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马赛克战所需的颠覆性技术体系

时间:2020-05-20 分类:军事文摘

乔三秀

幾十年来,美军凭借其武器系统的先进性在所有作战域享有压倒性优势。如今,这种主导地位正受到对手的挑战。对手数十年来一直在研究美军的优势,并努力开发反制手段。

一个明显的事实是,美国无法通过以往的路子,即建造更大、更快、更强、更有生存能力的新型武器系统来解决这一困境。美军需要一种新的范式,这种范式当以“杀伤力”为核心,而不是着眼于单一系统的优势。优势是通过比较系统之间的能力来衡量的,而杀伤力则是通过自由投递所需效应的能力来衡量的。

DARPA战略技术办公室的目标是使用一种称为“马赛克战”的战略来为美军提供快速、可扩展、自适应的多域联合杀伤力。马赛克战将所有域的不同平台的效应链进行功能分解(如发现、识别、瞄准、跟踪、交战和评估,即F2T2EA),并在没有先验知识的情况下快速生成和重组效应链,从而使对手因缺乏有效的反制手段而陷入决策困境。

为了实现这一雄心勃勃的愿景,DARPA战略技术办公室征询创新的想法和颠覆性的技术,包括马赛克技术、马赛克效应网服务、马赛克实验方法以及基础性的战略技术。

马赛克技术

马赛克战的终极愿景是,作战人员到达战场空间后,可以立即从任何可用的能力中合成所需的效应。DARPA战略技术办公室的目标是为指挥官提供工具,使其能够利用战场空间中任何可用的能力来动态地构建和操作效应链。为了实现这一愿景,需要新的技术使作战人员能够以任务速度选择和重新配置效应链。这主要涉及3个方面的技术或能力:规划和编组、互操作性以及执行。

马赛克战的指挥官需要自动化决策辅助工具和其他工具来确定兵力的基本构成。这些工具需要回答的问题包括但不限于以下内容。

一是效应:使用什么效应最可能达成战役目标?如何实现威慑和降级?如何在保持突袭效果的同时产生威慑效果?

二是兵力构成:指挥官如何为战斗提供资产?应该使用哪些元素来投递期望的效应?这些资产应该如何组织?如何掌握后勤流程和准备情况,以了解这些资产如何以及何时可用?在不确定的情况下,如何验证某一效应链成功的概率?

三是战略和任务规划:在战役的不同阶段如何使用不同的效应链?决策和效应规划需要什么信息?如何获得这些信息?

一旦指挥官决定了马赛克战的兵力编配,就需要一系列新技术来实现这种新的作战体系结构,特别是机器对机器的互操作性技术。最终的目标是以任务速度实现全球互操作性,并取代多年来的手工操作方式。为了实现这一愿景,需要技术来解决以下问题。

一是通信:如何在太空、空中、地面、海上和水下提供可确保的高容量移动通信?如何实现更好的跨物理域通信?是否有办法建立更密集的链接,潜在地利用当地的基础设施和非传统的通信渠道?是否有办法使异构链接更具互操作性,即使它们具有不同的物理层协议?是否有办法使链接更易于发现和配置,以支持动态网络?是否有新的无线电和设备技术能够更快地集成新的波形、具备更广泛的适应性和更多的选择,以此来作为网络之间的网关?

二是网络:如何提高网络的可用性、增加网络的容量和可扩展性、提高对网络降级的容忍性、耐受人为及自然的强电磁干扰、击败对手的网络和射频利用技术?如何在一组异构通信路径上创建安全的虚拟网络,进而快速创建新的“网络之网络”?如何自动化配置和管理这些虚拟网络?这种网络管理能否适应不断变化的战斗形势并与任务和信息需求相结合?在这些网络上,保护数据机密性和完整性的新方法是什么?是否有新的方法来管理跨安全级别的信息流?如何确保与联盟伙伴和其他盟友的互操作性,同时提供最大程度的适应性和配置的便捷性,并保护美国网络的运行和完整性?

对传统武器系统的更新升级无法为美军带来持久优势

三是软件集成:假设消息可以在系统之间传递,如果没有通用的数据标准,如何使他们相互理解?非本机软件可以在各种系统元素上运行吗?如何加速集成、测试、风险管理和认证过程,或者如何实现自动化?可以实时监视和验证执行过程以防止自然错误和恶意赛博攻击吗?如何向前和向后兼容现有系统和未来系统?

