閱讀第1章，定義分布式海上作戰。

作者：Dmitry Filipoff

引言

隨著海軍在導彈時代的發展，其威脅其他艦隊的能力在很大程度上取決于導彈火力的集結能力。對戰艦進行聯合火力攻擊的能力在很大程度上取決于武器本身的特性。這些特性為確定單個武器的集火潛力和更廣泛的部隊集火能力提供了一個寶貴的框架。

在以下對戰術動態和武器能力的分析中，我們可以清楚地看到，美軍目前幾乎所有的反艦導彈都缺乏集火所必需的關鍵特性。其后果是，美軍在用導彈擊沉艦艇方面幾乎沒有什么好的選擇，而且這種情況可能會持續到下一個十年。但是，改變游戲規則的新武器即將問世，而 DMO 概念有望為美國海軍的火力帶來重大變革。

大規模火力如何定義分布極限

既要分散兵力，又要聯合火力，這是一個基本的矛盾。武器裝備的射程是一個關鍵因素，它限制了部隊既能相互分散又能聯合火力的程度。分布與集結之間的這種核心矛盾對分布式部隊的戰術和部署有很大影響。

射程較遠的武器可以更廣泛地分布發射平臺，而射程較短的武器則會迫使部隊更加集中。這種動態變化可以用射程環來說明，射程環顯示了部隊在聯合火力打擊共同目標時必須駐扎的區域。射程環通常用于顯示武器的射程，并以武器發射平臺為中心。在這種不同的 "反向 "射程環（沒有更好的術語）使用方法中，射程環以目標為中心，顯示特定武器可擊中目標的區域。換句話說，要打擊 "戰斧 "導彈射程內的目標，發射平臺必須在目標周圍 1000 英里的范圍內。使用相同武器的其他平臺也必須在這一環形區域內，這突出表明了在聯合發射的情況下可能的分布范圍。相比之下，使用 SM-6 或 "魚叉 "導彈的平臺必須分布在更狹小的空間內才能進行聯合發射（圖 1）。

圖 1. 以目標為中心的射程環說明了各種武器的分布范圍，同時還能進行合并射擊。(作者制圖）

使用不同射程武器的發射平臺必須使射程環相互重疊，至少在它們的火力在目標上空結合時是如此。這些反向射程環顯示了射程較遠的武器如何使發射平臺分布更廣，而射程較近的武器，尤其是常見的魚叉導彈，如何迫使目標更緊密地集中在一起（圖 2）。

圖 2. 美國所有反艦導彈的 "反向 "射程環。(作者制圖）

導彈的具體射程受其飛行剖面的影響很大，實際上并不總是一個線性的固定值。飛行高度越高的導彈和飛機射程越遠，部分原因是高空空氣稀薄。低空掠海飛行可最大限度地提高出其不意的效果，但在航程和燃油經濟性方面卻要付出巨大代價。根據戰術環境的不同，導彈可編入不同的飛行程序，許多反艦導彈可編入非線性飛行路徑和航點程序。

這些因素使得射程環比看上去更具彈性。飛行剖面的這種可變性又增加了火力組合的復雜性。為使此處使用的圖形保持一致，假定所有同類型導彈在線性攻擊中使用相同的飛行剖面。另一個彈性因素是武器的最大有效射程，這與最大飛行距離不同。導彈的有效瞄準距離可能小于導彈的飛行距離。這里使用最大飛行距離是為了保持一致性。

擁有遠程武器在現代海戰中極為重要，因為武器射程有助于將機動負擔從速度較慢的平臺轉移到速度較快的有效載荷上。這一優勢對海軍尤為重要，因為艦船與導彈之間的速度差距很大。一艘裝有短程反艦導彈的軍艦需要機動數小時甚至數天才能打擊遍布海洋的多個目標。但一艘裝有遠程武器的軍艦卻可以在不進行機動的情況下同時威脅到所有這些目標。一艘裝有 "戰斧 "的軍艦可以同時威脅呂宋島、臺灣和沖繩附近的目標，而一艘裝有 SM-6 的軍艦一次只能威脅其中一個地區。配備 SM-6 的戰艦必須花費大量時間進行機動，才能最終依次守住所有這些危險區域（圖 3）。

圖 3. 以發射平臺為中心的常規射程環突出表明，與射程較短的武器相比，射程較長的武器能夠同時鎖定更多的目標。(作者制圖）

射程與機動之間的這種關系凸顯了一支部隊的分布如何使對手的兵力捉襟見肘或集中的關鍵動態。如果一攬子部隊比對手擁有射程更短的武器，那么它可以分配的空間就更小，而且還能進行聯合火力攻擊。射程短的部隊比對手更集中，如果能進入射程，可能一次只能威脅到對方分布式部隊的一部分。相比之下，分布式部隊中更多的人員可以在更安全的距離內對短程部隊構成威脅。環中環可以說明擁有射程較遠武器的部隊如何比射程較短的部隊享有更廣泛的分布和大規模射擊優勢（圖 4 和圖 5）。

圖 4. 以一艘 REDFOR 艦艇為中心的反向射程環說明了 BLUFOR 艦艇與 SM-6 組合發射的分布范圍，以及 REDFOR 艦艇與 YJ-18 組合發射的分布范圍。如果 BLUFOR 艦艇能進入射程內，它們一次只能使一艘 REDFOR 艦艇處于危險之中，而所有 REDFOR 艦艇都能同時使所有 BLUFOR 艦艇處于危險之中。大多數 REDFOR 艦艇可以在對峙距離內開火。(作者制圖）

圖 5. 以 BLUFOR 艦艇為中心的反向射程環說明了 BLUFOR 艦艇與戰斧聯合發射的分布范圍，以及 REDFOR 艦艇與 YJ-18 聯合發射的分布范圍。如果能進入射程，REDFOR 艦艇一次只能讓一艘 BLUFOR 艦艇處于危險之中，而所有 BLUFOR 艦艇可以同時讓所有 REDFOR 艦艇處于危險之中。BLUFOR 的大部分艦艇都可以在對峙距離內開火。(作者制圖）

什么可以被定義為分布式、集中式或延展式，與其說是部隊的具體范圍或密度問題。相反，最好將其理解為自身能力與對手能力之間的關系。一支自認為分布合理的部隊，在對手擁有更遠射程能力的情況下，實際上可能會高度集中。

專為多用途飛機設計的反艦武器通常比以大型發射單元部署的戰艦武器小得多，這往往導致這些機載武器的射程較小。飛機可以用較快的平臺機動來彌補較小的武器射程，而軍艦則可以用較大型武器的較遠射程來彌補較慢的平臺機動。了解平臺機動與有效載荷機動之間的這種關系，以及它們如何相互補充和補償，對于集結大規模火力至關重要。

但射程只是評估集火能力的一個關鍵變量。其他關鍵因素包括發射單元兼容性、平臺兼容性、采購的武器數量以及每個平臺部署的武器數量。這些因素結合在一起，凸顯了海軍進攻火力的真實水平。

魚叉與航母打擊的危險

魚叉導彈是美國海軍的第一種反艦導彈，45 年來一直是美國海軍的主要反艦武器。美國海軍繼續部署這種導彈的方式給美國的制海權和美國在印度洋-太平洋地區的安全保障帶來了嚴重的作戰隱患。魚叉導彈凸顯了美軍反艦導彈火力的不足，從而強調了具有重大戰略意義的關鍵能力差距。美國在戰爭中要想充分利用這種武器，就必須采取特別冒險的戰術，這也凸顯了這種武器的缺陷。

魚叉導彈最大的弱點是射程短，較常見的變型導彈射程僅為 80 英里，而且除了航空母艦之外，所有兼容的發射平臺都缺乏有意義的庫存。這種導彈的短射程將美國海軍最昂貴、最不值得冒風險的平臺引向更深的作戰空間，同時將航母戰斗群引向極為集中的反艦攻擊。但由于美國海軍數十年來一直未能推出有意義的 "魚叉 "導彈替代品，因此用航母戰斗群攻擊艦艇這種高風險的方法是美軍在遠距離擊沉高端戰艦的唯一有效手段。

在美國所有反艦武器中，"魚叉 "導彈具有最廣泛的平臺兼容性，潛艇、水面艦艇、轟炸機、陸基發射器（美國將其出售給合作伙伴，但自己并不采購）和航母戰斗群都可以使用。盡管美國海軍擁有 9000 多個導彈垂直發射單元，但 "魚叉 "與這些發射器并不兼容。相反，它必須安裝在魚雷發射架或頂部的發射器中，這種方法非常不經濟，嚴重減少了每艘戰艦可部署的武器數量。美國海軍驅逐艦和巡洋艦雖然每個平臺有大約 100 個發射單元，但只能攜帶 8 枚魚叉導彈，而每艘潛艇的魚雷發射管數量通常只有個位數。發射單元可為單個平臺和整個部隊提供巨大的彈倉深度，因此發射單元兼容性是集火的關鍵特征。

太平洋（2008 年 2 月 18 日）注意背景中的四個 "魚叉 "導彈發射器和前景中的 64 個垂直發射單元。原始標題： 在美國海軍伊利湖號導彈巡洋艦（CG 70）上航行時，來自加州諾戈的海員羅伯特-帕特森（Robert Paterson）在船尾垂直發射導彈平臺旁站崗。(美國海軍二等大眾傳播專家邁克爾-海特拍攝）。

根據一般經驗法則，任何大于護衛艦的警戒型現代軍艦都應該能夠抵御 8 枚亞音速反艦導彈的齊射，否則軍艦就難以證明其造價的合理性。美國的水面和潛艇發射平臺很難聚集足夠的火力來威脅大多數現代軍艦，因為它們的 "魚叉 "導彈庫存稀少。由于彈倉深度較淺，因此亟需在多個平臺之間進行集火，以達到足夠的火力。但是，"魚叉 "導彈的射程極短，這意味著這種武器幾乎不可能與其他艦載 "魚叉 "導彈集火，除非指揮官愿意將眾多戰艦集中到一個極端的程度。

海軍的主力反艦武器發射單元不兼容，射程又短，這就迫使艦載航空兵承擔起集結足夠火力的重任。可以想象，只有航空兵能夠集結足夠多的平臺來形成足夠大的火力，同時有機會讓這些平臺接近目標軍艦以發動攻擊。這些因素使得航空母艦成為唯一能集結可信的魚叉火力的平臺。

一架F/A-18 "大黃蜂 "戰斗機最多可裝備四枚 "魚叉 "導彈，其中只有兩架可與美國海軍巡洋艦或驅逐艦的 "魚叉 "火力相媲美。但是，面對高端戰艦，要實現可信的魚叉火力，就必須集結大量艦載機。可以想象，要壓倒一個由數艘現代驅逐艦組成的水面行動編隊（每艘驅逐艦都配備了數十種對空武器和數層硬殺傷和軟殺傷防御系統），可能需要一個航空聯隊的大部分力量。剩下的幾架飛機將在維持戰斗空中巡邏、為打擊中隊提供坦克和干擾支援等任務中捉襟見肘。將火力集結的重任主要集中在航空聯隊身上，這些航空聯隊在執行其他眾多關鍵任務時就會捉襟見肘。

試圖用射程很短的導彈集火會帶來嚴重的戰術風險。由于 "魚叉 "導彈射程短，航母艦載機必須極為密集地集中在目標周圍，才能集結足夠的火力形成壓倒性優勢。與許多反艦導彈不同，"魚叉 "的短射程也使其無法總是在現代防空系統射程之外的距離自信地發射。相反，"魚叉 "可以迫使機群集中到對方艦載防空武器的射程之內。軍艦防空武器，如中國的 HHQ-9B 導彈，可以接近甚至超過 "魚叉 "的短程射程，使對手處于更有利的地位，能夠在弓箭手射箭之前就對其構成威脅（圖 6）。

圖 6. 以目標為中心的魚叉和 LRASM 反向射程環說明了集火時的分布限制。中心環顯示了目標最遠程防空武器的射程，說明了裝備 "魚叉 "的飛機必須進入這些防空武器的射程內才能集火。(作者制圖）

生存能力問題不僅適用于航母，也適用于航母的機翼。航空聯隊對減員非常敏感，在這種情況下，即使每架次損失幾架飛機，也會很快導致某些任務難以為繼。對于需要大量飛機才能實現足夠火力的反艦任務來說，尤其如此。海軍航空聯隊使用射程如此之短的導彈，可能會冒著遭受重大損失的風險，迫使他們派出龐大而密集的空中編隊，沖向現代海軍防空部隊的陣地。如果僅在幾次這樣的冒險打擊中遭受輕微損失，那么航空聯隊集結足夠反艦火力的能力將在幾天甚至幾小時內喪失殆盡。

飛機減員率可視化。(圖片來源于 Seth Cropsey、Bryan G. McGrath 和 Timothy A. Walton 的幻燈片 "鋒利的長矛： Seth Cropsey、Bryan G. McGrath 和 Timothy A. Walton，哈德遜研究所，2015 年 10 月）。

航母戰斗群的防空力量可能遠遠超過戰艦的防空力量。大批航母艦載機在高空飛向目標時產生的信號可以提供足夠的警告，使對方空中力量就位以阻擋打擊。與保衛領空的飛機相比，反艦中隊很可能在硬點和機動性方面處于劣勢。他們的許多硬點將被重型反艦武器和空投坦克占據，與對方的戰斗機相比，裝載的對空武器可能更少。如果反艦飛機在進入攻擊戰艦射程之前遭到攔截，它們可能會被迫進行狗斗和躲避導彈，同時其機動性也會受到重型反艦武器裝載的影響。投放坦克、防空和反艦武器將爭奪航母艦載機上的類似硬點，這就為在生存能力、集中度和足夠的巡航導彈火力之間進行艱難的權衡創造了條件。

一架攜帶多種武器的 F/A-18E 戰斗機。(洛克希德-馬丁公司照片）

反艦攻擊可以在接近航空聯隊射程的極限時進行，以最大限度地增加對峙距離。但魚叉的射程短，加上目前這一代航母艦載機的射程相對較短（與過去和未來幾代的航空聯隊相比），迫使航母更深入到有爭議的作戰空間，并可能帶來更大的風險。魚叉不僅威脅到寶貴的艦載機在目標周圍的緊密集結，還可能將航母本身拖入更危險的境地。

通過投放油箱或油箱飛機來擴大航空翼的航程，可以幫助航母保持更遠的距離，但這樣會減少火力，因為硬點和飛機都被用于燃料而不是武器。這對航母生存能力的益處大于對航空翼的益處，增加航空翼的航程可以使航母從更遠的地方發動攻擊，從而提高航母的生存能力。但這對航空聯隊的生存能力影響較小，因為無論如何，反艦武器的短射程仍會迫使目標緊密集中。

在管理航空母艦的特征時，不僅要考慮航空母艦的特征，還要考慮航空聯隊的特征。機翼行動的特征和足跡可以掩蓋或暴露航母的位置。要最大限度地擴大航空聯隊發動大規模反艦攻擊的距離，就必須采用更線性的飛行路線往返于目標之間，在整個飛行路線上密集地部署飛機，并采用更高的飛行高度，這樣既能延長攻擊距離，又能提高飛機的可探測性。盡管線性飛行路徑能最大限度地拉近與目標的距離，但由于其可預測性，更容易將對手引回航母。

縮短航母到目標的航程，或將更多的硬點和飛機用于加油，可以為空中聯隊提供更多的余地，增加兵力展示的復雜性。它可以讓航空兵更廣泛地分布，并采取非線性路徑往返目標，這有助于隱藏航母的位置（圖 7）。然而，與線性打擊相比，確保分散的航空聯隊能及時有效地聚集在一起進行大規模火力打擊，對任務規劃提出了更復雜的挑戰，尤其是在與其他類型的平臺聯合火力打擊時。而且，分布式非線性飛行剖面可能不得不以降低航母的總體打擊范圍為代價，使其更深入作戰空間。

圖 7. 航母打擊飛行剖面圖，其中每條飛行路徑都是從航母到目標的 500 英里距離。與分布式非線性打擊相比，集中式線性打擊的總航程更大，但在某些方面的力量表現卻不那么復雜。然而，分布式飛行剖面縮短了航母打擊力量的總體范圍。(作者制圖）

總體而言，"魚叉 "導彈的特性大大加劇了在反艦任務中使用機翼和航母的許多生存性問題和權衡。但與美國武庫中的所有其他反艦武器相比，"魚叉 "導彈的最大優勢在于其庫存數量。8 可以合理地推測，與美國采購的其他大多數反艦導彈只有數百枚或數十枚相比，"魚叉 "導彈目前的庫存數量仍在數千枚左右。但是，由于發射單元不兼容，"魚叉 "的單個平臺彈倉太淺，這嚴重制約了利用 "魚叉 "庫存深度的能力。

由于航空聯隊和航母必須冒重大風險才能有效集結射程極短的 "魚叉"，也許海軍航母最好不要在艦隊對艦隊的戰斗中使用這種武器。這樣做可以提高航母、航空聯隊和為其護航的水面艦艇的生存能力。但這意味著美國海軍的絕大多數兵力結構和導彈武器庫都難以對現代海軍編隊構成反艦火力威脅。這樣一來，美軍幾乎所有的反艦能力都只能局限于潛艇部隊僅靠魚雷就能完成的任務。

鑒于能力上的不足可以通過創造性的作戰設計來彌補，因此從基本武器的極限推斷具體戰術時必須小心謹慎。也許海軍寄希望于潛艇部隊擊沉對手的高端水面作戰艦艇，為航母反艦打擊鋪平道路，但這對于那些航母艦載機可能仍需與之糾纏的陸基空中力量來說，作用不大。

2015年11月--一架裝備有 "魚叉 "Block II+導彈的F/A-18戰斗機在加利福尼亞州穆古點海上靶場進行自由飛行試驗。(美國海軍照片）

這種將美軍全部遠程反艦能力完全集中在大型航母上，而航母又必須大量集中寶貴的航空兵來執行該戰術的設計，是極其違背分配原則的。魚叉戰術所揭示的是，在反艦導彈發展嚴重滯后半個多世紀之后，美國海軍已經失去了許多與另一支大國海軍作戰的關鍵選擇。

SM-6 和跨任務稀釋能力

在海軍的反艦導彈中，SM-6是獨一無二的。它是海軍武器庫中唯一的超音速反艦武器，既可用于打擊空中目標，也可用于打擊軍艦目標，而且是海軍最新一代反艦武器中生產率最高的。較常見的變體射程為 150 英里，比最新的魚叉變體射程略有提高。它也是海軍艦載防空導彈中唯一可用于遠距離集結防御火力的導彈。然而，SM-6 的一些所謂優勢在集結火力進行反艦打擊時也會產生缺點。

SM-6 的速度超過 3 馬赫，在突破軍艦防御和高速打擊目標時提高了導彈的生存能力和殺傷力。然而，導彈的高速度使其與海軍其他反艦武器（均為亞音速武器）的火力組合變得復雜。如果 SM-6 要與亞音速導彈聯合發射，那么它必須在大規模發射序列接近尾聲時發射，以確保及時重疊，或者發射亞音速導彈的平臺必須比發射 SM-6 的軍艦更接近目標。(這種動態變化將在第 3 部分中詳細討論）。

該武器的多任務通用性使釋放授權復雜化，從而對有效的大規模發射構成挑戰。如果一支分布式部隊要在多個平臺上聯合發射反艦火力，那么進攻性反艦武器的釋放權自然會在比單艦指揮官更高的級別，因為單艦指揮官通常缺乏針對遠距離軍艦發射這些武器的有機傳感器。但導彈攻擊軍艦的速度快、殺傷力大，這意味著單艦指揮官應有權主動執行本地防空任務，尤其是避免在細節上失敗。如果部隊一級的指揮官認為為了艦艇自衛而不得不使用 SM-6，那么這可能會減少上級指揮官集結反艦火力的選擇。

