总结

美国防部(DOD)正在对其指挥军事力量的方法进行现代化改造。国防部高级领导人已经表示,现有的指挥和控制架构不足以满足2018年国防战略(NDS)要求。全域联合指挥与控制(JADC2)是国防部的概念,将所有军种--空军、陆军、海军陆战队、海军和太空部队的传感器连接到一个网络中。

DOD指出,用Uber共享服务来比喻其对JADC2的期望最终状态。Uber结合了两个不同的应用程序--一个是乘客,另一个是司机。使用各自的位置,Uber算法根据距离、旅行时间和乘客(以及其他变量)来确定最佳匹配。在JADC2的情况下,这种逻辑将找到攻击特定目标的最佳武器平台,或应对新出现威胁的最佳单位。为了使JADC2有效工作,DOD正在追求三种新的或新兴的技术:自动化和人工智能、云环境和新的通信方法。

DOD的一些机构和组织参与了与JADC2相关的工作。下面的清单突出了与JADC2开发有关的部分组织和项目:

  • 国防部首席信息官:第五代(5G)信息通信技术。

  • 国防部长办公室(研究与工程):全网络化指挥、控制和通信(FNC3)。

  • 国防高级研究计划局:马赛克战争。

  • 空军:高级战斗管理系统(ABMS)。

  • 陆军:项目融合(Project Convergence)。

  • 海军:项目超配(Project Overmatch)

随着国防部开发指挥和控制军事力量的新方法,国会可能会考虑几个潜在的问题:

  • 国会如何在验证需求或成本估算之前考虑JADC2的相关活动?

  • 在没有正式的计划或预算申请的情况下,国防部为JADC2的预算是多少?

  • JADC2的支出重点是什么,是否有国防部可能没有投资的举措?

  • 国防部如何确保每个军种和盟国的通信系统之间的互操作性?

  • 国防部应如何优先考虑其未来网络中相互竞争的通信需求?

  • 人工智能将在未来的指挥和控制决策系统中发挥什么作用?

  • 为了满足JADC2的要求,有哪些潜在的部队结构变化是必要的?

  • 国防部应如何管理与JADC2相关的工作?

1 什么是JADC2

全域联合指挥与控制(JADC2)是美国国防部(DOD)的概念,即把所有军种--空军、陆军、海军陆战队、海军和太空部队的传感器连接成一个网络。传统上,每个军种都开发了自己的战术网络,与其他军种的网络不兼容(例如,陆军网络无法与海军或空军网络连接)。通过JADC2,国防部设想建立一个 "物联网"网络,将众多传感器与武器系统连接起来,利用人工智能算法帮助改善决策。

DOD官员认为,未来的冲突可能需要领导人在几小时、几分钟或可能几秒钟内做出决定,而目前分析作战环境和发布命令的过程需要数天时间。国防战略(NDS)委员会报告的非保密概要指出,目前的C2系统与潜在的同行竞争对手相比已经"恶化"。国会可能对JADC2概念感兴趣,因为它正被用来制定许多高调的采购计划,以及确定美国军队对潜在对手的有效性和竞争力。

图 1. JADC2 的概念愿景

JADC2设想为联合部队提供一个类似云的环境,以共享情报、监视和侦察数据,在许多通信网络中传输,从而实现更快的决策(见图1)。JADC2打算通过收集来自众多传感器的数据,利用人工智能算法处理数据以识别目标,然后推荐最佳武器--包括动能和非动能武器(如网络或电子武器)--来打击目标,从而帮助指挥官做出更好的决策。

DOD指出,用Uber共享服务作为类比来描述其对JADC2的期望最终状态。使用各自的位置,Uber算法根据距离、旅行时间和乘客(以及其他变量)来确定最佳匹配。然后,该应用程序为司机提供指示,让他们按照指示将乘客送到目的地。Uber依靠蜂窝和Wi-Fi网络来传输数据,以匹配乘客并提供驾驶指示。

一些分析家对JADC2采取了更加怀疑的态度。他们对JADC2的技术成熟度和可负担性提出了疑问,以及是否有可能在一个致命的、充满电子战的环境中部署一个能够安全可靠地连接传感器和射手并支持指挥和控制的网络。分析人士还询问谁将拥有跨领域的决策权,因为传统上,指挥权是在每个领域内而不是从整体战役的角度下放的。

