這本技術手冊涵蓋了對抗全方位的無人駕駛飛機及其各自系統組件的所有方面。它應該通過啟動思考和強調北約對打擊無人駕駛飛機系統的全面解決方案的方法,來幫助匯集民間和軍事專家。這本書很有用,是對聯合空軍和空間力量委員會出版的學術著作的寶貴補充。
圖1.3提供了無人機系統組件及其相對空間排列的概況。根據組件本身、它所處的領域以及它與北約部隊的潛在距離,有不同的攻擊點作為采用反措施的選擇。雖然這些攻擊點可以由以下各節描述的任務來解決,但所有的攻擊點都應相互補充,并有助于全面的、多領域的C-UAS努力。
LSS無人機系統作為COTS產品,任何人都可以輕易獲得,并對關鍵的公共基礎設施和軍事設施構成迫在眉睫的威脅。確保友軍和關鍵基礎設施安全的部隊保護措施通常集中在需要保護的區域。自然和人為的障礙物,如樹木或建筑物,可以覆蓋LSS無人機系統的接近,并大大延遲對該地區這些物體的探測,進一步縮短可用的反應時間。力量保護措施的主要目的應該是拒絕UAS進入保護區域。然而,出于情報目的安全捕獲UAS可能也是可取的。
較大的無人機系統可以在高達30,000英尺的高空運行,在某些情況下甚至更高。這些無人機系統的雷達截面(RCS)與任何其他傳統的飛機相當,因此可以被大多數空中和導彈防御(AMD)系統探測到并參與。然而,現代地對空彈藥并不便宜,而且是為打擊高價值目標而設計的。大量或成群的低成本無人機系統可能會迅速顛覆傳統AMD的成本效益比,并使目前的系統效率降低。短程防空(SHORAD)、反火箭炮、火炮和迫擊炮(C-RAM)系統,甚至是傳統的防空炮可能提供有效的,但也是高效的,對無人機系統的防御。
大型無人機系統的發射和回收通常從任務區內部或附近的地面控制站(GCS)進行。地面控制站可以是移動的,安裝在卡車上,也可以是固定的,放在地面上,例如靠近機場。在任何情況下,大型無人機系統的發射和回收元件(LRE)是一個高價值的目標,因為它通常負責發射和回收幾個無人機。消除一個LRE可能會使無人機系統的操作在相應的地區停止,因為新的無人機系統不能再被發射,空中的無人機可能無法被安全回收。因此,人工智能可能會在對手的無人駕駛能力甚至可以用來對付友軍之前,破壞、降低、拒絕或摧毀它們。
一旦升空,大型系統通常可以從LRE移交給MCE,并通過衛星通信(SATCOM)進行BLOS操作。MCE可以位于任務區以外的地方,可能是在對手的領土深處,并利用一個加固的基礎設施。北約特種作戰部隊(SOF)可能被用作攻擊敵方MCE本身的手段,摧毀對無人機系統BLOS操作至關重要的SATCOM地面節點,甚至在無人機系統機組成員下班后殺死他們的戰斗人員。
無人機系統完全依賴于其計算機系統、信息技術和網絡連接。控制站,特別是在固定裝置(如MCE)內的控制站,有可能通過網絡空間受到攻擊,利用其硬件和軟件的安全漏洞,也可以利用人為的故障、疏忽或易感性。通過GSM網絡運行的COTS無人機系統很可能只能通過網絡空間領域進行訪問,因為電磁頻譜中的對抗措施可能是禁區,例如,如果頻率被公開使用。
無人機系統的C2是通過LOS或BLOS無線電傳輸進行的,通常也依賴于定位、導航和定時(PNT)信號。電磁作戰(EMO)可用于所有層級的UAS,以阻礙和破壞C2和PNT傳輸,甚至欺騙PNT信息以轉移或降落UAS。然而,"傳統 "的電子戰(EW)有其局限性,現代型號的UAS能夠自主飛行,不再依賴連續的數據鏈。然而,即將到來的定向能武器(DEW),如高功率微波(HPM)或高能激光(HEL),可能會給EMO組合增加動能,并可用于使傳感器有效載荷無法使用或摧毀無人機本身。
檢測飛行中的UA通常是防御它們的第一步。較大的UA甚至可以用傳統的雷達系統探測到,而LSS UA需要更多的專業設備將其與雜波,如樹葉和鳥類區分開來。然而,除了空域監視之外,可靠地識別入侵的無人機系統及其能力,以及識別C2傳輸的來源,對于選擇適當的反措施至關重要。這包括關于UA的能力和自主水平、對手LRE和MCE的位置,以及SATCOM資產和使用的頻率的信息。C-UAS系統必須得到這些信息,最好是實時的,以處理一個合適的目標定位解決方案。
SATCOM是BLOS無人機系統操作的一個重要部分。但COTS UAS也利用各自衛星群提供的PNT信號。在 "外空條約 "的限制下,針對天基通信和PNT的反措施可能是一個合法的選擇,以抵御對手UAS的整個艦隊。這不一定需要反衛星武器的動能交戰。事實上,地面或天基干擾能力可能是有效的,而不需要冒產生大量碎片的風險,這些碎片可能使整個軌道無法為人類所用。
美陸軍技術出版物(ATP)3-01.81反無人駕駛飛機系統(C-UAS)技術提供了在行動中防御低、慢、小(LSS)無人駕駛飛機威脅的計劃考慮。這個ATP還提供了關于如何計劃并將C-UAS士兵的任務納入單位訓練活動的指導。當區域威脅估計包括較小的無人機系統(UAS)平臺時,本ATP為旅級及以下部隊提供規劃指導。
