让每艘舰艇都成为航母：人工智能如何彻底改变海空领域

图：在穆古角文图拉县美国海军基地的 Vanilla 超续航陆射无人机（UAV）。人工智能赋能的机载无人机可能会开创海军航空的新时代。

如今，许多人质疑航母在大国竞争中的意义。兵棋推演者担心大国的 "航母杀手 "导弹，其他人则对美国航母舰载攻击机的航程缩短表示遗憾。美国国会议员质疑超级航母对纳税人的价值，要求海军寻求成本更低的解决方案。然而，人工智能和无人机技术的进步为解决这一战略困局打开了大门：让每艘舰艇都成为航母。

美国海军、海岸警卫队和军事海运司令部（MSC）的每艘舰艇上都应配备一个中队（约十架飞机）的第 3 或第 4 组无人机系统（UAS）--这些系统足够大，可以飞得较高、较远、较长时间，但仍然足够小，几乎可以装在任何大小的舰艇上（第 1 组最小，第 5 组最大）--由人工智能（AI）算法操作。在整个水面舰队中部署这些设备将能在多个领域实现新的能力，优化战斗力和后勤保障。

作战手段

美国海军研究办公室于 2021 年发布了《智能自主系统（IAS）科技战略》，描述了蜂群、分布式和持久性传感器以及海上控制和拒止等 "设想的未来"。海军作战部长的《2022 年作战规划》同样预计，未来的海军将由数千个自主平台组成，以增强部队的杀伤力和生存能力。启用了人工智能的无人机系统--本文称之为智能自主机载系统（IAAS），以区别于可比的水面和水下无人机系统以及遥控无人机系统--可以为舰队中的每艘舰艇增强战斗力。正如海军中将吉姆-基尔比（Jim Kilby）所澄清的那样："无人系统本身并不是一个目标，它们是一种基于迅速加速的威胁的能力的推进器。

美国国防部（Department of Defense，DoD）也拥抱了人工智能的未来，将其视为负担得起的战斗力和威慑力的关键。2023 年 9 月，美国国防部副部长凯瑟琳-希克斯（Kathleen Hicks）宣布了一项雄心勃勃的计划，即 "在未来 18-24 个月内，在多个领域投入使用可减员（也称'可消耗'）、数千人规模的自主系统"。所谓的 "复制者 "计划正在推动五角大楼迅速采用人工智能技术，以抵消大国在工业生产能力方面的优势。

IAAS 可以为海军水面舰队提供关键能力。例如，IAAS可以充当通信节点，向有人和无人水面舰艇转发超视距（OTH）信息。一个有弹性的空中视距通信网络可减轻卫星和 OTH 通信通道被动探测、拦截或干扰所带来的威胁。IAAS 可配备被动或主动传感器，以探测威胁并扩大舰船监视区域的范围。

IAAS 还能增强动能任务。为一组无人机配备弹药，可以进行精确打击、压制敌方防空系统或为地面部队提供近距离空中支援。正如与胡塞武装的冲突所显示的，海军需要比珍贵的地对空或空对空导弹更便宜的方式来保卫商业航运。能够在有人驾驶平台和有威胁的无人机系统或巡航导弹之间进行机动的人造无人机将是 IAAS 的一个重要用例。机载电子攻击等非动能效应可以保护有人驾驶飞机不被敌方平台发现或瞄准，从而为动能打击提供帮助。人工智能无人机可配备无线电频率信号中继器和欺骗器，使无线电频率环境饱和，并使瞄准解决方案复杂化。

作战后勤

美国政府问责局在 2019 年报告称，军事海运司令部的舰队仅有 100 多艘现役和后备舰艇，其中一些舰艇的舰龄已超过 50 年。此外，海军推动舰队更加分散，这将对军事海运司令部的资产提出越来越高的要求。2022 年，海军展示了科技初创公司 Shield AI 和 Skyways 的 IAAS 蓝水物流能力，可将 50 磅以下的小型货物运载 200 英里。令人印象深刻的是，Elroy Air 公司的另一款无人机可将 300 磅的货物飞行 300 英里。

战略海运部队可以采取亚马逊式的海上运输方式。以军事海运司令部的船只为中心，无人机可以在需要补给的船只之间来回执行货物运输任务。IAAS 不足以运送燃料、弹药或重型设备。不过，据海军航空系统司令部称，50 磅以下的轻型货物占海军后勤运输的 90%。有朝一日，智能化的自主水面舰艇可能会承担起运送重型货物和燃料的任务。在此期间，IAAS 可以加强水下补给，为人类直升机飞行员集中精力执行作战任务开辟带宽，并减少军事海运司令部舰艇在作战行动期间为海军提供补给的时间-距离问题。

公私合作

Shield AI、Anduril、Skyways、Elroy Air 等公司正在开发创新型低成本无人机和强大的人工智能算法来驾驶无人机。例如，Shield AI 公司生产了一种名为 V-BAT 的第 3 组无人机系统，它可以与其他 V-BAT 联手协调任务。预计一架 V-BAT 的价格约为 50 万美元。五角大楼可以用一架 F-35 隐形战斗机的价格购买近 200 架 V-BAT 无人机。放弃 "福特 "级航母，海军库存中的每艘舰艇都能轻松变成混合舰队的无人机载具。

私营部门提供的真正价值在于其飞行器的引擎盖下。强化学习是深度机器学习的一个子集，它能让计算机系统通过模拟一个动作，然后观察该动作数百万次的结果，来学习如何完成一项任务。起初，人工智能是无能和幼稚的。但模拟运行一百万次后，人工智能就能比人类更好地完成任务，而且可能在几天或几周内就能完成。2020 年，在 DARPA 的 AlphaDogFight 挑战赛中，一个名为 "Falco "的强化学习系统在模拟狗斗中击败了一名经验丰富的空军战斗机飞行员。国防部本身缺乏开发类似人工智能所需的专业知识，但它正在通过 Replicator 等计划以及 AFWERX 和 NavalX 等创新中心大步前进，以购买相关能力。

出错也是人？

建立个人和机构对人工智能的信任是实现这一愿景的重大障碍。保罗-夏尔（Paul Scharre）是《四个战场》（Four Battlegrounds）一书的作者： 一书的作者保罗-沙雷（Paul Scharre）强调了自动 "爱国者 "导弹系统早期的失败，该系统在 2003 年入侵伊拉克期间曾两次击落友军。"他写道："如果作战人员不信任一项技术，他们就不会使用它。

今天的算法比其前身要强大得多，但在将这种技术投入实战之前，必须有强有力的制度保障。为此，希克斯副部长于 2022 年 6 月制定了 "负责任的人工智能战略"，并于 2023 年 1 月制定了题为 "武器系统中的自主性 "的国防部指令 3000.09。这些框架为负责任的人工智能军事发展提供了基础，但在实践中执行起来可能具有挑战性。

例如，第 3000.09 号指令要求在设计人工智能时采用 "对相关人员透明、可审计和可解释的技术和数据源[着重号后加]"。神经网络的设计很难解释。给定的输入会像人工神经元一样穿过许多隐藏层，产生输出响应或动作。受人脑工作原理的启发，机器学习往往被笼罩在一个黑盒子里。

因此，信任人工智能需要一种不同的模式。传统的测试与评估、验证与确认流程可能无法让国防部完全确定其自主平台的性能如何。人类在训练初期经常会出错，但随着指导和经验的增加，错误会逐渐减少。如果能保证人员和设备的基本安全，操作人员可能需要容忍人工智能的错误，将其作为训练机器的成本。但随着训练水平的提高，人工智能已经证明有能力比人类更好、更快地完成离散任务。

最后，如果海军能区分致命和非致命效果的标准，就能更快地建立起对人工智能的信任。由于道德和法律方面的原因，人们对 "杀手机器人 "的态度犹豫不决，因此在参与战斗之前，应对执行致命作战任务的人工智能无人机进行更严格的审查。不过，许多第 3 组 IAAS 不太可能携带大型毁灭性有效载荷。它们的主要用途在于非致命效果。执行这些任务的无人机应更迅速地部署，并留有一定的余地，以便通过从错误中吸取经验教训来不断改进。

信任因素并不是唯一的挑战。IAAS 需要人力和培训，尽管比一般的航空中队要少得多。目前负责操作 MQ-25A "黄貂鱼 "的准尉级别的航空飞行器军官应接受有关各种 IAAS 类型和型号的培训。另外，海军新公布的机器人作战专家也可以负责维护无人机、更新软件和为适当任务编程。一旦启动，这些专业人员将对任务进行监控，并向任务分配或指挥官的指导部门发送更新信息，充当 "回路中的人"。

小型舰艇上的可用空间也非常宝贵。虽然第 3 组和第 4 组无人机系统的体积可以很小，但在一艘舰艇上安装十几个无人机系统仍然具有挑战性。不过，IAAS 可以提供宝贵的能力，值得为其寻找空间。2023 年 9 月，海军发布了一份关于 "飞机发射和回收设备（ALRE）"的信息请求，用于 3-5 组无人机，这些无人机将 "在非航母舰艇上运行"。海军显然正在探索进一步整合海空领域。让每艘舰艇都成为航母符合海军未来空军的战略方向。

最后，让每艘舰艇都充当航母将涉及思维方式的转变。在导弹时代，水面舰艇长期以来都必须考虑空域问题，而发射和支持无人机则是一项全新而独特的任务。水面作战军官需要熟悉一些空中战术，并了解舰艇的位置如何实现预期的战术效果。尽管存在这些挑战，但 IAAS 带来的诸多益处远远超过了使水面舰队的作战方式适应无人机作战的负担。

信任因素并不是唯一的挑战。IAAS 需要人力和培训，尽管比一般的航空中队要少得多。目前负责操作 MQ-25A "黄貂鱼 "的准尉级别的航空飞行器军官应接受有关各种 IAAS 类型和型号的培训。另外，海军新公布的机器人作战专家也可以负责维护无人机、更新软件和为适当任务编程。一旦启动，这些专业人员将对任务进行监控，并向任务分配或指挥官的指导部门发送更新信息，充当 "回路中的人"。

小型舰艇上的可用空间也非常宝贵。虽然第 3 组和第 4 组无人机系统的体积可以很小，但在一艘舰艇上安装十几个无人机系统仍然具有挑战性。不过，IAAS 可以提供宝贵的能力，值得为其寻找空间。2023 年 9 月，海军发布了一份关于 "飞机发射和回收设备（ALRE）"的信息请求，用于 3-5 组无人机，这些无人机将 "在非航母舰艇上运行"。海军显然正在探索进一步整合海空领域。让每艘舰艇都成为航母符合海军未来空军的战略方向。

最后，让每艘舰艇都充当航母将涉及思维方式的转变。在导弹时代，水面舰艇长期以来都必须考虑空域问题，而发射和支持无人机则是一项全新而独特的任务。水面作战军官需要熟悉一些空中战术，并了解舰艇的位置如何实现预期的战术效果。尽管存在这些挑战，但 IAAS 带来的诸多益处远远超过了使水面舰队的作战方式适应无人机作战的负担。

未来战争

尽管 "复制者 "计划的两年时间表目标宏大，美国海军部长卡洛斯-德尔托罗也宣称 "混合舰队已经到来"，但要将智能自主系统完全整合到载人舰队中，还有很长的路要走。由于远程弹药的明显不足，短期内可能需要优先考虑现有能力，而不是未经测试和验证的机器人战争梦想。然而，战争的速度正在加快；海军面临的挑战是为满足未来战争的需求而制定短期和长期的采购战略。

海军航空力量需要新的愿景。海军必须从以舰艇、潜艇和飞机为核心的平台思维过渡到以效果为核心的思维。由人工智能支持的机载无人机所提供的能力将开创海军航空兵的新时代。让每艘舰艇都成为航母，将以航母诞生以来从未有过的方式彻底改变和联合海空领域。

参考来源：美国海军