什么是指挥与控制?C2的维度和人工智能的影响
人们可以通过五个问题来看待指挥和控制:谁、什么、何时、何地和如何。传统上,国会通过两个不同但相关的问题来关注指挥与控制:权力("谁")与技术("如何")。
国会传统上关注的第一个问题反映了指挥官执行行动的权力。这一讨论的重点是指挥系统,反映了负责组织、训练和装备美国部队的军种与有权在国外使用部队的作战司令部之间的差异。这个问题可以用一个问题来概括:"谁指挥部队?"
第二个问题是使指挥官能够做出这些决定并将其传递给战场的技术方面。指挥、控制、通信(C3)、C3加计算机(C4)以及情报、监视和侦察(ISR)等术语进入了讨论。指挥和控制的这一技术问题着眼于指挥官用于决策的数据(和收集方法)(即ISR是促成决策的数据),将数据转化为信息的处理能力,以及使指挥官将其决策传达给地理上分布的部队系统。这种指挥和控制的技术方法可以概括为:"你如何指挥部队?"
指挥和控制的其他动态回答了其他问题:哪些系统和单位被指挥(什么),时间方面(何时),以及地理方面(何处)。国会在历史上对这些问题中的每一个都是在具体的,而不是一般的问题上表示了兴趣。例如,国会没有考虑一般用途的部队,而是关注与核部队和特种作战相关的权力问题。与核和网络战的快速反应相关的指挥和控制问题,以及在有限的程度上与电磁频谱战相关的问题,这些都是及时性问题,引起国会关注的其他领域。
关于 "何时",国会已表示对与核和网络战的快速反应有关的指挥和控制感兴趣,并在有限的程度上对电磁频谱战感兴趣。然而,对 "何时"的最大敏感度似乎更侧重于战术(例如,何时让飞机进入目标,何时开始对建筑物进行攻击);这些决定往往被授权给指挥官。最后,地理因素对指挥美军提出了独特的挑战;只要行政部门和国会继续支持全球国家安全战略,地理决策在很大程度上代表了战术问题,往往被授权给各个指挥官。
图2. 指挥与控制的维度和人工智能的影响
图2描述了这些问题是如何通过引入人工智能(AI)来优化各方面的结果。随着编队复杂性的增加--特别是为全域联合作战设计的编队,控制这些部队有可能超越人类的认知能力,并使用算法来帮助管理这些部队。美国军方表示,它打算让人类参与整个决策过程,但随着美国军队将更多的人工智能技术引入其决策机构,各方面的区别开始变得模糊不清。例如,"谁"和 "如何"开始变得相似,特别是当计算机或算法向指挥官提出建议时,他们可能不了解信息或产生建议的过程。
人工智能还可以影响指挥和控制的其他方面,包括 "什么"、"什么时候 "和 "在哪里"。将 "什么 "和 "哪里 "这两个要素结合起来,可以挑战对手寻找和与美国部队交战的能力;这样做也可以挑战指挥官及其参谋部在没有系统帮助管理复杂情况下保持对部队的控制能力。从 "何时 "的角度来看,需要快速决策的行动,特别是电磁频谱战或网络战,可能超过人类的决策能力。这就提出了一个重要的问题,即指挥官能在多大程度上信任人工智能,以及人类作战员需要理解人工智能系统为什么建议采取特定行动。

2 为什么要改变当前的 C2 结构?

DOD目前使用战斗空间的不同部分来执行C2--主要是沿着确定的军事领域:空中、陆地、海上、太空和网络空间。这种结构的存在是因为传统的威胁来自单一系统,如飞机和坦克编队。作为回应,军方开发了高度复杂(但昂贵)的传感器来监视战斗空间,向集中式指挥中心(如空中作战中心或陆军指挥所)提供信息。E-3高级预警和指挥系统(AWACS)和E-8联合监视目标攻击雷达系统(JSTARS)等系统经过优化,为这些中央前哨的指挥官提供态势感知,然后他们可以在那里指挥军事力量。

2018年国防战略(NDS)、审查它的 NDS 委员会和其他来源阐述的未来作战环境描述了潜在对手如何发展复杂的反介入/区域拒止 (A2/AD) 能力(见图 3)。这些能力包括电子战、网络武器、远程导弹和先进的防空系统。 美国竞争对手将 A2/AD 能力作为对抗美国传统军事优势(例如投射力量的能力)的一种手段,并提高他们赢得快速、决定性交战的能力。

图 3. A2/AD 环境的可视化

美国防部高级领导人已经表示,在未来的作战环境中,获取信息将是至关重要的。此外,这些领导人还表示,为了挑战潜在的同等对手,需要采取多领域的方法(美国部队将使用地面、空中、海上、太空和网络力量来挑战对手的目标计算)。因此,全领域联合作战的概念为指挥官提供了获取信息的机会,可以利用突袭进行同步和连续的行动,并在所有领域快速和持续地整合能力,从而获得物质和心理优势以及对作战环境的影响和控制。

空中陆战概念设想将空军和陆军的努力结合在一起,在20世纪80年代对抗苏联,自该概念提出以来,技术上的进步使美国防部能够继续发展全领域联合作战的概念。这些技术进步包括增加了攻击目标的方法(包括电子和网络手段),相对低成本的传感器的扩散,以及将这些传感器的数据转化为信息的处理能力的提高。维持对所有领域行动的控制所面临的挑战是,美国的军事C2机构并不是为做出这些类型的决定而组织的,26而且正在使用的技术的复杂性和速度可能超过人类的认知能力。

