美國海軍加快智能化進程

季自力　張申　王文華

當前，以人工智能為主要標志的新時代已經(jīng)拉開帷幕，智能化作戰(zhàn)將逐漸成為未來海上作戰(zhàn)的主要樣式，依托人工智能技術和智能化武器裝備，依據(jù)海上戰(zhàn)場環(huán)境的變化，自主或半自主采取作戰(zhàn)行動，達成作戰(zhàn)企圖，完成作戰(zhàn)任務。美國海軍適應智能化戰(zhàn)爭的發(fā)展趨勢，加快人工智能的軍事應用，加速推進武器裝備的自主化、無人化和智能化。

美國海軍智能化發(fā)展規(guī)劃

美國國防部已將人工智能置于維持其主導全球軍事大國地位的戰(zhàn)略核心，以應對未來可能的“反介入/區(qū)域拒止”威脅，并將自主技術、人工智能及先進導彈視為支撐美國反制未來數(shù)十年威脅的關鍵。美軍提出了以人工智能為關鍵支撐技術的“第三次抵消戰(zhàn)略”，提出了“分布式作戰(zhàn)”“蜂群”等一系列新型作戰(zhàn)概念，推動“智能化導彈”“無人自主空中加油”等相關人工智能軍事應用項目的部署，加快人工智能技術向武器裝備系統(tǒng)和無人作戰(zhàn)體系的轉(zhuǎn)化進程，提升戰(zhàn)場態(tài)勢感知、軍事情報分析、遠程精確打擊、反導反衛(wèi)等能力，體現(xiàn)了美軍利用智能科技抵消對手作戰(zhàn)能力、形成絕對軍事優(yōu)勢的發(fā)展思路。

2007年7月美國海軍發(fā)布了《海軍無人水面艇主計劃》，從滿足美國海軍戰(zhàn)略計劃、艦隊發(fā)展以及國防部到2020年部隊轉(zhuǎn)型的需求等方面，詳細介紹了美國海軍未來無人水面艇的發(fā)展計劃，為無人水面艇賦予了反水雷戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)、海上安全、水面作戰(zhàn)、支持特種部隊作戰(zhàn)、電子戰(zhàn)、支持海上攔截作戰(zhàn)等7項任務，同時界定了無人水面艇的船型、尺寸和標準等要素。美國海軍發(fā)布了《海軍部無人系統(tǒng)戰(zhàn)略路線圖》，為海軍將無人系統(tǒng)納入全域作戰(zhàn)力量提供指南。

美軍2015年頒發(fā)的海軍新戰(zhàn)略—《21世紀海上部隊戰(zhàn)略提出》提出了“全域進入”理念，徹底顛覆了按照指揮、控制、偵察、情報、監(jiān)視、火力等作戰(zhàn)要素進行制海的方式，目標是武器裝備的多功能化、自主式作戰(zhàn)以及網(wǎng)絡化無縫隙連接，極大地壓縮了戰(zhàn)役和戰(zhàn)術時空。同時，美國海軍徹底改進了殺傷鏈的方式，加快了殺傷鏈的頻率，指揮控制不再位于殺傷鏈的更前端，而是貫穿于作戰(zhàn)行動的全過程。

美國國防部成立聯(lián)合人工智能中心，明確人工智能是保持軍事優(yōu)勢的關鍵，確定借助人工智能加快提升美軍戰(zhàn)力的途徑和方法，目標是加速人工智能的新能力交付，以支持國防部的軍事任務和業(yè)務功能，確保美國在人工智能領域的技術優(yōu)勢。2019年2月12日，美國國防部網(wǎng)站公布了《2018 年國防部人工智能戰(zhàn)略摘要》，提出了美國國防部應用人工智能的目標，指出實現(xiàn)戰(zhàn)略的方式。依賴信息化和數(shù)字化建設所構建的框架，美國海軍已開始步入軍事體系人工智能化建設的穩(wěn)定發(fā)展之路。

