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美军“敏捷作战部署”(ACE)信息技术研究分析

美军“敏捷作战部署”(ACE)信息技术研究分析

  导读:美国空军于2021年12月1日发布了《敏捷作战部署》条令说明1-21,指出远征/多能力空军与可定制的部队组合是实现ACE的关键因素所在,敏捷通信与敏捷决策等则是ACE的核心要素,而这均需要先进的信息技术予以支持。美军已经围绕“飞离”通信终端、Wave Relay移动自组织网络(MANET)技术、“异构电子系统的系统技术集成工具链”(STITCHES)以及人工智能和数据加速(AIDA)计划展开了相关研究。为此,本文从F-35的高速通信能力探索、反介入/区域拒止环境下远征联网技术研究与敏捷决策优势构建三个方面,对美军的ACE信息技术研究进行梳理分析。

  美国空军部将在对抗环境中定义优化的强韧基地驻扎、持续维持和通信作为第五项军种要务,并且认为美国空军能够在F-35的任何部署中采用ACE结构,只是需要以弹性、冗余的通信为前提。

  但美军现有的军用卫星互联网能力实现需要更长的准备时间,并且其最快的速度仍不足以满足偏远地区F-35作战行动所需要的数据量。而F-35战斗机若要实现在需要“自主后勤信息系统”、“非保密互联网协议路由器”网络(NIPRNet)和“秘密互联网协议路由器”网络(SIPRNet)的某个偏远地点进行为期数天、数周甚至更长时间的操作,关键在于必须实现更为敏捷的通信。

  因此,美国空军现阶段正在探索高速通信选项,以支持F-35A Lightning II在偏远和条件简陋的地点进行“敏捷作战部署”(ACE)。美国空军犹他州希尔空军基地的第388战斗机联队的作战支援中队网络飞行员于2022年3月30日针对“敏捷作战实验室”开发的“飞离”通信终端(Flyaway Communications Terminal)进行了为期一周的试验。

  该次试验利用融入“飞离”新型通信终端的系统,首次利用卫星和蜂窝互联网连接F-35A的已部署汇报设施,并将数据传输速度提高了30倍;

  高端通信解决方案所使用的整套系统及其组成都足够小,可以装入F-35飞机挂载的部署吊舱内,经过训练后的任何空军人员基本上都可以在10分钟以内完成安装架设,便于操作。

  由此可知,基于该解决方案,F-35A有望能够在“敏捷作战部署”中的作战地点使用卫星通信或蜂窝长期演进(LTE)通信技术,并仅将离线运行能力作为极端条件下的备用手段。经过培训后即可设置新解决方案,这也为美国空军提供了更多的人力选择,并能够有力支撑“多能空军人员”的创建。

  为了实现从多个可防御的、可持续的和可重新定位的地点将敌方目标置于危险之中的目标,美国空军需要在尽可能利用空军的计算机服务器和卫星终端等现有资产,最大程度地降低成本的同时,构建高度灵活的机动指挥与控制网络,将作战机队所需的核心要素紧密结合,包括规划任务、维护飞机、辅助升空、保护飞机跑道等。

  美国持久性系统有限公司(Persistent Systems)2021年3月15日宣布,通过美国空军演示证实,该公司开发的Wave Relay移动自组织网络(MANET)技术可有效支持美国空军敏捷作战部署(ACE)作战概念。

  Persistent Systems的 MANET技术研发伊始即旨在通过快速适应地形波动和恶劣环境条件最大限度地提高连接性和通信性能。该技术基于Wave Relay数据链嵌入式模块实现,可以连接分散于不同美国空军基地的单位,为其提供直接通信、态势感知、全动态视频和音频。在此将Wave Relay数据链嵌入式模块的主要参数等梳理如下表所示。

  梳理可知,Wave Relay数据链嵌入式模块轻巧,便于与其他系统集成,其具有低延迟、低功耗等特点。基于该嵌入式模块,MANET技术能够实现可扩展的无线网络,点对点提供数据、视频和语音,并提供37mbps的用户吞吐量用户数据报协议(UDP)和27mbps的传输控制协议(TCP)。

