美国海军未来舰队的雏形：新一代数字化、网络化作战平台

	  本文从新一代数字化、网络化作战系统，新一代数字化航母、核潜艇领军的未来无人舰队以及新一代MQ-8C领衔的多款舰载无人机研究三个方面对美国海军新一代数字化、网络化作战平台展开了研究。为推动新一代数字化、网络化建设，美国海军致力于战备分析和可视化环境（RAVEN）平台、信息战平台与数字林肯、海上一体化防空火控系统（NIFC-CA），以及海军网络环境与卫星通信系统等新一代数字化、网络化作战系统的研究与部署。在此基础上，美海军进一步构建了以新一代数字化航母“福特”级和新一代“哥伦比亚”级与SSN（X）核潜艇领军的强大无人舰队，涵盖“海上猎手”、“海上猫头鹰”、“斯巴达侦察兵”以及“X-2”等无人艇，MANTA、“虎鲸”等无人潜航器，全方位提高了海军的智能化、网络化作战能力。同时，美海军的空中作战平台也在向着数字化、无人化方向发展，MQ-8C、RQ-21A、V-247、V-Bat等多款舰载无人机的研究与部署同样备受美军重视。美海军将依托数字化作战平台与数字化、智能化作战体系，整合信息优势，进一步提升杀伤力，以确保其进一步掌控制空权与制海权。


	  战备分析和可视化环境（RAVEN）平台、信息战平台、海上一体化防空火控系统（NIFC-CA），以及海军网络环境与卫星通信系统是海军数字化转型不可或缺的组成部分。


	  美海军在2020年3月召开的WEST 2020会议中称，RAVEN平台是海军广泛的数字化转型工作的一部分，由海军舰队战备指挥部投资，旨在创建联邦数据环境，为项目执行办公室、舰队战队指挥部提供战备多个方面数据显示，并统一用于系统运行测试的数据来源。


	  通过RAVEN平台，美海军不但可以获得以前没办法识别的数据信息并随时显示出来，还能减少人工工作量，扩展其他用途。


	  将收集所有战备数据，并通过机器学习算法对数据来进行筛选，以确定一系列战备趋势。


	  通过连接RAVEN数据库的不同部分，指挥官能够更方便快捷地提取战备情况报告


	  能查看通讯站或舰队气象中心的人手状况；可以查看士兵的装备状态，并获得实时更新的战备情况。


	  可以扩展支持赛博数据显示工具（该工具大多数都用在提供网络、补丁程序等级、扫描频率等舰队整体赛博战备方面的信息）


	  RAVEN平台能帮助指挥官了解其管辖范围内的所有岸上指挥人员、培训、装备战备情况。其发展为赛博多个方面数据显示提供了所有核心要素，降低了数据显示工具的开发难度。目前，RAVEN平台已实现全面作战能力，标志着海军关键战备数据环境初步建成。


	  美国海军信息部队未来将逐步扩大RAVEN在人员、训练以及装备和赛博战备等方面的使用。


	  美国海军计划在2021年前向亚伯拉罕林肯号航母和巴丹号两栖攻击舰交付初版信息战平台（IWP），然后再在西奥多罗斯福号舰母打击大队部署更综合性的系统。


	  林肯号和巴丹号将成为首先装备初版信息战平台的舰艇，IWP将被嵌入到网络基础设施以及设计中，这将是海军迈向数字化的重要一步，试用的有限数量应用程序也将有利于将更全面的功能集成到更多舰队中。


	  据称，美海军将从信息战平台在林肯号和巴丹号的应用中汲取经验，未来将在打击大队的更多舰船上安装该平台，并进行更广泛的应用。


	  信息战平台提供的新的作战能力将部分通过人工智能、机器学习和数字孪生技术实现，同时信息战平台能利用“数字孪生”技术来测试评估。


	  为了实现其技术目标，美国海军正在加大数字孪生等建模方式的研究与应用力度。数字孪生的发展标志着美海军正由从传统的“设计-构建-测试”方法向“模型-分析-构建”方法的转变，预计这一转变将提高系统可靠性和网络安全性，同时减少战士所面临的风险。


	  2019年10月，美国海军信息战系统司令部宣布完成其首个数字孪生模型“数字林肯”。该方法允许系统在交付前首先在虚拟环境中来测试和评估。


	  数字林肯是一种黑箱模型，能够准确的通过其输入和输出查看模型的数字表现形式。“数字林肯”将为“林肯”号航母接收到以下五个互联系统所提供的虚拟镜像。


	  利用气象学和海洋学数据来帮助作战人员进行任务筹划、执行、决策与态势感知。


	  是“联合海上网络和企业服务”（CANES）系统的组成部分，是CANES的基础设施，支持应用程序迁移。


	  通过开发这些系统的数字孪生模型（即数字模型），海军信息战系统司令部能够在系统安装之前确定能力差距和需求重叠之处。数字林肯使海军能够只使用一个系统就解决重叠的需求，由此减少了带宽使用，这在带宽下降的环境中很重要，将有利于更大的舰队整合更全面的能力。


