数字平行战场发展现状与技术突破
数字平行战场概念起源于兵棋推演,是一种利用计算机技术对战争战役进行实时虚拟化描述的技术。在世界各国武器装备领域数字化转型发展的背景下,面向装备体系设计优化、装备战术战法研究等问题,基于数字的平行战场仿真推演正在发挥着越来越重要的作用。
美国防部从2015年起开始实施数字工程(Digital Engineering)战略,为在数字工程转型战略的总体思路上达成共识,美国国防部陆续发布了《数字工程战略》(2018年)、《数字现代化战略》(2019年)、《数据战略》(2020年)等顶层文件作为美军数字化转型指导。这一战略以前所未有的资源共享、知识复用、迭代速度支撑美军战斗力生成,对美军作战概念创新、装备体系建设、作战能力生成产生了持久深远的影响。
为响应美国国防部数字化转型要求,根据美海军国防部顶层设计文件,围绕海军数字化转型的建设目标,美海军于2020年发布了《海军和海军陆战队数字工程转型战略》。在具体推进层面,美海军参与制订了面向全生命周期的装备研制采办综合解决方案;联合军队、政府、高校/研究所等各界产学研力量,持续推进各类先导项目;开展数字工程教育和培训,为数字化转型工程范式的演变和革新培养新生力量。针对性地提出了实施数字化转型的相关举措,加速了数字化工程在海军新型装备研制(DDGX、哥伦比亚级战略核潜艇)和新型作战架构开发(“超越计划”)的落地。当前,美军正处于智能化战略转型的增速期,其智能化战争发展已迈过理论争辩门槛,进入快速备战期。
1.1 虚拟宙斯盾系统
2014年开始,美海军采用DevSecOps软件将宙斯盾作战系统活动全面转向数字化管理模式。2019年3月,“阿利•伯克”级驱逐舰基于“虚拟宙斯盾”系统完成了首次实弹拦截试验。2021年,组织洛克希德马丁、创新防御技术、亚马逊等公司联合开发了Ageis企业服务平台(PaaS),在云环境中托管了整个宙斯盾作战系统,为远程操作共享开辟道路。虚拟宙斯盾系统接入美军水面作战中心,基本按照三步展开。
1)将“虚拟宙斯盾”算法嵌入到“阿利•伯克”级驱逐舰基线中,将真实系统的输出作为虚拟系统的输入,“虚”、“实”系统共享态势信息,运用自身的算法响应实际态势。在不干扰现有作战系统的条件下,利用“虚拟宙斯盾”系统开展新型战术战法研究。
2)“虚拟宙斯盾系统”是“战斗系统资格审定”的一部分。将“虚拟宙斯盾系统”安装“标准”系统防空导弹发射的舰艇上,不会影响导弹发射过程中的舰船其它操作,但可接收与舰上作战系统相同的输入态势。
3)“虚拟宙斯盾系统”的程序包完整部署在舰艇上,可实现导弹发射过程真实数据快速回传,在“海”、“陆”之间搭起了信息“高速公路”。在该模式下,可将实时修改后的程序回传到舰艇,实现作战算法的快速无缝升级。
1.2 “深绿”计划
DARPA于2007年发布“深绿”技术竞标书,目标是运用人工智能技术辅助作战决策,对瞬息万变的战场态势进行预测评估,辅助指战员进行超前思考,并生成作战计划。通过将“OODA”环中的“观察”和“判断”进行大样本仿真模拟,预测不同分支作战方案的结果,对敌方态势行动进行定量化预测评估,辅助指战员开展作战方案制定,把指战员从繁琐的方案制定中解放出来,将注意力集中在作战决策上。
“深绿”主要包括“指挥官助手”人机接口系统、“闪电战”仿真系统、“水晶球”控制系统三大子系统,为最大程度满足指挥员决策分析与操作习惯,“指挥官助手”模块基于草图交互方式生成作战命令。“闪电战”仿真系统是分析评估引擎,通过利用仿真工具,迅速对指挥官提出的作战方案集进行仿真模拟,生成一系列可能的战场演进态势,预测可能的结果。“水晶球”是控制系统,负责接收计划方案、引入战场态势、控制仿真进程、提供决策方向,并根据任务使命对作战方案进行排序,同时,根据实时态势信息,不断修正调整仿真进程,预测战场态势演进方向。
现代平行战场是起源于德国的兵棋推演,经不断发展成熟,在二战开始前,为德国战略决策发挥了关键性作用。二战后,美国引领仿真技术发展。20世纪80年代以来,美军利用其在计算机技术领域中的领先优势,大力发展基于仿真的兵棋推演技术,开发了“麦克柯林迪克战区模型”和“战略分析模拟”等兵棋推演系统,前者不断发展,成为后来著名的“联合战区级模拟系统”。
兵棋推演系统的主要功能是对可能发生的战争进行模拟,分析战争发展态势,训练作战指挥人员。兵棋推演系统必须反映客观实际,遵从自然规律、作战规律和科学原理,兵棋推演系统在设计与发展过程中,包含关键技术如下。
1)多层次/多粒度虚实混合联合仿真技术。为满足作战过程中数字仿真系统与数字装备、模拟器、实装等资源集成的需求,逼真地模拟空情态势和指挥操作环境。多层次/多粒度虚实混合联合仿真技术主要解决跨层次联合仿真、异构联合仿真、时空一致性保持、“人在回路”仿真等关键问题,在统一的调度机制下驱动各仿真资源,实现仿真资源共享与可组合应用。
2)实时数据驱动的蓝方目标动态建模技术。基于战场情报数据动态生成蓝方目标模型,将战场实时情报数据与仿真模型库中蓝军目标模型进行匹配,实例化目标仿真模型,蓝军目标模型通常基于情报整编数据,在一定规则约束下,进行参数化构建,仿真应具备根据实时态势数据进行动态修正调整,逐步逼近真实目标的功能。
3)战场态势超实时仿真预测评估技术。运用平行仿真系统,基于实时态势信息进行超实时仿真推演与分析评估,让指挥员“预示”未来战场态势演进情况,并理解军事行动,是平行仿真辅助作战决策的关键。在平行仿真过程中需要对实时战场态势进行超实时模拟,演示战争可能的演进方向,为指挥员作战决策提供支撑。
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