美军信息化建设发展动向探析

  摘要:战略重心的转变、新兴作战概念的逐渐成熟以及信息技术的迅猛发展,推动美军加快新一轮信息变革。以美军信息化建设为目标,分析美军作战理论发展、顶层指导措施、系统建设重点、试验鉴定途径、实战检验情况,研判美军在作战概念、要素连接、能力评估等方面的发展趋势,并提出启示与建议,为我军信息化建设提供可行的措施建议。


  0. 引言

  美国从20世纪90年代初开始大力推进军队信息化建设。1991年的海湾战争暴露出各军兵种信息系统相互脱节、不能互连互通的系统缺陷,为此,美军启动了著名的“武士C4I”计划,作为其军事一体化信息系统发展的目标。其后,基于“网络中心战”理论,美军先后开展了国防信息基础设施(DII)、全球信息栅格(GIG)、联合信息环境(JIE),为“全球警戒、全球到达和全球力量”奠定了坚实的基础。

  近年来,美国军事战略重心从反恐战争向大国竞争转变;人工智能、5G、云计算、量子、区块链等信息技术迅猛发展并呈现出越来越显著的军事应用效果。在新的战略需求以及前沿技术发展推动下,美国先后发布《国家安全战略》、《国家防务战略》、《国家军事战略》等顶层战略文件,认为未来与竞争对手之间将是全球层面,覆盖陆、海、空、天、网全域的对抗;此外,先后发布《国防部云计算战略》、《国防部人工智能战略》、《国防部数字现代化战略》等信息化领域纲领性文件,推进新一轮信息变革,意图保持其对其他国家的技术“代差”优势。

  在此背景下,追踪以美国为首的军事强国的发展动向,分析未来发展趋势,有助于及时预判可能存在的风险,提前布局,为我军发展提供决策参考。为此,本文重点分析最近几年来美军信息化建设的主要措施,对其发展动向进行预判,以期“管中窥豹”、“见微知著”。


  1. 美军信息化建设的近期举措

  近年来,积极推进“马赛克战”概念,构建新的作战能力生成范式;不断完善体系架构框架,简化军事标准体系,引领体系发展;持续推进试验鉴定改革进程与先进技术发展,以作战试验推动联合作战能力生成;通过发展统一作战平台、构建协同作战环境、加强联合作战演习及评估,加速体系化作战能力形成及相关技术更新,以应对未来快速变化的作战需求。

  分析美军信息化顶层战略文件,追踪其信息化建设的具体措施,可以发现美军近期信息化建设的重点呈现出体系工程的“V”形模式,如图所示。

  一是加速创新作战理论,充当信息化建设的“发动机”;

  二是强化顶层设计,整体谋划、统一考量;

  三是突出前沿技术在系统中的应用,打造新能力;

  四是强调试验鉴定,保证装备质量;

  五是注重实战检验,在实践中不断完善作战理论。

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  ▲ 美军信息化建设框架

  1.1 创新作战理论

  作战理论创新一直是美军信息化建设发展的灵魂,从信息战、数字化部队、快速决定性作战、基于效果的作战、网络中心战、空海一体战到多域战、马赛克战,美军以概念和理论创新推动军事技术发展、武器装备建设以及军事力量建设。

  “马赛克战”是美军近几年力推的一个作战概念,备受瞩目。该概念最初由美国国防高级研究计划局(DARPA)战略技术办公室(STO)在2017年8月公布,现已成为美军重点发展的体系作战概念。“马赛克战”试图像马赛克拼图一样实现灵活、自主、自适应的组合,期望通过先进的技术手段实现多种系统、武器平台的实时灵活组合,并进行网络化作战,产生一系列非线性作战效果,最终形成“效果网”。其作战概念如图所示。马赛克战作战概念提出的一个重要技术驱动是智能无人技术在作战中的应用,正是智能无人技术的发展,才使得分布式节点具备动态、协调和高度自适应性,马赛克战作战概念才得到充分发展。  

