无人系统与人工智能终将扩大海军优势

无人机10086

2021年6月30日 10:32

转自：知远战略与防务研究所

编译：沐俭

—— 关于建立美国海军自主系统项目办公室的设想

自：美国战略与预算评估中心

【知远导读】本文是美国战略与预算评估中心推出的一篇建议美国海军通过创建一个新的自主系统项目办公室来加强海军无人自主系统和人工智能技术研发，从而提高作战优势的研究报告。报告对美国海军目前的无人自主系统和人工智能研发工作所面临的挑战及机构现状进行了分析，认为必须创建一个自主系统项目办公室来对目前各种分散的研发机构进行统一管理和规划，才能在无人技术方面取得突破。为开展这一研究，战略与预算评估中心走访了50多家研究机构，与超过145位领域专家进行了交流，其中包括联邦政府资助研发中心、大学附属研究中心、海军舰队司令部、国防部和海军实验室及作战中心、工业界、学术界和智库等。报告建议美国海军借鉴历史上的经验，创建一个跨职能、跨学科的组织机构来将美国海军的无人自主技术推向前进。

无人系统与人工智能终将扩大海军优势的图1

近年来，美国海军在无人系统及其关键支撑技术人工智能的组织和探索方面取得了显著的进步。但是，若要超过潜在对手，美国海军就必须在此基础上加快步伐，不仅要保持而且要提升其技术优势。美国海军部发布了一份《无人系统战略路线图》，为无人系统的研发和采购制定战略和愿景。我们认为，还应对无人自主系统的研发官僚机构进行全面重组来使美国海军走上成功的最佳轨道，从而使这些计划受益。如果不进行这种重组，现有的结构可能不足以完成这项艰巨的任务，并会阻碍无人自主系统的技术进步。这种困境的症状如下：

• 对某些研发“任务线”(LOE)投入过多资源，而对其它关键“任务线”的资源投入则严重不足；

• 缺乏对研发生态系统中关键组织中心的专业知识的认识；

• 官僚、行政和风险回避倾向阻碍了研发工作；

• 评估无人自主系统研发和科技能力原型的验证程序不一致；

• 研发生态系统无法灵活利用新兴技术；

• 舰队操作者和研发生态系统之间缺乏协作。

随着实力相当的竞争对手加大了对无人自主系统和人工智能的研发力度，包括军事应用，现在正是美国海军全面调整其研发工作以确保持续的技术优势并超过潜在对手的时候。鉴于自主系统的潜在影响和本报告中所阐述的障碍，美国海军的选择之一是进行组织变革，就像过去成功进行的先进系统开发和部署那样——比如舰艇核反应堆、潜射弹道导弹和“宙斯盾”武器系统。在这三种情况下，美国海军创建了强大的、跨职能、跨学科的组织，由来自军队、政府部门、工业界和学术界的人员组成，被赋予广泛、强大的权力来研究、开发、制作原型和实现向战略能力的转换。此次重组最好通过建立一个专门的多域自主系统项目办公室(APO)来执行，该办公室主要负责推进和交付用于试验和测试的无人自主系统原型，并最终将其交付舰队采购入列。通过建立自主系统项目办公室，美国海军可以在广泛的组织、人员和管理范围内建立统一的方向和任务，这些组织、人员和管理目前在这项工作中发挥着不同的作用。所建议的自主系统项目办公室的主要任务应该是统一监督、管理和指导整个无人自主系统生态系统的所有研发任务线的工作，不断将最新的先进技术用于无人驾驶空中、水面和水下系统原型等自主能力装配线，对它们进行验证并最终用于实战。自主系统项目办公室的主要任务是交付无人自主系统原型，这样可以显著减少官僚阻力，提高组件和系统的通用性，提高研发效率并能真正利用工程师、科学家和海军的巨大创新潜力和才华，从而加快海军的技术进步。

自主系统项目办公室不必复制无人自主系统研发生态系统中已经存在的优秀创新和现有的研发、科技、工程、系统集成和测试与评估机构。相反，自主系统项目办公室的存在应能更好地促进它们之间的合作与协作，统一工作方向，从而能更快交付无人自主系统原型。它必须由来自无人自主系统研发生态系统各部门的科学家、工程师、研究人员、专家和管理人员组成，包括海军和国防部实验室/作战中心、联邦政府资助研发中心、大学附属研究中心、工业和学术界。自主系统项目办公室必须拥有与其职责相称的权力，在与无人自主系统和人工智能研发、原型设计和测试与评估等有关的所有问题上对生态系统进行指导，包括资金调配和分配。自主系统项目办公室的领导和工作人员必须以灵活的、低干涉的方式来促进生态系统各组成部分之间的适当协调，在不扼杀创新的情况下实现更大的一致性。建立自主系统项目办公室有一些明确的优势，将有利于海军制作无人自主系统原型并投入使用。这些优势包括：