遠程對空武器的典型飛行剖面對 SM-6 作為反艦武器的有效性提出了另一個挑戰。遠程對空武器固然可以打擊海平面目標，但其初始飛行階段通常會有一個助推階段，使其飛向更高的高度。較高的高度使導彈更容易達到最大速度和射程，然后再下降打擊較低高度的威脅。然而，高空飛行剖面在攻擊軍艦時會產生不利因素。高空飛行擴大了導彈的探測和攻擊范圍，可能使更多軍艦有機會攻擊導彈，并有更多時間進行多次射擊。相比之下，掠海飛行只能迫使防空部隊在目標軍艦附近區域交戰。SM-6 導彈的高速度還不足以有效彌補高空飛行的這些風險。與速度較慢的亞音速導彈相比，SM-6 發射的助推階段對目標軍艦雷達的反應時間幾乎是后者的兩倍，后者只有在導彈飛越目標地平線后才會被探測到。

目前還不清楚 SM-6 能否以更扁平的彈道發射，并保持端到端的掠海飛行剖面。這樣做很可能會使其喪失大量射程。這也會使導彈更難發揮其對付軍艦的最大殺傷力--高速。防空武器的彈頭比專用反艦武器的彈頭小得多，SM-6 的彈頭只有 LRASM 或戰斧彈頭的 15%。SM-6 需要達到很高的速度才能對軍艦發揮最大殺傷力，但要達到這樣的速度在很大程度上依賴于較高的飛行高度，這就降低了導彈的生存能力。

美國海軍 "阿利-伯克 "級導彈驅逐艦 "約翰-保羅-瓊斯 "號（DDG-53）在太平洋進行宙斯盾武器系統實彈射擊試驗時發射一枚 SM-6 導彈。(美國海軍照片）

SM-6 的射程并沒有長到可以將其進攻性反艦作用與防御性防空作用截然分開的程度。對峙 "火力的概念意味著可以通過超越對手的反擊能力來贏得寶貴的生存空間。但是，許多大威力反艦導彈的射程足以讓 SM-6 在攻擊現代軍艦時無法舒適地發揮純粹的對峙作用。如果一艘軍艦在使用 SM-6 攻擊另一艘高端軍艦的射程之內，那么它也很可能在反艦導彈威脅的射程之內，而這些威脅可能迫使該艦將 SM-6 用于防御。如果對方的反艦彈道導彈等射程較遠的武器能在數千英里的海域投下長長的陰影，那么這種影響就變得更加重要。指揮官可能會選擇保留最強大的防空武器，以抵御對手最強大的反艦導彈。

由于現代反艦武器的射程往往超過大多數防空武器，因此將分布在各地的部隊的進攻火力結合起來要比防御火力可行得多。SM-6 可能是一個例外，它利用獨特的 NIFC-CA 能力，可以在發射軍艦的雷達視平線下鎖定目標。SM-6 的射程、相對于亞音速反艦導彈的高速度以及在地平線下重新瞄準目標的能力，使聚集防御火力成為可能。這是一種特別獨特的能力，但也增加了集群火力的指揮控制安排的復雜性。

與海軍所有其他現代反艦導彈（不包括老舊的 "魚叉 "導彈）相比，SM-6的優勢在于自2013年問世以來，多年來一直保持全速生產，庫存導彈超過1300枚。相比之下，海軍其他所有最新一代反艦武器目前的數量都非常少，很難滿足現代海戰的大規模齊射要求。

然而，迄今為止生產的 SM-6 大多是早期變型，其反艦射程僅比最新的 "魚叉 "變型略勝一籌。雖然即將推出射程更遠的 SM-6 型，但目前的絕大多數庫存在擴大戰艦的分布范圍并仍能進行聯合作戰方面并無多大改進。

即使射程更遠的 SM-6 版本很快就會大量出現，該導彈的大部分通用性也可能不得不擱置，以填補海軍在短期內關鍵的反艦能力缺口。SM-6 是目前海軍唯一一種數量較多、發射單元兼容的遠程反艦武器。但它的多任務能力有可能稀釋各種威脅的庫存。海軍可能被迫將 SM-6 作為其唯一可行的現代反艦導彈，直到其他反艦武器的產量足以發揮真正的作用，并使 SM-6 能夠發揮其防空潛力。但從目前的生產趨勢來看，這至少需要 10-15 年才能實現。如果海軍發現自己在這十年中陷入重大海上沖突，可能會被迫放棄 SM-6 的大部分尖端防空能力，以保留少量遠程反艦火力。

海上攻擊戰斧--集束炸彈的基礎助推器

在反艦 "戰斧 "導彈首次擊中海上目標的試驗40多年后，美國海軍將再次引進反艦改型導彈。與美國未來幾年投入使用的其他反艦武器相比，"海上攻擊戰斧 "最有希望促進海軍平臺分布和大規模反艦火力能力的重大發展。

戰斧的最大優勢在于其發射單元兼容性和超過 1000 英里的超遠射程。許多平臺都能攜帶大量射程特別遠的武器，從而為大規模火力攻擊提供了多種選擇。射程遠還能使武器有更多機會改變飛行路徑和使用航路定點，可用于執行各種戰術，并便于與其他炮彈集結。

通過最終擁有一種既能遠程發射又能與發射單元兼容的反艦導彈，海軍將能在更多平臺上大幅增加反艦火力。美國陸軍和海軍陸戰隊的陸基 "戰斧 "發射器也即將面世，如果這兩個軍種大量采購這種武器，將大大增加集火的選擇。

美國陸軍中程能力地基導彈發射器計劃。(美國陸軍幻燈片）

然而，"海上攻擊戰斧 "的潛力要到許多年后才能完全發揮出來。它要到 2024 年才能達到初始作戰能力，目前正處于低速率初始生產和測試的早期階段，迄今為止已采購了大約 100 套 MST 套件。海軍希望將所有 Block IV 型戰斧升級為 Block V 型，每年可能安裝多達 300 個重新認證套件。但目前還不清楚是否每次重新認證都會通過特定 Block Va 配置增加海上打擊能力。

按照這個速度，海軍可能需要 10 年或更長時間才能擁有足夠的基礎導彈庫存，從而真正實現分布式和大規模反艦火力。

2015年1月27日--一枚戰斧巡航導彈從加利福尼亞州圣尼古拉斯島附近的美國海軍基德號（DDG-100）上發射后擊中了一個移動的海上目標。(美國海軍視頻）

遠程反艦導彈--一次飛躍但仍是千篇一律

遠程反艦導彈（LRASM）將標志著海軍反艦火力的重要升級。LRASM 具有隱身外形，射程估計在 350 英里左右，超過了海軍除戰斧以外的所有其他反艦武器。然而，LRASM 對提高海軍從分散的部隊中集結火力的能力作用不大。

LRASM 的大規模發射潛力受到平臺兼容性的嚴重制約，因為它不是一種發射單元兼容的武器。LRASM 目前只能在轟炸機和艦載機上使用。盡管測試表明 LRASM 可以從發射單元發射，但海軍仍將該計劃描述為 "海軍整體巡航導彈戰略的關鍵空射組成部分......"。2021 年，工業界與一家澳大利亞公司合作，改進了 LRASM 地面發射變體的開發工作，該變體被稱為 "LRASM SL"，這表明該武器的發射單元兼容型與美國海軍自行采購的武器不同。

2016 年 7 月，海軍自衛試驗艦上的 MK-41 發射器進行 LRASM 測試。(洛克希德-馬丁公司照片）

盡管與 "魚叉 "導彈相比，LRASM 的射程使其成為空中聯隊向目標發射風險更小的導彈，但這些打擊仍將束縛空中聯隊的大部分力量，使其無法集結足夠的火力。LRASM 并沒有減輕對大量火力的需求，這就限制了航空聯隊在打擊之外承擔其他多種任務的能力。即使 LRASM 具有先進的能力，它也無法改變集結航空聯隊對軍艦實施遠程打擊的某些基本缺點。

迄今為止，海軍采購的 LRASM 導彈數量極少，大約只有 250 枚。空軍的庫存量更少，只有略低于 100 枚。雖然空軍的轟炸機可以裝備魚叉導彈，但這種武器射程短，而且其 LRASM 的采購率特別低，這可能意味著在可預見的未來，美軍的轟炸機幾乎沒有任何反艦火力可用于美國的制海。

LRASM 與數量更多的聯合空對地對峙導彈（JASSM）共用一條生產線，美國空軍迄今已采購了 2000 多枚 JASSM 武器，海軍也在過去兩年內開始采購該武器。JASSM 對地攻擊導彈即將推出的最新 "極限射程 "變體的射程將達到 1000 英里，成為首批可與 "戰斧 "導彈媲美的空射巡航導彈之一。JASSM 的生產線也是迄今為止所描述的所有導彈中最強大的，年產量可達數百枚，而其他導彈的年產量僅為數十枚。

2015年8月12日--遠程反艦導彈（LRASM）。(圖片來自維基共享資源）

2018年9月13日--卡塔爾烏代德空軍基地，一枚惰性AGM-158A聯合空對地對峙彈藥（JASSM）正在B-1B "藍瑟 "上用于訓練演習。(泰德-尼科爾斯（Ted Nichols）中士拍攝/發布

最有前途的兩種反艦武器--LRASM 和 "海上攻擊戰斧"--都是對現有彈藥（JASSM 和 "陸上攻擊戰斧"）的改裝，而這些彈藥的生產數量要大得多。與全盤建造新武器相比，升級這些現有武器，使其具備反艦能力和尋的器，可能是增加美軍反艦武器庫存的一種更迅速、更具成本效益的方法。如果即將推出的 JASSM 增程型能夠具備反艦能力，那么美軍將為海空軍之間的火力分配和集結開辟大量新的選擇。

海軍攻擊導彈--僅比 "魚叉 "略勝一籌

海軍攻擊導彈（NSM）具有隱身外形和先進的尋的器，但與 "魚叉 "相比，它的性能僅略有提高。與 "魚叉 "類似，NSM 的射程相對較短，僅為 115 英里，而且與發射單元不兼容。它主要裝備海軍的瀕海戰斗艦，每艦只有 8 枚武器，海軍陸戰隊正在采購陸基版本。該武器射程短，與發射單元不兼容，因此不適于從分散的部隊中集結火力。由于采購率低，目前的導彈庫存略高于 110 枚，不足以使該武器廣泛部署并用于大規模發射。在重大海上沖突中，"魚叉 "和 NSM 的主要用途可能僅限于對付規模較小、較為孤立的作戰人員，或許是在二級戰區和大型齊射交火的外圍地區。

飛行中的海軍攻擊導彈。(圖片來源：美國國防部 DOT&E）

脆矛

在各種平臺上部署大量遠程導彈從根本上增強了大規模火力打擊的能力。就數量、射程和種類而言，美軍都遠遠不夠。如今，美軍無法對軍艦實施分布式大規模火力打擊戰術，因為它根本不具備實現這一戰術的武器。美軍目前的反艦導彈火力主要集中在航母上，其他地方則捉襟見肘。

除了 "戰斧 "之外，美國較新的反艦導彈都無法提高海軍的火力分布能力。LRASM 可以在一定程度上擴大發射平臺的物理分布范圍，但由于其平臺兼容性較窄，仍是一種高度集中的武器。LRASM 對減輕航母承擔美國海軍大部分反艦能力的沉重負擔作用不大。

而 "海上打擊戰斧 "則是最有希望實現變革的武器，它是實現《國防現代化條例》的絕對基礎。最后，美國海軍將擁有遠程反艦武器并與其發射單元兼容，最后，美軍將擁有更多可行的反艦導彈平臺，而不僅僅是航母。這與大國競爭對手形成了鮮明對比，后者已經在其水面艦隊、轟炸機、陸基部隊和潛艇上廣泛部署了反艦火力。

一個核心的風險因素是考慮每種武器在總火力中所占的比例。基于這些關鍵特征，越不適合大規模發射的武器風險越大。魚叉 "或 "海軍攻擊導彈 "等武器當然可以增加一部分火力，但這些武器在大規模火力中所占的比例越大，部隊必須承擔的風險也就越大。

美國反艦武器和集火關鍵武器特征表。(作者制圖）

在所分析的武器特性中，庫存深度是現代艦炮作戰資本密集型的一個特別重要的制約因素。即使正在采購高能導彈，庫存深度也是關鍵變量，它將使美軍至少在本十年的剩余時間內無法擁有足夠的現代反艦導彈火力。美軍目前的現代反艦導彈庫存遠遠不能滿足這種戰斗的需求，這種戰斗可能需要一百多枚導彈才能壓垮幾艘驅逐艦的防御，而在這種戰斗中，十年的武器采購量可以在數小時內輕松消耗殆盡。

從目前的情況來看，除 "魚叉 "導彈外，海軍反艦導彈的大部分庫存都可以在少數幾次炮擊中消耗掉。應對大國海軍威脅的適當數量不是幾十枚甚至幾百枚，而是數千枚--這個數字遠遠超過了美軍所有最新一代反艦武器的庫存量。即使從現在起的 15 年后，美軍的反艦武器庫存大幅增加，競爭對手也可能在同一時期增加自己的武器庫，例如建立反艦彈道導彈和高超音速武器的深厚庫存，以維持關鍵的超配優勢。

目前尚不清楚美軍究竟是如何分配或集中其數量雖少但卻不斷增長的現代反艦武器庫存的。一場重大危機可能會迫使美軍在部隊中四處搜羅，匆忙集結足夠的武器，以實現足夠的火力打擊。如果這些稀有武器分散在東西海岸的艦隊中，海軍可能不得不進行精心策劃的洲際交叉部署，以便在危機應對部隊中集中足夠的可靠火力。

這些普遍存在的能力差距為大國挑戰者提供了一個重要的機會之窗，使其可以利用美國海軍武庫薄弱所帶來的戰略責任。在新武器大量投入使用之前，美軍可能不得不危及其最昂貴的平臺--航空母艦，以縮小差距。

第三章將重點討論集火和現代艦隊戰術。

倫敦研究與發展公司（LRDC）和C-CORE對高功率微波（HPM）設備進行了初步、廣泛的文獻調查，包括案例研究和建模技術。高功率微波可使軍事行動中使用的電子設備失效或毀壞。調查結果總結如下。

概述

• HPMs可用于使計算機網絡、無人機、無人機群和導彈失效。它可能對地雷和雷場有效，特別是智能地雷。
• 顯然，許多國家正在開發HPMs，并已取得重大進展，尤其是美國、俄羅斯。已經部署了各種裝置進行實地測試。
• 對俄羅斯RANET-E HPM系統所宣稱的性能進行了粗略分析，似乎不無道理。
• 由于必須傳輸較大的微波功率，HPM很難在遠大于幾千米的范圍內有效，但其他國家正在為提高效率和縮小設備尺寸做出巨大努力。
• 高頻導彈的有效性本質上是統計性的，必須用失效或失靈概率來描述。
• 有必要對未來沖突中HPM的效果進行評估。
• 為獲得對高頻炸彈的獨立理解和能力，加拿大應具備操作高頻炸彈系統的實際經驗，即使這些系統是中小型的，并基于爆炸脈沖功率，以最大限度地降低成本。
• 開發和了解高能物理需要廣泛的學科專業知識，特別是如果包括爆炸脈沖功率。

微波功率源

• 我們考慮了許多具有不同輸出光譜的微波源。窄帶源可能更有效，但寬帶源可能更適合用于激發電子封裝中的共振。Vircator（VIRtual CAthode oscillaTOR）似乎是一個很好的起點，因為它具有較寬的輸出頻譜，而且價格低廉。
• 需要對效率和效果之間的折衷進行更多的研究。

傳播模型

• 已開發出包括地面反射在內的傳播模型，并展示了電場強度隨距離和地面導電率的變化。

易損性

• 在砷化鎵MESFET和二極管的脆弱性方面，與以前的工作取得了數量級上的一致。
• 應該對這些器件和其他器件進行實驗研究，以確定其對大電場的易損性，并確認以前的工作。
• 應研究破壞和擾動的統計數據，以估計HPM的有效性；這應導致概率分布。
• 重點應放在最近可能使用的器件上；這些器件可能是10納米節點及以下制造的；它們可能更容易受到傷害。
• 電磁場泄漏到車輛及其電子封裝中的機制非常復雜，需要進行探索。
• 電磁輻射與印刷電路板跡線耦合的計算機模型已經編碼。該模型應擴展到包括泄漏到完整的電子封裝中。

磁通量壓縮發生器（FCG）模型

• Novac等人（1995年）的FCG電路模型已被復制。該模型經過改進，與Mark IX FCG實驗數據（Fowler和Caird，1989年）更加匹配。盡管如此，仍發現了一些需要改進的地方。
• 模型應擴展到電樞完全閉合定子線圈后的衰減時間。
• 應研究線圈或定子的電感和電阻值及其隨時間的變化，以改進模型。
• 該模型應適用于Novac等人(1995)描述的FLEXY 1 FCG。
• 最好有一個更好的集膚深度模型。
• 電渦流損耗的線性和立方關系應適當插值。
• 電樞截頂錐電阻模型應取代目前使用的圓柱幾何模型。

HPM開發

• 由于所有類型的HPM設備都需要脈沖電源，因此第一步是建立高功率脈沖電源的模型和原型。首先應考慮爆炸電源。由于其簡單性和不含鐵電和鐵磁材料，FCG是推薦的啟動電源。
• 有了脈沖電源，HPM設備的類型就確定了：超寬帶（UWB）或窄帶。在這兩種情況下，都應開發使能技術（如脈沖調節器）和能夠承受電源的天線。
• 如果考慮窄帶信號源，目標應該是生產一個結構簡單、可運行的HPM設備，如德克薩斯理工大學的系統，以提供技術概念驗證。然后，此時應考慮改進HPM發生器，以實現技術的可操作性。
• 必須開發一種輸送裝置。可以考慮兩種可能性：一種是立即投入使用的固定裝置，另一種是HPM關鍵部件（如天線和源）的小型化，以便在火炮有效載荷中使用。

對HPM技術的進一步研究將成為新研發計劃的開端。該課題是加拿大具有戰略價值的專業領域。

一體化防空反導系統(IAMD)資源管理可以適用于當今現代軍隊中的許多不同裝備。本文討論的是雷達資源，它是用于用相控陣雷達探測、跟蹤和辨別目標的射頻能量和時間片段。IAMD的雷達資源可以在離散的停留水平和宏觀任務水平上進行管理。本文的第一部分介紹了一種IAMD雷達調度算法，該算法使用間隔和 "最早-最后 "調度的變體，在滿足固定任務期限的情況下，有效地實現所需的搜索幀時間。文章的后半部分接著討論了一個用于長期彈道導彈防御任務的軌道協調算法的設計。這兩個概念都適用于多功能相控陣雷達，并被設計為在滿足現有性能參數的同時提高效率。

1 引言

一體化防空反導系統(IAMD)是一套對飛機、巡航導彈和彈道導彈提供分層防御的能力。IAMD的資源管理是管理任何綜合防空導彈作戰系統或部隊的有限資源的一套作戰系統和系統的能力。圖1顯示了一個多任務（包括IAMD）雷達的各種預期能力和功能的例子。

傳統的武器系統是受限制的；對新的威脅和復雜環境的反應，這些系統最初并不是為其設計的，必須用傳統的硬件、計算機和網絡來解決，增加了能源、時間和系統的復雜性。新的IAMD系統在應對同樣的挑戰時，其資源受到的限制較少，但卻不同。然而，無論系統的現代化程度如何，美國海軍永遠不會有足夠的資源將能源和金屬扔到太空中，而不考慮這些資源在未來可能被需要并有效協調其應用。本文介紹了兩種用于IAMD雷達資源管理的算法。第一種算法是一個單一雷達的調度算法。第二種算法是針對多個雷達的協調算法。

