美國國防部（DoD）在2018年《美國國防戰(zhàn)略報告（NDS）》中明確表示：“在過去的十五年中，我們對推遲的戰(zhàn)前預(yù)備、采購和現(xiàn)代化的要求也不斷增長，不能再被忽視。我們將有針對性并按部就班地增加人員和平臺，以滿足關(guān)鍵的能力和容量需求。”考慮到這點，國會將2018財年的國防預(yù)算增加到7000億美元，比去年增加了1080億美元。

本文將介紹預(yù)算會花在哪些領(lǐng)域，以及設(shè)計人員可能會實現(xiàn)哪些技術(shù)創(chuàng)新來彌合當(dāng)前與未來的技術(shù)溝壑。

AI、大數(shù)據(jù)和機器人技術(shù)至關(guān)重要，但需相當(dāng)?shù)呢斄?/p>

研發(fā)支出顯著增長主要在于NDS中提出的優(yōu)先技術(shù)，以縮小高級計算、人工智能（AI）以及自主和機器人領(lǐng)域的技術(shù)差距。NDS中提到的用于實現(xiàn)關(guān)鍵防御能力現(xiàn)代化、現(xiàn)成商業(yè)（COTS）供應(yīng)商可以很好支持的優(yōu)先技術(shù)包括：

? 網(wǎng)絡(luò)防御以及網(wǎng)絡(luò)性能不斷融入全方位軍事行動方面的新投資；

? 對C4ISR（指揮、控制、通信、計算機、情報及監(jiān)視與偵察）的投資，以開發(fā)可復(fù)原、可生存的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)和信息生態(tài)系統(tǒng)；

? 先進的自主系統(tǒng)、AI和機器學(xué)習(xí)。

對軍用嵌入式COTS電子方案的開發(fā)商而言，這筆額外支出可提供快速恢復(fù)能力、致命性和預(yù)備技術(shù)支持。國防和航空航天系統(tǒng)和平臺的設(shè)計人員希望不斷引進先進技術(shù)，為戰(zhàn)士提供戰(zhàn)場上的絕對優(yōu)勢。這些技術(shù)包括傳感器、計算、網(wǎng)絡(luò)、機電系統(tǒng)等。

然而，先進技術(shù)本身還不夠。它還需要有足夠的經(jīng)費、可靠和可持續(xù)。戰(zhàn)士的生命取決于技術(shù)，而歷史已經(jīng)證明，如果作戰(zhàn)人員不相信他們使用的技術(shù)，便會舍棄它們。

在高級計算方面增加支出將改善利用大數(shù)據(jù)分析的能力，使作戰(zhàn)人員能夠立即讀取對他們至關(guān)重要的任何信息。讀取信息需要使用云計算技術(shù)，使任何設(shè)備（無論作戰(zhàn)人員在何處）在任何需要的時間都能讀取數(shù)據(jù)。除此之外，將用于AI的機器學(xué)習(xí)（ML）功能帶入網(wǎng)絡(luò)邊緣，需要高得多的本地處理能力，以提供實時數(shù)據(jù)并解決云本身的延遲和帶寬限制。

對AI和ML的投資將增強破壞敵方諸如情報、監(jiān)視、偵察（ISR）和電子戰(zhàn)（EW）等戰(zhàn)場應(yīng)用的能力。支持這些新功能將需要在異構(gòu)高性能嵌入式計算（HPEC）技術(shù)方面取得進展。

在半自主和全自主無人平臺上使用的嵌入式系統(tǒng)，無論是地面、空中還是海上，都需要開發(fā)低功耗、超小外形（USFF）處理、網(wǎng)絡(luò)、全運動視頻和數(shù)據(jù)存儲方案。例如，據(jù)估計，一輛完全自主的汽車需要50至100倍于當(dāng)今先進駕駛輔助系統(tǒng)的計算能力。

