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今日荐文的作者为中国电子科学研究院专家曹晨。本篇节选自论文《基于网络信息体系的空中作战装备发展初步研究》，发表于《中国电子科学研究院学报》第15卷第8期。
摘要：网络信息系统条件下的空中作战本质上是基于网络信息系统联合作战和多域作战的具体战争形式，遵循调查、控制、战斗、评价的基本过程，具有作战平台、空间分布和信息利用的特殊性。本文总结了国外相关设备的发展，分析了网络信息系统赋予空中作战设备的基本特点，以及空中作战设备系统贡献评价的基本框架。在此基础上，提出了设备开发建议，为我国空中作战系统的建设提供参考。
关键词: 网络信息系统；空中作战；系统贡献；杀死网络
论文全文摘编如下
仅供学术交流和参考
引 言
空中作战[1]是指在空战场上以航空兵为主体的作战（Air Battle），目的是消灭敌空军集团，夺取制空权，确保其空中目标安全和空中行动自由；也可以指航空兵在空中攻击或抗击敌人的行动（Air Operation），包括空中进攻作战、空中封锁作战、空中特种作战、防空作战、与其他军事作战、航空侦察、电子对抗等。当空中作战被称为空中作战时，它实际上可以用来指空中作战，指双方在空中的战斗，包括空中截击（Air Interception）和空中格斗（Dog Fight），分为空中搜索、敌人接收、攻击和退出战斗阶段。与三者相比，第一个意义更一般，也是本文讨论的主题。
网络信息系统条件下的空中作战本质上是基于网络信息系统的联合作战和多域作战的具体战争形式，遵循调查、控制、战斗、评价的基本过程，具有其特殊性；这一特殊性主要体现在作战平台上，主要是飞机或浮空器，结合其他武器系统，共同构成调查、控制、战斗、评价的支持平台；在空间分布方面，对流层中的空间主要延伸到地面、海洋、平流层、太空和水下区域，在非实体区域扩展到网络空间和电磁空间；在信息利用方面，信息的生成、组织和应用往往需要在高度移动的平台之间进行网络化。因此，与其他作战形式相比，空中作战设备的技术体系和作战应用明显不同于其他作战设备。
1. 国外发展
虽然美军没有明确提出网络信息系统的概念，但却是网络中心战和全球信息格栅（GIG）、作战云和JIE（联合信息环境）和一系列具有网络中心、信息主导和系统支持特征的重大战斗概念的提出者和实践者[2]。近年来，美国或其他军事力量继续加强顶层规划和设备发展，努力在大国竞争时代保持领先地位，其中大部分与空中作战设备的发展有关。
(1)作战概念引领。
美军高度重视作战概念的研究，不仅是对已经结束战争行动的总结，也是对未来战争形态的前瞻性。近15年来，提出了第三次抵消战略(2014年)[3]、空海一体战(2010年)/区域拒绝与作战(2015年)[4]、多域战(2016年)[5]、穿透战(2017年)、马赛克战争[6-7](2017年)、侦察威慑(2020年)等多种作战概念，如图1所示。
其中，第三次抵消战略具有计划的特点。基于信息主导和美军在无人作战、远程空中作战、隐形空中作战、水下作战、复杂系统工程集成与作战五个方面的能力优势，构建全球监控与打击系统（GSS）空中作战在第三次抵消战略中发挥着主要作用。
马赛克战争是反映美军对未来作战形式和武器装备发展理解的最新概念，也可以看作是分布式作战和无人作战等几个重要作战概念的集合。图1显示了马赛克战争OODA作战周期中需要解决的几个问题。
(2)产品形态变化。
