美海军无人装备发展战略

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美海军无人装备发展战略

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2021年3月16日,美国防部下辖海军部发布了《无人装备发展行动框架》战略文件。文件宣称因应中国、俄罗斯等强大对手的挑战,美海军将打造无人系统与有人系统组成的“混合部队”,未来美国海军舰队和陆战队航空兵力中,分别有1/3和1/2由无人系统构成。随后,2021年7月2日,美海军部又发布了《智能自主系统(IAS)科技战略》。该战略是海军《无人装备发展行动框架》战略的补充科技战略,重点关注智能自主系统,旨在融合自主性、无人系统和人工智能,使无人系统成为海军力量结构中可信赖和可持续的部分。

一、国家战略

2019年2月11日,时任美国总统特朗普签署了《维持人工智能美国领导地位(Maintaining American Leadership in Artificial Intelligence)》的总统令,正式启动美国人工智能计划。该行政命令称,美国是人工智能研发和部署的全球领导者,美国政府将协调联邦政府战略和美国人工智能计划,维持和加强美国在人工智能研发和部署方面的科学、技术和经济领导地位。

同日,白宫发文称,美国联邦政府将集中资源发展人工智能,以“确保美国在人工智能方面的优势”。2021年1月1日,美国会正式批准《2020年国家人工智能计划法案》,并纳入《2021年国防授权法》(secs. 5001-5501)。

《维持人工智能美国领导地位》总统令

2019年2月12日,在白宫发布《维持人工智能美国领导地位》总统令的同时,美国国防部解密了《2018年国防部人工智能战略摘要》报告,报告分析了美国国防部在人工智能(AI)领域面临的战略形势,阐明了国防部加快采用AI能力的途径和方法。报告指出,中国、俄罗斯等国正大幅投资于AI军事应用,这可能会侵蚀美国的技术和作战优势,美国防部必须利用AI来维持战略地位,并在未来战场上取胜。实际上,美国国防部已于2018年建立向国防部首席信息官(CIO)汇报工作的联合人工智能中心(JAIC),旨在加快人工智能能力的交付,扩大人工智能在国防部范围的影响,并同步国防部人工智能活动以拓展联合部队优势。至此,全球AI军备竞赛再一次被点燃。

《2018年国防部人工智能战略摘要》

二、一体化威慑

2021年7月13日,美国国防部长劳埃德·奥斯汀在美国人工智能国家安全委员会举办的全球新兴技术峰会上发表演讲,公开提出 “一体化威慑”概念,其核心目的是通过打造“一体化威慑”阻止“战略竞争”对手获得军事上的优势。他指出,未来美军的发展方向将不再依靠单纯的军力数量或规模来对潜在对手取得优势,而是会更多地通过人工智能、网络信息、高速数据处理等关键技术的研发与利用,实现更高层次的领先优势与战略威慑。未来5年,美国将投入约15亿美元用于人工智能相关技术的研发。除军工巨头外,军方还将与高校和企业加强合作,推动新兴技术的使用。

“一体化威慑”战略是拜登政府上台后美国军方提出的新概念。奥斯汀指出,美国将研发量子计算、人工智能等尖端技术,推动陆、海、空、天、网各军种协同作战。为此,美需把技术、作战概念和能力以可靠、灵活的方式编织成网,从而令对手陷入困境。“一体化威慑”战略很好地体现了拜登政府“从实力地位出发”、“低成本、非对称”地应对“大国竞争”的战略思维。2021年7月31日,美国“外交”网站军事专栏作家Steven Stashwick发表文章指出,中国海军在2019年就已经在舰艇数量上(总吨位仍是美国领先)超过了美国海军。为了重新获得海上的传统优势,美国海军必须采取措施抵消中国海军舰艇的数量优势:大量应用智能无人装备是目前最可行的方案。

三、海军兵力设计

在海军2020财年预算申请中,海军将大型无人水面船LUSV和中型无人水面船MUSV表述为实施“分布式海上作战”的关键要素,因为这种作战平台可以单独地/编队地/蜂群地前沿部署,也可与有人舰艇单舰或多舰组成编队作战。为此,海军已经开展了相关作战概念的生成和研发。美国国会研究服务局(CRS)2020年版《海军兵力结构和造舰计划:背景与问题》研究报告建议海军大型水面舰艇、中小型水面舰艇、大型无人水面舰艇和中小型水面舰艇的比例为1:2:3:4,这意味着每100艘海军水面舰艇的分配比例应该是10艘大型水面船(航母、驱逐舰)、20艘中小型水面船(护卫舰)、30艘大型无人水面船和40艘中小型无人水面船,这意味着70%的数量是无人水面船。

国会服务局提出的未来海军兵力结构建议

2021年2月18日,美国传统基金会发布《重建美国军队:美国海军》报告,报告认为为了应对与中俄的大国竞争,美国海军在2035年之前需要一只数量不小于575艘有人加无人舰船混编的舰队规模,其中无人舰艇的比例不少于25%。从海上作战角度看,无人舰船这种低成本舰船意味着可消耗性,避免了高价值海军平台(如航母、驱逐舰)损伤带来的成本不可承受性;另外,海上无人装备(USV和UUV)可以部署于人类无法生存的区域,或者承受超出人类极限的负载等,可大幅提高作战效能;最后,无人舰船帮助海军实现分布式舰队概念,提高了舰队的模块化和可重构性,给指挥官以更大的灵活性和发挥空间,可适应不断变化的任务需求。

