2023-11-22 兰德:创建21世纪中叶以无人为中心的海军

砺道智库 玉明 2023-11-22 11:51 发表于北京

据《海军新闻》网11月中旬报道,2023年底,美国海军将面临许多挑战,包括预算持续决议、要求严格的后勤、战备和需求的负担、未能实现的招募目标、以及同等国家的军事建设、威胁和压力。针对美国海军未来的需要,从更多的两栖舰艇到更多的造船厂,到更智能的弹药,或者新设计的军舰、水上飞机和水上飞机,再到创新的技术概念,兰德高级工程师斯科特·萨维茨博士做出了富有洞察力的回答。

如果美国海军想要保持世界第一海上力量的地位,就需要大力转向无人平台。在过去的两个世纪里,与其他海军和空军一样,它的战斗力日益集中在数量越来越少、能力更强、更昂贵的资产上。这种趋势不能继续下去:海军的主要资产不仅变得稀缺,而且在人力、作战和财务方面都变得太有价值,以至于无法承受巨大的风险。对大规模伤亡的高度敏感以及采购和维护成本的迅速上升加剧了这个问题。此外,过去几十年的海战经验表明,高伤亡率是常态,就像空军和地面部队经常出现的情况一样。由于敏锐的传感器和有效的远程武器的激增,环境变得更加致命。虽然欺骗、防御和损害控制可以减轻威胁,但海军的舰艇和飞机必须数量众多,如果它们受到消耗率的影响,否则会妨碍任务的成功。

美国海军内部的主要领导人已经认识到这个问题,并寻求“分布式杀伤力”来帮助扭转这一趋势。实现这一目标并减少脆弱性的一种方法是将未来海军的大部分集中在无人驾驶飞机和舰艇上。向以无人为中心的海军的长期过渡将导致平台数量大幅增加,并增强将其置于危险之中的能力。这将取决于无人驾驶飞行器设计、信息技术、材料科学和能源存储等领域的进步,所有这些都将使海军能够拥有所需的资产数量和风险承受能力。


图:分布式杀伤力概念图

为了确定如何最好地设计、集成和使用无人资产,海军需要从根本上考虑其任务。海军战略家自然会用不同的术语来描述任务,并且常常对完成任务的不同方法的相对价值存在分歧。然而,借鉴过去一个半世纪伟大思想家的集体著作,出现了三组主要的使命类别:

·确保民用和军事对海洋(包括其上空)的使用,同时不让敌人使用

·对陆地及其空域实施行动,同时对抗敌人的行动能力

·通过展示完成上述两项工作的能力来阻止冲突。

这些任务类别中的每一个都包含众多任务。确保海洋和空域的使用包括防空、反潜和水面战、保护民用车队、封锁和反水雷以及其他战争领域。针对陆地目标的行动包括从近海收集情报、用导弹攻击空军基地或发动两栖入侵。相反,保护陆地区域免受攻击的方法可以包括弹道导弹防御、对抗潜在的两栖登陆或防止敌方海军部队接近导弹射程内。威慑可以通过存在、国际参与和展示能力的公开演习来实现。

最终结果是,本世纪中叶的海军将需要高度多样化的全套能力,就像今天的海军一样:它的任何任务都不能被放弃。一些任务可能会更新以反映新技术,例如应对对手使用无人驾驶飞行器造成的威胁,但这些任务将保留。此外,虽然还有很多不确定性,但我们可以确信,没有人真正知道未来几十年海军可能在哪里、在多大程度上以及在什么情况下执行不同的任务。即使是短期预测也充满错误。1981年,英国军方领导层并未预料到明年会对阿根廷爆发以海军为中心的战争。20世纪80年代,伊拉克似乎成为对抗伊朗极端主义的堡垒,萨拉热窝主办了奥运会,1990年代的战争显得完全难以置信。鉴于海军装备的使用寿命(其中一些装备可以使用30至50年),任何人都不应该认为自己能够洞察未来的对手或使用它们的作战环境。

考虑到一系列广泛的任务和不确定的背景,我们需要确定通过大量分配能力的平台来完成这些任务的方法。无人驾驶车辆的优势是显而易见的。无人驾驶车辆不需要容纳空间和资源来维持操作员和支持人员。他们的耐力不受人类的限制。最重要的是,他们可以更自由地陷入危险,并且可以用更少的保护层来做到这一点,这些保护层可能会限制他们执行主要任务的能力。

