網絡空間行動的早期成功為壓制對手提供了新途徑可能性。隨著美國陸軍開始向多域作戰過渡，他們依賴網絡空間并支持其他領域的行動。一個問題出現了："軍隊如何將網絡空間行動納入支持其他領域的行動？" 對于如何將網絡行動納入其他領域的行動，目前還沒有有證據支持的實際規劃原則。基于最初的研究，產生了一個假設，即支持戰爭作戰層面的網絡空間行動與物理領域和虛擬信息領域的行動同步。利用美國軍方對作戰層面和作戰領域的公認定義，分析了作戰層面活動的案例研究。通過收集每個案例的以下信息，對盟軍行動以及以色列-哈馬斯沖突進行了分析：戰略背景、網絡空間行為者、網絡空間行動以及網絡空間行動如何支持其他領域的行動。分析的結果是，戰爭行動層面的網絡空間行動通過收集對手的情報來支持其他領域的行動；拒絕或破壞虛擬信息領域的傳遞途徑；以及影響在物理領域的實體。

1806年10月，法軍在耶拿-奧爾斯塔特戰役中迅速擊敗了普魯士軍隊。普魯士軍官卡爾-菲利普-戈特弗里德-馮-克勞塞維茨（Carl Philipp Gottfried von Clausewitz）出席了這次戰斗，這次失敗讓他深感不安和困惑。 普魯士軍隊的人數超過了法國軍隊，但是，法國軍隊的戰術優于普魯士過時的線性作戰方式。克勞塞維茨見證了戰爭的未來，并決心將普魯士軍隊發展成為一支再次讓歐洲羨慕的力量。

2014年7月俄烏戰爭期間，在烏克蘭澤勒諾皮亞村附近，烏克蘭陸軍地面部隊的四個旅準備對俄羅斯邊境附近的分離主義分子的部隊發動進攻。2014年7月11日，一場三分鐘的密集炮擊襲擊了烏克蘭四個旅的人員，并摧毀了烏克蘭第79空中機動旅的一個營。對這次攻擊的分析表明，俄羅斯部隊使用無人駕駛飛行器來定位烏克蘭部隊，并將位置提供給間接火力平臺。從識別到效果的時間如此之快，以至于烏克蘭各旅無法采取保護行動。俄烏戰爭中的這一小段時間非常重要，以至于美國陸軍能力整合中心發起了對俄羅斯新一代戰爭研究，以確定俄烏沖突對未來戰爭的影響。

2015年，在美國陸軍戰爭學院的一次演講中，國防部副部長鮑勃-沃克概述了二十一世紀戰爭的問題，并責成美國陸軍開發空地戰2.0。2018年12月，美國陸軍邁出了理論演進的一步，出版了《2028年多域作戰中的美國陸軍》，以解決陸軍如何在多個層次和領域內作戰的問題。

耶拿-阿爾斯泰特戰役和俄烏戰爭雖然相隔幾個世紀，但都顯示了卓越戰術和行動安排的力量。克勞塞維茨和美國陸軍目睹了失敗，并作出了類似的反應，進行了深入的戰斗研究，以改善他們各自的軍隊。這些研究的成果是對未來戰爭行為的指導性文件。

美國陸軍采用多域作戰作為未來的作戰結構，依靠網絡空間作戰來支持其他領域的作戰。然而，關于如何將網絡行動納入其他領域的行動，目前還沒有基于證據的實際規劃原則。軍事規劃者的問題是如何整合網絡空間行動以支持其他領域的行動而不至于遭遇慘敗。該論點認為，網絡空間行動通過收集對手的情報來支持其他領域的行動；拒絕或破壞虛擬信息領域的傳遞途徑；以及影響物理領域的實體。

多年來，加拿大國防研究與發展部（DRDC）一直通過一系列的研討會與軍事人員接觸，評估新興技術對概念、能力和投資的可能影響。本文概述了影響評估框架，該框架已被設計并用于調查一些新興技術的影響。該框架包括定量和定性的措施，以及支持任務所需能力要素的正式清單。該框架的應用通過幾個新興技術領域對加拿大陸軍能力要素的評估結果來說明。被評估的新興技術領域包括量子技術、超材料、人工智能、印刷電子學、人體性能增強、合成生物學、增材制造和其他許多領域。結果提供了關于哪些軍事能力領域和作戰功能將受到所審查技術的最大影響的見解。這種方法為部隊開發人員提供了額外的證據，并支持對能力發展計劃和技術路線圖的審查。

1.0 引言

對技術、戰爭、政治和經濟之間關系的研究已經多次提出，未來必須在高度不確定的情況下做出決定。偏見塑造了國家和文化對如何預測未來的偏好。正如W.Chin所指出的，未來戰爭方面的文獻往往過度依賴明顯具有決定性軍事技術的簡單化概述[1]。

國防和安全的作戰環境不斷被競爭和沖突所塑造。雖然軍隊在評估未來作戰環境（FOE）的基礎上發展未來部隊，但它也需要評估趨勢和發展對能力的可能影響[2]。盡管大多數官方的FOE出版物包括對軍事力量的關鍵推論和高層影響，但仍然很少有既定的框架來評估新興技術在能力和概念發展方面的可能影響。

2017年，加拿大陸軍委員會批準將近距離接觸[3]作為未來軍隊（AoT）的頂點作戰概念。AoT是一個不斷發展的概念模型，說明加拿大軍隊在未來15年內應該如何配置、裝備和訓練。理想的AoT將被要求更加連接、敏捷、靈活、整合和強大。正如 "親密接觸"所指示的那樣，需要對政治、環境和技術變化進行持續的地平線掃描和觀察，以便對破壞性變化提供更好的預警[5]。作為風險管理戰略的一部分，部隊組建者需要了解技術發展以評估和利用潛在的機會。他們還需要預測和減輕他們在FOE中可能面臨的潛在風險、威脅和作戰挑戰。技術前瞻性和組織敏捷性是機構復原力的關鍵推動因素。技術優勢當然是任務成功的助推器，但創新文化和靈活的系統將是未來陸軍在作戰中成功的游戲規則。

