与近在咫尺的对手发生冲突的威胁越来越大,这需要一个强有力的空中路线计划来有效地运输人员和货物。在制定这些计划时,美国空军空中机动性司令部(AMC)必须考虑到有争议环境中战区间行动的动态性质。目前,AMC的规划人员主要是手动计算资源分配,这导致了计划实施的缓慢和潜在的次优解决方案。从一个成熟的AMC模型开始,它提供了飞机、货物分配和机场的最佳使用,我们增加了模型功能,帮助确定如何攻击这个空运网络,最佳地延迟货物运送到作战相关地点。结果发现了漏洞,并为AMC规划者提供了一个机场资源分配的处方,使货物运输最大化。这个模型对对手(无论是天气还是竞争者)延迟任务的能力进行了定量评估,可以用来指导决策者提供强大的空中机动能力。
与近邻对手发生冲突的风险越来越大,这使得美国防部的思维方式从基本无争议的后勤环境转向有争议的环境。军事后勤优势的一个关键组成部分是目前由美国空军(USAF)空中机动司令部(AMC)提供的全球空中机动性。为了支持和维持战略、战役和战术层面的战争,AMC已经确定需要快速设计和评估其空运网络。AMC正在其新开发的空运网络快速运行设计(RODAN)项目下整合其新兴决策工具,该项目由美空军科学研究办公室(AFOSR)支持。
开发和评估空运网络的关键考虑因素包括机场停机坪空间、地面服务设备、人员以及人员的限制。地面最大工作飞机(WMOG)是一个常用的机场容量的衡量标准,代表了在一个机场有效和安全地处理一定数量的飞机所需的设备和人员数量。可用的WMOG数量有限,而空运需求又是动态的,这给AMC的规划者带来了异常困难的挑战。在AMC的机场网络中,WMOG的无效分配会导致交付延迟、安全隐患和任务要求的失败。虽然在没有竞争的环境中很困难,但在有竞争的环境中会增加这些挑战并加剧缺点。
本论文通过将有争议环境中的WMOG分配问题建模为攻击者-防御者模型,对RODAN做出了贡献。该模型是一个双人零和博弈,可以根据AMC对WMOG的分配指出哪些机场最有价值,并向AMC规定在有可能发生这种攻击的情况下如何转移其WMOG。我们把这个模型称为攻击方-防御方空运计划工具(ADAPT)。从攻击者的角度来看,目标是以最小化通过其机场网络的货物流量的方式攻击AMC的网络。根据攻击方的攻击分配,防守方的目标是在机场网络内移动WMOG,使货物的流动最大化。对立的目标向AMC规划者揭示了空运网络的脆弱性,同时也为AMC规划者提供了一个利用其现有网络内资源的总体计划。
ADAPT通过提供一种模拟可能的威胁的方法来实现快速的空运网络脆弱性检测。在输入他们对各个机场的WMOG分配和货物运输要求后,AMC规划人员可以讨论各种威胁对他们机场的影响,并将这种影响输入ADAPT。像完全取消机场能力这样严重的攻击或像天气延误这样常规的攻击都会影响货物的流动。ADAPT的另一个好处是,它可以向AMC规划者展示他们目前的网络对潜在的最坏情况下的干扰的弹性。ADAPT为AMC的RODAN计划中的现有工具提供了重要的补充贡献。
首先用一个有五个机场的简单网络来说明这个模型,其中一个机场供应货物,一个机场需要货物,其余的转运机场可能受到攻击。对于这个网络,ADAPT可以在Macbook Pro M1(2021)上以不到一秒钟的时间解决。然后,考虑一个更大的场景,需要运输2000吨货物,涉及55个WMOG单位,分配在美国印太司令部责任区内的24个机场。用这种情况来说明如何解释ADAPT的输出。这包括最坏情况下的攻击机场,以及攻击后货物移动的百分比。探讨了多达10次攻击的影响,每次攻击的平均计算时间不到5秒。对于这种情况,发现WMOG的分配仍然能够通过网络移动100%的货物,最多两次攻击。不足为奇的是,随着攻击次数的增加,货物通过网络移动的百分比下降。
随着AMC开发决策支持工具,它在规划空运网络时必须考虑对手的行动。ADAPT通过检测其网络中可被对手利用的漏洞来帮助AMC规划者。此外,ADAPT为将攻击的影响纳入空运计划奠定了基础,并将有争议的环境纳入AMC规划者的对话中。确定哪些机场对攻击者来说是最有价值的,并对攻击的整体影响有一个概念,这将有助于规划者开发替代的空运网络以完成任务目标。