摘要

本文為美國太空司令部的未來行動提出了一個新的太空威懾概念。美國航天司令部目前的空間沖突威懾戰略過于依賴整合各聯合軍種的空間能力。本文顛覆了這一觀點，研究美國太空司令部如何重新利用現有的聯合武器平臺來威懾太空競爭對手。美海軍水面行動小組是這個威懾概念的焦點。對水面行動小組的反太空武器進行了分析，以確定它們是否對中國的太空通信線路提供了可靠的威脅。研究的武器包括戰斧對地攻擊導彈E型，AN/SLQ(V)5，以及標準導彈-3 Block IB和IIA。本文最后提出建議，將威懾概念轉化為美國太空司令部的一個可行的選擇。

引言

根據美國太空司令部(USSPACECOM)的戰略愿景，USSPACECOM認為其主要任務是威懾 "通過提供太空作戰選擇來維護美國和盟國的競爭優勢"，USSPACECOM尋求通過實現太空優勢和整合聯合部隊的太空能力來威懾太空侵略行動。雖然爭取這一水平的太空優勢是一項重要工作，但戰略愿景相關陳述對美國海軍陸戰隊司令部打算如何實現其威懾任務提供了較少內容。美國海軍陸戰隊司令部沒有準確地闡述太空威懾問題。聯合部隊已經使用太空能力來進行其各種行動。僅僅在聯合平臺上整合額外的空間服務，并沒有提供一個基礎戰略來威懾與近鄰競爭者的空間沖突。

美國海軍陸戰隊司令部必須審查新的太空控制概念，并確定聯合部隊如何能夠提供其有機的反空間能力，以阻止來自近鄰對手的先發制人的太空打擊。威懾強大的太空競爭對手需要美國海軍陸戰隊司令部發展他們的太空控制概念，利用聯合平臺來威脅對手的太空通信線路（CLOC）。問題是，美國海軍陸戰隊司令部可以立即利用哪些聯合平臺來威脅競爭對手的CLOC？美國海軍陸戰隊司令部應該重新利用和組織美國海軍水面行動小組（SAG），通過在關鍵位置部署這些小組來威脅競爭對手的太空通信線路，從而阻止與近鄰對手的太空沖突。

很少有武器系統能在單一平臺上提供比阿利-伯克導彈驅逐艦（DDG）和提康德羅加級導彈巡洋艦（CG）更多的反空間能力。因此，本威懾分析將側重于在SAG中部署DDG和CG，被認為是反空間SAG，并將其部署在關鍵區域，用其反空間武器威脅對手的CLOC。在CLOC概念中，地面段和空間段將構成物理領域。鏈接段將表示非物理領域，包括進出空間的電磁傳輸。這三個部分共同構成了本分析中使用的CLOC的定義，并且是分析使用反空間SAG來威懾侵略性空間行為者的框架。中國已發展成為一個具有突出能力的航天國家，并且已經展示了具有威脅性的反太空能力。中國可以說是美國最強大的太空競爭者，并將成為這個威懾概念的主題。

目前的戰略評估和威懾概念

中國正在投入巨大的資源來發展太空事業。中國力爭在2030年成為全球太空大國，并打算在軍事和經濟上與美國進行太空競爭。2010年，中國開始測試共軌反空間技術，當時它使用兩顆衛星進行近距離操作。到2019年，中國通過其TJS-3衛星展示了共軌物體放置。在組織上，中國在2015年成立了中國人民解放軍戰略支援部隊（PLASSF），以監督其DA-ASAT武器和其他反空間能力的使用、訓練和戰術發展。

中國的空間優勢概念反映了美國的太空戰條令。PLASSF的理論將太空領域描述為軍事行動的新重心，并指出，"太空戰和太空行動的目標是實現太空優勢。"鑒于這些理論的考慮，PLASSF準備進行快速的先發制人的太空攻擊，以蒙蔽其對手并在大規模沖突中獲得主動。這種錯綜復雜的地面系統構成了中國CLOC的大部分，而成功的先發制人的太空打擊將要求這一系統保持完整。

反太空SAG將為美國海軍陸戰隊司令部提供一種靈活和機動的威懾，以防止中國先發制人的太空打擊。在這個威懾概念中，反空間SAG可以在中國的CLOC附近的國際水域巡邏，通過動能和非動能的結合，將其CLOC的三個部分置于威脅之下。由反空間SAG構成的持續的CLOC威脅將抑制中國先發制人的打擊的有效性，對重要的太空基礎設施和太空資產發起攻擊。這種威懾概念將確定反太空SAG的最佳位置，以對中國的CLOC造成最大的損害。如果反太空SAG對其CLOC造成足夠的損害，中國會放棄其先發制人的攻擊戰略。中國將認為對美國進行先發制人的打擊成本過高，從而達到預期的威懾效果。中國的地面部分是其CLOC的基礎要素。因此，威懾概念分析必須從審查反太空SAG對中國地面部分元素的動力性能開始。

