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军事理论课论文3000字第一篇：未来空战新概念及其实现挑战
摘要：近年来美国空军等提出了网络中心战、作战云、多域战、融合战等未来空战新概念,期望以新的、更加灵捷和一体化的作战体系框架来协同运用军事力量,通过跨域协同运用多域作战能力,提高作战效能,在未来激烈对抗的信息化、网络化、体系化作战条件下获得作战优势。美国DARPA也提出了马赛克战概念,试图通过将探测感知、火力控制和杀伤兵器等功能能力分解到小的模块化单元中,并将分解的多个功能单元进行马赛克式的组装,形成能同时应对各种目标集的多个杀伤网,确保在高烈度的作战博弈环境中跨多作战域有效作战。本文概述了从网络中心战概念的提出,到美国空军的融合网络中心战、作战云、多域战、融合战的未来空战新概念及马赛克战概念演进的过程,重点介绍了美国空军的未来空战概念及其实现所面临的技术挑战,并介绍了DARPA为应对这些技术挑战所提出的马赛克战概念。
关键词：空战; 网络中心战; 分布式作战; 作战云; 多域战; 融合战; 未来空战; 马赛克战;
New Concepts of Future Air Warfare and the Challenges for Its Realization
Fan Jinxiang Chen Jinghua
Shanghai Mechanical-Electronic Engineering Institute
Abstract：In order to coordinate the use of military forces in a more agile and integrated combat system framework, as well as improve operational effectiveness through employing multi domain combat capability through cross domain cooperation, the concepts of the future air warfare, which integrates the concepts of network centric warfare, combat cloud, multi-domain warfare and fusion warfare, are put forward by U.S. Air Force in recent years to get operational advantages under the conditions of Informatization, network and systematization in the future fierce combat. Moreover, the concept of mosaic warfare is put forward by DARPA.It is realized by trying to decompose the functional capabilities of detection and perception, fire control and kill weapons into small, modular units, and assemble the decomposed functional units in a mosaic way to form multiple kill nets that can simultaneously respond to various target sets, so as to ensure effective operation across multiple combat areas in a high-intensity combat gome environment.In this paper, the evolution from the concept of network centric warfare to the concept of the future air warfare such as fusion network centric warfare, combat cloud, multi-domain warfare and fusion warfare, is outlined. The concept of the future air warfare and the technical challenges in its implementation are focused on. The concept of mosaic warfare put forward by DARPA is introduced briefly for dealing with these technical challenges.