美軍提出了以人工智能為關鍵支撐技術的“分布式作戰(zhàn)”等新型作戰(zhàn)概念

美國海軍提出的未來30年艦船建造計劃，將貫徹“分布式海上作戰(zhàn)”的新概念。美國海軍部長指出，美國海軍將不斷深化完善概念，并設計和應用新的作戰(zhàn)架構，以支持“分布式海上作戰(zhàn)”概念實施，發(fā)展大型無人艦和中型無人艇是其中的關鍵。2017財年，美國國防部投入81億美元研究水下無人作戰(zhàn)，將在未來5年在該領域投入400億美元。美國海軍發(fā)布的新版《兵力結構評估》報告呼吁進一步加大無人艦艇采購力度，以幫助開發(fā)新戰(zhàn)術。出于降低成本考慮，無人艦將以民規(guī)設計，安裝任務載荷。美國國防高級研究計劃局已經(jīng)在無人艦的自主航行、持續(xù)部署、指揮控制、任務載荷等方面，開展了多年研發(fā)和實尺度驗證試驗。

2020財年，美國海軍將在人工智能和機器學習領域投資9億美元，較2019財年增長1.13億美元，較2018財年增長2.3億美元，其中預算的新增項目中絕大部分都與人工智能和機器學習相關。例如，將機器學習技術應用于艦船自防御系統(tǒng)，利用改進的傳感器系統(tǒng)建模能力提供一體化的光學和射頻能力，開發(fā)可負擔的認知、協(xié)同電子戰(zhàn)效應器系統(tǒng)試驗技術等。

美軍海軍的智能指揮控制系統(tǒng)

美國國防高級研究計劃局早在2007年就啟動了“深綠”計劃，旨在將仿真技術嵌入指揮控制系統(tǒng)，提高指揮員臨機決策的速度和質(zhì)量，目標是將美軍戰(zhàn)術級作戰(zhàn)任務規(guī)劃周期縮短75%。其核心技術是在指揮作戰(zhàn)過程中，基于實時戰(zhàn)場態(tài)勢數(shù)據(jù)，通過計算機模擬仿真推演出敵我采用不同作戰(zhàn)方案可能產(chǎn)生的結果，預測敵方可能采取的作戰(zhàn)行動和戰(zhàn)場形勢的可能走向，引導指揮官做出正確決策，縮短制定和調(diào)整作戰(zhàn)計劃的時間。2009年以來，美國國防高級研究計劃局先后啟動了“洞察”、可視化數(shù)據(jù)分析、深度學習、文本深度發(fā)覺與過濾、高級機器學習概率編程等大量基礎技術研究項目，探索發(fā)展從文本、圖像、聲音、視頻和傳感器等不同類型、多源戰(zhàn)場數(shù)據(jù)的自主獲取、處理信息、提取關鍵特征和挖掘關聯(lián)關系的相關技術。這一系列研究項目的實施，為推動美國海軍指揮控制智能化提供了有力支撐。

美國海軍將人工智能、導航定位、傳感器、生物特征識別、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術應用于武器裝備中，通過全域覆蓋、隨遇接入、穩(wěn)定高效、安全可靠的信息交互平臺，把感知系統(tǒng)、武器裝備、作戰(zhàn)人員聯(lián)接成一個巨大的網(wǎng)絡，實現(xiàn)時空一致、連續(xù)精確的態(tài)勢感知、信息共享和智能決策，能夠自主機動規(guī)避、自動識別定位、自動鎖定目標，推進海軍作戰(zhàn)平臺向最大限度的“自主適應、自主行動”方向發(fā)展，以更快的指揮速度、更高的打擊精度實施連續(xù)指揮和協(xié)同作戰(zhàn)。預計到2035年前，美國海軍將初步建成智能化作戰(zhàn)指揮體系;至2050年前，美國海軍的智能化作戰(zhàn)指揮體系將發(fā)展到高級階段，武器裝備系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)全面實現(xiàn)智能化。