DNS中描述的總體投資策略是將這些先進技術(shù)引入戰(zhàn)場，為作戰(zhàn)人員提供壓制敵方的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢，使戰(zhàn)斗力倍增。也就是說，僅部署新技術(shù)是不夠的，還要保證這些技術(shù)以保全作戰(zhàn)人員的方式進入戰(zhàn)場，在敵方試圖阻止或中斷其計劃的行動時，作戰(zhàn)人員能夠生存。

確保現(xiàn)場行動的有效性：全球定位系統(tǒng)

新技術(shù)會提供戰(zhàn)士能夠依賴的新能力。因此，它們還必須具備所需的防御措施，以確保其網(wǎng)絡(luò)和計算環(huán)境免受敵方的攻擊，從而保持行動效率。

全球定位系統(tǒng)（GPS）是戰(zhàn)士依賴先進技術(shù)的一個例子。 在二十世紀(jì)七十年代中期作為國防部針對前蘇聯(lián)的第二次抵消（Second Offset）戰(zhàn)略的一部分引入時，由于能夠提供準(zhǔn)確的位置、導(dǎo)航和定時（PNT）數(shù)據(jù)，GPS在戰(zhàn)場上優(yōu)勢明顯。 這項技術(shù)對“戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈等精確制導(dǎo)武器的應(yīng)用至關(guān)重要。我們很清楚，多年來對GPS的依賴已成為一個軟肋。在GPS不能使用的環(huán)境中，所有依賴它的武器都會失效。

為應(yīng)對這一弱點和由此產(chǎn)生的威脅，必須提供有保證的PNT（A-PNT）方案，即使在無法使用GPS的環(huán)境中也能夠工作。經(jīng)濟合算、基于精準(zhǔn)COTS的A-PNT新技術(shù)為不能使用GPS的環(huán)境提供了低成本的實用方案。

AI和自主器具快速恢復(fù)能力

開發(fā)基于AI的新技術(shù)實現(xiàn)了在戰(zhàn)場上具有顯著優(yōu)勢的人機協(xié)同方案。利用AI、自主和機器人技術(shù)，可以實現(xiàn)獨立行動的機器，這些機器可以是獨立的個體，也可以與行動中的其它機器（例如無人機群）配合，或是在作戰(zhàn)人員-機器接口中使用（機器本身具有可增強作戰(zhàn)人員戰(zhàn)斗力的自主能力）。

自主地面作戰(zhàn)“騾子”便是一個例子，它能夠減輕作戰(zhàn)人員背負(fù)電池、充電器、彈藥等的負(fù)擔(dān)。通過減輕作戰(zhàn)人員背包的重量，這些小型自主載具將顯著提高作戰(zhàn)人員的戰(zhàn)斗力。

同樣，使用自主飛行器來運送物資或定位簡易爆炸裝置將減少作戰(zhàn)人員受傷的風(fēng)險并提高殺傷力。另一方面，隨著這些新方案的普及，敵方將竭盡全力摧毀它們。例如，對付學(xué)習(xí)機的一種策略是用假信息來擾亂它，使它產(chǎn)生不正確的答案。

DNS的另一個關(guān)鍵目標(biāo)是提高快速恢復(fù)的能力，這將確保部署的系統(tǒng)穩(wěn)固、可靠，能夠在嚴(yán)酷的環(huán)境中生存，并且能夠防止敵方攻擊其漏洞。

自主器具，如地雷探測器，可以使作戰(zhàn)人員免受傷害，但這種自主性需要值得信賴。為此，系統(tǒng)需要具有快速恢復(fù)或自我恢復(fù)能力，以確保其可靠且不易被禁用。

機器可以是手動、半自主的或完全自主操控的。自主水平越高，機器就越需要自我恢復(fù)的能力。若一臺機器是完全手動操作的，戰(zhàn)士可以提供復(fù)原能力。若是半自主系統(tǒng)，操作者和機器分擔(dān)恢復(fù)能力；若是完全自主的系統(tǒng)，恢復(fù)能力則完全取決于機器中內(nèi)置的專家系統(tǒng)。

