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美空軍“作戰雲”計劃與網絡中心戰(這是F-35的基本作戰模式)

(2016-11-27 20:56:28) 下一個

雲協同作戰是大數據、雲計算概念在協同作戰領域的新應用,是網絡中心戰的進一步演進,其核心是整合陸、海、空、天、賽博等多維作戰力量,各作戰平台、傳感 器、武器係統組成虛擬存在的“雲”,在體係層麵實現戰場資源的動態高效管控及海量信息高速、實時、分布式處理與共享,構建跨域、跨軍種、分布式、網絡化的 “雲殺傷”協同作戰能力。

 

雲協同作戰是網絡中心戰的進一步演進

目前,美空軍提出的“作戰雲” (Combat Cloud)概念已具備雲協同特征。

 

一、美空軍“作戰雲”計劃

2013年,美空軍提出“作戰雲”概念,核心理念是海、空、天、網絡層的跨域協同,強調多域虛擬存在、高度融合與自然聚散。


“作戰雲”概念,核心理念是海、空、天、網絡層的跨域協同,強調多域虛擬存在、高度融合與自然聚散

“作戰雲”概念的背景是F-22與F-15、F-16、F-35之間無法實現態勢共享。為解決F-22的“信息孤島”問題,美空軍提出三種方案,分別為“泰龍海特”(Talon Hate )中繼吊艙(2015年,美空軍已接收首批4部吊艙)、“變色龍”新通信波形(無需網關可直接實現F-22與F-35的通信)、 “自由550”雙波段係統(2014年3月演示了IFDL、MADL與Link-16之間的單向編譯能力)。

 

搭載Talon Hate吊艙的F-15C效果圖

解決了F-22與F-35、F-15、F-16等各型飛機的數據共享問題,可充分發揮F-22的信息感知優勢,提高四代機、五代機之間的協同作戰能力。在此基礎上,美空軍提出“作戰雲”概念,海上、空中、太空各平台實現數據共享和跨域協同,每個平台作為一個節點,可向雲端提供信息或從雲端下載所需信息。

通過Talon Hate吊艙,四代機F-15可以和五代機F-22建立有效的通信鏈路

2014年,美空軍將“作戰雲”概念定義為情報/偵察/監視、打擊、機動、保障綜合體,在靈活作戰框架內實現當前、未來的海上、空中、空間和網絡等能力的綜合一體化。


美國防部計劃將現有網絡進化到“戰鬥雲”

 

二、“作戰雲”特征

(1)動態化、虛擬化資源池

“作戰雲”將地理分散的各作戰平台、傳感器、武器係統、各類數據等戰場資源相互鏈接,構建一個網絡化戰場資源池。資源池具備分布網絡化、虛擬化、動態自組織接入、按需訪問等特征,節點之間網絡拓撲存在高機動性,每個節點可自由出雲入雲,且具備輸入輸出特性,既向雲端提供信息與服務,也從雲端獲取信息與服務,且可根據特定作戰任務需求,進行動態資源分配。因此,雲端呈虛擬形態,不存在具體形式,但又無處不在。

“戰鬥雲”將構建一個網絡化戰場資源池

 

(2)雲融合

“作戰雲”的本質是融合,基於雲技術實現戰場資源整合管控,實現地域、空域、時間域分散的各有源、無源傳感器協同探測,完成戰場態勢實時共享和決策支持,縮短戰術決策時間,提升單元要素間的協同能力與整體殺傷效能。

“作戰雲”的戰場資源整合管控將比CEC更進一步

 

(3)分布式“雲殺傷鏈”

“作戰雲”打破了作戰平台、傳感器、武器係統之間的硬鏈接,以鬆耦合方式構建“探測-跟蹤-決策-打擊-評估”的完整“雲殺傷鏈”。通過戰場資源的高效管控、 目標數據的實時處理分發共享,在雲端完成目標探測跟蹤、數據融合、目標指派、火力分配、火控製導、毀傷評估等作戰流,各平台無需本平台傳感器數據進行目標引導跟蹤,也無需發射本平台武器即可完成目標攻擊,從而實現對超視距目標的先敵發現、先敵攻擊、先敵摧毀。

