受近期新冠疫情急促爆发影响,美军将原定于4月8日举行的ABMS第二次演习活动推迟至6月。作为美国空军着力打造的未来作战系统,ABMS旨在为美军建立军事物联网,使美军和盟军能够实时协调海陆空等所有作战域的军事行动,并在未来联合全域作战中取得竞争优势。本文梳理了系统的基本情况和技术架构,并重点分析了项目的作战赋能,以及研发模式和演练情况,供读者参考。
一、 先进战斗管理系统旨为美军打造军事物联网
ABMS:军事互联网
(一)项目背景情况
根据美国政府问责局2019年5月发布的关于美空军ABMS的国防采办评估报告,ABMS项目始于2017年,最初目的是更新并现代化空中警戒和控制系统(AWACS)的能力。2018年7月,美国防部联合需求监督委员会(JROC)批准了ABMS初始能力文件,该文件描述了能力需求和缺口。2018年12月,美国空军决定不再继续开展旨在为地面移动目标提供监视和信息的联合监视目标攻击雷达系统(JSTARS)改造计划,在短期内将其能力纳入ABMS系统。2019年初,空军空战司令部牵头开展ABMS备选方案(AOA)工作,以评估ABMS如何提供以空中为中心的能力。2019年3月,空军任命约翰·霍普金斯大学应用物理实验室国家安全分析主管普雷斯顿·邓拉普为ABMS首席架构师。其主要负责包括:牵头开展顶层分析并确定ABMS的总体设计;与相关军种级司令部和采办项目进行协调,确保与ABMS开发保持一致;确定集成到ABMS中的赋能技术。
ABMS初始规划和研发进程
(二)项目研发规划
ABMS项目预计将分三个研发阶段:第一阶段(2018年至2023年),计划通过10个已有的采办项目整合现有传感器,改进作战管理系统,并升级通信网络;第二阶段(2024年至2029年),将先进的传感器和软件集成到现有的作战管理指挥与控制平台,同时推进JSTARS退役工作;第三阶段(2030年至2035年),将利用多种通信方式提供韧性的多传感器作战管理指挥与控制能力。空军预计将在2035年建立一个初版ABMS网络,实现初始作战能力,并在2040年代初期建立一个更完整的网络。
普雷斯顿·邓拉普向美国防部高层介绍ABMS
2020财年,国会为该项目拨款4900万美元。空军预计于2021财年开始ABMS全尺寸原型开发。根据空军2021财年预算申请文件,为了更好的发展“联合全域指挥和控制”(JADC2)及ABMS,空军希望获得3.02亿美元专项资金,以支持购置必要的平台、传感器和系统。2021年预算将首次把ABMS资金整合到单个预算项目,方便国会追溯,同时争取资金支持。据估计,到2024财年,ABMS的采办成本将达到38亿美元。
空军拟在2021财年为ABMS争取3.02亿美元专项资金
(三)项目技术框架
ABMS是一个包括硬件和软件的“系统家族”,包含了空军增进和连接JADC2网络所需的技术。ABMS系统细分为六大产品类别:一是军事和商业网络的传感器集成,包括卫星、飞机、地面雷达等;二是传感器产生的数据;三是安全处理,涉及网络安全以及区分秘密与非秘密数据且允许所有人访问数据产品的能力;四是连通,包括当前许多武器平台间实现的机对机连接;五是应用程序,如显示所有美军在战场上的位置的地图;六是效果集成,即射手及其武器系统,包括“开放式智能弹药”、耐消耗飞行器(Attritable Aircraft)、提高电子战系统性能的任务数据文件实时更新等。此外,ABMS还涉及到基础性数字架构、标准和概念开发。
美国空军副部长助理威尔·罗珀在空军协会2020年度空战研讨会上介绍ABMS
