美陆军按照作战职能集成自主系统的可能性分析 战略前沿技术 昨天

原标题:美陆军按照作战职能集成自主系统的可能性分析 战略前沿技术 昨天

简介

本文在存在技术限制的情况下,研究了美陆军能够在作战行动中最大限度混编自主系统的可能性。技术限制决定了如何协调使用自主技术来执行美陆军每种作战职能任务的适合性。某些任务仍旧是人类驱动的,而某些任务则可以完全由自主系统完成,但大多数任务介于两者之间。

图1图为2016年7月8日在加州彭德尔顿营的模拟战斗环境中测试的新型无人多用途战术运输(MUTT)车辆。MUTT可增强远征能力,使海军陆战队能够覆盖更大的区域,并提供出色的火力。

战略家通过分析军事历史来理解战争的进化。但是,他们往往借助科学幻想来预测未来战争。《星球大战1——魅影危机》中描绘了对未来地面战的构想——自主机器人在人类统治者的领导下挺进战场。这一场景遵循着相当简单的逻辑:作战是危险的,因此为什么不使用技术来减低对人类的风险呢?同时,还有一些电影(如《黑客帝国》和《终结者》)则热衷于展现将自主系统用于作战所带来的负面效应。这些电影向世人讲述了这样一个警世寓言:自主系统能产生摧毁对手的无比强大的力量,若不加以控制,对自主性的过度使用最终将导致全人类的灭亡。

美陆军对此深信不疑,其对自主系统应用的官方描述是:自主系统在设计之初就是为作战人员提供支持,而不是取代他们。因此,成千上万的机器战士在战场上厮杀的恢宏场景终究只是科学幻想。但是,将士兵运往战场的自主系统正变为科学现实。

众所周之,美陆军一直在持续投资自主系统的开发。图2描绘了陆军的作战力量与整体最终力量的关系,使用自主系统能够带来战略上的优势。自主系统提供了一种作战力量倍增因素,使陆军能够在增加战斗力的同时减少军队的数量。目前,对自主系统的投资受制于有限的财政预算与技术发展水平。即便如此,这些有限的投资仍然使作战力量得到显著增强。若混编的自主系统达到最大数量时,将使作战力量得到跃升。

图2 陆军整体作战力量与军队最终力量在自主系统的不同整合水平上的相互关系

1

作战职能概述

为了在多域战环境中保持竞争优势,问题不应该是“我们是否应该变得更加自主”,而是“我们要在哪些领域变得更加自主”。美国陆军有一百多万名士兵,这些士兵由超过450种不同的军事职能专业组成,其范围可以从步兵到水管工再到兽医。其中某些工作可能会极大地受益于自主系统的引入,而另一些则不会。与这些不同职位相关的广泛任务可以被划分成六大作战职能。

  • 任务指挥:将其他五项作战职能有机结合,使指挥官能够在指挥艺术与控制科学之间取得平衡;

  • 运动和机动:将部队配置于比敌方或其他威胁占优势的位置上;

  • 情报:收集并处理信息以加深对敌方、地形和民事注意事项的理解;

  • 火力:通过目标选取流程使用间接火力、防空反导和联合火力;

  • 保障:提供支持和服务以确保行动自由,扩展作战范围,并延长作战持续性;

  • 防护:保存兵力以使指挥官可以最大限度地运用战斗力来完成使命。

任务指挥:将其他五项作战职能有机结合,使指挥官能够在指挥艺术与控制科学之间取得平衡;

运动和机动:将部队配置于比敌方或其他威胁占优势的位置上;

情报:收集并处理信息以加深对敌方、地形和民事注意事项的理解;

火力:通过目标选取流程使用间接火力、防空反导和联合火力;

保障:提供支持和服务以确保行动自由,扩展作战范围,并延长作战持续性;

防护:保存兵力以使指挥官可以最大限度地运用战斗力来完成使命。

每个作战职能均由若干顶层子职能组成。例如,保障作战职能包括提供后勤、人员和健康服务支持。每个顶层子职能又包括若干下层子职能。例如,提供后勤支持由提供维护、运输、补给、野战勤务、运营合同、分配和综合工程支持。

