148页!最新报告《先进作战管理系统:美国空军部面临的需求、进展、挑战和机遇(2022)》,美国国家科学、工程和医学研究院

5 月 24 日 专知
美国国防部(DoD)正在追求通过全域联合指挥与控制(JADC2)来提高对敏捷对手进行更紧密整合和联合作战的能力。这个框架将无缝整合传感器、网络、平台、指挥官、作战人员和武器系统,以实现联合和多国部队的快速信息收集、决策和投射。美国空军部(DAF)对JADC2的贡献是先进作战管理系统(ABMS)。
对于ABMS是存在诸多疑问,它到底是什么?它的结构是否恰当也存在担忧,因为它缺乏一套明确的、独立的、分配的最低性能目标,一套固定的要求,一个拟议的能力交付时间表,以及针对这些目标执行的预算和资源的系统分配。虽然敏捷性、灵活性和适应性是有价值的目标,但如果没有一个提供足够细节、具体性和衡量标准的计划来同步这样一个庞大而复杂的系统方法,成功地大规模交付能力就会受到挑战,也不太可能。
为了解决这些问题,委员会被要求审查以下内容:
  • 1.评估计划中的ABMS数据和通信架构,并比较该架构的预期性能特征,以支持实时火力控制和全域传感器到投射的数据流、指挥和控制(C2)活动、基于人工智能(AI)的生活模式训练、战斗损伤评估以及其他相关的数据库活动。
  • 2.确定ABMS技术和计划中的系统集成架构的任何技术差距和不足。
  • 3.审查ABMS的管理,并建议如何改进计划中的组织和执行计划及流程,以更好地使美国空军部和整个国防部快速实现JADC2行动。
在进行研究时,前空军负责采购、技术和后勤的助理部长(SAF/AQ)将ABMS的主要责任办公室(OPR)从DAF的首席架构师办公室(DAF CAO)转移到DAF的快速能力办公室(RCO)。这一变化的结果是双重的。首先,委员会最初负责审查的任务与ABMS的优先事项和RCO的职责并不完全一致。由于这个原因,委员会为完成所需的分析而要求的一些信息无法提供,委员会收到的一些信息后来被更新的信息所取代。第二,委员会收到的ABMS的情况基本上是过渡性的,因为该系统的技术设计和管理在DAF内部正经历着重大变化。
作为一个处于早期定义阶段不断发展的系统,ABMS架构及其支持要素仍然是动态的。2020年10月至2021年3月提交给委员会的ABMS技术架构在很大程度上反映了ABMS在"on-ramp "大规模演习中产生的状态,该演习由DAF CAO管理。早期的架构和方法正在由DAF RCO进行评估和修订,因为它致力于在将要投入使用的能力版本中创建一套采购方案。因此,委员会的分析反映了该早期架构的方法、益处、挑战和机遇,并构成了CAO、RCO、DAF和更广泛的美国防部元素的见解和建议,供他们在追求更新的ABMS架构、其中的单个采购计划以及更大的JADC2框架时考虑。在新任空军部长的指导下,DAF RCO已经在为ABMS不断发展的计划和设计中解决了其中的一些问题,但其他问题(尤其是非技术性因素)需要进一步考虑。
图1.1 ABMS愿景。资料来源:美国空军部空军快速能力办公室Randall G. Walden。Randall G. Walden, 空军部空军快速能力办公室。2021年1月22日向委员会介绍。批准公开发布。
图1.2 全域联合指挥与控制(JADC2)的基础。资料来源:空军杂志,2020年10月28日。