1.1 新興技術在基于能力的規劃中的作用

一些軍隊已經采用了著名的基于能力的規劃（CBP）框架，該框架最初由Paul K. Davis[4]開發，用于支持能力和系統的長期戰略計劃。在加拿大，CBP于2005年被加拿大武裝部隊（CAF）采用。CBP是一種系統的部隊發展方法，旨在為最合適的部隊結構選擇提供建議，以滿足政府的優先事項。CBP過程評估了通過情景分析得出的能力目標。然后，通過對當前和計劃中的能力進行分析，確定并驗證能力的不足和過剩。它支持首選部隊結構的發展。CBP是一個使用場景的過程，這些場景松散地位于FOE中，以評估現有能力在多大程度上可以保持運作，并在不同場景下對任務的成功做出貢獻。CBP過程的主要結果是識別和記錄可能威脅到任務成功的能力差距和缺陷。CBP是關于評估現有軍事能力的準備程度、生存能力和維持能力。

傳統上，新興技術的趨勢是作為FOE的一部分來考慮的，從FOE中推導出一些情景來 "測試 "現有的軍事能力。評估新興技術的綜合方法需要考慮三種不同的應用背景。

• 機會：新興技術能否被塑造來解決差距和不足，提供新的能力或新的手段來實現效果？

• 風險：新興技術能否代表新的威脅，需要出口控制或技術保護計劃，加速我們自己技術的淘汰，或降低我們的能力？

• 環境：新興技術將如何塑造作戰環境？鑒于全球都能獲得新技術，我們在未來的物理和數字環境中會面臨什么？

CBP是在未來部隊結構的設計中創造機會和減少風險的藝術。

2.0 評估新興技術的方法

文獻中描述了在國防背景下評估新興技術的幾種方法。

2.1 北約DTAG方法

顛覆性技術評估游戲（DTAG）是一種方法，最初由北約SAS-062和SAS-082任務組開發[6-8]。DTAG最適合于探索新興技術在軍事場景中的使用如何可能改變行動方案和結果。DTAG使用系統理念（IoS）卡，將幾種技術整合到一個新概念中。DTAG會議通過在軍事背景下進行基于場景的桌面兵棋推演演習，探索IoS的潛在好處。

從能力發展的角度來看，文獻中沒有證據表明，擬議的IoS卡得到了現有技術路線圖或技術趨勢分析的支持，這將有助于能力開發者估計一個新的 "系統 "在可預見的未來何時可以現實地出現和部署。DTAG會議的結果產生了新的技術應用概念，但它們缺乏技術趨勢分析和路線圖的支持，使能力開發者獲得的可操作信息有限。

2.2 TOWS分析（澳大利亞）

澳大利亞陸軍采用了由國防科技集團（DST）的科學家開發的威脅、機會、弱點和優勢（TOWS）方法來評估新興技術對陸軍通用功能的可能影響。TOWS技術的描述見[9, 10]。TOWS技術將外部威脅和機會與一個組織的內部弱點和優勢進行比較。結果被用來定義一套行動，以保護組織免受威脅，并使其能夠利用機會。TOWS是專門為推斷行動和戰略而設計的。

表1：技術領域對軍隊一般職能的影響[10］

3.0 評估新興技術的綜合方法

加拿大國防研究與發展部（DRDC）用于識別和評估新興技術的一些工具和技術已經在2015年的北約IST系列講座中進行了描述[11, 12]。目前，DRDC的計劃將這些工具和技術整合到科技（S&T）展望和風險評估的綜合方法中。圖1說明了從前景掃描活動到提供戰略建議的主要組成部分和邏輯流程。新興技術影響評估研討會每年進行一次，以評估新興技術對國防和安全能力、利益相關者和政策制定者的影響。

圖1：DRDC的科技（S&T）展望和風險評估計劃。

3.1 科技展望與風險評估

DRDC的科技展望和風險評估計劃的所有活動都是按照四步程序進行的，首先是進行前景掃描活動，以確定新出現的利益趨勢，然后收集和分析信息，以發展關于這些利益趨勢的技術情報。然后評估新出現的技術趨勢對國防、安全、政策和立法的可能影響。評估的結果被用來為計劃、能力和伙伴關系方面的決策提供信息。

3.2 加拿大軍隊的作戰功能和能力

在所有的未來情況下，任務的成功和有效性依賴于執行任務所需能力的可用性、準備性、穩健性和彈性。新興技術的潛在影響需要在所有作戰功能中進行評估，以確定哪些能力可能從中受益，哪些可能面臨風險。加拿大陸軍使用五個核心作戰功能：指揮、感知、行動、防護和維持

• 指揮 - 建立共同的意圖和管理指揮的必要結構和程序。作為一項作戰功能，指揮部是其他四項作戰功能的紐帶。指揮部是將所有作戰功能整合到一個全面的戰略、作戰或戰術層面的概念的作戰功能。

  • 指揮部的運作功能由一些關鍵能力支持，包括：

    表1：支持指揮職能的能力。

指揮與控制網絡	安全、穩健、多級和移動通信系統，允許在所有適當級別進行網絡化指揮。
規劃和決策支持系統	態勢感知（SA）；協作規劃工具；建模與仿真
JIMP連接性	聯合、機構間、多國和公共 (JIMP) 連接

• 感知 - 一個單一的綜合實體，收集、整理、分析和顯示各級數據、信息和知識。戰術、行動和戰略資產被整合為一個單一的連續體。感知是為指揮官提供知識的操作功能。感知功能包含了所有收集和處理數據的能力。

