未来海战与智能化装备发展

来源: 远望智库预见未来 战略前沿技术 作者:徐青 时间:2018-04-13
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徐青  研究员、集团技术首席专家
       中国船舶重工集团公司第七○一研究所

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今天我和大家交流的题目是:未来海战与智能化装备发展,谈下对未来海战与装备发展的初步思考。我想从四个方面来讲,第一是对未来海战的预测,第二是对未来海战装备体系和装备发展趋势的分析,第三是对未来海战装备技术发展趋势的研判,第四是展望。

一、对未来海战的预测

(一)战争的发展

对未来的预测这个事儿,实际上是不太靠谱,有点像天气预报,一般来讲,十有八九是不太准,所以我试图从战争的演变过程和发展趋势,尽量说得靠谱一点。

人类有文明以来,就有了战争。什么是战争?它是以夺取、占领和控制为目的,以暴力活动为主要手段,以一方失去或放弃暴力活动为标志的人类对抗活动。战争的过程,是参战者的机动能力、打击能力、防御能力、感知能力和组织能力的综合博弈。

战争制胜的核心在于正确有效的组织,充分的运用有限的感知、机动、打击和防御资源,在战场的局部时空聚集信息和能量优势。其中,组织是其他各项能力有效使用的聚合器和赋能器;感知是获取信息、正确有效开展组织的依据;机动是调度有限的打击、防御和感知资源向战场特定区域集中,形成局部优势的基础。

人类战争伴随着科学技术的发展,历程大致可分成三个阶段:冷兵器时代,机械化时代,信息化战争时代。

第一个阶段,是以人畜体力制胜的冷兵器时代。打击、防御和机动主要依靠人畜体力运用冷兵器提供较低的能量,感知和组织主要是靠人类自身。

冷兵器战争的巅峰是宋末元初的蒙古西征,能骑善射、高速机动的轻骑兵,结合黑火药攻城利器,夺得横扫欧亚大陆的制胜优势。

第二个阶段,是以能量制胜的机械化战争时代。雷达的出现和硝基炸药、装甲防护、化石燃料的应用,使得感知、打击、防御和机动能力跨越式提升;战争激烈程度和规模更大。

期间,坦克的诞生颠覆了陆战模式;战舰、战机的参战增加了作战的维度,改变了战场的格局。一战期间,爆发了历史上规模最大的水面舰队的正面攻防战。二战期间,在大西洋上的潜艇破交-反潜战、在太平洋上的航母战斗群攻防战,引发了后来的潜艇派和航母派制胜海战的争论。

核武器的出现终结了所有的争论,核武器秒杀其他能量武器,是能量制胜的巅峰。50年代美国提出“第一次抵消战略”,就是用核武器抵消苏联的装甲洪流。随后出现的核平衡、核均势,避免了至少两次以上毁灭性的世界大战。核大国之间的核战争没有赢家。

第三个阶段,是以信息优势制胜的信息化战争阶段。在“核均势”终止全面核大战的前提下,美国为了获得常规战争优势,提出了“第二次抵消战略”,实际上就是通过发展作战信息系统,精确制导常规武器等技术装备,获取信息优势,引导打击能量精确、高效释放,形成常规非对称优势。

信息化战争始于90年代初期的海湾战争,通过38天的沙漠风暴,还有100小时的沙漠军刀地面行动,美国轻松击败了号称世界第三大军事军力的伊拉克大规模机械化战争军队。战争期间,美军信息化弹药的投放比例不超过5%,但摧毁了伊拉克70%以上的高价值目标。到了90年代末的科索沃战争,美军信息化战力摧毁一座大桥平均只需要1到3枚战斧式导弹,摧毁一架南联盟的飞机也平均只要1到2枚的空对空导弹。要是换作在二战,美军破坏一座桥梁平均需要出动飞机4500驾次,投弹9000枚以上;击毁一架敌机需要18000枚高射炮。这些行动还会付出大量的人员伤亡。

获取信息,利用信息,引导能量精确攻防,成为信息化战争制胜的最主要因素。在充分发展战略打击能力、维持好核均势的前提下,可以预见在未来相当长一段时间内,夺取信息优势仍将是世界大国军力建设的主要方向。

(二)信息化海战面临的瓶颈和挑战

随着信息获取能力的高速提升,未来海战的信息量爆发式的增长。战争迷雾的根源从原来的“信息缺乏”演变为海量混杂信息引发的“信息淹没”,时间成本、经济成本也难以跟上未来海战装备和技术迭代的速度。

所以我们可以预见,信息化海战在未来可能会面临八个瓶颈和挑战:

一是战场传感能力负荷超载。为打赢未来海战,必须甄别和去除干扰信号和虚假信息,掌握海上广域全时的战场态势,争取战争的主动权。以科索沃战争为例,由于南联盟具备一定的反侦察对抗能力,美军战斧导弹的命中概率相对与海湾战争减少30%以上。