总计有205项下层子职能,共同构成美陆军的整个使命范围。这些下层职能是非常专业的,可为每个作战职能的自主能力适用性分析提供足够的颗粒度。例如,很少有自主能力可用于提供宗教支持。但在运用通信安全性方面,则可应用高级自主能力。然后,将每项下层职能自主能力适用性分析结果进行汇总即可得到每个顶层子职能和作战职能的自主能力适用性。

2

自主性规则

对不同联邦政策和策略的审查提供了与在地面战斗中应用自主系统有关的一组规则。自主能力对每个下层子职能的适用性取决于以下六个规则:

(1)在遵守其他规则的情况下,应在具有潜在危险的情况下优先使用自主系统。

(2)对于计算量大的任务,将优先选择自主系统完成,这样可以从总体上减少人为错误的可能性。同样,自主系统应用于需要长时间集中精神的非常简单的任务。

(3)军事指挥职位,无论是美军、盟军还是敌军,都仍是人类指挥员。

(4)对于某些需要人与人之间联系的任务,如关键领导接待和牧师支持,人类将是首选。

(5)自主系统的使用不能导致陆军执行任务能力的下降。

(6)任何涉及杀害人类的活动都需要人为判断或“人在回路”。

美国已经根据国防部第3000.09号指令《武器系统自主性》奠定了第六条规则的基础。第3000.09号指令限制了人类不在杀伤链内的自主武器的发展。由于自主杀伤系统将引发新一轮的技术军备竞赛,各国将迅速发展更先进的具有更快杀伤链人工智能,因此全球范围内都在制定类似的举措。

3

自主等级

尽管通常将自主系统设想为类似“终结者”的机器人,但实际上,自主系统的范围可以从自动工资软件到远程控制的无人机再到车辆的巡航控制。由于自主性涉及的范围很广,将自主性分为固定的范围很有用。下表显示了用于进行分析的四个不同的自主等级。

表1 不同的自主等级

值为0表示当前未使用任何自动化能力,如驾驶传统汽车。值为1表示人类使用自动化系统来提高其完成任务的能力,例如汽车中的巡航控制系统。值为2表示人类和自动化系统共同完成任务,但是主要由人类为系统提供输入,例如具有后备人类驾驶员或远程操作员的“自动驾驶”汽车。值为3表示人类已不在回路中,并且系统能够自行执行任务,例如一辆能够从一个航路点自主导航穿过复杂的交通达到另一航路点的全自动驾驶汽车。

要确定所能达到的最大自主等级,除了要根据上一节中确定的规则外,还要对作战职能的每个下层子职能进行分析。

4

每项作战职能的自主等级

下面,对自主能力在美陆军6项作战职能中可能的应用情况进行简要分析。

4.1 情报作战职能

情报作战职能是军事领域最普遍和最全面的任务,因为其结果驱动着所有行动。如图3所示,情报作战职能由四个子职能组成,它们有可能使用大量自主能力。

图3 情报作战职能的自主等级

当前,自主系统实际上可以在所有子职能领域为人类分析员提供支持,它们使分析人员更容易收集和处理数据。无人机用于情报收集已有数十年。此外,在赛博空间监视中,可使用自主软件代码来收集情报。还有一些正在开发中的系统,例如美国特种作战司令部的“超级操作员”。这些新系统将使用更高等级的自主能力,以实现从情报收集到情报分析整个过程的自动化。

规则1和2推动了自主系统在这些作战职能中的应用。情报收集是一项危险的活动,通常需要人类在敌后行动,以收集有关敌方和地形的数据。许多此类数据都可以由自主系统收集,因为这些系统具有收集和处理大量原始数据的能力。

尽管整合自主系统能带来诸多好处,但某些子职能拥有的自主系统数量可能受限。对地面行动的情报支援仍将需要人类参与,以了解与地面行动相关的人类维度。此外,目标选取需要人在回路中,以便在数据分析中进行人为判断。但是,对态势理解与情报、监视和侦察的情报支援都可以实现相当高的自主性。

4.2 移动和机动作战职能

移动和机动作战职能包括与针对敌军进行的部队移动或运用有关的职能。子任务包括机动行动、战术移动、直接火力、占领区、侦察和其他相关任务。图4显示了移动和机动作战职能的可能自主等级。