  • “感知” 的操作功能由一些關鍵能力支持，包括：

    表2：支持感知功能的能力。

地面傳感器網絡	雷達;光學
空中和戰略傳感器網絡	無人機;衛星;網絡
情報系統	圖像;信號;社會文化;地理空間;人類;開放源

• 行動 - 使用一種能力來影響整個沖突范圍內物質和道德領域的事件。行動反映了對各種來源的能力的整合--戰術、行動或戰略。行動是整合了機動、火力和信息戰的作戰功能，以達到預期效果。它是聯合火力和影響活動的結合，通過機動和對作戰環境的管理而同步和協調。

  • 該法案的運作功能由一些關鍵的能力支持，包括：

    表3：支持行動功能的能力。

火力	直接火力武器；間接火力武器；遠距離火力；聯合火力；定向能武器
機動	裝甲車；輕型車輛；自主系統；戰術空運；沿岸船只
信息作戰	電子戰；心理作戰；計算機網絡作戰（防御、攻擊、利用）。

• 防護 - 為促進任務成功而采取的部隊保護措施，通過管理風險和盡量減少人員、信息、物資、設施和活動在所有威脅下的脆弱性，維護行動自由和行動效率。防護是保護部隊、其能力和行動自由的業務職能。防護功能可以保護部隊免受常規和不對稱的威脅，適用于國內、大陸和國際行動。

  • 防護作戰功能由一些關鍵能力支持，包括：

    表4：支持盾牌功能的能力。

火災防護	保護基礎設施部隊、個人、車輛、武器、設備和物資免受直接和間接火災的傷害；戰斗識別（反自相殘殺）
GBAMD	地基防空和彈藥防御
避免爆炸性危險	簡易爆炸裝置（IED）；誘殺裝置；地雷
化學、生物、輻射防御	防范化學、生物、輻射、核威脅；環境和職業健康與安全
保護免受心理威脅	反心理學行動

• 維持--產生、部署、使用和重新部署一支部隊所需的所有功能的組合。"維持"是支持行動的再生和維持能力的操作功能。

  • "維持"行動功能由一些關鍵能力支持，包括：

    表5：支持維持功能的能力。

陸地設備系統	維修設施；前方維修；回收
材料和分配系統	總資產可見度；倉儲；供應；食品服務；陸路運輸；空運；集裝箱化
行政系統	財務服務；人事管理；停尸服務；牧師；法律服務；郵政服務；娛樂設施
衛生服務系統	醫療設施；傷員后送；醫療和牙科治療；醫療用品；健康報告；預防醫學（身體和精神）。

除了作戰功能外，還考慮了部隊生成能力。一些新興技術可能會影響到部隊生成的各個方面。例如，增強現實和虛擬現實技術正被越來越多地用于加速訓練。它們還為平臺的現場維護和修理提供了新的手段。在CA的背景下，部隊組建得到了一些關鍵能力的支持，包括：

表6：支持部隊組建的能力。

組織力量產生的結構	單位；旅；師；訓練機構；靶場和訓練區；總部
兵力投送	國家維持基地；戰略交通線；戰區維持（包括工程支持）；空運；海運；APODs/SPODs

3.3 研討會方法

通常情況下，新興技術影響評估研討會以一個或多個主題專家（SME）的展望簡報開始。中小企業有責任介紹該技術領域并描述其潛在的應用。他們還提供有關被審查的新興技術領域的新興趨勢和主要領導人的有用信息，以及對該技術目前的成熟度、限制、局限性和科學界面臨的挑戰的概述。

圖2：研討會過程。

根據中小企業提供的信息和個人的專業知識，研討會參與者被要求使用簡單的李克特量表評估新興技術領域對陸軍能力的潛在影響，從0（無影響）到7（非常大的影響）。評級過程確保參與者考慮到每個作戰功能的所有能力領域的影響。通常情況下，在考慮一項新興技術的潛在影響時，參與者已經想到了一個具體的能力領域。使用一個系統的能力評級過程，可以確保"不太明顯"的影響領域也在研討會上得到考慮和討論。

圖3：評級過程和尺度。

在研討會上，"影響"的定義是：解決現有的差距和缺陷；解決持久的問題（如士兵的負擔）；改善現有的能力；引入新的概念和能力；破壞或否定現有的能力；使任務面臨風險（多種風險類別）。

在第一輪個人評估后，將結果提交給研討會參與者，以激發小組討論和辯論。小組討論提供了機會，以交流對新興技術的看法，要求中小企業提供額外的技術細節和清晰度，挑戰假設，并試圖填補 "高不確定性所固有的知識空白"。小組討論后，再進行第二輪評估。這種方法有助于衡量和減輕 "群體思維"的影響。

3.4 數據分析

在研討會上收集的數據用兩種不同的方法進行分析。第一種是依靠DRDC的科學家在2006年開發的統計工具來進行多標準分析和排名共識（MARCUS）。MARCUS[14, 15]是一個產生共識結果的有用工具。MARCUS的特點之一是它能正確處理排名中的并列關系，能容忍不完整的排名，并在必要時允許單個排名在確定共識排名時具有不同的權重。

下面的例子顯示了小組討論前后評估的微小差異。在這個特殊的案例中，在小組討論之前，評估認為情報系統（5）將受到人工智能（AI）發展的最大影響。在小組討論后，與會者評估說，規劃和決策支持系統（2）將受到最大影響。

圖4：小組討論前后，MARCUS對人工智能應用在20種軍隊能力上的排名

用于分析數據的第二種定量方法是對所有參與者對每個能力領域的評分應用一個簡單的平均函數，如圖5所示。此外，在研討會期間還收集了參與者的定性評估，以便為個人評級提供額外的理由和背景。結果被用來確定哪些能力領域和作戰功能將受到所考慮的新興技術的最大影響（技術觀點），并確定哪些新興技術將有助于塑造整個作戰功能的未來能力（操作功能觀點）。自2014年以來，CA一直在舉辦一系列的研討會，以評估幾個新興技術領域的潛在影響。