ATP 3-01.81的主要受眾是在其行動中采用聯合武器規劃技術的機動旅及以下級別的指揮官和參謀人員、下級領導、排級和班級。然而,所有部署組織的領導人都可以從本出版物規定的補充信息和C-UAS技術中受益。此外,培訓人員和教育工作者也將使用本出版物來支持將聯合武器防空納入他們的課程。
指揮官、參謀部和下屬確保他們的決定和行動符合適用的美國、國際,以及在某些情況下,東道國的法律和法規。各級指揮官確保他們的士兵按照戰爭法和交戰規則行動。(見FM27-10)。
ATP 3-01.81在適用的情況下使用聯合術語。部分聯合和陸軍術語和定義同時出現在詞匯表和正文中。ATP 3-01.81并沒有規定本出版物中的任何支持者術語。對于文本中顯示的其他定義,該術語為斜體,并在定義后注明了提議者出版物的編號。
除非另有說明,ATP 3-01.81適用于現役陸軍、陸軍國民警衛隊和美國陸軍預備役。
防御無人機系統是一項艱巨的任務,沒有單一的解決方案可以擊敗所有類別的LSS威脅。
傳感器和預警能力的協作和綜合規劃以及各梯隊之間的情報共享是至關重要的。與空地一體化或空域管理人員協調,以獲得最新的情報和防御支持,有助于最大限度地減少空中威脅的影響,減少損失,保護人員和設備,以及在行動區內作業的友好無人機系統。本出版物由四章和一個附錄組成,集中討論了對不可預測的威脅環境的規劃,這種環境有可能在LSS無人機系統的協助下進行協調攻擊。支持性附錄提供了旅級及以下的訓練策略。
第1章。行動環境
第2章。旅級規劃的考慮因素
第3章。營級規劃的考慮因素
第4章。連級C-UAS行動
附錄A. C-UAS訓練策略
這本著作分成幾個部分,包括無人系統在空中和水下領域的運行,以及專門討論作為武器的無人系統。
第一部分,"無人機系統",通過一系列致力于該主題不斷發展的信息進展,包括對最先進技術的回顧,作為對當前和新興技術的探索,以及它可能對無人機系統行業產生一些迷人的影響。整個部分介紹了無人機系統的一些迷人的應用--無論是由商業部門還是聯邦政府。
第2節提供了海洋領域的運用,重點是無人水下系統,或UUV。介紹的重點是潛艇和UUV的導航解決方案,包括討論使用外部傳感器來補充地圖。當地圖不存在時,它們可以使用這些傳感器進行同步定位和測繪,或稱SLAM。所有這些方法都能夠在不使用全球導航系統的情況下在水下運行。UUV部分還對水下基地和軍事應用這一主題進行了深入探討。第6章對水下航行器的歷史、傳感器和UUV技術的發展以及對UUV市場的商業影響進行了思考。第7章"深入"地探討了UUV對海事工程的設計考慮。
第3節增加與技術相關監管發展的歷史背景和對多領域交通管理系統主題的探索。它接著介紹了反無人機系統的問題集,并以伊朗對沙特阿拉伯油田的攻擊為案例,說明了網絡防御的挑戰和防空系統的脆弱性,接著是對路徑規劃戰術的研究。
在第4節中,作者探討了聯邦航空局有關無人機系統操作的法規如何受到第四修正案以及多級政府的隱私法的影響。這一節還介紹了無人系統如何容易受到錯誤信息和虛假信息的影響,以及如果不加以解決的后果。
第5節為人工智能和自主技術這一更廣泛的話題提供了一個發人深省的審查。最后一章探討了對物聯網越來越多的依賴之間的關系,以及它如何被納入海事系統,可能會將該行業帶入未來,但從網絡安全的角度來看,并不是沒有大規模的風險。
所有章節的共同點包括說明技術進步如何促進無人系統在所有三個領域的技術準備水平和影響,包括軍事和商業應用。這一點被一個主題所強調,那就是在整個系統范圍內考慮各種水平的自主性和人工智能--包括與之相關的可靠性、信任、脆弱性和人際互動等主題。
現代軍隊依靠電磁頻譜來運作。因此,通過干擾和定向能量攻擊電子和信息系統會降低現代對手的作戰系統。冷戰結束后,美國的對手在電子攻擊能力方面進行了投資,而美國陸軍則基本上放棄了自己的能力。意識到這一點,陸軍現在正投資于新舊電子武器以縮小差距,在陸軍試驗多域作戰概念時重新獲得電子攻擊能力。本專著的目的是回答這樣一個問題:"美國陸軍如何在MDO空間中利用電子攻擊?" 本專著提出,陸軍作戰部隊應將新興的干擾和定向能武器整合到一個作戰系統中,將物理、控制論和道德效應融合到對敵人的深度攻擊中。這一建議對條令、組織和領導者的發展有重大影響。作者的意圖是鼓勵陸軍領導人將環衛系統中的進攻行動視為當前和未來戰場上聯合武器作戰的關鍵。