0 引 言
自20世纪90年代信息技术革命以来, 美国等军事强国针对超视距作战、 协同作战等需求, 提出了网络中心战概念, 并提出“形成增强的作战力量的主要机制将是传感器、 指挥控制与射击者网络”的观点[1]。 此后, 美国通过发展CEC(协同交战能力系统), 构建瞄准网络, 融合和共享传感器数据, 形成单一的综合空情图像, 将网络中心战概念具体应用到舰艇防御问题[2]。其后, 以CEC为支柱, 构建了海军一体化防空火力控制(NIFC-CA)系统族, 实现了由传感器、 数据链网络和武器控制系统及主动型导弹组成的空中、 海上和陆地杀伤链[2,3,4]。 随着通过CEC、 NIFC-CA和杀伤网进行的作战领域的信息革命, 又进一步提出了新的分布式作战概念, 单个舰艇不再作为独立的作战单元, 而是通过跨数字网络共享高精度的雷达跟踪数据, 融合多传感器输入形成综合态势图像, 并使用这一综合态势图像对敌方目标交战(即使舰艇本身不直接由其自身的雷达获得目标数据), 这样, 参与一个任务群的数艘舰艇实际上作为一个整体作战[2]。
美国国防部一直期望实现海上战舰、 作战飞机和空间卫星的实时数据共享。 为此, 美国海军和空军正在进一步将网络中心战概念演进到战术云和作战云的概念。 美国海军期望逐渐将各种杀伤链融合到一个在跨域的作战者之间实时共享高置信度的瞄准数据的跨域杀伤网中, 提出发展“战术云”[2], 以将来自多个跨域的传感器(包括天基传感器)的武器-瞄准数据, 分发到组网的空中、 水面和水下平台。 美国空军为解决F-22与F-15、 F-16、 F-35等平台之间难以实现态势共享的问题, 提高四代机、 五代机之间的协同作战能力, 提出了几种态势共享解决方案, 并进一步扩展为新的作战云概念, 其核心是整合陆、 海、 空、 天、 网电空间等多维作战兵力, 将各作战平台、 传感器、 武器系统组成虚拟存在的“云”, 在体系层面实现战场资源的动态高效管控及海量信息高速、 实时、 分布式处理与共享, 构建跨域、 跨军种、 分布式、 网络化的“云杀伤”协同作战能力[5,6,7,8]。
近年来, 美国空军又在前期发展的网络中心战、 作战云、 分布式作战、 多域/跨域协同作战等概念的基础上, 进一步将网络中心战思维、 作战云作战体系、 多域协同作战方式和融合战架构等进行组合、 融合, 以期实现更好的空战效果[9,10,11,12]。
综上所述, 未来的跨域、 跨军种协同作战要求采用更加灵捷和一体化的新作战框架, 并从集结性的陆、 海、 空战结构, 转向分布式的结构, 通过共享信息和协同运用联合兵力, 实现跨域/多域体系化作战, 显着改进作战效果。
未来空战新概念的发展仍然面临着巨大的挑战。 实现这些新的作战概念, 将其转变成作战能力, 形成未来的空战兵力, 将涉及到比采办某些新的作战飞机平台更为巨大的、 长期的技术和智力投入。 近年来, 美国DARPA也提出了马赛克战概念[13,14,15], 马赛克战是针对体系化作战策略提出的一个兵力设计概念, 其核心是利用先进网络的跨作战域无缝共享信息的能力和最近在处理、 计算与组网方面的进展, 将原来装载在诸如先进战斗机那样的单个平台上的探测感知、 火力控制和兵器等功能能力, 分解到较小的单元上, 形成高度强韧的网络化杀伤网中的协同“节点”, 从而能利用具有冗余节点和多条杀伤路径的高度强韧的网络, 确保在高烈度的作战博弈环境中有效作战, 并通过分解的功能能力使马赛克兵力适应于跨多种作战域的作战。
1 美国空军发展的空战新概念
美国空军的空战新概念主要包括作战网络、 作战云、 多域战场和融合战等几个方面。
1.1 采用网络中心思想构建作战网络, 为实现体系化、 网络化作战奠定基础
为了实现体系化、 网络化作战, 美军正在采用网络中心思想, 构建覆盖作战战区的信息栅格、 敏感栅格、 效应栅格和指挥栅格, 这四个虚拟栅格相互联接且相互依存。 各个兵力单元(从单兵个体到单个作战平台, 再到作战群)与栅格上的节点互动, 每个节点接收各栅格提供的数据, 并根据所接收的数据做出行动, 或者向前传递数据[9,10,11,12]。
(1) 信息栅格
未来空战必须有一个高性能的信息栅格, 为实现网络中心战提供用于接收、 处理、 传输、 存储和防护信息的基础设施。 信息栅格是一个包括通信路径、 计算节点、 操作系统和信息管理应用的“网络的网络”, 能够实现跨战场空间的计算和通信。 它可能包括军用和商用通信能力, 并能以多个数据率、 多种模式, 发送多种类型的信息。
(2) 敏感栅格
