《分布式海战概念中的无人水面航行器》200页论文

本论文研究如何将无人水面航行器整合到分布式海上作战的战斗序列中。目的是设计一种成本效益高、作战效率高的无人系统，能够在 2030-2035 年期间为 DMO 概念做出贡献。本论文确定了在常规航母打击群、远征打击群和/或水面行动群中既具有作战影响力又具有成本效益的 USV 任务集和组合，以及无人系统是否有可能取代或补充当前有人系统的一些任务集。主要发现是，在以下两个任务领域，无人潜航器可以极大地补充有人资产：（1）情报、监视和侦察任务集，以及（2）反导弹防御任务集。次要发现是，要达到本论文中描述的效果衡量标准，必须投资 5 亿美元建造约 10 个 USV 平台，并执行上述任务集。作者对美国海军的建议是采用标准化的 USV 设计，重点关注 AMD 和 ISR 任务包。其次，投资约 5 亿美元建造 10 艘这样的平台，并将其集成到目前的 CSG、ESG 或 SAG 之一，这将是过渡到在未来舰队中实施 USV 的垫脚石。

论文总结

本论文通过开发系统架构和相关离散事件模拟，研究如何将无人水面航行器（USV）融入分布式海上作战（DMO）概念。目的是研究 DMO 概念中无人水面兵力的潜在任务领域，然后构建标准化 USV 的功能和物理架构。作者采用了与濒海战斗舰（LCS）类似的概念，为已确定的任务领域提供可安装在标准化 USV 上的外部任务模块包。结构定义完成后，使用离散事件仿真软件开发了一个模型。该模型的场景被定义为在 2030-2035 年期间与近邻对手的舰队对舰队交战。在整个模拟过程中，使用了有效性衡量标准来分析拟议 USV 提供的作战影响。在完成模型分析后，作者最后分析了拟议 USV 平台的成本与其对舰队对舰队交战结果的总体作战影响。

A. DMO 和 USV 概述

2017 年，海军作战发展司令部创造了 "分布式海上作战 "一词，该词源自 ADM Rowden（2017 年）的 "分布式致命性"（DL）。DMO 更多地以全方位的舰队为中心的战斗力来看待分布式兵力，而不是 DL 定义中描述的小兵力组合。DMO 概念的最高目标是让指挥官有更多的选择或传感器/平台/武器组合，并有足够的时间超越对手。DMO 考虑到了资源、信息和技术与组织各级关键决策者的融合。当美国海军将一个系统视为一个分布式网络时，这就很好地概括了 DMO 的概念。分布式网络具有跨所有作战领域的所有可用平台的集成能力，将增强美国海军的进攻和防御能力。本论文的重点是设计和采购这种分布式网络中的无人水面飞行器，这不仅将为载人资产提供一种具有成本效益的替代方案，而且由于人工干预有限，还将提供一种更低的风险管理场景。

无人系统有可能成为美国海军未来兵力结构中的关键兵力倍增器。海军作战部长理查德森（ADM Richardson，2016 年）在其海军战略愿景中列出了四条关键的 "努力方向"。其中一条是 "加强海上海军力量"，鼓励探索 "替代舰队设计，包括动能和非动能有效载荷以及有人和无人系统"（6）。本论文介绍了无人水面运载工具的基本原理，包括目前可用的等级、类别和任务类型。论文还论述了无人水面飞行器在未来舰队兵力建设中对 DMO 概念的潜在贡献，以及对无人水面飞行器未来研发至关重要的关键使能技术。

为撰写本论文，通过建模和仿真分析了三种可供选择的 USV 及其三种适用的任务包。所选择的调查平台是 USV ISR 任务平台、USV 水面战任务平台和 USV 反导弹防御任务平台，因为它们被认为与 DMO 最为相关。作者指出，按照本论文的规定，这三种备选方案在当前市场上并不容易获得，但提出功能和物理架构的目的是使未来工作的发展具有可行性，并符合美国海军有关无人系统的愿景和目标。

表 1 总结了作者利用建模和仿真分析的三种备选 USV，并注释了其适用的级别类型和有效载荷。

B. 模型定义

为便于分析备选 USV，作者开发了一个模拟模型。为确保在现实场景和作战环境中分析 DMO 概念，重点放在了南海沿岸冲突上。该模型分为四个主要阶段：威胁产生阶段、发现阶段、目标定位阶段和交战阶段。模型中采用了表 1 所示的三种备选 USV。USV AMD 分成两个独特的平台：这些配置分别用于防御空中平台和来袭导弹。所有可供选择的 USV 都为友军战斗序列带来了额外的反制措施，包括箔条、主动和被动诱饵、照明弹以及红外和可视烟雾。如表 1 所示，携带导弹的 USV 还携带了特定的有效载荷，为友军的分布式资源库提供了额外的军械。USV ISR 具有其他 USV 备选方案所不具备的能力。该平台的能力是在对方目标定位和交战阶段增加的，使每一枚潜在的友军导弹都能在更大范围内击中来袭的对方平台或导弹。

C. 作战效能分析

数据分析显示，就多种不同的效能衡量标准（MOEs）而言，一些概念化 USV 不仅在统计上有意义，而且在作战上也有意义。在分析 USV 如何为 DMO 概念做出贡献时，有三项效果衡量指标值得关注，它们是 (1) MOE #2：幸存的兵力；(2) MOE #4：10 海里内对方导弹的百分比；(3) MOE #6：防御措施成功率（注意，编号惯例与论文全文一致）。在整个分析过程中，对作战影响最大的备选 USV 是 USV ISR 平台、USV AMD AIR 平台和 USV AMD MISSILE 平台，而 USV SUW 平台被证明对作战没有影响。分析结果并无定论：在 DMO 概念的范围内，无人水面航行器在两个主要任务集中补充有人海军资产最为有效：(1) 情报、监视和侦察任务集，以及 (2) 反导弹防御任务集（防空和反导弹防御）。这就为 USV 的实施设想了更多的防御态势方法，即在纵深防御分层战略中反击对方平台或导弹。

D. 成本分析

为了加强作战效能分析，作者选择使用参数方法来推导成本模型，预测本论文中描述的备选 USV 的成本。作者确定了 40 个具有历史采购成本的平台，并研究了它们的设计规格，以便采用参数方法。生成了等值线图，以便于对多种投资场景下的运行效果和成本进行权衡分析。分析表明，至少需要投资 5 亿美元，才能购置约 10 艘有能力的 USV，从而实现显著的作战效能。追加投资 1.000 亿美元（总计 1.5 亿美元）后，USV 总数有可能增加到 35 艘，与基线投资场景相比，友军 10 海里范围内对方导弹的比例提高了 31.2%（MOE #4），成功反制的比例提高了 9.9%（MOE #6）。

E. 结论

与美国海军 CSG、ESG 和 SAG 的常规兵力结构相比，将 USV 纳入 DMO 提供了一种既经济又有效的作战命令。事实证明，情报、监视和侦察任务以及反导弹防御任务在本摘要 C 部分所注释的规定有效性措施方面具有最大的统计意义和作战影响。以下要点解释了 USV 在作战影响方面最值得关注的三项指标：

MOE2：对方兵力存活率。USV ISR 平台的存在与否对这一 MOE 有重大影响。如果 USV ISR 平台存在，预计对方兵力存活率最多可降低约 5.9%。
MOE 4：10 NM 范围内对方导弹的百分比。模型中 USV AMD MISSILE 和 USV AMD AIR 平台的数量对该 MOE 有很大影响。如果 USV AMD 平台的组成正确，预计到达 10 海里的对方导弹数量最多可减少约 8.5%。
MOE6：防御措施成功。模型中 USV AMD MISSILE 和 USV AMD AIR 平台的数量对该 MOE 有重大影响。如果 USV AMD 平台的构成正确，预计防御措施成功率最多可提高约 4%。

就本摘要 D 部分所述的成本效益而言，值得投资的 USV 只有 USV ISR、USV AMD AIR 和 USV AMD MISSILE 平台。对于具体的作战概念和固定的战斗序列，笔者认为，在战斗序列中实施 USV 的特定组合是一种具有成本效益的方法，可实现所需的有效性措施。