3.5 結果概述

如圖5所示，累積結果表明，支持指揮功能的能力將受到人工智能（AI）應用、人類性能優化和修改（HPO、HPM）發展以及量子科學（QS）應用的顯著影響。量子技術有望提供下一代的加密能力，可以提高指揮和控制（C2）網絡的安全性。

圖5：新興技術領域對CA運行功能的影響程度

結果還表明，在未來15年以上的時間里，支持理智功能的能力將受到幾種新興技術的顯著影響。人工智能（AI）的快速發展，以及量子科學（QS）、超材料（MM）和印刷電子（PE）的發展，將有助于塑造未來的感知能力。

對于支持行為功能的能力，結果表明它們將受到人工智能、文化行為模型（CBM）以及培訓、教育和演習5（TEE）新模式的影響。機動能力將大大受益于人工智能的發展，特別是在機器人、自主車輛和蜂群的應用領域，但也可以通過人工智能的增強現實技術為下崗士兵服務。量子傳感器的發展將提供更精確的定位、導航和定時（PNT）系統，以提高在GPS缺失環境下的機動能力。

支持防護功能的能力也將受到幾個技術領域的重大影響。材料科學和個人防護設備（PPE）設計的發展顯然將塑造未來的防火能力。化學和生物檢測和保護（CB DP）的進步將有助于增強或新的CBRN防御能力，同時合成生物學（SB）和人體性能優化（HPO）的發展也將有助于增強或新的CBRN防御能力。量子科學（QS）預計將提供新的傳感器，以實現對爆炸性危險的遠距離探測和規避。

在支持 "維持"功能的所有能力領域中，衛生服務系統是未來15年內變化最大的領域。合成生物學（SB）、人體性能優化（HPO）和改造（HPM）的發展，以及個人防護裝備、化學和生物檢測和保護（CB DP）的發展，培訓、教育和鍛煉的新模式，以及來自印刷電子（PE）的可穿戴和植入式傳感器，預計將對未來的衛生服務系統產生重大影響，前提是有適當的政策和立法。

3.6 結果

年度新興技術影響評估研討會是支持能力發展和實施國防創新計劃的關鍵。它們匯集了科學家、學者、工程師、政策制定者、項目管理人員、法律顧問和軍事人員的專業知識。自2014年成立以來，新興技術影響評估研討會為國防能力、科技合作計劃和伙伴關系的戰略投資決策提供了信息。例子包括。

• 采用部門的量子科技戰略。

• 加拿大軍隊人工智能概念文件和技術路線圖。

• 提交給國防部（DND）"創新促進國防卓越和安全"（IDEaS）計劃的新的創新挑戰。

• 在新興技術領域的新FVEY活動，如超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。

• 幾個國防和安全政策問題簡報。

• 對敏感技術和出口控制的系統性審查6。

4.0 結論

任務的成功和有效性取決于用于實現效果的能力的可用性、準備性、穩健性和復原力。長期的戰略能力發展計劃需要識別和評估新興技術對所有作戰功能的潛在影響，以了解哪些能力可能受益于這些技術，哪些可能面臨風險。為了支持這種評估，我們設計了一個框架，其中包括定量和定性的措施以及支持任務所需的能力要素的正式清單。通過對加拿大陸軍能力要素的幾個新興技術領域的評估結果，說明了該框架的應用。自2014年第一次迭代影響評估研討會以來，累積的結果提供了寶貴的見解，即在未來15年內，哪些軍事能力領域和作戰功能將受到審查技術的最大影響。

附錄A

表A-1: CA評估的新興技術領域

5.0 參考文獻

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[18] Gunashekar S., et al. Oversight of science and technology. Learning from past and present efforts around the world. RAND Europe report, 2019. RR-2921

摘要

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

引言

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

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

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

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

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

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

由美國導彈防御局（MDA）和海軍實施的宙斯盾彈道導彈防御（BMD）計劃，使海軍宙斯盾巡洋艦和驅逐艦有能力進行BMD行動。具備BMD能力的宙斯盾艦在歐洲水域作戰，保衛歐洲免受來自伊朗等國家的潛在彈道導彈攻擊，并在西太平洋和波斯灣提供區域防御，防止來自朝鮮和伊朗等國家的潛在彈道導彈攻擊。隨著時間的推移，具有BMD能力的宙斯盾艦的數量一直在增加。MDA提交的2023財政年度預算報告指出，"到2023財政年度末，將有50艘具有BMDS[BMD系統]能力的[宙斯盾]艦需要維護支持"。

宙斯盾BMD項目的資金主要來自MDA的預算。海軍的預算為BMD相關工作提供了額外的資金。MDA的2023財年擬議預算要求為宙斯盾BMD工作提供總計16.591億美元（即約17億美元）的采購和研發資金，包括為波蘭和羅馬尼亞的兩個宙斯盾岸上基地提供資金。MDA的預算還包括宙斯盾BMD項目的運營和維護（O&M）以及軍事建設（MilCon）資金。