美國海軍正逐步打造智能化作戰(zhàn)指揮體系

美國海軍正在加速研發(fā)戰(zhàn)場推理軟件，運用深度學習技術訓練出具有邏輯分析能力的機器，發(fā)揮機器的速度和理性優(yōu)勢，以便為海上作戰(zhàn)提供態(tài)勢評估、建議甚至實施決策。此外，美國海軍還加快深度學習技術向應用的轉(zhuǎn)變，自2017財年開始增加深度學習科研項目，包括研發(fā)可用于低功耗平臺的嵌入式深度學習算法與稀疏數(shù)據(jù)分析的深度學習技術，以及通過深度學習方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)目標分類等。通過實施自學電子攻擊技術、認知無線電臺技術、基于認知的協(xié)作決策感知認知模型、基于腦電波識別和認知算法的戰(zhàn)場威脅探測技術等項目，大力推進認知計算技術在指揮控制領域的應用。

在作戰(zhàn)指揮方面，美國海軍已實現(xiàn)了艦內(nèi)各系統(tǒng)、各戰(zhàn)位，單艦與友艦、友機，單艦與艦隊、岸基指揮所乃至最高聯(lián)合指揮機構之間的自動化指揮和通信。在自動控制方面，美國海軍艦艇的作戰(zhàn)系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)從情報收集、分析、判斷到控制的自動化。美國海軍尋求利用人工智能算法來處理海洋數(shù)據(jù)，以幫助指揮官了解敵軍的位置、敵軍的活動和敵軍的視角。美國海軍早在2016年就開發(fā)出能實現(xiàn)F-35B戰(zhàn)斗機與宙斯盾驅(qū)逐艦共享戰(zhàn)場情報的聯(lián)網(wǎng)項目，把連接海上、陸地、空中、太空和網(wǎng)絡空間中所有作戰(zhàn)要素的能力作為維持作戰(zhàn)優(yōu)勢的必要條件。

美國海軍的智能化武器系統(tǒng)

美國海軍在新型艦艇的艦載裝備設計中，將把電子化和智能化排在首要位置，艦載激光武器、先進艦炮、新型遠程反艦導彈、高超聲速武器等都在大力發(fā)展之中，武器系統(tǒng)的智能化、自動化水平大大提升。

美國海軍將升級過的傳感器、高速網(wǎng)絡和增程、超視距可攔截彈道導彈整合使用形成革新的能力，形成智能防空火控系統(tǒng)，提供完全聯(lián)網(wǎng)、分布的遠程防御性火力。美國海軍艦艇的作戰(zhàn)系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)從情報收集、分析、判斷到控制的自動化。遠程反艦導彈作為美國海軍推行“分布式殺傷”概念的核心裝備，覆蓋水面艦艇的常見交戰(zhàn)距離，在自主感知威脅、自主在線航跡規(guī)劃、多彈協(xié)同、目標價值等級劃分、目標識別等方面的智能化水平極高。

美國海軍艦隊可通過偵察衛(wèi)星、艦載偵察機和預警機，進行遠程偵察和預警。艦載E-2C預警機探測距離達1300千米，可以同時跟蹤600多個目標，能夠為美國海軍艦隊提供30分鐘的預警時間。導彈巡洋艦的宙斯盾防空武器系統(tǒng)探測距離達400千米，可以同時跟蹤100多個目標，而且具有反應時間短、防空火力強、抗干擾效能好和能全空域作戰(zhàn)的特點。美國海軍艦艇機舵的主輔機和電站已經(jīng)實現(xiàn)多級控制和自動監(jiān)控，大大減少了值守艦員數(shù)量，提高了作戰(zhàn)效能。

