| 數字技術應用與發展已經成為美軍的優先戰略之一，尤其是在美國空軍方面，其已于2019年率先發布戰略白皮書，開始強化發展“數字空軍”，這也是美空軍跟隨美國防部戰略發展的措施之一。未來，數字技術將對軍事競爭力的提升具有重要作用。 數字技術發展已經貫穿于美空軍的多個新發展項目。除了在戰略層面采取措施，發布“數字空軍”戰略，美空軍已經在“下一代空中主宰”（NGAD）項目、ABMS和JADC2項目、忠誠僚機和天空博格人、E系列武器等項目中深入應用發展數字技術，并在“下一代空中主宰”（NGAD）項目中提出了“數字百系列”的戰斗機研制創新模式。 一、“數字空軍”戰略發展 2019年7月9日，美空軍發布《數字空軍》（The Digital Air Force）白皮書，提出建立“數字空軍”的計劃，強調利用武器、傳感器和分析工具的網絡綜合優勢對部隊進行改革。 白皮書指出，美國空軍正面臨復雜的安全環境，對手試圖跨越各個戰場空間域發起挑戰，對抗其防空、反太空武器和網絡空間的優勢。為了掌握戰爭優勢，美空軍需進行跨空、地、海、太空和網絡域的協同作戰，整合和融合不同元素。 1）“數字空軍”的發展方向 空軍要從以平臺為中心的作戰轉向以網絡為中心的作戰。開發系統族融合并共享數據，為作戰指揮與控制提供依據。未來，每個平臺都必須在復雜系統中“連接、共享和學習”，并在受保護和有彈性的通信鏈路上進行通信。這些網絡要擁有分布式能力，能夠自我修復以防單個節點丟失，允許信息通過其他路徑進行傳輸。這種數字網絡中心通過應用機器學習算法和人工智能等技術，可以明顯加速決策周期。 2）“數字空軍”的目標遠景 美空軍建立“數字空軍”的目標包括三個方面：
3）建立“數字空軍”的計劃措施 為實現上述愿景，美空軍將在三個相互關聯和支持的領域協同實施改革，包括：IT架構、數據管理和業務運營。將物理戰、信息戰、賽博戰和業務實踐進行整合，以適應大國競爭；將開展最高級別的指導和管理重組，將由空軍副部長對建設舉措進行直接監督和管理。幾個具體舉措包括： 首先，美空軍將開發一種數字架構，作為數據和信息流的共用主干；轉向使用基于云的解決方案來存儲和共享數據，以確保所有空軍人員在任何時間和地點需要時能夠不間斷地訪問所需的數據；這些系統要具有彈性和安全性，可在最具挑戰性的電磁環境中進行數據傳輸；改進對數字安全的認識，推進系統驗證的新標準，以快速連通新的創新系統。 其次，美空軍要設計數據管理架構和標準化策略，以支持平臺之間的數據自由交換；要求數據要以通用的讀取和提取格式進行收集、存儲和傳輸，以最小化接收、處理和使用來自多個系統信息之間的延遲。 第三，改變管理人員和業務系統運營方式，將日常的IT基礎設施管理移交給簽約服務提供商，以使網絡專業人員更專注于作戰人員的任務，并將信息操作與戰術和戰略目標聯系起來；改變系統操作人員的招募和培訓方式，使之管理專為作戰效果而設計的基礎設施；理順、整合和完善業務管理系統和實踐，在適當的情況下對需求、活動和系統進行合并，并實施促進創新、流程改進和強制發展的計劃。 二、戰斗機“下一代空中主宰”計 劃與“數字百系列”發展理念及模式 1）“下一代空中主宰”計劃與“數字百系列”的由來和戰斗機研制模式創新 下一代空中主宰（NGAD），是指美國空軍下一代戰斗機項目。2014年正式提上日程，最初預期目標是在2030年前研制出F-22的后繼機型。2019年6月，NGAD項目發生重大顛覆性變化，空軍負責采辦的助理部長羅珀宣布將重塑NGAD，重點從提供F-22的繼任者轉變為創建一個環境，支撐新舊能力下的網絡化部隊，能力中可能包括或不包括新飛機。這意味著，項目重點不再是開發一種新型飛機，而是利用能力在多個領域(包括空中，太空和網絡空間)實現空中優勢。與之呼應的是，2019年3月份發布的五年預算支出計劃將NGAD預算削減了一半，2024財年前的支出從132億美元降至66億美元。此外，空軍領導人明確排除了未來5年對下一代戰斗機的支出。