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首发 | 美空军先进战斗管理系统如何赋能联合全域指挥控制

郝泽澳 军事高科技在线
2024-09-16

先进战斗管理系统(Advanced Battle Management System,ABMS)(也可译为先进作战管理系统),是美空军为响应联合全域指挥控制而牵头开发的一种集成多种能力的指挥控制系统。联合全域指挥控制(JADC2)概念由美国国防部主导,目前已成为美军联合作战的顶层设计。联合全域指挥控制的最终目标是建立一种跨域融合的全域作战部队,实现对全域范围内所有作战单元的有效连通及信息交换,确保信息优势,进而掌握战场主动。针对这一概念美军各军种均开展各自的作战实验及系统开发,其中,美空军的“先进战斗管理系统”成为美军联合全域指挥控制概念实施及实验中涌现的较为成熟的作战指挥系统,其出现将为联合全域指挥控制提供可靠的网络保障和不同作战单元之间的连通性,确保信息交换、处理、分发的畅通。一旦形成战力,先进战斗管理系统将成功组建联合全域指挥控制所需的战场物联网。

截至2022年,先进战斗管理系统已进行4次地面实验,在“勇敢盾牌2020”“第三次全球信息优势实验”“太平洋钢铁2021”等多项演训活动中成功验证其部分性能,初步展示联合全域指挥控制所需的多项能力,并首次实现美海军及空军之间不同装备之间的信息交换,使得美军看到实施跨域融合的曙光。尽管已初步展示其颠覆性变化,先进战斗管理系统仍将在联合全域指挥控制发展过程中不断迭代,逐步达到美空军预期的所有能力,实现较为满意的效果。

图一:先进战斗管理系统概念图




先进战斗管理系统组成及发展

先进战斗管理系统的诞生可追溯至2005年美空军开展的对E-8预警机的升级更新工作。由于E-8预警机存在平台过于老化、机载雷达及作战系统已不适于未来全域作战、整体升级成本过高等问题,美空军一直搁置该型预警机的更新工作。伴随美空军需求的进一步细化,对E-8预警机的更新迭代逐渐演变为将传感器、作战单元等连接入“战斗云”以在更广范围内更有效地获取信息的设想中,这个“战斗云”即为先进战斗管理系统的前身。在“战斗云”的基础上,2017年美空军高层基于提高战场监视能力、确保战场传感器生存力的设想逐渐演变为研究更广泛的指挥控制和情报、监视、侦察系统的要求,建立先进战斗管理系统的目标于2018年正式提出。美军2019财年预算首次将发展先进战斗管理系统作为解决战场情报、侦察、监视能力的途径。先进战斗管理系统经历了从E-8预警机替代衍生物到基于数字通信网络将各作战域不同作战单元进行有效连接的综合性系统的转变。

2019年美军正式提出建设联合全域指挥控制能力、2020年成立相关跨职能小组以及2021年美国防部长签署联合全域指挥控制战略标志联合全域指挥控制正式成为美军联合作战顶层设计。作为目前美空军唯一探索联合全域指挥控制的实质性工程,先进战斗管理系统正式成为美空军实行联合全域作战、探索联合全域指挥控制概念的重要工具,在多次作战实验及演习中不断验证其部分能力并逐步完善,呈现向美军多军种进行推广的趋势。

先进战斗管理系统,意在打通多军种不同装备之间的通信阻碍,实现作战区域内分别隶属不同作战域的不同传感器、不同作战单元之间的通连。先进战斗管理系统需要面对军种差异、繁杂数据标准、安全等级各异的数据,为这些数据提供跨网融合的服务。先进战斗管理系统的功能确保由传感器到作战管理再到指挥控制流程的畅通性。

从组成情况看,先进战斗管理系统由传感器、数据管理、通信网络、效应器(打击单元)四部分组成,其整体作用机理与网关类似,但并非简单的网关,而是在多个传感器及多个作战单元之间的复杂物联网通信部分,是一种系统结构。先进战斗管理系统通过联通各作战域的不同类型装备、实现信息交流,利用基于跨域融合的数据交流解决联合全域指挥控制中作战管理的问题,并实现联合全域指挥控制的最终目标。