自主系統(tǒng)需要快速恢復(fù)能力和安全性

為了能夠放心地依賴完全自主系統(tǒng)，需要對提供快速恢復(fù)能力和安全性的技術(shù)進行投資。

快速恢復(fù)能力應(yīng)用的一個例子是有人或無人駕駛軍用飛機安全認(rèn)證航空系統(tǒng)。為了在國內(nèi)空域安全飛行，這些平臺越來越需要由全球各個航空管理部門（例如美國的FAA、加拿大的運輸委員會和歐洲及英國的EASA）認(rèn)可的特定設(shè)計保證等級（DAL）的DO-254硬件和DO-178軟件認(rèn)證。

雖然安全認(rèn)證是在平臺級處理的，但用于構(gòu)建航空電子子系統(tǒng)的電子模塊有全面的數(shù)據(jù)支持。根據(jù)歷史經(jīng)驗，安全認(rèn)證子系統(tǒng)模塊需要昂貴的定制設(shè)計，往往需要花費數(shù)年的時間、投入數(shù)百萬美元進行設(shè)計開發(fā)。

近年來，價格實惠、通過DO-254認(rèn)證的新一代COTS板已經(jīng)上市，這極大地加快了集成安全認(rèn)證應(yīng)用的進程，降低了成本。這些COTS模塊的首選處理器架構(gòu)一直是Power Architecture系列器件，因為英特爾處理器僅支持達(dá)到DAL C等級的DO-254。

隨著恩智浦將重心從新型Power Architecture處理器的開發(fā)轉(zhuǎn)向基于Arm的處理器，安全認(rèn)證系統(tǒng)設(shè)計人員也越來越多地轉(zhuǎn)向基于Arm的方案。Arm處理器支持達(dá)到最嚴(yán)苛及最重要的DAL A級別的D0-254，同時還具有極低的功耗。VPX3-1703 3U OpenVPX是基于Arm的單板計算機（SBC）的一個很好的例子（圖1），專為DO-254安全認(rèn)證航空電子設(shè)備應(yīng)用而設(shè)計。

圖1：VPX3-1703是為DO-254安全認(rèn)證航空電子設(shè)備設(shè)計的基于ARM的3U OpenVPX單板計算機。

快速恢復(fù)能力和可信系統(tǒng)的概念不僅指安全（safety），還指數(shù)據(jù)和硬件防護（security）。COTS系統(tǒng)的防篡改技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全以及靜止數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)保護目前已取得極大的進步。

例如，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（DTS1）網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）設(shè)備支持經(jīng)濟合算的雙層加密（圖2）。DTS1也很容易集成到以網(wǎng)絡(luò)為中心的系統(tǒng)中。

圖2：現(xiàn)場安全性至關(guān)重要，因此DTS1 NAS支持經(jīng)濟實惠的雙層加密。

為技術(shù)尖兵而設(shè)計

現(xiàn)在操控此類設(shè)備的作戰(zhàn)人員都是數(shù)字達(dá)人——他們可以說是手握現(xiàn)代技術(shù)出生，因而對他們有相當(dāng)高的期望。

作戰(zhàn)人員期望獲得的技術(shù)等同或超過他們的家中已有的技術(shù)（如iPhone X）和社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以便在戰(zhàn)場上能夠?qū)崟r共享信息。今天的所有互聯(lián)網(wǎng)資源，無論是谷歌搜索還是Siri或Alexa提問，只需數(shù)年即可為作戰(zhàn)人員所用。我們越來越多地向作戰(zhàn)人員提供可靠的網(wǎng)絡(luò)桌面計算、移動平臺和社交媒體功能來實現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”，網(wǎng)絡(luò)本身已成為行動能力的關(guān)鍵組成部分。

這種技術(shù)也可用來解決戰(zhàn)前預(yù)備的問題，近年來在這一領(lǐng)域的軍事經(jīng)費投入略顯不足。高級計算可用于訓(xùn)練和任務(wù)規(guī)劃，并利用為游戲行業(yè)開發(fā)的技術(shù)來提供復(fù)雜、逼真的場景和體驗。

