美海军联合全域指挥控制发展研究发表时间:2024-08-08 14:35 2020年以来,美海军正以“对位压制工程”为牵引构建海上联合全域指挥控制能力,重点开发可抵御对手网络攻击的“网络之网络”,“将射手从特定平台的传感器中解放出来,利用制式和非制式传感器融合数据,比对手更快地闭合杀伤链”。 2019年,美参联会提出联合全域指挥控制概念,旨在构建连接“所有传感器、所有射手”的军事指挥控制网络,整合陆、海、空等各域作战资源,实现跨域、跨军种的无缝信息传输,在对的时间、用对的武器、打击对的目标。 2020年10月,为响应美国防部“联合全域指挥控制”建设工作,解决“美海军对通信带宽和移动数据需求呈指数级增长”“现有作战网络和基础设施难以满足无人化作战需求”等现实问题,美海军启动“对位压制工程”,提出采取类似“海军反应堆”“宙斯盾”作战系统的工程化研发模式,联合作战部队、政府、工业界、学术界等各方力量,围绕作战网络、基础设施、数据架构、分析工具等四大领域开展研究工作,加速构建新型“海战体系架构”,确保海军有人-无人舰队能在海上组网,可以从空中、水面、水下等领域同步提供致命和非致命作战效应,维持海上优势。“对位压制工程”是目前美海军除调整战略核力量外,优先级最高的工作。 顶层规划 “对位压制工程”启动以来,美海军连续发布多项顶层战略文件,进一步细化、明确了工程的目标定位、发展规划、技术手段,自上而下指导相关工作。 2021年1月,《海军作战部长发展指南》中提出,“海军作战概念要求用‘海战体系架构’连接所有平台、武器、传感器”,“2025年左右初步部署‘海战体系架构’,并与‘联合全域指挥控制’系统集成”。 2021年10月,《海军航空兵愿景2030—2035》中提出,要“发展灵活、强适应性的通信网络,具备动态作战管理与指挥控制能力,可将任意传感器或射手弹性集成至杀伤链,实现远程火力打击”,通过“对位压制工程”实现“现有或未来平台跨舰载机联队、跨域集成组网,为所有联网平台提供持续、多节点探测信息”,“提供多条网络路径以确保数据流的弹性、可靠、冗余、及时”。 2022年9月,《制信息顶层设计概念》提出“实现任意信息在任意两点间的安全传递”的发展愿景,将打造“网络之网络”升级为海军的战略目标。 组织模式 “对位压制工程”采用“集中式管理、分布式研发”的组织管理模式,实现技术的快速创新集成,重点采取六大举措。 组建“对位压制工程”项目经理办公室。由海军信息战系统司令部司令领导,拥有海军所有与作战网络研发、采办、维护相关项目的管理权限。 建设集成快速创新实验室。依托“对位压制软件库”,建成岸上虚拟实验环境,已完成2次“先进海上技术演习”专项挑战赛。 举办“对位压制工程”工业日。季度举办,首个工业日邀请了180家公司,海军信息战系统司令部介绍了工程的愿景、技术现状、未来挑战、机遇等,并强调了政府与工业界合作支撑“对位压制工程”的重要性。 建立软件“铸造厂”。向国防工业部门、小型企业、政府机构、学术界等广泛征集创新解决方案,探索新型软件开发和部署生态系统。 挖掘行业人才。2021年2月,“对位压制工程”负责人斯莫尔表示,“必须从系统司令部、作战中心、各行业中挖掘优秀人才,利用他们的专业知识改进对人工智能、机器学习、信息和网络等技术的使用”。 推动国际协作。2023年2月,斯莫尔表示,“‘对位压制工程’已在‘五眼联盟’中(美国、澳大利亚、加拿大、新西兰、英国)达成共识,我们做的每一件事都应考虑与合作伙伴间的互操作性”。 “对位压制工程”启动以来,美海军以实现联合全域作战为目标,以构建有人-无人舰队分布式海上作战能力为核心,以论证未来海战“网络之网络”基础架构、可拓展性为重点,以加速新技术植入为主要驱动,开展了系列作战实验,聚焦三大问题:如何快速缝合一张覆盖全海军的“网络之网络”,使海军能在强对抗环境中无缝传输数据;如何实现类似手机APP的作战软件远程快速研发、测试、部署、更新和管理模式;哪些创新和新兴技术有助于实现“对位压制”优势? 作战网络集成实验 2023年2月,美海军航空系统司令部、太平洋海军信息战中心、海军研究署、诺格公司、BAE系统公司联合开展了海上网络集成实验,旨在依托“实况-虚拟-构造”手段,探索实现跨网络、跨战域无缝传输数据。 