敏感栅格由覆盖整个战场空间, 用于探测、 跟踪和识别目标的敏感节点组成。 构成敏感栅格的单元可以包括专门的传感器(如预警卫星、 预警机的探测传感器)、 基于武器平台的传感器(如战斗机机载雷达、 红外搜索跟踪系统;舰载雷达)、 由个体使用的传感器(如导弹的导引头), 以及嵌入的保障支持传感器。
(3) 效应(打击)栅格
效应(打击)栅格由“射击者”(武器)节点构成, 基于跨通信栅格分发的敏感栅格的信息, 对目标进行交战, 实现希望的打击效应。 对不同类型的系统, 例如有人和无人飞机、 面空导弹系统、 电子干扰机和网电空间系统, 希望的打击效应也有所不同。
(4) 指挥栅格
指挥栅格主要实现指挥控制功能, 包括涉及到感知、 问题解决技能和认知(思维过程)的决策制定人员, 可以包括能够推荐作战行动路线及用于辅助决策的基于知识的人工智能算法、 软件。 在该栅格结构中, 控制功能与从指挥官到下属单元的指令传送相关。
从概念上讲, 信息、 敏感、 效应和指挥虚拟栅格覆盖整个作战战区, 各兵力单元(从个体和单个的平台到战斗群)与栅格上的节点相互作用;每个节点可以接收、 处理或传递由各个栅格提供的数据。 对应着名的Boyd观察、 判断、 决策、 行动(OODA)环, 敏感栅格观察目标、 信息栅格通过敏感栅格分发信息判断目标、 指挥栅格作出决策、 效应栅格实施打击行动。 为了实现任务使命, 四个栅格必须互动, 并交换信息。
1.2 作战云概念
上述栅格结构只是一个抽象的概念, 为了将其转变成有意义的作战概念, 提出了作战云的概念, 目的是依托跨领域、 跨任务的信息链, 将单个作战平台组网, 整合为一个范围更广的作战体系。 作战云这一术语源于商用领域所发展的云计算, 在云计算中, 用户采用虚拟云来交换信息、 在必要时下拉数据和应用, 并推送对其他用户可能有用的信息。 在作战云中, 海上、 空中、 空间各平台作为一个节点, 可向云端提供信息, 或从云端下载所需信息, 从而实现各平台的数据共享和跨域协同[8,16,17,18,19]。
通过采用先进信息技术, 构建作战云, 可实现作战网络四个栅格的协同合作, 各个节点在必要时下拉和推送数据。 这可以带来几个战术收益, 包括: 显着改进态势感知, 使远程交战更加实际; 提高冗余度, 确保单个节点的问题不会影响任务成功, 实现多样化协同空战样式; 最佳运用每个节点提供的各种不同的能力[8,16,17,18,19]。
(1) 作战云将显着改进态势感知
通过将大量的、 各种各样的数据转换为具有决策质量的知识, 将为处在作战的每一级作战者提供质量显着提高的态势感知。
作战云的本质是融合。 其基于云技术实现战场资源整合管控, 实现分散在不同地域、 空域、 时间域的各有源、 无源传感器的协同探测, 完成战场态势实时共享和决策支持, 提升单元要素间的协同能力与整体态势感知能力。 例如, 由于所有的飞机和面基系统通过数据链联接, 能够交换所涉及的所有实时信息, 不仅交换雷达航迹数据, 而且也交换电子战情报数据, 将能得到一个“综合空情图像”, 能够高置信度地探测和识别目标。 在栅格上的所有机载或地基系统, 可以从宽范围的、 综合的地面和空中态势图像中获得很大的收益。
(2) 作战云将能使远程交战更加实际
分布式云杀伤链、 作战云打破了作战平台、 传感器、 武器系统之间的硬链接, 以松耦合方式构建“探测-跟踪-决策-打击-评估”的完整云杀伤链。 通过战场资源的高效管控、 目标数据的实时处理分发共享, 在云端完成目标探测跟踪、 数据融合、 目标指派、 火力分配、 火控制导、 毁伤评估等作战流, 各平台无需本平台传感器数据进行目标引导跟踪, 也无需发射本平台武器, 即可完成目标攻击, 从而实现对超视距目标的先敌发现、 先敌攻击、 先敌摧毁。
作战云概念中隐含着将多传感器“大图”传送到所有的友方飞机, 这将能准确识别视距外的远距离飞机。 采用从作战云推送的数据, 友方飞机能在远距离处对敌方飞机交战, 提高了飞机的生存能力。 由于有更强的态势感知能力, 也能从出乎预料的方向, 对敌方飞机进行远距离突袭交战, 使友方部队能获得显着的战术优势。
(3) 作战云将提高体系冗余度、 任务成功率
云空战体系各域作战平台实现互联互通, 每个平台作为一个云节点, 既向云端提供信息, 也从云端获取信息;通过在云端实时共享目标探测跟踪数据, 融合成火控级的目标航迹, 云端各平台可采用高质量的分布式空情图像, 向战机发送指令, 目标照射和导弹制导也可由第三方完成, 提高了冗余能力, 单独某一战机或地基系统对于任务的成功不再是至关重要的。 由于多个飞机和地面系统的多个传感器都能为交战提供信息, 损失一个传感器的输入不再是灾难性的。 例如, 在敌方防御能力良好的空域进行纵深空战时, 机载预警和指挥系统的作战使用将受到限制, 但如果几架高速作战飞机可以共享、 交换数据, 就可以形成有用的、 详尽的宽范围空情图像, 这些作战飞机就能够在纵深空域进行有效作战。 能得到更详尽、 全面和宽范围空情图像的飞机的数目越多, 总的冗余度就越高。