• 清晰、连贯的权限和统一的研发方向；

• 巩固和扩大已取得的无人自主系统的成果；

• 更有效地利用革命性技术突破；

• 极大加快实验和技术发展步伐；

• 更高效地使无人自主系统在舰队投入使用。

美国海军应通过建立自主系统项目办公室来更好地交付无人系统技术，包括自主系统、机器人和人工智能，避免进一步丧失美国海上力量依赖的技术优势。以交付无人自主系统原型为使命的自主系统项目办公室可以减少研发阻力，加速研发势头，并充分利用生态系统内的研究发人才。

无人系统与人工智能终将扩大海军优势的图2

无人系统与人工智能终将扩大海军优势的图3

建立自主系统项目办公室

无人系统与人工智能终将扩大海军优势的图4

为了更好地向舰队交付无人自主系统、自主能力和人工智能能力，美国海军应该将过去成功的概念和框架应用于当前形势。美国海军应该建立一个跨职能、跨学科的自主系统项目办公室(APO)，通过研究、开发、原型制作、测试和评估来为无人自主系统提供革命性技术支持1。自主系统项目办公室的主要任务将是对整个无人自主系统研发生态系统的研发任务线进行统一监管指导，不断将最新技术进步转化为自主无人驾驶空中、水面和水下航行器原型的装配线，这些原型系统将用来验证作战价值、实用性和可行性。“其他交易授权”(OTA)等承包机制可以被用于灵活、快速地资助生态系统研发和原型系统建造，从历史上看，这一授权对创新技术公司、大学和其它研发机构非常有吸引力2。那些被认为特别有效的系统，可以通过“其他交易授权”以低生产率来满足迫在眉睫的作战部队需求，或者通过常规采购程序作为主要记录项目来获得。

值得注意的是，自主系统项目办公室应侧重于开发《国防部指令3000.09》中规定的有人监督/人在回路(HOTL) 混合无人自主系统原型3。在这种混合无人自主系统中，人类操作员将预先选定有限的行动和/或行为子集，在无人自主系统执行这些行动之前将由人类进行批准。这些行动可能包括改变主要的任务目标，中断巡逻以跟踪一个特定的目标，或与一个根据当前交战规则被归类为敌方的对手平台交战。在这个子集中没有选定的所有其它操作和行为都可以在不需要人工干预的情况下由无人自主系统自己执行。

从技术和理念上讲，美国海军还没有达到部署全自主航行器和系统的地步。虽然研发部门仍在继续努力，但离真正实现这种自动化还有很长的路要走。相反，军方目前的自主航行器清单中增加了半自主/人在回路系统(例如“捕食者”、“全球鹰”等)，这些系统已经在战场和整个作战战区广泛使用了二十多年4。尽管这些系统已经改变了美军的监视和交战方式，但它们也存在着固有的缺点，如需要大量控制人员、反应延迟、根据动态环境进行自我调整的灵活性有限。开发有人监督/人在回路无人驾驶航行器将消除这些缺点，释放出这些系统更大的自主性优势，同时使人类操作员能保持对飞行器关键和潜在致命行为的控制。在某种意义上，有人监督/人在回路系统非常类似于人类军事力量的操作，所以这种构造对于那些操作此类无人自主系统的人来说是熟悉的。完全的、不受约束的自主(对人类而言)行为在军事指挥与控制决策层级中是不存在的。相反，对于某些行动而言，上级指挥部保留了对部队指挥官实施这些行动前需要得到许可或批准的要求。对于其它行动/决定，部队指挥官有权自己做决定。

自主系统项目办公室组织设计

为了完成其主要任务，自主系统项目办公室不需要复制无人自主系统研发生态系统中已有的优秀创新和现有的研究、开发、科学、工程、系统集成和测试与评估组织。这样做将是对资源和人才的浪费，这是海军难以承受的。成立自主系统项目办公室是为了更好地促进它们之间的合作与协作，以形成统一的工作/方向来建造无人自主系统原型。该办公室应该是一个跨职能、跨学科组织，由各地的无人自主系统研发生态系统科学家、工程师、专家和管理人员组成。根据其责任和职责，自主系统项目办公室应被授权指导与无人自主系统、自动化和人工智能研究、开发、原型、测试与评估相关的所有事项，包括资金分配。为了实现其加快原型制作的使命，自主系统项目办公室的领导和员工将需要具备一种灵活的能力以在生态系统之间促进一定程度的协调、协作和同步，在不抑制创新能力的情况下实现工作/方向的统一。