國會關于宙斯盾BMD計劃的問題包括以下內容：

• 是否批準、拒絕或修改MDA為該項目提出的年度采購和研究與開發資金申請。

• MDA的成本估算和成本報告是否充分。

• 宙斯盾BMD計劃在保衛美國本土免受洲際彈道導彈攻擊方面應發揮什么作用。

• 具備BMD能力的宙斯盾艦的所需數量與可用數量。

• BMD行動可能給海軍的宙斯盾艦隊帶來的負擔，以及是否有其他方法來執行現在由美國海軍宙斯盾艦執行的BMD任務，如建立更多的宙斯盾岸上基地。

• 盟國負擔的分擔--盟國對區域BMD能力和行動的貢獻與美國海軍對海外區域BMD能力和行動的貢獻相比。

• 宙斯盾BMD項目在關島新的導彈防御系統架構中的作用。

• 是否將夏威夷的 "宙斯盾 "試驗設施轉換為陸基 "宙斯盾 "BMD作戰地點。

• 艦載激光器在未來幾年內對海軍終端階段BMD行動的貢獻，以及這最終可能對所需的艦載BMD攔截導彈數量產生的影響。

• 宙斯盾BMD計劃中的技術風險和測試與評估問題。

美國海軍和國防部（DOD）正在優先考慮在各戰爭領域迅速采用人工智能（AI），以保持對美國有利的技術優勢。機器學習（ML）是最近人工智能發展的基礎，它存在著一個持續的、沒有得到充分解決的關鍵缺陷：對抗性樣本。自2013年發現以來，在深度神經網絡（DNN）分類器中出現了許多新形式的對抗性樣本攻擊，并提出了許多狹義和特殊的防御措施。這些防御措施都沒有經受住反測試。一些研究人員提出，這種易受攻擊性可能是不可避免的。到目前為止，還沒有發現有效的、可計算的、通用的方法，可以加固DNN，使其免受這種和相關的泛化問題的影響。我們的前提是，ML模型對所有對抗性樣本的魯棒性與抵抗力，可以通過將模型分類空間數據密集區之間的數據點稀疏的潛在空間，作為障礙隔離來改進。我們研究了兩種不同的方法來實現這種對基于對抗性樣本的攻擊防御，測試這些防御對最有效的攻擊，并將結果與現有的技術狀態的防御進行比較。

第一章 引言

人工智能（AI）已被提出來作為推進國防部能力的一個關鍵推動因素。人工智能國家安全委員會在其最終報告中寫道："如果我們的武裝部隊不加速采用人工智能，他們的軍事技術競爭優勢可能會在未來十年內喪失"，建議 "美國現在必須采取行動，將人工智能系統投入使用，并在人工智能創新方面投入大量資源，以保護其安全，促進其繁榮，并保障民主的未來" [1]。鑒于人工智能或更具體地說，深度神經網絡（DNN）中的機器學習（ML）最近在科學和工業領域取得了廣泛的突破，這種關注無疑是恰當的。然而，在國防應用中利用ML和其他現代 "深度學習 "方法并非沒有其固有的附加風險。

最近的人工智能主張已經近乎夸大其詞；當然，在與軍事和文職領導層的高層溝通中，也發生了一些夸大其詞的情況。作為這種夸張的例子，參考一下《2019年美國總統經濟報告》是如何向美國領導人介紹機器視覺方面的人工智能狀況的。在第343頁題為 "2010-17年人工智能和人類的圖像分類錯誤率 "的圖表中，它顯示了 "人類分類 "錯誤率與機器分類錯誤率將在2015年超過人類圖像分類能力。對這一說法仔細考慮并對參考研究甚至是當前最先進研究進行檢查，顯示這一特殊的發展仍然是一個遙遠的、尚未達到的里程碑。

1.1 深度學習的突破

即使ML仍然存在挑戰，近年來，機器學習在科學、工業和商業領域的成功應用也在急劇增加。深度神經網絡已經在自然語言處理、天文學、癌癥診斷、蛋白質折疊、語音識別和機器視覺等不同領域取得了巨大的進步[2]-[8]。因此，這類系統的潛在軍事應用同樣比比皆是：分析頻譜上下的聲學和電磁傳感器數據、機器視覺、尋找-修復-跟蹤和瞄準對手的飛機、地下、水面和陸地戰斗人員、人類語言處理、語音識別、自主空中/地面/地下/陸地車輛、信息戰、情報、監視和偵察（ISR）整合、機器人技術、網絡防御、網絡攻擊、戰術決策輔助，等等。

1.2 深度學習的脆弱性

盡管這項技術帶來了巨大進步，但目前的ML分類方法創建的模型在其核心上是有缺陷的，因為它們非常容易受到對抗性樣本攻擊和相關欺騙技術的影響[9]。廣義上講，文獻中定義的這類攻擊有三類：探索性攻擊、逃避性攻擊和中毒性攻擊。在本報告中，我們主要關注防御我們認為最關鍵的需求，即逃避攻擊。為了提供背景，我們簡要地概述了這三種攻擊。探索性攻擊，對手并不試圖實現錯誤分類，而是試圖通過精心設計輸入來獲得模型的知識，這些輸入的結果將提供關于模型內部狀態的信息，其目的是減少模型的不確定性，以支持未來的攻擊。中毒攻擊試圖在訓練期間修改模型，以偷偷地完成模型的一些未被發現的行為變化。最后，在逃避攻擊中，攻擊者不知不覺地修改了人工制定或模型的輸入，以產生分類的變化，從良性的或最初設定的類別到一些其他的、欺騙性的不真實的類別[10]。這最后一類是我們防御的重點，從這一點出發，我們把這些簡單地稱為對抗性樣本攻擊[11]。

自從2013年最初發現DNN分類器中的對抗性攻擊（逃避）以來，已經出現了許多種這樣的攻擊，并且至少提出了同樣多的狹義的特定防御措施作為回應。不幸的是，到目前為止，所提出的防御措施沒有一個能經受住反測試和適應性攻擊[12]。一些研究人員提出，這種易感性可能是空間中問題表述的一個不可避免的特征[13]。目前，還沒有發現一種有效的、計算上可接受的、通用的方法，可以支撐DNN對抗類似的相關的泛化問題[12], [14]。

1.3 國防部（DoD）的影響

在國防部的范圍內，大家都承認欺騙在戰爭中起著核心作用。因此，戰爭系統必須被設計成對欺騙有高度的適應性[15]。馬基雅弗利在“Prince”中寫道："......雖然在任何行動中使用欺騙都是可憎的，但在發動戰爭時，它是值得稱贊的，并能帶來名聲：用欺騙征服敵人與用武力征服敵人一樣受到稱贊。" 對孫子來說，這甚至是更重要的因素，"所有的戰爭都是基于欺騙"。在國防應用中，至關重要的是，不僅系統在戰斗開始時就如設計之處那樣工作，而且它們應該具備有彈性對狡猾的、有同樣資源和動機的對手的潛在計劃。