美國海軍在新一代航母推廣使用電磁彈射技術，并陸續(xù)將微電子技術、液壓技術和人工智能等新技術用于發(fā)展艦載機保障裝備。未來，美國海軍計劃發(fā)展更為先進的阻攔裝置和基于人工智能的艦載機著艦技術，以提高艦載機保障裝備的效率。美國海軍運用智能嵌入式診斷手段，實現(xiàn)對航母艦載機的自動故障檢查。該診斷手段將包括神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊理論、信息融合等在內(nèi)的智能理論，應用到常規(guī)診斷的設計、檢測、診斷和決策等方面，從而彌補常規(guī)診斷設備的不足，提高設備綜合效能。

美國海軍已經(jīng)開發(fā)出F-35B戰(zhàn)斗機與宙斯盾驅(qū)逐艦共享戰(zhàn)場情報的聯(lián)網(wǎng)項目

美國海軍的無人作戰(zhàn)系統(tǒng)

美國海軍加快發(fā)展無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，已經(jīng)對集群式無人水面艦艇的相關技術進行了多次演示驗證和演練，以加快形成新型水下無人集群作戰(zhàn)能力。美國海軍以護衛(wèi)高價值水面艦艇為典型應用場景，利用13艘攜帶防空機槍的無人水面巡邏艇（其中5艘為自動控制，8艘為遠程遙控），進行了協(xié)同作戰(zhàn)測試。采用無人艦船后，美國海軍的兵力結構將從大型主力艦船為主的力量集中型，向分布式節(jié)點兵力轉(zhuǎn)變，驅(qū)逐艦主要擔負指揮控制任務，大型無人艦擔負火力打擊任務，中型無人艇擔負偵察監(jiān)視任務。

美國海軍提出了無人艦應具備和提高的5類關鍵能力.一是持續(xù)部署力：增加可靠性、安全性;提高持續(xù)部署能力和續(xù)航力。二是自主航行和精確導航：增加自主航行和決策的能力水平;增加精確性和可靠性。三是指揮、控制和通信：安全、自主和可靠的部署和回收;標準化的指揮、控制、通信。四是任務載荷和傳感器：增加傳感器和任務載荷的容量;提升可用性。五是平臺的綜合集成：增加平臺部署和回收能力;增加與主控作戰(zhàn)平臺的協(xié)同。

2016年6月，美國海軍的無人水面艇海獵手完成了初始測試，航速、操縱性、穩(wěn)性、耐波性、燃油消耗、機器系統(tǒng)可靠性等都滿足在開闊大洋航行的要求。從2017年開始，由海軍研究辦公室組織進行任務系統(tǒng)改裝，以評估其掃雷、電子戰(zhàn)、反潛能力。2019年9月，美國海軍水面試驗中隊開始了測試工作，主要對作戰(zhàn)適應性，與現(xiàn)有艦隊裝備的協(xié)同性等進行檢驗。美國海軍已經(jīng)將無人艇列入裝備采辦計劃，2020年海軍首先安排6.28億美元作為研發(fā)資;計劃從2020年至2024年投入約40億美元，購買10艘大型無人水面艦艇和9艘大型無人潛艇。

2018年，在海軍4000架現(xiàn)役飛機里，包括了41架無人機;2019年還將采購99架無人機。美國海軍研究辦公室發(fā)起“低成本無人機集群技術”項目，采用雷神公司的?郊狼電動螺旋槳無人機作為演示樣機，可以每秒1架的速度發(fā)射上百架。這些小型無人機利用近距離射頻網(wǎng)絡共享態(tài)勢信息，協(xié)同執(zhí)行進攻或防御性任務，以數(shù)量優(yōu)勢壓制敵人。美國海軍正在發(fā)展一系列功能多樣化、小型、廉價、具有攻防能力的飛航導彈、小型無人機，以滿足精確打擊、防區(qū)內(nèi)偵察、防區(qū)內(nèi)電子戰(zhàn)，甚至防空反導等多樣的需求。