美军以先进的作战理念引领装备形式改革，继续巩固与其他国家相比的装备跨代优势。例如，基于2013年提出的作战云概念[8]，假设每个授权武器系统都可以利用数据分发和信息共享的整体网络，透明地贡献和接收信息，实时连接和同步，提高情况感知和协同作战能力。
研发基于穿透作战概念AGM-183A通用高超音速滑翔体（C-HGB）前半部分具有高超声速飞行特征，后半部分具有弹道导弹飞行特征的攻击系统[9]，PCA/P-EA/P-ISR(穿透性制空、电子战及情报监控与侦察平台)MM-UAS多任务无人机和MQ-X等待新的空中作战装备[10]。基于马赛克战争的概念，强调现有武器的创新组合，要求武器装备具有网络、可重塑、低成本的特点，功能可分为多种排列组合，建议开发各种低成本传感器或单一功能平台，可能对武器装备形式产生重大影响。
(3)质量和数量并重。
空中作战装备，尤其是空中进攻作战装备，正在从隐形时代向智能无人时代发生变化。在之前的发展阶段，我们更加注重装备的更换，突出了质量因素。然而，智能无人时代的集群特征和饱和攻击作战风格将加强数量的作用，兰彻斯特平方法将继续适用。事实上，美军在强调继续保持装备跨代优势的同时，也非常重视装备数量。在2019年3月发布的《2030年飞机清单》[10]中，建议轰炸机和战斗机分别增加22%和8.5%，B-21和PCA/P-EA如图2所示，重点机型数量显著增加，总数分别达到192架和2198架。
图2 CSBA2030年轰炸机和战斗机发展数量[10]
(4)完善采办机制。
早在第三次抵消战略提出时，美军就同时讨论了作战组织和装备采购的概念和技术，提出要开展组织形式和国防管理创新，这与网络信息系统的内涵不谋而合，不仅要包括各种网络、系统和武器装备，还要包括数据信息、作战力量、系统机制和战争规则。
201920月，美军发布了新的采购要求自适应采购框架（AAF）[10]被认为是近年来美军采购史上最重要的事件，从强调流程完美到快速交付能力的转变，认为明天获得的85%解决方案远胜过几年后获得的100%解决方案。同时，认为像五代机这样的平台开发周期太长，需要使用模块化开放系统架构、敏捷软件开发、数字工程三位一体的信息技术和工具。美军采取的这些措施不仅适应了信息技术快速发展、信息系统更新频繁、空中作战装备高度复杂的现实，也充分发挥了信息技术在武器装备研发中的作用。
2 空中作战装备的基本特征
总结国内对网络信息系统的基本了解，综合国外发展趋势，可以认为网络信息系统条件下的各种作战形式具有以下特点，这些特点可能对空中作战设备和工艺组织更加突出，对设备设计理念和实现形式产生深远影响。
(1)以共享为核心。
在网络信息系统的条件下，为了提高信息共享能力，武器系统开发人员在设备设计和集成方面主要采取两种主要措施。
1）不断加强顶层设计。希望长期以来改变基于烟囱的自底向上设备集成和系统建设模式，突出自顶向下，统一标准规范[12]。加强顶层设计的最终目的是一次性定义设备体系结构、各系统成员及其交互关系，即开发系统设备实现系统设备，但由于理解水平有限，难以一步到位，实施过程中难以找到统一的主管部门，各部门难以协调统一，实际上难以实现。
2）不断改变产品形式。网络信息系统可以抽象为三个部分：节点、连接和数据。其中，节点是系统的基本单元和功能载体；连接定义了不同节点之间的组织形式，并与节点本身共同定义了系统条件下的能力出现；数据存储在每个节点上，是网络信息载体和系统运行的基本驱动力。
在节点形式方面，空中作战设备注重架构设计的分散化，功能设计的组件和功能解耦，一般服务或一般设施作为作战资源的统一管理；根据数据集成和数据交换的信息共享需求分布式趋势的发展。