实验实施上,利用海上作战中心、无人机任务控制站、岸上作战中心的模拟器,模拟海上编队的F-35战斗机、E-2D预警机、阿利·伯克级驱逐舰、尼米兹级航母等装备平台。利用MQ-4C无人机搭载无人网关设备,作为高空情报监视侦察和网关节点,实现在不同平台和网系间共享第五代传感器的数据。 实验效果上,初步验证了“网络之网络”的数据传输和融合能力。美海军作战部长吉尔迪表示,“网络集成实验使我们能将更多的网络集成到‘网络之网络’中,这意味着能在更多网络上测试更多数据,并引入更多的作战管理辅助工具,使终端用户能更好地观察战场空间”。 “数字地平线”演习 2022年11月23日至12月15日,美海军在巴林举办了为期3周的“数字地平线”演习,首次将无人系统集成至“网络之网络”,并基于人工智能技术进行数据融合和分析。 实验实施上,构建由海鸥无人艇、数据探索者无人艇、V-BAT无人机等多型商用无人系统节点组成的“网络之网络”,收集情监侦传感器数据;通过海岸警卫队快速巡逻艇部署“弹性旋翼”无人机,在阿拉伯湾上空将其他平台视频、图片等数据中继至海上和岸上指挥中心;利用埃塞森公司的“集成指控通信和响应式防御”模块,汇集了来自15型无人系统数据(40个视频流、9个自动识别系统数据源、4个实体检测/跟踪源等),并转换为通用格式;建立一种基于网页的“单一管理平台”,将所有相关数据集中显示;利用人工智能和机器学习技术筛选海量数据,识别海上异常活动。 实验效果上,展示了更完整的无人系统作战图像,提升了无人系统操作员的数据可视性和指控能力。演习中,操作员通过“单一管理平台”直接控制了5种不同类型的无人艇,提升了无人系统的互操作性。第59特遣部队指挥官表示,“演习的数据集成颠覆了传统传感器的通信思维,数据不需要标准化,就可实现系统互操作”。 先进海上技术演习专项挑战赛 2021年6—11月,美海军信息战系统司令部组织开展了“先进海上技术演习-网络”和“先进海上技术演习-人工智能”专项挑战赛,是“对位压制工程”启动以来首次举办的先进技术演习挑战赛活动。该挑战赛强调在虚拟数字环境中,探索如何在强对抗和绝大多数通信链路拒止的战术环境下,快速嵌入与应用人工智能、网络等新兴技术,解决作战网络降效、智能目标识别与轨迹预测能力不足等问题。 实验实施上,利用集成快速创新实验室虚拟环境,在节点连接稀疏、链路传输速率低于千比特/秒、网络需求超过可用资源等苛刻等实验条件下,测试新兴技术对提升作战网络弹性、带宽、敏捷性的影响。通过“对位压制软件库”岸上虚拟桌面基础设施,实现参赛系统/软件直接利用海军作战数据集开展训练。在模拟强对抗作战环境下,验证人工智能、机器学习等技术在目标识别、轨迹预测、弹目匹配、环境测绘等方面的运用。 实验效果上,首次基于虚拟数字环境验证了人工智能、网络等技术在强对抗作战环境下的应用前景。美海军信息战系统司令部科技总监称,“这种数字平台驱动的新型先进海上技术演习能快速识别和部署新兴技术”,可将新技术的演示、集成、部署周期从传统的36个月缩短至10个月。 作战软件部署测试 2021年8月,美海军在夏威夷太平洋地区网络作战中心部署了“对位压制工程”云端数字环境“对位压制软件军械库”的首个“应用兵工厂”,并在“林肯”号上进行了测试。 实验实施上,利用符合美国防部“信息影响等级6”的云端数字研发和测试环境,保障舰载作战软件从初始设计到集成、测试、部署整个周期的安全保密;利用敏捷核心系统,实现作战软件的快速集成与存储;利用软件工程快速评估与集成流程,完成新作战软件的快速认证;利用“应用兵工厂”商店,实现舰载作战软件的远程检索、下载、安装、更新;引接新版“统一海上网络企业服务”舰载网络系统,利用标准化网络基础设施和通用化机柜构建统一的舰载计算环境,通过企业服务实现所有作战软件的“托管服务”。 实验效果上,初步验证了作战软件的云端开发、部署、更新、管理能力。美海军海上战术网络项目办公室项目经理表示,“这是一个颠覆性的范式转变,以前海军作战软件安装必须手动上舰操作,而‘应用兵工厂’允许用户以有线或无线的方式远程自动下载应用程序”。 2025财年,美海军为“对位压制工程”申请1.398亿美元预算,未来5年预算计划达到7.167亿美元。海军预算文件中明确支撑“对位压制工程”的共有5个项目/项目包,分别是“数字战争”“先进作战系统技术”“建模与仿真保障”“自动测试和分析”“情报任务数据”。 “数字战争”项目包是“对位压制工程”的核心,项目包中的具体项目均为机密。综合多方信息推测,该项目包将重点发展支撑“网络之网络”的通用数据链、机载网关系统等,提升网络带宽、弹性、敏捷性。具体项目包括:“通用武器数据链”“辅助决策工具和人工智能研发”“数字化战争”。 “先进作战系统技术”项目包旨在促进美海军发展集成建模环境、原型演示、技术转换,以及相应的标准和接口,加速基于开放架构的数字环境建设;推动开放架构在战斗管理、任务规划、战术决策等基于人工智能/机器学习技术的辅助工具中的运用。具体项目包括:“协调海军企业跨域实施开放架构”“在数字化战争平台实施开放架构”“用于开放架构和数字战争平台的系统工程保障”。 “建模和仿真保障”项目包旨在重点发展通用服务、工具和数据库,制定能提升模型和数据复用性和互操作性的方法和标准,支持全海军的工程设计需求。具体项目包括:“核心服务”“通用服务”“实验与原型”。 “自动测试和分析”项目旨在扩展当前美海军系统测试的方法和工具,提升海军对单个系统和系统之系统的研发、评估、作战分析能力;实现在云端数字环境中,软件代码的实时分析与性能测试,进一步缩短海军作战软件的部署周期。 “情报任务数据”项目旨在研发数据分析工具方法和数据架构,实现数据可视化,提高复杂任务情报数据分析能力;对全海军的情报数据进行集成、排序、分析,保障海军所有海基、岸基系统的现代化、数字化转型;将更多的情报信息集成到盟军软件环境中。 通过系统梳理美海军“对位压制工程”的组织方式、关键项目、重点作战实验等情况,总结分析“对位压制工程”具有以下发展特点。 采用敏捷开发、分布实施的发展理念。研发模式上,将任务分解为多个增量,并为每个增量制定“最小化可行产品”,包括网络、基础设施、辅助管理工具等的阶段性成果,以快速实现所需的“最低限度能力”。每个增量分为研发和集成、平台集成和测试、运行和维护3个阶段;上个增量推进1年后,启动后续增量,并行推进研发、集成和测试工作。部署方式上,采取“先航母编队、再向舰队和全海军推广”的模式,计划2023年在航母打击群上部署测试“对位压制工程”初步成果,收集用户反馈,以确定新的能力发展方向;确保研发的新工具可与“海战体系架构”功能集成,并利用虚实结合的手段加快样机的使用训练。 通过现有网络系统的快速无缝集成,提升网络弹性、带宽和敏捷性。在现有网络基础上快速缝合一张“网络之网络”,彻底改变现有“花园围墙”式的网络结构,打破传统传感器、武器、指控、通信网系间的信息流通壁垒,在“软件定义的通信系统”中获取所需数据并封装,用软件定义最佳的传输路线,实现“在正确的时间将正确的数据传输至正确的地点”。采用“通信即服务”架构,研发测试新型网关系统,或借助DARPA“缝纫针”等项目成果,简化网系间交互,解决网络集成面临接口不兼容、标准不统一等难题,实现新能力的快速部署。引入多径路由、零信任网络访问、云原生接入点、IPv6网络通信等新兴技术提升网络弹性、带宽、敏捷性,实现受到攻击、节点故障/瘫痪、通信降级/拒止时,高优先级信息在不同网络间的有效传输。 注重海军信息基础设施环境的现代化改造,大幅缩短作战软件部署周期。现代化改造海军信息基础设施,采用“与工业界相同的研发安全运维方法”设计作战软件;基于云处理和云存储技术,构建符合美国防部不同“信息影响等级”的云端数字研发、测试、存储环境;创建云端应用商店,使舰载操作员可远程搜索、下载、安装、更新作战软件,将软件部署周期从传统18个月缩短至数天内。 以数字平台驱动演习加速新兴技术落地。美海军通过引入“集成快速创新实验室虚拟环境”、“对位压制软件库”岸上虚拟桌面等基础设施,使技术研发人员能够直接访问海军作战数据集开展训练,确保人工智能、深度学习等技术使用真实有效的训练数据,大幅缩短了新兴技术从研发、测试到最后部署的时间。同时,海军计划部署作战软件应用商店,可使舰艇操作员远程搜索、下载、更新、管理新部署的作战软件。若成功部署和推广,将大幅缩短新技术、新应用的部署周期。 美海军联合全域指挥控制着眼于未来高端海战,致力于基于现有作战网络构建覆盖全海军、弹性、灵活的“网络之网络”,打破现有作战网系间的信息壁垒。现代化信息基础设施将彻底改变作战软件的部署模式,缩短作战软件部署周期。同时,引入人工智能等新兴技术辅助指挥官决策,提升决策效率,加速闭合海上杀伤链,维持海上优势。 |