	  除了开发这些系统的数字孪生模型，数字林肯还提供了用于开发未来数字模型的标准化格式以及将来安装的基线。


	  美海军数字化转型的目标是为所有平台上的所有系统创建数字模型，随着海军持续推进数字化转型，将改善赛博安全性，增强系统性能，提高技术交付速度并减少安装时间和成本。


	  NIFC-CA系统的本质在于通过先进的数据网络，实现航母、战舰以及舰载机等的无缝链接，构建海、陆、空杀伤链，以大力提升航母编队的超视距态势感知与防控反导能力。


	  综合运用高速率、大容量、兼容性强的ATDL数据链、MADL数据链、协同交战系统，以及现有Link-16数据链、战斗部队战术网络、大容量骨干网络等，构建数据共享网络，实现航母编队内部的数据无缝交换和信息实时交互。


	  战场态势和目标航迹数据精度更高，决策生成和指挥控制速度更快，实时侦察监视和火力拦截距离更远，作战体系整体稳定性和抗损性更强。


	  具备强大信息获取、网络传输能力的空中平台可替代E-2D预警机在海上一体化防空火控系统中担负相应任务，如F-35C战斗机拥有较强的探测和信息传输能力，可以通过前出支持其它空中打击平台在更远的距离上实施精确打击，进而把该系统的运用范围扩大至高威胁复杂环境下的战场。


	  现阶段该系统大多数都用在编队的远程防空，但也明显具有对舰艇、车辆、固定设施等海/陆目标实施主动性远程精确打击的潜力。


	  NIFC-CA能够最大限度地发挥E-2D预警机、EA-18G电子战飞机、F/A-18和F-35战斗机、X-47B无人作战飞机等舰载机，以及装有弹载数据链的标准-6导弹武器系统等的侦察监视与火力打击能力，使各作战平台实现统一态势感知，构建杀伤链，进行协同防空作战。


	  除了不同通信方式的作战飞机组成的空域杀伤链，美海军在陆、水面及水下等作战域同样拥有众多有效的杀伤链，均是通过传感器将获取的目标数据发送至平台，平台再依据这一些数据发射武器对目标进行杀伤。


	  为保持在作战域中的优势，美海军计划逐步加强杀伤链，使得飞机、舰船、潜艇等可跨域获得卫星以及其他平台任意传感器的信息，从而将武器与传感器紧密结合，建立跨域杀伤网，以此应对潜在敌人逐步扩大的杀伤能力。


	  针对传统网络由于独立的硬件、软件和安全更新系统而需要独立管理的问题，美海军一直在进行网络整合。自动化数字网络系统（ANDS）作为美海军的舰船战术广域网关，将舰船上的多种无线通信系统网络综合为有效的通信网络，可采用多种链路进行互联，使得舰艇之间、海-空之间、海-岸之间通过视距链路构建海上战术网。


	  ◆增量3增加了受保护核心，增强了对赛博战网络渗透的抵抗能力，以确保海军海上安全态势。


	  此外，为确保全世界内安全的通信能力，满足网络中心战的需要，美海军研发了新一代窄带战术移动卫星通信系统——“移动用户目标系统”（MUOS），以提供全世界的窄带动中通能力，并研发部署了新一代受保护宽带卫星终端——能够接入海军多数军用卫星通信系统的海军多波段终端（NMT），同时开展了商用宽带卫星新计划（CBSP）以补充和增强军事卫星通信能力，并致力于发展网络战术通用数据链（NTCDL）等数据链，以实现与网络化通信系统的互补。


	  MUOS采用第三代移动通信技术为全世界的美军舰艇、飞机等提供明显提高的保密动中通能力


	  原计划于2019年达到完全运行能力，将持续工作至2028年之后，详情未见披露。


	  NMT能够接入军事EHF、SHF通信卫星，也能接入WGS卫星系统和国防卫星通信系统


	  NTCDL可以通过装备数据链的现役飞机、下一代有人/无人平台为作战人员提供多场同时联网作战的能力


	  原计划于2019年达到初始运行能力（未见具体报道），将重点解决航母、大型两栖攻击舰装备NTCDL的需求。


	  作为海上作战体系的重要平台，核动力航母尤其有关其数字化系统的研究备受美军重视。新一代“福特”级的首舰CVN-78“福特”号已于2017年7月22号正式服役，计划于2020年达到初始作战能力；美第二艘“福特”级“肯尼迪”号已于2019年12月7日下水。作为当前最先进、最强大的航母，“福特”级航母采用了先进的预警与导航系统、数字化技术等。


