美空军新一代网络信息体系:先进作战管理系统

空天防务观察
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本文已在《飞航导弹》等刊物正式发表。2020年11月,美空军及太空军采办主管威尔?罗珀签署指令,指定美空军快速能力办公室(RCO)为“先进作战管理系统”(ABMS)集成计划执行办公室,负责制定“先进作战管理系统”的采办策略,并主管系统交付工作。这标志着美空军正式将“先进作战管理系统”从开发和演示推进到交付阶段。

一、“先进作战管理系统”项目概况

“先进作战管理系统”是美空军和美国防部高度重视的优先采办项目,旨在建立“军事物联网”,使美军联合部队在空、天、网、海、陆等全域实现快速互联与作战协同。“先进作战管理系统”是美军实现“联合全域指挥与控制”(JADC2)构想的依托,也是美军联合全域作战行动概念的关键支撑。

美空军构想的“联合全域指挥与控制”愿景示意图(美空军图片)

1、“先进作战管理系统”的本质是美空军新一代网络信息体系

2016年,美空军发布《空中优势2030飞行计划》,首次提出发展“先进作战管理系统”,通过采用分散化平台取代E-8对地监视与攻击指挥飞机和E-3机载预警与控制系统等大型平台,提高指挥与控制中心在强对抗作战中的生存力。特朗普政府时期,美空军调整其发展方向,从网、云、数字、智能等视角进行定义。2019年11月,美国防部提出“联合全域指挥与控制”,“先进作战管理系统”被确定为空军的支撑解决方案。2020年2月,罗珀首次展示系统组成,显示其以传感器集成为输入,通过连通进行共享,基于云和相关工具进行多级安全处理,在输出端进行效果集成,并依托数据、应用程序与人工智能支撑所有功能。图中28种产品(后续发展中已超过30种)几乎都以“一号”(ONE)命名,美军称这一方面代表“一支空军、一支联合部队、一个联盟”的愿景,另一方面代表产品对所有军种都开放、共享。其中,支撑“连通”的产品包括“一号国家”(经研判,是指国家战略和基础通信设施)、“增强型16号数据链”(美军现役Link 16通用战术数据链的增强版)、“一号商用”(经研判,是指可由美军利用的商用通信)等7种产品;“传感器集成”“数据”等也有各自的“一号”产品支撑。

“先进作战管理系统”组成示意图。在美空军2022财年预算中,美空军已重新将“一号”定义为“开放、联网、可扩展”(Open, Networked, Extendible,缩略词仍是ONE)(美空军图片)由此可见,“先进作战管理系统”经历了从取代大型平台的分布式解决方案向支撑联合全域作战的网络信息体系转变,其实质是全域覆盖、分布集成、无缝衔接、敏捷强韧、智能精准、安全保密的新一代网络信息体系,将在美军未来联合全域作战行动中发挥重要作用。

2、“先进作战管理系统”研发已取得很大进展美空军将“先进作战管理系统”视为最高优先级项目之一,2019年3月任命空军首席架构师普雷斯顿·邓拉普为系统研发主管,带领约翰霍普金斯大学等机构开发数据架构。2020财年该项目获批预算1.44亿美元。2021-2025财年计划总投入33亿美元。2020年3月以来,美空军先后授予至少93家企业竞争性技术开发合同,开展七类技术研发:

①数字架构、标准和概念开发。为基础性技术,支持其他六类技术开发。

②传感器集成。对军、商用卫星及飞机、地面雷达等传感器进行资源调用和信息集成,初期研发重点是空中及地面移动目标指示雷达。

③数据。包括基于云的数据库及数据输入、封装和管理,提高数据获取和共享能力。该类中的“一号数据”产品以美空军统一数据库(UDL)为基础,将纳入美各军种及商用传感器的涉密和非密数据。

④安全处理。包括具有多个安全等级的硬软件及边缘硬件,保证机密信息在共享的同时得到保护。该类中的“一号云”产品采用美空军已在使用的多域作战云架构,由亚马逊和微软两家公司提供云计算服务,是最早被确定为可部署的成熟产品之一。

⑤连通性。开发和部署视距和超视距通信网,该类中的“一号网关”产品由洛克希德·马丁公司牵头、诺斯罗普·格鲁门和霍尼韦尔公司共同研制,为可编程无线电台和天线系统,解决了F-35和F-22A的连通问题。