图4 移动和机动作战职能的自主等级

当前,美陆军正努力在该作战职能——特别是战术移动和侦察子职能中实现自主化。例如,“班组多用途设备运输”是一种机器人车辆,它跟随步兵班组,通过为士兵携带大部分装备来增强班组的机动能力。另一项重要工作是未来垂直起降飞机,它将包括自主飞行能力,使分队不受飞行员的人数限制。另一些项目,如国防高级研究计划局的班组X实验计划,正在寻求进一步增强自主系统的使用,尤其是在侦察中。

某些项目还涉及将自主能力整合到战术机动和直接火力行动中。但是,这些项目受到了很大的限制。例如,高级目标选取和致命性自动系统项目只是在移动平台上远程控制枪械,目的是提供从防区外攻击目标的能力。但是,该系统仍然需要指派一名操作员。

图5 图为2019年5月7日在科罗拉多州温特帕克市举行的“渡鸦”挑战赛中,QinetiQ公司的Talon 5机器正运输一架小型无人机。“渡鸦”挑战赛是一项年度活动,旨在为军事和政府机构的爆炸物处理人员和公共安全炸弹小队提供在真实环境下的互操作性训练。

移动和机动作战职能的自主等级是根据规则6设置的,并且执行侦察和运用愚民政策这两项子职能可能实现较高的自主等级,因为它们不需要使用致命武力。较低等级的自主能力可以集成到其他三个子职能中:战术部队移动、占领区和反机动行动。这些子职能可能涉及使用武力,因此尽管可能以监督为主,但仍需要人类参与。其他四个子职能——机动作战行动、战术机动、直接火力和兵力投送——涉及直接使用武力,因此只能实现非常有限的自主能力。

人类需处于杀伤链中,造成自主系统非常受限。因此,自主系统对防御行动比对进攻行动更有用。进攻行动包括封锁并杀伤敌军,这在本质上需要人在回路中。但是,安全和防御行动往往涉及阻止敌军,这可以在不采用致命武力的情况下完成,因此能够使用自主系统完成。

4.3 火力作战职能

《陆军条令参考出版物1-03:陆军通用任务清单》中明确规定了火力作战职能的四项顶层子职能——集成火力,提供火力支援,整合空-地作战行动,以及部署防空和导弹防御。每个子任务与关联的自主等级如图6所示。

图6 火力作战职能的自主等级

目前,自主能力在火力作战职能中的运用仅限于检测威胁并为直接火力支援提供所需的计算支持。仍然需要人类瞄准并发射武器。大多数火炮系统(如M109 Paladin)均包含计算机软件,以帮助实现自动目标选取。此外,这些系统正在使用先进的自动化技术进行升级,以实现更好的威胁检测、更快的目标选取和自动瞄准。

与移动和机动作战职能相似,规则6设定了火力作战职能中哪些子职能可以使用自主能力。火力支援涉及直接对敌使用武力,因此,尽管自主能力能够为士兵提供支持,但其使用受到限制。火力和空-地作战的整合都是提供支持的子职能。因此,尽管仍然需要人为分配火力优先级,但一定程度的自主能力是可行的。防空反导是一种防御性行动,不需要杀伤人类。另外,该职能的履行是一个计算量很大的过程,需要非常快的动作。因此,防空反导对于自主系统的应用时机已经成熟。

4.4 防护作战职能

防护作战职能由15项顶层子职能组成,范围从治安行动到爆炸物处理再到防空反导。这些子职能按其可能的自主等级进行了分类,如图7所示。

图7 防护作战职能的自主等级

防护作战职能从本质上来说主要是防御性的。如前所述,自主能力可以更好地应用于防御性行动,而不是进攻性行动。但是,该作战职能自主能力的应用由规则4设定,因为该职能的某些子职能需要人与人之间的大量互动,包括警队行动、重新安置行动和健康防护。其他子职能仍然需要人与人之间的交互,因此必须将人保持在回路中。这些子职能包括人员行动、安全性、反恐措施和阻止行动。但是,与防护作战职能相关的大部分任务都能够引入大量的自主能力。