誠然，ML在民用和科學方面已經取得了巨大的成功。盡管民用工業技術領域與軍事技術需求有很大的內在交集，但應該注意到，后者并不是前者的完美子集。也就是說，戰爭的現實要求其技術必須為虛假信息和故意欺騙的行動、展示和通信做好準備。這兩個領域之間的這些不同假設意味著，在一個領域已經準備好的東西，在另一個領域可能還沒有準備好。在整個國防部，納入這些技術的系統正在被考慮、開發，在某些情況下已經被采用，目的是增強或取代我們一些最關鍵的國家安全能力。在軍事應用中，特別是武器系統和殺傷鏈內的系統，必須消除或至少減少對抗樣本，并對其進行補償，使故障呈現最小的風險。其余的風險必須被明確指出、發現并被作戰人員充分理解。不仔細和充分地解決這個問題是不可想象的，否則我們就有可能采用脆弱性技術，將災難性的漏洞引入我們關鍵戰爭系統。

1.4 增強防御措施

在防御基于機器學習技術的系統不受欺騙的潛在戰略背景下，我們介紹了一種防御措施。我們的前提是，ML模型對所有對抗性樣本的魯棒性與抵抗力，可以在模型分類器的分類空間數據密集區之間的數據點稀疏潛在空間中插入一個 "填充 "或 "屏障 "的方法來提高[13], [16]。我們相信，通過統計學插值或采用變分自動編碼器（VAE）[17]或生成對抗網絡（GAN）[18]來插值和投射到這個空間的模型可以創建人工填充類樣本來增加數據集，所產生的模型將能夠成功地區分合法數據點和對抗性樣本，同時保持與最先進分類方法相稱的準確性。

美國海軍希望開發和采購三種類型的大型無人航行器（UV），稱為大型無人水面航行器（LUSV）、中型無人水面航行器（MUSV）和超大型無人水下航行器（XLUUVs）。海軍2023財年擬議預算要求為這些大型UV和LUSV/MUSV啟用技術提供5.493億美元的研究和開發資金，并為XLUUV和其他海軍UUV的核心技術提供6070萬美元的額外資金。

海軍希望獲得這些大型UVs，作為將海軍轉移到一個更加分布式艦隊架構的一部分工作，這意味著一種艦艇組合，將海軍的能力分散到更多的平臺上，并避免將艦隊整體能力的很大一部分集中到相對較少的高價值艦艇上（即一種避免 "把太多雞蛋放在一個籃子里 "的艦艇組合）。海軍和國防部（DOD）自2019年以來一直在努力制定一個新的海軍部隊目標，以反映這種新的艦隊組合。2022年4月20日發布的海軍2023財年開始30年（2023財年-2052財年）的造艦計劃，總結了對新的兵力目標進行的研究結果。這些研究概述了潛在的未來艦隊擁有27至153艘大型USV和18至51艘大型UUV。

海軍設想LUSV的長度為200英尺到300英尺，滿載排水量為1,000噸到2,000噸，這將使它們達到輕巡洋艦的大小(即比巡邏艇大，比護衛艦小的艦艇)。海軍希望LUSV是低成本、高端耐力、可重新配置的艦艇，有足夠的能力攜帶各種模塊化有效載荷--特別是反水面戰（ASuW）和打擊有效載荷，主要是指反艦導彈和對陸攻擊導彈。每艘LUSV可以配備一個垂直發射系統（VLS），有16到32個導彈發射管。盡管被稱為UV，LUSV可能被更準確地描述為選擇性或輕度載人的艦艇，因為它們有時可能有一些船員，特別是在近期內，當海軍制定LUSV的啟用技術和作戰概念時。根據海軍2023財政年度的五年（2023-2027財政年度）造艦計劃，海軍采購LUSV的計劃將在2025財政年度開始。

海軍將MUSV定義為45英尺到190英尺長，排水量大約為500噸，這將使它們與巡邏艇的尺寸相當。海軍希望MUSV和LUSV一樣，是低成本、高端耐力、可重新配置的船只，可以容納各種有效載荷。MUSV的初始有效載荷將是情報、監視和偵察（ISR）有效載荷和電子戰（EW）系統。海軍2023財年開始的五年（2023-2027財年）造艦計劃不涵蓋2023-2027財年期間采購MUSV的計劃。

XLUUV的大小大致與地鐵車廂相當。首批5艘XLUUV在2019財政年度獲得資助，正在由波音公司建造。海軍希望使用XLUUV秘密部署Hammerhead水雷，這種水雷將被拴在海底，并配備反潛魚雷，大致類似于海軍冷戰時期的CAPTOR（封裝式魚雷）。根據海軍2023財年開始的五年（2023-2027財年）造艦計劃，通過其他采購，海軍（OPN）計劃在2024財年開始采購額外的XLUUV。

在對海軍2020-2022財年的擬議預算進行標記時，國會國防委員會對海軍的采購戰略是否提供足夠的時間來充分開發這些大型UV，特別是LUSV的作戰概念和關鍵技術表示關注，并包括旨在解決這些問題的立法規定。作為對這些標記的回應，海軍已經重組了LUSV項目的采購戰略，以便遵守這些立法規定，并在進入可部署單位的批量生產之前提供更多的時間來開發作戰概念和關鍵技術。