無人機系統和傳統的干擾技術已經融合在一起,形成一種新的能力。正如前面的案例研究中提到的,俄羅斯已經在無人機上安裝了干擾器,作為其Leer3 EW系統的一部分。在美國,陸軍和空軍希望更深入地測試空中發射的多功能無人機群,這些無人機可以快速穿越戰場進入對手的支持區,以識別、破壞甚至摧毀高回報目標。陸軍作戰能力發展司令部的合同提案要求這些無人機配備ES傳感器和EA武器,能夠同時探測敵人的作戰秩序,進行干擾,并觀察火力任務。陸軍的建議表明,網絡化的EW無人機在近距離、縱深和支援領域都有作用。除了在更大的收集-火力架構中的整合,EW無人機群可以通過欺騙性的信號和特征支持作戰機動。雖然這一系統尚未投入實戰,但該提案表明,陸軍正在考慮將EA能力與不斷擴大的無人機群整合到一個更廣泛的作戰系統中。
反無人機干擾系統有效地發揮了機動短程防空(SHORAD)武器的作用,保護單位和關鍵節點免受觀察和攻擊。許多反無人機武器干擾或欺騙測向和通信系統,導致無人機墜毀或返航。理想情況下,反無人機EA系統可以與戰區的IADS相連接,能夠迅速解除空域的沖突,辨別敵我雙方。然而,在有爭議的EMS環境中與低空飛行的無人機交戰的被動性質將使蓄意的空域和EMS解沖突變得不可能,特別是對于裝備有便攜式變體的部隊。
定向能源武器的破壞潛力來自于隨著時間推移轉移到目標的能量。高能(HE)激光器的能量通常在千瓦到兆瓦之間。在低端,這些武器可以使傳感器失明。隨著能量的增加,它們可以降低敏感的電子元件,加熱設備和人員,使其不能再發揮其功能,并導致燃料或彈藥爆炸。 美國海軍在實施高能激光器方面處于領先地位,2014年在一艘水面艦艇上安裝了第一臺。它現在在許多艦艇上都有一系列的激光器,從光學 "炫目 "到150千瓦的光束。光學、發電和傳播方法的進步使得在海上、空中和太空以及陸地移動系統中使用高能激光成為現實。
陸基高爆激光系統可以發揮許多功能。在戰術層面上,高爆激光器可以抵御來襲的彈藥,使無人機失效,并壓制敵人的主動防護系統,作為動能射擊的補充。空軍安裝在卡車上的 "恢復基地拒絕的彈藥"(RADBO)系統使用高爆激光器在舒適的距離內引爆地雷。陸軍目前正在開發一種300千瓦的車載激光器,以防止火箭彈、火炮和迫擊炮的攻擊。在戰區和戰略層面,高爆激光器可能是對抗高超音速導彈的唯一有效手段。根據大氣條件和可用功率,地面高爆激光器可以瞄準敵方軌道上的衛星。
高爆激光器可以有效地作為動能武器的彈藥替代物。這也是有代價的:功率要求、交戰時在EMS中的信號增加,以及由于遠距離和跨域的影響而可能造成自相殘殺。高爆激光器還可能受到大氣條件的限制,盡管該領域的進展正在努力克服這一挑戰。
激光與物理環境中的元素的相互作用使DE有了非致命的用途。美國軍方在伊拉克和阿富汗的反叛亂行動的高峰期試驗了 "疼痛射線",作為其主動拒絕系統(ADS)的一部分。該系統是為控制人群而設計的,它將電轉化為毫米級的無線電波,加熱皮膚中的水,在幾秒鐘內產生難以忍受的熱感。對ADS的1.1萬次測試只導致了兩次受傷。另一種應用是用激光在人員附近產生等離子體球,然后用其他激光誘發物理效應,如幽靈般的聲音或周圍空氣中難以忍受的噪音。聯合非致命武器局正處于將激光誘導的等離子體效應武器用于加熱目標的皮膚,產生極其響亮或混亂的聲音,以及投射口頭命令的邊緣。
非致命的DE武器可用于固定地點的安全,可在安全和鞏固行動中使用,并可通過使人群遠離道路來提高流動性。然而,這些武器的新穎性可能會在信息環境中產生負面效應。斯坦利-麥克里斯特爾將軍在ADS部署后的幾周內就下令將其從阿富汗撤走,因為塔利班讓人們相信美國在對平民進行 "微波",使其患上癌癥和不孕癥。
高功率微波(HPM)武器旨在通過用電磁能量壓倒目標的電子裝置來拒絕、干擾、損害或摧毀它們。HPM是可擴展的,根據HPM投射的能量的多少來呈現所需的效果。在較低的范圍內,HPM激增的能量足以 "鎖定 "一個系統,拒絕其使用。在較高的功率范圍內,HPM會破壞集成電路。與干擾器不同,HPM可以在目標系統不工作的情況下實現其效果。反擊HPM需要對整個電子系統進行加固,因為激增的能量會通過暴露的電線、端口、天線和光學器件滲透進去。與高爆激光器不同,HPM是區域性武器。破壞性效果通常是在較近的范圍內產生的,而破壞性效果可以在較遠的距離上實現更大的面積。作為區域性武器,HPM在對付無人機群時特別有用,空軍已經部署了至少一種HPM武器來保護其地面設施免受無人機攻擊。2017年,波音公司和空軍成功測試了 "反電子高功率微波高級導彈項目"(CHAMP),這是一種巡航導彈,旨在用機載HPM摧毀計算機和電子設備。將這種技術應用于無人機系統或基于直升機的運載系統,為遠程HPM攻擊提供了另一個載體。