在连接形式方面，不同节点之间连接的传统通信网络正在扩展为逻辑网络，包括通信连接和信息交换机制。节点内基于有线网络的集成正在转变为基于无线网络的跨节点集成；通信和网络技术体系的变化已成为信息技术发展中最活跃的部分。民用无线通信和网络技术的快速发展可能会深刻影响设备形式，以满足分散部署或高速移动条件下空中作战平台的信息共享需求。图3显示了近70年来军用通信技术和民用通信技术发展的比较。
图3 军用通信技术与民用通信技术发展对比
在数据形式方面，传统的数据交换需要双方对接数据内容、格式和交换接口。为了满足网络信息系统条件下数据共享的需要，数据不仅应该是可见的，而且应该是可理解和可靠的。数据的标准化程度不断提高，数据交换模型越来越标准化和统一。
(2)以速度为焦点。
在网络信息系统的条件下，杀死链（kill chain）正在向杀网（kill web）转换[5]。由于信息需要在更大的网络中流动，因此存在降低攻击速度的因素。为了缩短从传感器到射手的时间，有三个方面需要保证。
1）打击速度更快。空中作战装备的飞行速度越来越高，速度指标的重要性也越来越突出，因此高超声速武器可能会对网络信息系统中的检测功能系统产生颠覆性的影响，并对打击链的指挥和决策响应速度提出了新的要求。只有以动能和化学能为主，依靠电磁手段实现光速打击，即打击手段的电磁化，才能为高超声速打击武器建立积极和不对称的优势。
2）处理更智能。在网络信息系统的条件下，越来越多的传感器和平台应该以战术速度处理和传输大量不同的数据，超越了时间敏感环境中的人类认知能力[5]。因此，需要通过人工智能系统来保证多域联合作战下的信息处理效率。
3）组织更加平坦。作战指挥系统是网络信息系统内涵的一部分。平面是指对作战指挥系统大跨度、小阶梯的形象表达[14]。由于指挥水平降低，信息流程缩短，指挥响应速度提高。从目前指挥系统的功能来看，人们在信息处理中承担主要和核心工作，组织更加平坦，任务执行更加集中在人身上。人们可能成为指挥信息环路的瓶颈，智能处理也将为实现平面结构创造条件。
(3)以生存为前提。
生存要求武器系统能够适应复杂的对抗环境，避免硬破坏和软杀伤。在网络信息系统的条件下，生存问题是影响战斗概念创新、战斗风格变化和设备形式变化的极其重要的因素。提出了无人战斗、分布式战斗、零功率和低功率战斗、马赛克战争和杀伤网络的战斗概念，生存是重要的考虑因素之一。在网络信息系统条件下，对生存的要求正在发生质的变化，从关注个人生存到关注个人生存和系统生存的结合，即更关注杀死网络中特定功能系统的 ** 作为一个整体生存，这种生存比以前的杀伤链更允许个人消失。只要整体功能仍能出现和维护，空中作战装备就有一些新的特点。
1）性能进一步提高。为了提高生存能力，空中作战设备的性能不断提高。就战斗机和其他攻击平台而言，其能量和信息优势进一步突出。在预警机等情报安全系统方面，其生存除了依赖战术应用外，对信息质量和信息利用效率的要求更加突出：基于更远的探测距离，尽快发现威胁并贡献给网络；基于更快的情况形成速度和情报分发速度，尽快调度系统中的作战单元处理威胁，对网络信息系统中核心或枢纽节点的安全具有一般意义。
2）形式更加多样化。无人平台取代有人平台[15]，增加无人平台数量，保持适当冗余，降低个人生存要求，提高系统的生存和有效性；分布式小平台取代集中式大平台，或尽可能分离各种武器系统，减少集中攻击的可能性；信息系统设计或使用低零功率/低功率/低截获概率[16]，减少不必要的电磁资源暴露，增加敌人定位难度等。简而言之，信息系统的形式变化反映了安全概念的深刻变化。
（4）以集约为支撑。
在网络信息系统条件下，信息系统构成与交联关系前所未有的复杂性，特别需要注意信息系统的密集性，加快共享速度，提高共享效率；即使由于安全或系统稳定性，也需要增加冗余，但仍需要不断提高信息系统的效率比，冗余和效率比也应该统一，因为冗余侧重于系统的安全和功能维护，而不是系统或系统的无效组成部分；因此，实现冗余仍需要实现密集性。由于空中作战平台在重量、体积和能源方面的严格限制，密集性要求更加突出。
1）提高适装性。利用微系统和软件技术提高设备的硬件集成度和软件比例，利用新一代半导体技术提高能量利用率，是提高适装性的重要措施。随着空中作战平台无人化的发展，平台是根据信息系统的需要开发的，信息系统与平台是先天性的计，有效利用平台提供的物质与能量等各类资源，将是重要趋势。例如美军早在1998年即开始规划发展的传感器飞机，虽然最终没有形成装备，但其成果被用于RQ-170/180。
2）提高扩展性。对于空中作战装备而言，通常存在“一代飞机平台、多代信息系统”的特点，因为飞机平台的生命周期通常相对较长，而信息系统由于技术更新快，且由于机载装备由于工作环境、安装空间与允许使用的能量等方面的条件苛刻，研制难度大，成本高，强调在集成架构上的开放性、可扩展性和兼容性，尽量解耦硬件与软件，并规范数据应用方式，从而兼顾当前与未来，既有利于提升能力，也有利于降低成本。
4 装备体系贡献度基本评价标准框架
网络信息体系条件下空中作战装备的基本特征，既可用于装备设计的基本参考，也应该作为装备体系贡献度评价的重要依据。这些特征为了有效应用于装备体系贡献度评价，还需要进行指标体系的细化、量化及简化，以真正形成能够指导装备研制的可行性评价方法；这里仅给出其基本框架，以提供深入研究的参考性起点。
（1）涌现度
涌现度是共享程度的度量，但不能简单地看作是单装作为一个网络节点接入其母体——网络信息体系的能力，更要考察它的接入对体系中的其他协同作战单元带来的能量增量，即能力涌现[17]，也就是要考察节点在网络信息体系中的“能力涌现度”。在具体实施评价时，应首先找到协同作战的两端装备自身的度量指标（这些装备自身的指标体系通常是成熟的），然后研究其中一端装备自身的度量指标对另一端装备自身的度量指标的影响。例如，对于新研机载预警雷达装备而言，它的能力指标包括探测威力、精度和识别能力等；对于与之协同的另一端，例如战斗机，它的能力指标包括打击距离、火力系统命中率和可打击目标种类等等，在衡量机载预警雷达的体系贡献度时，就应考虑在预警雷达的能力支持下，战斗机打击距离的增加、火力系统命中率或打击目标种类的增多等；必要时，可以将这些能力以比率或其他定量方式表达。
（2）时效性
在网络信息体系条件下，时效性应该成为衡量装备体系贡献度的基本指标。需要结合典型作战场景或作战任务，评价装备在网络信息体系中对缩短打击链相应环节或全部环节的贡献。在机械化战争条件下，通常容易认为装备效能评价“只有单装指标、没有体系指标”，时效性指标可以理解为对这种现象的一种具体纠正。因为为了保证时效性评价的科学性，必须首先构建一个完整的杀伤链条，而这个完整链条的构建又必须放在具体场景与任务中，因为在不同场景或任务中，网络信息体系的裁剪或调整是不同的，需要协同的作战单元其作战能力或作战运用方式也有差异，脱离这些场景与任务去寻求“普适”的打击链响应速度评价，可能对作战意义不大。
（3）生存力
如前所述，网络信息体系条件下的空中作战装备从生存力考量，除了传统的空中集中式高价值 ** 台外，将逐渐向分布式形态发展；无论是哪种装备形态，均应该从体系角度衡量其生存力。一般而言，装备生存力可以用生存概率来衡量，即装备被击中的可能性[18]。在装备论证中计算装备生存概率时，有几个问题应予以充分重视。
1）敌方对空中高价值平台的作战攻击类型，除了传统的编队方式外，穿透式作战和集群作战等新型作战样式可能对装备生存性产生重要影响。2）己方对空中高价值平台的综合性与体系性防护方法，如阵位选择、不同类型平台间的战术协同、电子对抗以及针对敌方攻击手段的对称性防护手段等。3）基于无人系统的分布式平台或集群系统（简称“分布式系统”），其生存概率的计算应与集中式高价值平台不同，仅用分布式系统中个体的生存概率来衡量是不客观的；因为分布式系统相比集中式平台更加允许个体的消失，其全部或部分功能可以转移至其他平台，而集中式平台个体消失后，整体功能随即消失。
所以，分布式系统中任一平台的生存力衡量应充分考虑其功能向其他平台迁移与保留的因素。
（4）集约性
衡量一个空中作战装备集约性的指标可以分为节点集约性和适装集约性两大类，前者衡量节点是否以最小数量融入体系使得既能贡献能力又能维持必要冗余，是体系集约性的衡量；后者则衡量节点在设计上对平台资源的利用效率，是节点自身经济性的衡量。前者可以用不考虑冗余时的节点数量与考虑冗余的节点数量的比值来衡量，冗余条件下的节点数量需要结合节点任务故障率和生存率考虑。后者可以用空中装备的主要能力指标与平台所提供资源的比值来予以定量表述，例如，对于空中探测装备而言，其主要作战能力有探测威力、精度和数据率等指标，平台资源指标则有最大起飞重量、升限和最大平飞速度等指标，若将探测能力综合成功率孔径积来度量（或者选用用户最关心的指标，如探测距离），将平台资源指标选用最大起飞重量这个最主要的指标，二者的比就是每单位重量所能达到的能力，可以考虑用来评价其适装集约性。
上述集约性度量方法没有考虑评价可扩展性和经济性。可以从软硬件解耦程度、能力生成周期内软硬件可获得性等方面综合考虑可扩展性，并在必要时均补充成本因素，从而全面评价集约性。
5 发展建议
1）加强体系总体技术研究。提出适合国家战略和军队特色的作战概念，建立网络信息体系条件下空中战场和空中作战装备的数学模型、度量方法与效能评估体系，利用模块化开放系统架构、数字孪生、基于知识的表征与建模等新技术构建体系级和数字化的装备描述与运用平台，并加速数字孪生系统由装备向战场发展，既利于装备同时加强未来各空战样式的作战流程研究并实现代码化、自动化与智能化，减少人的干预并适应战场复杂性，提高杀伤链质量。
2）加强产品形态创新研究。空中作战装备既是产品形态革新最为活跃的领域之一，也是推动技术发展最为迅速的领域之一。传感器与平台正在深度融合，“传感器即结构”和传感器与平台一体化隐身正在成为现实，共同构成穿透式ISR平台基础；传感器在能够探测高速目标与集群目标的同时，探测、通信与干扰也应该能够安装在高速与集群平台上，无人化配置、智能化运行和分布式集成正在成为空中装备的典型特征，由此，应在微系统、软件化、智能化和网络化等深刻影响产品形态的领域或技术内加强技术布局、做好提前谋划。
3）加强技术集成示范验证。为突出应用牵引、问题导向，应该针对分散安排的新技术研究结合典型应用，集中发力、做好验证，切实做好技术成果向战斗力的转化。例如基于网信体系的统一规范集、规则集和数据集等涉及体系推进的顶层关键问题，反杂波、抗干扰、密集目标探测和高机动目标跟踪等影响装备效能的老大难问题，已经长期开展研究的分布式、智能化、软件化等研究热点问题，结合各类特种飞机、无人机及作战平台等重点装备开展应用研究与验证，既是对网信体系顶层设计的有力检验，也是短时间内提升装备战斗力的有效措施。
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