本报告的组织和主要的观察结果

本报告按主题分为四章:观点、架构和数据、治理以及挑战和机遇。第1章描述了为什么需要ABMS,以及它是如何从一个联合监视和雷达系统的替换计划发展到一个全方位的指挥和控制系统的。第2章研究了当前和计划的架构,包括数据标准、软件、安全、测试和建模。第3章概述了ABMS过去和现在的管理,并强调了人的系统整合、培训、文化和其他考虑。第四章详细介绍了互操作性和情报,并总结了委员会的建议。
在高层次上,委员会的结论是,作为一个非传统的采购项目,ABMS已经走上正轨,但它仍然是一项正在进行的工作。它的技术设计和架构仍处于起步和发展阶段,因此委员会很难对其数据和通信架构进行全面评估,特别是当它们与JADC2框架有关时,该框架也正在开发和定义中。此外,委员会发现,性能特征的规模和范围在很大程度上是有限的,因为它们在很大程度上与匝道演示有关,而不是与实际操作活动有关,因为现实世界的物理限制可能会限制实际性能。
委员会认为,指派DAF RCO作为ABMS的领导机构是一个积极的步骤,将ABMS从演示和实验转向重点能力发布。委员会还支持空军部长关于建立性能指标以衡量改进和衡量操作结果的呼吁。
作为一个系统家族,ABMS很难被量化。委员会无法详细说明和评估ABMS的确切成本,因为它涉及到一个项目组合--其中一些没有被指定为ABMS的要素,但仍被列为更广泛的ABMS生态系统的一部分。国会决定将ABMS的总预算减少近一半,这显然限制了ABMS在近期和中期所能完成的工作。但是,这种预算限制也可能迫使DAF领导人对ABMS的投资和能力做出必要的决定和优先考虑,委员会支持这种决定。
委员会发现,目前的ABMS以及更广泛的JADC2治理结构是不够的,缺乏适当的权力来执行所有领域的指挥和控制。由于缺乏一个国防部级别的执行机构来处理和解决JADC2框架所有参与者的技术、操作和指挥决策,导致每个军种和国防部机构都在开发自己的C2系统,其独特的要求、标准和技术规范对实现互操作性构成挑战。
委员会认识到,在本分析过程中,ABMS的技术方法和管理结构都在不断发展。因此,需要注意的是,下面总结的和本报告其余部分详细介绍的一些建议是针对早期的ABMS方法的,而其他建议可能仍然与较新的、更集中的计划有关。
图2.1 先进作战管理计划概述。资料来源。空军部快速能力办公室。批准公开发布。
图2.2 先进作战管理系统概念。资料来源。空军部快速能力办公室。批准公开发布。
图2.3 先进作战管理系统架构。资料来源:空军部快速能力办公室。批准公开发布。

主要建议

1 美国空军部(DAF)的首席架构师办公室和快速能力办公室的建议:

  • 在全域联合指挥与控制层面定义先进作战管理系统(ABMS)架构,以确保与正在开发的其他类似ABMS的系统具有互操作性(建议1)。
  • 将先进作战管理系统的架构设计为模块化,并包括开放标准和接口,以便与其他军种的变体进行配置(建议3)。
  • 在设计先进作战管理系统的架构时,要有具体的技术要求和解决方案,以确保通信、数据和计算可以在降级或被拒绝进入的环境中继续运行(建议4)。
  • 在最大程度上,设计并执行一项全面的人工智能战略,该战略将涵盖所有要素,包括理论、指挥链、政策、联合环境下的武器释放授权、与全域联合指挥和控制的接口,而不仅仅是先进作战管理系统的选定能力(建议6)。
  • 与空军部的首席软件官协调,扩大使用容器化和Kubernetes,用于先进作战管理系统的持续开发以及检测和缓解安全漏洞(建议8)。
  • 采用开发、安全和运营(DevSecOps)作为共同的开发环境,在所有先进作战管理系统中使用容器化和持续集成/连续交付(CI/CD)(建议9)。
  • 将弹性设计到先进作战管理系统的架构中,并为所需的性能指定动态标准(建议11)。
  • 与空军部数字工程企业办公室合作,将基于模型的系统工程(MBSE)方法应用于先进作战管理系统的工程和维护活动中,并使MBSE成为运营商需求和开发团队之间的桥梁(建议17)。

2 美国空军部(DAF)的快速能力办公室建议:

  • 采用一系列的数据交换技术,可以支持从战术到战略的整个能力范围(建议5)。
  • 对于具有强大接口规格的模块化开放系统设计,获得性能和接口要求,而不是所有的知识产权(建议10)。
  • 随着技术的成熟,分阶段应用零信任(ZT)服务,并整合ZT服务,包括在所有先进作战管理系统中使用多因素认证(MFA)(建议13)。
  • 除了采用零信任,利用现有的最佳成熟网络安全做法和能力,包括多因素认证;身份、凭证和访问管理(ICAM);加密;渗透测试;托管检测服务;行为监测应用程序等(建议14)。
  • 利用空军的任务防御小组对先进作战管理系统的网络防御系统进行红队演练,以抵御来自恶意行为者的攻击。在这些红队演习的基础上,空军部RCO应通过支持和加强相应的网络防御措施来解决漏洞问题(建议15)。
  • 与美国网络司令部(USCYBERCOM)合作,解决物联网(IoT)防御和 "美国网络司令部技术挑战问题集 "文件中强调的其他网络漏洞和利用问题(建议16)。
  • 在数字工程和建模与模拟的现有活动基础上,扩大数字孪生在先进作战管理系统开发中的使用,特别是在新的能力和技术被引入时(建议18)。
  • 考虑扩大共同任务控制中心的规模,并将其指定为先进作战管理系统的零阶段(建议19)。
  • 将人类系统整合方法纳入先进作战管理系统,以确保所有人类用户与当前和未来的系统元素充分有效地整合(建议22)。