美國空軍設想優化後的殺傷鏈最終狀態鎖定在小於2分鍾

 

三、雲協同作戰影響

與傳統的多平台協同相比,“作戰雲”概念采用類似“雲計算”技術,從體係層麵實現陸、海、空、天各作戰域的戰場資源整合,匯聚成“雲”,完成戰場數據的網狀交互,具備全域性、分布式、網絡化特點,將對未來的空戰體係產生深遠影響。


“戰鬥雲”體係層麵實現陸、海、空、天各作戰域的戰場資源整合

 

(1)雲空戰體係

各域作戰平台通過雲端實現互聯互通,雲作戰體係呈現虛擬化、無形化趨勢。每個平台作為一個雲節點,既向雲端提供信息,也從雲端獲取信息,目標探測跟蹤數據在雲端實時共享,融合成火控級的目標航跡,雲端各平台可向戰機發送發射指令,目標照射和導彈製導也可由第三方完成。因此,整個雲作戰體係具備自我修複功能,即使單個平台或局部平台被擊毀,也不會造成整個作戰體係的瓦解。


雲作戰體係加速了網絡中心戰時代的“偵、控、打、評”全流程

 

(2)分布式常態空戰模式

當前各域平台之間的信息共享有限,空戰模式仍采用集中指揮、分散執行的線性模式。基於雲協同技術,各域平台可隨時入“雲”出“雲”,提供數據或從雲中獲取信息,具備即插即用和自然聚散特性,構建出靈活多樣的動態“蜂窩式”力量結構和分布式作戰樣式。


基於雲協同技術,各域平台可隨時入“雲”出“雲”

 

(3)有人/無人協同成為常態編隊形式

在雲協同環境下,載荷量較小、但智能化程度不斷提升的無人機將從戰場支援角色轉變為“觀察-確定-決策-行動”(OODA)作戰鏈的全程參與者甚至主導者,雲端將呈現無人機與有人機的常態化混合編隊協同作戰形式。在五代機論證中,美軍曾考慮分別設計有人版和無人版,構建無人-有人編隊,共同執行戰術任務。

 

在雲協同環境下,有人/無人協同將成為常態編隊形式

 

(4)多樣化協同空戰樣式

借助雲協同技術,空戰樣式將呈現更加的多樣化,實現作戰平台、傳感器、武器係統等空戰資源的聚合優化與空戰效能的最大化。典型空戰樣式包括:精確提示、遠程發射、遠程交戰、製導交接、雲作戰等。其中,雲作戰樣式中,雲中任意一架或多架飛機完成目標探測跟蹤,數據上傳至雲端,融合為火控級目標航跡,由雲端選擇最適合發射的平台完成導彈發射,隨後雲端分配一架戰機全程製導或多架飛機接力照射目標,更新目標數據,發送導彈修正指令,完成導彈接力製導。

借助雲協同技術,空戰樣式將呈現更加的多樣化

這種最優化空戰資源的雲作戰樣式將是未來的主流空戰模式。對於雷達而言,通過多平台的綜合信息融合,提升多孔徑協同探測能力,可實現對四代機或未來五代機的群體對抗優勢。不過,由於雲端作戰平台數量的動態變化,平台種類的多樣化,數據類型的複雜化,整個雲網絡需具備高速運算和實時分發共享能力。

 

