來，對手將被迫根據不確定的選擇做出決策，從而危及其行動結果。這樣一種新模式涉及多域作戰（MDO）概念。

多域作戰可以被描述為在一個領域內利用來自所有領域的傳感器和效應器產生軍事效果的能力，以及將指揮和控制（C2）下方給盡可能低的級別。倡導平臺整合和C2鏈中的輔助性，構成了重新加強部隊靈活性、復原力和反應力的基線。戰區的聯合部隊指揮官（JFC）將作為MDO的協調者。他們將有能力在戰術指揮官之間分配傳感器和效應器以執行專門的任務，在所有領域之間同步效果，并根據需要將任務的控制權下放到戰術邊緣。

這可以通過一個被稱為多域作戰云（MDCC）的包容信息技術和通信（IT & COM）的生態系統實現，形成一個由跨域的可操作傳感器、效應器和C2節點組成的作戰網絡。利用北約的C3分類法，MDCC將提供一種手段，以實現和加強北約國家和合作伙伴的互操作性，從而提高作戰效率。

下文將通過2040年的一個虛構的作戰場景來說明整合和輔助的原則，并強調其在作戰角度和MDCC功能要求方面的結果。

2 在行動的早期階段，MDCC作為一個包容性的助推器

虛構的作戰場景從"空軍保護"開始，在一個國家對其少數種族進行了令人無法接受的突襲之后，隨后轉變為空中前沿基地作戰（A2BO）。聯合國（UN）授權北約進行一場軍事行動。北約部隊包括一個擁有新一代戰斗機（NGFs）和遠程航母（RCs）的下一代武器系統（NGWS）中隊，一些增強型傳統戰斗機，一個C2機載平臺，加上光學、雷達和通信衛星群，油罐車，網絡資產和地面特種部隊。一個帶有兩棲部隊的航母戰斗群也加入了該作戰區。

關于空軍保護，目標是防止任何空襲和對少數民族聚集地的騷擾進行反擊。在這個階段，聯合部隊司令部決定將空軍指定為受援部分，受援部分是特種部隊和海軍。因此，聯合部隊空軍部分指揮官（JFACC）負責戰術層面上所有空中平臺的指揮。

為了應對襲擊，JFACC需要一個由多領域傳感器輸入（空中、陸地、太空和網絡）建立的完全認可的畫面。探測特定社交網絡上的公眾騷動，結合特種部隊和天基資產的實時情報監視偵察（ISR），就可以從NGWS在動亂地區上空迅速展示武力。此外，任何支援該國家并呼吁對少數種族實施暴力的社交網絡都將受到網絡反擊，使其無法運作。

在行動的這一階段，MDCC是基于共享的開放式IT和COM架構，將所有可用的傳感器互聯起來形成包容性的助推器。它正在提供一個由實時ISR收集和過去情報融合形成的共同畫面。這樣一來，MDCC提供了一個高水平的態勢感知能力，以便根據JFC的指令，從JFACC到未來作戰航空系統（FCAS）任務指揮官層面，可以適當地開發和提出軍事行動選擇。

3 多域作戰中的不同需求

該突襲國家向少數種族聚集地發射了幾枚地對地中程導彈，造成了人員傷亡，局勢迅速惡化。此外，該國家啟動了他們所有的綜合防空系統（IADS），特別是遠程導彈。根據新的聯合國決議，北約立即決定改變其軍事態勢。聯盟下令破壞該國家的綜合防空系統，同時確保北約的戰略主動權，以便在以后需要時進行兩棲攻擊。

總體目標是堅定地應對襲擊，同時保持對升級態勢的控制。JFC收到來自戰略層面的指令，進行空中前沿基地作戰（A2BO），以消除該國家的空軍基地，阻礙其奪取少數種族聚集地控制權的 "既成事實"戰略。這些A2BO的目的是擴大空軍的行動選擇，同時減輕所有航空資產在脆弱作戰基地的風險。A2BO還必須提供更大的靈活性和超越該國家行動的能力。在戰斗附近，分散的空中作業點（AOL）可能有助于空中打擊，但也將有助于對方反介入空中阻斷（A2/AD）。

在從JFC分配額外的資產后，JFACC現在負責用地面、海基NGWS和來自防御與干預護衛艦（FDI）的巡航導彈對該國家空軍基地進行交戰。然而，根據局勢演變和對航母戰斗群可能出現的突發威脅，JFC在JFACC和聯合部隊海上組成部分指揮官（JFMCC）之間保持NGWS和FDI的反應性和動態重新分配。因此，JFMCC在與JFC立即同步后，將能夠向JFACC提出實時空中任務指令（ATO）或空域控制指令（ACO）的變更要求。