3 联合参谋部、军事部门和美国国防部领导人的建议:

  • 为全域联合指挥与控制的所有参与者建立互操作性要求和性能指标,以便最终实现所有能力的整合(建议2)。
  • 立即就共同的数据结构和数据安全级别达成协议,并在联合层面定义数据标准和工具。如果没有一套共同商定的开放标准,以及不限制创新的已知接口交换要求,各军种就有可能制定不兼容和自成一体的解决方案(建议7)。
  • 为全域联合指挥与控制(JADC2)和先进作战管理系统建立并实施强有力的全企业进攻和防御性网络安全战略。安全是一项基本要求,必须从一开始就设计并完全融入所有JADC2支持系统的架构中(建议12)。
  • 建立一个权威的联合机构,为全域联合指挥与控制框架的所有参与者处理和解决技术、操作和指挥方面的决策(建议20)。
  • 如果先进作战管理系统和更大的全域联合指挥与控制架构要实现JWC所设想的真正的联合和多国综合行动,就要解决阻碍真正的联合作战概念(JWC)横向整合的文化、社会和情感障碍(建议21)。
  • 确保按照政策和战争法的规定,在先进作战管理系统(以及支持更广泛的全域联合指挥与控制框架的其他系统)的设计、操作、人员配置和培训中审查和解决人工智能的道德使用问题(建议24)。

4 美国空军部(DAF)负责采购、技术和后勤的空军助理部长和负责战略、整合和需求的副参谋长建议:

  • 考虑并将人员、文化、培训和其他非物资的理论、组织、培训、物资、领导、教育、人员、设施和政策(DOTMLPF-P)问题纳入更广泛的先进作战管理系统生态的设计和实施计划(建议23)。

5 空中教育训练司令部(AETC)建议:

  • 建立一个课程,在人工智能/机器学习、基于模型的系统工程、网络安全、情报评估以及信息技术、软件和硬件的测试和评估方面培训或招聘高素质的专家,他们可以与军事行动和文化方面的专家合作(建议25)。
报告全文对上述每项建议都进行了详细探讨。

内容目录

  • 第1章 观点
      • 1.1 未来空中和太空作战的愿景, 12
      • 1.2 全域联合指挥与控制(JADC2), 16
      • 1.3 空中作战中心(AOC), 18
        • 当前的AOC, 18
        • 未来的AOC, 22
      • 1.4 先进作战管理系统(ABMS), 23
        • ABMS的演变, 23
        • 非传统的采购方法, 24
        • 从论证到能力发布, 28
        • ABMS是JADC2的一个贡献者, 30
        • 其他JADC2贡献者和复杂因素, 32
  • 第2章 架构和数据
      • 2.1 架构概述, 36
        • 架构和技术现状, 40
        • 以数据为中心的操作技术, 44
        • 高性能处理:AI和ML, 45
        • 数据和数据标准, 48
        • 容器化和Kubernetes, 50
      • 2.2 软件方面注意事项, 53
        • 应用软件和DevSecOps, 54
        • 数据权限, 58
      • 2.3 安全性, 59
        • 网络可靠性、弹性和容错性, 59
        • 多层次的安全,62
        • 网络安全和零信任, 64
      • 2.4 测试和建模, 68
        • 测试和评估, 68
        • 基于模型的系统工程, 70
        • M&S和VV&A, 73
        • 数字孪生, 74
      • 2.5 共同任务指挥中心, 76
  • 第3章 治理
      • 3.1 组织整合, 82
      • 3.2 人为因素, 86
        • 人的系统集成, 86
        • 培训、文化和其他方面的考虑, 88
  • 第4章 挑战与机遇
      • 4.1 互操作性, 93
      • 4.2 情报, 95
      • 4.3 主要建议, 96
        • 技术性, 96
        • 非技术性, 99
      • 4.3 结论性意见, 100
  • 附录
    • A 任务说明 107
    • B 数据收集会议 109
    • C 简称和缩略语 116
    • D 委员会成员履历信息 121
    • E 对不可避免的利益冲突的披露 128



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