指挥与控制是如何演变的?
美军传统的指挥和控制概念源于德军的 "任务型命令"(auftragstaktik)。认识到军事行动中的混乱和 "战争迷雾 "是不可避免的,下级指挥官被委托半自主地行动以实现其指挥官的意图(即任务的总体目标),而不是有预先规定的行动。情报来源和侦察的信息需要很长的时间,甚至可能需要几天才能到达指挥官手中。为了保持对部队的控制,指挥官们依靠无线电通讯和纸质信件。有限的信息量使得指挥官可以在两个方面指挥部队--使用单一的领域来应对对手的行动。
在冷战的高峰期,苏军给军事力量提出了一个新的问题:如何对抗一支数量上占优势的坦克部队。为了应对这一威胁,陆军和空军提出了一种新颖的方法,通过开发新技术来确定增援地点,将空中和陆地力量结合起来。这一概念被称为 "空地战"。这种三维方法试图利用情报、监视和侦察方面的优势,"深入观察",将火力集中打击增援部队(即 "深入打击")。为了支持这种利用深度打击来防止增援部队的设想,美军需要改进指挥所,以提高指挥部队的决策速度,同时仍然保持遵循指挥官意图的传统。这种需要导致了新系统的开发,如JSTARS和ATACMS。这些系统使指挥官能够更快地了解战斗空间,并提高对敌军直接开火的反应时间。
在过去的20年里,中国和俄罗斯观察了美国的战争方法,确定了挑战美国优势的不对称方法。中国的军事现代化尤其注重防止美国建立大量的战斗力(限制后勤),增加高价值飞机(油轮、间谍飞机、指挥和控制飞机)的风险,并增加其海军足迹(限制美国的海军优势)。为了应对这些新威胁,国防部最初提出了使用多域作战的想法(后来过渡到全域作战一词)。国防部认为,使用一个或甚至两个维度来攻击对手是不够的,因此挑战对手的目标计算需要更复杂的编队(额外维度)。国防部认为,不断增加的复杂性,加上应对新兴技术威胁的时间可能减少,需要新的方法来管理部队。
图4. 指挥和控制的复杂性的变化

3 JADC2-赋能技术

在国防部发展JADC2概念的过程中,有三类技术在这种指挥和控制军事力量的方法中起着不可或缺的作用:自动化、云环境和通信。

3.1 自动化与人工智能

许多DOD高级领导人已经明确表示,JADC2是一个概念(或许是一个愿景),而不是任何具体的计划。在2021年1月的一篇文章中,联合人工智能中心主任Michael Groen中将说:"JADC2不是一个IT(信息技术)系统,它是一个作战系统。从历史上看,你会有一个大型的国防项目,你会花数年时间来完善需求,你会收集大包大包的钱,然后你会去找国防承包商,花更多的时间来建造、测试,然后在多年后最终投入使用"。在这篇文章中,Groen中将描述了人工智能(AI)的作用,以及延伸到数据和数据结构的作用,使这些算法能够为指挥官提供信息。根据Dennis Crall中将(联合参谋部指挥、控制、通信和计算机/网络首席信息官[JS J6]主任)的说法,人工智能和机器学习对于实现JADC2至关重要。Dennis Crall说道:"JADC2是关于将所有这些自动化....。它是关于利用传感器丰富的环境--查看数据标准等事情;确保我们可以将这些信息转移到一个我们可以正确处理的区域; 带来了云;带来了人工智能、预测分析;然后用一个能够处理这些的网络来支撑所有领域和合作伙伴。"

3.2 云环境

DOD表示,拥有多分类的云环境对于实现JADC2是必要的。DOD设想,用户能够根据他们的需要和信息要求,在不同的分类下访问信息。在2021年6月的新闻发布会上,克拉尔中将说,"战术边缘 "的云能力是用于数据存储和处理,实现人工智能算法。作为一个例子,空军讨论了其高级战斗管理系统(ABMS)项目对云环境的需求--空军部对JADC2的贡献,这将在下文讨论。根据空军的预算说明,ABSM将需要一套云系统、应用程序(即软件)和网络(包括商业和政府拥有的),这将 "了解环境并应用由人工智能和机器学习辅助的先进算法"。

3.3 通信

根据DOD的说法,开发JADC2将需要新的通信方法。DOD目前的通信网络已经为中东地区的行动进行了优化。因此,DOD使用卫星作为与海外部队通信的主要方法。这些系统面临着延迟(时间延迟)问题,并且在设计上不能在有电子战的情况下有效运行。这些旧的架构依赖于地球同步轨道上的卫星,这些卫星在地球上空大约22200英里(35800公里)处运行。新的应用,如人工智能,将有可能需要额外的数据速率,而目前的通信网络可能无法支持--特别是当DOD增加传感器的数量,以提供额外的数据来改进算法。自主系统的引入,如海军的大型无人水面和海底航行器,以及陆军对机器人飞行器越来越感兴趣而产生的系统,可能需要安全的通信和短时延来维持对这些系统的控制。