  演示证明,基于Wave Relay移动自组织网络(MANET)技术,美国空军可具备在反介入/区域拒止(A2/AD)环境中为远征空军基地提供支持的联网能力,并可节省数亿美元,以低成本支持远征空军基地,能够满足美国空军ACE概念的要求。

  该公司还展示了在超视距能力不可用情况下,通过卫星、互联网、5G蜂窝、以及局域网等进行自动PACE(主要、备用、应急和紧急)通信的能力。

  持久性系统公司认为,当云不可用时,该公司的基地防御和导弹外场解决方案可以完全独立运行,从而可以在“CloudONE”情况下操作。

  此外,该公司获得的互操作性经验已经在“先进作战管理系统”(ABMS)中得到应用,也为ACE未来与ABMS系统的整合奠定了一定基础。

  ACE作战需要在整个电磁频谱上具有可移动、可生存、安全和可持续的通信解决方案,以便人员能够在在拒止、断开、间歇或有限带宽(D-DIL)环境中接入国防部网络和语音服务。高效的信息共享、分析决策以及指挥控制更是美军ACE作战框架的核心要素之一。

  而联合全域指挥控制(JADC2)能够为空军及其联合伙伴提供作战优势,保持作战效能,实现跨域的效能融合,因此为了实现冗余且有弹性的指挥控制节点以确保ACE的有效执行,美军已经针对JADC2的核心技术架构——先进作战管理系统(ABMS)展开了持续研究,将实现集成决策优势以及敏捷作战部署、分布式作战方面作为研究方向与重点,在解决新的基于卫星的通讯系统架构问题、由传感器到射手的网络互连、利用云共享信息、人工智能软件辅助指挥决策等方面已经取得了较大进展,并验证了多军种无缝连接及态势共享能力和基于人工智能的指挥控制应用。

  美国空军部与美国太平洋空军、美国北方司令部、联合人工智能中心和负责情报与安全的国防部等合作,于2021年7月8日至28日完成了ABMS第五次“架构演示与评估”(ADE 5),针对通过集成、分布式、弹性的通信、计算和软件实现决策优势进行试验,并针对利用人工智能支持敏捷决策优势开展了关键使能技术试验工作,致力于实现一个集成的任务架构,无论是在竞争还是冲突中,从战斗指挥到边缘节点的任何地方均可以实现人工智能支持的决策优势。

  美军的11个作战司令部参与了ADE 5。通过在 ADE 5 中的合作,美国空军部与美国北方司令部、美国太平洋空军、联合人工智能中心和美国内政部(USDI)等在设计和评估技术架构方面取得了一定进展,而这些架构将为高级领导人和联合作战人员提供其所需与应得的决策优势,并将为太平洋空军部署的通信团队提供现成的商业网络技术和商业通信路径,以增强网络弹性。

  ADE 5 的试验成果及其与 GIDE 3 和 Pacific Iron 21 的合作为实现综合决策优势和敏捷、分布式作战奠定了研究基础,尤其体现在人工智能辅助决策方面。

  注重与人工智能决策相关的关键使能技术的试验开展:与国防部联合人工智能中心合作,通过战略和战术层面的人工智能软件应用实现决策优势;

  美国空军致力于支持由美国国防部于2021年6月提出的新的人工智能和数据加速(AIDA)计划,以帮助军方的11个跨军种作战司令部迅速配备人工智能决策工具。

  STITCHES是DARPA研发的快速软件集成工具,旨在提供作为JADC2新概念核心的数据共享功能,具有实现分布式作战火力控制中的机对机通信的能力。其主要具备如下特点。

  梳理可知,STITCHES更具可维护性和灵活性,并且能够提高决策效率。其通过自动生成系统间极低延迟和高吞吐量的中间件快速集成跨域异构系统,不强制使用通用接口标准,可根据现有的实战能力快速创建所需连接;可提供功能之间的可扩展互操作性,而并非只能实现协同工作;STITCHES支持无需升级硬件或破坏现有系统软件即可共享数据,这能为作战人员实现部队的可组合性,而这也是满足不同战区要求,实现ACE的关键要素之一。