美国海军海上系统司令部无人海上系统项目办公室（PMS-406，位于更名为无人和小型水面舰艇项目执行办公室内），可作为优秀的初始核心人员和创建自主系统项目办公室的基础。办公室虽小，但十多年来，它一直是无人水面和水下航行器原型设计和采购的中心，并从无人自主系统研发生态系统、行业、海军研究办公室、美国国防高级研究计划局、海军作战部长办公室和海军秘书处积累了深厚的专业知识和经验。该办公室在超大型无人潜航器征求建议书、“海洋猎人”中型无人水面艇、“刀鱼”水下探雷机器人、未来水面作战舰艇-无人水面艇(FSC-USV)、战略能力办公室的“幽灵舰队”计划以及其它几个项目上的成功表明了将它们整合到无人自主系统办公室中的重要性5。美国海军航空系统司令部的PMA-281（打击规划与执行系统）、PMA-268（无人舰载航空系统）、PMA-262（持续海上无人机）、PMA-266（多任务战术无人机）和PMA-263（小型战术无人机）项目办公室的无人自主系统核心部分也可以利用他们的成功经验，通过重新调整无人自主系统办公室，与生态系统内的人工智能/任务自主和前沿无人机研发更紧密地结合，来提高无人机的技术和作战能力，从而找到更多的机会。还有其它一些参与了与无人自主系统相关工作的机构和办公室也可以直接合并到自主系统项目办公室中，或与之联合以支持自主系统项目办公室的任务和使命。

无人系统与人工智能终将扩大海军优势的图5

自主系统项目办公室组织结构

为了取得成功，这个跨职能、跨学科的组织应该按照前面讨论的领导结构和任务线组织如下：

自主系统项目办公室主任。自主系统项目办公室主任职位应为中将，以确保主任具有足够的职位和军衔权力来完成高要求职责。这将便于主任与关键的海军三星副作战部长、各系统司令部司令和各舰种司令部司令等进行协调、协作和沟通，这些职位构成了海军高级领导层的相当一部分。对于海军以外、研发生态系统以内的组织，自主系统项目办公室主任要有必要的权力来发布合同和其它备忘录，以支持这些组织采用无人自主系统研发任务线。对于不受自主系统项目办公室直接管辖(ADCON)的海军组织和司令部，建议赋予自主系统项目办公室直接联络授权(DIRLAUTH)和临时/情景管辖权，以支持办公室研发、原型制作和测试与评估活动的有效开展。为确保项目办公室的稳定性、工作重点的统一和持续性，被分配到该职位的办公室主任任期至少应为8 -10年。就像海军核反应堆办公室的四星上将位置一样，但表面上该主任将每两年轮换一次。

自主系统项目办公室主任应同时向负责研发和采购的海军助理部长(ASN RD&A)和海军副作战部长(VCNO)报告。将自主系统项目办公室置于海军作战部队办公室和系统司令部之外，这种组织关系将有助于避免自主系统项目办公室受到官僚主义、预算和海军文化领域的争斗及障碍的影响，这些因素可能会对自主系统项目办公室的主要任务产生负面影响。四星舰队指挥官应赋予自主系统项目办公室主任直接联络授权，使他们能直接转达他们的作战能力/要求诉求。为了进一步增强独立性，自主系统项目办公室应该有自己的预留预算。

自主系统项目办公室主任将负责组建一个全新的、海军范围内的、跨职能的、跨学科的组织，由指挥部门、参谋部门、组织部门、科学家/工程师和其他专家组成，这是一项艰巨的任务。在规模上最相似的机构是海军水面和水雷作战发展中心(SMWDC)、水下作战发展中心(UWDC)和信息作战发展中心(IWDC)，但与所建议的自主系统项目办公室相比，这些机构的规模都太小。包含有六个项目办公室的F-35联合项目办公室就是一个类似例子，尽管它是个联合机构。

自主系统项目办公室副主任。两名高级行政事务主管或同等职位的副主任将向自主系统项目办公室主任报告。副主任应由在其负责监督的领域具有广泛专门知识的领域专家以及经验丰富的领导人和大型项目管理人员来担任。