图二:美空军E-8预警机

对先进战斗管理系统“传感器、数据管理、通信网络及效应器”四个部分还可做进一步细化及区分:首先,传感器并非一个或数个传感器,而是遍布多作战域的传感器集成网络;其次,效应器也并非空军的几架飞机,而是可以涵盖海军火力打击单元、陆军等军种及作战力量在内的火力打击网络;此外,通信网络是连接传感器和效应器的“桥梁”,由连通性和数据/网络安全两个要素组成:连通性是先进战斗管理系统通信网络的基础,没有连通性就无法在多军种不同要素之间建立联系,数据的传输及处理也便无从谈起,连通性主要基于开放式架构实现。数据/网络安全主要针对网络传输过程中的安全性问题,针对当前网络战及电磁频谱战特点,强调零信任机制,不断验证访问者身份。数据/网络安全的另一大任务是如何处理安全级别各异的数据在同一架构内共存、交互的需求,在数据/网络安全可靠的前提下确保联合全域指挥控制活动的顺利开展;数据管理解决海量传感器数据处理、分配功能,为来源复杂、类型多样、不同安全等级的数据提供跨网络的数据架构,为联合全域作战的各作战要素提供信息共享的能力。数据管理、连通性、数据/网络安全三者的地位是并列的,在先进战斗管理系统中共同组成数字基础设施。

图三:先进战斗管理系统组成结构示意图




先进战斗管理系统涉及的关键技术

先进战斗管理系统实现从传感器网络到效应器网络的有效连接,其中应用了一些关键技术以实现这种效果。美国空军称,先进战斗管理系统计划沿传感器集成、数据、安全处理、连接、应用和效果集成六条路径开发系统所需的作战能力。六条路径均涉及云计算、人工智能技术、适应分布式作战的新型通信网络及新的数据/网络安全理念等新兴技术。

云计算是先进战斗管理系统的基础,先进战斗管理系统的指挥控制能力即基于云构建。采用云的目的是更多接入传感器及效应器、采用机器辅助模式协助作战计划制订,进而缩短整个指挥控制流程。采用云计算及类似架构的另一个目的是利用人工智能等技术提供实时分析及参考进行辅助决策。需要指出的是,理解作战意图及定下决心仍需人类完成,机器目前无法胜任,但是机器可执行指挥控制流程中大量重复、繁琐且技术性较低的工作,云计算及架构还需具备规模可调的能力;人工智能技术主要针对海量数据的处理、分析、共享及对接,在此基础上提供数据的实时处理及分析能力;适应分布式作战的新型通信网络主要着眼抗干扰、高容量等特性进行发展;新的数据/网络安全理念主要针对不同密级、不同安全类型的数据,在确保内部通联的情况下确保整体的安全性,并将引入当下流行的零信任安全策略,通过设置访问控制及验证手段确保整体的安全性,并针对传统的基于网络为中心构建防护的策略逐渐转向加密数据,以适应处于不同级别的任务伙伴。这几项技术并非孤立,而是互相关联、你中有我我中有你的。

先进战斗管理系统所采用的的几种关键性技术及其发挥的作用,较好契合了美国国防部《联合全域指挥控制(JADC2)战略摘要》中有关确保联合全域指挥控制5条工作线的实现途径的说明,并与“构建联合全域指挥控制数据体系、技术体系、推进与任务伙伴信息共享的现代化”的工作内容较为一致。基于以上几种关键性技术,先进战斗管理系统开始朝整体作战能力构建的方向发展。但是构建整体作战能力并非一蹴而就,而是分阶段实施的。目前美空军先进战斗管理系统的能力构建主要瞄准为作战力量提供战术边缘节点的“能力发布一号”以及“基于云的指挥控制系统(CBC2)”,二者对先进战斗管理系统的赋能不同。未来美空军还将进一步构建先进战斗管理系统的其他能力及对应组成部分。按照美空军方案,先进战斗管理系统整体能力构建分为三个阶段,当前的第一阶段主要聚焦形成初始的传感器与效应器整合、通信网络升级及作战系统的初步整合。第二阶段将围绕传感器和软件集成展开,第三阶段则围绕新型通信网络的构建。整个项目预计于2035年交付初版,形成初始作战能力。伴随先进战斗管理系统的发展,未来美空军将会进行系统与核指挥控制与通信(NC3)能力的协同与集成,这将对先进战斗管理系统整体的安全性及保密性提出更高要求。