相反，NGAD預算將致力于開發新一代傳感器和通信鏈路以及開放系統計算架構。 在NGAD項目擬采用的新采辦策略下，由少數能力強大、地位穩固的國防工業巨頭長期把持的作戰飛機設計和制造“特權”及其冗長的研制周期和高昂的發展成本，都將讓位于新的開發模式：擅長利用數字工具的新興公司將效仿汽車工業，在通用底盤的基礎上開發出多個型號，再交給專精制造的工廠對其進行批量生產。這一新模式旨在顛覆美國傳統的航空航天工業，為NGAD項目提供支持。 羅珀以美國空軍20世紀40年代后期至50年代中期發展的“百系列”戰斗機為例，闡述他所構想的激進策略。當時多家公司在短時間內快速推出了數型能力各有側重的戰斗機，但隨著航空技術的發展，戰斗機的設計日趨復雜，新型號的發展周期往往需要數十年之久，而且只有波音和洛馬這樣的巨頭才能勝任。羅珀希望仿照汽車行業，分解設計和生產過程，引入更多公司參與競爭而防止一家獨大的局面。這也就意味著，NGAD項目的采辦策略由此將轉化為“數字化百系列”。 “數字化百系列”將數字工程視為一種適應新興威脅的方法——依賴于快速數字工程，每隔幾年就推出一種新的飛機設計，然后批量生產。羅珀表示，數字工程帶來了高水平的擬真度，不僅僅是飛機的設計，就連裝配線也可以是數字化的，工程師可以在虛擬模型中進行優化，將裝配過程從需要多年培訓的技術人員更改為僅需要較低技能的人員。開放式系統架構整體融入設計之中，將使下一代戰斗機進入螺旋上升式的快速發展軌道，而數字工具對于全壽命周期的仿真模擬則有助于降低維護保障成本。羅珀的目標是將NGAD項目中的新型戰斗機平臺發展周期壓縮至五年以內甚至更短。 目前，包括波音公司在內的部分航空航天工業企業已開始采用類似策略，其T-7A高級教練機就沿襲了汽車公司廣泛采用的基于模型的系統工程方法，該公司還根據汽車制造原理對B777等商用飛機生產線進行了改造，例如通過確定性裝配方案減少對硬質模具的需求。 羅珀的上述設想得到了美國空軍參謀長在內的軍種高層的全力支持，但他對航空工業的未來愿景，即分割單一型號飛機的設計與制造、改進和維護，也招致了大量批評。部分專家認為其做法過于魯莽，“在邏輯上犯了根本性錯誤”。還有專家稱，羅珀的設想“不太像汽車工業，更像是蘇聯和俄羅斯奉行的設計與制造脫鉤的過時體系”，而且在項目資金分配方面也未做到重點突出。 2）最新進展 2019年10月2日，羅珀宣布，正式成立先進飛機項目執行辦公室(PEO)，該辦公室位于俄亥俄州萊特-帕特森空軍基地，主任為戴爾·懷特上校。羅珀在聲明中指出，將通過該PEO尋求一種更快速、更低廉、更敏捷的持續創新解決方案，通過綜合運用模塊化開放系統架構、敏捷軟件開發和數字工程的“三位一體”工具，對戰斗機進行每四年一次的高頻率升級，實現“螺旋上升式”研發。該PEO還將“把‘下一代空中主宰’(NGAD)項目轉化為空軍的數字化‘百系列’戰斗機，加快先進戰斗機的設計、研發、采辦和部署”。聲明同時強調，NGAD項目雖然采用全數字設計與制造技術，但不會改變其追求的作戰技術。羅珀甚至希望NGAD項目所探索的快速迭代方案應用于NGAD項目中的無人機、導彈、指揮控制系統和空軍未來研發的軍用衛星等重要項目。 2020年8月，NGAD項目的采辦策略制定完成，羅珀透露該文件在空軍領導層內獲得了廣泛認可和接受。他并未公開項目成本和時間進度等信息，但表示該策略涉及一些假設和權衡，主要圍繞通用性、數字工程可能出現的節點，以及在平臺上螺旋上升式應用新技術。最大的權衡是“與退役這些飛機相比，怎樣才能盡可能快速地對不同批次的飛機進行螺旋升級”，目前獲得的一個重要發現就是，“這些飛機在服役15年后需要（我們）付出不成比例的維護保障成本”。 2020年9月15日，羅珀在空軍協會空天網年會線上會議宣布，“下一代空中主宰”（NGAD）項目的全尺寸驗證機已開始試飛，同時“打破了一系列紀錄”。羅珀并未透露飛行、能力或采辦策略相關的細節，但表示全尺寸演示驗證機的試飛是證明使用數字工程技術能夠開發全新、尖端的作戰飛機的關鍵一步。