美国传统基金会给出的未来海军兵力设计

四、海军战略文件

1、无人装备发展行动框架

2021年3月16日,美国防部下辖海军部发布了《无人装备发展行动框架》战略文件。《无人装备发展行动框架》(以下简称《框架》)文件给出了海军无人装备的发展愿景:“让无人系统成为海军部队结构中可信的和可持续组成,加速与有人舰队的整合以提供致命的、可生存的和可扩展的作战效果,以支持未来的海上任务。”文件提出了5大建设目标:(1)在海上和联合作战全方位推进有人-无人组队作战能力;(2)构建一个可快速、大规模整合无人能力的数字基础设施;(3)激励无人系统进入快速增量式的开发和测试周期;(4)分解常见问题,一旦解决就在所有平台和领域铺开;(5)创建以能力为中心的可持续的方法,使无人平台、系统、子系统为部队做贡献。

《框架》文件给出了无人系统期待的目标状态:(1)将作战人员从日常/重复性任务中解放出来,投入关键作战行动中;(2)无人系统进入不适合人类生存环境,从而降低作战人员生命风险;(3)以降低对生命、部队和任务风险的方式在复杂和对抗地区开展作战行动;(4)帮助作为指控核心的人类实施快速、可扩展和分布式决策;(5)感知和利用物理作战环境;(6)采用分布式网络节点增加系统韧性、连通性和实时感知能力;(7)作战半径、续航时间和持久性的增加,超越人类的体能限制。

《框架》文件也承认,当前无人系统所面临的最大挑战,就是如何在资源有限的情况下,快速且同步地发展出完整的无人作战体系。因为无人系统如果无法与有人系统、自主行动技术、通信系统、相关载荷、通用接口等必要项目齐头并进,将无法发挥战斗力。特朗普政府任期的最后几周,美国国防部发布了一项在2045年之前大规模扩张海军的计划,其中包括采购200多艘无人水面舰艇和潜艇,但并未获得国会的资金支持。显然《框架》提出的计划要落到实处,特别是要说服美国国会为海军发展无人系统拨款,还面临很多挑战。

《无人装备发展行动框架》(2021)

2、智能自主系统科技战略

2021年7月2日,美海军部又发布了《智能自主系统(IAS)科技战略》。该战略是海军《无人装备发展行动框架》战略的补充科技战略,重点关注智能自主系统,旨在融合自主性、无人系统和人工智能,使无人系统成为海军力量结构中可信赖和可持续的部分。《智能自主系统(IAS)科技战略》(以下简称《IAS战略》)文件中全部采用IAS(智能自主系统)代替《无人装备发展行动框架》文件中的UxS(无人系统)一词,作为对国会议员对其“技术成熟度不足”的回应。

《IAS战略》指出,IAS武器关键优势主要包括:体积更小、数量更多、分布式能力更强,可为作战能力提供补充;可适应非结构化环境,快速提供颠覆性数据,必要时可以牺牲;可通过广泛持续的数据收集、前沿态势感知理解以及信息战支持能力实现决策优势。《IAS战略》认为IAS将对美海军作战方式进行颠覆性的变革,主要体现在三个方面:

(a)赋能基础新能力。①蜂群与反蜂群作战——作战人员利用定制的智能自主无人系统蜂群实现进攻与防御能力。自动部署传感器、使能器和效应器,提升打击对手目标能力,降低敌人无人系统和蜂群战术的风险。②扩展清晰与精确的战场空间——作战人员使用IAS可获得更广范围、更深入、更精确的战场态势。机器速度的情报信息处理进一步提高了战场感知水平,有利于制定更有效的决策。

(b)增强多域战能力。①智能安保——IAS是一体化的计算机-物理网络系统的组成部分。系统可在空中、水面、水下和陆地领域为基础设施、港口、移动平台提供安保服务。同时,系统还可连接数字网络提供实时网络监控与防御。②分布式持久传感器——作战人员可依靠IAS在全域实现无缝、持续、智能的态势感知。

(c)增强当前作战能力。①个性化、针对性、按需求、相关性的培训——IAS可为作战人员提供多方面的教育培训。②海上控制和海上拒止——一系列独立于平台的远征式IAS可辅助前线作战行动和增强力量,包括杀伤链执行、后勤、力量维持、动态重组、非作战/人道主义援助等。

《智能自主系统(IAS)科技战略》(2021)

五、演示验证

2021年4月19日至26日,美国海军举行了“无人系统集成作战问题-21”演习。此次演习在加州圣迭戈海岸附近举行,旨在演示验证无人装备与舰队的集成,深入研究复杂作战场景中无人系统综合作战问题,。这是美国海军首次聚焦无人系统的演习,也是3月发布《框架》文件后举行的首次大型演习。

