美空军“作战云”计划与网络中心战(这是F-35的基本作战模式)

云协同作战是大数据、云计算概念在协同作战领域的新应用,是网络中心战的进一步演进,其核心是整合陆、海、空、天、赛博等多维作战力量,各作战平台、传感 器、武器系统组成虚拟存在的“云”,在体系层面实现战场资源的动态高效管控及海量信息高速、实时、分布式处理与共享,构建跨域、跨军种、分布式、网络化的 “云杀伤”协同作战能力。

 

云协同作战是网络中心战的进一步演进

目前,美空军提出的“作战云” (Combat Cloud)概念已具备云协同特征。

 

一、美空军“作战云”计划

2013年,美空军提出“作战云”概念,核心理念是海、空、天、网络层的跨域协同,强调多域虚拟存在、高度融合与自然聚散。


“作战云”概念,核心理念是海、空、天、网络层的跨域协同,强调多域虚拟存在、高度融合与自然聚散

“作战云”概念的背景是F-22与F-15、F-16、F-35之间无法实现态势共享。为解决F-22的“信息孤岛”问题,美空军提出三种方案,分别为“泰龙海特”(Talon Hate )中继吊舱(2015年,美空军已接收首批4部吊舱)、“变色龙”新通信波形(无需网关可直接实现F-22与F-35的通信)、 “自由550”双波段系统(2014年3月演示了IFDL、MADL与Link-16之间的单向编译能力)。

 

搭载Talon Hate吊舱的F-15C效果图

解决了F-22与F-35、F-15、F-16等各型飞机的数据共享问题,可充分发挥F-22的信息感知优势,提高四代机、五代机之间的协同作战能力。在此基础上,美空军提出“作战云”概念,海上、空中、太空各平台实现数据共享和跨域协同,每个平台作为一个节点,可向云端提供信息或从云端下载所需信息。

通过Talon Hate吊舱,四代机F-15可以和五代机F-22建立有效的通信链路

2014年,美空军将“作战云”概念定义为情报/侦察/监视、打击、机动、保障综合体,在灵活作战框架内实现当前、未来的海上、空中、空间和网络等能力的综合一体化。


美国防部计划将现有网络进化到“战斗云”

 

二、“作战云”特征

(1)动态化、虚拟化资源池

“作战云”将地理分散的各作战平台、传感器、武器系统、各类数据等战场资源相互链接,构建一个网络化战场资源池。资源池具备分布网络化、虚拟化、动态自组织接入、按需访问等特征,节点之间网络拓扑存在高机动性,每个节点可自由出云入云,且具备输入输出特性,既向云端提供信息与服务,也从云端获取信息与服务,且可根据特定作战任务需求,进行动态资源分配。因此,云端呈虚拟形态,不存在具体形式,但又无处不在。

“战斗云”将构建一个网络化战场资源池

 

(2)云融合

“作战云”的本质是融合,基于云技术实现战场资源整合管控,实现地域、空域、时间域分散的各有源、无源传感器协同探测,完成战场态势实时共享和决策支持,缩短战术决策时间,提升单元要素间的协同能力与整体杀伤效能。

“作战云”的战场资源整合管控将比CEC更进一步

 

(3)分布式“云杀伤链”

“作战云”打破了作战平台、传感器、武器系统之间的硬链接,以松耦合方式构建“探测-跟踪-决策-打击-评估”的完整“云杀伤链”。通过战场资源的高效管控、 目标数据的实时处理分发共享,在云端完成目标探测跟踪、数据融合、目标指派、火力分配、火控制导、毁伤评估等作战流,各平台无需本平台传感器数据进行目标引导跟踪,也无需发射本平台武器即可完成目标攻击,从而实现对超视距目标的先敌发现、先敌攻击、先敌摧毁。

美国空军设想优化后的杀伤链最终状态锁定在小于2分钟

 

三、云协同作战影响

与传统的多平台协同相比,“作战云”概念采用类似“云计算”技术,从体系层面实现陆、海、空、天各作战域的战场资源整合,汇聚成“云”,完成战场数据的网状交互,具备全域性、分布式、网络化特点,将对未来的空战体系产生深远影响。


“战斗云”体系层面实现陆、海、空、天各作战域的战场资源整合

 