	  作为拓展舰载信息对抗系统战斗应用领域，提高舰艇信息对抗能力及海上舰艇编队综合作战能力的重要作战力量，无人艇同样是美海军数字化转型的重要平台之一，其中较为典型的主要包括“海上猎手”、“海上猫头鹰”、“斯巴达侦察兵”以及“X-2”等。


	  装备了最先进的多型号雷达、用于全昼夜监视海面的光电系统、无线电电子战系统系统、能自动确定目标并将其与水下目标数据库对比的强大的龙骨下回声定位仪和能将所获情报传输数千公里的通信系统；


	  装备了Leidos公司的导航软件，通过计算机进行导航、识别并自动避障，在任务需要时，还可进行远程遥控。


	


	  利用传感器探测，实时传输信息，还可以通过无人机数据中继或卫星通信中继，执行超地平线任务；


	


	  其先进之处在于装备了高带宽通信系统，利用类似于无线局域网的技术，实现与己方飞机、舰艇和潜艇之间进行实时战斗信息的高速传输。


	


	  能够通过无线电和全球定位卫星系统来控制，由控制人员在数百英里之外的控制平台前输入指令，通过卫星中转指令，再通过桅杆设计的天线接收并传输到无人艇控制芯片中（从输入指令到无人艇执行动作，只需18秒，精度在3米内）。


	


	  其中，“海上猎人”自2018年11月起，已经在太平洋展开了一系列有关可靠性、续航能力及监测跟踪持续性等方面的测试，根据结果得出该无人艇可在6级海情状况下正常运行，持续巡航时间可达3个月之久。未来该无人艇将进一步开展声呐、通信系统等的相关测试。


	  美国在2007年就已经建成第一艘全数字化洛杉矶级“俄克拉何马城”号(SSN723)核潜艇，并完成“航行管理系统”（由数字化航海图、不间断全球定位系统、海洋环境传感器和电子指挥与控制管理系统组成）的加装工作。


	  多年来，美国始终致力于发展更先进的核潜艇，并对未来型潜艇新概念进行了探索。除了进一步提升核潜艇降噪隐身、探潜搜潜以及武器打击能力以外，更是在升级作战系统的同时，加载了无人作战模块。在此仅对新一代“哥伦比亚”级与SSN（X）核潜艇的智能化、网络化作战能力进行调研。


	  在设计时大量采用了电子传感器，计算机控制系统软件等，具有自动化水平，还具备操作指挥水下无人潜航器的能力；


	  能够作为无人潜航器与无人机的母舰，并具有新型的特种部队投送系统，能将有人与无人装备结合，以更好地实现作战效能。


	  能与有人潜艇、无人潜航器进行高速信息共享，让水下、水面、空中作战单位随时联动互通，将成为美军网络中心战的关键环节；


	  具有强大的控制水下无人平台的能力，未来将以SSN(X)为核心，与大型潜艇（与“哥伦比亚”级同级别）、大型无人潜航器组成水下编队，加强潜艇的作战能力，并扩大作战区域。


	  ◆首艇“哥伦比亚”号（SSBN-826）首艘已于2019年5月开始建造，预计将于2028年交付，2031年开始战略威慑巡航。其余11艘将于2039年全部建成。


	  ◆SSN（X）潜艇将于2024年开始设计，未来将取代弗吉尼亚级Block7。


	  此外，美海军还在一直全力发展以无人潜航器为主体的水下无人作战装备，通过攻关水下自主导航、通信组网、自主协同等先进的技术，全力推进水下无人区域监控系统的布建，以进一步打造新型水下作战体系。


	  美海军一方面研发并利用“曼塔”（MANTA）等中小型水下无人潜航器进行基础性的情报、监视与侦察任务；另一方面重点研发与探索以“虎鲸”为代表的超大型水下无人潜航器的未来作战概念。


	


	


	  ◆MANTA具有高精度导航、水声通信和无线电通信、低速航行能力。可获得海底地形和深度，具有探测水雷和避障能力，可向母艇提供水下作战空间的详情信息；既可以自主执行任务，也可作为母艇平台，搭载小型无人潜航器和各种武器装备，自身具有攻击能力和对抗能力；每艘“曼塔”还可作为网络中心站的节点，利用声学、无线电或铱星通信系统，为前方部署的探测设备与战斗群之间提供联络。


	  ◆美海军于2019年授予波音公司一份价值4300万美元的合同，用于建造4艘“虎鲸”超大型无人潜航器。据称，“虎鲸”将采用模块化结构，可以装载核心通信、导航、自主控制、态势感知、引导和控制、配电、能源和动力、推进和机动、任务传感器等模块，具有执行任务多样化，持续执行任务的能力更强的特点，除了执行收集情报、布放和清除水雷等作战任务外，还能攻击水面舰艇和潜艇，与实施远程打击。