图四:先进战斗管理系统发展时间线




先进战斗管理系统的赋能机理

先进战斗管理系统的机理与美国国防部《联合全域指挥控制(JADC2)战略摘要》明确的“感知、理解和行动”3项联合全域指挥控制关键能力的实现途径较为一致。针对当前热门的OODA环而言,先进战斗管理系统着重赋能调整、决策及加速整个循环过程。先进战斗管理系统的不同技术成分、功能和机理所赋能的环节不同,整体而言,尽管技术成分、功能和机理赋能环节不同,但是这些环节并非孤立,而是紧密连接的。

OODA环中,调整部分主要强调根据已有的外部威胁做出判断并调整相关决策,先进战斗管理系统需要依靠外部传感器网获取的信息实现战场态势感知,这种态势感知离不开敌我识别的精确性和战场情况把握的全局性,即在全局角度实现对战场态势的掌握。古语云“不谋全局者,不足谋一域”,先进战斗管理系统对战场态势的全局掌握,是通过先进战斗管理系统的子系统之一——用于跨域融合的通用作战图OmiaONE实现的。这种作战图类似美陆军已经应用的蓝军追踪系统(FBCB2-BFT),主要实现对敌我双方的掌控。调整部分还与指挥控制、作战管理等部分密不可分。由此可见,先进战斗管理系统既赋能“调整”这一环节。同时契合《联合全域指挥控制(JADC2)战略摘要》中的“感知”这一能力。全局掌握及战场态势感知的最终目标是形成信息及决策优势。

图五:美空军人员及机器狗在先进战斗管理系统实验中


先进战斗管理系统还与OODA环中的决策部分密不可分,其基于云的指挥控制系统、可容纳多军种不同安全级别数据的数据库、基于人工智能的辅助决策均为先进战斗管理系统赋能机理的组成,契合了“理解”这一能力。技术的采用并非完全取代人类,而是加速决策进程,减少整个流程所消耗的时间。以现有技术看,决策部分的核心仍由人主导,机器还需较长时间才能实现较为成熟的能力。需要注意的是,OODA环中的决策、先进战斗管理系统契合的“理解”这一能力所提供的分析信息、预测动向、加速决策进程等活动不仅限于美军各军种,还包括盟友。

先进战斗管理系统的新型通信网络、基于零信任的安全机制、适应分布式作战的通信系统均为加速OODA循环提供了有益帮助。具体体现在跨作战域间信息交流更加频繁、克服不可操作性阻碍、新通信网络及系统的高效传输等环节。采用零信任安全架构是为了防范敌方对整个系统的采用的网络攻击及窃密,防范OODA循环的延迟、阻断甚至是被控制。新型通信网络、通信系统及安全机制的采用,既保证了之前提到的“感知和理解”两大关键能力,同时保证包含决策和分发的“行动”这一能力:即快速、准确、可靠地发布命令。




先进战斗管理系统与美空军新版未来作战概念

2023年3月7日,美空军参谋长小查尔斯·布朗宣布,已正式签署《美空军未来作战概念(AFFOC)》。新版美空军未来作战概念是将作为美空军未来顶层作战概念,强调美空军执行空中优势、全球打击、快速全球机动、情报监视侦察、指挥控制等 5 项核心任务。在美空军参谋长强调的美空军必须赢得的“六场关键性战斗”中,除战前威慑及后勤保障外,其余四场都与先进战斗管理系统密切相关,充分体现新版美空军未来作战概念与先进战斗管理系统及联合全域指挥控制的紧密关联及指导关系。