⑥应用程序。用于处理和融合来自多域多平台的传感器数据、生成多域通用作战图,并提供作战管理与指挥控制。

⑦效果集成。将实现“射手”及其武器系统一体化,其“一号可消耗武器”产品(XQ-58A无人机)已在技术试验中与F-22A和F-35A进行了半自主编组飞行。此外,美军还已开展四次名为“高速公路驶入匝道”(Onramps)的联合演示和多次技术试验。其中,“高速公路驶入匝道”联合演示由作战司令部主办,在具体的作战想定背景下实施。2019年12月、2020年8月底至9月初、2020年9月中旬、2021年2月各开展了一次。由此,“先进作战管理系统”发展已取得很大进展,为美空军将其推进到交付阶段提供了支撑。

2020年8月底至9月初的第2次“高速公路驶入匝道”联合演示正式开始前,AT&T利用无人机为在白沙导弹试验场参与演练的人员提供5G通信

二、“先进作战管理系统”项目采用独特的发展及转化机制

“先进作战管理系统”项目的发展和转化机制独特,主要体现在三方面:

1、采用“四边”方式持续迭代发展

美空军在2019年决定“先进作战管理系统”不按传统重大国防采办项目流程实施,也即不再按年推进依次通过多个采办里程碑,也不依赖五年期规划,而是以四个月为周期进行迭代演示,形成“边研制、边试验、边部署、边改进”的“四边”发展模式。该模式可显著缩短合同签订周期,利于快速交付新能力。罗珀也表示:要跟上技术快速发展,就必须以“疾驶”(breakneck)方式研发;开发和操作人员需快速迭代,从而不断获得反馈、持续学习、迅速降低风险。

2、实施大范围竞争性技术研发

“先进作战管理系统”的技术研发未采用传统主战装备或信息系统由主承包商牵头的方式,而是实施大范围竞争,各种能发挥效用的技术和解决方案都可能入选。该项目已吸引近百家国防承包商和商业公司参与,既包括洛克希德·马丁、雷神、波音等传统国防巨头,更有在大数据分析、人工智能、机器学习、建模仿真等方面有专长的中小企业和初创公司,如帕兰提尔、安杜里尔工业等。可以说,它调动了全美国科研力量,特别是充分利用了非传统国防工业部门在信息、网络、云、数字化、智能和软件开发等方面的研发能力。

3、成果转化由空军快速能力办公室承担

美空军重大采办项目通常由相应计划办公室执行,“先进作战管理系统”项目则由突出快速执行、但不针对具体领域的快速能力办公室主管。该办公室于2003年建立,受权创造性执行采办项目,并可直接向国防采办和持续保障副部长主持的一个理事会(成员还包括国防研究与工程副部长、空军部长、空军参谋长、空军采办助理部长等)报告,便于快速获取资源和解决问题。

美空军指定其承担该项目交付阶段工作,表明决心全流程贯彻“先进作战管理系统”已有的独特研发模式,加速成果快速转化和战斗力生成。

三、几点看法

“先进作战管理系统”作为新一代网络信息体系,是典型的复杂系统形态装备,采用了独特的研发模式和转化机制,具有重要参考意义:

一是要大力发展新一代网络信息体系,并相应变革科研生产机制。未来战争将是在网、云、数字、智能等技术支撑下深入交战级的全域作战行动,网络信息体系是关键支撑。

从美国做法看,需要:

①加强新一代网络信息体系建设顶层规划,制定专项计划,加快发展进程;

②适应性调整科研生产机制,如将复杂系统分解为多类多型产品,实施大范围竞争研发,促进创新和择优,并通过使用优秀商用技术,实现“多快好省”;

③重视技术在任务背景下的验证,将联合演示作为研发活动内容,持续筛选和完善相关技术,并实现体系不断迭代;

④建立高效的技术转化机制,加速战斗力生成。

二是要高度重视新一代网络信息体系顶层设计,并采用开放式体系架构。

网络信息体系作为复杂系统,必须突出顶层设计,从作战需求出发,首先设计好体系架构、资源调配和数据交换等,如美空军将数据架构定为“先进作战管理系统”项目最高优先级工作,其启发是:

①加强数字式体系架构开发,攻克多安全等级工具集、动态许可、数据利用及数据、配置和安全管理等难点;

②采用从硬软件模块到体系的开放式体系架构,基于统一标准提供可复用性,便于集成新平台及新技术能力。三是要着重布局网络信息体系相关技术研发,并吸收优势新兴技术。

网络信息体系建设发展主要凸显技术推动,因此需要:

①优先立足技术、以技术带动需求生成;

②统筹网络信息体系技术研发布局,在云、边缘计算、数据分析、安全处理、先进通信组网等新技术方向积极进行部署;③跨越行业和军民壁垒,面向国家工业和科技基础,主动吸收利用人工智能、5G通信等新兴技术优势,实现技术推动型的持续创新发展。

(中国航空工业发展研究中心  刘禹彤)

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