圖1. IAMD雷達所需的性能和功能。

2 背景

IAMD從根本上說是一個多層面的優化問題。IAMD雷達控制系統的一個目標是在受到硬件能力和其他限制的情況下，在給定的時間內執行最大數量的功能，如搜索和跟蹤。考慮的因素包括占空比、峰值輸出功率、信號處理吞吐量、瞬時帶寬、接收鏈靈敏度和陣列結構。雷達控制算法根據優先考慮的事件隊列，在重復的雷達調度間隔（RSI）中安排雷達任務，同時遵守上述的限制。對于每個RSI，傳統的算法將從最高優先級的隊列開始，只有當高優先級的隊列為空且RSI中仍有空缺時，才會轉移到低優先級的隊列。這種方法可以被描述為 "貪婪的調度器"，因為RSI是固定的（不是靈活的），資源的應用只是為了安撫優先級，而不是為了實現效率。

高效的IAMD資源管理應用了基于優化理論的技術，特別是組合優化。這個特殊的數學優化分支將樣本和解決方案集視為離散。雷達任務或 "駐留 "可以被認為是離散事件，必須適合一個固定的容器--RSI。目標是用雷達事件完全填滿RSI，而不在時間軸上留下空隙。開源文獻中的組合優化例子，如knapsack問題和區間調度，特別適用于雷達調度。區間調度是計算機科學中的一個問題，其中必須選擇具有固定開始和結束時間的最大的區間（任務）集合在給定的時間段內執行。間隔調度問題有一些變體，將任務放入組中，并對每組的任務安排數量設定目標，或者根據優先級對組進行加權，目標是使安排的任務的加權值最大化。這最后的變化與系統設計者通常提出的IAMD資源管理問題非常相似。最后，中央處理器（CPU）的設計提供了一個高效動態調度算法的例子，即earliestdeadline-first（EDF）調度。如果每個任務可以用到達時間（隊列中的順序）、執行要求（持續時間）和最后期限（請求時間）來表征，那么EDF將選擇最后期限最接近當前時間的任務。

3 IAMD調度算法

一個雷達調度器必須滿足以下標準：

• 實現特定的搜索幀時間（名義上是重新訪問空間中每個點的時間，或者說，每個波束位置之間的時間）。
• 執行特定的跟蹤功能，同時盡量減少放棄的跟蹤更新事件。(軌跡更新是指雷達波束傳送到預計有目標的位置，加上隨后對該目標的探測，"更新 "其估計位置）。
• 最大化雷達占用率（調度器效率）。

讓雷達要安排的任務是兩種類型之一：固定的或靈活的。固定任務有一個特定的請求執行時間。靈活任務沒有具體的請求時間，但它們被認為是由預先確定的序列組成的持續任務，目標是以某種最低速度完成每個序列。固定任務和靈活任務可能有不同的優先級，這取決于由整體任務決定的系統目標。任務根據提出請求的時間被放在隊列中。

固定任務有一個指定的單一事件（或 "停留"）的最佳請求傳輸時間，由固定任務管理器決定。固定任務通常有少量的松弛時間，即計劃時間可以偏離請求時間的最大時間（提前或推遲）。松弛量將根據雷達任務的類型而變化。雷達固定任務的例子包括跟蹤、辨別、導彈通信和提示性獲取事件。

靈活任務有一組確定的事件，以特定的順序或模式執行。分配給每個靈活任務的事件可能有不同的長度。盡管這些事件沒有具體的要求時間，但整個模式將有必須執行的最低和最高時間段。靈活任務模式將被系統無限期地重復，直到被命令停止。所有與隊列中特定任務相關的靈活任務請求將具有相同的優先級。靈活任務的例子是體積搜索、雜波映射和基本測試功能。

所提出的調度算法是間隔調度和EDF的一個變體。在組成動態RSI時，它使用EDF方法來選擇固定任務（有截止日期的雷達事件），但隨后使用啟發式方法來設置靈活任務（沒有截止日期但對該任務隊列有執行目標的雷達事件）的動態優先級。該算法包括將固定任務安排在或接近其要求的時間，然后用靈活的任務事件填補固定任務之間的間隔。靈活任務的選擇不是基于優先級，而是基于動態地重新計算的模式率。這種單通道的算法設計假定所有的雷達事件都是符合責任因素的，而且固定任務總是比靈活任務有優先權。由于雷達硬件、算法設計和系統性能的限制，這些假設對于美國IAMD雷達如AN/SPY-1、-3、-4和-6并不總是成立。然而，這種調度算法是一種基于抽象原則的方法，與所有雷達調度算法有關。

IAMD調度算法利用固定任務的屬性來組成一個動態RSI（DRSI）。圖2描述了固定任務的屬性。固定任務必須在某個時間段內執行。要求的時間是最初要求開始執行的時間。長度是任務將消耗的時間段（占用）（即從任務開始到另一個任務或事件可能被安排的下一個時間之間的時間段）。閑置時間是指該任務在請求時間前后可接受的調度窗口。最早的可能開始時間是請求的時間減去領先的松弛時間。最晚的可能開始時間是所請求的時間加上尾部的時間差。前期和后期的松弛可以是相同的時間，但不要求是相同的時間。DRSI是一個固定任務結束與下一個固定任務結束之間的間隔。該算法將試圖把靈活的任務事件放在DRSI中。

圖2.固定任務屬性。

該算法還要求對靈活任務模式的狀態進行監控。一個模式最后開始的時間是模式開始時間（PST）。如果模式中的所有元素都被執行了一次，那么一個框架（模式的周期）就完成了。模式中所有事件長度的總和是模式長度（PL）。完成一幀圖案的所需時間長度被指定為所需幀時間（DFT）。PL和DFT通常是不一樣的（否則，靈活的任務將要求完全占用）。

圖3. 調度算法步驟。

在當前時間安排的模式的期望量是PL除以DFT，再乘以當前時間和PST之間的差異。靈活任務赤字（FTD）是在當前時間安排的模式的期望量減去已經為當前周期的模式執行安排的事件長度的總和。例如，一個靈活任務的DFT是8秒，當前時間和PST之間的差值是4秒。如果靈活任務的PL是3.2秒，那么當前時間安排的模式的期望量是1.6秒。假設當前周期的模式安排的事件長度之和是1.4秒，因此FTD是0.2秒。FTD在調度算法中被用來動態地優先考慮當前DRSI的那個靈活任務隊列。

該算法分四步執行，如圖3所示，有一些靈活任務類型的例子。首先，選擇下一個固定任務（NFT）來創建DRSI。其次，計算FTD，以確定哪些靈活的任務事件應該首先被安排，以及應該安排多少個來盡可能地填滿DRSI并減少最大的FTD。靈活任務按其FTD的順序考慮，較長的FTD具有較高的優先權。第三，靈活任務事件被安排到NFT，每個事件之間沒有空隙。第四，NFT被安排在最早的開始時間（在這種情況下，可能會有間隙），通過使用可用的松弛時間，或緊隨先前安排的靈活任務事件（不留間隙）。選擇NFT的算法也允許調度固定任務，中間沒有間隙。當固定任務可以在時間線上相鄰放置時，可以獲得較長的DRSI，并且可以安排較長的靈活任務。這個特點解決了靈活任務的一個隊列不能前進的情況，因為DRSI太短，不能從該隊列中插入一個事件。

每個固定任務隊列中最早的固定任務請求填充到NFT候選池中。選擇算法首先在候選者的松弛度允許的范圍內，盡可能晚（向右）移動每個候選者（圖4）。對于情況1（最高優先級的任務有最早的最后期限），選擇算法選擇最高優先級的固定任務作為NFT。該算法試圖更早地移動NFT，使其與先前安排的固定任務相鄰，中間沒有間隙。如果NFT不能更早轉移，那么它將被盡可能地推遲，下一個DRSI被定義為當前時間和所選NFT結束之間的間隔。圖5描述了任務A創造了一個DRSI，靈活的任務被安排在任務A之前，接著是任務B，它被安排在任務A之后，沒有間隙。

圖4. NFT的選擇。

圖5. NFT案例1，沒有沖突的優先順序。

一旦所有的事件都被放置在DRSI中，通常會有一個缺口，即DRSI中最后安排的靈活任務和固定任務的開始之間的未填充部分。固定任務在時間線上被提前移動，直到間隙被關閉或達到松弛的最早限度。在案例1中，任務A被稍稍提前移動，以便它和前面的靈活任務事件之間沒有間隙。

如果一個較低優先級的任務比一個較高優先級的任務更早開始，并且有足夠的松弛，使較低優先級的固定任務可以在最高優先級的固定任務之前開始和結束，那么該算法就選擇一個較低優先級的任務作為NFT。較低優先級的任務形成了DRSI，較高優先級的任務被安排在較低優先級的任務之后。這就是案例2，如圖6所示。

情況2還安排了任務B和A，使DRSI中不存在間隙。但是，如果任務B的松弛的最早限度會達到，以至于它不與前面的靈活任務事件相鄰，那么缺口就不可能被關閉。當缺口發生時，缺口的長度會被制成表格，以便在計算調度器效率時使用。調度器的效率是總時間減去間隙的總和除以總時間。

最后，如果有一個優先級較高的固定任務必須被調度，而優先級較低的固定任務要么太長，要么沒有足夠的松弛時間被容納，那么該算法就不會調度一個優先級較低的固定任務。這就是案例3，如圖7所示。

當沖突出現時，較高優先級的固定任務被選為NFT。在這種情況下，較低優先級的固定任務被退回給任務管理器。請注意在這個特殊的例子中，靈活任務是如何被選擇的。該算法在每次建立DRSI時都會計算隊列中的FTD。因為這是一個單程算法，具有最大FTD的隊列的事件被首先安排。當一個優先級較低的靈活任務具有較大的FTD時，就會發生靈活任務調度中的 "優先級 "倒置。該算法將最大FTD隊列中的事件填入DRSI，這些事件是將FTD減少到零所必需的，或者是在DRSI中可以容納的。該過程以赤字順序重復，直到DRSI被填滿或所有隊列都被解決。靈活任務的優先級繼承自靈活任務參數（DFT和PL）。

圖6. NFT案例2，由于最早的截止日期，優先順序反轉。

圖7. NFT案例3，無法解決的固定任務沖突。

通過模擬，我們發現了兩個額外的、必要的算法特征。第一個特征是對NFT選擇算法的調整，限制了最大的DRSI。DRSI必須被限制在一個最大值，這樣，如果一個新的固定任務到達隊列，它可以被安排，而不會因為執行一個長的DRSI而出現延遲或拒絕服務。如果符合條件的NFT將創建一個超過最大DRSI的DRSI，那么當前的DRSI將用一個靈活的任務而不是一個固定任務關閉。第二個特征是一個中斷動作，將允許新的關鍵固定任務搶占當前的DRSI。關鍵固定任務的特征是高優先級，請求時間與當前時間接近，并且沒有松弛。如果一個關鍵的固定任務發生，固定任務和靈活任務事件將從DRSI返回到它們的隊列中。

調度算法采用四步單通道方法，沒有超前看。追蹤FTD的特點是將過去的性能納入下一個DRSI的目標，并防止一個任務僅僅由于優先權而支配時間線。這個特點也允許進程優雅地退化。該算法有時可能無法實現增量目標，但平均而言，在較長的時間跨度內，DFT一般都能實現，很少有固定任務丟失（超時），除非他們所要求的時間會阻止一個更優先的固定任務被執行。請注意，該算法的性能仍然取決于適當的固定和靈活的任務參數輸入，如松弛量和DFTs。在重載條件下，請求可能還需要進一步的優先級；這種優先級將涉及調整靈活任務的DFT和可能的模式內的事件參數，以及整個模式的長度。

圖8. 沒有協調的概念冗余跟蹤。

4 彈道導彈防御軌道協調算法

用于IAMD的部隊級雷達資源管理（FLRRM）是海軍研究辦公室的一個未來海軍能力項目，目的是建立通過協調雷達任務產生增強防御性能的技術。盡管該項目中的廣泛努力正在研究雷達任務管理的許多方面，但由于彈道導彈防御（BMD）跟蹤任務的固有壓力，該項目重點關注彈道導彈防御的協調。

對BMD跟蹤的協調解決了目前部隊規劃和執行的局限性。沒有任務重疊的友軍布局（如分區防御設計）會限制突襲性能，因為從單一發射區進行的BMD突襲可能超過單艦能力。任務重疊的友軍布局也有局限性，因為重疊的雷達搜索理論或提示性獲取將導致重復跟蹤，如果沒有某種形式的干預協調，可能會導致過度交戰。盡管人工形式的協調是可能的，但突襲間隔時間使其失去了作用（圖8）。

FLRRM跟蹤協調（FTC）的目的是通過減少BMD的冗余跟蹤來提高突襲被殲滅的概率，并通過多艘艦艇之間的協調來保持艦艇自衛能力。FTC的形式是廣義分配問題（GAP）和多臂強盜（MAB）問題。前一類問題繼承自組合優化。MAB則是從概率論中得到的。關鍵的區別在于，組合優化要求對每個 "機會 "進行分配，而MAB則不需要。因為BMD軌道協調不允許棄權，所以它更自然地采用了類似于多重背包問題的GAP方法。

GAP公式如圖9所示。軌道的數量為N，傳感器的數量為M。一個傳感器-軌道對用ij表示。ij對的利潤和權重（成本）分別為pij和wij。傳感器i的總容量用wi表示。分配向量為xij；如果xij為1，則解決方案中要使用配對ij（即傳感器i是軌道j的首選）。典型的解決方案涉及一個動態程序或一個近似算法。然而，彈道導彈跟蹤的性質和可用的通信機制進一步制約了這個問題。每次有新的彈道導彈被其中一個傳感器探測到或被遠程報告時，協調問題必須重新解決。但是，如果傳感器軌道分配xij在引入新的軌道后發生變化，那么每個系統的火力控制回路可能會受到不可修復的干擾。換句話說，一旦彈道導彈被分配到一個系統，它就必須留在那里。該算法只能在考慮已知（現存）彈道導彈軌道的當前狀態的同時，協調每個新彈道導彈軌道的行動。此外，協調必須發生在跟蹤階段的早期，在這個階段對彈道導彈的類型和目的地知之甚少。因此，需要一個簡單而有效的利潤函數，該函數基于從MIL-STD-6016消息集中容易獲得的信息，以便可以實施分布式算法。結果是一個具有傳感器可用性和確認信息的先入先出的分布式貪婪啟發式算法。

FTC算法在美國海軍IAMD平臺（主要是宙斯盾巡洋艦和驅逐艦）之間提供分布式、可控的BMD軌道協調。圖10描述了一個使用FTC的名義上的部隊協調結果。通過避免對鏈路信息和雷達的修改，FTC保持了一個定義明確的范圍，是可以負擔得起的，并且可以擴展的。在每個啟用的平臺上，FTC從通過BMD通信鏈路傳達的Link 16信息中輸入空間軌跡圖；在宙斯盾武器系統內的指揮和決策元素中進行處理；然后向操作者輸出建議。信息交換要求限于現有的MIL-STD-6016信息和交換，由宙斯盾BMD 5.1計劃認可，以及操作員和武器系統之間的配置和監督控制信息。圖11描述了宙斯盾武器系統中修改后的功能。

算法研究表明，在各種突襲環境中，FTC比無協調的傳感器網絡極大地增加了交戰目標的數量。戰術相關場景的結果表明，有能力提供接近理想協調的高概率突襲殲滅。協調的好處廣泛適用，包括只有兩艘船參與的情況。

FLRRM已經過渡到導彈防御局宙斯盾BMD（MDA/AB）項目辦公室，并將在一個記錄程序中進行進一步的改進、整合和關鍵實驗。預計FTC將在2020年投入使用。使用新的傳感器和通信鏈路的改進也正在探索之中。

圖11. 美國聯邦貿易委員會對宙斯盾武器系統(AWS)的修改

這份混合型工作文件討論了太空領域如何在正在進行的烏克蘭戰爭中被使用并受到影響。可以說，空間領域在以前的任何沖突中都沒有以如此多變的方式被使用過，因此為西方國家提供了一個重要的學習機會。本文的重點是混合威脅、工具和行為者，它提供了對已實現和預測的影響的全面分析，包括空間領域和其他混合威脅領域之間的聯系。對空間基礎設施的攻擊和混合威脅可以產生非常廣泛的影響，因為現代社會嚴重依賴基于空間的能力。例如，針對衛星系統的系統性網絡攻擊可以阻止信息共享，并對能源和運輸部門造成干擾。有幾個經驗教訓：1）眾包態勢感知的力量已經在戰爭中得到證明。來自平民百姓的信息已被用于支持戰場上的行動。2）俄烏戰爭為基于衛星的技術鋪平了道路，使之成為軍隊和平民百姓都能輕易獲得的日常工具。這場戰爭已經證明，擁有空間能力并不像獲得它們那樣關鍵，正如對一些最重要的商業行為者的審查以及他們的服務在沖突中的使用情況所顯示的那樣。3) 商業空間資產在軍事行動中的使用正在模糊戰爭中軍事和民事行為者之間的界限。4) 衛星技術的發展及其使用也促進了可用于軍事目的的新能力組合。戰爭對空間環境和大量國際空間計劃造成的一個主要威脅是國家間合作精神的退化。這方面的一個明顯的后果是越來越多地通過每個國家自己的國家或區域活動來確保主權的工作。

俄羅斯自2022年2月24日以來對烏克蘭的戰爭被描述為第一場 "兩面空間戰爭"。空間領域已經以一種更加敏捷和靈活的方式被使用，并與其他混合威脅領域相聯系。特別是，商業和私人資源在利用空間領域方面的重要性得到了強調，而國際空間合作也因戰爭而經歷了重大挫折。俄羅斯正在發展反衛星能力以及電子和網絡武器，而西方國家正在重新評估其安全優先事項并制定空間戰略。不斷變化的空間威脅、新的空間現象、雙重用途的能力，以及天基能力對社會重要功能的日益關鍵性，塑造了空間領域的伙伴關系和協作。同時，目前的全球空間治理框架在管理空間活動和空間安全方面是不充分和無效的。這為混合行動留下了機會，并使在空間尋求一致的反措施變得復雜。

混合威脅可被定義為協調和同步的行動，這些行動故意針對民主國家或機構的系統脆弱性，以達到戰略目標并創造預期的效果。行動通常是在多個領域進行的，而且敵對行為者也可以以創造全新的脆弱性為目標。空間領域對敵對行為者來說是一個誘人的目標，因為西方社會對天基系統的依賴比以往任何時候都大。空間領域與空中領域相互連接，這很容易造成連帶效應。天基系統也可以通過地基系統受到干擾和破壞。

混合威脅被認為針對13個不同領域，即基礎設施、經濟、情報、信息、網絡、外交、政治、文化、社會/社會、法律、軍事/國防、空間和行政。影響空間領域的混合威脅工具包括，例如，針對基礎設施的實際行動、創造和利用基礎設施的依賴性、外國直接投資、工業間諜、網絡間諜、網絡行動和電子行動（例如，干擾和欺騙）。利用法律中的門檻、不歸屬、差距和不確定性也是可能的，還可以利用法律規則、程序、機構和論點。作為對混合威脅工具的回應，也可以利用空間領域來創造對混合威脅的復原力，并作為適當反措施的平臺。