具有最大戰略潛力的HPM武器是非核電磁脈沖(EMP)。一旦美國研究人員認識到核爆炸伴隨著電磁能量的大規模激增,美國和蘇聯就開始研究用非核彈藥復制這種效果。雖然CHAMP使用機載電池來發射其HPM以達到局部效果,但EMP炸彈將爆炸能量轉移到磁場中,在整個作戰區域產生HPM效果。組件技術已經成熟到EMP炸彈或導彈是可行的地步。雖然國防部沒有公開其EMP研究,但在2017年,國防部向工業界征集一種 "彈藥投送的非動能效應",該效應能夠 "在不破壞與這些系統相關的硬件的情況下使對手的基本工業、民用和通信基礎設施失效"。該提案要求用標準的陸軍155毫米射彈來實現這一效果。96F 97 該提案所要求的能力指向某種火炮發射的EMP武器。由于C2系統和光電傳感器依賴于敏感和脆弱的電子器件,成功的EMP攻擊對對手的影響可能是決定性的。
博伊德斷言,戰斗人員必須有道德-心理-身體的和諧才能進行抵抗。要破壞這種和諧,需要將致命的、機動的和道德的努力結合起來。施耐德斷言,戰斗有三個領域:道德、控制論[心理]和身體。各個領域都會受到能力的影響,包括EA。結合這些觀點,我們得出了一種方法來理解新的電子攻擊能力如何在多領域作戰中被利用(見圖3)。考慮到案例研究,現在的任務是考慮我們如何將新興的EA系統與現有的能力相結合,在物理、控制論和道德領域產生影響,以支持致命的、機動的和道德的努力。
圖 3.“在作戰中應用電子攻擊的模型”。
電子武器特性的最重大變化是開發了能夠直接摧毀敵人系統和平臺的電子武器。HPM和HE激光系統有能力摧毀無人機和飛機。陸軍的高爆激光器目前集中在防空和反無人機任務上,但這些激光器瞄準地面上的敵方平臺只是時間問題。戰斗車輛上的主動保護系統,如以色列的 "戰利品 "系統的擴散,可能需要在用直接或間接火力攻擊這些平臺之前,通過干擾或DE武器對其進行抑制。為工兵部隊配備RADBO或類似的高爆激光系統,將使他們能夠迅速減少雷區,在行動中能夠更快地進行地面機動。
無人機群ES/EA干擾器,與間接或精確火炮協同作戰,形成了一種觀察-壓制-打擊的能力,有可能遠遠超出前線部隊的作戰范圍,支持偵察和反偵察任務。裝有高爆激光器的航空平臺將為陸軍提供其最遠距離的直接火力武器系統,能夠在距離目標數英里的地方升空進行瞄準射擊,然后落回地面。作為常規致命打擊的一部分,EMP炮彈將摧毀主動防護系統和反火力雷達的電路。
陸軍EA系統也將在物理領域支持MDO的其他服務。DE武器的效果上限可以延伸到太空,使其能夠與飛機交戰以支持空軍。消耗性的無人機干擾器可以激活敵方的EA系統,顯示其位置以便聯合瞄準。裝備有小型EMP裝置的特種作戰部隊可以使岸基雷達和導彈系統在沿海和海上行動中無法使用。陸軍高能激光器有可能通過從地面瞄準敵方衛星來支持太空部隊。
雖然美軍傳統上將EA集中在網絡領域,但現代EA武器為陸軍提供了沿著作戰區域的長度和寬度攻擊網絡決定性點的潛力。蜂群無人機可以將陸軍各師的干擾范圍擴大到遠遠超過空地作戰的30公里。ES系統可以提示高爆激光器來干擾(或炸毀)指揮節點的天線。HPM和EMP彈藥將使整個網絡無法使用,嚴重降低了指揮官在分布式部隊之間提供目的和方向的能力。成群的EA無人機和固定的誘餌可以模擬平臺和指揮節點的電子特征,欺騙敵人并模糊其電子監視工作。同樣的能力也可以用噪音淹沒EMS,在關鍵時刻隱藏關鍵系統的使用或機動。
無人機干擾器和高爆激光器可以壓制防空系統以支持空軍行動。電磁炮是在MDO中產生機動窗口的完美武器,因為它可以使不發光的防空雷達失效,而不會使載人的空中干擾機處于危險之中。地面干擾器可以破壞衛星和地面站之間的聯系,使太空部隊的資產騰出來用于其他行動。EA系統可以刺激敵方網絡,或創造可能有利于敵方網絡內部的網絡行動的缺口。針對網絡決定性點的EA的累積效應將使敵人無法對加速的致命打擊作出反應,也無法對進入脆弱地區的滲透性機動作出反擊。
陸軍可以在戰術、作戰和戰略層面上將現代EA技術用于對抗敵人的意志。在戰略層面上,EMP彈藥可以作為一種有效的威懾手段來對抗對手的行動。從多個載體--空中、太空、海上和陸地--發射的EMP提供了核交換之外的升級選擇。在作戰層面,一個模擬蜂窩網絡同時干擾真實網絡的系統,如俄羅斯的Leer 3,將幫助指揮官更有效地管理信息環境。對分散的部隊使用戰術電磁脈沖,從電子上切斷他們的總部和相鄰的編隊,將在紀律性不強的部隊中產生恐懼和威脅。激光誘導的等離子體效應可以在塑造行動中使用,作為致命的動能打擊或快速穿透機動的前奏,制造恐懼和焦慮。
正如俄羅斯人在烏克蘭所展示的那樣,操縱性電子攻擊是利用聯合網絡行動中獲得的情報的一種機制。我們的網絡戰士必須與EA和心理行動相結合,以收集情報,制作欺騙或信息,然后以無線方式投射到對手的網絡。
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。
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。