  据悉,该工具链早在2020年9月由空军主办的大型“入口”活动之一中就进行了测试。结果显示,STITCHES 能够连接投入使用时间相隔数十年的不同平台,从而实现互操作性和数据共享。DARPA表示,该工具链完全归国防部所有,因此任何商业专有技术均不会在实施过程中造成进一步障碍。

  第五次“架构演示和评估(ADE)”演习中的目标之一就在于利用STITCHES向空军提供人工智能数据“翻译器”,尽管美空军并未透露该工具链在ADE 5中的测试详情。但基于其早期测试结果及其功能优势可以想见,未来空军的重点将通过该类系统集成技术,创建一个可与联合部队以及美国合作伙伴和盟友完全集成的 JADC2系统,通过转变国防部的数字基础设施,将所有军事部门的传感器连接到一个单一的网络中以实现兼容性和互操作性,为决策者提供每个作战领域的战场态势感知,进而促进决策过程。

  Apogee Research, LLC 已于2022年4月获得空军研究实验室授予的价值 4800 万美元(基础加选项)的合同,以将 STITCHES 能力转移到空军,这说明STITCHES能力已经开始由DARPA向美国空军部过渡。未来,STITCHES 将在确保美军作战人员在需要时获得正确数据以成功执行任务方面发挥着重要作用,将使美国国防部能够继续利用其现有电子设备和标准的大量库存,同时还支持快速整合能力,以响应ACE概念不断变化的任务需求。

  美国国防部还于2021年推出了人工智能和数据加速器(AIDA)计划,将其作为国防部联合全域指挥与控制(JADC2)战略的一部分,并计划分别为美军的11个作战指挥部绑定其相关数据,旨在使 11个作战司令部能够实现基于数据的决策制定, 致力于研究如何将人工智能和数据带到战术边缘以支持作战人员。

  美军联合人工智能中心于2022年2月披露,其已经开始构建联合操作系统和集成层,以使作战指挥部和其他军事部门最终可以使用联合操作系统和集成层快速研发和部署人工智能算法。

  未来,一旦所有需要的服务均可用,应用程序将易于开发,从而能够简化人工智能应用程序在整个部队中的开发周期。基于AIDA计划,美军将拥有一个可以满足国防部扩展需求的集成层,国防部能够通过提供生成应用程序所需的背景资源和链接快速轻松地开发应用程序,提升美军各指挥部在任何潜在的冲突中协调关系效率以及决策能力与水平,从而提升ACE作战效能。

  此外,美空战司令部、驻欧空军、太平洋空军等还于2021年12月6日~13日在兰利·尤斯蒂斯联合基地举行了“敏捷作战部署”(ACE)指挥控制与通信(C3)作战演习,主要目的在于试验装备和战术,并向空军领导层提供数据集,以便对未来在竞争环境中的指挥、控制和通信(C3)作战行动做出明智的决策。

  美军在该演习期间整合了全球联合情报通信系统、新型战术与商业卫星通信系统、传统的军事卫星通信系统、智能路由设备与跨域设备等设备和软件,专注于如何与飞机通信,如何建立通信网络,以及如何接收情报数据,并重点针对C3操作,以及在ACE环境下执行指挥控制、火力、部队保护、信息、情报、后勤与机动任务所需的能力进行了演练。

  由此说明,美国空战司令部正致力于通过整个部队的协作提升在不稳定、不确定和复杂的威胁环境下的ACE能力。

  小结:美军围绕ACE信息技术所开展的相关研究已经取得一定进展:利用“敏捷作战实验室”开发的“飞离”通信终端,首次利用卫星和蜂窝互联网连接F-35A的已部署汇报设施,并将数据传输速度提高了30倍;基于Wave Relay数据链嵌入式模块的MANET技术可为反介入/区域拒止(A2/AD)下的远征空军基地提供联网能力;ABMS第五次“架构演示与评估”(ADE 5)揭示了美国空军部等在设计和评估技术架构等方面的进展,也表明美军正在致力于基于STITCHES等系统集成技术,通过实现所有军事部门在单一网络中的兼容性和互操作性,构建决策优势,并基于人工智能和数据加速(AIDA)计划构建联合操作系统和集成层,以最终使 11个作战司令部能够实现基于数据的决策制定,提升ACE作战效能。(北京太阳谷咨询有限公司 研究员 姜林林)

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