這份混合型共同利益工作文件著重于以下研究問題：

1）在俄烏戰爭中，空間領域是如何被使用的？

2. 空間領域是如何與其他混合威脅領域聯系起來的，以及使用了什么樣的工具？

3. 哪些服務已經成為目標，產生了什么樣的影響？

4. 誰是沖突中與空間領域有關的主要行為者？

5. 哪些空間能力已經被用來對付混合威脅？

6. 對混合型歐洲共同體的參與國有什么影響？

本文的結構如下。首先，作者介紹了天基服務以及它們如何在俄烏戰爭中使用。隨后討論了在戰爭中利用空間領域進行混合威脅活動，以及針對混合威脅的反措施。提供了使用空間領域的主要例子，并闡述了與其他混合威脅領域的聯系。還強調了選定的商業行為者和服務的作用。最后，提供了結論和建議。

俄烏戰爭期間使用的天基技術

衛星技術在現代社會中的應用很多，往往是看不見的。衛星是一個重要的基礎設施，使電信、交通、金融系統和能源網絡能夠可靠地運作。例如，衛星提供天氣數據，來自偏遠地區的新聞，以及開車或做運動時的定位服務。典型的衛星服務被分為四個主要領域，包括（1）定位、導航和定時（PNT）服務，（2）通信，（3）遙感，以及（4）科學和探索任務，通常旨在探索外層空間，與前三類相比，主要是為了支持地球上的生命。

軍事衛星服務包括衛星通信和PNT這樣的服務。監測能力用于以下服務：（1）導彈預警系統，（2）環境和天氣信息，以及（3）情報、監視和偵察（ISR）。軍事空間行動還包括將衛星發射到軌道上并操作它們，以及了解空間態勢。后者包括空間氣象服務，對衛星和其他空間物體運動的探測和建模，以了解對手能看到什么和做什么，以及探測對衛星的威脅（如空間碎片或導彈）的能力。空間技術是一項重要的輔助技術，通過提高部隊的機動性、協調性和行動的準確性，為提高部隊的表現提供了手段。因此，空間沖突被Szymanski定義為 "所有關于拒絕衛星對地球上的軍事力量或平民的支持--不是簡單地為了破壞而消除衛星系統"。

自俄烏戰爭開始以來，基于空間的服務在戰爭中發揮了不可或缺的作用。俄羅斯入侵烏克蘭的影響已經擴散到空間領域，影響了國際空間合作和空間服務的使用方式。所有上述能力都被積極利用，商業公司在支持軍事行動和民用需求方面發揮了越來越重要的作用。諸如HIMARS這樣的GPS制導武器已經被用來非常精確地打擊目標。基于衛星的監測已使戰場可能成為歷史上最透明的戰場。在戰爭中利用空間并不意味著你需要擁有自己的衛星。正如在俄烏戰爭中所證明的那樣，人們可以利用公共和商業衛星，以及盟友提供的服務。空間活動已經變得越來越商業化，今天90%以上的發射都是商業衛星。截至今天，所有軍隊都采用商業衛星服務作為其行動的一部分。烏克蘭部隊在其行動中使用了來自Starlink等公司的服務。衛星技術的一個重要用途是通過分享俄羅斯軍事車隊、建筑、飛機部署和其他關鍵事件的衛星圖像，在全球提高公眾對烏克蘭局勢的認識。這也突出了空間在情報和信息領域的重要性，無論是對于戰爭中的侵略者還是防御者。

空間領域的軍事存在和行動在未來可能最終擴展到摧毀天基基礎設施。俄羅斯已經展示了這種能力，在2021年11月的反衛星導彈試驗中拆毀了一顆衛星。可以說，最重要的太空目標將是直接向遠程軌道上的其他衛星轉發數據和指令的衛星，使它們成為關鍵太空系統的扼制點。對于沒有廣泛的世界性衛星地面控制站的國家來說，這一點尤其如此。然而，實際的太空戰將是最后的邊界，因為沒有人愿意摧毀或冒險使用太空資產的能力。這可能是不理想的后果，因為太空中的爆炸會產生大量的空間碎片，幾乎可以在任何地方危及空間安全和衛星服務。

空間和其他混合威脅領域之間的聯系

到目前為止，大多數可以針對空間領域的混合威脅工具利用了空間資產與其他領域的聯系。空間領域以前被視為與軍事/國防、經濟、基礎設施、信息和情報領域密切相關。然而，來自烏克蘭的證據揭示了與所有其他混合威脅領域的有意義的聯系。空間技術和空間環境容易受到混合威脅，特別是在網絡領域。

衛星系統有與平臺及其安全有關的網絡安全漏洞，地面基礎設施的接口，以及竊取和破壞數據，甚至關閉系統的可能性。與衛星系統有關的安全威脅，重點是衛星通信，最近已經被確認，有一些威脅涉及任何類型的衛星系統。干擾可以影響空間和地面資產。現代衛星的可編程性使得更新軌道上的衛星可以執行新的操作，這就為惡意的應用程序上傳到衛星上打開了大門。

與俄烏戰爭有關的一個例子是俄羅斯對Viasat衛星（KA-SAT）網絡的網絡攻擊，使烏克蘭的調制解調器無法運行，導致整個歐洲的組織出現了數千次中斷。該事件發生在入侵開始之前，大大影響了通信和共享態勢感知數據的能力。地面入侵者利用一個錯誤的配置進入衛星運營商的管理系統，然后指示大量的住宅衛星調制解調器從網絡中退出。該事件不僅顯示了衛星系統的脆弱性，而且還揭示了如果將具有安全弱點和漏洞的技術整合在一起，集成系統將具有更高的脆弱性。因此，在整合地面和衛星系統共同運作時，必須創建網絡原生設計，也就是說，從一開始就考慮到網絡問題。

俄烏戰爭已經廣泛表明，空間領域影響到其他混合威脅領域，既為惡意行為者提供工具，又為建立抵御威脅的能力提供資源。與所有混合威脅領域都有聯系。例如，大型衛星群可以作為一種替代性基礎設施，提供通信和PNT服務。在經濟領域，無法使用俄羅斯的發射能力在全球范圍內對商業衛星公司產生了影響，烏克蘭的航天工業在很大程度上被禁用。由于沖突期間對商業能力的使用增加，俄羅斯已經聲稱私人空間資產是戰爭中的合法目標，影響發生在法律領域。表1總結了空間和其他混合威脅領域之間的初步聯系。

表1. 俄烏戰爭中空間和其他混合威脅領域之間的聯系

混合威脅領域	與混合威脅和工具的聯系/影響	與應對混合威脅的聯系
基礎設施	衛星技術是能源、運輸和通信網絡等關鍵基礎設施的關鍵推動因素。	如果地面基礎設施被破壞，像Starlink這樣的大型衛星群可以提供一個替代的通信和PNT系統。
賽博	對衛星網絡（如Viasat）的網絡攻擊可以阻止烏克蘭的通信，并導致整個歐洲組織的服務中斷。俄羅斯正在積極干擾烏克蘭各地的GPS信號。已經有針對Starlink系統的黑客攻擊企圖。	空間公司和國家在實施空間系統和確保它們的網絡安全，以及培訓人們以安全的方式操作它們方面投入了更多努力。
經濟	烏克蘭的航天工業是喪失能力的。由于俄羅斯退出了合作，發射能力受到限制。經濟制裁可以被繞過： 俄羅斯通過盟友和黑市獲得了能力（例如，在無人機制造商大疆暫停在俄羅斯的業務后，俄羅斯仍然可以通過白俄羅斯和伊朗獲得無人機）。	私人空間部門通過雙重用途的空間資產找到新的市場。空間優先事項可能在國家和國際合作中被重新評估。人們必須意識到其他國家的投資對一個目標國家的空間基礎設施的影響。
軍事/國防	天基能力對于戰場上的情報、環境監測、導彈預警和指揮與控制是必不可少的。俄羅斯已經展示了新型武器的威脅，例如摧毀衛星。	衛星使我們有可能在危機出現之前就看到大規模的變化。歷史衛星數據可用于分析戰爭前的局勢，并幫助找到避免升級的方法。有必要調整戰略，制定應對新的空間武器和多樣化的空間威脅的方案。新的私營空間公司可以通過更深入的整合和伙伴關系被看作是傳統的軍事承包商。保護商業資產的需求在增長。
社會/社會性	天基能力可以在危機期間支持社會的重要功能，例如，Starlink確保了烏克蘭的互聯網可用性和通信。公民可以提供資產來支持行動，例如烏克蘭的 "dronations "運動，收集業余和商業用途的無人機；眾籌的ICEYE衛星；以及眾包的局勢意識。	眾籌資金用于購買新的衛星以支持行動。眾包促進了防御意愿和心理彈性： 生成軍事裝備的基層行動支持貢獻者的士氣，以及那些在前線的人。
(公共）行政管理	商業空間能力和信息對烏克蘭各部委很重要。國防部支持公開購買一顆ICEYE衛星。內政部將衛星圖像用于決策和與公民分享信息。	衛星提供了與公民聯系的手段，即使在地面基礎設施被破壞的情況下。
法律	俄羅斯聲稱私人空間資產是戰爭中的合法目標。俄羅斯指出，根據《外層空間條約》，將私人衛星用于軍事目的是挑釁性的，是有問題的。不樂意看到自己的設備被用于軍事目的的私人行為者也會使用法律論據（如無人機制造商大疆，它表示這種使用違反其原則，并有潛在的法律合規問題）。	天基能力可以支持歸屬問題，例如提供戰爭罪的證據。
情報	衛星使情報行動能夠在用其他手段工作非常具有挑戰性的地區進行。	衛星可以揭示陸地上的情報行動，探測例如設備和建筑區域。
外交	俄羅斯已經決定退出國際空間站的合作。在太空中，從俄羅斯延伸出來的國際緊張局勢日益嚴重。失去國際空間站作為一個外交工具和未來科學探索的平臺，對外交關系有重大影響。	促進可持續性和和平利用空間的準則、行動和措施應繼續下去，并鼓勵通過外交途徑擺脫危機。
政治	俄羅斯一直在努力將國際空間站政治化，到目前為止，它是一個純粹的科學合作平臺。其他國家和俄羅斯之間的國際合作被凍結了，預計在很長一段時間內都會如此。	俄烏戰爭表明了獲得衛星服務和區域主權的重要性。小國正在學習新的方法，以便在大國進攻時進行操作。例如，臺灣已經表示，如果中國對臺行動，它將建立一個基于衛星的互聯網。歐盟和北約之間的空間合作正在加深。
信息	俄羅斯已發表挑釁性聲明，稱商業和民用衛星資產成為戰時行動的合法目標。俄羅斯聯邦航天局曾試圖利用國際空間站進行親俄、反烏克蘭的宣傳。航天業有影響力的人，例如埃隆-馬斯克，已經對烏克蘭表示支持并給予指導。	衛星數據和高分辨率圖像有助于挑戰虛假信息。衛星被用來提供有關烏克蘭及其附近地區事件的最新信息。圖像在報紙和在線資源中與公眾分享。衛星使烏克蘭人民能夠接收國際信息。例如，遍布全國的Starlink終端提供可靠的信息來源，幫助減少俄羅斯宣傳的影響。
文化	由于俄羅斯的退出、日益緊張的局勢和對戰略自主權的日益追求，探索和發展空間的合作文化受到威脅。共同的價值觀可以促進區域內或志同道合的盟友之間的合作。	未來的空間合作可能會更加基于價值。空間的可持續利用是一個例子。在空間安全方面，尋求志同道合的伙伴進行合作。私人行為者可能必須在文化上對自己進行定位以進行合作。這種轉變可能會使全球空間治理框架的發展更加困難。

以空間能力對抗混合威脅

觀察戰爭期間的活動

如表1所示，空間技術也被積極用于應對混合威脅行動。例如，衛星實現了最新信息和新聞的共享，使烏克蘭的平民和軍事人員了解情況，而不顧地面渠道的信息操作。應對混合威脅的另一個重要因素是國家和領先的商業和公共組織之間的合作，如美國國家航空航天局和歐空局，空間行業有影響力的人一直在指明方向，也提高了人們對開發更好的空間系統的需求。這場戰爭通過政治對話和共同的信息傳遞加深了北約和歐盟之間的合作，為應對外國信息操縱和干擾等各種類型的威脅提供了更好的能力。這種戰略伙伴關系比以往任何時候都更加有力，支持烏克蘭自衛和保護其人民。歐盟的政治和安全委員會與北大西洋理事會之間定期舉行會議，各工作組之間也經常進行交叉匯報。合作的工作范圍包括，例如，在歐盟和北約防務規劃過程中，在需求重疊的地方作出努力。這場戰爭表明，擁有空間能力并不像獲得這些能力那樣關鍵。這一重要的認識可能會進一步推動國際空間合作和私營空間部門的崛起。為此，建立系統冗余和備用系統的重要性可能會被強調。總而言之，通過私有化和多樣化的空間威脅，能夠拒絕獲得空間能力的行為者群體將變得更加多面。

提高空間技術的復原力

這對于確保關鍵的空間技術在未來仍然有用是至關重要的。要回答的問題是如何提高空間技術的復原力并創建網絡防護系統。提高復原力的一個方法是納入冗余和使用幾個系統的可能性。這樣一來，單一系統的故障就不會妨礙通信能力，例如。最近的一個例子表明，行動不應該依賴單一的衛星通信系統，埃隆-馬斯克宣布Starlink衛星不能在克里米亞使用。這種限制對該地區的部隊行動有直接影響，因為如果不使用其他冗余系統，部隊和指揮部之間就無法有效建立聯系。

有多種網絡安全威脅，在過去設計 "舊空間 "系統時沒有得到適當考慮。必須從一開始就把新系統設計成網絡安全的系統，特別是確保地面部分的安全，防止地面的攻擊和漏洞。建議使用強大的認證和訪問控制程序，以增加系統的復原力。此外，有必要積極監測潛在的安全威脅，以便用適當的行動來減輕它們。這可以通過網絡安全操作中心（CSOC）來完成，它結合了監測和決策技術、人力資源管理人員和流程，以實現準確的網絡態勢感知，并積極應對檢測到的威脅。最好的CSOC是專門的設施，網絡安全分析師在那里持續工作，專注于防御戰略網絡上未經授權的活動。它們可以由民族國家或跨國公司建立和經營。在空間領域，歐空局正在資助開發，以確保歐洲層面的運作。然而，仍然需要為此開發更好的工具，培訓在空間領域工作的人，并開發動態頻譜管理機制，以更有效地保護系統免受干擾。

提高空間系統復原力和可持續性的手段包括空間安全和網絡安全，但也包括經濟和環境的角度。至關重要的是避免產生新的空間碎片，并改善空間碎片和威脅探測能力，以確保衛星服務將對未來幾代人保持有用。有必要開發更好的空間交通管理方法，衛星可以利用自動避免碰撞的程序，使它們能夠對威脅作出迅速反應。從俄烏戰爭中也可以看出，國家和空間領域行為者之間應加強進一步合作，并制定規則和措施，確保和平利用空間。

戰爭期間空間領域的主要行為者和合作形式

全球行為者

在空間領域有積極的全球行為者，如美國、歐盟、中國、俄羅斯和北約。美國有跨越ISR、GPS和連接的能力，而歐盟有自己的定位和地球觀測的旗艦計劃（伽利略和哥白尼）。歐盟還計劃建立自己的安全連接系統，稱為IRIS，作為一個新的旗艦和一個專門的衛星通信基礎設施。這是歐洲目前最重要的空間計劃，旨在支持關鍵用戶和普通公民。中國擁有北斗定位系統、反衛星（ASAT）導彈能力，即摧毀衛星的手段，以及包括月球車在內的深空任務。俄羅斯在發射器、人類和科學任務以及定位方面有長期經驗。最后，北約自2019年起將空間作為其行動領域，利用空間來支持通信、導航和情報等領域的行動和任務。通過使用衛星，北約及其成員國能夠以更快、更有效和更精確的方式應對危機。

國際合作和發射活動

由于戰爭，俄羅斯已經退出了國際空間合作，這對國際空間業務和發射活動產生了重大影響。俄羅斯已經拒絕為西方國家進一步發射任何衛星。聯盟號火箭在建造和供應國際空間站，以及通過定期助推使空間站保持在軌道上方面發揮了作用。目前正在尋找替代品，幸運的是，例如SpaceX已經展示了其向國際空間站發射宇航員的能力。然而，到目前為止，這些發射在很大程度上影響了商業運作，載人飛行也按計劃實施。盡管如此，戰爭的影響在各種形式的合作中是可見的。最近，俄羅斯宇航員和國際空間站指揮官奧列格-阿爾捷米耶夫在9月28日將空間站的指揮權移交給薩曼莎-克里斯托弗雷蒂時說，"戰爭將在各地結束"，她是歐洲國際空間站的第一位女指揮官。戰爭也在催生新的合作形式。中國和俄羅斯宣布合作開發定位系統，將北斗和格洛納斯系統的準確性和可靠性提高到GPS的水平。兩國同意在對方的土地上建立衛星地面站，以提高系統的互操作性。然而，已經很明顯的是，戰爭已經影響了未來許多年內空間產業的基本合作精神。圖1展示了積極參與俄烏戰爭的不同空間行為者的情況概述。

圖1. 俄烏戰爭期間的商業和公共活動以及對國際合作的影響

衛星通信	無人機通信和實現無人機打擊；信息共享和反擊錯誤信息；指揮和控制：支持反擊和炮擊；網絡攻擊的目標
光學和SAR成像	近乎實時的情報和監測：對烏克蘭及周邊地區的大規模態勢感知；眾籌衛星支持軍事；媒體中顯示戰爭恐怖的公共信息；歸屬和指控的證據
國際合作	俄羅斯退出國際合作；衛星發射能力下降；合作精神減弱；重點轉向支持國家/地區主權的活動；中俄合作開發PNT系統

私人公司

私營公司的作用，以及他們提供的服務和設備，從戰爭開始就至關重要。私人行為者的作用可以通過一些關鍵行為者和他們對俄烏戰爭的影響來證明。

SpaceX公司提供了Starlink終端和衛星容量，以支持烏克蘭開展的行動。Starlink已被用于提供連接，以支持反擊或炮擊，并實現從任何地點的縮放通話。這種影響是巨大的，特別是在民用連接、指揮和控制以及情報和態勢感知領域。Starlink連接已被用于監測和協調無人駕駛飛行器，從無人機發送視頻流，并實現無人機的打擊。SpaceX在衛星發射業務中也是一個重要的商業參與者。俄羅斯過去曾發射過許多西方衛星，但由于戰爭，這種活動突然停止。這增加了SpaceX的主導地位，現在它甚至為Starlink在互聯網業務中的競爭對手，如OneWeb，提供發射服務。

Maxar公司正在運營分辨率非常高的衛星。戰爭期間，Maxar和其他商業運營商，如Planet Labs和Pléiades Neo，提供了覆蓋俄羅斯車隊、部隊和機場活動的高質量圖像，這些圖像被新聞界廣泛使用。這些信息在為軍事計劃和公眾對戰爭的看法提供信息方面發揮了關鍵作用。從戰爭一開始，所提供的情報就被用來獲取烏克蘭及其周邊地區的大規模態勢感知數據。圖像顯示了該國境內和附近地區的部隊和車輛的移動情況，并證實了飛機和基礎設施的損壞。使用該數據的一個例子是，首先揭示了6月20日在白俄羅斯靠近烏克蘭邊境的Zjabrovka機場的軍事裝備的堆積，隨后確認了8月10日爆炸對裝備造成的損害。