(1)云空战体系

各域作战平台通过云端实现互联互通,云作战体系呈现虚拟化、无形化趋势。每个平台作为一个云节点,既向云端提供信息,也从云端获取信息,目标探测跟踪数据在云端实时共享,融合成火控级的目标航迹,云端各平台可向战机发送发射指令,目标照射和导弹制导也可由第三方完成。因此,整个云作战体系具备自我修复功能,即使单个平台或局部平台被击毁,也不会造成整个作战体系的瓦解。


云作战体系加速了网络中心战时代的“侦、控、打、评”全流程

 

(2)分布式常态空战模式

当前各域平台之间的信息共享有限,空战模式仍采用集中指挥、分散执行的线性模式。基于云协同技术,各域平台可随时入“云”出“云”,提供数据或从云中获取信息,具备即插即用和自然聚散特性,构建出灵活多样的动态“蜂窝式”力量结构和分布式作战样式。


基于云协同技术,各域平台可随时入“云”出“云”

 

(3)有人/无人协同成为常态编队形式

在云协同环境下,载荷量较小、但智能化程度不断提升的无人机将从战场支援角色转变为“观察-确定-决策-行动”(OODA)作战链的全程参与者甚至主导者,云端将呈现无人机与有人机的常态化混合编队协同作战形式。在五代机论证中,美军曾考虑分别设计有人版和无人版,构建无人-有人编队,共同执行战术任务。

 

在云协同环境下,有人/无人协同将成为常态编队形式

 

(4)多样化协同空战样式

借助云协同技术,空战样式将呈现更加的多样化,实现作战平台、传感器、武器系统等空战资源的聚合优化与空战效能的最大化。典型空战样式包括:精确提示、远程发射、远程交战、制导交接、云作战等。其中,云作战样式中,云中任意一架或多架飞机完成目标探测跟踪,数据上传至云端,融合为火控级目标航迹,由云端选择最适合发射的平台完成导弹发射,随后云端分配一架战机全程制导或多架飞机接力照射目标,更新目标数据,发送导弹修正指令,完成导弹接力制导。

借助云协同技术,空战样式将呈现更加的多样化

这种最优化空战资源的云作战样式将是未来的主流空战模式。对于雷达而言,通过多平台的综合信息融合,提升多孔径协同探测能力,可实现对四代机或未来五代机的群体对抗优势。不过,由于云端作战平台数量的动态变化,平台种类的多样化,数据类型的复杂化,整个云网络需具备高速运算和实时分发共享能力。

 

延伸阅读:《美军“战斗云”概念渐成型 或成未来作战新常态》

据美国《飞行国际》8月4日报道,诺斯罗普·格鲁曼公司(以下简称“诺格公司”)已拓展了“战场机载通信系统节点”(BACN)能力。在此基础上,企业机载网关网络(EAGN)有望使所谓的“战斗云”成为作战常态。据悉,BACN以EQ-4 “全球鹰”无人机和E-11A“全球快车”飞机为平台,旨在解决美军和盟军之间在阿富汗山区超视距语音通信中继和数据交换的需要。美空军正在探索高冗余、安全的机载网络企业需求,将其“战斗云”概念变为现实。
诺格公司基于BACN和智能节点吊舱搭建的空基信息网络

 

让各种武器“联起来”的“战斗云”概念
所谓“战斗云”,是五角大楼设想的在各种各样的舰艇、飞机和卫星之间分享数据的情景,这是五角大楼一直追寻但还没有实现的计划。尽管五角大楼在这个方面的工作时断时续,而一位退役的美国空军军官正受命将各个军种、工业部门和学术界的相关方面捏合在一起以形成和加入云。


所谓“战斗云”,是五角大楼设想的在各种各样的舰艇、飞机和卫星之间分享数据的情景

目前,美国空军最为昂贵的隐身飞机不能与其他平台进行信息交换,这会导致那些高投入的系统互相排斥,这也就是其正在努力解决的所谓“五代机对四代机”的问题。与此同时,还有一个目标更为宏大,目光不仅仅停留在将美国空军隐身机群(如F-22A、B-2、F-35)与其他机群连接的层次上,而是要形成一个包罗万象的数据网络,一个包括了战斗机、情报飞机、卫星、舰艇和直升机在内的云。各个平台都是其中的一个节点,既向云中上传信息,也从云中下载信息,即使在作战的时候也是如此。空军预计,云的实现可能需要10年甚至更长的时间。
美军的第五代战机及隐身战机与其他平台进行信息交换存在困难