一旦定义和集成了马赛克战兵力编配,就需要相应的技术来实施作战。这涉及战斗管理决策支持技术和机器自主技术的组合,主要解决以下挑战。

一是资源管理:在战斗的特定时刻,资产应该如何分配给特定的效应链?如何以战斗速度重新分配能力?当有多个并行目标争夺相同的资源池时,如何才能优化资源分配?如何在这个层次上抽象资产,使资源分配决策所需的详细知识最小化?如何使资源管理更加层次化,以降低管理的复杂性(例如,蜂群控制器不需要理解战区级的目标,战区级的决策支持工具也不需要知道如何控制蜂群中的节点)?如何使资源管理工具更能适应特定冲突或任务的需要?什么样的软件基础设施可以支持新规划的快速生成和新系统的快速集成?

二是任务规划:如何自动开发精细的战术?这些精细的战术能够学习和适应作战形势吗?如何将任务分配给特定的系统(例如在一个蜂群或一个星座内)?如何将这些任务和支持信息转换为每个系统都能理解的消息框架?在通信能力下降或被拒止的情况下,自主机器和人类作战单位如何能同时保持一致的任务协调并在边缘执行任务?

三是训练:人类战士在未经预先训练的情况下如何使用新的马赛克元素?是否有新的方法将人工智能的训练与人类操作员的训练协同起来,在避免人类偏见的同时,向人工智能灌输人类的背景知识和直觉?如何快速培训人员,并将操作人员的负担降至最低?新的系统可以用精简的、更直观的人机界面来开发吗?如何将更多的机械性操作任务(如按按钮)自动化,以最小化学习需求,使作战人员能够专注于更多的认知功能?如何让人类和机器在边缘上共享任务?管理自主程度的方法是什么?如何在人机团队中建立信任?

马赛克效应网服务

DARPA战略技术办公室在开发高级任务系统技术方面留下了一笔宝贵资产:传感器、导引头和电子战。通常,这些系统被认为提供了一个效应链的组件功能或服务。近年来,DARPA战略技术办公室一直在圍绕着系统之系统来开发这些系统。在马赛克战概念中,这些功能是马赛克效应网服务中的“小块”。例如,DARPA战略技术办公室目前正在开发有效载荷和处理技术,以提供新的分布式感知和电子战能力。该办公室正在寻找扩展这组工具的技术,将重点放在符合马赛克战战略的新型传感器和效应器上。该办公室期望将感知的重点扩展到杀伤链的“发现和识别”部分,并强调用于对抗同等对手的进攻性非动能效应。

DARPA战略技术办公室继续寻找创新的方法以在竞争环境中发现高难度目标,这可能需要组合运用现有的或新的传感器模式、新的自动目标识别技术、新的算法以及新的系统概念和处理技术。这可能包括能够规避或击败对手的欺骗和对抗措施的感知模式和信号处理方法。DARPA战略技术办公室还对设计成本低、适应性强的传感器的新方法感兴趣,利用商业技术和流程来减少开发时间和成本,并提升传感器系统的适应性和技术更新速度。

DARPA战略技术办公室特别感兴趣的是能够对潜在的目标进行初始发现和引导的能力。该办公室的一些传统项目主要关注于杀伤链的“瞄准和交战”部分,如果这些项目拥有对潜在目标的引导信息,美军的平台就可以快速地到达目标并投递效应,而不需要花费时间进行搜索。不幸的是,许多未来的冲突场景没有很好的方法来执行这个发现和引导功能。现有的国家技术手段不适合支持战术杀伤链,现有的机载情报、监视和侦察(ISR)系统在高度竞争的环境中无法生存,无法为作战人员提供发现目标的能力。

DARPA战略技术办公室对执行效应链的发现功能和无缝地连接效应链后续阶段的新方法感兴趣,但并不是要取代所有现有的ISR功能。相反,本着马赛克战的精神,该办公室将采取一种混合的方式,将新的发现能力集中在寻找最关键的目标上,并提供集中的杀伤力来清除掉这些目标,然后就可以使用传统的、生存能力较差的能力来提供效应。DARPA战略技术办公室对跨所有域的传感能力很感兴趣。新的传感器设计和信号处理方法应该支持部署小型、低成本、低端平台的发现功能。因此,能够实现低尺寸、重量、功率和成本的技术是非常可取的。