圖1. 支持LUSV和MUSV計劃的原型機

自 2000 年以來，美國一直積極尋求發展高超音速武器——飛行速度至少為 5 馬赫的機動武器——作為其常規快速全球打擊計劃的一部分。近年來，美國將重點放在開發高超音速滑翔飛行器上，這種飛行器在滑翔到目標之前由火箭發射，以及在飛行過程中由高速吸氣發動機提供動力的高超音速巡航導彈。正如前參謀長聯席會議副主席和美國戰略司令部前司令約翰·海頓將軍所說，這些武器可以“針對遠程、防御和時間緊迫的威脅提供響應性、遠程、打擊選擇。”另一方面，批評者認為，高超音速武器缺乏明確的任務要求，對美國的軍事能力貢獻不大，而且對威懾沒有必要。

過去，高超音速武器的預算相對有限；然而，五角大樓和國會都對追求高超音速系統的開發和近期部署表現出越來越大的興趣。這部分歸功于俄羅斯和中國在這些技術方面的進步，這兩個國家都有許多高超音速武器計劃，并且可能已經部署了可操作的高超音速滑翔飛行器——可能配備核彈頭。與俄羅斯和中國的高超音速武器相比，美國的大多數高超音速武器并非設計用于核彈頭。因此，與中國和俄羅斯的核武器系統相比，美國的高超音速武器可能需要更高的精度，并且在技術上更具挑戰性。

五角大樓 2023 財年對高超音速研究的預算要求為 47 億美元，高于 2022 財年要求的 38 億美元。導彈防御局還要求提供 2.255 億美元用于高超音速防御。目前，國防部 (DOD) 尚未建立任何高超音速武器的計劃申明，這表明它可能尚未批準該系統的任務要求或長期資助計劃。事實上，正如高超音速首席主任（負責研究和工程的國防部副部長辦公室）邁克·懷特所說，國防部尚未決定采購高超音速武器，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。

在國會審查五角大樓對美國高超音速武器項目的規劃時，它可能會考慮有關高超音速武器的基本原理、預期成本以及它們對戰略穩定和軍備控制的影響等問題。潛在問題包括：

• 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？它們將如何被納入聯合作戰條令和概念？

• 鑒于高超音速武器缺乏明確的任務要求，國會應如何評估高超音速武器計劃的資金申請或高超音速武器計劃、使能技術和支持測試基礎設施的資金申請之間的平衡？加速對高超音速武器、使能技術或高超音速導彈防御方案的研究是否必要且在技術上是否可行？

• 如果有的話，高超音速武器的部署將如何影響戰略穩定？

• 是否需要降低風險的措施，例如擴大New START、談判新的多邊軍備控制協議或開展透明度和建立信任活動？

圖 1. 彈道導彈與高超音速滑翔飛行器的地面探測

摘要

本文探討了俄羅斯軍事戰略的核心原則和相關的作戰概念，并討論其在俄羅斯軍事安全知識體系中的作用。俄羅斯軍方領導人描述現有戰略為“主動防御”，這是一種戰略概念，整合了預見和預防沖突的先發制人措施，戰時作戰概念旨在否認對手在戰爭初期取得決定性勝利，降低和瓦解他們的努力，同時設定條件以在可接受的條件下終止戰爭。該戰略強調防御和進攻行動的整合、機動防御、持續反擊、對手指揮和控制的混亂、在整個軍事行動戰區（包括本國的基礎設施）的部隊交戰。其勝利理論的前提是降低對手的軍事經濟潛力，重點關注至關重要的目標，以影響對手維持戰斗的能力和意志，而不是通過地面攻勢奪取領土或關鍵地形。該研究還探討了俄羅斯戰略行動的內容、相關任務和任務、俄羅斯軍事概念的梯隊，以及俄羅斯對現代戰爭理論和實踐的看法。

圖 1. 戰爭與軍事安全知識體系

表 1. 俄羅斯對戰爭演變特征的看法

圖4.綜合性空中打擊構圖(變體)

執行總結

俄羅斯軍方領導人將當前的軍事戰略描述為“主動防御”。這一概念在蘇聯軍事思想中有著悠久的歷史，在蘇聯后期從作戰討論演變為戰略框架。在俄羅斯，軍事戰略代表了最高形式的軍事藝術，提供了關于戰爭理論和實踐、國防準備、預防沖突的方法、戰時管理部隊和戰略行動劃定的一般原則。總而言之，軍事戰略和相關的作戰概念揭示了“俄羅斯戰爭方式”、影響和中心論點。俄羅斯的戰略反映了在規劃、作戰概念以及實現這些目標的部隊結構或能力方面的選擇。本研究探討了俄羅斯軍事戰略中在主動防御的標題下所做的選擇、它們的基本論點以及戰略作戰概念的表達。

俄羅斯軍事戰略中的作戰概念描述了在沖突爆發之前采取的預防措施，以阻止沖突，以及進行戰爭的原則。在受到威脅的時期或危機升級期間，俄羅斯軍隊會采取預防措施來消除威脅，其中可能包括在感知到迫在眉睫的威脅時先發制人地使用有限的武力。防御戰略強調機動防御和反擊。這是一種防御性進攻，設想對手在整個軍事行動區持續交戰，包括其本國的關鍵基礎設施，執行影響對手維持斗爭的能力或意愿的戰略行動。因此，俄羅斯的軍事戰略由代表防御和進攻結構的作戰概念組成，沒有明確的區分。主動防御貶低戰略性地面進攻，優先考慮航空航天領域、機動防御和非接觸戰爭形式。

主動防御中的“主動”內涵設想了示威或有限使用武力，以使對手相信侵略的成本將超過預期的收益。從俄羅斯的角度來看，國家主要使用非軍事手段和間接方法來實現政治目標。因此，俄羅斯軍方試圖為國家所認為的未宣戰、遏制和脅迫形式提供答案。然而，戰爭的性質被理解為非軍事手段是有效的，因為它們有技術先進的軍事能力支持。在戰爭初期，戰略性常規進攻仍然具有決定性意義。設想的主要威脅是對俄羅斯具有重要軍事、經濟和政治意義的重要目標的綜合性大規模空襲。遠程精確制導武器和其他形式的非動能攻擊（如電子戰）的戰略性質是俄羅斯軍事考慮的首要因素。