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“马赛克战”作战概念示意图

  “马赛克战”作战概念示意图为积极推进“马赛克战”概念,2019年3月,DARPA发布“战略技术”跨部门公告,将“马赛克战”作为应对势均力敌对手的挑战、继续领先世界的一个重要抓手,围绕马赛克战,重点发展马赛克技术、马赛克效果网服务、马赛克试验和基础战略技术等四个方面的技术。此外,DARPA正通过多个项目推进“马赛克战”概念,包括:复杂适应性系统组合和设计环境(CASCADE)、体系综合技术和试验(SOSITE)、“分布式作战”管理(DBM)、对抗环境中的弹性同步规划和评估(RSPACE)、对抗环境下的通信(C2E)和任务优化动态适应网络(DyNAMO)等。未来,DARPA希望通过这些项目将搜寻、锁定、瞄准、跟踪、作战和评估(F2T2EA)这条杀伤链上的各平台功能分解为最小的可用功能节点,并将这些节点组成具备高度协同和鲁棒性较强的“杀伤网”。

1.2 强化顶层设计

  顶层设计是对发展战略在时间、空间的展现形态和发展路线的整体设计,是战略意图和建设实践之间的“蓝图”,是体系建设和运用的重要前提,是构建体系和形成效果的关键和基础。一般包括需求分析、架构设计、标准研制等工作。

  美军自“武士C4I”计划起,持续开展信息系统顶层设计,提出了国防部体系结构框架(DoDAF),并迭代更新了6个版本,当前为DoDAF 2.02版;在全球信息栅格和联合信息环境发展过程中,陆续制定和发布了多个指导文件和架构产品,明确了C4ISR系统建设和发展的总体蓝图。形成了国防部技术参考模型(DoD TRM)、网络中心行动和作战参考模型(NCOW RM)、网络中心互操作性解决方案(NESI)等,不断完善技术体制和标准体系,为统一C4ISR系统技术体制提供有力的操作指南和系统支撑。

  新的时期,为实现美国国防部DODAF、英国国防部MoDAF、北约NAF等框架的兼容,对象管理组织OMG 于2017年11月发布统一体系架构框架(UAF)。UAF以贯穿系统全生命周期的需求管理为驱动,以域元模型为支撑,利用统一建模语言(UML)/系统建模语言(SysML)进行面向对象的顶层设计。2019年10月,OMG发布了UAF1.1 beta版,对统一体系架构框架概述和领域分类元模型进行了变更,提供了基于SysML开展建模工作的约束和要求。同年11月,发布了《SysML2.0建议征求书》,针对SysML在描述体系方面的不足,从系统工程出发,告别UML并重新对语言进行定义。

  此外,美军瞄准标准体系发展,持续推动统一设施标准规划(UFCP),力求简化军事标准体系。并积极开展人工智能(AI)标准开发活动,发布《美国在人工智能领域的领导地位:联邦政府参与开发技术标准与相关工具的计划》)草案,涵盖概念和术语、数据和知识、人机互动、指标、网络、性能测试和报告方法、安全、风险管理、可信赖性等AI标准的九大重点领域,以加快可信的AI技术发展。

  1.3 技术驱动系统建设

  人工智能、5G、云计算、量子、区块链等前沿技术的国防应用前景日益清晰、效果逐渐凸显,美国积极推进前沿技术在指挥控制、情报等领域的应用。

  在指挥控制领域,推出“联合全域指挥控制”(JADC2)新概念,旨在构建一个将陆、海、空、天、网五个作战域无缝、实时连接起来的指挥控制网络,实现从传感器到“射手”的高效指控,为美国国防部打造“全域数字部队”奠定基础。

  在情报领域,突出大数据的应用。2019年7月,国防情报局(DIA)宣布将启动“机器辅助的快速存储分析系统”(MARS)项目,旨在利用机器学习、人工智能、云计算等技术优势构建新一代情报数据库。加快研发与部署基于新一代雷达技术的防空预警雷达装备,研发部署新一代太空监视装备,研制水下无人预警探测平台等,提升侦察探测能力。