延伸閱讀:《美軍“戰鬥雲”概念漸成型 或成未來作戰新常態》

據美國《飛行國際》8月4日報道,諾斯羅普·格魯曼公司(以下簡稱“諾格公司”)已拓展了“戰場機載通信係統節點”(BACN)能力。在此基礎上,企業機載網關網絡(EAGN)有望使所謂的“戰鬥雲”成為作戰常態。據悉,BACN以EQ-4 “全球鷹”無人機和E-11A“全球快車”飛機為平台,旨在解決美軍和盟軍之間在阿富汗山區超視距語音通信中繼和數據交換的需要。美空軍正在探索高冗餘、安全的機載網絡企業需求,將其“戰鬥雲”概念變為現實。
諾格公司基於BACN和智能節點吊艙搭建的空基信息網絡

 

讓各種武器“聯起來”的“戰鬥雲”概念
所謂“戰鬥雲”,是五角大樓設想的在各種各樣的艦艇、飛機和衛星之間分享數據的情景,這是五角大樓一直追尋但還沒有實現的計劃。盡管五角大樓在這個方麵的工作時斷時續,而一位退役的美國空軍軍官正受命將各個軍種、工業部門和學術界的相關方麵捏合在一起以形成和加入雲。


所謂“戰鬥雲”,是五角大樓設想的在各種各樣的艦艇、飛機和衛星之間分享數據的情景

目前,美國空軍最為昂貴的隱身飛機不能與其他平台進行信息交換,這會導致那些高投入的係統互相排斥,這也就是其正在努力解決的所謂“五代機對四代機”的問題。與此同時,還有一個目標更為宏大,目光不僅僅停留在將美國空軍隱身機群(如F-22A、B-2、F-35)與其他機群連接的層次上,而是要形成一個包羅萬象的數據網絡,一個包括了戰鬥機、情報飛機、衛星、艦艇和直升機在內的雲。各個平台都是其中的一個節點,既向雲中上傳信息,也從雲中下載信息,即使在作戰的時候也是如此。空軍預計,雲的實現可能需要10年甚至更長的時間。
美軍的第五代戰機及隱身戰機與其他平台進行信息交換存在困難

雲的實現會需要若幹步驟。美海軍目前正在實施其”海軍綜合火控防空一體化“計劃,將它的艦艇和飛機聯網以保護其海上裝備。同時,美國海軍陸戰隊也在推進其陸戰隊空地特遣部隊的聯網。然而,主要擔負奪取製空權責任的美國空軍卻處境尷尬,因為空軍的機群要承擔多方麵的任務,卻不能互聯。位於馬薩諸塞州漢斯科姆空軍基地的美空軍電子係統中心計劃在2014年10月底之前發布提供信息請求,請求工業部門提供四代機對五代機的網關信息,相應的招標書草稿原本預計會在2015財年的第2季度發出。
美海軍目前正在實施的”海軍綜合火控防空一體化“計劃(NIFC-CA)旨在創建一個完整的殺傷鏈

美空軍曾為了使在阿富汗作戰的裝備實現互聯,緊急開發了戰場機載通信節點有效載荷,供龐巴迪公司“全球快車”噴氣式飛機和“全球鷹”無人機使用,他們現在想繼續開發這樣的網關來實現隱身戰機與傳統機群的互聯。

美國空軍接收首架裝備BACN的E-11A“全球快車”飛機 時長46秒

波音公司設計了用於五代機和四代機聯通的第一款吊艙—Talon Hate,作為網關和有限的空軍網絡的情報綜合節點使用,計劃裝在F-15戰鬥機上以滿足太平洋空軍部隊的緊急需要。


搭載Talon Hate吊艙的F-15C效果圖

Talon Hate吊艙可接收從F-22戰鬥機飛行編隊內部數據鏈傳送來的數據,再通過LINK-16數據鏈或多功能信息分配係統傳送給空軍部隊的其他戰鬥機和情報飛機。一個寬帶全球衛星通信鏈路也可以加入Talon Hate吊艙,以引入其他的保密數據源。吊艙以後還會增加紅外搜索和跟蹤能力。在聯合部隊進行反防空作戰的時候,F-22A戰鬥機可以突破敵人的防空係統將其削弱,同時向後麵的F-15戰鬥機提供其獲取的目標數據。然而,Talon Hate係統隻能夠支持4個吊艙,因此會被空軍電子係統中心的四代機對五代機的網關取代。四代機對五代機的網關目標係統是多域自適應處理係統,功能比普通網關更加廣泛。上述這些係統最終都會匯入由一位退役的美國空軍中將提出的跨軍種多國“雲”之中。