主動防御旨在應對這種威脅，在暫時危險或威脅，以及由擁有戰略常規能力的技術先進的對手構成的軍事挑戰期間，尋求使用間接手段來應對。該戰略的一般原則是實現戰略行動出人意料、果斷和連續性。識別對手的弱點，尋找不對稱的反擊來抵消他們的優勢，并掌握戰略主動權。它設想了由火力、打擊和機動定義的作戰，其中戰術編隊在遠距離相互交戰，而偵察打擊能力使得防區外戰爭成為可能。

戰場被視為支離破碎的或不連續的，沒有固定的戰線，無線電電子手段與傳統的火力和打擊相結合，以“復雜地擊敗”對手的軍事行動。地面部隊進行機動防御，試圖削弱對手的力量，降低他們的實力，并保持力量。俄羅斯的軍事戰略不是地面進攻，而是接受以領土交易來削弱對手的前景，直到可以進行更牢固的陣地防御和反攻。

有效的論點是可以有效地削弱對手，規避他們的進攻性地面行動并轉移最初的大規模航空航天攻擊。目標是打亂對手的努力，并通過對至關重要的物體進行遠程打擊來塑造他們的政治算盤。演算的重心在于降低一個國家的軍事和經濟潛力，而不是奪取領土。在這里，戰爭的最初階段，即沖突的最初幾周，被認為是決定性的。俄羅斯的總體目標是阻止對手取得決定性的結果，迫使他們陷入高損耗的沖突。其愿景是對軍事和經濟基礎設施造成破壞，以便對手以可接受的條件尋求終止戰爭，并被隨之而來的內部不穩定所占據。

軍事戰略直接為戰略行動提供信息，戰略行動涉及在統一的方案和計劃中執行的協調任務、打擊、行動和戰斗行動，以實現戰略目標。這些作戰構想包括摧毀重要物體的戰略作戰、戰略航空航天作戰、核力量作戰和戰區總體戰略作戰，合并先前的大陸和海洋作戰構想。

俄羅斯的軍事戰略反映了俄羅斯希望在與技術上的優勢對手進行區域或大規模戰爭中成為軍事上的劣勢方。它談到了俄羅斯在戰爭中整合非軍事、常規和核手段，并追求戰略威懾。它旨在回答美國新出現的作戰概念所構成的威脅，同時為俄羅斯關于部隊組織、態勢、使用、戰略任務和部隊使命的軍事討論提供信息。

圖 8. 美國航母戰斗群組成（選項）

圖 9. 全球武器發展主要方向

圖 11. 航空航天——武裝戰斗的單一領域（航空航天戰區）

新興軍事技術

國會議員和五角大樓官員越來越關注發展新興軍事技術，以加強美國的國家安全，并與美國的競爭對手保持同步。美國軍方長期以來一直依賴技術優勢來確保其在沖突中的主導地位，并保障美國的國家安全。然而，近年來，技術的迅速發展和迅速擴散，很大程度上是由于商業領域的進步。正如前國防部長查克·哈格爾(Chuck Hagel)所觀察到的，這種發展已經威脅到美國傳統的軍事優勢來源。美國國防部(DOD)已經采取了一系列措施來遏制這一趨勢。例如，2014年，國防部宣布了第三次抵消戰略，這是一項為軍事和安全目的以及相關戰略、戰術和作戰概念開發新興技術的努力。為了支持這一戰略，國防部建立了許多專注于國防創新的組織，包括國防創新單位和國防戰爭聯盟小組。

最近，2018年的國防戰略呼應了第三次抵消戰略的基礎，指出美國的國家安全可能會受到影響： 受到快速技術進步和戰爭性質變化的影響....新技術包括先進的計算、“大數據”分析、人工智能、自主、機器人、定向能源、超音速和生物技術——這些技術確保我們能夠在未來的戰爭中戰斗并贏得勝利。 美國是開發這些技術的領導者。然而，中國和俄羅斯這兩個關鍵的戰略競爭對手，在發展先進軍事技術方面正在穩步取得進展。隨著這些技術被整合到國外和國內的軍事力量中并部署，它們可能會對國際安全的未來產生重大影響，并將成為國會在資金和項目監督方面的一個重要焦點。

本報告概述了美國、中國和俄羅斯的一些新興軍事技術:

• 人工智能,
• 致命的自主武器，
• 超音速武器,
• 定向能武器，
• 生物技術,
• 量子技術。

它還討論了國際機構內監測或規范這些技術的相關倡議，考慮了新興軍事技術對戰爭的潛在影響，并為國會概述了相關問題。這些問題包括新興技術的資金水平和穩定性、新興技術的管理結構、與征聘和留住技術工作者有關的挑戰、迅速發展和兩用技術的采購過程、保護新興技術免受盜竊和征用，以及對新興技術的治理和監管。這些問題可能會影響到國會的授權、撥款、監督和條約的制定。

無人機行業現在正處于黃金時期，它的增長有望呈指數級增長，盡管人道主義救援人員已經使用這種技術10年了，但市場的擴大和技術的發展正在推動越來越多的組織裝備這種設備。

無人駕駛飛行器 (UAV)，也稱為遙控飛機或“無人機”，是通過遙控或自主飛行的小型飛機。本報告重點關注非武裝民用無人機和無人機的使用。未來的報告可以探討無人水下航行器和地面無人機的影響和發展。

瑞士地雷行動基金會在其報告《人道主義行動中的無人機》（2016 年）4 中確定了六類無人機在人道主義行動中的用途：測繪；將基本產品運送到偏遠或難以到達的地點；搜救（SAR）；支持損害評估；提高態勢感知能力；監測變化（例如城市和營地的增長、農業使用或道路或基礎設施的建設）。這份報告將闡明人工智能驅動的無人機如何改進和修改這些用途。