地面段

中國的地面部分控制著他們的太空事業，并提供操作其反太空武器所需的通信，使地面部分的元素成為反太空SAG的理想目標。地面部分的基礎設施提供必要的太空態勢感知，以跟蹤他們的太空資產并記錄美國衛星的軌道模式，為他們的DA-ASATs和共同軌道威脅提供預測模型。PLASSF還通過北京航天指揮與控制中心（BSCCC）融合并向中國人民解放軍火箭部隊分發跟蹤信息。XSCC通過中國境內的幾個下屬跟蹤站發送和接收遙測、跟蹤和控制（TT&C）更新。每個下屬站都監測和控制中國航天事業的一個指定部分。這些跟蹤站中有許多位于中國的海岸線附近，處于沿中國大陸海域巡邏的反空間SAG的動力范圍之內。

Arleigh Burke DDGs和Ticonderoga CGs上攜帶的戰斧陸上攻擊導彈（TLAM）Block IV對中國的地面部分構成了可信的威脅。TLAM Block IV是攻擊XSCC、BSCCC和下屬TT&C站的理想動能系統。TLAM Block IV彈藥具有強大的全球定位系統（GPS）抗干擾能力，以幫助它在中國的GPS降級環境中生存。如果GPS抗干擾能力失效，TLAM Block IV仍然可以使用其數字場景匹配區域關聯系統（DSMAC）進行終端制導。TLAM Block IV-E（TLAM-E）是目前唯一正在生產的TLAM，其有效射程為1,400英里。這種遠距離將使反空間SAG能夠從國際水域的許多地方打擊中國的地面部分的要素。下圖1顯示了如果在東海巡邏的反太空SAG在200海里的經濟禁區（EEZ）邊界發射導彈，哪些中國的跟蹤站和控制中心會在TLAM-E的1400英里有效射程內。

圖1：TLAM-E的有效交戰范圍（距東海1,400英里）。

根據圖1，TLAM-E的交戰范圍包括XSCC、BSCCC以及許多固定的下屬跟蹤站。如圖所示，佳木斯和長春跟蹤站不在交戰扇形范圍內，以避免在朝鮮領空開火。然而，TLAM-E是可轉向的，可以引導其繞過朝鮮邊境以防止報警。在進行這一操作后，佳木斯和長春站將完全處于TLAME的交戰范圍內。勐海站在東海的反空間SAG面前是安全的，但如果從陵水站以外的南海巡邏的第二個反空間SAG發射，TLAM-E就可以摧毀該站。這種規模的協調動能反應將削弱中國的太空事業，并降低中國追蹤美衛星以進一步進行反太空打擊的能力。

僅僅摧毀XSCC就能有效地隔離固定和移動跟蹤站，消除新衛星任務指令的集中傳播。即使TLAM-E打擊稍有成功，只摧毀了沿海地區的跟蹤站，中國的太空企業仍將遭受退化。廈門下屬的跟蹤站支持北斗星座的部分，即中國版的GPS，它的破壞將對中國的精確制導武器系統產生廣泛的影響。陵水跟蹤站監測和控制中國的實驗性航天器，消除它可能會影響其同軌反空間衛星原型的指揮和控制（C2）。兩個反空間SAG分別專門用于在東海和南海巡邏，為中國的空間C2中心和跟蹤站提供足夠的動能武器覆蓋。SAG的持續存在將對地面部分構成可信的威脅，并足以阻止中國先發制人的太空打擊。然而，地面部分只是中國CLOC的一個部分。中國有基于海洋的C2節點，通過鏈接段為其不斷增長的空間影響力做出貢獻，并且反空間SAG必須威脅到這一CLOC層，以確保充分的威懾力。

鏈接段

反空間SAG可以通過使用非動能能力威脅或控制中國的鏈接段來阻止中國的先發制人的打擊。即使他們的地面部分處于危險之中，中國的空間企業仍然可以通過鏈接部分進行控制。中國的鏈接部分由民用跟蹤和遙測船組成，統稱為遠望艦隊。中國地面部分的地理限制要求遠望號部署以支持衛星發射和導彈試驗。遠望號被安置在太平洋的不同地點，一旦運載火箭離開跟蹤站的視線，就接受TT&C移交。對這些船只的動能打擊可能會帶來不良的法律后果，但非動能武器提供了一個非破壞性和可逆轉的選擇。反空間SAG可以利用其電子戰系統暫時干擾遠望艦隊，從而破壞中國的鏈接部分。

在反空間SAG中，Arleigh Burke DDG和Ticonderoga CG的AN/SLQ-32電子戰系統可以干擾遠望艦隊的傳輸。AN/SLQ-32(V)5電子對抗(ECM)套件可以探測到地平線以外的水面雷達，并采用Sidekick多波束主動干擾器。AN/SLQ-32(V)5系統正在通過水面電子戰改進計劃（SEWIP）Block II進行全軍升級，實現全電磁波譜防御和進攻措施。一般來說，由于維護成本高，中國將單個遠望號分配給單一任務。大規模先發制人的太空打擊將需要許多DA-ASAT的發射，這可能需要幾艘遠望號的支持。在這種情況下，多個遠望號的部署可能表明即將發生的敵對行動。在中國大陸巡邏的反空間SAG可以跟蹤離開母港的遠望號，并使用SEWIP Block II系統干擾其TT&C傳輸。