通過在實際部署的平臺中進行訓(xùn)練程序，作戰(zhàn)人員可以在操作時進行訓(xùn)練，而不需要專門的培訓(xùn)場地?？梢蕴摂M完成真實的模擬，例如，提供在途中針對某特定任務(wù)進行訓(xùn)練的能力。

借助開放系統(tǒng)控制成本

前面討論的許多技術(shù)將受益于使用開放系統(tǒng)，從而降低設(shè)計風(fēng)險并大大縮短部署時間。開放系統(tǒng)的使用也大大降低了成本。競爭使價格降低，還提供了昂貴專有方案的替代方法。

從技術(shù)插入可以看到開放系統(tǒng)帶來的另一個好處。在以不同速度進展的不同實體之間，開放系統(tǒng)定義了一個接口，使新技術(shù)可以快速插入。開放系統(tǒng)接口，如OpenVPX系統(tǒng)架構(gòu)，作為一種差異化功能，支持使用發(fā)展不同步的技術(shù)。

例如，在主戰(zhàn)坦克中用來處理彈道解算的火控計算機算法變化的速度非常緩慢，每年的變化很小。相比之下，運行這些算法的底層處理技術(shù)的進步則要快得多。另一方面，以EW為例，幫助識別電磁頻譜噪聲中特定信號的復(fù)雜算法的開發(fā)速度比所部署系統(tǒng)中運行它們的處理器要快得多。

結(jié)果是最先進的EW算法要等著處理器帶寬跟上，才能投入使用。有了開放標(biāo)準(zhǔn)接口，所部署平臺上的處理技術(shù)和算法就可以以不同的速度進步。

創(chuàng)新伴隨漏洞

每一個新機會和技術(shù)的飛躍，可能都會伴隨漏洞出現(xiàn)。一方面，應(yīng)對DoD尋求的新技術(shù)進行投資，以實現(xiàn)新的功能并提升殺傷力；另一方面，技術(shù)提供商還必須投資修補缺陷。

使用基于COTS的開放系統(tǒng)提供了一種合算的方法，可以將這些功能迅速提供給作戰(zhàn)人員，并且風(fēng)險最小。為了使作戰(zhàn)人員能夠利用高級計算、AI、自主和機器人的強大優(yōu)勢，必須對COTS方案進行設(shè)計和包裝，以滿足戰(zhàn)場的環(huán)境和使用要求。設(shè)備必須可靠并且可在極端環(huán)境條件下工作。技術(shù)也必須進行設(shè)計和包裝，以確保操作安全。不需要繁瑣的安全注意事項，但必須確保操作安全。系統(tǒng)設(shè)計人員需要設(shè)計和包裝下一代COTS方案，以消除敵方侵入或攻擊漏洞，例如網(wǎng)絡(luò)安全和逆向工程防范，防止物理侵入引起運行中斷。

這些新技術(shù)必須在開發(fā)和運行期間確保防御系統(tǒng)和關(guān)鍵信息的安全。

另一個非常重要的領(lǐng)域是測試，必須確保所部署的COTS方案可靠并在整個使用壽命期間實現(xiàn)無錯操作。

總結(jié)

國防部和作戰(zhàn)人員需要依賴可靠且經(jīng)過證明的資源，國會已提供資金來實現(xiàn)這一目標(biāo)。要實現(xiàn)所有這些新技術(shù)，就全靠設(shè)計師和創(chuàng)新者了。當(dāng)然，對于昂貴的封閉式專有系統(tǒng)架構(gòu)，COTS方法是一種經(jīng)過驗證的替代方案，它加快了部署速度，并確保關(guān)鍵技術(shù)在整個使用周期內(nèi)可用。技術(shù)人員將如何在擁有更多技術(shù)尖兵的下一代戰(zhàn)場上打造并應(yīng)用這種方法，讓我們拭目以待。