(4) 作战云可实现多样化协同空战样式
借助云协同技术, 可实现多样化协同空战样式, 实现作战平台、 传感器、 武器系统等空战资源的聚合优化与作战效能的最大化。 可实现的典型空战样式, 包括: 精确引导、 远程发射、 远程交战、 制导交接、 云作战等。 例如, 采用云作战样式, 云中任意一架或多架飞机完成目标探测跟踪, 将数据上传至云端, 融合为火控级目标航迹, 由云端选择最适合发射的平台完成导弹发射, 然后云端分配一架战机全程制导或多架飞机接力制导。 采用这种方式, 一架自身雷达不发射信号的电子静默飞机, 可采用其机载雷达精确跟踪目标的其他友方飞机提供的数据, 对目标进行远距离交战。 其战术优势是电子静默飞机可避免被敌方飞机探测到, 可从意想不到的方向进行出乎预料的攻击。
由于采用内埋式武器的隐身飞机, 仅能携载相对少的导弹, 未来的某些空战可能混合使用强隐身飞机和弱隐身飞机。 在这种战术结构中, 强隐身飞机将尽可能长时间地保留其武器, 更多地使用弱隐身飞机携载的武器。 采用云作战样式, 具有较强生存能力的强隐身飞机将深入敌方空域的纵深, 并使用信息栅格, 通过作战云将瞄准数据发送给其他飞机。 弱隐身飞机将作为远距离导弹发射平台, 按照强隐身飞机的指示, 发射各种空空和空面武器。
(5) 使用由体系中各种平台提供的多种能力
作战云不应看作是由相对简单的相同的异构单元组成的, 而应看作是由非常多的各种各样的单元组成的。 例如, 与更通用的飞机相比, 特种飞机能构建详细的电子战场情报信息, 通过将其形成的电子战场情报信息分发并融合到大图中, 体系中所有能接入这些信息的系统都将受益。 在某些方面, 信息栅格将使所接入的所有系统获得体系中所有参与单元的能力, 而不是仅具有该系统本身拥有的单独平台的能力。
1.3 多域战
通过采用网络中心思想, 可使多个舰艇、 飞机、 平台和系统成为信息、 敏感、 效应和指挥栅格上的组成节点。 作战云概念使网络中心思想演进为跨越动态变化的作战区域的分布式空战概念。 网络中心化思想和作战云结构, 可以进一步扩展到超越空中作战域, 扩展到陆地、 海面、 空间和网电空间等多个作战域, 这一扩展称为多域战[9,10,11,12,20]。
多域战概念是由作战需求驱动的。 与高端对手较量时, 作战行动不能仅限于某一作战域, 而是要涵盖多个作战域, 实现一体化的联合作战效果。 多域战将由统一的指挥机构密切协同三个单独的军兵种作战的联合部队结构, 转化为将这三个军兵种组合成一个虚拟的单一实体结构。 现代作战不仅涉及到传统的陆、 海、 空军种, 而且他们之间有某些功能交叠, 多域战概念将作战空间分解成陆、 海、 空、 空间和网电空间域, 而不是简单地分解成陆、 海、 空军等兵种组分[9,10,11,12,20]。
多域战的中心思想是跨域协同, 即跨两个或更多的域运用作战兵力以实现作战优势。 目标是以互补增效而非简单的能力叠加方式, 综合运用不同作战域的作战能力, 使每种作战能力都能弥补其他作战域的短板, 从而提升整体作战效果。 例如, 通过在陆域采用火箭系统攻击敌方的面空导弹阵地, 并在网电空间域攻击敌方的指挥控制通信网络, 则空中作战兵力能突防一个防御良好的作战区域, 并进行有效的攻击[9,10,11,12,20]。
多域战概念意味着, 为了赢得一场战役, 友方兵力不需要在所有的作战域(陆地、 海面、 空中、 空间或网电空间)都具有优势, 可通过在适当的时间、 适当的地点进行跨域协同, 获得局部的、 暂时的优势。 能够跨物理和虚拟域的兵力, 可以对敌方较大规模的兵力获得作战优势。
1.4 融合战
在组合网络中心思维时, 作战云作战概念和多域战将成为一个复杂的混合体, 导致作战方式非常复杂, 也意味着增加了作战者的认知负担。 随着来自不同作战域的新平台和系统加入网络, 认知负担将进一步增大。 即便在现在, 在战场上获取的大量的信息, 已经超出了可以分析的容量[9,10,11,12,20]。
融合战使指挥和控制系统能更有效地管控数量剧增的信息。 “融合”涉及到采用改进的分析手段, 将来自数个不同传感器的数据, 融合成用于战术和作战级决策的单一的公共图像。 数据不仅要叠加, 而且要以非常高的标准精心组合, 从而为武器提供高质量的跟踪信息和作战识别, 这对于作战云结构是关键的[9,10,11,12,20]。