云的实现会需要若干步骤。美海军目前正在实施其”海军综合火控防空一体化“计划,将它的舰艇和飞机联网以保护其海上装备。同时,美国海军陆战队也在推进其陆战队空地特遣部队的联网。然而,主要担负夺取制空权责任的美国空军却处境尴尬,因为空军的机群要承担多方面的任务,却不能互联。位于马萨诸塞州汉斯科姆空军基地的美空军电子系统中心计划在2014年10月底之前发布提供信息请求,请求工业部门提供四代机对五代机的网关信息,相应的招标书草稿原本预计会在2015财年的第2季度发出。
美海军目前正在实施的”海军综合火控防空一体化“计划(NIFC-CA)旨在创建一个完整的杀伤链

美空军曾为了使在阿富汗作战的装备实现互联,紧急开发了战场机载通信节点有效载荷,供庞巴迪公司“全球快车”喷气式飞机和“全球鹰”无人机使用,他们现在想继续开发这样的网关来实现隐身战机与传统机群的互联。

美国空军接收首架装备BACN的E-11A“全球快车”飞机 时长46秒

波音公司设计了用于五代机和四代机联通的第一款吊舱—Talon Hate,作为网关和有限的空军网络的情报综合节点使用,计划装在F-15战斗机上以满足太平洋空军部队的紧急需要。


搭载Talon Hate吊舱的F-15C效果图

Talon Hate吊舱可接收从F-22战斗机飞行编队内部数据链传送来的数据,再通过LINK-16数据链或多功能信息分配系统传送给空军部队的其他战斗机和情报飞机。一个宽带全球卫星通信链路也可以加入Talon Hate吊舱,以引入其他的保密数据源。吊舱以后还会增加红外搜索和跟踪能力。在联合部队进行反防空作战的时候,F-22A战斗机可以突破敌人的防空系统将其削弱,同时向后面的F-15战斗机提供其获取的目标数据。然而,Talon Hate系统只能够支持4个吊舱,因此会被空军电子系统中心的四代机对五代机的网关取代。四代机对五代机的网关目标系统是多域自适应处理系统,功能比普通网关更加广泛。上述这些系统最终都会汇入由一位退役的美国空军中将提出的跨军种多国“云”之中。

 

未来高强度对抗环境中,航天系统或不靠谱而引发的忧虑
在过去20年中,美国空军已经打造了一支强大的空中舰队。在阿富汗和伊拉克,美国空军将其天基的情报、监视和侦察工具与实施精确打击的武器装备(包括轰炸机、战斗机和无人机)进行互联。但在高强度对抗的环境中把这些能力整合在一起就是另一回事了。对手可能会试图阻止美国使用其航天系统,并攻击美国的指挥与控制系统。
为了保护美国的航天通信及指控系统,美国防工业界提出了多种方案

尽管五角大楼提出的空海一体战(ASB)概念提议把空中与海上部队更紧密地整合起来,让两个军种有机会讨论如何更好地整合各自的能力,但空军和海军目前的航空现代化计划显示:它们并不同步。用五角大楼的话说,提出最终解决方案存在风险,意味着它们没有很好地协调。有人已提议空军和海军空中作战部队注意这一困境。
空海一体战(Airsea Battle,ASB)自提出以来已经历过多轮概念修改。2015年3月,美军联合参谋部以备忘录的形式正式将“空海一体战”概念更名为“全球公域介入与机动联合”概念。

在2014年4月战略与预算评估中心(CSBA)的报告中,该中心高级研究员马克·A·冈辛格和前任美国空军情报主管戴维·A·德普图拉(退役中将)写道,“是国防部认真考虑混合空中作战部队的时候了”。他们建议美国空军和姊妹军种重新思考旧习惯,把精力放在注重真实世界的安全问题和反介入/区域拒止(A2/AD)威胁的工具和概念上。他们主张,远程情报、监视与侦察设备和攻击机应该成为重点,要实时适应装备精良的敌人——使用网络战、电子干扰和弹道导弹等工具。
CSBA的报告中列举了中国武器装备所能覆盖的威力范围

德普图拉主张各军种采用分散式空中作战,配以能够不断进化的数据链、抗干扰通信系统和新的瞄准工具。这将有助于确保天基能力不会成为反介入/区域拒止作战的依赖,并将促使空中、地面、海上和太空领域信息共享的飞跃。与网络云相类似,德普图拉将这一概念称为“战斗云”。它将结合有人和无人系统,利用隐形飞机、精确武器和先进指挥控制系统的优势,确保敌人单一的点攻击不会瘫痪美国的作战行动。这种努力也意味着有机会创造出模块化、规模化的作战能力,而不是迫使某种飞机或其他设备承担越来越多的任务。