或者，如果反空間SAG成功地摧毀了中國的地面部分，中國將不得不嚴重依賴遠望艦隊來承擔太空企業的C2工作。在這種情況下，遠望號艦隊將不得不留在中國大陸附近，以協助進一步的DA-ASAT發射并提供缺失的覆蓋。遠望號的靜態姿態將允許反空間SAG使用其ECM，同時保持在與剩余的地面部分元素交戰的位置。反空間SAG將通過擾亂遠望號艦隊來消除中國的鏈接部分。通過摧毀地面部分和壓制鏈接部分，反空間SAGs將控制中國三個CLOC層中的兩個，并切斷其控制中國上空空間資產的能力，包括共軌反衛星。然而，中國的空間段仍將是完整的，允許PLASSF繼續根據美國以前的衛星軌跡進行DA-ASAT攻擊。為了實現最大的威懾力，反空間SAG必須威脅或控制中國的空間部分。

空間段

反空間SAG可以阻止中國使用TLAM-E和標準導彈-3（SM-3）威脅其空間部分的先發制人的空間打擊。中國的空間部分包括其國內發射基礎設施、空間運載火箭和所有在軌的空間資產。中國的空間部分還必須包括DA-ASAT導彈，因為它們的主要功能是在亞軌道空間飛行以摧毀敵對的低地球軌道衛星。中國已經在SC-19和DN-3攔截器上測試了10枚DA-ASAT動能殺傷飛行器（KKV）。幾次DA-ASAT測試實現了亞軌道軌道，這足以部署其KKV有效載荷并摧毀低地球軌道衛星。在一次先發制人的太空打擊中，分析家們預計PLASSF將需要發射至少20顆DA-ASAT來摧毀美國的低地軌道情報衛星隊伍。所有四個中國的發射場可能都需要支持這種規模的太空打擊。在中國東海的國際水域巡邏的反空間SAG將是對中國發射基礎設施的可信威脅，并擁有在核實的太空打擊的早期階段摧毀或降低發射場的動能。使用TLAM-Es，反空間SAGs可以同時攻擊幾個發射場，同時消除中國的地面部分元素。下圖2顯示了哪些中國的發射場將在TLAM-E的1,400英里交戰范圍內。

圖2：TLAM-E有效交戰范圍內的中國發射中心（1,400英里）。

根據該圖，在200海里專屬經濟區外巡邏的反空間SAG將能夠打擊四個中國發射場中的三個。摧毀天元和西昌的發射場將對中國的航天事業產生連帶影響。因此，TLAM-E對這些發射場的打擊不僅會阻礙更多的DA-ASAT發射，而且會阻礙中國在美國的報復性太空打擊后重建其衛星群的能力。然而，并不是所有的DA-ASAT都從固定地點發射，情報分析人員懷疑，許多正在運行的DA-ASAT都在移動發射器上。SC-19攔截器由DF-21改裝而成，DF-21是一種公路移動式中程彈道導彈（MRBM）。在2013年的一次SC-19 DA-ASAT測試中，DigitalGlobe圖像衛星觀察到該攔截器安裝在一個運輸機-架設器-發射器（TEL）上。如果中國在TEL上部署大量DA-ASAT，反空間SAG可能沒有目標信息或能力用TLAM-E來對付移動威脅。然而，一旦中國的DAASAT開始運行，反空間SAG可以使用SM-3 Block IB來摧毀飛行中的KKVs。宙斯盾彈道導彈防御（BMD）DDGs和CGs必須包括在反空間SAG概念中，以完成其在空間段層的威懾力量。

將宙斯盾BMD艦艇納入反空間SAG將確保對中國空間段的DA-ASAT元素進行足夠的動能反擊。如果威懾失敗，宙斯盾BMD艦可以使用SM-3 Block IB來摧毀固定和移動發射平臺上的DA-ASAT。SM-3 Block IB被設計用來攔截MRBM，如SC-19 DA-ASAT，在它們的中途飛行軌道上。Block IB變體有先進的目標尋的器和姿態控制系統，用于調整其飛行路線，使其在43次飛行測試中的34次摧毀外大氣層的KKV目標。

SM-3 Block IIA目前正在取代SM-3 Block IB模型。與Block IB相比，Block IIA擁有更好的射程、傳感器處理器和KKV，Block IIA被設計用來對付MRBM和洲際彈道導彈（ICBM）。Block IIA已經進行了六次成功的攔截測試，包括2020年11月從宙斯盾BMD艦上進行的SM-3首次ICBM攔截。SM3 Block IIA的卓越射程和改進的KKV可以成功地對付中國的低地球軌道DA-ASAT。在SM-3 IB和IIA型號之間，宙斯盾BMD艦可以對中國的實用DAASATs進行強有力的動能威脅。包含宙斯盾BMD艦的反空間SAG將提供足夠的反制措施來阻止中國的先發制人的太空打擊，如果威懾失敗，同樣的武器可以摧毀中國的實用DA-ASATs。

反空間SAG的挑戰

在中國東海和南海作業的反空間SAG在與中國的空間沖突開始時將面臨困難的挑戰。通過在中國沿海水域巡邏，反空間SAG將處于中國的反介入和區域封鎖（A2/AD）范圍內，其中包括一系列的陸基和海基導彈威脅。中國從其大陸運營一系列精確制導的反艦導彈。這些導彈可以從中國境內幾乎任何地方打擊巡邏的反空間SAG。此外，中國人民解放軍-海軍（PLAN）將其海軍部隊劃分為與中國接壤的部分海域。19艘DDG級驅逐艦和28艘導彈護衛艦分布在解放軍東海艦隊（ESF）和南海艦隊（SSF）。在先發制人的打擊中，東海艦隊和南海艦隊將擁有必要的力量和武器來對付在中國南海和東海活動的反空間SAG。通過將解放軍艦隊和陸基導彈與眾多陸基飛機相結合，中國可以為其CLOC提供強大的防御，并阻止反空間SAG的行動。在這種情況下，缺乏海上控制可能排除成功的空間控制。