 

未來高強度對抗環境中,航天係統或不靠譜而引發的憂慮
在過去20年中,美國空軍已經打造了一支強大的空中艦隊。在阿富汗和伊拉克,美國空軍將其天基的情報、監視和偵察工具與實施精確打擊的武器裝備(包括轟炸機、戰鬥機和無人機)進行互聯。但在高強度對抗的環境中把這些能力整合在一起就是另一回事了。對手可能會試圖阻止美國使用其航天係統,並攻擊美國的指揮與控製係統。
為了保護美國的航天通信及指控係統,美國防工業界提出了多種方案

盡管五角大樓提出的空海一體戰(ASB)概念提議把空中與海上部隊更緊密地整合起來,讓兩個軍種有機會討論如何更好地整合各自的能力,但空軍和海軍目前的航空現代化計劃顯示:它們並不同步。用五角大樓的話說,提出最終解決方案存在風險,意味著它們沒有很好地協調。有人已提議空軍和海軍空中作戰部隊注意這一困境。
空海一體戰(Airsea Battle,ASB)自提出以來已經曆過多輪概念修改。2015年3月,美軍聯合參謀部以備忘錄的形式正式將“空海一體戰”概念更名為“全球公域介入與機動聯合”概念。

在2014年4月戰略與預算評估中心(CSBA)的報告中,該中心高級研究員馬克·A·岡辛格和前任美國空軍情報主管戴維·A·德普圖拉(退役中將)寫道,“是國防部認真考慮混合空中作戰部隊的時候了”。他們建議美國空軍和姊妹軍種重新思考舊習慣,把精力放在注重真實世界的安全問題和反介入/區域拒止(A2/AD)威脅的工具和概念上。他們主張,遠程情報、監視與偵察設備和攻擊機應該成為重點,要實時適應裝備精良的敵人——使用網絡戰、電子幹擾和彈道導彈等工具。
CSBA的報告中列舉了中國武器裝備所能覆蓋的威力範圍

德普圖拉主張各軍種采用分散式空中作戰,配以能夠不斷進化的數據鏈、抗幹擾通信係統和新的瞄準工具。這將有助於確保天基能力不會成為反介入/區域拒止作戰的依賴,並將促使空中、地麵、海上和太空領域信息共享的飛躍。與網絡雲相類似,德普圖拉將這一概念稱為“戰鬥雲”。它將結合有人和無人係統,利用隱形飛機、精確武器和先進指揮控製係統的優勢,確保敵人單一的點攻擊不會癱瘓美國的作戰行動。這種努力也意味著有機會創造出模塊化、規模化的作戰能力,而不是迫使某種飛機或其他設備承擔越來越多的任務。


中國軍網發布的美“空海一體戰”示意圖
盡管這聽起來很遙遠,但有些能力已經過了戰鬥檢驗,特別是指揮與控製方麵。最近的作戰行動展示了Link 16數據鏈、戰場機載通信節點、戰術瞄準網絡技術和其它係統的作用,盡管是在相對安全的作戰環境中——即美國設備主宰了天空。然而,正如德普圖拉和其他人所指出的,這些係統的誕生並沒有將各軍種和各盟國的合作最大化。“戰鬥雲”方式將有助於解決這一問題,把潛在的能力空白最小化。