中国军网发布的美“空海一体战”示意图
尽管这听起来很遥远,但有些能力已经过了战斗检验,特别是指挥与控制方面。最近的作战行动展示了Link 16数据链、战场机载通信节点、战术瞄准网络技术和其它系统的作用,尽管是在相对安全的作战环境中——即美国设备主宰了天空。然而,正如德普图拉和其他人所指出的,这些系统的诞生并没有将各军种和各盟国的合作最大化。“战斗云”方式将有助于解决这一问题,把潜在的能力空白最小化。


目前,美国空军把主要精力放在处理财政和结构上的深重危机,艰难地决定未来十年保留和放弃何种能力。美国空军领导层已经明确指出空军应做怎样的战斗准备,而战斗云似乎正是为此量身定制的。在马克·A·威尔士三世上将2012年8月担任空军参谋长以后,就开始处理空军在现代化和重置方面的艰难抉择。威尔士在上任之初就提出了明确的指导原则:美国空军不会丧失在激烈、高强度冲突中的战斗能力,因为这代表了空军力量存在的目的。正如美国海军所指出的,作战能力不会成为应对未来冲突的限制因素,难点在于其互通性。美国空军领导层似乎也相信这一点,两个军种都建议要有一种开放的云概念来解决。
马克·A·威尔士三世上将2012年8月担任空军参谋长以后,就开始处理空军在现代化和重置方面的艰难抉择

 

聚零为整、化整为零是“战斗云”概念的精髓要义
美国空军正在考虑,未来隐秘存在的战斗云可能是重组各作战系统的关键。为了作战的胜利,美国空军依赖于实时数据。当云计算后端用于美国空军大部分的数据管理任务时,检索归档信息或以安全的方式查看实时信息都变得更加容易。
“战斗云”将使美国空军检索归档信息或以安全的方式查看实时信息都变得更加容易

美国太平洋空军司令卡莱尔上将坦率地讨论了云计算给美国空军的作战行动所带来的影响,他说,“我们集中指挥、分散控制和分散执行的能力——你如何执行和你能够做什么——不仅依赖于云技术,还依赖于网络技术,网络协同以及有人和无人系统之间的协同”。卡莱尔还表达了他对云迁移的关注,他说,“今天,我们正在致力于云迁移,但我们还有很长的路要走。我们甚至无法建立我们一致同意的正确基准。当涉及到网络的协作和先进技术的数据链时,海军和空军不一定在同一张乐谱上”。
'战斗云'将使美国空海军同时受益

卡莱尔继续解释战斗云的概念。他提到,“还没有像战斗云这样的事物。这是我们试图概念化的想法。这就像平民云,除了两件事情对战斗云是基本的”。卡莱尔继续解释道,“一个是它必须是能够适当地分解——对手会试图将其关闭,所以它不能运行于一个平台上,而且它不能只是让一架小的无人机盘旋在那里,关闭你的云,因为有人发现了它,它就不见了。它必须有足够的地方运行,所以即使有人离开,有人给出备份,它仍然知道到处渗透的信息在那里”。


诺格公司信息系统部经理凯斯沃登表示,该产品源于BACN基线,公司主要聚焦美军在太平洋和非洲地区的作战需求开展应用开发。她还补充称该产品同时还拥有“和美国多个盟友同时对话的企业机载网关网络能力”。
NASA的WB-57搭载诺格公司BACN系统进行首次飞行测试

法国空军亦有类似的需求。机载指控信息系统部商务主管罗伯.伊万斯表示,“这和共享战场感知及联合集成相关,BACN的设计目标是解决非常特殊的问题,然后会逐渐延伸出完成其他任务的能力,如连接不同的网络等。”伊万斯提出了一些适用于EAGN的作战概念,其中大部分作战概念和RQ-4“全球鹰”无人机相关,而且与美国空军未来远程轰炸机潜在也有一定的关联。伊万斯称,应用范围从通过战场重建通信系统到跟踪发射导弹及作为替代的卫星等多个方面。同时,7月14日美国和诺格公司签署了一份研发协议,对RQ-4B“全球鹰”无人机所有载荷的适配器进行验证,可使无人机携带多种类型的传感器和洛克希德·马丁的U-2侦察机进行实时信息综合。(中国网 窦豆/谢武)


搭载BACN系统的RQ-4B“全球鹰”无人机

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