六场关键性战斗中,与先进战斗管理系统相关的四场战斗分别是“进入战区的战斗”、“空降战斗”、“赢得空中优势的战斗”及“拒止对手目标的战斗”。先进战斗管理系统在其中分别实现敏捷控制保护己方免受敌多方向、多波次进攻的剧烈影响;在克服敌阻击情况下实施空降作战;利用海空作战力量夺取制空权以及利用防区外武器、电磁频谱战、网络战等手段拒止对手达成目标的行动。几场关键性战斗的开展不再以单纯的空战、空降作战为主。要想取得这些战斗的胜利,就必须兼顾多作战域支援保障、跨域融合等要素,使其置于有效的指挥体系下。

与以往的作战系统相比,先进战斗管理系统之所以能适应美空军新版未来作战概念、成为新版未来作战概念不可或缺的部分,关键在于其基于联合全域指挥控制原理设计的合理性。当前的联合全域指挥控制活动表面上是实现多作战域有效协同共同行动,实质是解决跨域的通信壁垒问题,克服不同军种采用不同标准、不同密级数据带来的影响,并在此基础上确保通信系统的抗干扰性能、可靠性及传输性能。在解决通信问题的基础上,各作战域作战单元之间的通连及数据交换才变为可能。采用新的安全框架是为了应对不同安全标准不同密级的数据交换,防范敌方网络攻击及窃密对作战指挥造成的不良影响。同时,跨域作战的广阔性使得这种互相通连、数据采集交换分发及安全措施的工作量变得前所未有,为适应海量数据,故采用云计算、人工智能及机器学习等技术,减少整体决策时间,加速OODA环循环。

图六:美空军F-35A战机




结语

美空军仍在大力发展先进战斗管理系统,自2019年12月对系统所需关键技术进行首次实地实验以来已开展多次作战实验。2022年以来,美空军相关技术人员着眼构建可用于先进战斗管理系统的作战管理数字模型,意图涵盖多作战域、多任务伙伴。先进战斗管理系统包含多个部分,其整体进度是螺旋上升的,整体进度仍将持续数年。最终达到适应联合全域指挥控制的多项指标,覆盖美军多军种及盟国任务伙伴。

尽管先进战斗管理系统在设计理念、采用技术及整体运用上较为先进,但是仍有以下几个缺陷,制约其战力的形成:第一,先进战斗管理系统所涉及的所有子系统及部件来源复杂,研制进度不一,很可能成为制约该系统如期交付并形成战斗力的关键性因素。第二,先进战斗管理系统所涉及的人工智能、机器学习等技术的真正成熟及应用需要较长时间,技战术之间的磨合需要各种演练加以验证。如何缩短技术实战化所需时间、尽早形成战斗力是美空军面临的头等大事。第三,尽管有向美军全军推广的趋势,先进战斗管理系统当前仍为美空军和太空军专用的作战系统,当前美军顶层并未有使用其取代美海军的“海上综合火力控制-防空(NIFC-CA)”网络及美陆军的联合作战网络及反导网络的构想,先进战斗管理系统为连接到美陆军及美海军相关系统提供了预留架构及接口,但是各军种独立探索联合全域指挥控制作战指挥系统是否会在联合全域作战层面继续延续美军军种竞争的不良影响仍不得而知。

即便如此,我们仍需注意先进战斗管理系统及联合全域指挥控制原理为美空军遂行联合作战任务带来的革命性变化,以及诸如第五代战斗机、无人作战平台、分布式侦察平台等新兴作战装备对先进战斗管理系统及联合全域指挥控制发挥作用的贡献。


THE  END

文字 | 郝泽澳(国防科技大学)

图片 | 来源于网络

编辑 | 张于舒晴

审阅 | 原熙文

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