4 目前开展的JADC2相关工作

联合参谋部是负责制定全域联合指挥与控制概念战略的国防部组织。此外,还有一些正在进行的研究和努力与JADC2概念有关。每个军事部门(陆军、海军、空军)以及国防部机构,如国防高级研究计划局(DARPA)和负责研究和工程的国防部副部长办公室(OSD[R&E]),都在开发技术和概念。以下各节简要介绍一些组织的工作。

4.1 联合参谋部 J6:JADC2 战略

国防部负责制定JADC2战略的领导机构是联合参谋部J6指挥、控制、通信和计算机/网络局。JADC2战略最初的设想是改善联合部队的互操作性(例如,确保无线电系统能够相互通信),后来扩大了这一重点,制定了一种信息共享方法,通过为决策提供数据来实现联合行动。除了制定战略,J6还组织了一个JADC2跨职能小组,各军种和国防部机构通过该小组协调他们的实验和计划。这与国防部数据战略和国防部副部长创造数据优势的努力相一致。该战略确定了五条工作路线以实现JADC2框架:

1.数据组织

2.人力组织

3.技术组织

4.核指挥、控制和通信(NC3)

5.任务伙伴信息共享

在2021年6月4日的新闻发布会上,克拉尔中将表示国防部长奥斯汀已经批准了JADC2战略。

4.2 OUSD研究与工程(R&E):完全网络化的指挥、控制和通信(FNC3)

根据R&E办公室的说法,"FNC3确定、启动和协调指挥、控制和通信关键使能技术的研究、开发和降低风险活动。这些活动将包括整个国防企业不同但相互关联的努力,由FNC3在OUSD(R&E)的工作人员监督和同步进行。" FNC3的主要负责人迈克尔-扎特曼博士描述了FNC3的整体愿景,包括三个层次--物理层、网络层和应用层--它们为开发指挥、控制和通信系统提供了一种量身定做的方法,与商业部门的最佳实践相一致。物理层代表无线电和发射器本身,而网络层则通过开发国防部优化的新兴商业软件定义网络技术(如网络切片)来管理应用对物理层的访问。所有这三层都旨在提高互操作性和弹性(即防止网络被干扰或中断的能力),并为每个应用提供适当的服务质量。

根据扎特曼博士的说法,FNC3是JADC2的中长期技术愿景,而每个部门(在以下章节中概述)都有专注于发展近期采购战略的引人注目的努力。例如,空军部的先进战斗管理计划旨在通过关注成熟技术在未来三年内部署。OUSD R&E利用其投资组合中不太成熟的技术,包括由DARPA、国防创新部门、战略能力办公室、各部门和其他部门开发的技术,为实施JADC2提供长期的技术手段。

4.3 DoD CIO:5G技术

国防部提出,5G无线技术的商业进展提供了传输更多数据(通常称为数据吞吐量)和更低延迟的能力。国防部认为,它需要这些能力来处理来自众多传感器(如卫星、飞机、船只、地面雷达)的更多数据,并在 "边缘"(与无线电接收器在同一地点)处理这些信息。5G技术的另一个方面可以实现新的指挥和控制概念,即动态频谱共享。随着电磁频谱变得更加拥挤,联邦政府已经开始允许多个用户在同一频段上运行(称为频谱共享)。国防部首席信息官认为,频谱共享技术允许通信系统在有干扰的情况下传输和接收数据。2020年9月,国防部CIO向工业界发出了一个信息请求,即如何对待动态频谱共享。2021年1月21日,已经公布了67份对信息请求的回应。

4.4 DARPA:马赛克战

马赛克战争代表了一系列由DARPA赞助的项目,旨在利用人工智能将传统上不被设计为互操作的系统和网络相结合。从概念上讲(见图5),这些项目将能够利用从卫星上收集的原始情报,并将这些数据转化为传递给 "射手 "的目标信息--在这种情况下,网络武器、电子干扰器、导弹、飞机或任何其他可能影响预期目标的武器。正如哈德逊研究所的分析家布莱恩-克拉克和丹-帕特所解释的那样,"马赛克战争 "试图将多种重叠的困境强加给敌军,扰乱他们的行动,从而阻止他们及时到达目标。

图5:DARPA的马赛克战愿景

DARPA的马赛克计划之一,称为异质电子系统的技术集成工具链(STITCHES),已被用于空军和陆军的实验。据DARPA称,STITCHES是一种软件,旨在通过自主创建允许低延迟和高吞吐量的软件,快速整合任何领域的通信系统,而无需升级硬件或修改现有的系统软件。根据空军的一份新闻稿,该部门已在几个高级战斗管理系统的 "上线 "中测试了该技术,并已开始将该计划从DARPA过渡到空军部。

4.5 空军部:高级战斗管理系统(ABMS)