ICEYE允許烏克蘭武裝部隊以高重訪頻率接收關鍵地點的雷達衛星圖像。與Maxar光學數據不同，合成孔徑雷達（SAR）技術允許透過云層和在夜間成像，為獲得態勢感知數據提供了新的機會。一顆ICEYE衛星是由烏克蘭私人募集的資金購買的。最近有報道說，它在運行的頭兩天檢測到了60多個單位的敵方軍事裝備。因此，俄羅斯軍隊損失的裝甲車價值超過了整個眾籌衛星項目的成本。

烏克蘭的航天工業源遠流長，戰前處于活躍階段，建立了一個不斷增長的私營產業。然而，由于俄羅斯的入侵，它已經被拋入了懷疑之中。許多在初創企業工作的專業人士已經成為士兵。國家空間專業人員希望烏克蘭能夠重新評估空間優先事項，關注新空間時代的安全和技術，隨著私營公司的強勢崛起和小型衛星的使用，并拋棄蘇聯的殘余。然后，一個新的烏克蘭航天工業可以成為烏克蘭安全的基礎，從長遠來看，甚至支持其盟友的空間能力發展。烏克蘭太空專業人士表示，來自埃隆-馬斯克等大人物的公開支持，已經提振了烏克蘭的士氣，并通過指出前進的方向影響了許多組織和政府領導人。如果航天業的領導人與烏克蘭站在一起，這將為在經濟上孤立俄羅斯而努力。

無人機技術相關行為者

無人機在戰爭中發揮了明顯而重要的作用，比迄今為止的任何重大沖突都要大。雙方都使用了數千種不同的空中平臺，包括軍用無人機和小型現成的無人機。像土耳其的Bayraktar這樣的軍用無人機被用于情報行動，以確定敵人的目標，并引導炮火向他們開火。它們在擊沉 "莫斯科 "號軍艦中發揮了作用。小型、廉價的無人機被用來作為神風特攻隊的炸彈，但也被用來發現目標和引導攻擊。作為積極使用無人機的結果，反無人機技術，如用于跟蹤的雷達系統，以及使導航能力失效的定向電磁脈沖，也越來越多地被作為行動的一部分使用。

無人機的使用將許多行為者與戰爭聯系起來。據推測，在西方制裁之后，俄羅斯從伊朗和白俄羅斯以及通過黑市渠道獲得了無人機，而無人機制造商大疆也暫停了在俄羅斯和烏克蘭的商業活動。同時，烏克蘭部署了由普通公民捐贈的業余和商用無人機。

信息領域促進空間的行為者

在與空間有關的信息領域，有影響力的個人的作用是顯而易見的。SpaceX創始人Elon Musk發表了強烈的，甚至是挑釁性的聲明，以獲得對烏克蘭的支持，但也矛盾地強調了由于資金問題，衛星服務可能中斷。在光譜的另一端是時任俄羅斯航天局局長德米特里-羅戈津試圖進行親俄和反烏克蘭的宣傳，并威脅要退出國際空間站合作。法律和道德方面一直是俄羅斯信息活動的一部分（宣布商業衛星為戰爭目標，并指責烏克蘭和西方違反《外層空間條約》）。

信息運動的影響很難評估，但盡管俄羅斯有相反的意圖和嘗試，對信息領域的利用最終使烏克蘭的道路變得更加平坦，因為它使戰爭變得明顯，并使其處于公眾的視野中。烏克蘭從西方國家獲得了驚人的堅實支持。例如，歐盟和五角大樓已經考慮為烏克蘭的星聯衛星網絡提供資金。

討論與結論

自俄烏戰爭開始以來，空間一直發揮著重要作用，軍事力量有效地利用歐洲和美國服務供應商的商業能力來實現其行動。這場戰爭表明，空間領域在戰爭升級之前，即在門檻以下的階段，以及在戰爭期間，都是至關重要的。它在戰爭結束后也是必要的，例如，在評估地區的損害和安全以及為法律歸屬提供證據時。空間領域影響到其他混合威脅領域，既為惡意行為者提供工具，又為建立抵御威脅的復原力提供資源。空間技術和空間環境容易受到混合威脅的影響，特別是在網絡領域，對衛星通信系統的網絡攻擊不僅在烏克蘭而且在其他地區產生了重大影響。

戰爭中的空間領域已經影響到烏克蘭的軍事行動和平民社會的安全。另一方面，民間行為者在天基能力的幫助下，被賦予了支持戰爭的能力。信息領域已經利用天基能力來說明和敘述戰爭。這場戰爭在許多國家產生了巨大的影響，消除了軍事技術的污名。在戰爭之前，有大量的組織根本不想把自己與軍事領域聯系起來，而現在許多商業公司正自豪地介紹他們產品的雙重用途能力。這可能會導致歐盟和北約國家對軍事能力發展的支持增加，因為這些能力被認為可以更廣泛地增強社會的復原力。在戰略防御能力發展項目的工業合作中納入兩用技術的興趣可能會增加。這也將提出政府保護商業資產的意愿和能力問題。

從空間領域的角度來看，沖突的主要行為者包括全球行為者，如美國、俄羅斯、北約和歐盟，但也包括前所未有地增加的私營公司及其空間資產的作用。特別是SpaceX公司，作為通信技術和發射服務的提供者，其全球作用已經增加。在Starlink的幫助下，眾包態勢感知，以及眾籌作為資助空間能力的工具，已經表明個人作為安全行為者在現代社會中的作用越來越大。如果有效利用，這一發展將促進全面安全，并在未來建立復原力。然而，這種類型的授權可能是雙向的，這意味著個人在部署空間能力的惡意活動中的作用可能在未來增長，適當地改變和增加混合威脅的潛力。然而，盡管安全行為者的角色模糊不清，政府和當局的法律責任不會消失。個人可以為安全作出貢獻，但他們不能被視為對確保安全負責，因為只有當局擁有法律規定的管轄權。

戰爭將通過合作形式和環境的變化、空間能力的重新優先化、商業技術和服務的增加以及更多的用途，對空間領域的發展產生長期影響。同時，戰爭增加了區域對戰略自主的努力，例如歐洲實施自己的衛星通信星座的目標。

基于這項研究的初步影響可以歸納為四個關鍵的啟示：

1.眾包態勢感知的力量已經在戰爭中得到了體現。然而，部分不清楚如何驗證眾包數據并防止在決策中納入故意的惡意數據。空間技術在這里可以有相關的用途，例如，用衛星成像來驗證報告的事件。公民在支持行動中的作用越來越大，引起了關于當局的責任和作用的法律問題。

2.俄烏戰爭為基于衛星的技術鋪平了道路，使之成為軍隊和平民容易獲得的日常工具。這不僅可以促進對軍事領域的混合威脅的復原力，也可以促進心理上的復原力。在危機和戰爭情況下做出貢獻的能力，以及做一些具體和有形的事情，將促進和維持個人的心理復原力和防御意愿。復原力也可以通過信息領域得到支持：在危機中，人們會要求獲得關于局勢的最新信息。通過衛星檢索的數據將有助于滿足這一需求。它也可以有利于打擊混合威脅的信息運動，以及人們對信息領域的影響活動的復原力。

3.在軍事行動中使用商業空間資產正在模糊戰爭中軍事和民事行為者之間的界限。烏克蘭的人們已經集資購買了一顆衛星來支持行動，這顆衛星已經成功地用于軍事行動。商業行為者甚至不一定知道他們的技術是雙重用途的。因此，參與戰爭的決定無意中被外包給了使用商業行為體技術的人。這在道德上可能是有問題的，因為一些行為者希望不參與戰爭或選擇自己的一方，并拒絕敵對行為者獲得其資產。評估空間領域的威脅--即構成威脅的能力和行為者，以及評估潛在影響--變得越來越困難。

4.衛星技術的發展及其使用也促進了可用于軍事目的的新能力組合。無人機已經對烏克蘭的行動產生了重大影響，并將在未來其他地方的沖突中發揮突出作用。因此，各國應發展其在無人機和反無人機技術方面的能力。當無人機配備了衛星連接，它們可以在非常大的區域內有效使用，這一發展也得到了歐洲航天局的支持。顯然，空軍將需要為無人機行動做更多的準備。無人機的作用在門檻以下的階段也可能會增長。除了軍事方面，無人機可能對其他安全機構和社會的重要功能，如關鍵基礎設施，構成越來越嚴重的威脅。

摘要

這項工作探討了使用人工智能（AI）來加強海軍戰術殺傷鏈。海軍行動對水兵提出了很高的要求，要求他們在與艦隊指揮結構協同操作各種作戰系統的同時，保持對態勢的認識，執行任務，并為沖突做好準備。海軍行動由于涉及到武器的使用而變得更加復雜。涉及武器使用的一系列戰術過程和決策被稱為殺傷鏈。一個有效的殺傷鏈需要識別和了解威脅，確定行動方案，執行選定的行動，并評估其效果。殺傷鏈是一個特別緊張的戰術行動類別，因為它們必須在有限和不確定的知識下，在關鍵和苛刻的時限內，依靠各種先進的技術系統，在高度動態和變化的環境中實施，并造成嚴重后果。海軍正在研究人工智能作為一種新興技術，通過減少不確定性、提高決策速度、加強決策評估來改善殺傷鏈行動。本文介紹了對人工智能方法在支持海軍戰術殺傷鏈的特定功能方面的功效評估。

引言

海軍作戰是動態的，在沖突期間，它們變得高度復雜。在海洋環境中與作戰人員團隊一起操作各種先進的技術系統（包括艦艇、飛機、傳感器、通信系統和武器），建立了一個具有挑戰性的行動基線。在沖突或危機情況下，行動的節奏加快，并可能變得非常不穩定；對形勢的認識和對戰斗空間的了解充滿了不確定性；有效的決定對任務的成功至關重要，并會帶來沉重的后果。

一場涉及武器交戰的海軍悲劇是1998年美國海軍 "文森 "號巡洋艦發射的地對空導彈擊落了商用飛機空客A300，機上290名乘客全部死亡（Pasley，2020）（如圖1所示）。這場悲劇涉及到壓力下的時間關鍵性決策（Johnston等人，1998）。

圖1.美國海軍文森號從甲板上發射導彈。

這一事件代表了海軍行動中決策的復雜性，并特別強調了觀察-定向-決定-行動（OODA）循環中的挑戰，這是由約翰-博伊德在1950年代開發的行動活動模型（瓊斯，2020）。人為錯誤、人類認知的局限性和海軍行動固有的決策復雜性導致OODA環路的挑戰，更具體地說，是殺傷鏈過程的挑戰（馮-盧比茨等人，2008，Szeligowski，2018）。殺傷鏈功能是涉及使用武器系統的戰術活動和決策。一個有效的殺傷鏈需要正確設置和使用艦載傳感器，識別和分類未知的接觸，根據運動學和情報分析接觸意圖，認識環境，以及決策分析和戰爭資源選擇（O'Donoughue等人，2021，史密斯，2010，趙等人，2016）。這項研究源于尋找方法來支持水手和作戰人員以及他們在海軍行動中必須做出的經常是復雜的決定。

最近在人工智能和先進數據分析方面的進展導致了海軍的研究，以確定如何利用這些方法來支持廣泛的海軍應用。正在研究人工智能方法在海軍后勤、任務規劃、物理安全、自主系統和網絡安全方面的潛在應用（Heller，2019，Mittu和Lawless 2015）。

在海軍研究使用人工智能方法的過程中，殺傷鏈是另一個備受關注的主要應用。概念性研究提出將人工智能用作認知助手和人機協作（Iversen和DiVita，2019年；Ding等人，2022年；Johnson 2019年；Grooms，2019年；Albarado等人，2022年）。使用人工智能從多個來源的數據融合中提取知識和作戰環境的情況意識的研究正在成熟（Zhao等人，2018）。

這項研究著眼于整個海軍戰術OODA環，以評估使用人工智能來改善每個特定的殺傷鏈功能。圖2顯示了海軍海上戰術領域的概念圖，作為利用人工智能方法和技術的重點。該圖用軍事術語描述了殺傷鏈OODA循環功能的循環性質：發現-修復-追蹤-目標-接觸-評估。該研究探討了使用人工智能來加強這些功能，因為它們被用于海軍藍軍在海洋領域防御紅軍的威脅。

圖2. 概念圖：人工智能賦能海軍戰術殺傷鏈行動。

本文首先回顧了海軍戰術殺傷鏈，描述了戰術戰爭過程模型，并確定了一組28個殺傷鏈功能作為本研究的主題。下一節總結了適用于殺傷鏈的人工智能方法。隨后描述了為本研究開發的評估框架。本文最后介紹了這項研究的結果--人工智能方法與殺傷鏈的映射。

海軍戰術殺傷鏈

分析開始于對海軍作戰相關的戰術操作模型的研究，以便以一種能夠與人工智能方法相一致的形式獲取對殺傷鏈的描述。目標是建立一個海軍戰術殺傷鏈的描述，以： (1)代表海軍戰術領域中與戰斗有關的行動，(2)具有足夠的通用性，以模擬廣泛的戰術決策和行動，(3)被分解到適當的水平，以確定個別和獨特的過程。

殺傷鏈這個術語是指涉及使用武器的攻擊結構。該過程被描述為一個鏈條，以說明用武器攻擊目標需要一套完整的端到端決策和行動，任何階段的中斷都會破壞該過程。Clawson等人（2015）將殺傷鏈描述為 "成功使用特定武器對付特定威脅所需的任務或功能"。殺傷鏈過程包括目標檢測、選擇與目標交戰和選擇武器所涉及的決策，以及攻擊的實際執行。

約翰-博伊德的OODA循環模型是理解戰術行動的基礎，它代表著觀察、定向、決定和行動。圖3展示了OODA循環模型--強調了循環發生的四個階段的行動或過程。在觀察階段，數據和信息被收集。在定向階段，這些信息被處理、融合和分析，以提供對形勢的認識。在決定階段，藍軍決定是否需要采取行動以及這些行動應該是什么。在行動階段，行動被執行，并收集更多信息以確定是否產生了預期的效果。OODA循環對軍事思想有半個多世紀的影響，并幫助塑造了戰爭系統的發展和戰爭理論（Angerman 2004）。OODA循環模型已被用于預測和理解軍事行動反應時間（Hightower 2007）、認知戰術決策（Plehn 2000）、指揮和控制系統及網絡的設計目標（Revay 2017），甚至是高級軍事戰略制定（Hasik 2013）。在現實世界的戰術行動中，許多OODA循環的活動都是動態的、循環的和并發的。

圖3. 殺傷鏈OODA環

OODA循環模型為理解殺傷鏈過程提供了基礎，并導致了對圖4所示的查找-修復-跟蹤-目標-評估（F2T2EA）殺傷鏈過程模型（參謀長聯席會議，2013）的研究。F2T2EA是另一個以軍事術語描述殺傷鏈的過程模型。F2T2EA模型將戰術功能分為六類，并強調戰術行動的周期性。F2T2EA抓住了戰術戰爭功能、決策和行動的細微差別，為人工智能的映射提供了一個更詳細的框架，以激發具體、全面和獨立的殺傷鏈功能。

圖4. F2T2EA殺傷鏈周期。

這項研究開發了一套28個殺傷鏈功能，列于表1。該表顯示了這些功能是如何被歸入OODA和F2T2EA殺傷鏈過程模型的。建立一套具有一定獨立性的不同功能的目的是為了支持特定的人工智能方法與特定的殺傷鏈功能的映射，同時保持它們能夠代表戰術行動中發生的各種海軍決策和行動。

表1. 28個殺傷鏈功能

殺傷鏈的功能是通用的，適用于涉及 "殺傷"行動的各種戰術行動。在這項研究中，殺傷鏈可以支持進攻性打擊和防御性任務；殺傷可以是硬的，也可以是軟的。這允許使用非致命性和反措施行動，以消除對手的資產，完成戰術任務。

在沖突或危機期間，戰術行動的實施涉及殺傷鏈功能的復雜、動態和循環組合。這些功能會重疊、同時發生、重復出現，并且往往需要根據威脅情況進行多次實例化。"尋找 "和 "修復 "將是持續的功能；"跟蹤 "將出現在探測到的每個物體上；"瞄準 "將對被認為有威脅的物體進行；"交戰 "和 "評估 "將對需要殺傷（或解除）行動的威脅實施。

隨著海軍探索殺傷鏈功能的自動化并考慮使用人工智能方法，殺傷鏈功能的特點也開始發揮作用。殺傷鏈與它的威脅情況密切相關。這種作戰環境在許多方面決定了殺傷鏈的時間軸、交戰幾何、局勢動態、不確定性水平和整體復雜性。表2確定并描述了影響人工智能如何被利用來提高自動化和支持戰術決策的殺傷鏈功能的條件。

表2. 殺傷鏈功能特征

表2中列出和描述的特征具有相互依賴性，這些特征源于任務目標、威脅情況的復雜性以及藍軍資產的結構和能力。任務的性質--進攻性或防御性--確定了事件的初始時間線。威脅情況會影響這個時間線，并影響動態、決策風險水平和整體不確定性。藍軍資產的結構和能力影響到可用的決策選擇。殺傷鏈的決策有許多考慮因素，包括傳感器的覆蓋范圍、對對手意圖的評估、交戰策略、交戰規則和要使用的武器。這些復雜和相互依存的特性影響到可接受的決策風險和不確定性水平，并最終影響到整個殺傷鏈過程中可接受的自動化水平。

這項研究檢查和評估了特定人工智能方法的潛力，以加強特定的殺傷鏈功能。其目的是通過提高自動化程度來改善整體戰術任務--不一定要取代人類決策者，但要支持戰術決策--特別是當殺傷鏈決策過程變得高度復雜時。

人工智能

美國國防部（DoD）將人工智能描述為 "機器執行通常需要人類智慧的任務的能力--例如，識別模式、從經驗中學習、得出結論、進行預測或采取行動--無論是以數字方式還是作為自主物理系統背后的小軟件"（艾倫2020）。人工智能是一個包括許多不同方法的領域，目標是創造具有智能的機器（Mitchell 2019）。人工智能領域正在迅速發展，國防部正在積極研究如何將人工智能有效地應用于軍事任務（GAO 2022）。

DARPA的Launchbury（2017）將人工智能的發展描述為三波，如圖5所示。第一次浪潮（約1970年代至1990年代）產生了基于規則的專家系統，可以推理，但沒有學習或歸納的能力。第二波（約2000年至今）產生了先進的統計大數據學習和深度神經網絡，它們可以感知和學習，但推理或概括的能力有限。第三次浪潮，剛剛開始（2020年及以后），將以上下文適應為特征，在推理和概括能力方面取得進展。未來學家預測，第四次浪潮（2030年及以后）將導致人工通用智能，使機器能夠執行人類能夠執行的任何智力任務（Jones 2018）。

圖5. 三次人工智能浪潮

這項研究專注于三次人工智能浪潮中的人工智能方法，這些方法已經在不同的應用領域得到了證明，或者目前正在研究和開發中。該團隊研究了廣泛的人工智能相關主題（在表3中列出并描述），以便為評估提供知識基礎。

表3中描述的主題是方法、學科和支持能力的類別，它們可能直接影響到為殺傷鏈有效部署AI的能力。每種方法的實施方式將決定未來人工智能支持的殺傷鏈的不同方面。人工智能內部工作的可解釋性和人機合作的能力將影響作戰人員與人工智能系統的互動和信任。特征工程、數據管理和實用功能將影響到人工智能系統的內部運作，因此也影響到人工智能系統的輸出和決策建議。博弈論、決策論、模糊邏輯、融合、空間-時間推理、進化和遺傳算法、預測性和規定性分析以及聯邦學習等學科被納入的方式將決定未來人工智能系統的設計和架構。表3中的人工智能相關主題被用于本文下一節解釋的定性評價。