尽管潜力很大,但是自主系统目前在防护作战职能中的运用还是受到一定限制。防空反导系统使用自主系统来跟踪和消灭来袭火力。此外,爆炸物处理人员还使用远程控制的自治系统(如TALON和PackBot机器人),从远距离处理爆炸物。

防护作战职能在未来的作战行动中有很多机会使用高级自主能力。这些机会有多种原因。首先,防护本质上是固有的响应式职能,是在执行特定输入后将执行的活动。这些活动通常需要快速的响应时间,而自主系统具有比人类更快的响应时间。第二,许多任务遵循条令步骤,因此需要最少的人为判断,已经具备了自主性的条件。第三,这些任务中有许多涉及将人类置于妥协的位置。

以生存性活动为例进行简要说明。要构建坚固的战斗阵地,需要进行挖掘并放置和填充Hesco篮子(用于建造大型障碍)。通常用于商业用途的远程操作单斗装载机将允许士兵从受保护的位置执行这些任务。经过进一步的整合工作,未来将能够在地图上绘制战斗位置,然后由一组自动化系统来调查该区域,执行威胁评估,设计最佳战斗位置并在人类到达现场之前进行构建。设防完成后,自主系统可以帮助发现并阻止对该区域的侵犯。

4.5 保障作战职能

保障作战职能分为三个高层级任务:后勤、人员和健康服务保障。图8显示了可以对每项子职能应用多少自主能力。

图8 保障作战职能的自主等级

当前,自主系统很少用于保障作战职能。后勤任务的自动化将需要对大量军用车辆和装备进行更新。这一过程需要耗费大量资金,所需的资源也有限,并且目前的保障能力已足够。然而,随着简易爆炸装置威胁的增加以及因此而造成的车辆护送行动的高风险,利用自动驾驶技术的自主护送车队将减少部队人数,同时挽救生命。

与防护作战职能相似,规则4为每个子职能设置了最大自主等级的限制。健康服务保障和人员保障都需要一定程度的人与人互动;但是,这些子职能的某些部分可以自动化。例如,属于人员保障的财务管理保障可以从处理工资的自主软件中受益。但是,同属于人员保障的牧师支持仍将需要人类牧师。

后勤可以实现更高程度的自主性。后勤保障领域的许多任务都遵循既定程序;例如,对车辆执行预防性维护检查和维修需要核对清单并确保车辆正常运行。当流程遵循非常固定的程序时,就可以实现自主能力。

此外,将自主性纳入保障作战职能还具有许多战略利益。人类被自主系统取代将扩大行动范围。敌军传统上将补给线作为容易攻击的目标,因此后勤补给需要增加安全性,将士兵从更关键的任务中撤离。自治系统需要的安全性较低,并且承担的风险更高,使其可以更快地通过对人类不安全的区域。

4.6 任务指挥作战职能

顾名思义,任务指挥作战职能涉及提供指挥、指导和领导,从而整合其他5种作战职能以执行统一的地面作战行动。任务指挥作战职能可以细分为15项子任务,这些子任务按照可能的自主等级进行了分类,如图9所示。

图9 任务指挥作战职能的自主等级

规则3和4设定了在该作战职能中使用自主能力的最大限制。领导、指挥和指导必须由人提供,因此自主能力在作战行动过程、指挥所运作和指挥程序的执行方面受到限制。此外,团队发展和士兵领导间的交流需要人与人之间的互动。较高程度的自主能力可以应用于与领导职位没有直接关系的任务。这些任务包括公共事务、军事欺骗、信息支援行动和民事行动。但是,由于这些任务也需要人与人之间的交互,因此使用自主系统只能起到辅助作用。

某些子职能与虚拟域相关联,自动化的应用将大大增强这些子职能。其中包括知识管理、战术空域控制、空间作战行动整合、赛博电磁活动以及网络和信息同步。

由于要求人类担任领导职务,因此很少投入精力来开发自主系统以支持这一作战职能。但是,对于某些与担任领导职务无关的子职能,则存在很大的机会。

转自:防务快讯

编译:李皓昱

C2

武汉

西安

连云港返回搜狐,查看更多

责任编辑:

声明:该文观点仅代表作者本人,搜狐号系信息发布平台,搜狐仅提供信息存储空间服务。
免费获取
今日搜狐热点
今日推荐