盡管被部署在一個有爭議的環境中，反空間SAG在空間沖突期間將有一個很短的交戰時間，限制了他們遭受報復性打擊的機會。空間戰將不是一個持久的事件；中國將只需要幾個小時來啟動和完成一個先發制人的空間打擊。因此，反空間SAG將只需要在這個短暫的時間框架內戰斗和生存。在這個交戰窗口內，反空間SAG不會是靜止的，它們將成為中國軍隊的移動目標，因為它們會進行機動以對中國的CLOC造成最大傷害。為了實現這一目標，反空間SAG將只需要臨時的和局部的海上控制，以便對地面和空間部分發射其動能武器，并對遠望號船只進行ECM，以破壞其TT&C傳輸。此外，反空間SAG內的艦艇將提供大量的空中和導彈反制措施。由幾艘DDG、CG和宙斯盾BMD變種組成的反空間SAG將擁有足夠的防空導彈和ECM，以提供所需的縱深防御，在它們在各陣地之間轉移以繼續其反空間攻擊時，加強其生存能力。在完成其空間控制任務后，反空間SAG將立即從中國危險的沿海A2/AD環境中撤出，放棄其反空間功能，并與更大的海軍部隊重新組合，準備進行水面戰交戰。

建議

美國海軍陸戰隊司令部可以通過依靠其下屬的聯合部隊空間組件司令部（CFSCC）將反空間SAG威懾概念轉化為現實。CFSCC計劃、評估和整合與聯盟伙伴和聯合部隊的空間行動。以中國為例，CFSCC可以與美國印太司令部和海軍部合作，確定戰區內可以快速建立反空間SAG的DDGs、CG和其宙斯盾BMD變體。這些水面部隊可以在應急計劃中被指定為預先確定的反空間SAG，在與中國的緊張局勢出現時進行組建和部署。反空間SAG并不意味著是一個永久性的單位結構，只應該被用來處理特定的空間威脅。如果威脅消散，反空間SAG將解散，個別艦艇將返回其本單位進行整修，并為傳統的水面行動做準備。暫時將現有的水面艦艇重新利用為反空間SAG也避免了新艦艇的采購。

關于任務所有權，反空間SAG行動應屬于聯合特遣部隊-空間防御（JTF-SD）。JTF-SD將負責規劃反空間SAG的部署和針對中國的行動。聯合特遣部隊還可以進行演習，發展反太空SAG技術、戰術和程序，以進一步完善威懾概念。最重要的是，聯合特遣部隊可以為反空間SAG制定常設的交戰規則和任務授權，授權其指揮官在核實的空間攻擊正在進行時采取預先確定的行動。除了中國的情況之外，聯合特遣部隊可以計劃在所有戰區對任何空間競爭者的CLOC采取行動，為美國海軍陸戰隊司令部提供阻止全世界先發制人的空間打擊的手段。

結論

美國海軍陸戰隊司令部目前的太空戰威懾戰略過于狹隘地專注于整合各聯合軍種的太空能力，不足以阻止先發制人的太空打擊。美國海軍陸戰隊司令部可以通過利用現有的海軍水面部隊并將其重組為反空間SAG來改善其對像中國這樣的空間競爭對手的威懾態勢。這些反空間SAG可以通過使用動能和非動能武器系統危害中國的CLOC來阻止中國的侵略性空間行動。關于動能武器，TLAM-Es有足夠的射程來危及，并在必要時摧毀中國的大部分地面部分和發射基礎設施。SM-3 Block IBs可以在中途飛行時摧毀DA-ASATs，完成反空間SAG對中國空間部分的威脅。配備AN/SLQ(V)5ECM的反空間SAG將擁有破壞遠望艦隊的非動能手段，從而危及中國的鏈接部分。反空間SAGs在中國沿海水域作戰時將面臨復雜的挑戰，但它們的機動性、短暫的任務時間和強大的導彈防御對策將使它們的生存能力最大化。美國海軍陸戰隊司令部可以通過利用CFSCC和JTF-SD將反空間SAG變成現實，在所有作戰司令部中指定水面艦艇，并制定必要的計劃和授權，以威懾中國的先發制人的太空打擊和全球其他太空競爭對手。

詞匯表

直接上升式反衛星導彈（DA-ASAT）--一種從任何地基平臺發射的空間武器，旨在攔截和摧毀一顆衛星。DA-ASATs以彈道導彈為基礎，但攜帶一個動能殺傷器作為有效載荷。該殺傷飛行器使用機載傳感器和姿態控制系統來跟蹤和摧毀亞軌道軌道上的目標。

同軌反衛星威脅（Co-orbital ASAT）--從與目標處于同一軌道的主衛星上釋放的天基武器。共軌反衛星威脅也可以是主衛星。共軌反衛星衛星使用會合機動來接近目標衛星，并使用機械臂或其他機載設備來摧毀該目標。