未来海战需要在横跨天、空、水面、水下的多个空间,分布式部署数以千计的、多频谱、动静态的战略/战术传感器。如此大规模传感器在多域战场的机动、生存、协同能力负荷面临严重超载。

二是信息传输能力负荷超载。战场信息量的发展也基本遵守摩尔定律,以相隔12年的海湾战争和伊拉克战争为例,后者规模相对前者小很多,但美军战场传输信息量却增加30倍以上。数以千计的的传感器获得的海量信息,如果依旧按照不加自主甄别处理的方式直接传输,尤其是考虑到复杂电磁环境,其传输能力负荷将面临超载。

三是战场态势重构能力负荷超载。采用传统人工监视的方法,完全无法实时处理未来海战场数以千计传感器所获得的海量信息,有效完成情报提取,并按照时效要求重构战场态势。战场态势重构能力负荷面临严重超载。

四是战场指控能力负荷超载。未来海战指挥控制将主要面向战场态势模型展开,面对数千T量级以上的数据量,10毫秒量级以下的响应速度(人的反应速度为百毫秒量级),远超过人能够达到的能力。另外人还会疲劳、易犯错、计算推理能力有限,单纯人工指控的正确性必然超载。

在战时,传感节点、通信网络一旦大范围毁伤,作战指控还将面临信息缺失的挑战。因此,战场指控能力负荷将严重超载。

五是新质武器的挑战。高能武器、高声速的、超声速的武器,跨介质的武器、定向能等新质武器的运用,也将面临着诸多的挑战。

六是网络安全的挑战。信息对抗、网络病毒、赛博空间的攻击等,网络安全性将会受到严峻挑战。2012年美军通过“震网”对伊朗核设施的瘫痪式攻击就是典型案例。而2017年爆发的勒索病毒,如果发生在战争期间,则可能导致整个作战体系瘫痪。

七是装备研制周期的挑战。随着新的威胁和作战模式的不断变化,海战装备将快速更新,而高精度高可信度的仿真、3D打印快速原型验证等技术手段的成熟,使得新型装备快速研制成为可能。

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研制周期越快就越可能赢得先手优势,占据主动。世界大国之间的军事竞争,早已变为如何快速迭代、快速研制新型军事装备。海战装备研制周期面临严重挑战。

八是装备和海战成本的挑战。由于现代装备研发、生产和使用维护的全寿期费用越来越高,要维持足够数量的海战装备正考验着世界大国的经济实力。美国战略与预算评估中心分析,美国海军当前面临的核心矛盾之一,就是美国减税和未来30年新造254艘战舰需求之间的矛盾。此外,俄罗斯数十年无新造大型水面舰船列装的窘迫,英国建造完两艘常规航母需要数年等待舰载机的尴尬,都是经济承受力超载的表现。另一方面,传统舰船动辄数百上千的人员编制,极大抬高了其执行高危任务的风险成本。

(三)如何破解和应对瓶颈和挑战

面对信息化海战的八大瓶颈和挑战,该如何破解和应对呢?

我认为,智能化可能是破解和应对未来海战瓶颈和挑战的必由之路。因为,人工智能技术,包括自主/智能、集群智能、大数据智能、人机融合智能和智能设计制造,是破解和应对未来海战八大瓶颈和挑战的一致需求。智能化技术将全面融入未来海战的机动、打击、防御、感知和组织五大环节,变革未来海战样式。

实际上,作为世界上信息化程度最高的美国海军,同样意识到信息化海战也会面临着这些瓶颈和挑战。在美国“第三次抵消战略”最新论述中,明确提出“人工智能和自主性技术等嵌入信息化作战,以确保技术领先优势”,“人机协同作战编组是第三次抵消战略的首要因素”,表明美军对信息化海战可能出现的瓶颈和挑战的忧虑。

从某种意义上来说,后信息化的海战,也就是说下一代海战,很有可能就是智能化海战。这种趋势,目前已逐渐显现。

二、未来海战装备体系和装备的发展趋势

(一)未来海战模式的设想

未来海战信息感知和火力交战范围可达数千公里以上,传统的前沿和后方已经消失或者说已经模糊不清了,关键交战时间可能在数分钟内决定胜负,单次交战可能在数秒内决定生死。参战各方为了获取战争局部的优势,对体系和装备的智能化水平要求极高。面向感知、通讯、指控、攻防等主要环节,未来海战模式的可以这样设想:

一是感知模式。主要通过有人/无人智能航行器平台,可能是以无人平台为主了,在天空、水面、水下多域搭载数以千计的各种战略/战术的传感器,广域全时的感知战场态势。

二是通信模式。数千计战区分布式部署传感器在前端就对信息进行处理和甄别,根据体系作战需要传输有效信息;基于量子隐蔽通信、智能组网通信、超宽带通信,实现广域大容量信息传输。