美國軍隊繼續在日益復雜的安全環境中作戰,不能再期望在每個領域都有無爭議的或主導性的優勢。由特種作戰部隊(SOF)操作的飛機需要改進防御能力,以支持在非許可環境下的任務。將自動化和人機協作納入現有的防御能力,可以減少威脅的反應時間,提高有人和無人飛機配置的防御機動的有效性。這篇論文研究了作為威脅反應一部分的飛機機動的價值,以確定人類干預對時間和準確性產生負面影響的情況。它還考慮了復制Merlin實驗室的飛行自動化方法和將能夠進行防御性機動的機器訓練系統納入現有飛機的機會。分析表明,飛機的機動性對于有效的威脅反應至關重要,自動選擇操作者的行動可以提高對某些地對空威脅的生存能力。這篇論文建議重新關注特種部隊飛機的防御能力,并贊同將機載自主系統整合到傳統的載人平臺上,以提高防御性威脅反應。它還主張繼續研究在SOF任務中使用可選的載人飛機,以完善其操作效用,并在各種任務平臺上擴大能力。
美國軍隊繼續在日益復雜的安全環境中運作,不能再期望在每個領域都有無爭議的或主導性的優勢。由于地對空威脅已經擴散到在世界各地活動的敵對行為者,未來的作戰環境將以有爭議的空域為特征,這將對有人和無人駕駛飛機的操作構成挑戰。由特種作戰部隊(SOF)操作的飛機需要改進防御能力,以便在這些有爭議的地區進行機動,同時支持傳統SOF任務。這篇論文研究了商業能力的進步,以減少威脅的反應時間,提高有人和無人駕駛飛機配置的防御性機動的有效性。
通過與位于波士頓的飛行自動化初創公司Merlin實驗室合作,本分析探討了防御性機動的潛在自動化。飛機機動是對威脅作出有效反應的一個關鍵方面,自動選擇操作者的行動可以提高對某些地對空威脅的生存能力。通過確定AC-130J威脅反應中人為干預影響飛機操縱時機和準確性的步驟,這項分析揭示了復制梅林實驗室的飛行自動化方法和將能夠執行防御性操縱的機器訓練系統納入現有飛機的機會。
在威脅反應過程中確定的關鍵步驟包括威脅指示、威脅作戰識別和威脅反應配對。目前,機組人員手動執行這些步驟來完成防御性威脅機動。然而,這些步驟中的每一個都可以從自動化和人機協作中受益,通過三種明顯的方式提高整體性能。首先,生成簡化的視覺和聽覺威脅指示,確保及時通知威脅的存在。其次,自動識別過程以準確識別威脅的變體,減少了反應時間和人類識別錯誤的可能性。最后,將威脅識別與適當的飛機反應同步配對,減少了不必要的延誤,并提高了威脅操縱的準確性。
這篇論文建議重新關注SOF飛機的防御能力,并贊同將機載自主系統整合到傳統的載人平臺上,以改善防御性威脅反應。將人機協作和自主能力納入飛機防御系統,可以使防御機動性能優于傳統系統,并允許在更廣泛的環境中作戰。除了改善防御性機動,梅林實驗室的自動飛行甲板在各種不同的飛機和任務中提供了潛在的用途。繼續研究應該調查在SOF任務中使用可選擇的載人飛機,以完善其操作效用,并在各種任務平臺上擴大能力。最后,在整個特種部隊中采用梅林系統將顛覆既定的操作慣例,需要個人和組織行為的改變。為了緩解過渡期并提高采用率,AFSOC應采取步驟,盡量減少利益相關者的行為變化,同時最大限度地提高系統的操作效益。培養對人工智能、機器學習和自動化的理解,將使這些行為者為軍事技術的快速變化和戰爭特征的變化做好準備。
圖 9. AC-130 防御性威脅反應圖。
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。
本報告認為,相互作用的地緣政治和技術趨勢提高了歐洲國家面臨的來自彈道導彈或巡航導彈、有人和無人駕駛飛機或其他武器系統的威脅類型和水平。這使得歐洲國家對更好和更綜合的防空和導彈防御(IAMD)的需求變得非常緊迫。目前歐洲的防空和導彈防御能力不能滿足有效抵御全方位威脅的任務。
由于改進的天基傳感器和基于無人系統的傳感器,戰場的透明度正在增加。同時,更精確、更快速、更集成的空中和導彈武器系統的技術正被更多的行為者所掌握。因此,不僅是大國,而且是地區大國和非國家行為者,都比以前更有能力使用或威脅使用這些武器。歐洲的軍事基礎設施和部隊以及民用目標特別容易受到攻擊,這些攻擊使用廣泛的復雜和不復雜的武器組合來壓倒和迷惑防御者。
主動防空和導彈防御系統由傳感器、攔截器和指揮與控制(C2)節點組成。防御者面臨的挑戰是盡可能早地發現威脅,跟蹤它們,并用攔截器阻止它們。在不同的階段需要一系列不同類型的傳感器,雖然攔截器通常是導彈,但也有其他選擇。這個復雜的系統是通過C2單元聯系在一起的。人工操作和自動裝置都會處理來自傳感器的信息,并向發射器發出指令。這些防御系統通常是針對各種類型的威脅而設計的,但對某些威脅的抵抗力往往比其他的強。防御系統可以基于陸地、海洋、空中或太空,并在這些領域內進行組合。它們可以抵御一切威脅,從我們本土的城市和民用基礎設施,到遠離家鄉的軍事基礎設施和部署部隊。因此,防空和導彈防御在戰略、戰區和戰術層面都很重要。