太空通信線路（CLOC）--通往和通過空間的通信線路，用于人員、空間飛行器、電磁傳輸和其他軍事效果的移動。CLOC由物理和非物理領域組成。物理領域包括任何支持或穿越空間的有形物體。非物理領域包括進入、通過和來自空間的電磁傳輸。

執行摘要

隨著海軍引進大排量和超大級別的無人潛航器（UUV），即LDUUV和XLUUV，對增加幾周到幾個月的續航能力的需求和愿望都在增長。延長續航時間是一種必要的能力，使UUV開始承擔核潛艇的一些任務領域。能源效率和存儲能力是延長無人駕駛航行器續航能力首先要考慮的因素。然而，一個次要的、更具挑戰性的因素是無人潛航器系統的可靠性以及其容忍或避免系統故障的能力。海軍需要在改進能源容量、能源消耗效率和關鍵部件的可靠性之外，增加其UUV的續航時間。通過基于狀態的維護（CBM）來解決UUV系統的可靠性問題，將提高UUV的平均故障間隔時間（MTBF）率。提高UUV的平均無故障時間以支持數周至數月的任務持續時間是一個關鍵的能力差距。

本項目的目的是捕捉利益相關者對提高UUV可靠性、可維護性和可用性的需求，然后將這些需求轉化為旨在提高UUV系統可靠性的概念系統的系統需求，即基于狀態的UUV維護監測和預測系統（C-BUMMPS）。C-BUMMPS架構、UUV接口和系統要求將被提出并展示，以滿足利益相關者的需求。具體來說，本項目將開發利益相關者、系統功能和系統非功能要求。開發的架構將包括UUV上的機載傳感、監測和處理元素，以及岸上的測試、數據分析和維護活動，以支持C-BUMMPS。

圖1描述了C-BUMMPS概念的高級運行視圖。按照設想，C-BUMMPS將監測和記錄UUV系統、子系統和組件的性能參數。最初的數據收集將形成機載設備的基線性能概況。在役工程智能體（ISEA）將收集、分析并使用這些數據來形成維護和故障預測算法。當UUV執行任務以及其他測試和訓練操作時，CBUMMPS將持續監測和記錄與環境條件和UUV指揮和控制有關的設備性能。當感覺到異常和非標稱性能時，C-BUMMPS將檢測潛在的問題和故障模式，并與UUV的健康評估一起傳達警報信息。這些信息將被傳達給UUV控制器，并通過衛星通信（SATCOM）轉發給運行中心。運行中心將決定是否繼續或中止任務，并將UUV的健康數據轉發給ISEA。然后，ISEA將分析數據并確定UUV返回時要執行的適當的維護行動。這些維護行動將作為維護指令傳達給維護活動。當UUV仍在航行時，C-BUMMPS提供的早期信息使維護活動有更多的時間來提前計劃和提供維護行動，以便在UUV回港時立即執行。當維修行動完成后，UUV將被測試以驗證維修情況，C-BUMMPS將監測UUV，以添加維修或更換設備后的生命周期性能概況。

圖1. C-BUMMPS運行概念圖。改編自Sutton（2019）。

系統工程方法被用來指導這個項目。一項任務分析有助于在正常的UUV操作范圍內形成C-BUMMPS的任務。該團隊通過查閱文獻和與利益相關者的互動收集數據和信息。對利益相關者需求的評估產生了一份利益相關者需求清單。然后進行了需求分析和UUV子系統故障模式分析，以確定潛在的C-BUMMPS系統需求。

該項目采用了數字建模工具，并利用基于模型的系統工程（MBSE）方法，從系統、運行和能力的角度提出C-BUMMPS架構。這包括高層次的操作概念圖（OV-1）、資源流（SV-2）、運行活動（OV-5b/6c）、功能塊圖以及數據和信息流圖。最后，將提出一套系統要求，并可作為未來C-BUMMPS的工程建議。此外，還將提供用于本項目的MBSE模型，該模型是在Innoslate中開發的。本項目的系統工程產品可以作為未來在UUV上開發和實施CBUMMPS的一個工程框架。

現代戰術戰爭需要迅速而有效的決策和行動，以便在經常是高度動態和復雜的戰區保持競爭優勢。需要考慮的因素的數量因不確定性、事件的快速發展和人為錯誤的風險而放大。自動化、人工智能和博弈論方法的潛在應用可以為作戰人員提供認知支持。這項研究以自動兵棋推演輔助決策的形式探索了這些應用。該團隊為這個未來的系統開發了一個概念設計，并將其稱為兵棋推演實時人工智能輔助決策（WRAID）能力。

頂點項目的目標是探索自動化、人工智能和博弈論的應用，作為支持未來WRAID能力的方法。該團隊為WRAID能力開發了需求、概念設計和操作概念。該小組確定并探索了可能對未來實施WRAID能力構成障礙的挑戰性領域。該小組調查了與使用人工智能來支持戰爭決策有關的倫理挑戰和影響。

本報告首先對與WRAID能力相關的主題進行文獻回顧。文獻回顧從人工智能的回顧開始，提供了一個關于人工智能如何工作以及它能夠完成什么類型任務的概述。文獻綜述探討了人機協作的方法，以支持未來指揮官和人類用戶與WRAID系統之間的互動。需要翻譯指揮官的意圖，并讓WRAID將有意義的輸出傳達給指揮官，這需要一個強大的界面。審查包括傳統的兵棋推演，以研究目前的模擬兵棋推演是如何進行的，以便深入了解，未來的WRAID能力如何能夠實時復制兵棋推演的各個方面，并認為以前的兵棋推演可以為人工智能和機器學習（ML）算法的發展提供訓練數據。ML算法的訓練需要大量的代表性數據。文獻回顧研究了人類的認知負荷，以深入了解人類大腦的認知技能和上限；并確定人類思維的極限，以顯示人工智能可能提供的支持。文獻綜述中涉及的最后一個主題是，傳統的計劃和決策，以了解目前在軍事上如何制定戰術行動方案。

該小組進行了需求分析和利益相關者分析，探索WRAID能力如何支持作戰人員。該小組在需求分析的基礎上為WRAID系統開發了一套需求。這些要求被歸類為：硬件/軟件，人機界面，和道德規范。第一階段的分析結果包括 (1)戰爭的復雜性需要發展一種未來的WRAID能力，這種能力利用自動化方法，包括人工智能、ML和博弈論，(2)WRAID能力需要大量的計算能力和復雜的軟件算法，(3)實現未來WRAID系統的挑戰將是技術和道德的。

未來WRAID系統的概念設計是基于需求分析的。概念設計被記錄在一套系統模型中，包括背景圖、系統視圖、功能工作流程圖和操作視圖。該團隊開發了一個作戰場景，以支持對WRAID能力如何在作戰中使用。

在開發WRAID的過程中，預計會有一些路障。開發WRAID系統的技術是存在的，然而，研究小組發現數據挑戰、人工智能訓練、程序限制和當前系統工程的局限性將是需要解決的障礙。數據挑戰指的是獲得足夠的數據集的能力，這些數據集代表了訓練ML算法所需的真實世界的戰術行動和兵棋推演分析。程序性挑戰包括國防部實施網絡安全、機密數據、數據庫訪問和信息分配協議的能力。系統工程方面的障礙是需要新的方法來設計安全和可靠的人工智能系統，如WRAID能力。將需要SE方法來處理不可預見的故障模式，并在系統生命周期的早期確定根本原因。

對像WRAID能力這樣的人工智能系統的倫理考慮是系統發展的一個重要因素。開發系統以取代倫理學，將使系統更有可能被部署。有幾個有道德問題的自主武器系統被拉出來作為WRAID能力的道德對話的基礎。通過一個示例場景，對道德狀況進行定性分析，以了解在部署WRAID能力時可能出現的道德問題。倫理學在未來的技術中發揮著巨大的作用；從一開始就考慮到倫理學，建立技術是很重要的。

未來的重點需要放在繼續對想象中的WRAID系統采取正規的系統工程方法。WRAID系統需要一個強大的數據集，需要收集和注釋；收集的定性兵棋推演數據越多，WRAID系統的可行性和準確性就越高。與軍事部門的合作對于最大化WRAID的利益至關重要，例如情報和偵察組織。WRAID的模擬將是完善系統要求和創建現實模型的關鍵。關于如何使用WRAID的培訓和文檔應該同時開發，所以利益相關者，特別是指揮官已經準備好，知道如何使用這個新工具。未來的研究領域包括認知工程、基于正式模型的系統工程和人機協作。

隨著目前技術進步的速度和外國的目標，人工智能將在未來的沖突和戰爭中發揮作用。自上而下的指令將需要設計和實施WRAID能力：提供大量的資源，解決操作和文化變化，重組系統工程，并確保網絡安全和收購變化。實現未來的WRAID能力并不是一個微不足道的任務。然而，它對確保現在和未來的戰斗空間優勢至關重要。

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。

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。

疲勞是導致水域事故的一個已知因素，降低了操作效率，并影響了作戰人員的健康。戰士認知狀態的實時反饋將允許提高對能力/限制的認識，并根據戰士的準備情況作出適應性決策。使用機器學習（ML）和可穿戴技術的疲勞檢測/預測項目旨在開發一種ML算法，能夠檢測出副交感神經系統（PNS）的變化，這些變化通過使用商用現成（COTS）腕戴設備檢測，進一步可分析認知疲勞。收集了30名參與者（包括一些現役軍人）執行可量化的警戒任務的生物識別數據集，并對操作者的表現指標和認知負荷進行了注釋。麥克沃思（Mackworth ）時鐘是一項廣泛用于心理測量研究以量化認知參與和疲勞的警覺性任務，它的變體被用來生成定量的操作者績效指標和離散的認知負荷狀態。在有注釋的生物識別數據集上訓練和驗證了ML模型，以：1）回歸操作者任務表現的準確性，以及2）對認知負荷/任務難度進行分類。一個訓練有素的卷積神經網絡（CNN）回歸模型能夠預測麥克沃思鐘任務表現的準確性，平均絕對誤差在2.5%以內。此外，一個單獨的CNN分類器模型達到了86.5%的二元任務類型分類準確率，不同類型的任務對應著較高和較低的認知負荷。該研究與開發（R&D）工作的下一階段將包括與海軍有關的任務（即船舶導航、軌道管理和其他站崗任務）的額外測試活動，參與者僅包括現役人員。這項工作的最終目標是提供一個可穿戴設備和配套的軟件，能夠檢測和預測各種與海軍有關的任務的認知疲勞，目的是優化作戰人員的表現，以減少用戶的錯誤或最大限度地提高性能。

報告概述了反無人機技術及方法，介紹了美國國防部面臨的無人機威脅及反無人機投資計劃，以及美海軍、陸軍、空軍、海軍陸戰隊及國防部其它機構的反無人機武器研究進展情況，并指出了國會在監管方面可能面臨的問題。

1、報告發布背景

無人機系統技術迅速擴散，易被國家、非國家行為者和個人使用，這些系統可為美國對手提供一種低成本的手段，執行針對或攻擊美軍的情報、監視和偵察任務。大多數小型無人機尺寸小、使用特殊結構材料且飛行高度較低，無法被傳統的防空系統探測到。在2023財年，美國國防部計劃至少花費6.68億美元用于反無人機(C-UAS)技術研發，至少花費7800萬美元用于反無人機武器采購。隨著國防部繼續開發、采購和部署這些系統，美國會對其使用的監督可能會增加，也必須就未來的授權、撥款和其他立法行動做出決定。

2、反無人機技術概述

2.1 無人機探測技術

反無人機技術可以采用多種方法探測敵對或未經授權的無人機目標。一是使用光電、紅外或聲學傳感器分別通過目標的視覺、熱量或聲音特征探測目標；二是使用雷達系統探測，但由于小型無人機信號特征不明顯，該方法探測效果不佳；三是識別用于控制無人機的無線信號，通常使用射頻傳感器探測。這些方法通常被組合使用，以提供更有效的分層探測能力。

2.2 反無人機技術方法

各類系統探測到無人機后，電子戰“干擾”裝置即可干擾無人機與其操作人員的通信鏈路。干擾裝置通常可分為便攜式、固定式或可移動式，根據其類型的不同，重量可從幾公斤至數百公斤。除電子戰干擾裝置外，也可以使用槍支、網絡、定向能、傳統防空系統，甚至訓練有素的動物（如鷹）擊敗或摧毀無人機系統。目前，美國防部正在研發多種反無人機技術，以確保其具備強大的反無人機防御能力。

3、美國反無人機武器的研發進展情況

3.1 空軍

美空軍正在進行高功率微波和高能激光武器反無人機測試工作。2019年10月，空軍接收了一套車載高能激光反無人機武器系統 (HELWS)樣機。HELWS旨在在幾秒鐘內識別并壓制敵對或未經授權的無人機，幾乎可無限次射擊。此外，空軍還在尋求機載反無人機武器，目前工作狀態尚不明確。

圖1 便攜式反UAS技術

3.2 海軍

2014年，美海軍在“龐塞”號(LPD-15)上部署了第一款可作戰的激光武器系統(LaWS)，LaWS是30千瓦激光武器樣機，能夠執行反無人機任務。自那時起，美海軍就一直在開發和安裝更多的低、慢、小（LSS）無人機激光武器原型，以提高對抗水面艦艇和無人機的能力。

海軍正在研發部署的干擾無人機傳感器的光學致盲器“奧丁”（ODIN）及60千瓦“太陽神”（HELIOS）激光器，均旨在保護美海軍裝備和系統免受無人機襲擊。此外，在2019年3月28日的一份備忘錄中，海軍部宣布將與國防數字服務局合作，快速開發新的網絡賦能反無人機武器，以應對不斷演變的無人機威脅。

3.3 海軍陸戰隊

海軍陸戰隊通過其地基防空(GBAD)計劃辦公室資助了多個反無人機系統。2019年，海軍陸戰隊完成了海上防空綜合系統(MADIS)的海外測試，該系統采用電子干擾與炮彈相結合技術，可安裝在MRZR全地形車輛、聯合輕型戰術車輛和其他平臺上。2019年7月，拳師號USS BOXER LHD-4兩棲攻擊艦上的海軍陸戰隊員使用海上防空綜合系統壓制了一艘被認為在該艦“威脅范圍”內的伊朗無人機。作為地基防空計劃的一部分，海軍陸戰隊也在采購緊湊型激光武器系統(CLaWS)，該是美國防部批準的首個陸基激光武器，具有2千瓦、5千瓦和10千瓦三種型號，目前陸軍也在使用。盡管海軍陸戰隊已試驗了單兵攜帶反無人機技術，但海軍陸戰隊司令大衛·伯杰（DavidBerger）在2019年向國會作證時認為，由于重量和功率的要求，單兵攜帶反無人機技術沒有取得成功。

圖2 海上防空綜合系統

3.4 陸軍

2016年7月，陸軍發布了反無人機戰略，以指導其反無人機能力的發展。2017年4月，陸軍技術出版物3-01.81《反無人駕駛飛機系統技術》概述了作戰期間防御低、慢、小無人機威脅的規劃考慮，以及如何規劃并將反無人機士兵任務納入陸軍訓練活動。

反無人機是美陸軍作戰能力發展司令部的六層防空和導彈防御概念的一部分，六層概念包括：彈道導、低空無人機交戰(BLADE)、多任務高能激光(MMHEL)、下一代火控雷達、機動防空技術(MADT)、高能激光戰術車輛驗證機(HEL-TVD)、低成本增程防空(LOWER AD)。目前，上述系統仍在開發中，美陸軍已部署了一些便攜式、車載和機載反無人機系統。此外，美陸軍與國防數字服務局還在合作開發計算機支持的反無人機產品。