“战”涉及到融合是为了实现作战目的, 是一个博弈的过程。 由于未来的对手也会采用复杂的多域网络作战方式, 融合战的思路是使友方部队的决策更快、 更好, 使其超前于敌方的OODA环。 在OODA环中, 时间是决定成败的关键变量。 融合战寻求缩短分析连续获取的海量数据所需的时间, 这样, 友方部队决策更快, 获得非对称优势。 当然, 成功可能不一定站在具有最快的OODA环的一侧, 而可能是最好地利用跨多个域运行的多个OODA环能力的一侧。 任何时刻, 在陆、 海、 空、 天和网电空间域运行着许多不同的OODA环, 如何最好地利用这些并行的或串行的OODA环是一个困难的挑战, 可能需要复杂的融合软件, 包括机器-机器学习和机器-人协作。
美国空军空中作战司令部Carlisle H指出: “为了保持未来的优势地位, 空军必须将指挥控制与融合系统相结合, 融合系统将多个域的信息, 传输到一个复杂的网络中, 从而使信息能够在观察、 判断、 决策和行动环中更快地流动。 ” “如果你想要得到作战识别, 如果你想要得到武器控制级质量的航迹, 你必须走向融合战。” “我们在精度、 隐身、 弹药投放能力和指挥控制能力方面领先于世界。 我相信, 未来要保持领先, 我们要做的是指挥控制系统的融合战能力。”
除了要更有效地管控数量剧增的信息外, 现在更要关注敌方可能对集中式的指挥中心进行的攻击, 或者采用网电空间和电子战的手段进行的战场隔离。 集中式的指挥中心已经变成了令人忧虑的单点故障。 对此, 融合战提供了部分解决方案, 使其能改变长期以来指导空战的集中式控制和分散式执行的原则。 现在的新技术可以采用“集中式指挥、 分布式控制和分散式执行”的结构。 对空中装备的控制, 可以移交到较低级的指挥官, 实现更敏捷灵活和生存能力强的指挥与控制系统。
通过分布式控制, 使指挥官和作战单元之间能进行近实时的协同, 从而更多地聚焦在解决战术问题而不是平台调度上。 由于在分布式控制结构中缩短了控制跨度, 可以实现更短的决策周期, 使指挥官能随时掌握快速演变的战术态势。 此外, 分布式控制将允许在执行任务时, 战机尽可能少地发射信息, 而是借助于数据链, 及时更新有关目标、 作战支持设施和恢复的基地的信息。 这种形式的控制, 将允许在集中式的指挥中心离线时, 继续进行自主作战。 采用“集中式的指挥、 分散式控制、 分布式执行”结构, 将使集中式的指挥中心, 更加聚焦在问题优先级排序和资源分配, 而不是深入到解决战术级问题。
2 实现未来空战新概念所面临的技术挑战
未来空战新概念涉及到组合网络中心化思想、 作战云、 多域战和融合战, 这将导致未来空战对信息网络与作战云的依赖性和复杂性增大, 因此倍受关注。 对于一个由多个系统构成的复杂大系统, 即便没有敌对的干扰, 数据获取和分发也是困难的问题。 因此, 使未来空战新概念从构想转变为现实不是一个容易的任务, 需要长期的努力[9,10,11,12]。
为实现未来空战新概念, 需要四大核心能力:
(1) 数据获取
数据获取能力即多领域的情报收集能力和持续的情报-监视-侦察能力, 以在正确的时间、 正确的地点, 由适当的传感器获得所需的数据。 除了专用的情报监视侦察平台外, 正在发展的新一代隐身轰炸机B-21及新一代战斗机F-X或FA-XX, 将不仅是轰炸机或战斗机, 而是传感器+射击者飞机, 通过把现代情报监视和侦察传感器与处理器装在新一代隐身战斗机、 轰炸机上, 并与陆、 海、 空、 天等作战域的其他系统“节点”综合, 为形成“作战云”能力提供数据支撑。
(2) 数据的决策转化能力
通过大数据分析、 传感器之间的信息共享和全源信息整合, 把“云基传感器-效应器网络”获取的数据, 转化为战役和战术层级的决策信息。
(3) 高生存力的突防能力
针对“反介入/区域拒止”威胁, 在航程、 载荷、 生存力、 杀伤力、 承载力和保障力之间做出最佳的权衡, 重点是履行传感器数据传输的网络节点功能, 为防区外或防区内有效运用兵力创造有利条件。
(4) 敏捷的通信能力
重点是提升所有作战平台、 武器装备、 传感器、 指挥控制系统在高对抗环境下的反应能力和适应能力, 有效提高作战体系的强韧性。
未来空战需要使数据在“由多个系统组成的复杂大系统”网络中流动, 有两个关键要素: 数据和连通性。 在数据方面, 必须有质量足够高的数据, 以支持做出采取行动所需的决策。 在连通性方面, 必须联接数量巨大的各种各样的节点, 而且在高烈度的军事作战中要足够稳健。 无论是产生能进行决策制定的高质量数据, 还是维持跨多个异类节点的宽范围连通性, 都将面临着巨大的挑战。
2.1 数据方面面临的挑战
未来空战新概念需要海量数据的支持。 考虑到多域战和融合战概念, 指挥中心显然渴望多个作战域的有用数据。
另外, 在未来空战新概念中, 单个平台也是高度依赖数据的。 美国空军F-35综合办公室的Harrigian指出: 像F-22和F-35这样的现代隐身飞机, 是美国武库中最依赖于数据的机器, 需要大量的信息, 以便最好地作战。 例如, 新一代隐身战斗机、 轰炸机需要目标的雷达特征、 红外特征及电子战场情报数据(包括在作战中可能遭遇的系统的特性和电子特征), 用于任务规划, 以使飞机生存能力最高, 并使飞机系统能够识别敌、 我和中立目标。 没有这样的数据, 为机组人员提供的战场空间“大图”, 可能是不准确的、 不完全的, 甚至会造成危险的误导。