簡而言之,主動防空和導彈防御是一項高要求和高風險的任務。攻擊者和防御者為爭奪優勢而進行著高度競爭的斗爭。因此,防御者不僅要依靠主動防御,還要依靠被動防御措施:隱蔽性、分散性、流動性和硬化。此外,威懾和軍備控制措施應高度降低對手事實上使用這些武器的風險。防御者也可以采用先發制人的措施,試圖在敵方發動(另一次)攻擊之前,利用空中力量或網絡武器摧毀其能力。
報告重點介紹了主動防御措施,并強調這些措施又變得新的重要。最近的例子很容易找到,從2021年的以色列-哈馬斯沖突,2020年的納戈爾諾-卡拉巴赫沖突,到2019年的沙特油田襲擊。所有這些都表明小國和非國家行為者如何創造性地、有效地使用導彈和無人駕駛車輛來尋找和摧毀目標,繞過防御系統或使其飽和。
更令人擔憂的是可能在更大范圍內發生的事情。俄羅斯已經投資于導彈庫,將港口、空軍基地、C2節點和主要軍事力量置于危險之中。這些所謂的反介入區域拒止(A2/AD)能力可以阻止或提高在其附近行動的部隊的成本,或勸阻他們向受到直接威脅的盟友和伙伴提供援助。俄羅斯,與美國和其他主要國家一樣,也在投資高超音速武器,這為大國政治增加了另一個層面的速度和不可預測性。
因此,對歐洲國家來說,改進空中和導彈防御不僅是一個在國家基礎上保護其人民和軍隊的問題:聯盟承諾、地理范圍和威脅的復雜性也要求采取多國辦法。威脅環境的發展速度,以及在戰略、戰區和戰術層面的影響,要求歐洲各國首都有更大的政治緊迫感。
美國在多個地區可能(或成為)軍事上的過度投入,這一概念意味著可行的防空和導彈防御對歐洲的戰略自主權和歐洲對北約的承諾具有強烈的影響。如果美國沒有能力在歐洲迅速采取行動,歐洲國家需要解決方案,既要保護自己的安全,又要維護整個北約的信譽。這也為美國在多個地區的危機中創造了回旋空間,并能抑制大國在危機中迅速升級到并包括核級別的途徑。不斷變化的空中和導彈威脅環境說明了對歐洲工業解決方案的需求。空中和導彈防御對歐洲人口、基礎設施和部隊的威脅是歐洲人應該能夠掌握的最低限度的能力,而不需要依賴他人。但這也是一個加強跨大西洋關系的問題,因為如果各個成員國的核心資產沒有得到適當的保護,聯盟就不能有效地遏制威脅。報告的具體部分可以細分為以下幾點:
由于地緣政治和技術發展的相互作用,威脅環境正在發生變化。報告發現三個地緣政治的發展,共同直接和間接地影響著歐洲的安全:(1)美國與俄羅斯和中國之間的競爭加劇,為(2)在歐洲和亞洲投資軍事技術,特別是導彈相關技術創造了新的動力。這一趨勢因(3)有關歐洲周邊地區的小國和非國家行為者的動態而得到加強。
這種威脅的常規性質尤其突出。自冷戰結束以來,導彈防御的重點一直是防御來自歐洲周邊所謂無賴國家的少量核武但相當不先進的彈道導彈。然而,常規導彈的質量和數量不斷增加,應該成為重新考慮這一重點的理由。特別是因為這些導彈能力現在得到了無人駕駛飛行器的補充,這些飛行器有助于提高戰場的透明度和精確攻擊,并可用于摧毀關鍵節點,為更先進的武器鋪平道路。2020年在納戈爾諾-卡拉巴赫的戰爭說明了使用這類資產的新的創造性方式;然而,雖然具有高度的破壞性,但與大國之間的潛在沖突相比,它仍然是小規模的。
為了抵消美國在其附近投射力量的能力,同行競爭者俄羅斯等國家正在增加其對軍事基礎設施和陸上、海上和空中力量的打擊能力。他們的武器庫包括短程和中程彈道導彈和巡航導彈、有人和無人駕駛飛機,以及可能在不久的將來的高超音速武器。通過這些能力,俄羅斯可以提高美國和西歐部隊增援北約東翼的難度。雖然可能不是對歐洲東北部安全的最直接威脅,但這些能力仍然使排除俄羅斯制造既成事實變得更加困難。此外,這些導彈技術中的大多數都可以用來瞄準帶有核彈頭或其他非常規彈頭的城市。俄羅斯有可能利用這些能力來勒索歐洲盟友和美國,使其放棄對盟友的援助。
在海洋領域,像伊朗這樣的地區大國可以威脅離海岸越來越遠的船只,也可以利用非國家代理人,從而破壞歐洲船只進出印度洋和通過波斯灣的安全通道。此外,小國和非國家行為者越來越有效地利用無人駕駛飛行器傳感、游蕩彈藥以及火箭和火炮相結合的可能性。這尤其對戰術層面上的陸上軍事單位構成了威脅。例如,這使得歐洲陸軍的穩定任務比以前更有風險。
技術發展也很重要。該報告確認了四個趨勢和發展。(1)由于成本下降,更容易獲得;(2)精度和透明度的提高;(3)時間和空間的壓縮減少了反應時間;(4)在攻擊中結合不同的武器,迷惑和壓倒防御者的能力。
無人駕駛飛行器將在各個層面和陸、海、空領域產生影響。具體來說,無人駕駛飛行器可以使其他能力的效果得到加強或倍增。它們可以為提高戰場的透明度提供持久的感應,或者以其更復雜的形式,提高更復雜的武器的精度。作為游蕩彈藥,它們可以被用來摧毀關鍵的C2或雷達設施,并通過消除這些關鍵節點,為更大規模和更復雜的攻擊掃清道路。雖然更先進的模型可能停留在許多國家和非國家行為者無法企及的地方,但總的來說,它們正迅速成為更多行為者可以獲得的東西。