目前,美國空軍把主要精力放在處理財政和結構上的深重危機,艱難地決定未來十年保留和放棄何種能力。美國空軍領導層已經明確指出空軍應做怎樣的戰鬥準備,而戰鬥雲似乎正是為此量身定製的。在馬克·A·威爾士三世上將2012年8月擔任空軍參謀長以後,就開始處理空軍在現代化和重置方麵的艱難抉擇。威爾士在上任之初就提出了明確的指導原則:美國空軍不會喪失在激烈、高強度衝突中的戰鬥能力,因為這代表了空軍力量存在的目的。正如美國海軍所指出的,作戰能力不會成為應對未來衝突的限製因素,難點在於其互通性。美國空軍領導層似乎也相信這一點,兩個軍種都建議要有一種開放的雲概念來解決。
馬克·A·威爾士三世上將2012年8月擔任空軍參謀長以後,就開始處理空軍在現代化和重置方麵的艱難抉擇

 

聚零為整、化整為零是“戰鬥雲”概念的精髓要義
美國空軍正在考慮,未來隱秘存在的戰鬥雲可能是重組各作戰係統的關鍵。為了作戰的勝利,美國空軍依賴於實時數據。當雲計算後端用於美國空軍大部分的數據管理任務時,檢索歸檔信息或以安全的方式查看實時信息都變得更加容易。
“戰鬥雲”將使美國空軍檢索歸檔信息或以安全的方式查看實時信息都變得更加容易

美國太平洋空軍司令卡萊爾上將坦率地討論了雲計算給美國空軍的作戰行動所帶來的影響,他說,“我們集中指揮、分散控製和分散執行的能力——你如何執行和你能夠做什麽——不僅依賴於雲技術,還依賴於網絡技術,網絡協同以及有人和無人係統之間的協同”。卡萊爾還表達了他對雲遷移的關注,他說,“今天,我們正在致力於雲遷移,但我們還有很長的路要走。我們甚至無法建立我們一致同意的正確基準。當涉及到網絡的協作和先進技術的數據鏈時,海軍和空軍不一定在同一張樂譜上”。
'戰鬥雲'將使美國空海軍同時受益

卡萊爾繼續解釋戰鬥雲的概念。他提到,“還沒有像戰鬥雲這樣的事物。這是我們試圖概念化的想法。這就像平民雲,除了兩件事情對戰鬥雲是基本的”。卡萊爾繼續解釋道,“一個是它必須是能夠適當地分解——對手會試圖將其關閉,所以它不能運行於一個平台上,而且它不能隻是讓一架小的無人機盤旋在那裏,關閉你的雲,因為有人發現了它,它就不見了。它必須有足夠的地方運行,所以即使有人離開,有人給出備份,它仍然知道到處滲透的信息在那裏”。


諾格公司信息係統部經理凱斯沃登表示,該產品源於BACN基線,公司主要聚焦美軍在太平洋和非洲地區的作戰需求開展應用開發。她還補充稱該產品同時還擁有“和美國多個盟友同時對話的企業機載網關網絡能力”。
NASA的WB-57搭載諾格公司BACN係統進行首次飛行測試

法國空軍亦有類似的需求。機載指控信息係統部商務主管羅伯.伊萬斯表示,“這和共享戰場感知及聯合集成相關,BACN的設計目標是解決非常特殊的問題,然後會逐漸延伸出完成其他任務的能力,如連接不同的網絡等。”伊萬斯提出了一些適用於EAGN的作戰概念,其中大部分作戰概念和RQ-4“全球鷹”無人機相關,而且與美國空軍未來遠程轟炸機潛在也有一定的關聯。伊萬斯稱,應用範圍從通過戰場重建通信係統到跟蹤發射導彈及作為替代的衛星等多個方麵。同時,7月14日美國和諾格公司簽署了一份研發協議,對RQ-4B“全球鷹”無人機所有載荷的適配器進行驗證,可使無人機攜帶多種類型的傳感器和洛克希德·馬丁的U-2偵察機進行實時信息綜合。(中國網 竇豆/謝武)


搭載BACN係統的RQ-4B“全球鷹”無人機

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