(1) 任务数据文件准备和更新的复杂性
这一过程涉及到许多因素, 包括: 获取必要电子战场情报信息的先进战区情报、 监视和侦察系统; 对原始数据进行过滤分析的分析师团队; 将信息传输到美国的通信链路; 能够快速将演进的战术态势转换成任务数据文件, 并重新发送到遥远的位置, 以在每个架次前重新加载到每架隐身飞机上的随时待命的软件团队。 所有这些, 将导致任务数据文件更新过程的复杂化。
(2) 分析军事活动模式需要大数据
军事指挥和控制系统需要得到有关友方、 中立和敌方的民事和军事实体在背景环境中进行行动的及时信息。 正如在多域战中所注明的那样, 需要这一信息是跨陆、 海、 空、 天和网电空间域的。 与对单一装备级可能重要的参数化数据不同, 在战斗群级, 军事活动信息更加重要。 相应地, 对于指挥和控制系统, 所希望的信息是“行动模式”数据。 这样的活动信息可以被称为前景数据, 这种“大数据”正变得越来越重要。 大数据被定义为包括可以通过计算分析来揭示模式、 趋势和关联性的非常巨大的数据集。
尽管现在军事情报组织有巨量的数据, 目前尚不能对如此巨量的数据进行足够快速的分析, 以支持作战云、 多域战和融合战概念。 因此, 所采用的分析方法, 必须从观察敌方的具体类型的军事行动, 转向发现正常活动模式中的变化。
大数据分析方法可以划分为四个阶段:
第一阶段, 即初始化大数据阶段。 由多个不同类型的信息源, 跨时间和空间获取各种各样巨量的数据, 进行元标引, 并放置在信息云中, 关键是以特定的方式对输入的数据和已经存储的数据结构化, 这需要有对数据进行分析的工具。
第二阶段, 涉及到确定特定模式的分析。 分析师充分利用不同数据单元之间的关系, 采用应用软件来处理、 可视化和综合云中的数据。
第三阶段, 涉及到构建态势, 要采用专门的软件工具对模式数据进行滤波处理, 以确定正在进行的行动类型, 并确定这一行动对敌方未来行动的意义。 该阶段的行动预测致力于形成能进行决策的高质量信息。
第四阶段, 涉及到数据分析师、 信息获取系统和作战使用者的交互协同, 目的是使可能接触数据分析的所有人员将注意力聚焦在要获取、 分析和理解的关键单元。 作战使用人员不再仅仅是情报信息的消费者, 而是协作者。 为此, 分析人员和作战使用人员在云上协同工作。
作战云、 多域战和融合战的概念, 都在推动着比敌方更快做出决策, 以处在敌方的跨多个域的OODA环内。
这些概念的一个关键的、 对未来空战至关重要的特征是对速度的要求。 要求能够足够快速提供相关信息, 以支持未来空战新概念对敌方的行动和快速变化的环境作出及时响应。
2.2 连通性方面面临的挑战
如果在各个网络节点之间没有足够的连通性, 未来空战新概念就会失败。 融合的传感器信息需要跨各平台和指挥控制节点(包括语音、 视频、 数据和图像传输的通信结构)快速地流动。 关键的问题是构建网络和保证网络的稳健性[9,10,11,12,21]。
(1) 采用不同数据链平台的互联互通问题
未来空战新概念需要所有参与节点借助不同容量和能力的数据链进行联接。 如用于机载应用的典型数据链是Link16, 但Link16有一些缺点(包括仅能提供视线链接), 因此必须与其他几种类型的数据链结合使用。
现代隐身飞机的开发方式也产生了数据链连通性问题。 飞机有Link16数据链, 但当运用这一系统传输信息时, 敌方的电子侦测系统也可能侦测得到。 为此, 隐身飞机采用专门的、 在传输信息时很难被探测到的低被截获概率(LPI)数据链。 由于这些LPI数据链是专有系统, 不能与其他大部分类型的飞机, 包括其他不同类型的隐身飞机所使用的系统联接。 为克服这一问题, 美国空军发展了可以将LPI数据链与Link16数据链网络联接的专门网关。
但即便采用网关, 在两个网络的联接方面也有明显的缺点, 在两种不同类型的数据链传输数据时, 存在敌方部队可以利用的单点故障, 降低了数据速率和质量。 此外, 采用网关还引入了不希望的复杂性。
总之, 通过最优网关进行不同系统的联接和数字信息交换, 将带来复杂性、 脆弱性和低效性。
(2) 数据加密与安全问题
将网络与空军以外的其他系统联接时会出现进一步的问题。 军用数据链是加密的, 有时要为其他国家提供密码加密信息, 即便仅在短的时间周期内有效, 当发布加密信息时, 谁将接入数据, 可能存在不确定性, 而且他们可能使用加密的信息, 搜集敏感的友方部队作战数据, 包括所关注的隐身飞机。 考虑到多域和融合战概念, 当不仅交换航迹和识别数据, 而且还交换更加详细的情报和指挥控制信息时, 这一问题变得更加突出。[9,10,11,12,21]。