1、参演装备

“无人集成作战问题”-21演习由美太平洋舰队负责整体规划,第3舰队具体组织实施。此次演习中,有人系统主要选取现役装备数量较多、代表性较强的型号,无人系统则在纳入部分技术较为成熟的型号之外,还动用了部分在研甚至保密项目的阶段性成果。

有人系统。涵盖除大甲板舰艇(航母和两栖攻击舰)、弹道导弹核潜艇和作战支援舰艇外的几乎全部海空主战平台。典型装备包括:朱姆沃尔特级导弹驱逐舰1艘,舰艉的直升机甲板加装了大型球形天线罩,结合美海军此前透露有意将该级舰等改装为无人系统指控母舰分析,该天线很可能用于无人系统指控任务;阿利·伯克级导弹驱逐舰4艘,其中至少1艘搭载有“海军光学眩目拦截器”(ODIN)舰载低功率激光器;提康德罗加级导弹巡洋舰1艘;自由级和独立级近海战斗舰各1艘;圣安东尼奥级两栖船坞运输舰1艘;洛杉矶级攻击型核潜艇1艘;P-8A海上巡逻机;E-2C舰载预警机;EA-18G舰载电子战飞机,以及MH-60R/S舰载直升机等。

无人系统。共动用29型,其中50%为无人水面艇系统,30%为无人潜航器系统,20%为无人机系统。典型装备包括:中型无人水面艇2艘、“人鱼海神”水面/水下双模无人航行器、“伊弗”-4无人潜航器、MQ-8B舰载无人侦察直升机、MQ-9A第5批次(Block 5)中空长航时察打一体无人机,以及“香草”超长航时无人机和首次曝光的海军研究办公室(ONR)“超级蜂群”计划等。

2、演练内容

美海军称,“无人集成作战问题”-21演习主要由三个场景组成,包括:①复杂的进攻性实弹发射演练;②有人-无人协同情监侦(ISR)演练;③有人-无人编组作战概念演练。美海军及相关媒体仅对第一个场景的内容作了不同程度的披露,另外两个则严格保密,仅笼统表示使用了多域多型无人系统与有人舰机协同演练。

进攻性实弹发射演练。4月25日,美海军使用有人-无人协同杀伤链,引导1艘导弹驱逐舰发射1枚“标准”-6导弹,对模拟潜艇的水面目标(装有小型角反射器和信号转发器)实施了超地平线精确打击,有效射程超过400千米。演练过程中,1型天基系统负责对可疑海域实施广域监视,中型无人水面艇等负责搜索与跟踪,确定目标所在海域后由MQ-9A Block 5无人机从高空投放被动声纳浮标,机载“自动识别系统”(AIS)完成精确定位和目标识别,随即与巡弋的P-8A巡逻机和MH-60R舰载直升机建立Link 16数据链通信,并通过其他无人机搭载的“海军全球指挥与控制系统”(GCCS-M)完成超地平线瞄准,将相关信息传输至导弹驱逐舰,实现了杀伤链闭环,全程未使用任何有源传感器。

无人蜂群系统反舰能力演示。使用1艘无人水面艇作为情监侦平台,通过“电子支援手段”(ESM)将目标坐标等信息传输至舰队海上作战中心(MOC),后者新设的信息战指挥官(IWC)主持生成火控数据,最终由水面战指挥官(SWC)核准并下达攻击指令,发射无人蜂群系统完成打击。

2021年4月21日,在太平洋舰队无人系统集成作战问题演习(UxS IBP 21)中,一架MQ-9海上卫士无人机飞越独立级濒海战斗舰USS Coronado (LCS 4)号的上空。

六、未来发展

美海军正扎实有序推进无人作战力量建设,力图打造有人-无人协同体系优势,对潜在对手的传统海上对抗模式构成了全新挑战。美海军官员强调通过“试能”与“试不能”在演习中不断探索装备能力边界、形成全新战术战法,并以“验证一批交付一批”的形式向一线部队扩散。通过研制试验与作战实验的一体化,持续、快速、可靠地创新作战能力,不断提升武器装备的实战效能。从演习情况看,美海军希望在新作战概念、新作战力量和新装备技术的牵引下,打造立体感知、远程突袭、高效致命的全新作战样式,其地理分布更广、体系连通更好、敏捷抗毁更强,将赋予该军种非对称优势。

据悉,美国海军计划在2026年前列装26艘无人舰艇,其中包括12艘大型无人艇、1艘中型无人艇和8艘超大型无人水下潜航器。为此,美国海军已向国会申请27亿美元,并与6家公司签署项目研发合同。可以预见,美国海军未来的力量构成将突出无人舰艇;同时继续提升海上无人作战能力。近年来,美国海军不断加大对无人系统和自主技术的测试、演示和原型设计,试图进一步提升海上无人作战能力,确保其优势地位。

虽然,美国海军一直极力争取资金部署海上无人化武器装备,但也受到美国国会采购要求的诸多限制。因缺乏“有关技术成熟的证明”,美国海军在2021年无法购买或建造任何一艘无人舰艇。未来,美国海军想要全方位布局海上无人系统仍然存在阻力。

来源:体系工程

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