  在网络空间,经过多年的发展,部分项目及技术手段已经达到一定的成熟度,开始用于实战。美国空军的攻击性网络空间作战项目、美国陆军的联合通用访问平台及网络态势理解等新项目将从不同维度提升美国网络空间的实战能力;美国国防部计划利用人工智能进行网络防御,监控潜在网络威胁的目标,并采用自动化与机器学习来抵御常规攻击。

  1.4 突出试验鉴定

  美军武器装备试验与鉴定贯穿于装备采办整个过程,是装备采购管理和决策的基本依据,也是保证装备质量、提升装备综合性能的重要环节。因此,美军将试验鉴定作为检验其军事战斗力的把关手段,以及提升其国防实力的重要途径,采取各种措施以保证试验鉴定工作的顺利开展。

  一是以改革促发展,在制度上做好保障。美军现代武器装备试验鉴定体系的建立可以追溯到二战之后,最初的研制试验和作战试验均由国防部采办部门监管。后来,随着其国家军事战略的转型,作战试验鉴定于20世纪八十年代实现了独立监管,2019年,转隶后的美国防部研制试验鉴定办公室和试验资源管理中心网站正式上线,标志着试验鉴定与装备采办部门和作战指挥部门的独立。改革后,试验鉴定将有更大的发展空间。

  二是着眼技术转化,大力推进军事人工智能试验鉴定发展。近几年,美国发布了一系列推进军事人工智能试验鉴定能力发展的战略,诸如《维持美国在人工智能领域的领导地位》、《人工智能倡议法》、《国家人工智能研究发展计划:2019更新版》、《人工智能原则:国防部人工智能应用伦理的若干建议》等,旨在从政策、标准、技术手段等方面提升军事智能的验证评估能力,促进人工智能的技术优势向作战优势转变。

  三是加大各类新型仿真技术攻关力度。美军不同部门相继开展仿真技术项目,如美空军的空战军事智能有人/无人协同技术(Skyborg项目)、DARPA的拒止环境协同作战项目、陆军的自主性仿真试验环境构设技术等,提升对复杂环境的应对能力、增加系统的自主性。

  四是以作战实验推动联合作战能力生成。开展“马赛克实验”,通过实验推动军事作战概念和能力的发展;启动“网络探索”实验,旨在识别美陆军在网络战、电子战等方面的差距,评估技术原型,确定并交付相关先进技术。

  1.5 注重实战检验

  美军一直以来重视实战演习,一方面在检验其装备能力,另一方面对作战概念进行验证。近年来,围绕多域作战概念,开展了多项演习。

  基于“臭鼬工厂”的“自在”(Project Riot)项目成果,美洛马公司与美国防部导弹防御局和美空军寿命周期管理中心合作,建立了一系列开放系统架构演示验证,证明了能力的增量式增长可以怎样连续快速地部署,从而支撑跨空、陆、海、天、网域的互联网络,如图所示。

多域行动能力演示.jpg


▲多域行动能力演示


  美陆军领导开展“联合作战评估2019”,旨在评估美陆军印太司令部多域特遣部队的作战能力,以促进“多域作战”概念及能力的进一步发展与完善,加快陆军现代化建设的步伐;举行网络闪电战演习,是“情报、信息、网络、电子战和空间(I2CEWS)”分队首次测试多领域作战的装备和概念的演习。


  2. 美军信息化建设的发展方向

  综合美军主要战略文件及计划,预判美军将重点在作战概念、要素连接、能力评估3个方面加强研究。

  2.1 持续加大作战概念检验,优化理念推进落地

  美军对多域作战概念进行的实践检验,将对于其完善多域作战概念理论起到直接的支持作用,并以此为指导开展其条令拟定、组织完善、装备研制等军队建设,进一步促进理论成果的应用落地,提升其多域作战能力。