因此，這些由北約領導的持久前線空軍必須能夠使用彈性的、低特征的、低維護的、大量的有人和無人駕駛航空資產進行防御性和進攻性反空作戰。其目的是通過建立更加分散的、有彈性的和難以定位的AOL，形成針對A2/AD能力的效果，而不存在力量集中的相關脆弱性。這支部隊包括NGFs、各種RCs（包括傳感器和效應器）、增強型傳統戰斗機和空中戰術運輸機，作為戰區內武器、無人平臺、燃料和后勤支持的運輸工具，所有這些都通過動態利益共同體運作。根據AOL和NGF之間的通信狀態，特定的 "多域戰術功能 "將被委托給駕駛艙，以允許FCAS任務指揮官承擔 "動態目標 "和 "時間敏感ISR "的控制權。由于戰區的延伸，NGF加上衛星群將從擴展的態勢感知中受益，并在需要時承擔更廣泛的控制責任，與C2機載平臺上的 "前線控制小組 "已經承擔的責任并列。

4 復雜MDO中MDCC內的網絡可選系統

將A2BO與JFACC和JFMCC的網絡結合起來，可以在MDCC內實現 "網絡可選系統"。這種 "網絡可選系統 "在可用時利用 "集中式網絡"，并在與上級當局隔絕時在戰術邊緣的可用平臺中形成 "機會網絡"。在這里，MDCC是這種復雜MDO的助推器。一方面，MDCC整合了從JFC到戰術指揮官的所有決策過程（從計劃到評估再到執行），包括部隊分配和效果同步，為跨領域的動態支持/支援框架鋪平了道路。另一方面，它提供了所有指揮官之間的輔助性，允許在盡可能低的級別上授權C2，如AOL和NGF。

在成功的A2BO之后，北約希望利用這一情況，并指揮開展兩棲行動，以充分保障少數種族的安全。在這次行動中，JFMCC被指定為被支持的司令部，空軍和特種部隊則是被支持的司令部。所有平臺都有可能在海軍的授權下用于兩棲作戰。MDCC將使JFMCC能夠將所有領域的傳感器和平臺整合到大型海軍計劃演習艦隊中，并在需要時將C2授權給最佳海軍平臺指揮官。

5 結論：MDCC是一個可聯網的按需分配系統

這個虛構的場景說明了通過所有決策過程進行整合和輔助的必要性。這樣做有助于形成一個可靠的技術環境，以高作戰節奏產生全球戰斗力，整合所有領域的機動性，而不存在力量集中的弱點，并因此給對手帶來多種困境。這種技術環境是由MDCC提供的，它可以被描述為一個 "定制網絡系統"，包括從后方到邊緣的所有可用平臺。因此，如前所述，MDCC是動態分配部隊和分配C2的MDO助推器。

作為新技術的設計者和提供者，工業界隨時準備支持武裝部隊塑造MDO作為一種新的作戰模式。考慮到利害關系，兩者之間強有力的伙伴關系對于確保徹底掌握需求和設計MDCC而不過早選擇某些技術方案至關重要，因為這將阻礙未來的MDO。在作戰概念和技術解決方案方面，這一旅程仍處于早期階段。只有攜手合作才能應對未來的挑戰。

作者

Brigadier General準將（退役）（法國空軍）1987年畢業于法國空軍學院，2003年畢業于美國空戰學院。他有3000個飛行小時（美洲虎、幻影2000D），執行過122次戰爭任務，并作為總部官員擁有C2專業知識。他于2021年加入空中客車公司，擔任FCAS多領域行動的高級運營顧問。

Thomas Vin?otte上校（退役）（法國空軍）于1987年畢業于法國空軍戰斗機飛行員，2003年畢業于戰爭學院。他有超過3300個飛行小時（美洲虎、幻影F1CR、幻影2000 RDI和幻影2000-5），執行了83次戰爭任務，包括一次彈射，并作為總部官員擁有C2專業知識。他于2019年加入空中客車公司，擔任FCAS高級運營顧問。

Laurent le Quement于1996年畢業于阿斯頓大學。在2010年加入空中客車公司的發射器部門之前，他曾在汽車和轉型咨詢部門工作。在2018年成為FCAS的營銷主管之前，他在業務發展和創新方面擔任過許多職位

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。