三是指控模式。基于大数据智能,实现现场信息自动融合和理解,以及战场模式动态重演,基于战场重构模型的人机融合技术,实现快速准确的联合作战的指挥控制。

四是攻防模式。大量的无人系统在前沿局部的自主交战,人在旁路调控成为主要的攻防模式。无人系统成为最主要前沿攻防方式,有人舰船更多成为无人系统的母体和指控中心、能量中心和保障中心,以及超远程打击的支援火力库。蜂群式低成本超饱和攻击、点穴式超远程高效打击成为最主要的打击手段。无人系统集群内部通过超高频段的微波、光波等通信手段,实现攻防协同和局部自治;无人系统集群与有人舰艇间,主要通过天基卫星实现作战监督和群控。

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(二)未来海战装备体系的发展趋势

当前海战装备体系,有航母编队、驱护编队和两栖编队的三种主要构成形式,水面、水下舰艇和舰载机联合作战,是当前的主要的作战形态。

世界先进海军已装备和运用无人潜航器、战术无人机,并正在大力发展水面无人艇集群、低成本无人机集群和无人空战僚机;我国海战装备体系还基本由有人舰机构成,无人装备占比很低。未来海战装备体系的构成,将大幅提高无人装备的比例,我认为,水面、水下和空中的无人平台将以千计,有人装备的平台将以百计,作战体系呈现构成无人化、部署分布式集群化和运行智能化的三大特征。

(三)未来智能化海战装备发展的趋势

一是未来海战有人装备。传统航母、驱护舰、潜艇、舰载机等有人作战平台要在机械化、信息化的基础上,深度融合人工智能技术,在操纵、武器使用、指挥决策等方面实现智能化,具备对无人平台的高效搭载和出动回收保障能力,形成技术优势,为战争致胜打好基础。有人舰船还将大幅度减少人员编制,以降低高烈度战争下所付出的生命代价;有人舰船还将考虑采购成本,尽量轻量化,减少全寿期费用,增加可采购数量,实现大批量列装。未来海战有人装备将呈现智能化、少人化、轻量超载化的三大特征。

二是未来海上无人装备。数以千计的无人装备,数以千计的无人集群参与未来的海战,需要重点的实现自主/智能航行和作战,并具备长时的航行能力和低全寿期费用,将呈现智能化、长航化、低成本化的三大特征。

三是未来海战的武器。除了传统的导弹、火炮、鱼雷之外,未来还将出现高超声速、强电磁脉冲、高功率激光、电磁轨道炮等新概念武器,这些武器将全面深度的嵌入人工智能技术,将呈现智能化、高超化、高能化的三大特征。

四是未来海上作战支援保障。未来海上作战支援保障将立足海、空、天、潜、陆等多维空间跨域协同,满足战场广域、全时的作战信息保障和维修监测保障需求,将呈现智能化、跨域化、在线化的三大特征。

三、未来海战装备技术的发展趋势

(一)人工智能技术

无人的自主控制、自主集群协同、大数据、人机融合等融入人工智能技术,将全面渗透在各种有人和无人平台装备中,参与海战中的机动、打击、防御、感知和组织五大环节。还有,智能研发、智能制造还将大幅提升海战装备的技术水平、研制质量,并降低研制费用和周期。

(二)频谱综合运用和管理技术

随着广域分布多孔径融合、探测-干扰-通信射频综合集成、高能微波-激光等高频聚能武器、电磁脉冲防护等技术的应用,未来海战频谱管控技术,将呈现全时/强弱/全频段的综合运用和管理。

(三)量子通讯和量子计算技术

量子通信和量子计算技术,将为实现海量的战场实时感知数据,实时安全隐蔽传输和快速智能处理成为可能。彻底消除“战场迷雾”,夺取海上战区信息优势。

(四)基于能量分布式精细控制的超隐技术

探测和隐身对抗的本质是能量域的对抗。舰船水下辐射噪声是舰船机械振动能量向水下的泄露,航行器的雷达反射目标强度是航行器对电磁波的能量散射。针对水面舰船、潜艇、飞机、导弹等航行器综合隐身性技术,本质将围绕能量精细控制展开;而且将是一种智能化的精细控制,不仅包括总能量的控制,还应包括时、空、频点分布的精细化控制能力。

四、展望

目前我国海军武器装备在某些领域已经是与国外先进水平形成“同台竞技”的态势,而未来的目标应该是实现超越。

设计装备就是设计未来战争,为尽早的超越强敌。海战装备的设计,应从“应对战争、基于威胁的设计”向“设计战争、基于能力的设计”的转变。从某种程度来说,今天战争的博弈,是现有武器装备的博弈,而未来战争的博弈,就是今天装备设计的博弈。未来的海战在一定程度上,可以说就是从今天的海战装备设计理念、方向和方法的博弈开始打响的。

机械化战争是对人类体能的增强,信息化战争是对人类感知能力的增强,智能化战争是对人类智能的增强。

机械化、信息化、智能化的三化融合,将催生未来的海战新模式。具有信息化作战的八大瓶颈与挑战特质的后信息化海战:未来海战一定是智能化海战。


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