高级战斗管理系统最初的设想是取代E-8联合监视和目标攻击雷达系统(JSTARS)。空军在2019年将ABMS项目从开发飞机或雷达之类的东西过渡到 "数字网络环境,连接所有领域和每个梯队的作战能力,以实现全球决策优势。" 换句话说,空军从建立一个支持指挥和决策的平台(如E-8 JSTARS)转向建立一个安全的、"类似云"的环境,利用人工智能和预测分析为指挥官提供近实时数据。根据空军的说法,ABMS项目将沿着六条产品线开发能力:传感器集成、数据、安全处理、连接、应用和效果集成。

空军已经举行了三次 "on-ramps"(空军用来描述演示的术语),以展示其ABMS的方法。2019年12月举行的第一次on-ramps,展示了该部门从F-22战斗机使用的安全通信向陆军和海军系统传输数据的能力。第二次上线使陆军榴弹炮能够击落一枚代用巡航导弹。此外,空军向美国北方司令部提供了这种 "类似云 "的零信任平板电脑--一种不在设备上存储敏感数据的安全功能,以协助其在2020年春季应对COVID大流行。

2020年11月,空军部确定了首席架构师办公室,负责评估架构上线和整合企业数字架构。同时,空军确定空军部快速能力办公室为ABMS整合项目执行办公室。快速能力办公室的工作重点是快速向现场交付项目,它的参与可以被看作是将ABMS从实验转向系统开发。

4.6 陆军部:项目融合(Project Convergence)

根据陆军的说法,"项目融合是陆军围绕一系列连续的、结构化的演示和实验而组织的新的学习活动",旨在应对JADC2所带来的挑战。

1.确保陆军拥有合适的人员和人才;

2.将当前的陆军现代化工作与陆军未来司令部的跨职能团队联系起来,并与陆军现代化的六个优先事项保持一致;

3.拥有合适的指挥和控制,以应对节奏越来越快的威胁;

4.利用人工智能分析和分类信息,并在陆军网络中传输;

5.在 "最严峻的地形 "中测试能力。

项目融合2020在三个军事设施中使用了大约750名士兵、平民和承包商,最终在亚利桑那州的尤马试验场进行了两次现场顶点演习。在这次演习中,陆军展示了几种技术,包括人工智能、自主性和机器人技术,以测试新的方法来指挥和控制地理上分散的部队。陆军计划将空军和海军的系统作为2021年项目融合的一部分,并打算在2022年项目融合中纳入外国军队。这其中有3370万美元用于运营和维护,以及7310万美元用于研究、开发、测试和评估,由陆军拨款。

4.7 海军部:项目超配(Project Overmatch)

项目超配是海军为建立一个 "海军作战架构",将舰艇与陆军和空军资产联系起来而做出的努力。2020年10月1日,海军作战部部长吉尔德伊上将责成一名二星上将领导海军的"项目超配"工作。在他的备忘录中,吉尔德伊上将指示 "项目超配"采取类似于海军发展核动力和AEGIS系统的工程和开发方法。其主要目标是 "使海军能够在海上形成集群,从近处和远处、每个轴线和每个领域提供同步的致命和非致命效果。具体来说,你[斯莫尔海军司令]要开发网络、基础设施、数据架构工具和分析。" 在一个平行的努力中,吉尔德伊上将责成基尔比副上将(负责作战要求和能力的海军作战部副部长)制定一项计划,将无人系统,包括舰艇和飞机,纳入海军作战架构。根据新闻声明,海军打算在2023年达到初始作战能力(即有能力部署初始系统)。海军在2022财政年度为 "项目超配 "申请了三个分类项目元素的资金。

在2021年6月举行的2021年AFCEA西部会议上,吉尔德伊上将讨论了项目超配目前的工作。在这次活动中,吉尔德伊表示,自2020年10月项目启动以来,项目超配已经完成了三个螺旋式发展周期。吉尔德伊进一步解释说:"我们实际上正在试验一种方式,使我们基本上可以将任何网络上的任何数据传递给作战人员。这是一个软件定义的通信系统,使我们能够以一种前所未有的方式拆开我们所有的网络"。根据新闻报道,吉尔德表示,他预计在2022年底或2023年初将 "项目超配"的测试规模扩大到一个航母打击群。

5 国会面临的潜在问题

以下各节讨论了国会的潜在问题,包括需求和成本估算、互操作性挑战、平衡通信能力、人工智能在决策中的角色,以及实施JADC2所需的潜在部队结构变化。

5.1 需求和成本估算

美国防部已经为JADC2的相关工作申请了几个财政年度的资金,特别是在概念的早期发展阶段。国防部正在积极制定JADC2战略,预计将在2021年春季发布。国会中的一些人对国防部没有像传统采购项目那样提供成本估算或验证需求表示关切。因此,各军种委员会和拨款委员会已经减少了对这些工作,特别是ABMS和5G研究和开发的要求资金。2021财年国防授权法案(NDAA)要求国防部在2021年4月前为JADC2提出要求。

5.2 国防部对JADC2的潜在资助水平

国防部还没有正式公布关于JADC2的支出预算数据,该项目在各军种和国防机构的一些项目中都有资金。根据联合参谋部J6(JS J6)的说法,JADC2不是一个记录项目,JS J6也不打算过渡到一个记录项目。因此,除非国会要求国防部提供JADC2资金的详细概述,否则国防部可能不太可能这样做。