具体来说,ABMS在六大产品类别下有28个产品线,分别为:传感器集成(openRadarONE、openMtiONE、openIntONE);数据(feedONE、wrapONE、dataONE);安全处理(cloudONE、crossDomainONE、platformONE、assitONE、edgeONE、boxONE、tableONE、phoneONE);连通(gatewayONE、radioONE、meshONE、apertureONE、commercialONE、link16e、nationalONE);应用(AI/smartONE、fuseONE、omniaONE、commandONE);效果集成(missionDataONE、smartMunONE、attritableONE)。
ABMS技术产品架构图
ABMS技术产品架构图
其中,cloudONE是一个用于多域作战的云架构,作为ABMS的关键节点,未来有望接入美国防部JEDI云项目;dataONE是一个统一数据库,最初是为在空军各个分类级别上安全集成空间态势感知数据而构建的,最终将纳入所有军种的传感器数据;crossDomainONE是一种保密数据交换方式,用以在不同密级网络间无缝安全地交换数据;OmiaONE是用于跨域的通用作战图,可显示跨领域的资产(例如空中、太空、网络、陆地和海洋),类似于交通制图系统Waze或陆军蓝军追踪系统;feedONE用于政府和非政府信息的数据馈送;MissionDataONE用于合成打击;gatewayONE是可提供飞机数据传输服务的无线电天线系统;radioONE是一种通用电台;apertureONE是用于接收卫星通信数据的新型射频天线。
根据美国空军公告,ABMS寻求的赋能技术领域包括:实时数据收集、验证和分析;通信和战斗管理网络增强;先进传感器和软件的集成;基于人工智能的人类增强决策;数据安全、标识和可信访问;多终端通过分散式网络实现实时通信;多层次安全赋能技术和密码学。
二、先进战斗管理系统将为美军未来作战提供联合协同平台
(一)因应新兴作战概念发展,打造“联合全域作战”核心技术引擎
近年来,美军新兴作战概念不断升级,从“多域战”(Multi-Domain Battle,MDB)到“多域作战”(Multi-Domain Operations,MDO)再到“联合全域作战”(Joint All-Domain Operations,JADO)。美国防部长埃斯珀已指示联合参谋部和四个军种为JADO构建新的联合作战概念,描述未来全域作战所需的能力及其属性,将包括空中、陆地、海洋、太空、网络、频谱以及未来联合作战所需的一切,特别强调增加太空和网络空间。JADO概念设想通过计算机协同各领域作战,以机器对机器的速度共享作战数据。
洛克希德·马丁公司关于ABMS环境的概念图
JADO概念以“联合全域指挥与控制” (JADC2)为核心,以“海陆空一体化”以及太空和网络为基础,充分利用二者在交战规则、机动方式和作战效果等方面的优势。JADC2计划是2019年美国防部高层领导发起的、由联合参谋部协调、空军主导的计划,目标是通过实现传感器、通信系统和数据的融合,让陆海空各平台与武器之间共享目标数据,确保美军做出最有效、最致命的威胁响应,将美军的“联合能力”提升到一个新的水平。美国空军参谋长戴维·戈德费恩3月5日签发《空军条令说明1-20:空军在联合全域作战中的任务》,首次将JADO和JADC2写入空军条令,标志着美国空军在JADO/JADC2发展上进入了新的阶段。
《空军条令说明1-20:空军在联合全域作战中的任务》
该条令将“全域”定义为由空中、陆地、海洋、网络空间、太空以及电磁频谱组成。条令称,由于同等对手在能力和战术上的进步,美军有必要实施联合全域作战。联合全域作战的核心要义是“通过一个高度连通的军事物联网,将美军的所有传感器连接到所有射手”,目标是整合所有域的效果,以实现持续的优势。该文件称,联合全域作战的目标是实现“效果融合”,使美军在与强敌的竞争中占据优势,这种新的战斗方式将要求美军改变其思考和行动方式,不再依赖在单独领域的优势。