(3) 数据可信性问题
未来空战新概念的协同交战中共享数据链信息还有数据可信性问题。
作战云构造涉及到在网络上的对“大图”做出贡献的每一个贡献者, 并要基于大图做出战术决策, 这里隐含的假设是这一大图是准确的。 然而, 如果因为由其他国家的传感器提供给作战云的数据是有错误的, 某国的部队对一个民用目标交战, 由谁负责?政府是否轻松地授权其部队, 基于具有不确定的起源和准确性的多域网络数据来发射武器?由于有大量的数据处理和信息共享, 导致未来空战新概念的复杂性显着增大, 使人们更加关注未来的杀伤链是否是清晰的、 不模糊的, 并给适于未来空战新概念的交战规则的设计带来实际的困难。
要应对的更大困难是试图欺骗网络用户的技术。 如果用户倾向于相信呈现在其显示器上的信息, 进入到网络中的任何不正确的信息, 将很快分发到所有用户, 当与其他正确的数据组合时, 可能快速地形成一个不正确的公共图像。 由于多域网络概念具有大量的节点, 它们都为无线通信栅格贡献信息。 敌方有可能利用许多物理和虚拟路径来向友方部队的网络传递不正确的数据。 解决方案是采用一个信任但要核实的方式, 加入多个可以确认所显示的信息的传感器。 这使得融合过程更加复杂, 但对于信息安全是重要的。
(4) 网络的脆弱性、 稳健性问题
对等的强大对手之间的作战涉及到高手之间的博弈, 高明的对手要连续寻求竞争优势。 友方部队使用的复杂多域网络显然是被攻击的对象, 如通过攻击各个节点, 缩小网络的覆盖范围, 或者使用某种类型的宽范围干扰, 使信息栅格失能[9,10,11,12,21]。
使用接入到作战云的数据链通信将带来明显的脆弱性。 由于存在可探测、 分辨的辐射源, 这些经由无线数据链的数据传输, 可能被敌方探测到, 进行地理定位, 并通过相关的平台(舰艇或飞机)对其进行攻击。 先进的电子侦测系统, 可以构建综合的从辐射源探测到地理定位的网络图像。 将来, 随着电子侦测系统的进一步发展, 将有可能探测和跟踪LPI数据链的辐射源, 这将是基于主动发射信息的网络的未来空战新概念的薄弱环节。
另一个固有的脆弱性与电子干扰(敌方部队的有意的电子干扰和友方单元无意的电子干扰)相关。 美国空军已经担心敌方的电子反制可能降低网络的性能, 降低数据传输率, 并有可能阻止在某一位置建立网络。 美国空军的Deptula D认为: 相对于一种新的战斗机, 美国空军更加需要一个稳健的数据链网络。 如果了解干扰技术, 数据链可以做得更加稳健, 但敌方总有可能引入某些新颖的方法进行技术突袭。
重要的是, 在多域战时代, 降低网络性能或者进行网络拒止的威胁, 不仅来自敌方的电磁频谱干扰, 网电空间攻击也可能是显着的威胁, 敌方可以通过在网络中插入虚假信息, 或者拒止网络的工作。 因此, 具有探测敌方的网电空间入侵或攻击, 并快速做出响应且重新建立安全的网络的能力是关键的。
网络化所带来固有的脆弱性, 需要在战术上和技术上进行补偿。 为了应对第一种攻击方式, 可以采用友方其他的传感器, 弥补和代替那些失能的传感器。 为了应对第二种攻击方式, 则是使友方的信息栅格进行电磁频谱机动, 并采取适当的电子对抗措施和电磁频谱管理措施。 例如, 如果卫星通信链路受到干扰拒止, 则可以使用高频链路或者陆上链路, 并将数据通过这些链路分发给他们。 此外, 具有快速理解敌方致力于网络拒止的演进的电子对抗措施, 并能对抗它们的能力也是非常重要的。
另外, 还要关注友方的发射对己方部队的干扰。 电磁频谱充满了各种各样的军用和民用发射信号, 这些信号有时会形成无意的干扰。 2015年, 美国空军确定其卫星下行链路被友方的发射信号干扰了大约260次。
理解军用网络在新的作战使用环境中的稳健性是困难的, 因为每种情况是独特的, 而且涉及到可能来自许多不同国家的各种不同辐射源的混合。 从电磁频谱管理观点来看, 现代战场大部分是非常复杂的, 而且难以全面地侦测。 因此, 不可能在作战开始之前全面地确定各种不同的发射信号将会有怎样的相互干扰。 所关注的发射信号不仅包括通信发射机, 而且包括友方部队的那些有源电子对抗系统。 在运用作战云、 多域战和融合战的作战初始阶段, 快速开始电磁频谱管理, 以避免“自身的网格”的干扰是非常关键的。
3 马赛克战概念
DARPA提出的马赛克战概念基于在处理、 计算和组网方面的进步, 通过将作战所需的探测感知、 火力控制和杀伤兵器等功能能力分解到小的、 模块化单元中, 并将分解的多个功能单元进行马赛克式的组装, 实现在需要的时间和需要的地方跨作战域无缝共享信息的能力, 形成能应对战场中目标集的多个同时的杀伤网, 确保在高烈度的作战博弈环境中, 更快地、 自适应地跨多作战域联合作战。