表3. 人工智能相關主題在殺傷鏈研究中的考慮

該團隊選擇了八種具體的人工智能方法（在表4中列出并描述）用于殺傷鏈的映射。這八種人工智能方法是感知、學習、抽象和推理以獲得更好的知識、預測性能、開發和評估決策選項（或戰術行動路線）的不同技術。它們被認為有可能為殺傷鏈過程的不同方面提供價值，同時也代表了一組不同的人工智能方法，以促進對人工智能如何改善殺傷鏈的更全面的評估。

表4. 八種具體的人工智能方法用于殺傷鏈的映射

目前，人工智能方面的許多進展正在進行中。這項研究確定了感興趣的主題和具體方法，顯示出加強戰術殺傷鏈的強大潛力。本文對這些主題和方法進行了總結。關于人工智能主題和方法的更詳細描述載于本研究的頂點報告（Burns等人，2021）。

評估框架

這項研究開發了一個框架，以評估人工智能方法對殺傷鏈特定功能的適用性。該評估包括兩個部分： (1)從殺傷鏈功能的角度進行的定量分析，以及(2)從人工智能主題的角度進行的定性分析。

第一個部分是基于一套決策點問題形式的四個評價標準（列于表5）、一種評分方法（列于表6）以及與四個決策點中的每一個相關的評價過程。該框架的這一部分產生了一個量化的評價，以評分的形式表明特定人工智能方法對支持或實現特定殺傷鏈功能的適用程度。該小組在應用評分標準時進行了主觀判斷。

表5. 評估決策點問題

表6. 評分標準

第一個決定點要求對每個殺傷鏈功能進行評估，以確定需要什么樣的輸出，并對每個人工智能方法進行評估，以確定其產生的輸出類型的特點。表5顯示了每個決策點的輸出類型。定量輸出包含實數值。定性輸出包括分類數據。集群形式的輸出指的是由強烈關聯的質量分組的數據，通常用于在數據集中尋找模式。基于規則的輸出是一系列的if/then因果規則。表7顯示了對28個殺傷鏈功能之一的評分評估的例子，第25條 "確認影響"。對于這個功能，團隊確定可以使用數據集群來協助特征描述過程，還注意到可解釋的輸出是強制性的，而且預測器的數量較少，以便能夠有更高的準確性。顏色方案表明，聚類是最適合的人工智能/ML方法，邏輯回歸和關聯也可能為殺傷鏈功能提供一些支持。

表7. 25號功能（確認影響）的評分示例

第二個決策點需要對殺傷鏈過程進行評估，以確定什么類型的數據可用，什么類型的學習方式適合每個功能。如果一個包含預測因子和響應變量的完全標記的數據集可用于人工智能的訓練和開發，監督學習將是一個合適的方法。如果殺傷鏈過程中的一個步驟在其數據集中包含預測因素，但沒有響應變量，那么無監督學習將是合適的方法。最后，如果一個殺傷鏈過程有部分或無標記的數據集可用，并且還與一套定義明確的一般規則有關，可以為訓練人工智能學習系統提供反饋，那么強化學習將是一個合適的方法。

第三個決策點根據對人工智能方法的內部運作需要多少可解釋性（或透明的洞察力）來評估每個殺傷鏈功能（XAI=可解釋的人工智能）。為了本研究的目的，這三個選項是基于對要求強制性XAI、希望的XAI或不要求XAI的定性評估。

第四個決策點是根據充分代表殺傷鏈過程不同方面所需的預測因子（或特征）的數量來評估特定人工智能方法的功效。表征與每個殺傷鏈功能相關的決策空間的特征可能會根據現實世界的情況而改變。ML模型需要代表這些特征，并使用輸入變量或預測器來實現。ML模型代表現實世界的方式和相關的特征數量將影響適當方法的選擇。本研究根據輸入特征的數量確定了三類預測器： 1-9，10-99，和100+。

評價框架的第二部分是基于對人工智能相關主題和方法的調查，以及對每種方法的好處和局限性或挑戰的定性評估，因為它們可能適用于殺人鏈領域。這部分評價是從人工智能方法及其對殺傷鏈的普遍適用性這一更廣泛的角度進行的。上一節中的表4列出了被評估的人工智能主題和方法。

人工智能到殺傷鏈的映射

這項研究的結果被總結為兩個人工制品：表8中的映射為每個殺傷鏈功能推薦了最合適的人工智能/ML方法，表9中對戰術領域的人工智能相關方法進行了定性評價。

表8. AI/ML方法到殺傷鏈的映射

表9. 對戰術領域的人工智能相關方法進行了定性評價

表8所示的定量圖譜是對28個殺傷鏈功能中的每一個功能進行決策點評估的結果。每個功能的單獨記分卡可以在相關的頂點報告中找到（Burns et al, 2021）。雖然大多數記分卡導致了一個明確的主導AI/ML方法的適用性，但有四個殺傷鏈功能被評估為有一個以上的潛在方法可供選擇。在8種打分的AI/ML方法中，只有4種得分高到可以進入最終映射：聚類、關聯、邏輯回歸和線性回歸。

定性分析的結果是對人工智能相關的方法和主題以及它們與殺雞用牛的相關性的評價。表9包含了定性評價的結果。

結論

總之，這種映射分析從兩個方向進行：（1）從殺傷鏈開始，將人工智能方法映射到各個殺傷鏈的功能；（2）從人工智能方法和相關主題開始，評估它們對殺傷鏈的潛在效用。由該研究小組開發的第一種方法遵循了一種使用四個決策點的量化評分方法。第二種方法是對各種人工智能方法和相關主題進行調查，并對每種方法與未來人工智能殺傷鏈決策輔助工具的潛在關聯性進行定性評估。

定量分析顯示，一小部分人工智能方法將是為殺傷鏈功能提供高級自動化支持的最佳候選方法。這些方法是：聚類、關聯、邏輯回歸和線性回歸。他們被評估的對殺傷鏈的優越效用是基于他們產生的輸出類型，他們使用的機器學習類型，他們對用戶的可解釋能力，以及他們需要的代表性預測器或特征的數量。這種分析性映射方法是 "自下而上 "的，因為它的起點是傳統的殺傷鏈功能集。它假設各個人工智能方法將被分到各個獨立的殺傷鏈功能中。這預設了一個特定的設計方案，并對殺傷鏈決策輔助工具的未來架構做出了限制。

第二個映射分析是定性的和高層次的，它想象了各種人工智能方法和相關主題的未來潛力，以實現和/或支持未來的人工智能輔助殺傷鏈的決策。這種分析方法是 "自上而下 "的，因為它從一種人工智能方法或感興趣的領域開始，并從整體上評估其與殺傷鏈的一般相關性，而不強加一個特定的設計或被分配到一個特定的功能。這項分析確定了13個與人工智能有關的主題，這些主題可能為未來的殺傷鏈提供效用。人工智能正在成為許多軍事應用中的一項技術。海軍將從人工智能在許多行動中的應用中獲益，包括殺傷鏈。對人工智能增強和/或人工智能啟用的殺傷鏈進行有效和適當的設計和工程，對于實現對同行競爭對手的戰術優勢以及確保其用于支持武器系統的安全性和可靠性至關重要。該項目提供了一個分析基礎，作為繼續研究人工智能在殺傷鏈中的應用的起點。該分析將具體的人工智能方法與殺傷鏈的28個功能相聯系，并確定了人工智能方法和相關主題，這些方法和主題顯示了加強和促成未來海軍殺傷鏈的潛力。這項研究建議繼續研究人工智能和ML在戰術殺傷鏈中的應用。

本報告總結了迄今為止在路線偵察領域的本體開發的進展，重點是空間抽象。我們的重點是一個簡單的機器人，一個能夠感知并在其環境中導航的自主系統。該機器人的任務是路線偵察：通過觀察和推理，獲得有關條件、障礙物、關鍵地形特征和指定路線上的敵人的必要信息。路線偵察通常是由一個排的騎兵和非騎兵進行的。這項研究探討了機器人執行部分或全部必要任務的合理性，包括與指揮官進行溝通。

1.1 背景與動機

這是一項具有挑戰性的對抗性任務，即地形穿越加上信息收集和解釋。偵察的解釋方面需要考慮語義學--確定相關的信息和確定它如何相關（即有意義）。語義信息在本質上是定性的：例如，危險是一個定性的概念。為了將危險與某些特定的區域聯系起來，我們需要一種方法來指代該區域。這意味著至少能夠給空間的某些部分附上定性的標簽。

Kuipers在他的空間語義層次的早期工作中指出了空間的定性表示對機器人探索的重要性。例如，層次結構的拓撲層次包含了 "地方、路徑和區域的本體"，歸納產生了對較低層次的因果模式的解釋。

最近，Izmirlioglu和Erdem為定性空間概念在機器人技術中的應用提供了以下理由：

• 各種任務，如導航到一個目的地或描述一個物體的位置，涉及處理物體的空間屬性和關系。......或某些應用（如探索未知環境），由于對環境的不完全了解，可能并不總是有定量的數據。......可理解的相互作用和可接受的解釋往往比高精確度更可取（Kuipers 1983）。對于這些應用，定性的空間關系似乎更適合。

對于負責路線偵察的無人地面車輛（UGV）來說，其架構中的不同模塊將消費和產生語義信息：負責語義感知和目標識別、計劃和執行、自然語言對話等的模塊，加上主要負責維護信息的語義世界模型。例如，在美國陸軍作戰能力發展司令部陸軍研究實驗室的自主架構中，語義/符號世界模型被用來 "實現符號目標（例如，去接近一個特定的物體）"，*其中接近是一個語義概念。

一個關鍵問題是如何在世界模型和其他模塊之間分配維護和處理不同類型語義信息的責任。從語義世界模型的角度來看，這取決于有多少符號推理是合適的。例如，假設要接近的物體位于一個給定區域的某個位置，而不是靠近該區域的外部邊界。一旦機器人靠近物體，就可以推斷出機器人在物體的位置附近，而且也在同一區域內。如果有公制信息，就可以用幾何例程得出這個結論。在沒有公制信息的情況下，是否會出現在純粹的定性空間中推斷有用的情況？

本報告不涉及這個問題。我們的目標是確定什么應該被代表，而把如何代表和在哪里代表留給未來的工作。

1.2 路線偵察

以下片段取自FM7-92中對路線偵察的描述。空間表達是彩色的，周圍有一些文字作為背景。

• 路線偵察的重點是獲得關于一條指定路線和敵人可能影響沿該路線移動的所有地形的信息。路線偵察的方向可以是一條道路、一條狹窄的軸線（如滲透通道），或一個總的攻擊方向......防御陣地。......部隊可以機動的可用空間......所有障礙物的位置和類型以及任何可用的繞道位置。障礙物可包括雷區、障礙物、陡峭的峽谷、沼澤地或核生化污染 ......沿途和鄰近地形的觀察和火力范圍 ......沿途提供良好掩護和隱蔽的地點 ......。橋梁的結構類型、尺寸和分類。著陸區和接駁區。與路線相交或穿越的道路和小徑。. . 如果建議路線的全部或部分是道路，則該排認為該道路是一個危險區域。它使用有掩護和隱蔽的路線與道路平行移動。當需要時，偵察和安全小組靠近道路，以偵察關鍵區域。

路線偵察的結果是一份報告，以圖表的形式，并附有文字說明。FM7-92給出了一個例子，我們可以從中提取一些更必要的概念：

• 網格參考。磁性北方箭頭..道路彎道..陡峭的坡度..道路寬度的限制（橋梁，隧道等）..岔道的位置..隧道..

讓我們把這段關于路線偵察的描述中提到的概念建立一個綜合清單，重點放在空間概念上，并盡可能地保留軍事術語:

1）必須指定環境中的位置、路線、區域和感興趣的物體。稱這些為 "實體"。

2）這些實體之間的空間關系是相關的（例如，一個地點在另一個地點的北邊）。值得注意的是，不同類型的實體之間的關系是被指定的。

a. 物體（例如，障礙物）在位置或區域。

b. 一些地點在空間上與路線有關（例如，沿著路線，毗鄰，或靠近道路）。

c. 地點可能代表更大的區域（例如，雷區的位置）。

d. 道路和小徑可以與路線相關：它們可能相交、重疊（部分疊加），或平行運行。

3. 一些實體對路線具有戰術價值，無論是進攻還是防御（例如，雷區）。

a. 一些地點相對于其他地點或區域有方向性的定位（例如，一個防御性的位置）。

b. 有些區域是由其與另一個區域或地點的關系來定義的，這可能不是一種局部的關系（例如，觀察和火力場是由一個潛在的遠程位置來定義的，該位置有一條通往路線上的一個區域的線路）。

4）路線可能被障礙物阻擋，障礙物可能是明確的物體或更大的區域（例如，一個障礙物與一個雷區）。

5. 路線和地形的三維幾何特性是相關的：道路上的急轉彎，陡峭的坡度，等等。

6）有時，描述物理基礎設施（如道路、橋梁）及其屬性是很重要的。

1.3 路線偵察抽象

路線偵查收集和解釋不同種類和不同來源的信息:

• 背景知識。這包括關于環境特征的類型和預期成為任務一部分的物體的信息，包括道路、障礙物、溝壑、橋梁等等。

• 任務規范。確定偵查的區域和路線，以及當時可獲得的任何信息。

• 環境。通過空間分析（包括幾何學、拓撲學等）、感知、地圖衛星數據的離線圖像處理和其他類型的分析，確定環境的相關特征。

• 任務執行期間的通信。我們假設指揮官或人類操作員在偵察過程中可以向UGV提出詢問或命令，提供新信息或集中注意力。

• 如前所述，一份報告。

原則上，所有這些信息都以某種抽象的形式組合在一個語義世界模型中。我們把環境的物理屬性和特征稱為 "實體"。把我們用來表示這些實體和它們之間關系的抽象概念稱為 "概念"。

不同類型的實體的概念。層次結構在語義表征中很常見，用來捕捉關于世界上遇到的實體類型的一般知識。一個類型就是一個概念，類型被組織在一個層次中：MRZR是一種輕型的、戰術性的、全地形的車輛，它是一種輪式地面車輛，它是一種地面車輛的類型，等等。屬性和關系可以與一個給定的概念相關聯，而下級概念則繼承這些屬性。在路線偵察中，如果有信息說某一地區有一條道路，但沒有更多的細節，仍然可以從道路的概念中推斷出它的預期屬性：它比它的寬度長得多；它在人們感興趣的地點之間通向；在其他條件相同的情況下，它可能比周圍的地形行駛得快。從實用的角度來看，這意味著如果有可能將某物歸類為一個已知的概念，那么語義世界模型就不需要記錄關于該物的每一條相關信息。

用于實體的目的和用途的概念。一個代表道路典型用途的概念可以進一步區分其長度和寬度的語義，這反過來又導致了跨越和沿途、穿越和跟隨等概念之間的區別。這將使UGV能夠以不同的方式對待 "偵察道路對面的區域 "和 "偵察前方的道路 "的命令。前方的道路也是一個語義概念：它取決于對過去去過的地方的了解。

代表部分信息的概念。有時可能會有定性的信息。想象一下，任務規范的一部分是關于雷區在計劃路線上存在的信息，但不知道具體位置，或者知道雷區的位置，但不知道其范圍。這種無知可以很容易地在代表實體的概念中得到體現。

新概念適用于新環境。另一個交流的例子可能是信息性的。想象一下，當一輛UGV穿越一條東西走向的道路時，它與遠程指揮官進行交流，指揮官問道："道路北側是什么？"* 需要識別的物體可能不在道路和地形的邊界上（與 "建筑物的一側 "形成對比），而是在以道路邊緣為界的某個感興趣的區域內，距離UGV的位置向北不遠，向東和向西也有一些距離。這個區域可能沒有事先作為一個概念被劃定；相反，它是在當前的背景下構建或推斷出來的。這是一個有趣的例子，一個概念不是從公制數據中抽象出來的，而是被強加在公制數據上的。

背景中的概念的適應和組合。想象一下，對一張地圖的分析產生了對代表區域、道路等等的概念的分解。這些概念可能直接適用于某些目的。例如，與道路相聯系的概念在推理兩點之間的導航時是有用的。然而，在其他情況下，這些概念可能需要調整或與其他概念相結合。例如，如果一條道路被指定為 "危險區域"，那么這個區域的概念可能會超出道路的邊界，延伸到周圍的地形。

摘要

本研究報告分析了反力量（counterforce）和反價值（countervalue）作為目標定位策略，以確定這些概念是否仍然與現代威懾有關。在進行分析的同時，本研究報告為這兩種攻擊方法推薦了一個最新的結構，并為威懾提出了一個新的術語：定制化目標定位。這篇研究論文的結論是，對美國來說，反價值的威懾威脅不再可信，反力量目標定位的模式需要修改。定制化目標定位是一個概念，它將對手的脆弱性和美國的政治目標相匹配，以產生一個獨特的目標定位解決方案。當與深思熟慮的戰略信息傳遞戰略搭配時，定制化的目標定位為總統提供了一個可靠的威懾威脅。針對各種突發事件的多種定制化目標定位解決方案的戰略，在整個沖突的范圍內創造了一個連續的有效威懾選擇。

引言

"當然，關于熱核戰爭性質的辯論與以往此類辯論的區別在于，它仍然是假設性的。除非我們想把一切都押在樂觀主義者身上，否則它就會一直是這樣。因為如果我們輸了這場賭注，而悲觀主義者被證明是正確的，一場熱核戰爭將摧毀人類，并伴隨著話語和記憶等事物。這場辯論將永遠無法解決，因為那些被證明是正確的悲觀主義者，以及那些被證明是錯誤的樂觀主義者，都將死去。"坎貝爾-克雷格，《摧毀村莊》（Destroying the Village）。

核武器從根本上改變了各國對目標定位的思考方式。第二次世界大戰的戰略轟炸活動缺乏必要的精確性、情報和戰損評估能力，無法實現通過空中力量迅速取得勝利的承諾。核武器提供了純粹的破壞能力，使這些理論更加適用；然而，在冷戰期間，這些令人敬畏的武器的投放在很大程度上仍然不精確。為了克服精度問題，核目標定位計劃對敵方城市使用最大當量的武器；這被稱為 "反價值目標定位"。最終，第二種目標定位策略，即反擊，作為一種選擇出現，以避免瞄準平民人口，而是瞄準對手的核力量。作為一個一般概念，如果一個國家是第一個使用核武器的國家，反擊的目標定位策略被設計為解除第一輪打擊，是最有利的方法。相反，如果國家對核攻擊作出反應，它應該使用反價值目標定位戰略作為報復性反應。雖然這兩種方法自冷戰以來有所發展，但它們仍然是核目標定位的基礎。隨著精確投送和低當量核武器的技術進步，以及2021年與冷戰高峰期相比明顯不同的地緣政治氣候，現在是時候重新評估這些目標選擇策略了。

這篇研究論文分析了反力量和反價值作為目標定位策略，并確定這些概念是否仍然與現代威懾有關。在進行分析的同時，本文為這兩種攻擊方法推薦了一個最新的結構，并為威懾提出了一個新的術語：定制化攻擊。有針對性的目標定位概念將補充有針對性的威懾概念，同時也幫助決策者和軍事戰略家在從灰色地帶到全面核戰爭的整個沖突范圍內應用核威懾。在現代美國的核威懾中，反價值打擊的概念已不再可信，反擊力需要修改；為此，本文表明，只有修改后的整體反擊力瞄準戰略仍然有效，并提出了一種新的概念化的核目標定位方式，以沿著整個沖突譜系威懾侵略。

空軍全球打擊司令部（AFGSC）向高級核威懾研究學院提出了這個問題作為研究課題，并詢問自由民主國家在全世界的傳播和核禁忌的日益強大是否已經改變了國際輿論，以至于反價值不再是核目標定位的可行手段。因此，AFGSC正在質疑反價值打擊的想法是否仍然可信，是否仍然具有任何威懾價值。最后，AFGSC認為，美國應該把反擊的想法與第一次打擊的想法分開。