JADC2涉及两个主要方面:一是ABMS技术和产品研发;二是发展跨域指挥控制关系作战概念,包括战术、技术和程序(TTPs),以及通过兵棋推演建立的信条。其中,ABMS将为美军建全新的通信生态系统,实现美国空军目前力推的JADC2,使美军和盟军能够实时协调海、陆、空、空和网络等所有作战域的军事行动。ABMS提供的技术体系这些技术能够以最有效方式将正确信息传递给正确平台和决策者,缩短杀伤链和“观察、调整、决策及行动”循环。
(二)汇聚各作战域战场数据,打造“联合全域作战”通用指控平台
美军提出,未来战争中,取得胜利的最重要的因素不一定是军舰、战车、飞机或卫星等武器本身,而是将这些先进武器连接一起协同作战的未来作战网络。作战网络中的数据更是未来战争的关键要素,能够比对手更快地收集、处理和共享数据将使军队获取巨大优势。在未来战争中,美军需要有与当前商业网络类似水平的连接性和兼容性。
但目前美军不仅不能实现陆、空、海、陆战队以及太空军之间的无缝、同步共享数据,甚至由于军舰、战车、飞机或卫星等武器由不同承包商制造,每种武器将数据作为专有信息保存,不能与其他承包商制造的武器系统进行通信或共享数据。与盟友和合作伙伴间的数据共享也存在同样的问题。为了确保维持军事优势,美军必须建立一个综合网络,把所有的武器和部队实时连接起来。
多域战示意图
美国在全球力量管理方面已经经验丰富,但全域指挥控制能力方面还处于学习阶段。因此,美国空军着手构建以ABMS为主体的JADC2作战网络。实现JADC2的核心问题是“如何融合所有作战域能力,并有效地进行全面的指挥和控制”,解决上述挑战的关键是确定各军种如何访问所需的所有数据。美国空军使用“开放系统方法”来开发ABMS系统的软件和硬件,确保该系统可被各军种使用。空军重点推动了数据标准化、数据可访问性协议的开发,以确保各部队及其通信和武器系统协同工作、相互兼容,将“联合能力”提升到一个新水平。
(三)突出战场信息集成优势,打造“联合全域作战”全球综合体系
按照美空军愿景,ABMS将通过向联合作战部队提供关键监视、战术边缘通信、处理、网络及战斗管理指控等能力,为未来作战提供支持。实现联合全域作战的主要技术挑战是将各种来源的大量数据转变为“可操作的情报”。ABMS将能够运用可信网络和智能算法,处理来自传感器及其他来源的大量数据,使情报和目标数据转化为及时且可执行的信息,通过人工智能对重要信息自动排序并传递给用户。其速度和准确度远超当前水平,让指挥官能够基于这些信息进行观察、判断、决策和行动,从而指挥作战。
ABMS独一无二的优势就是能够将各类情报、监视与侦察(ISR)平台、指挥控制平台、打击平台和作战管理平台连接起来的数据架构。其设计的独特之处在于,既可“向前”与新研制的平台共同部署,也可“向后”连接现有平台。ABMS将构建一个安全的战场互联网,可以运行各种军事连接应用程序。运用大数据、人工智能和机器学习等技术,该网络可使美军随时了解友军和敌军的位置和行动,实现联合全域作战中不间断地信息共享,并在需要时互联互通。
与商业领域的物联网相呼应,ABMS的核心是一个由常规和非常规装备组成的通用数据架构,这些装备使各种跨域能力和设备能够无缝连接,从而加快作战节奏。上述网络化能力减少了友军接收、融合和处理来自不同作战域的大量数据和信息所需的时间,使美军能够更快、更智能地发动战争,对威胁做出最有效、最致命的响应。
三、先进战斗管理系统正在由“从愿景走向现实”
(一)采用竞争模式进行“螺旋式”产品研发