负责无人自主系统交付的副主任将负责整个研发、系统集成和原型制造/生产工作。该副主任将负责以下各处：任务自主处、导航控制处、通信系统处、传感器处、有效载荷处、动能武器处、推进剂/燃料续航处、网络安全与系统加固处以及原型设计与系统集成处。负责无人自主系统的副主任要积极参与无人自主系统研发生态系统的活动，以充分利用技术进步、专业知识和经验。

负责无人自主系统研发与评估的副主任将负责无人自主系统/无人自主航行器的测试与评估、人机组合研发/概念发展和与主要舰队和海军参谋部进行联络等工作。该副主任主要负责以下各处：人机组合处、舰队联络处和测试与评估处。无人自主系统研发与评估副主任要积极参与无人自主系统研发生态系统的工作，以充分利用技术进步、专业知识和经验来开展测试与评估和人机组合工作。

无人系统与人工智能终将扩大海军优势的图6

任务自主处。任务自主处的工作是领导、协调、引导和指导用以控制无人自主系统操作的任务自主系统的研究、开发和原型设计，集成各子系统组件(如传感器、通信、有效载荷、燃料续航/推进剂等)，促进人机组合界面，以完成指定的作战任务和使命。该处的工作主要以人工智能学科为基础，包括机器学习、深度学习、强化学习、多智能体系统、认知计算、数据科学、数据工程等所有子类别，此外还有自主系统训练和测试数据收集、标记和管理等。

导航控制处。导航控制处的工作是领导、协调、引导和指导先进导航系统和算法的研究、开发和原型设计，用于集成到无人空中、水面和水下系统。

原型设计/系统集成与组装处。该处的工作是领导、协调、引导和指导研发工作，以及全实例化原型的实际生产/制造，包括经批准的任务线原型系统的集成。该处还将进行操作和功能检查，以确保做好将原型系统转移到测试与评估处进行严格评估的准备。

测试与评估处。测试与评估处的工作是领导、协调、引导和指导研发、分析和正式需求设计，以支持对无人驾驶航行器、自主系统、人工智能组件/系统、机器/深度学习系统等进行全面的验证、确认、认证和信任建立评估。这些评估工作不仅要在实验室和中心进行，而且还要在航空和海上靶场进行实地演示和测试。

无人系统与人工智能终将扩大海军优势的图7

舰队联络处。舰队联络处的工作是促进自主系统项目办公室与主要客户四星作战舰队指挥官的双向直接沟通和协作，确保关键作战参谋和组织能就所需要的无人自主系统原型的作战需求、能力、任务构想和战术部署等方面向自主系统项目办公室提出意见/想法。该处将协助项目办公室确保生态系统的任务线研发和原型生产符合舰队的作战和战术需求。该处还将在人机组合任务线的研发工作和测试与评估处的工作中发挥重要作用，从而使自主系统项目办公室的工作与舰队相关。

推进剂/燃料续航性研发处。推进剂/燃料续航性研发处的工作是领导、协调、引导和指导先进推进、燃料、电池和其它能源耐久性技术(如铝水燃烧电池、锂电池)的研究、开发和原型设计，并将其集成到无人空中、水面和水下系统中。

通信系统研发处。通信系统研发处的工作是领导、协调、引导和指导先进通信系统的研究、开发和原型设计，用于集成到无人空中、水面和水下系统。

传感器研发处。传感器研发处的工作是领导、协调、引导和指导先进传感器系统的研究、开发和原型设计，用于集成到无人空中、水面和水下系统。

网络安全与系统加固处。网络安全与系统加固处的工作是领导、协调、引导和指导先进网络安全和物理安全的研究、开发和原型设计，促进和加强防篡改、反黑客、反利用加固系统，并集成到无人空中、水面和水下系统。

人机组合研发处。人机组合研发处的工作是领导、协调、引导和指导先进人机组合设计和系统的研究、开发和原型设计，以提高人工智能/自主系统和无人空中、水面和水下系统的可用性和实用性。

有效载荷研发处。有效载荷研发处的工作是领导、协调、引导和指导先进有效载荷的研究、开发和原型设计，并与无人空中、水面和水下系统集成。这些有效载荷将被用于增强系统能力或支持完成指定任务。

动能武器研发处。动能武器研发处的工作是领导、协调、引导和指导先进武器系统的研究、开发和原型设计，并集成到无人空中、水面和水下系统。

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