一些分析家推测了与JADC2有关的所有项目的年度成本。一位分析家估计,国防部在2022财政年度为与JADC2直接相关的项目编列了大约12亿美元的预算。Govini估计,自2017财政年度以来,国防部在JADC2上花费了大约225亿美元;这平均每年大约为45亿美元。Govini的估计包括其他联邦机构的资金--如国家航空和航天局(NASA)--以及国防部可能认为与JADC2无关的技术,因此可能高估了JADC2获得的资金总额。

5.3 JADC2支出优先级

根据JS J6,有五条与JADC2相关的工作线:

  • 1.数据组织

  • 2.人力组织

  • 3.技术组织

  • 4.核指挥、控制和通信(NC3)

  • 5.任务伙伴信息共享

以数据为中心的方法侧重于国防部系统传输所需的数据类型和结构,创建一个共同的数据框架,为数据的发送和接收提供一个商定的标准。换句话说,数据的格式化、组织化和结构化的方式影响着数据从传感器到决策者再到武器的高效和无缝传输。另一方面,网络中心化和互操作性侧重于通信标准,如无线电频率、波形、通信加密等,以确保一个无线电能与另一个无线电通话。通过采用这种方法,JS J6专注于开发软件应用,以改善指挥和控制。然而,该战略可能缺少几个方面,包括:

  • 通信系统的硬件和软件的功能,

  • 网络需要传输的数据量,

  • 对手的行动对网络的影响,

  • 以及指挥和控制部队的模块化。

随着国防部继续改革其JADC2概念和要求,其他观察家也注意到,在JADC2战略中存在一些没有被认定的领域,国防部应将其支出主要集中在研究和开发方面。一位观察家认为,国防部应将其研发支出集中在改善网络互操作性上。这种方法支持优先升级军事通信系统,以便在整个联合部队中传输数据。它建议国防部在软件和硬件方面投入更多资金,以提高所有类型的数据链路和网络(例如,Link 16、多功能高级数据链路、态势感知数据链路以及综合海上网络和事业服务)的互操作性。网络互操作性方法的重点是,创建网络是困难的;但是,利用软件定义的网络和通用电子设备(如类似的芯片架构)可以使每个军种无缝共享信息。换句话说,这种方法更注重通信网络的构建方式,而不是在这些网络内发送数据的组织方式。软件定义的无线电和网络使无线电可以很容易地被编程,并因此更容易地相互通信。微电子(即物理硬件)最终定义了无线电的物理和软件能力。

其他分析家认为,JADC2的支出应更多地集中在改变决策方式上。这一论点强调了通过利用人工智能(AI)实现决策过程自动化的必要性,正如国防高级研究计划局(DARPA)的马赛克战争概念所设想的。在这种方法中,优先利用人工智能系统的支出(如空军的STiTCHES计划),可以建立主要集中在需要传输的数据和数据结构的特设网络。这一论点假设人工智能也可以分析情报、监视和侦察(ISR)数据,以确定人类可能错过的趋势,从而向军事指挥官提出潜在的更好的建议。

其他观察家认为,优先考虑如何使用和管理电磁波谱的决策对于支持JADC2至关重要。这些观察家认为,像国防信息系统局的电磁战管理计划--旨在利用情报方法评估电磁波谱环境,然后自动决定如何使用频谱来减轻对手的电子战影响--对于实现全域指挥和控制是必要的。这些观察家还认为,对手的电子战效应将需要近乎即时地被缓解,因此需要一个强大的电磁环境部分(以及自动化),以便在对网络的潜在攻击中管理国防部网络。

5.4 互操作性挑战

由于国防部设想使用JADC2来同时指挥多个领域的部队,因此连接不同类型部队的需求也在增加。国防部拥有并运营着许多通信系统,每个系统都使用不同的无线电频率、标准和数据链,这些系统往往不能相互 "交谈",因此需要一个网关将一种无线电协议 "翻译 "成另一种协议。盟友和合作伙伴的加入增加了互操作性的挑战。前国防部副部长迈克尔-格里芬在2020年3月向众议院军事委员会情报、新兴威胁和能力小组委员会作证时,指出这个问题是继续为FNC3进行OSD R&E努力的理由。

使国防部能够共享来自不同部门和单位的信息的挑战可以通过三种互操作性的方法来解决:

  • 网关。通信网关(也许称为 "翻译器 "更为恰当)可以接收多种协议、安全级别等,并将这些信息转播给部队的其他部门。ABMS计划已经开发了这种网关(见图6),以实现通信。这种方法允许信息共享,有可能降低开发成本,因为网关可以是飞机/舰艇/地面系统的一个子系统,有可能能够相对快速地投入使用。这种方法的挑战是,这种网关可能没有使用最先进的,因此也是受保护的波形来转播给部队。

图 6:E-11 战场机载通信节点 (BACN)

  • 新的通信设备。这种方法采用 "自上而下 "的方式(即由OSD或联合参谋部确定解决方案,然后要求各军种采用该方案)。使用与联合战术无线电系统(JTRS)开发类似的模式,这种方案将购买一个新的通信架构,重点是互操作性。例如,FNC3的努力似乎就是采用这种方法。尽管这种方法可以确保联合部队开发的通信系统可以无缝共享信息,而且可能是安全的,但它可能需要大量的投资,并可能遇到时间表的延误。这种方法的另一个可能的缺点是,随着系统的投入使用,它们可能对对手的技术不那么有效。

  • 开发软件来创建网络。第三种方法是使用软件,使用户能够创建自定义网络。DARPA的 "马赛克战争 "和ABMS计划的某些方面就是这种方法的例子。与其他互操作性解决方案相比,这种方法更加模块化,使为特定行动定制的单位和系统能够相互通信。这种方法的一个主要风险是技术上的不成熟,特别是用于创建这些网络的软件。另一个风险涉及到与不同系统共享的信息量和分类,这些系统经过认证,具有不同的保密级别(例如,可释放的秘密、不可释放的秘密、最高机密)。

国防部和国会可以选择这些方法中的一种或多种。一种特定的方法可能提供短期的好处,而国防部则追求一种长期的方法来解决互操作性的挑战。

5.5 平衡退化环境下的通信能力

国防部为满足JADC2的要求而开发通信网络的方法包括三种相互竞争的能力:

  • 数据吞吐量(即数据传输的速度)

  • 延迟(即接收信息/数据的时间延迟)

  • 弹性(在自然或故意中断的情况下保持通信信号的能力)

军事作战新技术的兴起,如人工智能、战术数据链(如Link 16和多功能先进数据链[MADL])和对手的电子战能力,为5G和FNC3等未来通信系统平衡这些能力带来了明显的挑战。人工智能和信息战可能需要大量的数据来实现预测分析,并让指挥官对战斗空间有一个准确的了解。与所有可用用户共享数据的数据链并不一定需要高数据速率;然而,数据链确实需要低延迟,以确保传感器能够证明 "目标级数据",特别是对于像巡航导弹和飞机这样快速移动的系统。最后,电子干扰器的扩散需要弹性(或抗干扰性能),以便在被主动干扰时保持通信。图7说明了在开发新的波形时必须平衡这三个相互竞争的要求(无论该波形是为民用还是军用而设计)。无线电信号能够提供每一种能力;然而,优先考虑一种要求意味着其他两种要求可能会受到影响,这可能会给决策者带来两难选择,即在采购中优先考虑哪些能力。

图7:平衡通信要求

随着国防部对其通信系统的现代化改造,它可能会考虑技术特点和限制,以选择在保护其网络安全的同时推进任务目标的要求。例如,像5G这样的技术可以提供高数据容量和低延迟,但目前还不清楚这些信号可能受到对手干扰的影响。另一方面,FNC3的设计似乎是为了提供具有高数据率的弹性;但是,由于它依赖于卫星,延迟将增加。

5.6 人工智能在决策中的角色

人工智能是实现JADC2的一个潜在的关键组成部分。随着人工智能被引入军事决策中,出现了几个潜在的问题。首先,人工智能在决策中的作用应该达到什么程度?在使用致命武器时,人类的判断力需要达到什么适当的水平?

第二,国防部如何确保用于人工智能算法协助决策的数据的安全性?尽管国防部把重点放在了数据结构上,但它没有讨论它计划如何具体确保JADC2的数据有效性和安全性。错误的数据可能导致指挥官选择损害任务目标的选项(如算法推荐可能浪费高价值弹药的目标)。与此相关的是,国防部打算如何保护云环境中的这些数据,以防止对手操纵它们?这些安全计划是否足以防止对手的操纵?

5.7 潜在的部队结构调整

由于JADC2可能需要不同类型的部队和武器系统,每个军种都可能寻求改变其训练、组织和装备部队的方式。例如,海军陆战队在其部队重新设计中宣布,它将取消它认为不符合国防战略指导的部队,并将资金重新投入到其他更适合未来作战环境的项目中。

现役和预备役部队的能力平衡是部队结构调整的另一个方面。例如,陆军在历史上决定将后勤能力从现役部门转移到预备役部门。因此,如果美国要开战,陆军大概需要启动预备役部队来实现行动。当国防部和各军种准备迎接JADC2带来的挑战时,这些组织将如何选择平衡现役和预备役部队的能力和部队结构?

5.8 对JADC2工作的管理

联合参谋部J6是国防部JADC2工作的主要协调者,每个军种和一些国防部机构都在进行各种活动。国会中的一些人过去曾表示有兴趣建立国防部范围内的项目办公室(如F-35联合项目办公室)来集中管理大规模的工作。国防部的研究和开发工作将随着时间的推移而增加,因此,管理这些工作可能会变得更具挑战性。国会在未来可能会寻求确定或建立一个负责项目管理、网络架构开发和财务管理的组织。

附录-联合互操作性的历史实例:联合战术无线电系统

联合战术无线电系统(JTRS)是一个通信项目,旨在通过在所有军种中部署无线电设备来提高通信的互操作性。该计划于20世纪90年代中期开始,最终于2011年被前国防部负责采购、技术和后勤的副部长弗兰克-肯德尔取消。在他的理由中,肯德尔副部长指出,"由于当时技术不成熟,移动特设网络和可扩展性的技术挑战没有得到很好的理解......从JTRS GMR[地面移动无线电]开发计划中产生的产品不太可能在经济上满足各军种的要求。" 在15年的开发工作中,国防部花费了大约150亿美元,在终止时还需要130亿美元。

JTRS计划旨在用可在大部分无线电频谱上运行的基于软件的无线电取代军队使用的25至30个系列的无线电系统--其中许多系统不能相互通信。根据设想,JTRS将使各军种与选定的盟国一起,通过各级指挥部的无线语音、视频和数据通信,包括直接获取来自机载和战场传感器的近实时信息,以 "无缝 "方式运作。被描述为 "软件定义的无线电",JTRS的功能更像一台计算机,而不是传统的无线电;例如,它可以通过添加软件而不是重新设计硬件来升级和修改,以便与其他通信系统一起运行--这是一个更昂贵和费时的过程。国防部声称,"在许多情况下,一个具有多种波形的JTRS无线电台可以取代许多单独的无线电台,简化了维护工作",而且由于JTRS是 "软件可编程的,它们也将提供更长的功能寿命",这两个特点都提供了潜在的长期成本节约。JTRS计划最初被分成五个 "集群",每个集群都有一个特定的服务 "领导"(见表A-1),并由一个联合项目办公室管理整个架构。

注:外形尺寸无线电台基本上是士兵携带的小型化无线电台,以及重量和功率受限的无线电台。

正如下文所讨论的,JTRS在开发过程中遇到了一些困难。这些问题可能与未来的JADC2开发有关。

尺寸和重量的限制和有限的范围

根据政府问责局(GAO) 2005年的一份报告: 为了实现宽带网络波形的全部功能,包括传输范围,Cluster One无线电需要大量的内存和处理能力,这增加了无线电的尺寸、重量和功耗。增加的尺寸和重量是努力确保无线电中的电子部件不会因额外的内存和处理所需的电力而过热的结果。到目前为止,该计划还未能开发出符合尺寸、重量和功率要求的无线电,而且目前预计的传输范围只有三公里--远远低于宽带网络波形所要求的10公里范围....。Cluster One无线电的尺寸、重量和峰值功率消耗超过直升机平台要求的80%之多。

由于无法满足这些基本的设计和性能标准,人们担心Cluster One可能无法按计划容纳更多的波形(计划中Cluster One有4到8个存储波形),而且它可能过于笨重,无法装入重量和尺寸都受到严格限制的未来战斗系统(FCS)载人地面车辆(MGVs)以及陆军的直升机机群。一些观察家担心,为了满足这些物理要求,陆军将大大 "削弱 "第一组的性能规格。然而,根据陆军的说法,它在减少Cluster One的重量和尺寸以及增加其传输范围方面取得了进展;然而,将所有需要的波形纳入Cluster One证明是困难的。据报道,Cluster Five无线电台也遇到了类似的尺寸、重量和功率方面的困难;这些困难更加明显,因为有些Cluster Five版本的重量不超过1磅。

安全

JTRS的安全问题成为发展中的一个重要困难。据一位专家说,该计划最大的问题之一是安全,"即加密,因为JTRS的加密是基于软件的,因此容易受到黑客攻击"。 计算机安全专家普遍认为,用于任何目的的软件都是脆弱的,因为目前没有一种计算机安全形式能提供绝对的安全或信息保证。据美国政府问责局称,JTRS要求应用程序在多个安全级别上运行;为了满足这一要求,开发人员不仅要考虑传统的无线电安全措施,还要考虑计算机和网络安全措施。此外,国家安全局(NSA)对JTRS与美国盟友的无线电系统接口的安全担忧也带来了发展上的挑战。

与传统无线电系统的互操作性

一些分析家表示担心,使JTRS与传统无线电 "向后兼容 "的目标在技术上可能是不可行的。据报道,早期的计划试图通过交叉频段来同步不兼容的传统无线电信号,这被证明过于复杂。目前陆军的努力集中在使用宽带网络波形来连接传统的无线电频率。一份报告指出,虽然宽带网络波形可以接收来自传统无线电的信号,但传统无线电不能接收来自JTRS的信号。为了纠正这种情况,陆军考虑使用19种不同的波形来促进JTRS向遗留系统的传输。在JTRS无线电中加入如此多的不同波形会大大增加内存和处理能力的要求,这反过来又会增加JTRS的尺寸、重量和功率要求。

作者:John R. Hoehn,军事能力和计划分析师

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