  同时,随着马赛克作战概念的进一步深化,该作战概念将持续牵引一系列技术项目的发展,在DARPA的2020财年预算中,相关项目占到总项目数的21%,经费占比高达35%,或将成为美军未来重点推进作战概念落地的新方向。

  2.2 强化节点、升级连接,作战体系加速从有限杀伤链向强韧杀伤网转型

  自2013年以来,洛马公司就开始开展分布式、系统之系统架构系列飞行试验。仅2020一年,预计将开展专注于卫星连接的Mayhem项目、海军Edison数据链项目、针对飞机和陆军分队间连接的Brennan项目以及围绕卫星和“空间战术层”连接的CASTL项目。

  通过这些试验,洛马公司试图系统性构建更大的网络之网络,并构成基于云的虚拟化架构。少量舰船和飞机可能构建一个网络,这一网络可以连接到一个更大的网络,而这一更大网络又会连接到更大的国防部联合企业防务基础设施(JEDI)云,最后可以在战术边缘获得虚拟私有云,在飞机上、船上或任何部署的节点上都可使用计算架构。通过连接,使作战体系由有限杀伤链向强韧杀伤网转型。

  2.3 联合作战评估将在更加复杂、真实的场景中开展

  根据美陆军欧洲司令部及北约现行作战计划,联合作战评估将演示验证及评估从旅战斗队到合成联合特遣部队的多域概念、能力、编队。同时,将与“捍卫者”演习活动有效整合,进一步对多域作战概念以及至少49项增强能力开展评估,提出客观、可行的建议,以增强联合/多国互操作能力,为美军现代化决策提供依据。


  3. 结语

  回顾美军近几年在信息化顶层设计方面的发展动向,可以看出新兴作战概念不断发展成熟,信息技术迅猛发展并在军事领域强化应用,驱动世界战略环境日益复杂。面向复杂多变的安全威胁,前瞻军事电子领域的数字化、网络化、智能化发展趋势,必须树立整体观,着眼体系发展全局,加强顶层设计、增强能力检验手段、夯实信息环境基础,通过自主可控掌握发展主动权,加快技术创新与应用,为我军在未来军事竞争中赢得战略主动奠定基础。具体来说,有以下四点建议。

  1)要坚持体系工程方法,突出顶层设计,带动体系整体发展。自顶向下做实顶层设计,多视角勾画体系蓝图,找到真正的需求、设计合理的架构、提出管用的标准,确保各要素在规划设计时就融入体系,使顶层设计与实战相结合、与装备建设相衔接,带动体系整体发展。

  2)要加强试验验证,实现交付装备向交付能力的转变。以数据、模型、算法为基础,构建物理分布、逻辑一体的集成试验环境,全流程支撑体系设计研发、集成试验、演示验证、应用服务。同时,通过数字模型检验,降低装备研制风险,并在系统研制阶段形成能力,推动从交付装备向交付能力转变。

  3)要紧跟前沿,加快人工智能等新兴技术的转化与应用。信息化武器装备已经成为目前战争主角,基于信息系统的体系作战能力成为战斗力基本形态。面向未来发展,必须在信息、材料等领域加快发展一批能够改变或部分改变装备作用机理、作战样式的颠覆性技术,在人工智能、量子信息、太赫兹等前沿技术领域取得重大突破,同时加快技术的转化与应用,推动军队整体发展和战略能力提升。

  4)坚持自主可控发展,破解安全隐患,掌握军队发展主动权。自主可控是国家安全的基石,是摆脱依赖、脱离受控的根本出路。必须强化自主可控整体布局和技术攻关,着力形成创新主导的技术体系、型谱齐全的产品体系、系统实用的标准体系,还应关注自主可控的验证评价、支撑保障和推广应用等不同方面,最终破解安全隐患、打破封锁禁运,建立主导主控优势,支撑未来新型装备领先发展。

  本篇节选自论文《美军信息化建设发展动向探析》,发表于《中国电子科学研究院学报》第15卷第5期,作者中国电子科学研究院专家吴红兵,孔瑞远,马志强。


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