	  美国海军现已经将大型/超大型无人潜航器纳入了作战力量网络中，旨在利用多个无人潜航器构成的群组覆盖一定海域，并与该海域内的其他水下固定传感器和传感器阵列、舰艇平台和海上飞机和卫星实现行动的高度协同、信息共享和无缝对接。


	  拥有强大航母作战编队的美国，对舰载无人机的研究格外重视，近年更是研发并测试了MQ-8C、RQ-21A、V-247、V-Bat等多款舰载无人机，在此仅对几款典型无人机的主要性能进行梳理。


	


	  将采用“全球鹰”无人机的通信系统与电子侦察系统，并安装Brite StarⅡ红外光电传感器系统、自动识别系统和通信中继系统，还将集成无人飞行控制管理系统和情报监视侦察任务载荷，并加装Link 16数据链；


	  将集成Minotaur跟踪与任务管理系统，能够合成不相同的型号传感器的信息。


	


	  装备了昼/夜全动感摄像机、中波红外成像仪、激光测距仪、红外标记仪、通信中继程序包和自动识别系统接收机，还可挂载通信中继站和电子战吊舱。


	  其传感器以太网数据加密传输，在900米高空，光学传感器与红外传感器分别能够识别1米见方与3米见方的目标，具备强大的语音通信和多元情报收集能力。


	


	


	  可无缝连接到任何支持Wave Relay的无人系统、传感器和摄像机，操作员能够在不同的波段(L、S、C和BAS波段)之间快速切换，使其满足多波段的任务要求；


	  视距内通过模块化视线数据链来控制，最大范围约90公里，视距外可将该机控制权“切换/交接”到其他地面控制站，使其能扩大任务范围。


	  ◆截至2019年7月，MQ-8C已完成700多个架次、1500多个小时的飞行，并形成初始作战能力。美国海军已经订购了38架MQ-8C无人机，计划于2021财年部署到美国海军濒海战舰，并计划五年内为MQ-8C加装Link16数据，使其与MH-60舰载直升机直接共享包括目标数据在内的信息。


	  ◆RQ-21A已经具备初始作战能力，截至2019年6月美国海军陆战队采购的RQ-21A无人机全部交付完毕，并且美海军已经于2019年10月起进一步开展RQ-21A无人机系统的AN/DPY-2有效载荷系统和通信中继包的研究。


	  ◆V-247未来可作为美军新型“伯克”级万吨驱逐舰的作战舰载机，预计最早于2023年投入使用。


	  ◆自2019年7月起，美国海军在“先锋”级远征高速转运舰（T-EPF1）上对V-Bat开展了海上试验，试验内容有测试操作V-BAT无人机，以提供更好的探测能力，支持加勒比和东太平洋的缉毒任务，同时也包括在GPS拒止环境下测试定位、导航和定时(PNT)系统。


	  除了大力开展有关不同作战能力无人机的研究以外，美海军研究办公室还于2017年发起了“低成本无人机集群技术”项目，采用雷神公司的“郊狼”电动螺旋桨无人机开展舰基无人机蜂群试验，可以每秒一架的速度发射上百架。


	  其中，“郊狼”无人机可以单机飞行，也可以联网组成蜂群，其能利用近距离射频网络共享态势信息，协同执行进攻或防御性任务，以数量优势压制敌人。目前，雷神公司还正在发展先进型“郊狼”，目前已处于最后阶段，该机将比早期的飞得更快和更远。


	  ◆雷神公司在C-130H“大力神”运输机上测试了“郊狼”无人机的发射，未来还将在P-8“波塞冬”海上巡逻机、V-22“鱼鹰”及“捕食者”等无人机上进行“郊狼”无人机的发射试验，以便让“郊狼”拥有更多的发射平台。


	  ◆在此之前，30架“郊狼”无人机已经在地面上验证了蜂群飞行能力。目前，海上蜂群编队验证将完成无人机蜂群发展的第一阶段，之后将朝着更为复杂的自主能力迈进。


	  总结：美海军正在致力于构建新一代数字化、网络化作战平台。一方面大力推进了战备分析和可视化环境平台、数字林肯与信息战平台、海上一体化防空火控系统，以及海军网络环境与卫星通信系统等新一代数字化、网络化作战系统的研究与部署。另一方面进一步构建了以新一代数字化航母“福特”级和新一代“哥伦比亚”级与SSN（X）核潜艇领军的强大无人舰队，以及MQ-8C无人机领衔的空中作战平台，全方面提高了美海军的网络化、智能化作战能力，并且正进一步向着无人化方向发展。


	  1.美海军发布《海军部无人系统战略路线.美海军建成首个系统级数字孪生模型：数字林肯.