為了回應AFGSC的詢問，本研究報告研究并回答了以下問題。反擊仍然是一種提供可信和有意義的威懾的適當目標定位策略嗎？是時候將反擊力的概念與第一輪打擊的概念分開了嗎？反擊力是否仍然是一種有效的瞄準方法，它是否仍然提供有效的威懾？美國是否需要一種額外的目標定位方法來實現較低層次沖突中的可信威懾？

為了回答上述問題，第2章研究了不同目標定位策略的歷史。第3章接著討論了本次分析所使用的方法，并介紹了目前核瞄準的一些理論指導。第4章首先考察了反價值和反力量背后的歷史基礎。在冷戰時期，技術的進步和國際規范的變化改變了這兩種傳統核瞄準模式的效用。在研究了反價值和反武力的歷史之后，第4章討論了這兩種目標定位模式所面臨的問題。這些問題包括：由于人命的巨大代價，反價值打擊在政治上不討人喜歡，以及難以將反力量攻擊與反價值攻擊聯系起來。

在介紹了反力量和反價值的歷史和目前存在的問題后，第4章表明，反價值目標定位仍然提供了一種可信的威懾，但只有在保證報復的核態勢的特定情況下才是如此。一些核國家保持著相對較小但高度可生存的核力量。這些類型的核力量往往包括最適合進行反價值打擊的武器，旨在阻止核侵略和脅迫。然而，對美國來說，反價值打擊戰略不再可信，因此，對美國的威懾目標沒有用處。

在證明了反價值對美國威懾的過時性之后，第4章轉向了反力量，認為技術的進步為反力量目標定位作為一種威懾戰略提供了持續的效用。具體而言，武器精度和低當量選項為政策制定者和戰爭規劃者提供了廣泛的潛在核目標定位。"反擊性核目標定位需要進一步具體化，類似于約翰-沃頓用他的五環模型對目標定位的概念化。"這種具體化的反擊性目標定位不再是大規模先發制人的裁軍打擊的同義詞，而是一種連續的目標定位，從實現有限目標的局部打擊一直到大規模報復性打擊。在本文中，精確制導武器是指將核武器的循環誤差概率降低到聯合直接攻擊彈藥的任何運載系統。本文將說明精確和低當量的核武器如何為戰爭規劃者和高級領導人提供擴大的反擊力核目標定位，使美國的核威懾威脅具有可信性。

在介紹了對反力量的擬議修訂后，第4章提出了對定制化目標定位概念的論證。美國需要精確和低當量的核能力，為決策者提供可用的核選擇。帶有重大升級風險的僵化的預先計劃的核瞄準方案，或者不是相稱的反應選擇，都不能為總統提供可用的選擇。這是一個有爭議的立場，因為可用的核武器和可用的核計劃往往與降低核門檻和促進核戰爭有關；這不是本文和這個新的目標定位建議的意圖。有針對性的目標定位提供了在不產生重大附帶損害或需要大規模常規打擊的情況下將高價值目標置于危險之中的能力；它為總統提供了與對手能力相匹配的威懾選擇，以及在威懾失敗時的比例選擇。定制化目標定位將使美國能夠傳遞能力，建立信譽，并限制升級的可能性。

在討論了 "定制化的目標定位"這一概念的優點之后，第4章的結尾部分討論了幾個反駁意見，并展示了這種目標定位方法在現實世界中的適用性。第四章利用塞繆爾-格拉斯通和NUKEMAP的作品，通過展示其對名義目標定位的效用，加強了精確核武器的理由。"定制化的的目標定位提供了一個可信的核威懾威脅，因為它為戰略計劃者擴大了可用的武器工程解決方案；然而，它也需要一個明確的信息傳遞戰略。

美國的聯合理論概述了 "將核武器的使用與正在進行的常規行動相結合 "的基本需要；也稱為常規核整合（CNI）。本文為核計劃人員提供了一條潛在的途徑，以利用常規核整合來納入和行使聯合理論中概述的靈活和定制的威懾選項。雖然CNI遠不是一個新概念，但第5章認為，美國需要用實彈飛行資產來行使CNI，以創造一個可信的信息。這是AFGSC最近使用的已經成功的轟炸機特遣部隊（BTF）任務的一個邏輯延伸。將核力量與常規打擊力量相結合將為AFGSC的飛行員提供寶貴的訓練，并表明美國擁有可信的CNI威懾能力。展示能力使美國領導層能夠發出可信的核威脅，并發出強大的核威懾力。

最后，第5章討論了如何利用兵棋推演和軍事演習將反力量的連續性和定制化的的目標定位從概念到應用。這一目標定位策略將為國家指揮機構、政策制定者和軍事規劃者提供一個高度可定制的選擇，以傳遞美國的威懾威脅。可信的定制化威懾需要一個反力量目標定位的譜系，取消對美國的反價值目標，以及一個定制化目標定位的新概念。

簡介

聯合全域指揮與控制（JADC2）概念在美國防部對未來戰爭的設想中越來越重要，并將在聯合作戰概念中發揮不可或缺的作用。它試圖將所有領域的眾多傳感器、決策者和射手連接到一個戰區范圍內，甚至是全球的戰斗網絡。JADC2的支持者認為，這一概念將在未來與俄羅斯等的沖突中為美軍提供決策優勢，使美軍能夠比對手更好地理解、更聰明地決策和更快地行動。

為了使JADC2按照設想的那樣工作，它將需要不同的和廣泛分散的系統相互無縫連接。指揮、控制、通信、計算和信息（C4I）系統實際上將作為JADC2的中央神經系統發揮作用。C4I能力不僅將形成連接一切的網絡架構，而且還需要對大量的信息進行理解，以幫助指揮官對戰場上發生的事情獲得 "指尖上的感覺"。盡管國防部近年來對C4I系統進行了大量投資，但這些努力主要集中在大型的、孤立的服務項目上。將這些在設計上不一定能相互操作的系統整合到一個聯合C4I架構中是一項艱巨的任務。

同時，JADC2的可行性取決于關鍵使能技術的成熟度。這些關鍵技術包括：5G通信，以實現海量數據的高速傳輸；人工智能，以解析和理解所有這些數據，然后幫助指揮官做出決策；云計算和邊緣處理，以使該架構能夠在高度分散和有爭議的戰場上發揮作用。整合零散的服務能力，成熟的新興技術，并將它們全部整合到一個有效的戰斗網絡中，這將是一項具有挑戰性的工作。

鑒于JADC2在美國防部未來計劃中的核心地位以及圍繞其發展的復雜性，決策者可以從更好地了解當前的情況中受益，因為關鍵的決策點，如23財年預算提交的最終確定和24財年服務計劃目標備忘錄（POM）的制定。為此，Govini應用決策科學--有針對性地應用機器學習和數據，將政府和商業市場數據融合在一起，闡明與三個關鍵問題有關的見解。首先，美國政府近年來在與JADC2相關的C4I能力和使能技術上花費了多少？第二，美國防部的哪些部門和其他聯邦機構資助了這些工作？第三，美國政府在這些能力和技術方面與哪些公司進行了合作？在美國防部最終確定其JADC2實施計劃時，從這一分析中獲得的洞察力可以為行政部門的高級領導人和國會提供關鍵的背景。

主要研究結果

• C4I的支出趨勢：在過去的五年中，每個部門都花費了數十億美元開發和采購自己的C4I系統。這些服務項目的高額支出，其中許多已經開始投入使用，這意味著該部將很難，甚至不可能簡單地取消目前的努力，重新開始一個單一的聯合解決方案。然而，如果沒有一個聯合C4I系統來統治它們，JADC2將取決于在眾多現有和計劃中的服務C4I能力之間建立互操作性。

• 下一代C4I能力：自19財年以來，對JADC2的投資已經從采購轉向研究、開發、測試和評估（RDT&E），這可能表明國防部已經重新專注于開發下一代C4I能力，而不是采購現有系統。國防部在開發這些新的C4I能力時，必須著眼于互操作性，并從一開始就建立通用數據標準和協議。

• 關鍵技術的進步：要使JADC2概念發揮作用，需要在人工智能、邊緣處理和5G等關鍵使能技術方面取得進展。但是，盡管近年來對這些使能技術的投資迅速增加，它仍然遠遠落后于開發主要C4I項目的支出。

• 基礎研究：美國防部資助的與JADC2相關的新興技術領域的基礎研究，除了人工智能之外，相對有限。這可能表明，國防部越來越依賴私營部門來領導信息技術的早期研究與開發（R&D）。美國防部還可以尋求利用美國政府其他部門資助的早期研發工作，如國家科學基金會（NSF）。

• 供應商狀況：雖然支持關鍵使能技術發展的供應商基礎包括許多創新公司，但這些努力大多是新生的，傳統的部門合作伙伴仍然主導著C4I系統的開發。美國防部面臨的挑戰是如何引導這些新興技術和開發這些技術的創新公司跨越 "死亡之谷"，從研發階段到成熟的能力，并將其送到作戰人員手中。

聯合全域指揮與控制分類法

Govini聯合全域指揮與控制分類法闡明了國防部和其他選定的聯邦機構在17-21財政年度在JADC2上的支出。該分類法包括與JADC2正式掛鉤的項目支出，以及與JADC2相關的C4I能力和啟用技術。本分析將與JADC2相關的定義為現有的和計劃中的C4I能力，這些能力沒有與JADC2正式掛鉤，但可能需要納入任何JADC2架構，以及對JADC2的發展至關重要的使能技術。它被組織成六個部分（橙色框）和14個子部分（白色框）。該分類法的結構使人們能夠對過去的支出重點和趨勢進行細化檢查，與預算進行比較，并為評估未來的持續努力提供基礎。

Govini通過應用有監督的機器學習和自然語言處理來解析、分析和歸類大量的聯邦合同和贈款數據來創建分類法。使用人工智能（AI）和有監督的機器學習（ML）模型可以分析聯邦合同和贈款中包含的大量不規則數據--這些數據往往無法通過常規的政府報告程序或人力密集型分析方法獲得。此外，除了簡單地使龐大的數據源可用之外，Govini的人工智能和ML技術所依據的數學原理也增加了對數據分類和匯總的忠實度的信心，以產生一個全面和準確的聯邦支出時間描述。

分類法的定義

• JADC2具體部分是最小的部分，包含所有與JADC2正式聯系的服務努力。這包括陸軍的 "聚合項目"、海軍的 "超配項目"和空軍的 "先進作戰管理系統（ABMS）"。盡管這些項目的所有資金在公開資料中無法確定，但這一部分可以作為一個起點來衡量這些項目隨著時間的推移而增長。

• 指揮與控制系統涵蓋了廣泛的能力和項目。Govini將指揮與控制系統部分定義為包含目前現有的或計劃中的項目，這些項目還沒有正式與JADC2聯系起來，但可能需要納入任何JADC2 C4I架構。這些項目構成了國防部所有主要C2系統中的大多數。

這一部分被分成三個子部分。戰斗管理與指揮系統、信息發布系統和戰術C2系統。戰斗管理與指揮系統主要由指揮與控制戰斗管理和通信（C2BMC）項目和綜合防空與導彈防御戰斗指揮系統（IBCS）組成。信息發布系統部分包括分布式通用地面系統（DCGS），涵蓋國防部所有部門，以及合作交戰能力（CEC）。戰術C2子系統包含可移動戰術C2（T2C2）。

• 通信部分由幾個主要的通信系統組成，但也包括一般的使能通信系統、標準和數據鏈接技術。該部分包括彈性通信、標準和協議以及戰術數據鏈接。

彈性通信包括作戰人員信息網絡-戰術（WIN-T）計劃和加固的通信設備。標準和協議包括MIDS聯合戰術無線電系統（MIDS JTRS）和各種加密器和通信標準，如模塊化開放系統方法（MOSA）和 "第五到第四 "平臺通信。戰術數據鏈包含大型程序，如高級戰術數據鏈（ATDL）和通用數據鏈（CDL）。

• 衛星通信（SATCOM）部分包括衛星通信基礎設施的兩個主要領域，即空間和地面。這一部分更注重于衛星通信所需的硬件、軟件和研究，而不是實際的衛星采購。

地面部分包含移動用戶目標系統（MUOS）、海軍多頻終端（NMT）和超視距終端系列（FAB-T），而衛星通信-空間部分包含寬帶全球衛星通信（WGS）、先進極高頻（AEHF）技術和增強極地系統（EPS）。

• 計算機和人工智能（AI）是基礎研究領域數量最廣泛的類別，但也是包含關鍵使能技術的類別，將幫助JADC2發揮預期功能。AI/ML、邊緣和云計算以及高性能計算是其中的細分領域。

AI/ML包含廣泛的主題，如深度學習、神經網絡、自然語言處理、圖像識別和物體檢測，僅舉幾例。邊緣和云計算包含JADC2實施所需的必要硬件和云資源，而高性能計算部分主要包含高性能計算和現代化計劃（HPCMP）和超級計算技術。

• 網絡部分包含更快的通信和現有系統整合所需的所有必要的網絡程序和技術。該部分包含網絡集成與系統和下一代5G子板塊。

網絡集成與系統包含了海軍的海上綜合網絡和企業服務（CANES）以及國防高級研究計劃局（DARPA）的異質電子系統的系統技術集成工具鏈（STITCHES）等技術，旨在將所有現有的網絡集成在JADC2結構下。下一代5G子板塊包含所有現有的4G LTE技術和較新的5G能力，以使JADC2達到所需的網絡數據傳輸速度，從而實現低延遲的功能。

• 一般C5I（僅預算）由預算中的細目組成，由于其中包含的項目的廣泛性，這些細目不能被歸入更細的部分或子部分。這一部分只出現在本報告的預算分析范圍內。

建立一個管理所有國家的聯合C4I系統是不可能的

從17-20財年，C4I相關項目和技術的支出每年平均增長8.9%（注：由于標準報告滯后，21財年支出數據不完整），導致20財年的支出比17財年多出11億美元。然而，這種支出一直集中在大型服務項目上。例如，17-20財年支出水平最高的五個項目是MIDS JTRS（14億美元）、DCGS（13億美元）、C2BMC（11億美元）、CANES（10億美元）和IBCS（803M美元）。這些項目就占了這一時期總支出的33%。

指揮和控制系統部分，即許多這些服務項目所在的部分，從19財年開始，支出水平急劇下降（僅19財年就下降了35.9%）。但考慮到迄今為止的支出數額，再加上許多系統已經部署在部隊中，意味著如果不是不可能，也很難簡單地剝離這些能力，并從一開始就用一個新的C4I系統重新開始，這是一種聯合努力。因此，用一個聯合C4I系統來管理所有的系統可能不是一個可行的解決方案。

建立一個戰區范圍內的C4I架構以支持JADC2的挑戰可能需要使具有不同標準和協議的孤立服務能力實現互操作。令人鼓舞的是，包括在現有系統之間建立互操作性所需的使能技術支出近年來有所增加，其中網絡和計算機與人工智能部分在19-20財政年度分別增長了26.6%和41.3%。但這些使能技術的支出水平仍然遠遠落后于主要C4I項目的支出。

JADC2的具體投資不斷增長，但與服務C4I系統相比相形見絀

Govini將同樣的機器學習和自然語言處理技術應用于美國防部的預算數據，以確定與JADC2相關的投資并進行分類。對預算數據的探索不僅可以說明國防部迄今為止的投資情況，還可以說明國防部計劃在未來的投資情況。預算數據中確定的資金水平在某些地方超過了支出數據中確定的水平。這種差異是由于RDT&E預算數據的結構方式。對于一些大型的和多方面的以研究為重點的計劃要素，即使在項目或成就層面上解析數據，也很難將美元價值分配給具體的研究領域。在這些情況下，Govini選擇包括那些至少包括與JADC2相關的一些研究項目的計劃要素的資金，盡管這可能在某種程度上夸大了這里描述的總資金水平。

自19財年以來，JADC2的具體部分一直在大幅增加，這是它出現在數據中的第一年，從19財年的2790萬美元到22財年的計劃2.48億美元。這一增長是由空軍的ABMS項目加速推動的。然而，與其他C4I系統的投資相比，對ABMS的投資仍然相形見絀。此外，ABMS目前是一個單一軍種而非聯合項目。有趣的是，陸軍和海軍近年來都對自己的C4I項目進行了大量投資，它們采取的方法與空軍不同。他們的JADC2具體工作，即陸軍的 "聚合項目 "和海軍的 "超配項目"，一直專注于使現有系統能夠相互對話。

從18財年開始，也有一個明顯的從采購轉向RDT&E的轉變，RDT&E從18-22財年增加了50.6%，采購從19-20財年下降了19.4%。這種轉變可能表明，該部正在從投資現有的C4I項目轉向專注于開發下一代C4I能力。但如果不在整個部門建立共同的數據標準和協議，引入新的C4I系統只會使互操作性的挑戰更加難以解決。

向RDT&E的轉變也可能表明，人們越來越關注促進關鍵新興技術的成熟。專注于使能技術的計劃要素，如算法戰爭跨職能小組、下一代信息通信技術（5G）和以網絡為中心的戰爭技術，在最近幾年都有顯著增長。然而，如上所述，對使能技術的投資仍然滯后于對主要C4I系統的投資。

美國防部主導支出 - DARPA增長最快

不足為奇的是，美國防部在JADC2能力和技術方面的聯邦總支出占主導地位。在17財年，國防部在JADC2上的總支出在陸軍（27.1%）、海軍（28.5%）和空軍（32.8%）之間相當平均。然而，到20財年，陸軍和空軍的支出份額分別下降到17.2%和30.4%，而海軍的支出份額增加到33.2%。盡管在國防部總支出中的份額發生了相對變化，但所有三個軍事部門都繼續在與JADC2相關的C4I能力和技術上投入大量資金。

國防部在這一時期增長最快，從17財年占國防部JADC2總支出的11.7%增加到20財年的17.2%。導彈防御局（MDA）占了整個國防部支出的最大部分，其自身的主要C4I項目C2BMC推動了支出。DARPA與JADC2相關的工作集中在技術解決方案上，以創造現有系統之間的后向互操作性。例如，DARPA的STITCHES項目，旨在將現有的網絡整合在一起，盡管有不同的標準和協議，在17-20財政年度，資金平均增長13.9%。

除了美國防部之外，在所有聯邦機構中，美國國家科學基金會在JADC2相關能力和技術方面的支出增長最快，年均增長31.7%，盡管其總支出與國防部相比仍然很小。國家科學基金會的這種支出可能是國防部利用行政部門其他部門資助的JADC2相關使能技術的基礎和應用研究的一個機會。

系統集成商控制市場 國防部與新興技術供應商接觸

到目前為止，JADC2市場一直高度集中。少數供應商，其中許多是大型系統集成商，在17-21財年主導了JADC2的支出，前20名供應商占該期間支出的63.9%以上。事實上，前三名供應商--洛克希德-馬丁公司、雷神公司和諾斯羅普-格魯曼公司--獲得的與JADC2相關的支出超過了后面17家供應商的總和。這三家供應商占據了這一時期所有JADC2支出的32.8%。

鑒于主要C4I項目在JADC2支出中的普遍性，這種集中并不令人驚訝。頂級供應商和主要項目之間的關系從頂級供應商占據的地方得到了進一步的證實。當合在一起時，指揮與控制系統和衛星通信部分，也就是許多大型C4I項目所在的地方，占了前20名供應商捕獲量的62.4%和前三名供應商捕獲量的78.6%。相比之下，以新興技術為重點的計算機和人工智能領域僅占前20名供應商的4.7%，前三名供應商的0.8%。

盡管考慮到國防部近年來在JADC2能力和技術上花費最多的類型，這并不令人驚訝，但市場的集中性有兩個潛在的缺點。首先，這可能表明國防部沒有充分地利用不是其傳統合作伙伴的創新公司。其次，在不斷增長的JADC2市場中，只有少數公司占主導地位，這可能限制了它們之間合作的動力。但如上所述，JADC2概念的成功很可能取決于不同公司建造的不同系統的互操作性。

對細分市場和子細分市場的供應商進行更細化的探索，可以看到比前20名總體供應商更細微、更令人鼓舞的情況。盡管少數傳統的國防部合作伙伴主導了以主要項目為中心的細分市場，但與新興技術相關的細分市場的供應商基礎不那么集中，而且更加多樣化。例如，在此期間，人工智能和機器學習子領域的前三名供應商僅占該子領域總支出的7.2%。相比之下，戰斗管理和指揮子領域的前兩名供應商占據了該子領域支出的70.6%。在新興技術領域，國防部似乎正在與更多樣化和創新的公司合作。

主合同是支出的主要途徑

大多數部門的供應商情況每年都保持相對穩定，并以《聯邦采購條例》（FAR）為基礎的主要合同作為主要支出途徑。然而，計算機和人工智能領域，隨著時間的推移，供應商的數量不斷增加，并使用了更多樣化的支出途徑。例如，計算機和人工智能部門的供應商數量在此期間增加了44.8%，從17財年的460家供應商增加到20財年的666家。此外，基于FAR的合同是只有53.1%的供應商的支出途徑，而在指揮和控制系統部分則是98.3%。

其他交易授權（OTA）不是JADC2支出的高度使用途徑，甚至在以新興技術為中心的部分和子部分。兩個例外是計算機和人工智能部分，該部分對OTA的使用不多，但在不斷增加，而在20財政年度的JADC2特定部分，OTA是主要支出途徑。OTA使用的缺乏可能是OTA數據透明度低的一個假象，也可能表明該部錯過了充分利用這一重要工具來接觸傳統上不屬于國防生態系統的創新公司的機會。

商業部門引領科技研究

在計算和人工智能領域之外的JADC2相關生態系統中，贈款的使用非常有限，特別是人工智能和機器學習子領域。例如，計算和人工智能部分占所有JADC2相關支出的85.8%，而人工智能和機器學習子部分僅占76.6%。該部分以外的較低的撥款支出可能代表著國防部錯過了另一個機會，以促進對其他關鍵使能技術的研究，如邊緣處理、5G和云計算。但它也可能表明，在許多技術領域，國防部正越來越多地依靠私營部門來領導基礎和應用研究的方向。這種對商業主導的研究的強調將是對歷史規范的顛覆，但與Govini在其他分析中發現的趨勢一致。

對C4I能力的投資轉向RDT&E

RDT&E是美國防部創新的命脈，因此強大的RDT&E資金對于開發下一代C4I能力和成熟新興的使能技術至關重要，JADC2將依賴這些技術來實現預期的功能。如上所述，近年來，JADC2的投資已經從采購轉向RDT&E。此外，這一趨勢預計將在22財政年度繼續，并很可能在未來幾年繼續。與新興技術相關的細分領域的增長，如AI/ML，邊緣和云，以及下一代5G，一直在推動這一轉變。但即使在包含主要C4I項目的細分領域，采購和RDT&E之間的平衡也一直在向有利于后者的方向轉變。例如，信息交換和分配系統子項目已經從17財年的34.6%的資金用于RDT&E轉變為21財年的75.9%。這一轉變計劃在22財政年度進一步移動到81.8%。當國防部開始進行將JADC2從概念階段轉向實際能力所需的基礎投資時，向RDT&E的轉變是有意義的。但如上所述，國防部在開發這些新的C4I能力時必須著眼于互操作性，并從一開始就建立共同的數據標準和協議。否則，它有可能加劇其互操作性問題。

為 "關鍵推動者 "提供大量資金

RDT&E資金的分配可以提供與JADC2相關的能力和技術狀況的線索。與C4I能力相關的資金主要是在預算活動6.4和以上。這有直觀的意義，因為這些能力更加成熟，因此處于較晚的發展階段。相反，與使能技術相關的資金主要在預算活動6.2，特別是6.3中。為新興技術提供越來越多的資金是令人鼓舞的，這些技術將成為JADC2概念的關鍵推動因素。但國防部面臨的挑戰是如何引導這些技術和開發這些技術的創新公司跨越 "死亡之谷"，進入下一代的C4I能力。

有趣的是，預算活動6.1（即基礎研究）的資金在這一時期一直非常有限。這可能是因為這種早期水平的研究在預算數據中缺乏具體性和真實性，無法將其與JADC2相關技術聯系起來。但這也可能進一步表明，國防部越來越依賴私營部門來領導早期研發，特別是關于5G和計算等信息技術。國防部還可以尋求利用美國政府其他部門資助的早期研發工作，如NSF。

新興技術供應商格局必須得到支持，跨越 "死亡之谷"

盡管沒有像與JADC2相關的整體支出那樣嚴重，但支持與JADC2相關的RDT&E支出的市場仍然相對集中，前20家供應商占據了總金額的71.5%。RDT&E的前三名供應商與JADC2整體支出的前三名是同一公司。此外，這種集中度在與主要項目相關的部門和子部門中是最大的，就像JADC2的整體支出一樣。與新興技術相關的部分和子部分的集中度相對較低，而且大型系統集成商以外的供應商，包括研究型大學和實驗室，也更加突出。一方面是與更成熟的能力相關的部分和子部分，另一方面是與新興技術相關的部分和子部分，其相對市場集中度的分裂可能表明了國防部在創新方面面臨的更大挑戰。在技術開發方面，國防部已經提高了與創新的、非傳統的合作伙伴合作的能力。但在 "死亡之谷 "的另一邊，它仍然主要與少數幾個長期的合作伙伴合作。

總結

未來戰爭的特征正變得更加以信息和決策為中心。戰爭可能已經達到--如果不是已經過了--一個臨界點，即信息主導的能力將比動能武器更重要。國防部正越來越多地打賭，JADC2將是美軍在高強度戰爭中保持信息優勢的答案。

為使JADC2贏得勝利，它的中樞神經系統將需要勝任這一任務。這就是說，JADC2的成功取決于建立一個綜合的、功能性的聯合C4I架構。而這個C4I架構取決于使不同軍種的C4I能力可以互操作。鑒于迄今為止對這些現有C4I系統的投資，其中一些系統最近才在部隊中投入使用，在可預見的未來，它們可能必須成為任何JADC2架構的一部分。因此，即使即將發布的JADC2實施計劃指定一個項目--如空軍的ABMS--作為一個C4I系統來統治它們，它仍然需要與眾多現有系統連接。此外，如果各軍種在開發下一代能力時未能著眼于互操作性，那么互操作性的挑戰可能不僅僅是在現有系統之間建立后向兼容性的需要。國防部可能面臨著一個關閉的窗口，以開發和執行共同的數據標準和協議，跨越聯合和服務開發工作。否則，國防部有可能急于建立，正如一位高級領導人最近所說的，一個 "全域指揮和控制服務"，而不是一個聯合的。或者，作為一個縮寫，"SADC2 "可能更尖銳一些。

新興技術不僅對解決互操作性問題至關重要，而且對實現大量數據的高速傳輸、為理解所有這些數據所需的決策科學提供動力，以及允許網絡在高度分布和有爭議的未來戰場上發揮作用也至關重要。令人欣慰的是，該部已經增加了對許多這些使能技術的支出，特別是人工智能。但資金水平仍然遠遠落后于國防部在主要系統的開發和采購上的支出。

此外，美國防部在許多新興信息技術領域似乎越來越依賴私營部門的研發。而推動創新的往往是國防部傳統供應商基礎之外的公司。國防部可能需要充分挖掘這一創新生態系統，并引導有前途的技術跨越 "死亡之谷"，以便它們能夠在研發階段之后成熟起來，成為成熟的能力或更大能力的組成部分，從而使JADC2概念取得成功。

自21世紀初以來，美國一直積極追求超音速武器-飛行速度至少5馬赫的機動武器的發展，作為其常規快速全球打擊計劃的一部分。近年來，美國把這方面的努力集中在研發高超聲速滑翔飛行器和高超聲速巡航導彈上。高超聲速滑翔飛行器是從火箭發射出來的，然后滑翔到目標，高超聲速巡航導彈在飛行過程中由高速的吸氣式發動機提供動力。正如前參謀長聯席會議副主席和前美國戰略司令部司令John Hyten將軍所說，當其他部隊無法進入、被拒絕進入或不受歡迎時，這些武器可以“對遙遠的、防御的和/或時間關鍵的威脅(如公路機動導彈)進行響應性的、遠程的打擊選擇。”另一方面，批評人士認為，高超聲速武器缺乏明確的任務要求，對美國軍事能力貢獻不大，在威懾方面沒有必要。

在過去，高超音速武器的資金一直相對有限;然而，五角大樓和國會都對發展和近期部署高超聲速系統表現出越來越大的興趣。這在一定程度上是由于俄羅斯和中國在這些技術上的進步，這兩個國家都有許多高超聲速武器項目，并可能部署了可操作的高超聲速滑翔飛行器——可能裝備有核彈頭。與俄羅斯和中國的超音速武器相比，美國的大多數高超音速武器在設計上都不是為了與核彈頭一起使用。因此，與擁有核武器的中國和俄羅斯系統相比，美國高超音速武器可能需要更高的精度，在技術上也更具挑戰性。五角大樓2023財年的高超聲速研究預算申請為47億美元，高于2022財年的38億美元。導彈防御局還申請了2.255億美元用于高超聲速防御。目前，美國國防部(DOD)還沒有建立任何高超聲速武器的項目記錄，這表明它可能沒有批準系統的任務要求或長期資金計劃。事實上，正如高超聲速(國防部研究與工程副部長辦公室)首席主任Mike White所說，國防部尚未做出購買高超聲速武器的決定，而是正在開發原型，以協助評估潛在的武器系統概念和任務集。

在國會審議五角大樓的美國高超聲速武器計劃時，它可能會考慮有關高超聲速武器的基本原理、預期成本以及對戰略穩定和軍備控制的影響等問題。潛在的問題包括:

• 高超音速武器將用于什么任務?高超音速武器是執行這些潛在任務的最具成本效益的手段嗎?如何將它們納入聯合作戰原則和概念?

• 鑒于對高超聲速武器缺乏明確的任務要求，國會應該如何評估高超聲速武器計劃的資金申請，或者評估高超聲速武器計劃、使能技術和支持測試基礎設施的資金申請的平衡?加速高超音速武器、使能技術或高超音速導彈防御方案的研究是必要的，也是技術上可行的嗎?

• 高超聲速武器的部署將如何影響戰略穩定?

• 是否需要采取緩解風險的措施，例如擴大新的《削減戰略武器條約》，談判新的多邊軍控協定，或開展透明度和建立信任活動?

摘要

高超音速武器的出現界定了太空空間和航空空間之間的新關系和界限。它們以超過五倍音速（5馬赫）的復雜軌跡飛行，帶來了重大的作戰和戰略影響，征服了中層和高層大氣，利用了兩個主要的速度和高度包絡，并提供了高超音速再入飛行器在太空中預先駐扎的可能性。

在高層包絡中，高超音速滑翔飛行器（HGVs）的速度高達33馬赫，高度達幾百公里，它增強了現有彈道導彈技術，并將在重新思考洲際戰略導彈威脅和威懾方面發揮決定性作用。在較低的包絡面中，目前的速度可達6馬赫，高超音速巡航導彈（HCM）將伴隨著現有的亞音速戰地巡航導彈艦隊，并將主要在戰區發揮其決定性作用。

HGVs和HCMs的飛行特性利用大氣層的較高空氣層作為高超音速空域，在空域和空間領域之間架起橋梁，并要求有一個綜合空域和空間防御理論。天基HGVs，可能成為一種新的和較晚可觀察的威脅，這挑戰了現有的天基紅外傳感器的設計。

高超音速技術有可能改變作戰層面上的戰爭行為，并影響對戰略威懾的理解。美國防部（DoD）必須考慮對現有空間和空域理論以及作戰和戰略決策的影響。為了將作戰優勢和有保證的戰略威懾結合起來，高超音速武器的雙重用途需要政治討論和軍事建議，并提升國際軍控談判的重要性。

技術聲明

本論文的目的不是解釋高超音速飛行的科學和技術細節，而是分析其操作和戰略影響。因此，它在正文中應用了合理的最低限度的技術信息。

有關飛行高度的信息并不是指一個標準的大地測量參考系統。相反，它們指的是不同的氣壓標度、GPS數據或其他參考。這種限制對于本論文來說已經足夠了。為了清晰和最直接的理解，海拔高度以公里和英尺為單位，并四舍五入到有用的措施。

速度用馬赫數顯示，以英里/小時和公里/秒為單位，以便于比較。標準大氣中的音速取決于空氣溫度，因此也取決于飛行高度。本論文對所有高度使用0.3333公里/秒的恒定速度，這對計算和解釋高超音速飛行的影響是足夠公平的。來自官方數據表的信息沒有被修改。鑒于太空中沒有聲音傳播，所以沒有音速，技術上也沒有馬赫數。然而，為了便于比較，對近空間物體使用匹配的馬赫數是很公平的。

這項工作的一個基本原則是完全使用公開的信息，這些信息明確地沒有與機密數據進行過比較。這種分離消除了損害機密信息的任何可能性。因此，本研究中的數據的合理性來自于物理背景、相互比較和整體背景；其準確程度足以達到本工作的目的。

所引用的大部分出版物都來自公認的作者和組織。在個別情況下，在檢查了可信度之后，為了支持說明的目的，使用了沒有相應聲譽的作者的額外材料。

第一章：簡介

高超音速武器的出現將改變我們的作戰方式和威懾思維，因為這些武器在空間和空域內定義了新的關系和界限。它們的速度是音速的五倍以上（5馬赫；1.7公里/秒；3,700英里/小時），在兩個主要的速度和高度范圍內帶來重大影響。

圖1：高超音速的高度和速度包絡線。

在上層封套中，高超音速滑翔飛行器（HGVs）的速度遠達33馬赫（11公里/秒；24,600英里/小時），并在20至130公里之間跳躍，它以可操縱的彈頭、復雜的彈道和終端階段的決定性敏捷性加強了現有的彈道導彈技術。此外，由洲際彈道導彈（ICBM）作為載體平臺發射，HGVs可以爬升幾百公里，多次重新進入大氣層，并不斷改變方向。這些機動靈活的HGV將引起人們對洲際戰略導彈威脅和威懾的重新思考。HGV也可能在作戰戰場上發揮作用，由中短程戰術助推滑翔（TBG）系統部署。

在較低的高超音速包絡中，高超音速巡航導彈（HCM）的速度可達6馬赫（2公里/秒；4,500英里/小時），巡航高度在20至40公里。由超音速燃燒沖壓發動機（Scramjets）提供動力，HCM增強了今天亞音速巡航導彈的對抗能力，速度和高度都大大增加。因此，HCM將改變作戰戰斗力和威懾思維。

HGVs和HCMs都使用20至130公里之間的大氣層，并專門利用它作為高超音速空域。因此，高超音速武器在空中和空間領域架起了橋梁，作為一種新的威脅發揮出來，并要求將現有的空天防御和導彈防御理論修訂為更廣泛的綜合空天防御理論。

近年來，經常有報道說在開發和引進這些武器方面取得了新的成功。在2018年的一次令人震驚的國家報告中，弗拉基米爾-普京總統宣布了壯觀的俄羅斯高超音速能力。中國公開展示這種武器的作戰能力。雖然謹慎的分析家總是需要質疑這種報告的可靠性，但在相關文獻中沒有實質性的疑問，高超音速武器的時代已經到來。更重要的是，就像飛機、噴氣式轟炸機、洲際彈道導彈、潛艇和核武器的出現一樣，高超音速導彈有可能徹底改變戰爭的進行。

因此，任何希望擁有可靠武裝力量的國家必須考慮高超音速武器的能力和影響。在美國，這種討論已經在順利進行。近年來，參謀長聯席會議和國會 "對追求高超音速系統的發展和近期部署表現出越來越大的興趣"。高超音速武器的出現激發了各種各樣的研究和評論。

2017年蘭德公司關于高超音速武器的分析指出了高超音速技術在世界范圍內擴散的危險性和潛在的發難戰術。"大西洋理事會 "的一本入門書討論了印度-太平洋戰區，并評估了俄羅斯和中國如何將高超音速武器視為一種增加的戰略威懾。"蓋斯特和馬西科特評估了俄羅斯聲稱的新型超級武器是一種有意的競爭準備信號，防止美國進一步投資于決定性的美國戰略優勢。 相反，美國外交政策委員會（AFPC）認為，莫斯科和北京已經擁有強大的核能力，核高超音速武器不一定會改變戰略平衡。Terry和Cone普遍認為高超音速核運載系統相對于現有系統沒有什么優勢。美國國會研究服務部分析說，今天美國的多種能力提供了足夠的打擊選擇，認為高超音速的出現與其說是三個主要核國家之間革命性的新軍備競賽，不如說是一種進化的 "新技術發展的競爭"。斯德哥爾摩國際和平研究所（SIPRI）對中國正在推進的高超音速技術和武器庫給出了更詳細的看法。

這些文獻討論了技術基礎、各國的進展、軍事價值、可能出現的情況以及國際影響。然而，它并沒有對高超音速武器如何影響軍事行動的規劃和實施進行更具體的討論--它們如何融入戰役。整合和使用這些武器的軍事學說仍然缺失。正如后面的分析所強調的，關于高超音速武器在空中和太空領域的戰爭中的作用，還沒有任何理論出版物。鑒于高超音速的發展速度，美國的理論正在進一步落后。此外，關于一個國家，特別是一個核國家，如何以不破壞穩定的方式將這些武器納入其武庫，并沒有多少實質性的文字。

此外，所研究的文獻沒有討論HGVs在空間武器化方面的潛力。技術上的再入設計提供了潛伏在低地球軌道（LEO）上的天基HGV的可能性。如果沒有典型的助推器的紅外(IR)信號，這樣的武器將是一個明顯不容易觀察的威脅。因此，預先駐扎的天基HGV的潛力將挑戰現有的天基紅外傳感器層，并質疑目前的綜合導彈防御架構。

本論文研究了高超音速武器的重要特征--速度、射程、巡航機動性和最終游戲的敏捷性--如何結合起來，創造出一系列挑戰，這些挑戰將大大影響軍事組織在空中和太空領域的運作方式。對于技術背景較弱的感興趣的讀者，附錄A和B研究了高超音速武器的基本技術方面及其革命性的潛力。

第二章評估了戰略風險，研究了高超音速武器對可信威懾原則和聯盟防御的影響，并為與高超音速競爭對手的戰略溝通和談判策略提供了基礎。盡管高超音速武器有其特點和攜帶核彈頭的潛力，但它并沒有改寫經典威懾的規則，而是對其提出了挑戰。事實上，在戰略層面上，美國和其他大國應該像今天對待核武器一樣對待它們--確保第二打擊能力，利用軍備控制協議，并減少模糊性。

第三章討論了作戰影響。高超音速武器仍在開發中--事實上，對其作戰準備情況存在一些疑問。然而，由于高超音速武器的時代無疑已經到來，概念、理論和技術上的差距存在，加劇了對這些武器的擔憂。

第四章總結了主要觀點，將其形成一個觀點，并建議進一步分析以理解高超音速武器對美國和盟國行動以及現有威懾概念的實際風險和潛在價值。