高超音速武器在短期內構成威脅的程度還不確定。然而,從中長期來看,它們可能會破壞穩定。鑒于可能獲得這些武器的國家數量有限,它們的影響在戰略層面上可能感覺不到,因為大多數核武國家已經擁有充足的能力。可以說被低估的是高超音速武器快速消除關鍵軍事基礎設施--港口、空軍基地、C2節點--的潛在能力,從而在戰區層面重塑沖突的參數。它們的速度、機動性和從多個平臺部署的能力可以在常規戰區級沖突中取得重大影響。
報告的核心信息之一是,關于空中和導彈威脅,真正的新危險在于正在出現的將不同類型的武器結合在一起的能力,這些武器的質量大不相同,可以壓倒和迷惑防御者的系統,或者通過打擊特定的節點來蒙蔽他們。冷戰后,歐洲國家已經習慣于將大部分空中和導彈威脅的危險作為戰略和戰術層面的不同問題來處理,同時能夠在很大程度上忽視大國的戰區級威脅。在新出現的威脅環境中,高端和低端武器的組合構成了一個重大的挑戰,而戰區級的防御措施具體來說是不發達的,不一定是在技術上,而是在概念和理論的運用上,以及攔截器的數量上。我們的研究強調,在戰區一級對軍事基礎設施,如港口、機場、節點以及高價值海軍艦艇的常規威脅被低估了。
總之,技術發展、概念和理論創新以及對數量的投資使潛在的侵略者具有明顯的優勢。在攻擊中結合各種武器系統的能力,以及更多不同的傳感器,已經創造了一個360度的威脅環境。具有不同復雜程度的武器系統可以結合在一起,使防御者的系統達到飽和、混亂并被壓倒。無論是彈道導彈還是高超音速武器、戰斗轟炸機、巡航導彈或無人駕駛飛行器,每種武器系統在速度、彈道、機動性、消耗性和成本方面都有明顯的優勢,可以用來對付防御者的系統。威脅不再主要來自所謂的無賴國家的少量彈道導彈,以及來自非國家行為者。它不僅是一個新的或正在出現的尖端技術如高超音速武器的問題,也是一個具有不同種類的尖端武器的原始數量的問題,特別是對這些武器的創造性使用。歐洲在國防方面的答案也應該在技術、數量以及概念和理論的創新中尋找。簡而言之,在本報告中,我們沒有探討具體防御系統與具體武器的相對質量,而是通過一個全面的戰略視角來具體審視防空和導彈防御問題。
該研究提出了一些改善歐洲主動防空和導彈防御的解決方案。
不要再忽視中低級別的威脅了。在過去的幾十年里,對空中和導彈防御的關注主要集中在更高層次的戰略威脅上。但是,隨著在戰區一級結合武器系統進行常規攻擊的可能性越來越大,投資應該轉向那里。無人駕駛飛行器在每個威脅級別上的使用,盡管目的不同,而且往往是為更具破壞性或更復雜的武器鋪路,強調了投資于更好的針對無人駕駛飛行器的點防御是必要的和具有成本效益的。風險在于,組合攻擊將迅速耗盡有限的高端攔截器庫存。
結合防御性解決方案。為了成功的防空和導彈防御,歐洲國家不僅應該為高端威脅投資高端技術,如針對高超音速武器的高能武器,還應該刺激新興和現有技術的創造性應用。畢竟,新出現的威脅環境主要不是技術快速發展的結果,而是注意將現有武器與較新的系統有效結合,以及對武器數量的投資。因此,改進的被動防御措施,如分散性、隱蔽性、機動性和加固性,應與主動防御措施相結合。需要這些措施來抵消精度和戰場透明度的提高。在改進主動和被動防御措施的同時,預防性的解決方案,如空中力量、特種部隊和網絡行動,應被視為有效的解決方案。
投資于庫存。歐洲國家應繼續投資攔截器的數量,無論是陸基、海基還是空基系統。數量很重要,特別是當對手依靠武器組合的飽和攻擊來迷惑和壓倒防御系統時。如果攔截器庫存中沒有內置的冗余,整個防御系統將變得脆弱。雖然這代價很高,但與失去被防御的目標的代價相比,這個代價就顯得微不足道了。但歐洲國家可以對其采購過程更加明智,并協調其采購過程,以確保從生產商那里獲得更好的交易。向工業企業施壓以提高系統之間的互操作性,將有助于陸基和海基系統之間以及歐洲國家和美國之間共享攔截器。
整合武器、技術和投資。歐洲國家應該在國內和國際上更好地整合他們的防空和導彈防御系統,在歐洲內部以及與美國之間。對技術的進一步投資,以更好地整合構成主動防空和導彈防御的各種空基系統的傳感器、攔截器和C2節點,將獲得高額回報。這是一個從已有的東西中獲得更多的東西的問題,而不是一個節約成本的措施。作為永久結構化合作和歐洲防務基金的一部分,正在進行的歐洲項目具有很大的前景。然而,這不僅是一個技術解決方案和智能采購政策的問題,也是一個通過模擬、測試和演習使就業實踐同步的問題。荷蘭可以發揮作用,特別是它的海基傳感能力,這為它提供了一個移動和靈活的利基能力。