无人驾驶车辆改变海军的一种方式是在未来几十年内对航空母舰进行彻底的重新设计。为了解决上述许多任务领域,海军继续从舰艇上发射飞机是有意义的:多功能飞机组合可以瞄准其他飞机,对陆地目标投送力量,确保海洋安全,进行电子战,收集情报,并执行许多其他任务。无人驾驶飞行器(UAV)的航母可以比目前的同行小得多,只要它们得到额外的有人和无人驾驶船只的支持。当今航母规模庞大的原因之一是需要长跑道。无人机航母的跑道可能会更短,因为无人驾驶飞机在起飞和着陆时可能会受到极端的、导致飞行员死亡的重力。具有增强拉伸强度和耐用性的新型材料可用于发射和回收。这些无人机不受飞行员续航能力的限制,可以使用无人加油机在其他方式无法实现的范围内进行操作。这不仅使他们能够更方便地进入,而且还使航母打击群能够在更具防御性的地点开展行动。

图:土耳其海军旗舰TCG Anadolu是一个直升机起降坞和无人机航母,跑道很短。

与当今的航母相比,无人机航母上的人员数量也可以减少。随着无人驾驶飞机自主操作的能力越来越强,船上的一名飞行员可以监督大量不断相互协调的飞机。通过使用机器人(从人形机器人到拳头大小)可以减少损害控制的人员需求,这些机器人可以在人类无法操作的空间中操作。每个从航母上撤下的操作员都避免了使用自己所需的空间和资源,以及支持他们所需的大部分额外人员。

此外,现在位于运营商上的航母打击群关键元件本来就不需要在那里。例如,航母打击群的总体指挥官可以在另一艘船上,一些情报、行政和医疗单位也可以。

在无人机航母上使用传统发动机而不是核动力,将降低成本和对高技能人员的需求。当今航母的储存能力可以被一系列无人支援舰所取代,这些支援舰将成为航母打击群的一部分,在海上提供随时可用的补给。例如,多艘支援舰可以为航母和水面战斗舰提供燃料容量,作为一种舰外储存形式。这种安排将比今天的海上补给更加有机:大多数支援舰将在任何特定时间与南海舰队在一起,而一两艘总是匆忙返回港口加油。由于燃料比武器或装备更容易在海上转移,因此由支援舰主要提供燃料是有意义的。食品和其他紧凑型物品也可以像现在一样进行转移。

其他技术领域的进步可能有助于重新设计航母和舰队中的其他船只。3D打印工艺的改进将使大量的备件库存被致密粉末所取代,并能够按需制造物品。改进的无人机设计可以最大限度地减少维护需求,即使以牺牲其他设计考虑为代价,也可以减少所需维护人员的数量,并增加飞机在空中的时间百分比。新颖的材料和设计,加上改进的发动机,可以使这些无人机更加灵活,使用更少的燃料,或者携带更大的有效载荷。虽然这些变化可能是渐进式的,但人工智能可以加速改进设计和采用新材料的过程。

总体结果是,航母打击群不再由单一航空母舰主导,而是可以包含多艘较小的无人机航母。这些将由大型无人水面舰艇(USV)上的大量场外存储提供支持,这些无人水面舰艇构成了航母打击群的一个组成部分。对空间、电力和冷却的需求减少将使无人机运营商在所有这三个领域拥有充足的利润,尽管其比前身更加紧凑。随着新无人机和其他技术在其较长的使用寿命期间进入机队,这为他们提供了更大的灵活性。

水面战斗舰艇同样可以重新设计,其中一些可以是无人驾驶的。大型无人水面舰艇可以成为成熟的战斗舰艇,其设计原则是能够向空中、陆地、水面和水下目标发射大量武器。随着激光武器的成熟,一些无人水面艇可能会专门用来承载它们。在所有情况下,发射武器的授权都将来自航母打击群内的一艘载人船只。其他无人水面艇可能专门用于承载强大的雷达、电子战系统或全新的系统。设计这些无人水面艇的驱动因素是不频繁的维护需求,即使是以其他需求为代价。它们的数量足够多,可以分散在整个航母打击群中,尽管在任何特定时间,其中一些都会返回港口进行重新装载和小型维护。

航母打击群内的载人水面作战人员将指挥大型无人水面艇的行动,并发射自己的小型无人飞行器。他们将托管和监督小型无人水下航行器和无人水下航行器(UUV)以探测和跟踪潜艇,以及发射鱼雷的中型无人航行器。它们将配备装有传感器的固定翼无人机以保持态势感知,并配备垂直起飞无人机以在船舶之间移动中等大小的有效载荷。他们还可以在多个领域部署载有爆炸物的车辆来瞄准敌方部队,类似于乌克兰使用的徘徊弹药和爆炸性无人水面艇。他们将维护通信系统,进行电子战,并主持所有其他需要人类智慧和适应性的活动。南航集团内的所有舰艇和飞机将相互提供保护和支持。

图:Orca超大型无人水下测试飞行器。

同样,两栖舰艇可以分解其一些能力,作为无人革命的一部分。短距起飞无人机和导弹不需要安装在载有大量海军陆战队员、地面车辆和登陆艇的载人舰艇上。额外的有人和无人水面战斗舰以及无人水面艇支援舰可以以与航母打击群所描述的方式大致相同的方式补充两栖部队。

潜艇不太可能因无人系统的出现而发生太大变化,尽管它们可以越来越多地将此类系统作为船外资产托管。然而,无人潜航器和低调无人艇可以执行一系列行动,尤其是高风险行动,否则这些行动将依赖于高需求、稀缺的潜艇。因此,载人潜艇可以保留用于人类判断至关重要的任务。

以上只是美国海军如何转型为一支以无人为中心的部队的一些例子。其他变化可能会出现。例如,考虑到无人机运载工具的人员需求和成本较低,航母打击群可能会包括多个无人机运载工具。世界上可能散布着大型无人水面艇的母港,其低维护要求和最少的培训需求使它们成为前沿基地的良好候选者。两栖舰艇可能会发展,因为它们所提供的地面部队包括更多的无人地面车辆,其中一些车辆可能比目前的同类车辆更小或耗油更少。

实施以无人为中心的海军所涉及的技术挑战并不像可能遇到的组织阻力那么可怕。为了在本世纪中叶建立这样一支舰队,海军必须摆脱对自第二次世界大战以来主导其思维并塑造其内部“部落”的平台的认同。海军的舰艇和飞机拥有坚定的、多代代的拥护者社区,他们的技能和职业生涯都是围绕这些资产建立的。战列舰曾经也是如此,之前的木帆船也是如此。美国海军之所以能够主宰海洋,是因为前几代人有智慧和勇气接受能够更好地支持他们的任务的新技术和战术,而不是坚持那些影响他们成长期的技术和战术。领导者愿意牺牲一些自己认为的专业知识,接受那些他们以前的大部分经验不再适用的技术。

过去的失败可能会加剧对这些拟议进展的抵制。关于濒海战斗舰(LCS)将打造紧凑、廉价、能力强、人员数量较少且能够快速转移任务的舰艇的承诺是基于许多错误的前提。虽然描述该计划失败的原因需要一篇很长的文章(而且已经写了很多文章),但它注定会失败,因为未经测试的技术(其中一些使用概念违背了逻辑)将使船舶能够取代当前的技术。

朱姆沃尔特级驱逐舰的大量创新同样聚集了更多未经检验的想法,超出了该平台所能容纳的范围,而且与濒海战斗舰一样,即使按照国防部的标准,成本超支也是过高的。这些警示经验都可能被滥用作为避免未来海军创新思维和技术的理由。然而,应该从更具体的教训来理解它们,这些教训涉及需要定义连贯的、可实现的目标,需要避免快速引入不成熟的技术,以及如何不管理采购。海军应该在几十年内逐步引进和适应新技术,反映过去海军转型的经验。

图:未来的堪培拉号航空母舰

无人技术在各个领域的出现可以使海军获得更大的能力,并避免战斗力过度集中在过少的资产上,从而在危险的情况下作战。需要坚定不移的领导层,目标是到本世纪中叶建立一支以无人为中心的海军,同时整合新的和遗留的资产来管理长期、渐进的过渡。通过坚持不懈地、明智地实施这一努力,美国海军将能够在本世纪中叶及以后有效地履行其最基本的使命——确保海洋安全、瞄准和保护陆地,并阻止高水平对手的威胁。

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