3.5 美國防部其他機構

美國防部正在研究和開發多種反無人機技術。聯合參謀部和其他國防部機構參與了反無人機研究工作，如“黑鏢”（Black Dart）演習，該演習旨在“評估和驗證現有和新興的防空和導彈防御能力及反無人機任務集特有的概念”和“倡導士兵所需的反無人機能力”。國防高級研究計劃局積極開展“反蜂群人工智能”等研究，為反無人機技術研發提供資金。2019年12月，國防部精簡了各種反小型無人機項目，指定陸軍為執行機構，負責監督美國防部所有反小型無人機的開發工作。

2019年12月，美國防部成立由陸軍領導的聯合反小型無人機系統辦公室(JCO)，負責監督美軍所有反無人機研發工作。通過與作戰司令部和負責采辦和保障的國防部副部長辦公室協商，該辦公室已評估了超過40種反小型無人機系統，并確定未來美軍反無人機項目的研發方向和標準，該辦公室還選擇了10種小型無人機防御系統和一個標準化的指揮控制系統，以進行后續研發工作。聯合反小型無人機系統辦公室還制定了一份聯合能力發展文件，概述了未來系統的作戰需求，并于2021年1月發布了《國防部反小型無人機系統戰略》。該辦公室還將制定另外一份國防部關于反小型無人機指揮和反小型無人機能力評估的文件。

根據計劃，美國防部將于2024財年在俄克拉荷馬州的福特希爾建立一個聯合反小型無人機學院，以在各軍種同步開展反無人機戰術訓練。

此外，美國會《2021財年國防授權法案》第1074節要求國防部向國會提交一系列報告，包括聯合反小型無人機系統辦公室開展的反小型無人機活動報告和獨立評估情況，以及無人機帶來威脅的報告等。

4、美國會面臨的潛在問題

伴隨美國防部開發、使用及部署反無人機系統武器，美國會需對其進行更多監管，并可能面臨如下潛在問題：

• 美國防部對反無人機系統的投資是否在研發和采購項目之間達到了適當的平衡；
• 為反無人機指定一個國防部執行機構在多大程度上減少了反無人機系統的冗余并提高了反無人機采購的效率；
• 在反無人機的開發和采購方面，國防部與其他部門和組織(如國土安全部、司法部和能源部)的協調程度；
• 為優化反無人機系統的使用并消除與其他美國軍事行動的沖突，是否需要對空域管理、作戰概念、交戰規則或戰術進行某些改變；
• 國防部在多大程度上開展了與聯邦航空管理局和國際民用航空局的協調，以識別和減輕民用飛機的反無人機操作風險。

參考來源：//mp.weixin.qq.com/s/XYS19BM8KakPEprF6fMLaw

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

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

1 引言

1.1 問題描述

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

美國國防部(DOD)報告稱，人工智能(AI)是一項革命性的技術，有望改變未來的戰場和美國面臨的威脅的速度。人工智能能力將使機器能夠執行通常需要人類智能的任務，如得出結論和做出預測此外，人工智能機器可以以人類操作員無法企及的速度操縱和改變戰術。由于AI具有廣泛用途的潛力，國防部將其指定為頂級現代化領域，并投入大量精力和資金開發和獲取AI工具和能力，以支持作戰人員。在2022財年，國防部為科學和技術項目申請了147億美元，以及8.74億美元用于直接支持其人工智能努力。根據國防部2018年的人工智能戰略，未能將人工智能能力納入武器系統可能會阻礙戰士保護我們的國家抵御近同行對手的能力其他國家正在這一領域進行大量投資，這可能會削弱美國的軍事技術和作戰優勢。

美國國防部(DOD)正在積極追求人工智能(AI)能力。人工智能指的是旨在復制一系列人類功能，并不斷在分配的任務上做得更好的計算機系統。GAO之前確定了三種AI類型，如下圖所示。

國防部認識到開發和使用人工智能不同于傳統軟件。傳統軟件的編程是根據靜態指令執行任務，而人工智能的編程則是學習如何改進給定的任務。這需要大量的數據集、計算能力和持續監控，以確保功能按預期執行。支持國防部作戰任務的大部分人工智能能力仍在開發中。這些能力主要集中在分析情報，增強武器系統平臺，如不需要人工操作的飛機和艦船，并在戰場上提供建議(如將部隊轉移到哪里)。

當獲取依賴于復雜軟件的新能力時，國防部一直面臨著挑戰，例如長時間的獲取過程和熟練工人的短缺。GAO發現，它繼續面臨這些挑戰，同時還面臨人工智能特有的其他挑戰，包括有可用的數據來訓練人工智能。例如，人工智能探測對手的潛艇需要收集各種潛艇的圖像，并標記它們，這樣人工智能就可以學會自己識別。國防部還面臨著將訓練有素的人工智能集成到非為其設計的現有武器系統中的困難，以及在其人員中建立對人工智能的信任。國防部發起了一系列努力，如為人工智能和人工智能特定培訓建立一個跨服務的數字平臺，以應對這些挑戰，并支持其對人工智能的追求，但現在評估有效性還為時過早