強調政治-戰略的緊迫性。如果沒有歐洲對防空和導彈防御投資的共同政治緊迫性,作為爭取更多戰略自主權的一個組成部分,這些解決方案都無法實施。這些是政治選擇,而不僅僅是技術問題。在目前的格局中,歐洲國家在戰略導彈防御和戰區級防御方面高度依賴美國。歐洲在綜合防空和導彈防御方面的改進將大大有助于建立歐洲通過自己的反介入區域拒止能力進行常規威懾的能力。鑒于歐洲無法再確保美國能夠迅速增援歐洲-大西洋和印度-太平洋戰區,因此需要加強歐洲保護關鍵民用和軍事基礎設施的能力,以保護高價值的歐洲資產,以及提高侵略歐洲的成本,同時也為盟友爭取時間,以防美國無法迅速增援歐洲戰區。
總之,在歐洲范圍內加強防空和導彈防御是必要的,并應在公眾辯論中得到更多的關注,盡管它具有技術性。它不能成為個別政府在國家基礎上的事情。鑒于新出現的威脅環境的復雜性,有必要以更聰明和更有效的方式結合歐洲的防御資產。
現代綜合防空系統(IADS)所帶來的日益復雜的反介入區域拒止(A2AD)威脅,加上高端隱形平臺所提供的日益強大的優勢,促使美國空軍高級領導人投資于徹底改變2030年及以后的空中力量。這一新設想的一個突出因素是蜂群武器,其目的是通過用大量低成本、可損耗的航空資產來壓倒國際航空運輸系統,并通過自主能力來解決這一挑戰。這項研究提出了一個框架,按照三個獨立的維度對不同級別的自主能力進行分類,即單獨行動的能力、合作能力和適應能力。使用模擬、集成和建模高級框架(AFSIM)構建了一個虛擬作戰模型,模擬以有人駕駛的穿透式轟炸機和自主巡航導彈群為特征的友軍空襲包與以A2AD角色行動的敵軍IADS之間的交戰。通過使用自主性框架作為設計實驗的基礎,評估了不同水平的自主性對攻擊包性能的影響。對實驗結果的分析揭示了哪些方面和什么級別的自主性對促進這一模擬場景的生存能力和殺傷力最有影響。
戰爭的技術性質正在迅速發展,人們越來越重視對大量數據的收集、處理和決策。隨著指揮與控制(C2)決策空間的復雜性增加,指揮系統根據現有信息采取行動的速度越來越成為一個限制性因素。具有不同程度的人與系統互動的自主系統為緩解這一不足提供了機會。美國2018年國防戰略(NDS)[18]明確要求國防部(DoD)"廣泛投資于自主性的軍事應用",作為促進大國競爭優勢的一項關鍵能力。
參與大國競爭的一個自然后果是反介入區域拒止(A2AD)環境在聯合沖突的所有方面擴散。從美國空軍(USAF)的角度來看,現代綜合防空系統(IADS)構成了卓越的A2AD威脅,這嚴重抑制了通過常規手段建立空中優勢的前景[2, 20]。這一挑戰促使部隊結構的優先事項發生了變化,因為將能力集中在相對較少的高端系統中的感知風險越來越大。美國空軍科學和技術戰略[26]設想,數量龐大的低成本、易受攻擊的航空資產將很快發揮曾經由數量有限的高價值資產完成的作用。這種大規模的蜂群的任務規劃和空戰管理(ABM)工作的規模可能很快超過人類的認知能力,這使得它成為非常適合自主性研究和開發的應用領域。
本研究試圖評估幾種自主巡航導彈群的行為對A2AD環境中藍方(友方)空中性能的影響。具體來說,所研究的A2AD場景考慮了紅方(對手)的IADS被藍方聯網的自主巡航導彈群吸引,以促進穿透式轟炸機的后續打擊。在任務規劃時沒有考慮到的突然出現的威脅,可能會進入該場景以增加紅色IADS的力量。蜂群必須在沒有外部反彈道導彈的幫助下,檢測并應對這些突發威脅以及任何其他對抗性任務參數的變化。A2AD場景的建模是使用模擬、集成和建模高級框架(AFSIM)完成的。
為了解決問題陳述,本研究將對以下問題提供答案:
1.具有自主反彈道導彈能力的巡航導彈蜂群能在多大程度上提高藍方空襲包在A2AD環境下的生存能力(即避免被紅方IADS發現和摧毀的能力)?
2.具有自主反彈道導彈能力的巡航導彈群能在多大程度上提高A2AD環境下藍方空襲包的殺傷力(即探測和摧毀紅方IADS元素的能力)?
本論文的其余部分包含四章,組織如下:第二章對包括自主性、A2AD環境、基于代理的建模和仿真(ABMS)以及實驗設計(DOE)等主題的參考材料進行了回顧。第三章建立了A2AD場景、AFSIM模型實現和實驗設計的結構,作為本研究的框架。第四章介紹了實驗模擬運行的結果和附帶的分析。最后,第五章討論了從這項研究中得出的結論,以及對未來研究方向的建議。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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
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。
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。
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: