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美军先进作战管理系统 (ABMS) 发展概览

2020年8月31日至9月3日,美军举行了第二次先进作战管理系统(ABMS)“跨域2号”演示试验。本次演示试验规模大、地域跨度广,以均势对手俄罗斯为假想敌,作战空间扩展到太空和网络空间域,可以说是一次真正意义上的全域作战联合演练。本次联合演练对人工智能软件、5G技术、新型传感器及超高速武器等进行了测试,首次近实时地连接多个传感器和多个射手快速探测并击落来袭巡航导弹。

随后,在9月中旬美国印太司令部开展的“勇敢盾牌”联合军演期间,同时进行了第3次ABMS演示试验即“跨域3号”演示试验。针对中美对抗场景,美联合部队开展了海上安全行动、反潜和防空作战、两栖作战以及对岛攻击等演练。这次在美国本土以外开展的ABMS联合演示试验,测试了ABMS不受地理位置和平台限制的指挥控制与信息共享的能力。

联合演示试验表明,ABMS项目在传感器到射手的网络互连、利用云共享信息、人工智能软件辅助指挥决策等方面取得了较大进展,其中安全云(CloudONE)等部分ABMS技术与能力已可以投入部署应用。美军已着手考虑在北美防空防天司令部、北方司令部和太空司令部部署第一批ABMS相关系统及技术。

在2020年9月召开的空军协会年会上,时任美国防部长Mark Esper称ABMS对未来针对俄罗斯和中国的作战行动至关重要,并表示ABMS不仅是未来联合全域指挥控制的关键,而且是全域作战的新型作战概念如“动态兵力运用(DFE)”的基础。

研发背景及发展方向演进

ABMS最初是美国空军为支持未来强对抗环境下的作战而研发的新一代战场监视与作战管理指挥控制系统,将取代大型空中平台E-3和E-8。美空军早在2016年发布的《空中优势2030飞行计划》中就指出,随着敌方远程武器的不断发展和杀伤性能的不断增强,将极大地增加类似E-3这种大型作战管理与指挥控制(BMC2)平台的风险,这将限制其在对抗环境,特别是强对抗环境下的监视与作战管理能力。报告首次提出了旨在夺取未来空中优势的指挥控制领域重要项目——ABMS,构想通过采用多种传感器平台使能力分散化,确保在强对抗环境下的作战管理与指挥控制功能。

2017年,美国空军开始着手ABMS的规划与探索工作,其最初的设想是以新系统替代E-3以提升探测、识别和跟踪空中和海上威胁的能力,但之后转变为开发一种能适应强对抗环境要求、生存能力更强的陆、海、空作战管理系统。2018年4月,美空军部在参议院军事委员会听证会上提出:E-8C的升级替换项目只是提供与原系统相似的功能,缺乏生存能力,无法满足强对抗环境下的作战要求,因此空军将不再为其申请2019财年经费。2018年7月,联合需求监督委员会(JROC)批准了《ABMS初始能力文件》。该文件描述了空中及地面目标指示的需求并明确ABMS将完成与E-3和E-8平台相关的任务集并可能承担战区空中作战控制系统的部分任务。同年12月美空军正式终止E-8C后续升级项目。2019年1月空军空战司令部牵头开展ABMS备选方案(AOA)工作,针对《初始能力文件》所确定的能力需求,对备选方案的作战有效性、适应性、风险及全寿命成本进行比较分析,但这项工作至今未完成。美空军前期开展的工作如图1.1所示。

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图1.1 美空军前期开展的ABMS工作情况

可以说,美空军对ABMS最初的构想聚焦于构建一个具有强生存能力的分布式系统族,连接空中及空间的传感器并对各种传感器数据进行融合,提供更有效的空中与地面移动目标指示、多域作战管理与指挥控制,并分阶段以增量的方式逐步完成E-8和E-3退役并最终实现ABMS完全作战能力。

之后,为适应美国2018年《国防战略》及联合全域指挥控制(JADC2)的要求,美空军适时调整了ABMS的聚焦范围和发展方向。在2019年4月的国会听证会上美空军宣布了ABMS的新愿景,即ABMS将作为一个多域指挥控制系统族以支持陆、海、空、天和网络空间域的作战,而不仅仅是取代E-3和E-8。ABMS将连接各域的每个传感器和每个射手;将通过智能算法和可信网络把情报和目标指示数据转化为及时且可用于行动的信息,从而使指挥人员聚焦于决策;通过分层的感知与通信网络确保强对抗环境中的可靠性和安全性。美空军将对国防部、情报界以及商业界现有的及潜在的技术和平台进行评估,综合分析用于作战和优先投资的各种备选项的能力并开发需求和标准,加速开展ABMS关键技术与产品的研发。美空军还积极动员其他军种参与ABMS项目。

2019年11月,ABMS被确定为JADC2的空军解决方案以响应2019年7月联合需求监督委员会备忘录对全域指挥控制系统的需求。由此,ABMS由军种新一代战场监视与作战管理指挥控制系统跃升成为实现JADC2的首要技术解决方案和核心支撑系统,最终目标是构建军事物联网并将每个传感器实时连接战场上的每个射手。

美空军被联合需求监督委员会任命为JADC2技术试验的主要负责单位,负责定期组织各军种及相关作战司令部开展ABMS联合演示试验,测试新技术及产品,推进JADC2发展。

ABMS系统族的组成架构及相关产品

ABMS不是单一的一个系统,而是由硬件和软件组成的具有开放体系架构的系统族,它将通过向联合作战部队提供关键监视、战术边缘通信、处理、网络以及作战管理指挥和控制能力来支持未来大国竞争环境下的军事行动,实现JADC2的愿景。数据、人工智能和机器学习是ABMS中最为重要的部分。美军要求从系统研制的最开始,就把机器学习算法、人工智能和自动传感器融合等技术应用于ABMS的指挥控制能力中。ABMS将有效支持指挥人员的指挥决策,缩短“观察、判断、决策、行动(OODA)”周期和杀伤链。ABMS将具有以下特点:

1)形成一个以网络为中心的分布式多域作战体系:通过网络互连,对有人、无人空中及天基等各种传感器获取的数据进行融合,实现各域传感器和作战管理平台的综合一体化,使各种系统形成统一作战能力。

2)具备自主、多域的信息融合能力,能将数据转化为可供制定决策的信息:通过机器学习算法、人工智能和自动传感器融合,快速处理和融合多域传感器数据;对各域的威胁进行高度自动化的识别、分类、跟踪以及目标选取;基于各域情报,生成实时多域共用作战图(COP);利用自主技术将数据变为信息、再生成行动方案,实现部分决策的自主,加快指挥决策速度,缩短杀伤链。

3)抗毁和韧性:将利用多层次、安全、多通道的韧性通信等技术,构筑韧性、抗毁、可靠、结成联邦的分布式网络和信息生态体系。在单个节点受损后能够自我修复并且信息能通过可选路径进行传输,从而持续为作战指挥官提供所需的全域态势。

4)开放式的体系架构:能便捷集成新的传感器、平台及新的技术或能力。

美国空军目前未制定ABMS的总体计划以及正式的能力需求文档(这一点受到美国国会及美国政府问责局的质疑),而是通过对实现联合全域指挥控制(JADC2)所需的能力进行分解,确定了ABMS关键技术类别与产品。ABMS系统族的组成架构如图2.1所示,其中包括数字体系结构、标准和概念开发;传感器集成;数据;安全处理;连通性;应用;效果集成共7种技术类别和28种产品(参见图2.1及表1)。随着ABMS的发展,以上技术类别和产品可能会有所增减。

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注:图中英文名称参见表1。

图2.1 ABMS系统族的组成架构

美空军高级官员表示,28种产品采用开源数据标准进行构建,以“ONE”为后缀以示它们对所有军种都是开放的,并希望将所有系统集合(converge)在一起,作为“一个”系统之系统发挥作用。因此ABMS产品名称后缀“ONE”应理解为“一个”或“同一”,而不是“1号”。为避免文字繁复冗长,表1中所有产品中文名称后缀省略。

表1 28种ABMS产品

传感器集成

连通

开放雷达系统(OpenRadarONE)

网关(GatewayONE)

移动目标指示模式(OpenMtiONE)

无线电台(RadioONE)

多域传感器架构(OpenIntONE)

Mesh网(MeshONE)

数据

多功能天线(ApertureONE)

多源数据输入(FeedONE)

网关安全能力(CommercialONE)

元数据包装器(WrapONE)

增强型Link16(Link16e)

数据(DataONE)

边缘情报连通能力(NationalONE)

安全处理

应用

云(CloudONE)

人工智能探测与预测(AI/SmartONE)

数据移动方案(CrossDomainONE)

情报融合环境(FuseONE)

软件开发平台(PlatformONE)

多域共用作战图(OmniaONE)

部署与配置工具(AssistONE)

多域作战管理与指挥控制(CommandONE)

边缘云(EdgeONE)

效果集成

边缘工作站(BoxONE)

任务数据(MissionDataONE)

边缘笔记本(TabletONE)

智能武器(SmartMunONE)

智能手机(PhoneONE)

可消耗武器(AttritableONE)

2.1 技术类别

1) 类别0:数字体系结构、标准和概念开发

数字体系结构、标准和概念开发包括数字工程和分析、基于模型的系统工程,以及相关的分析和探索,这一类别产品支持其他六个类型产品或技术的开发。数字工程体系结构的开发包括各个安全级别的工具集、许可、数据等,以及数据管理、配置控制和安全/访问管理等。

美空军期望通过相关数字建模与仿真技术、标准开发工具和过程,描绘整个ABMS体系架构并测试它将如何在实际中运作。

2) 类别1:传感器集成

传感器集成涉及对来自军用和商业卫星、飞机、地面雷达等传感器的集成。该类别产品与技术包括采用开放架构的传感器系统硬件和软件,将采用政府标准,提供开放和可重用的能力;将使用开放接口实现兼容性和互操作性。

具体产品包括:

  • 开放雷达系统(OpenRadarONE):采用开放结构的雷达系统及测试床

  • 移动目标指示模式(OpenMtiONE):用于OpenRadarONE雷达的空中/地面移动目标指示(AMTI/GMTI)模式

  • 多域传感器架构(OpenIntONE):适用于多域传感器(如提供地理空间情报(GEOINT)、测量与特征情报(MASINT)等的传感器)的通用开放式架构

该类别初期的研发重点是空中移动目标指示(AMTI)和地面移动目标指示(GMTI)雷达。

3) 类别2:数据

这一类别包括基于云的数据库、数据输入、数据包装器(data wrapper)和数据管理,旨在提高联合部队的数据发现和信息共享能力。数据存储在分布于各个域的基于云的数据仓库中,通过订阅发布的方式为美国防部的各类用户提供服务。这些结构化和非结构化数据将被标记并利用人工智能算法进行分析和融合,为指挥人员提供辅助决策能力。

具体产品包括:

  • 多源数据输入(FeedONE):来自政府和非政府信息源、基于云的数据输入

  • 元数据包装器(WrapONE):部署于CloudONE的自动人工智能元数据包装器,用于分析、算法和数据融合

  • 数据(DataONE):基于云的可发现数据库和数据管理器

4) 类别3:安全处理

安全处理包括支持全方位军事行动、具有多级安全的硬件和软件以及边缘硬件,用于确保机密信息在共享的同时得到保护。将把“企业信息技术即服务”(EITaaS)扩展到所有安全级别(EITaaS是新的企业网络以及核心信息技术服务模式)。开发多级安全(MLS)技术集是安全处理类别的关键。

具体产品包括:

  • 云(CloudONE):支持U、S/REL、S、SCI、S/SAR、TS/SAR等多种安全等级的全球云,用于开发、数据与应用

  • 数据移动方案(CrossDomainONE):在不同密级的网络间无缝安全地移动数据的解决方案

  • 软件开发平台(PlatformONE):基于云的互操作软件开发环境

  • 部署与配置工具(AssistONE):用于快速部署和配置安全处理设备及用户设备的工具

  • 边缘云(EdgeONE):边缘战术云,用于本地数据处理和应用,为边缘战术作战人员提供服务

  • 边缘工作站(BoxONE):可无缝访问CloudONE或EdgeONE的边缘工作站

  • 边缘笔记本(TabletONE):可无缝访问CloudONE或EdgeONE的笔记本

  • 智能手机(PhoneONE):可无缝访问CloudONE或EdgeONE的智能手机

5) 类别4:连通性

将开发和部署视距和超视距通信网络,以及可以将平台转换为数据节点、减少延迟、提供改进的抗干扰能力或其他提高通信设备速度和带宽的技术,实现各种传感器数据的及时处理并分发给战术边缘用户和战略级用户。

具体涉及开放式软件定义无线电及网络、政府波形库和宽带多功能射频系统的成熟化与集成,以及为利用5G网络等商业技术和近地轨道卫星通信,开展相关集成以及标准的制定。

美空军关注连通性的以下属性:高数据速率、低延迟、增强的抗干扰性、低拦截率与低探测率特性、节点/连接的可扩展性等。该类别产品和技术将实现机对机连接,解决F-22和F-35战斗机之间以及目前许多武器平台之间无法实现机对机通信的问题。

具体产品包括:

  • 网关(GatewayONE):新型模块化、开放式架构网关

  • 无线电台(RadioONE):开放式软件定义无线电台

  • Mesh网(MeshONE):开放式软件定义Mesh网

  • 多功能天线(ApertureONE):用于接收卫星通信数据的新型天线,支持通信、雷达、电子战等多种功能

  • 网关安全能力(CommercialONE):提供通信网关安全加密能力

  • 增强型Link16(Link16e):具有韧性的增强型Link16

  • 边缘情报连通能力(NationalONE):连接情报界与战术边缘远程用户,提供数据与情报

6) 类别5:应用

包括基于云的应用,用于处理和融合来自不同域的多个平台的传感器数据、将数据转换为多域共用作战图(COP),并提供作战管理与指挥控制(BMC2)功能。将为在多域作战、地理分散的指挥控制人员设计、研发、演示开放接口应用及开放接口软件开发工具包,包括人对机器和机器对机器(即将信息从决策者自动传递到预定平台以采取某种行动);获取和处理跨域、多源的数据输入。

具体产品包括:

  • 人工智能探测与预测(AI/SmartONE):采用人工智能和机器学习的探测和预测应用

  • 情报融合环境(FuseONE):基于CloudONE的多域情报与信息融合环境

  • 多域共用作战图(OmniaONE):基于云的多域共用作战图(COP),能显示陆、海、空、天、网等各域的资产

  • 多域作战管理与指挥控制(CommandONE):基于云的多域作战管理与机器对机器指挥控制

7) 类别6:效果集成

该类别将集成射手及武器系统的打击效果,涉及复杂环境下的网络化武器的设计、开发、演示和集成。包括实现动态杀伤网的开放智能弹药、实现作战规模效应和分布式效果的低成本自主平台(还可以执行数据中继等功能)、通过实时更新任务数据文件提升电子战系统的作战性能。

具体产品包括:

  • 任务数据(MissionDataONE):基于云对任务数据文件进行实时更新,用于合成打击

  • 智能武器(SmartMunONE):网络化智能武器,能够动态地重新分配第三方传感器的任务

  • 可消耗武器(AttritableONE):多功能、可消耗武器

2.2 关键产品

1) 构建ABMS的核心基础——CloudONE、PlatformONE和DataONE

(1)云(CloudONE)

CloudONE是ABMS的全球云(战略云)。它采用了美空军已建成并投入运行的一个用于多域作战的云架构,它被美空军视为“多域作战专用互联网”,是实现ABMS全域态势感知的数据共享能力的关键基础。CloudONE使用云基础设施存储和处理不同密级的涉密数据和非密数据。亚马逊和微软两家公司负责提供CloudONE云计算服务。

目前美军各军种都接入了CloudONE,其他军种、联合参谋部和国防部长办公室(OSD)已开始提供数据和应用程序以充实CloudONE。据2020年1月相关报道,SAIC公司将把美空军及陆军的约800个任务应用迁移到CloudONE中。美国空军计划未来将CloudONE接入美国防部的联合企业国防基础设施(JEDI),后者设计为国防部所有用户提供单一的“通用云”。

EdgeONE是ABMS的边缘战术云,用于本地数据处理和应用,为边缘战术作战人员提供服务。当与全球CloudONE的连接中断时,EdgeONE将数据保存到用户端;一旦重新建立连接,本地数据将自动更新至CloudONE。

(2)软件开发平台(PlatformONE)

PlatformONE是基于云的互操作软件开发环境,本质上是一种基于云的平台即服务(platform-as-a-service),同时提供快速、简单的接入云端的方式(参见图2.2)。

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图2.2 ABMS软件开发环境组成图

PlatformONE已被指定为美国防部的一项企业服务,利用微软和亚马逊现有的、经批准的云产品,为全国防部用户提供DevSecOps环境。PlatformONE提供协作工具、网络安全工具、源代码库、Artifact repositories、开发工具、DevSecOps即服务(DevSecOps as a Service)、Chat等软件企业服务,这些服务将是CloudONE上受管理服务。

据美国防部首席信息官Dana Deasy称,PlatformONE将使各军种及国防部机构更容易地对应用进行升级。目前,PlatformONE上有超过45个空军项目,其中包括F-35及地基战略威慑(GBSD)项目组,其他军种、国防部机构和民用机构也已开始使用PlatformONE。

PlatformONE已授予55家供应商基本订购协议,未来将再增加25家供应商。用户可以在30天内获得服务、许可证和云服务。

(3)数据(DataONE)

实现联合全域指挥控制,需要连接陆、海、空、天和网等域传感器的数据并理解这些数据的含义。这涉及到了解由谁、何时、何地以及如何提交数据,从而真正实现一体化指挥和控制。这一切都必须在近实时的情况下完成,包括在对抗或拒止的环境中。而美国防部的大部分数据仍然是专有的,并存储在相互隔离的烟囱式系统中。这成为实时信息共享的巨大障碍。

因此,美国防部需要有一个高度灵活、可扩展的通用数据平台,该平台可容纳国防部的海量数据以及来自各军种不种类型的数据。这些来自各个作战域的数据将利用人工智能和机器学习进行融合,实现机器速度分析和实时态势感知,从而迅速将正确的数据传递给正确的指挥官或作战人员。

DataONE将实现这一通用数据平台。DataONE是基于云的可发现数据库和数据管理器。其前身是由美国空军研究实验室、空间与导弹系统中心以及空军太空司令部共同建立的基于云的“统一数据库(Unified Data Library)”。统一数据库是一个存储在云端的可扩展的空间态势感知存储库,收集了军事卫星等跟踪数据,并按不同安全等级管理太空态势感知数据的访问、集成和分发,它提供了一个单一的门户,允许不同安全级别的用户访问相应级别、经过融合的数据。

DataONE最终将包括美军方所使用的各军种传感器数据及商用传感器的涉密和非密数据,即包括天基、陆基、机载和海上等各类传感器数据。用户按授权访问相应的数据。美军其他军种、联合参谋部和国防部长办公室已开始向DataONE提供数据。

据2020年8月的相关报道,除了传感器数据,美空军和太空部队已开始将网络传感器数据添加到DataONE数据库中,以创建全面的战场图像,支持全域作战。在DataONE数据库中加入网络空间传感器数据,将用于确定俄罗斯、中国及其他对手攻击美国网络的地点和方式。

未来DataONE将覆盖陆、海、空、太空、网等各域传感器的数据,从而有效支持美军的联合全域指挥控制。

2) 实现多域态势感知与多域指挥控制的关键应用——CommandONE和OmniaONE

(1)多域作战管理与指挥控制(CommandONE)

CommandONE是基于云的多域作战管理与机器对机器指挥控制应用组件。该应用提供能够满足跨空、天、赛博空间及其他指定作战域的作战管理与指挥控制任务需求的应用层架构。它将实现以下能力:

  • 提供对跨空、天、赛博任务集的指挥控制与作战管理,支持和改进现有的战区空中控制系统(TACS)(包括AWACS、JSTARS及控制与报告中心);

  • 根据指挥官的意图提出适用的路径选项、武器选配、传感器布置和任务分配方案,完成联合全域指挥控制任务;

  • 运用海军的协同交战能力(CEC)/海上一体化火力防空(NIFCA)、陆军的一体化防空反导作战指挥系统(IBCS)等联合能力和数据输入,指挥和分配空军的空空战斗机任务;

  • 在杀伤链中的“发现、锁定和跟踪(F2T)”环节快速分配武器,实现跨域目标配对;

  • 具有弹性,支持部署到各战略、战役或战术级节点上的作战力量开展分布式作战和云同步;

  • 通过云实现在任意地点对数据的访问,从而确保生存能力;

  • 应用可配置,满足作战人员不断变化的需求。

(2)多域共用作战图(OmniaONE)

OmniaONE是通过情报融合环境(FuseONE)实现的基于云的多域共用作战图(COP),能显示陆、海、空、天、网等各域的作战资源,类似于交通图系统Waze和美陆军的蓝军追踪系统。它是实现多域联合态势感知及联合多域指挥控制的关键应用。

3) 实现跨平台通信与移动自组织组网——GatewayONE和MeshONE

(1)网关(GatewayONE)

GatewayONE是模块化、开放式架构的新型网关,旨在实现跨平台的转换与通信,是由洛克希德·马丁公司牵头、诺斯罗普·格鲁曼公司和霍尼韦尔公司共同研制的可编程无线电台和天线系统。GatewayONE解决了F-35战机的多功能先进数据链(MADL)和F-22战机的机间数据链(IFDL)不兼容、无法通信的问题。利用GatewayONE,F-35和F-22战机不需要进行物理改装,也无需借助搭载战场机载通信网络(BACN)的E-11A或EQ-4B中继飞机,两者就能直接进行低探测率通信。

(2)Mesh网(MeshONE)

MeshONE是一种开放式软件定义的移动自组织网络(MANET),属于高带宽战术边缘网络,为固定式、地面移动式、空中、海上等平台以及步兵、无人机和无人地面车辆之间提供的连接能力。美空军将与其他军种共同建设MeshONE。该网络将与各个域中的节点集成并根据需要与其他网络连接,与商业互联网类似,将有多个域与子网。

ABMS研发与项目管理

3.1 项目管理架构

由于ABMS不是传统意义上的单一的大型采办项目,涉及多种要素并包括现有的以及未来将研发的系统,项目集成及管理非常复杂。此外,要实现新型作战能力,ABMS项目面临许多关键技术的突破及技术集成的挑战。在ABMS项目管理方面,美空军除了设置了常规的采办办公室和项目执行办公室,还设立了首席架构师及首席架构师集成办公室,以加强对项目的横向与纵向管理。ABMS管理架构如图3.1 所示。

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图3.1 ABMS管理架构

其中,首席架构师是美空军针对ABMS项目新设立的职位,由约翰•霍普金斯大学应用物理实验室国家安全分析主管Preston Dunlap担任。其职责包括:①负责牵头开展顶层分析并确定ABMS的总体设计,定义接口和标准以确保跨域互操作性;②确定集成到ABMS中的技术,实现整个作战环境和战斗域的横向和纵向集成;③负责与相关军种级司令部和采办项目进行协调,以确保与ABMS开发保持一致。

首席架构师集成办公室则负责协调项目执行办公室和其他机构的ABMS开发工作,包括开展ABMS演示和原型设计。

3.2 采办策略

ABMS项目资金主要用于作战概念开发与演示、软硬件的开发和集成。采办重点在于获取开放、可用、可部署和可重新配置的能力,以便在跨多个域的多个系统上安装或使用。该项目将充分利用各军种、机构、实验室和工业界合作伙伴正在开发的项目和新兴技术。

ABMS硬件的开发基于持续集成和交付增量式的能力改进,强调开放和模块化的系统从而能够快速交付和广泛部署;ABMS软件将采用DevSecOps方法与多个合作伙伴联合开发与部署,其重点包括开放和可重用的软件、部署在云上以利于扩展和数据管理以及网络弹性。

2019年美空军决定不将ABMS作为重大国防采办项目(MDAP)来采办。ABMS项目不再遵循传统的按年实施的采办里程碑方式以及制定五年基线的技术发展路线,而是以四个月为周期进行螺旋迭代和演示试验,缩短合同签订周期,快速交付新能力,以最终实现联合全域指挥控制的核心能力。

ABMS联合演示试验由作战司令部主办并设计作战想定,各军种的作战力量实际参与到ABMS技术与产品的测试;不仅使广泛的作战用户直观地看到相关技术的作战效果,同时也对ABMS相关技术或产品进行了初步作战测试。

此外,对于ABMS的7种技术类别以及28种具体产品的研发,美空军不再采用过去由一家主承包商牵头整个ABMS项目的方式,而是广泛向业界征寻新技术或解决方案,吸引众多国防承包商和商业公司参与竞争;通过演示验证,对参选产品或技术进行测试,从中择优。

截至2020年11月,美空军在不到一年的时间内,已分5批授予了93家公司“不确定交付日期/不确定交付数量”(ID/IQ)合同(注:美国防部用于快速技术采购的标准合同)。每个供应商的最低合同金额为1000美元并在五年周期内有机会获得高达9.5亿美元的总合同额。在数据分析、机器学习和人工智能方面拥有专长的商业公司是ABMS合同授予的重点关注对象。

ABMS供应商不但包括传统的国防承包商,如洛克希德•马丁公司(获得了全部7类技术的相关合同)、雷声公司、波音防务系统公司、BAE系统公司、L3哈里斯公司、通用原子航空系统公司、科学应用国际公司(SAIC)等,以及知名IT公司,如微软公司、亚马逊网络服务公司、戴尔技术等,还包括在大数据分析、人工智能、机器学习、传感器融合、建模仿真等方面有建树的中小型企业和初创公司,如数据分析公司Palantir、Anduril Industries公司等,它们囊括了各个相关技术领域的精英团队,将提供实现JADC2概念的前沿技术及最佳解决方案。

美空军通过将整个项目开发分成较小的增量,由多个承包商更频繁地竞争合同来促进创新和技术择优;通过使用可负担的商用产品及最佳商用实践来降低成本和技术风险,加快项目进度;通过联合演示验证,测试相关技术及产品的作战有效性,从而选定先进且“在作战上可行”的技术及产品,确保项目质量。

3.3存在的问题及面临的风险

美空军自2019年调整ABMS发展方向之后,未对2018年经联合需求监督委员会批准的《ABMS初始能力文件》进行更新;至今未完成应在2019年夏季提交的ABMS备选方案,而该备选方案是美军国防采办项目的重要文件,美空军需通过对备选方案的分析来全面定义ABMS。

根据美国政府问责局在2020年4月发布的评估报告,目前美国空军确定了较为宽泛的ABMS能力需求及七个技术类别和相关产品,但未制定ABMS的总体计划与开发时间表、缺乏正式的需求文档以及成本估算和可负担性分析,该项目在进度延迟、成本超支和集成问题上面临风险。

联合演示试验

美军分别于2019年12月、2020年8底至9月初开展了2次ABMS联合演示试验,并在9月中旬美国印太司令部开展“勇敢盾牌”演习期间同时进行了第3次ABMS演示试验。联合演示试验从最初的少量平台及作战单元参与的小规模演练,提升到多平台、多个作战司令部参与、分散地域的大跨度演练,以及美国本土外的大规模联合演练,以更真实地测试ABMS应对不确定的复杂作战环境下的适应性及有效性。

4.1首次演示试验——实现多军种无缝连接及态势共享

首次ABMS联合演示试验于2019年12月16~18日在美国佛罗里达州埃格林空军基地举行,由美国北方司令部牵头,其作战想定是防御针对美国本土的巡航导弹攻击。美空军与陆军、海军、特种作战部队及工业界相关人员参演,涉及平台包括现有的空军和海军的飞机、海军驱逐舰、陆军防空传感器和火力单元以及商用天基传感器和地面传感器。由洛克希德•马丁公司研发的陆军“高机动火炮火箭系统”(HIMARS)等作为“射手”参加了ABMS演习。

演示试验中,由QF-16靶机模拟的一枚来袭巡航导弹被探测到后,通过新型软件、通信设备和Mesh网络,威胁信息被迅速传送给部署在墨西哥湾的“托马斯•哈德纳”号驱逐舰、空军的2架F-35A战斗机和2架F-22战斗机。同时接收信息的还有海军的2架F-35C航母舰载机、陆军的一支高机动火箭炮部队、地面特种作战部队以及埃格林空军基地的指挥官。演示的相关现场情况见图4.1-图4.3。

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图4.1美国第6特种作战中队士兵使用平板电脑上传坐标

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图4.2 AC-130U武装攻击机的演示信息

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图4.3 作战专家在“托马斯•哈德纳”号驱逐舰的指挥信息中心执行“战斧”任务

美国防部高层领导人在测试指挥控制中心实地察看了实时数据的输入输出,以及来自平台和人员的信息跨空、陆、海、太空等作战域同时流动,这些信息分别来自飞机、卫星以及移动中的海上和地面部队,为作战人员提供共享的态势更新。

本次演示试验对ABMS的28种产品(技术)进行了测试,据相关报道,28种产品中有26种表现符合预期。取得的部分进展如下:

1)新型“网关”GatewayONE成功地实现了美海军和空军的F-35与空军F-22战斗机的直接通信和信息共享。这是此次演示试验的一项关键性突破。

2)首次演示了指挥人员通过CloudONE访问机密级、基于云的作战管理与态势感知应用;测试了DataONE。

3)Silvus技术公司提供的移动自组网络(MANET)无线电系统即MeshONE实现了在一个对抗环境中的ad hoc网状网组网。

4)太空探索公司(SpaceX)的商用“星链”(Starlink)卫星系统成功地直接连接AC-130武装攻击机。

联合演示试验中,空军F-22战斗机接收到来自“星链”卫星和AC-130武装攻击机及其他节点的输入信息并将这些信息发送给海军的F-35战斗机。

4.2 第二次演示试验——基于安全云的多域态势共享及基于人工智能的指挥控制应用

4.2.1 概况

第二次ABMS演示试验原计划在2020年4月举行,由于新冠疫情推迟至8月底。本次演练跨越了从佛罗里达州埃格林空军基地到内华达州内利斯空军基地,从亚利桑那州海军陆战队尤马试验场到新墨西哥州陆军白沙导弹靶场等30个不同地点和4个国家试验靶场,北方司令部、太空司令部、战略司令部等3个作战司令部、65个政府团队、约1500名军事人员以及70个工业界团队、35个军事平台参加了本次演习。

本次演示试验的想定为俄罗斯侵犯了美国海外利益,为此美军采取威慑军事行动。随着局势的迅速升级,俄罗斯首先采取了网络攻击,接着在太空域干扰美国通信和图像卫星并对其进行激光干扰,最后从空中和海上对美国本土发射多枚常规巡航导弹。美军探测和挫败干扰美国太空行动的攻击,并探测和击落模拟的来袭俄罗斯巡航导弹。

此次演示试验分为四个阶段。第一阶段侧重于早期症候与警告,这一阶段由情报机构牵头。在第二阶段,重点是确定敌方“红色”武器装备的行动(如“俄罗斯”轰炸机和舰船在哪里移动),并弄清楚他们的意图。第三阶段聚焦于“俄罗斯”模拟巡航导弹的攻击,对其进行探测、识别、跟踪并与之交战。第四阶段的关注重点是基于“敏捷作战运用”作战概念,在全国各地进行蓝军兵力调动。

美空军在马里兰州安德鲁斯联合基地设立了一个临时控制中心,该控制中心是本次演示试验的作战中心和融合单元(见图4.4)。实弹演习的主战场在白沙导弹靶场,充当敌机的美空军轰炸机发射了六架BQM-167无人靶机以模拟俄罗斯巡航导弹(见图4.5),由现有传感器和新型传感器所组成的分布式传感器网对来袭导弹进行探测、跟踪、识别,这些传感器包括AN/MPQ-64“哨兵”导弹预警雷达、新型声学和无人值守的地基传感器、集成雷达和光电红外摄像机的新型传感器塔台、火控雷达原型系统(见图4.6)等。威胁目标数据被传输到CloudONE,再传输给相关作战单元。嵌入人工智能的应用对来袭目标进行精确识别和跟踪,并在很短时间内为指挥官提供摧毁目标的备选方案以辅助指挥决策。多个武器系统对来袭巡航导弹进行了拦截,包括美海军舰炮和陆军榴弹炮发射了新型超高速射弹,一架F-16、一架MQ-9无人机和一个地面系统分别发射了近距空对空导弹AIM-9X。天基宽带互联网、5G移动网络、移动自组网(MANET)等提供了网络连通。(注:美军未公开有关网络及太空攻防的具体情况)

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图4.4 在安德鲁斯联合基地控制中心,美国空军人员监视计算机以支持ABMS演示试验

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图4.5 美空军BQM-167无人靶机模拟俄罗斯巡航导弹

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图4.6 在白沙导弹靶场的火控雷达原型系统

4.2.2演示试验取得的进展

1)指挥控制

(1)多域情报融合(FuseONE)、多域共用作战图(OmniaONE)、多域作战管理与指挥控制(CommandONE)等多个ABMS应用发挥了重要作用。其中,多域作战管理与指挥控制应用是本次演示试验最为关键性的技术突破之一,该应用通过Link16网络给战场上的战术用户发送命令。

有五种备选OmniaONE产品接受测评,它们都采用了由国防部开发的即插即用操作标准。其中一种是Anduril Industries公司的Lattice软件系统。该系统是一个开放的、可扩展的软件平台,能融合不同系统提供的各种类型的传感器数据,利用机器学习和计算机视觉来处理这些信息,并生成分类目标(如本次演示试验中的来袭巡航导弹)及其轨迹,为指挥人员提出告警,辅助指挥决策。

人工智能探测与预测(AI/smartONE)应用也接受了测试,它利用人工智能为作战人员提示OmniaONE中可能有用的信息,辅助作战人员决策。

(2)测试了美国防高级研究计划局开发的适应性跨域杀伤网(ACK)和用于异构电子系统的体系技术集成工具链(STITCHES)。

适应性跨域杀伤网是一种用于任务指挥官的新型决策辅助工具,帮助指挥官快速识别和选择在组织范围内和跨组织边界内分配和重新分配任务的资产。该工具可以帮助用户选择跨域传感器、打击武器和支持元素,以实现对目标的预期作战效果。其作战概念如图4.7所示。

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图4.7 DAPAR适应性跨域杀伤网(ACK)

在ABMS演示试验中,适应性跨域杀伤网被用于防空场景,其决策辅助软件分析了形成跨域杀伤网的数千种方案,并向任务指挥官推荐了杀伤链的资源和最佳的指挥控制备选方案。该软件将被选定的方案发送到指挥与控制事件管理应急响应应用程序(C2IMERA)和地基复合跟踪与分类(CTC)集成火力控制系统,该系统利用Link16数据链路上的自动消息和机器对机器提示,紧急出动战机并拦截来袭巡航导弹。

这种分布式火力控制的机器对机器通信是由STITCHES集成工具链实现的。STITCHES是一种快速软件集成工具,专门设计用于通过在系统之间自动生成极低延迟和高吞吐量中间件来快速集成跨域的异构系统,而无需升级硬件或破坏现有系统软件。

(3)沉浸式智慧公司(Immersive Wisdom)的实时3D地理空间协作平台为地理上分散的指挥人员提供沉浸式联合多域指挥控制支持(如图4.8所示)。

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图4.8 在安德鲁斯联合基地,戴着虚拟现实装置的美空军人员在操作沉浸式智慧公司的3D地理空间协作平台

该3D虚拟现实地理空间协作平台集成了DataOne和人工智能探测与预测(AI/SmartONE)应用,以及Vricon公司的高精度3D地理空间数据。

它为分布在4个远程站点(包括3个空军站点,1个海军站点)的参演人员提供一个实时同步的3D虚拟工作空间。通过国防部的保密IP路由网(SIPRNet),参演人员在该空间中利用实况3D地图、图像和来自DataOne的实时航迹及陆海空天等多种传感器数据,协同开展实时目标确定(targeting)和指挥控制。集成到该平台的AI/SmartONE应用提供人工智能探测和预测能力以辅助作战人员决策。

Ghost Robotics无人值守移动传感器提供的实时位置、地点信息(PLI)和视频被集成到该3D虚拟环境中,用于“敏捷作战运用”的安保。该软件还安装在苹果IPAD上,支持多人实时协作。

2)传感器

(1)通用原子航空系统公司的一架MQ-9无人机所装载的Lynx合成孔径雷达(SAR)成功实现了对模拟地面巡航导弹发射车等目标的探测、跟踪和目标数据传输,该无人机与一架装有MQ-9 Lynx视频SAR的“空中国王”有人驾驶ISR飞机协同,提供全天候移动目标监视能力。另一架“空中国王”飞机则运用海上广域监视模式对模拟舰艇目标进行搜索并提供跟踪数据。

MQ-9无人机将传感器数据输入机载视觉人工智能边缘处理器及分布式组网软件,对目标进行自主识别和分类并将目标数据分发给其他系统,成功地验证了EdgeONE和AI/SmartONE技术。

(2)通用原子航空系统公司的一架增程型“灰鹰”(GE-ER)无人机利用ESM多域传感器架构(OpenIntONE)的传感能力和“鹰眼”远程SAR对威胁目标进行搜索,并在探测和定位到目标后,发射和控制所搭载的ALTIUS-600空射无人机(一种可消耗武器),后者对威胁目标源进行最终识别。

3)通信网络

(1)天基宽带互联网:“星链”卫星连接了一批空中和地面设施,其中包括一架KC-135加油机,并在飞机飞行过程中对整个网络性能进行测试。目前“星链”已有890余颗在轨卫星,将为美军在全球范围内在任何时间提供稳定的天基宽带互联网通信能力。

(2)5G移动网络:美国电话电报公司(AT&T)利用无人机在白沙导弹靶场提供5G网络连接(见图4.9);部署在空军基地的新型远征5G塔台传输海量实时演习数据。高速5G移动网络将数据以机器速度传输到云端,帮助缩短杀伤链。

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图4.9 AT&T公司技术人员利用无人机为第二次ABMS演示试验提供5G网络

(3)移动自组网(MANET):Persistent Systems公司的移动ad hoc 组网技术参加了演示试验。在内利斯空军基地,该公司的波型中继MANET平台无缝地连接战略护航队(strategic convoys)与步兵、传感器、车辆和其他支持设备,实现了移动指挥控制能力;在白沙导弹靶场,利用其云中继边缘扩展能力,将经过处理的传感器数据传输给DataONE;在安德鲁斯空军基地,为全域作战中心的人员提供了直接连通战术边缘步兵的双向通信通道。

Silvus无线电实现了在不需要互联网连接的情况下对远程无人驾驶车辆的本地控制,并连接内利斯空军基地和巴克利空军基地两个地理上分散的网状网;将Ghost Robotics V60机器狗、沉浸式智慧公司的软件套件和作战人员集成到一个网状网中,在提供网络连接方面发挥了关键作用。

(4)通信中继:通用原子航空系统公司的MQ-9无人机搭载Rosetta Echo先进载荷(REAP)GatewayONE通信吊舱,连通了Link16和Silvus MeshONE网络,实现了演示区内的空中和地面平台的无缝连接。

4)武器

(1)由陆军榴弹炮发射的新型超高速射弹成功地击落了一枚模拟巡航导弹。该新型射弹由美海军和陆军联合研发,其飞行速度为5马赫,可以用陆军M109 155毫米榴弹炮和海军舰载火炮发射。该新型超高速射弹价格低廉,能够为未来的基地防御和国家防御提供有效的点防御能力。

(2)美空军第556测试评估中队的MQ-9无人机发射近距空对空导弹AIM-9X并成功地击落了模拟巡航导弹目标。在演示试验中,第556测试与评估中队的作战单元和无人机地面驾驶舱连接到ABMS网络,使MQ-9无人机与机组人员获得及时、准确的巡航导弹目标信息,并跟踪瞄准巡航导弹目标。

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图4.10 美空军第556测试评估中队的一架携带AIM-9X导弹的MQ-9无人机

本次更大规模的演习试验对多种新型武器装备及技术进行了作战测试,整合了更多的杀伤链、更多的传感器,并聚焦作战指挥控制。实现了分布式传感器的数据通过CloudONE传输给相关作战单元;验证了ABMS在地理上分散的部队之间即时收集和融合数据的能力;展示了ABMS基于云的多域态势感知的数据共享能力以及人工智能软件辅助指挥官决策的能力;实现了指挥人员从“边缘”设备如手持平板电脑或手机获得与指挥中心完全相同的指挥控制功能(包括以安全的方式访问机密级数据);利用数据通过4G和5G网络以及云计算将“杀伤链”由几分钟缩短到几秒钟。本次联合演示试验表明ABMS项目取得了较大进展,可以说是该项目研发的一个里程碑。

4.3 第三次演示试验——完成美国本土外的大规模联合演练

4.3.1 概况

第三次ABMS演示试验与2020年9月14日至25日印太司令部开展的“勇敢盾牌”演习同时举行,这是ABMS首次在海外作战司令部的作战演习中进行集成和试验。

本次“勇敢盾牌”演习横跨夏威夷、关岛和马里亚纳群岛,约1万1千名美空军、陆军、海军和海军陆战队人员、100架飞机及航母、巡洋舰等舰船参演。通过对海上、空中、陆地和网络空间中的单元进行探测、定位、跟踪和交战,美军联合部队开展了海上安全行动、反潜和防空作战、两栖作战以及其他复杂作战的演习,还演练了监视、目标及其他数据在各军种间的传输。

演习中,针对中美对抗的场景,美军利用海军和空军飞机、多艘巡洋舰和一艘快速攻击潜艇的联合火力击沉了退役的美海军护卫舰。美海军巡洋舰还利用海军陆战队提供的目标数据,用一枚“战斧”巡航导弹攻击了关岛附近的一座岛屿。

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图4.10 “勇敢盾牌”演习中的“罗纳德•里根”号航母(CVN 76)、“美国”号两栖攻击舰(LHA 6)、P-8反潜巡逻机、第5航母舰载机联队的E/A-18G电子战飞机和FA-18E战斗机、美空军F-22战斗机和一架B-1B轰炸机等武器装备

4.3.2演示试验取得的进展

印太司令部联合部队的不间断通信是本次演习的一个关注重点。演习中空军人员与海军航母战斗群的战斗机和指挥控制设备等进行了通信;利用一个多架飞机组成的编队与其他飞机“通话”并在战场上对它们进行引导。

部署在夏威夷的KC-46加油机安装了多个ABMS云网络共享应用,作为一个前沿节点与夏威夷之外的F-22战斗机及一架C-17运输机联合,实现了在广阔区域的联合作战并增强了网络数据共享能力。

此次演示试验使用了不同的ABMS备选产品连接前方多域作战中心(MOCF)的联合力量。前方多域作战中心负责协调竞争或拒止环境下的情报、监视与侦察(ISR)、火力、维持、移动/机动等联合行动,设有一个由各军种代表组成的联合火力单元,该中心与多域特遣部队、航母战斗群以及空军的各站点相连。

根据早期演示验证的设计,前方多域作战中心将集成从前沿传感器、LEO卫星和其他实验软件接收相关数据的新能力,以加速在战术边缘的对抗环境中的决策进程。但受疫情限制措施的影响,只在多域作战中心部署了软件,该软件与现役的系统一起发挥了作用。

一种AMBS应用软件实现了部分作战过程的自动化,如自动提取空中任务指令(ATO)中的信息,告知飞行员何时应该与加油机会合加油并推荐飞行路线。另一个应用为指挥官显示可供储备资源以及起降飞机的各基地的实时状态,并能辅助指挥官决策如何在设施受到威胁或缺乏正式基础设施的地区部署兵力。

演习中展示了指挥与控制事件管理应急响应应用程序(C2IMERA)如何集成来自大量传感器的数据并为司令部基地的指挥官以及小型前沿作战基地(FOB)的指挥官提供战场态势感知,表明已具备指挥控制“敏捷作战运用”的能力。C2IMERA用于固定基地和远征基地的联队及联队级以下的指挥控制,支持联队指挥官跟踪基地资源、管理事件并提供实时COP,使指挥官掌握平时与战时的态势感知;用于计划制定、兵力运用、应急管理、指挥控制监控。

“敏捷作战运用”是2017年美国太平洋总部空军司令部提出的,当时北朝鲜频繁地试射新型弹道导弹,中国在南中国海建立军事设施,俄罗斯在该地区部署并出动更多的远程飞机,为此美空军提出了这一在拒止及反介入区域维持战斗行动的作战概念。敏捷作战运用将作战行动从少数大型基地分散到中途机场(如民用机场)或设施较少的边远地区,从而拓展战斗及前沿基地的选择范围,提升危机或冲突中的快速机动与反应能力,同时减少敌方集中火力打击的风险。敏捷作战运用包括适应性基地部署、空中部队的战役机动、受保护的指挥控制、任务式指令等要素。

ABMS后续发展计划

在2021财年(2020年10月1日至2021年9月30),美空军将开展以下ABMS研发及测试工作:

1)硬件方面:继续开发机载网关技术并安装到XQ-58 Valkyrie无人机上;研制用于KC-46加油机的网关硬件;开展雷达试验床首次测试;将多层次安全平板扩展到其他安全等级;对用于无连接或不利条件下作战的边缘处理硬件开展首次作战测试;开展宽带无线电和孔径雷达的实验室测试;开展易消耗飞机的传感器载荷的初步设计;基于新兴技术及作战需求,开发和集成其他相关技术。

2)软件方面:继续开发用于数据处理、数据融合、COP与BMC2的基于云的工具并开展小规模部署和测试;继续开展网关测试,包括新波形升级;继续在一个多层次的安全平板(multi-level secure tablet)上测试软件工具和云访问;基于新兴技术及作战需求,开发、部署和扩展其他相关软件等。

3)演示试验方面:计划于2021年1季度在欧洲战区开展第四次ABMS演示试验,相关ABMS软件及技术将集成到欧洲的空战中心。期间将测试ABMS软件,加快传感器数据向欧洲战区中各类“射手”的传递速度。该次演示试验将由美国欧洲司令部主导,北约盟国参加。美空军期望通过将ABMS引入欧洲,使其盟国不仅通过联合全域指挥控制顶层网络与美军互连,还能融入联合全域指挥控制的概念开发及规划,从而在联合全域指挥控制中发挥作用。

作者:冯芒 钱宁

责任编辑:李晓文

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