美国空军领导人已经为ABMS设定了“DevOps”开展策略,以四个月为周期进行能力展示和测试,以确保28种产品的开发以协同工作的方式进行,而不是以独立工具的形式进行。空军希望通过这种迭代滚动方式,开展“互联马拉松”活动(connect-a-thons), 邀请工业界参与平台、设备和应用的测验,对ABMS进行升级。“互联马拉松”活动允许空军其他项目办公室和工业界提交、演示和试验“任何可能成为ABMS的组件”。演习测试将使空军和其他军种能够实际测试可以提供连通性的技术,并将其升级添加到系统中,同时快速解决所发现的问题。
美国空军负责采办的副部长助理威尔·罗珀表示,ABMS的最终目标是“建立系统系列”,并“为空军创造像物联网的感觉”。ABMS开发工作将首先从体系层面来构建需求,然后再进入传统的采办环节。ABMS项目开发的首要原则是“平台是最后一个被考虑的因素”,重点放在“程序之间的‘连接组织’”,即通过软件定义网络、软件定义无线电系统以及基于云的编码和基础架构形成的网络能力。威尔·罗珀强调,要跟上技术的快速发展,就必须以“飞速惊险”(breakneck)的方式研发ABMS,否则项目将注定失败;开发人员和操作人员之间需要快速迭代,从而不断获得反馈、不断继续学习、不断迅速降低风险;与传统的竞标方式不同,ABMS将采用竞争和资源选择的模式,从而促使承包商在4个月周期内进行灵活更新,提高了系统的可升级性和适应性。
(二)通过实战演练检验和改进产品能力
美军已经于2019年12月16日至18日进行了第一次ABMS演习,原计划于2020年4月8日开展的第二次演习受新冠疫情影响将最少推迟两个月。
第一次演习
2019年12月16日至18日,美军北方司令部在佛罗里达州埃格林空军基地举行的名为“ABMS Onramp”的军事演习。演习期间,美国海陆空军和工业界在美国北方司令部制定并由空军高级领导人启用的基于国土防御的方案中测试了多种实时数据共享工具和技术。演习中,ABMS实时将模拟巡航导弹信息发送给了部署在墨西哥湾的托马斯•哈德纳号驱逐舰、埃格林空军基地的指挥官、空军F-22战斗机、空军和海军F-35战斗机以及一支装备有移动导弹发射器的陆军部队和地面特种部队。美国海陆空联合部队通过实时收集、分析和共享大量数据信息,成功识别并消除了模拟巡航导弹威胁。
托马斯·哈德纳驱逐舰参加首次ABMS演习
特种作战成员在“ABMS Onramp”演习中使用平板电脑上传坐标
美军F-22战斗机及F-35战斗机
演习成功展示了由洛克希德·马丁、诺斯洛普·格鲁曼和霍尼韦尔三家公司联合研制的新网关设备gatewayONE,解决F-35战机使用的“多功能先进数据链(MADL)”和F-22战机使用的“飞行间数据链(IFDL)”不兼容的问题,在战机间实现了针对低探测性目标的数据交换;成功在一架AC-130飞机上链接运行在低地球轨道的SpaceX“星链”卫星;通过cloudONE接入“秘密”级的云指挥与控制和态势感知应用;通过架设于指挥中心外的设备维持了不同作战单位间的联网。此次演习的成功率约为80-90%,为下一次的更大范围的演习铺平了道路。
第二次演习
第二次演习初定于6 月举行,国防部参谋长联席会议所有成员都将参加。该演习将比“ ABMS OnRamp”演习规模更大,将涉及空军、陆军、海军和太空部队,跨越格林空军基地、内利斯空军基地、海军陆战队尤马航空站以及陆军白沙导弹靶场。美国空军负责采办的副部长助理威尔·罗珀表示,此次演习将是未来ABMS的“入口匝道”(onramp)。演习将包括通过物理方式击落无人机和巡航导弹,以及部署舰船、潜艇、地面部队、飞机和SpaceX“星链”卫星。美国空军将在演习中展示改进某些系统的新技术、新功能,演习的目标是达到50%成功率。
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