此外，羅珀還證實，NGAD項目的多個任務系統也正在隨演示驗證機進行試飛，目前進展順利。 三、ABMS和JADC2 1）簡介 2016年，美空軍發布的《空中優勢2030飛行計劃》中首次提出“先進作戰管理系統”（ABMS），構想采用多種傳感器平臺以實現能力分散化，確保在強對抗環境下的作戰管理與指揮控制功能。2018年，美國將戰略重心轉移到與同等對手的競爭和潛在沖突，此后國防部提出建設“聯合全域指揮控制”（JADC2）體系，將來自所有軍種，包括陸軍、空軍、海軍、海軍陸戰隊和太空部隊的傳感器和射手實時連接在一起，實現無縫通信和跨域指揮控制。 為滿足JADC2的要求，美空軍調整了ABMS的聚焦范圍和發展方向。2019年4月，美空軍宣布了ABMS的新愿景，即ABMS將作為一個多域指揮控制系統族以支持陸、海、空、天和網絡空間域的作戰。2019年11月， JADC2被參謀長聯席會議確定為旨在支持多域作戰（MDO）的概念，同時ABMS成為JADC2的空軍解決方案。ABMS至關重要，將為決策提供幫助，并為JADC2作出貢獻。空軍將ABMS設想為一個系統族，包含云計算技術，人工智能算法和智能設備以及無線電等傳統通信設備等。 為開放式體系架構系統簇（支撐多個集成的平臺實現能力）開發相關技術和系統，以使其作為一個跨域（空、陸、海、天、網和電磁頻譜）系統運行。 2）最新進展 美空軍已為ABMS確定了數字體系結構、標準和概念；傳感器集成；數據；安全處理；連通性；應用和效應集成7個技術類，并提出28種ABMS產品。迄今已授予70家企業合同，提出33億美元經費申請。 2020年10月，美陸軍和空軍達成為期兩年的合作協議，將建立基礎級聯合全域聯合指揮與控制（CJADC2）體系，在傳統的JADC2 體系中增加聯合（Combined）概念，實現傳感器和武器系統的高速協同。按計劃，兩軍將在2022財年年底之前開發出數據共享標準和服務接口。 空軍和太空部隊進行了先進作戰管理系統開發，且已進行兩次測試。空軍通過該系統將傳感器和武器系統進行連接，有效縮短殺傷鏈生效時間。陸軍近兩年開展了作戰網絡開發工作，計劃完成并交付JADC2工具。近期，陸軍在亞利桑那州尤馬試驗場進行的為期一周的“項目融合”試驗中，陸軍基于人工智能、自動化系統等新型作戰網絡工具，實現了跨域戰場態勢/指揮/控制數據的高速傳輸。試驗證明，陸軍作戰網絡中，傳感器和武器系統之間數據交聯速度由20分鐘減少到20秒，作戰應用效果突出。美國海軍于2019年底宣布與空軍協同進行JADC2開發。美國各軍種（包括新組建的太空部隊）通過開發數據共享標準/服務接口，實現跨域聯合網絡搜集信息數據的共享，將所有傳感器、武器系統、指揮控制設備等實現高效協同，為美軍提供前所未有的戰場打擊、控制能力。 四、E系列武器 近80年來，美國的X系列飛機（x-plane）一直是尖端航空技術的標志。如今，美國空軍為數字時代推出了一種新的系列飛機，即E系列飛機（E-Plane）。2020年9月，美國空軍部長芭芭拉?巴雷特表示，美國空軍部隊和太空部隊將開始使用數字工程設計和測試的飛機、武器及衛星編號，這些裝備的名稱前都將加上“E”。數字工程使用先進的計算機建模技術、仿真技術、虛擬現實技術和增強現實技術等快速繪制硬件藍圖，并在不搭建物理原型機的情況下，測試各種構型如何在真實世界中發揮作用。與過去的計算機輔助開發技術相比，現代化的數字工程更加準確和可靠。 波音公司的“紅鷹”教練機是第一種獲得“E”系列稱號的飛機，即ET-7A。“紅鷹”教練機應用了先進的設計工具，利用數字技術跨越了地域的限制，由分布在全球的不到200人（而不是成千上萬人）來設計、制造和測試。新的3D建模軟件意味著波音公司可以創建一個數字孿生，在虛擬的風洞中測試飛行性能，并快速做出調整，而不需要真實地加工金屬材料。 來源：航空簡報 作者：何鵬、遠航 |