发现和引导功能的实现需要通过广泛分布的传感器来检测和跟踪目标并保持监控,这些传感器具有不同的功能,驻留在不同的域中。DARPA战略技术办公室对自动化处理技术感兴趣,这种技术可以确保在不同域和不同模式的传感器之间实现监控链,从而在跨域效应链中增加目标在传感器之间交接时的可信度和准确性。

DARPA战略技术办公室是推动马赛克战的主要力量之一

F-22A装有机载传感器,可以指挥其他参战飞机协同作战

多域指挥和控制是马赛克战的核心

DARPA战略技术办公室正在寻找一种方法,为作战人员提供一系列可扩展的选项,将对手置于复杂多样的两难困境中,从而在重大冲突中战胜对手。重点是将非动能效应用于进攻目的,如直接削弱或击败对手的能力、拖延对手的前进、制造混乱和不确定性,以威慑对手并促使冲突降级。非动能效应可以应用于不同强度级别,并可以包括在整个电磁频谱内提供效应的能力(如定向能)。特别令人感兴趣的是,能够对非动能效应进行精确定制建模工具,即使关于目标的知识是高度不确定的。

马赛克实验方法

目前,美军各军种对进行试验的新方法有强烈的需求,整个美国国防部对多域联合作战的兴趣又进一步强化了这种需求。这种兴趣的一个主要焦点是多域指挥和控制(MDC2)实验。这与DARPA战略技术办公室的技术组合非常一致,因为MDC2是马赛克战的核心。此外,作为一项独立的技术,MDC2的能力比其他任何技术都更具战术意义。

不幸的是,现在进行这种实验的机会十分有限。现有的实验基础设施要么是面向训练的低保真度设施,要么是只关注系统测试的高保真度设施。能力较强的行动级建模和仿真工具往往不用于实验,而是侧重于能力分析和需求,以及程序开发和验证。此外,现有的基础设施烟囱林立的问题十分严重。

DARPA战略技术办公室对将马赛克原理应用于实验基础设施的能力很感兴趣。建立专用的基础设施需要非常昂贵的建设费用,甚至还需要更昂贵的维护费用。DARPA战略技术办公室想要的并不是添加一个新的烟囱来做MDC2实验,而是基于现有的基础设施开发新的方法来构建实验环境,然后在其上添加新的功能。

DARPA战略技术办公室寻求集成技术和方法来操作各种建模仿真和实验环境。这样的环境将提供进行MDC2实验的机会,并交付工具和体系结构。随着军种马赛克概念的发展,就能够快速构建新的实验环境。大多数现有的军种实验或建模仿真工作已经使用了通用的数据标准,但它们的模型和实际的用户环境是不兼容的。DARPA战略技术办公室正在寻找工具和技术,使模型和建模仿真引擎的修改与集成变得更容易,以获得更好的互操作性。此外,DARPA战略技术办公室寻求以下技术元素的集成。

一是高保真人类行为:大多数现有的建模系统要么使用粗糙的脚本来模拟人类操作员的行为,要么依靠繁重的虚拟仿真来体现人类操作员的要素。

二是自动化在线高级分析:目前的大多数实验都倾向于根据预先计划的测试点和任务脚本来开展一系列大型而昂贵的行动,然后进行大量分析工作,以检查记录的数据并得出结论。

三是开发运维基础架构:MDC2技术在本质上是与战术相互依赖的。在进行MDC2实验时,理想情况下需要修改MDC2工具的详细信息。这种类型的基础架构还将提供从工具开发到实验以及从战术开发到作战的直接途径。

基础性战略技术和体系

DARPA战略技术办公室正在为马赛克战架构寻找创新的想法和颠覆性技术,这些新技术需要能够在前述3个重点领域提供显著的潜在能力改进。这可能包括:能够大幅度减少系统的尺寸、重量、功率或成本的技术,允许具有适应性兼容快速更新的技术,显著提高系统级性能潜力的技术,以及展示这些系统和技术的军事用途的方法。具体可能涉及孔径、组件、硬件、固件、软件和供电等方面。

责任编辑:葛  妍