在常规作战中, 杀伤链是由“OODA”(亦即观察、 判断、 决策, 并对一个目标行动所需的步骤)定义的。 例如, 在过去, 一架实施空空交战的F-15战斗机, 将需要首先观察在其航线上的空域, 采用其雷达识别敌方的飞机, 这是一个观察节点。 当雷达接收到一个回波时, 由火控计算机处理其点迹, 并显示在显示屏上, 这些构成了判断节点。 飞行员接着采用机上的其他传感器(另外的观察节点), 不断改进他的判断。 最后, 飞行员可以采取行动, 将一枚导弹分配给目标, 并发射武器(行动节点)。
为了提高作战速度, 在具有先进的数据链之前, 需要将所有这些OODA功能放在一个单一的武器系统上, 以便跨传感器和系统最好地利用信息。 例如, 雷达、 火控计算机和空空导弹必须都装载在一架单一的战斗机上以探测一个威胁、 理解点迹信息, 然后将数据转换为导弹可以用来跟踪和制导到目标的信息, 以完成一个杀伤链。 第五代战斗机也必须通过使判断和决策节点更接近作战的前沿边缘的行动节点, 来加快这一过程。
由于在处理、 计算和组网方面的进步, 通过先进的数据链和处理能力, 可以将这些功能(即便其是分解的)集成到远距离的平台上。 这样, 把这些功能分布到整个作战空间, 并通过数据链跨越距离集成到多个平台上(而不是集成在一个单一的平台上), 以实现所希望的打击效能。
在马赛克概念中, 平台被“分解”到其最小的实际功能, 以形成协同的“节点”。 这些功能和节点可以归类为一个OODA环中的观察、 判断、 决策和行动等功能能力。
如图1所示, 马赛克战概念基于OODA环结构形成分解的单元或节点, 即观察节点、 判断节点、 决策节点和行动节点。 通过先进的数据链赋能跨OODA环的功能能力, 通过多个观察节点的协同, 互相交叉引导, 并向判断节点提供多传感器、 多现象学观测;由判断节点形成作战区域的图像;决策节点基于判断节点判定的目标, 激活多个同时的杀伤路径, 以对所指定的目标形成所希望的打击效果;在实现了打击效果后, 所指定的行动节点转向其他的目标。 这样, 所构想的马赛克战概念, 通过先进数据链, 将作战功能分解并分散到多个协同作战的有人和无人飞机上, 从而在作战区域形成一个网络化的杀伤网。 因此, 在一个马赛克作战结构中, 杀伤网取代了点对点的杀伤链, 每个传感器节点都获取、 处理和共享数据, 然后融合成一个连续更新的公共的作战态势图像。 通过形成具有多个杀伤器和多个杀伤路径的杀伤网, 可采用多个可能的杀伤路径并发地作战。
马赛克战概念的优势如图2所示。
图1 马赛克战作战结构
图2 采用马赛克战概念形成杀伤网的优势
马赛克战概念可支持装载许多不同功能能力的多功能平台, 既可组合高能力的、 高端的系统的特征, 也可支持仅装有一个或两个功能能力、 但能重新组合成许多不同的结构或编成大量简单的功能节点(或兵力单元); 既能支持对高端目标进行作战所需的高端能力, 也能支持对大规模的低端目标作战所需的规模与灵捷性。 由于这样的系统是采用具有冗余节点构成的自适应的、 高度强韧的网络构建的, 可以形成多个杀伤路径, 并使网络内任何单个系统的重要性减小, 以确保在高烈度的作战博弈环境中有效。 换言之, 通过分解这些功能能力, 在节点有所损耗的情况下, 马赛克兵力仍然能有效作战。
4 结 束 语
未来空战新概念将带来很多收益, 然而, 未来空战新概念的实际实现, 在硬件和软件方面都面临着巨大的挑战, 而且这些极为错综复杂的作战方式, 必须在复杂的环境中高效地进行。 为了形成用于决策的高质量数据, 并建立支持作战云、 多域战和融合战概念所需的稳健的联通性, 需要付出巨大的努力。
未来空战新概念以先进信息技术为基础, 有两个固有的脆弱性。 数字系统对网电空间入侵(窃取数据、 删除数据、 改变数据或者插入虚假数据, 并跨网络快速传播)具有一定的脆弱性。 尽管网电空间安全技术正在稳步提高, 网电空间入侵技术也在同步改进, 像所有的作战域的作战一样, 是一个攻防博弈。 此外, 未来空战新概念具有需要发射信号和发送信息及接收信息能力的数据链, 辐射源对于侦测具有固有的脆弱性, 这意味着网络参与者可能被定位和跟踪, 进而被精确制导武器瞄准。 网电空间安全和数据链辐射被侦测跟踪, 仍然是考虑未来空战新概念是否具有生命力时应当关注的问题, 是未来空战新概念的致命弱点。
实现未来空战新概念, 将其转变成作战能力, 形成未来空军作战兵力, 将涉及到比采办某些新的作战飞机平台远为巨大的、 长期的技术和智力投入。
针对美国空军未来空战新概念所面临的挑战, DARPA提出了马赛克战概念, 试图通过将作战所需的探测感知、 火力控制和杀伤兵器等功能能力分解到小的、 模块化单元中, 并将分解的多个功能单元进行马赛克式的组装, 形成能同时应对战场中出现的多个目标集的多个杀伤网, 确保在高烈度的作战博弈环境中跨多作战域进行有效作战。
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