雲計算、大數據分析、物聯網與人工智能的快速發展正在加速戰鬥方式的變革以及戰爭特徵的演化。戰鬥的勝利將更少地依賴於單一個體，而會更多地依賴於連接武器、傳感器與分析工具的網絡的綜合優勢。本文通過對美空軍作戰平臺能力的數字化、智能化建設，人工智能主導的未來作戰平臺的研究以及數字化空軍白皮書與人工智能戰略的梳理可以得出，美軍在對現有作戰平臺進行數字化改造的基礎上，重點裝備與部署了數字化、智能化程度更高的無人作戰平臺，並進一步致力於更具智能化能力的下一代作戰平臺的研發。
同時，數字孿生技術的使用更能確保全生命週期活動的安全與高效；“阿爾法”、“敏捷禿鷹”與Skyborg系統等人工智能技術將主導美空軍作戰平臺的研究。美國最新版數字化空軍白皮書與人工智能戰略，以及太空聯網項目等均旨在利用數字化、智能化技術實現在複雜電磁作戰環境下安全、高效地共享數據，從而提高整體作戰能力。
為了充分利用自身的複雜系統工程和相關技術優勢快速增強非對稱戰鬥力優勢，美空軍已全面走上數字化轉型之路，利用複雜系統工程和設計，將信息、網絡、智能能力與平臺能力融合。
作戰平臺能力的數字化、智能化建設
美國空軍十分重視作戰平臺的數字化、智能化建設，主要開展了現役作戰平臺的數字化升級，信息化、智能化無人作戰平臺以及下一代戰機的深入研究。
（一）現役作戰平臺的數字化升級
美空軍對大量現役作戰平臺進行了數字化升級，在此僅將B-2、B-52轟炸機，MC-130J特種作戰飛機，以及C-5M、C-17和C-130運輸機等的升級內容進行整理。
圖表1：美國空軍典型戰機數字化升級
此外，
- 空軍衛星通信系統是空軍和國防部指揮空軍戰略部隊傳遞緊急文件的主要通信手段，其地面終端為AN/ARC–171（V）特高頻衛星通信機，目前美國空軍的戰略轟炸機和加油機都安裝了此類終端；
- Link16數據鏈被廣泛地裝備在預警機（如E-3A“哨兵”預警機）、戰鬥機（如F-15、F-16等）、轟炸機（B-2和B-52戰略轟炸機等）、偵察機和指揮控制飛機（如空軍的RC-135戰略電子偵察機、E-8聯合監視與目標攻擊雷達系統飛機），其功能除了視距通信外，還可通過衛星中繼實現全球通信。
2020年2月，美國空軍宣稱將針對波音公司的C-17以及洛克希德·馬丁公司的C-130H運輸機進行多項航空電子設備升級。
圖表2：美國典型運輸機數字化升級
（二）信息化、智能化的無人作戰平臺
美空軍不僅注重對現役有人作戰平臺的數字化升級，對無人機的信息化、數字化等能力的構建也十分重視，在此僅對“全球鷹”、MQ-1C、MQ-9以及RQ-180四款性能先進的無人機的數字化能力進行簡單整理。
其中，
- “全球鷹”是目前世界上飛行時間最長、距離最遠、高度最高的無人機，能夠提供長時間全區域的動態監視，具有跨洲際作戰的能力，目前已經是美國空軍廣域監視系統的重要組成部分；
- MQ-1C“灰鷹”無人機能夠執行大範圍偵查、監視、目標探索、指揮控制、通訊中繼、發送接收信號情報、電子對抗、護航保護、近距離空中支援、精確打擊、殺傷武器的偵查與探測、戰鬥損害評估和有人無人協作等作戰任務；
- MQ-9無論是用於戰區防空以對抗潛在的敵對中小型無人機，還是加入大規模戰役，成為致命的傳感器節點或導彈發射平臺，均具有不容小覷的偵察與攻擊力；
- RQ-180將作為美國空軍新一代高空無人監視平臺，未來還將加載武器系統，能夠從根本上提高美軍在遠程偵察-殺傷鏈上的優勢，實現“快速偵查-快速開火-快速撤離”，從而能夠更有效地實現高空戰地偵察。
通過調研可以發現，這四款無人機都具有強大的數字化、信息化作戰能力。
（三）智能化的下一代作戰平臺的研發
在現役作戰平臺的構建與升級的同時，美國也在致力於更加信息化、智能化的TR-X偵察機與數字化百式戰鬥機等的研發。
其中，TR-X具有高空飛行、偵察監視預警能力和快速部署能力，能夠輕鬆完成跨洲際飛行，戰場適應能力和任務靈活性也將比RQ-4A“全球鷹”無人偵察機顯著提高。未來其將能夠完全替代U-2偵察機，以適應美軍未來作戰需要。
數字化百戰機項目則是致力於研發未來空戰平臺及其配套機載武器系統，以在2030年左右研發出替代F-22和F-35的空戰平臺及其配套機載武器系統，從而維持美國空軍在與“同級別對手”的制空權爭奪中的優勢。
分析可知，TR-X新型高空無人偵察機與數字化百式戰機都將具有高度人工智能化水平，以及強大的數據傳輸通信能力。
此外，三種工業技術也為NGAD提供了“百系列”方法。
由此可以看出，美空軍將基於“系統簇”理念，利用敏捷軟件開發、開放式架構、數字工程三大關鍵手段，設計複雜系統，以及快速迭代發展其中的戰鬥機等節點平臺，最終實現數字化百式戰機的目標。
（四）數字孿生技術確保全生命週期的安全與高效
數字孿生是對物理實體或流程的數字化鏡像，其創建是在集成人工智能、機器學習和傳感器數據的基礎上，建立一個能夠實時更新的“真實”模型，以支撐物理產品生命週期各項活動的決策。
- 通過數字孿生，能夠實現對製造性、檢測性和保障性的評價與優化，支撐航空航天裝備生產、使用和保障；
- 通過在役飛行器的數字孿生及實時數據採集，能夠對單個機體結構進行跟蹤：基於物理特性（如流體動力學、結構力學、材料科學與工程），使用飛行數據、無損評價數據等所有可用信息進行有充分根據的分析，使用概率分析方法量化風險，並使數據閉環流動（如自動更新概率）。
美國不僅將數字孿生技術用於F-35的生產線中，美空軍還與波音合作構建了F-15C機體數字孿生模型，用於預測機體的結構組件何時到達壽命期限，調整結構檢查、修改、大修和替換的時間。
2020年3月據美國《空軍雜誌》報道，美國空軍正在使用GPS IIF衛星的數字副本對衛星、地面控制站以及它們之間的射頻鏈路進行檢測。
博茲·艾倫·漢密爾頓公司（BAH）已經創建了Block IIR GPS衛星的“數字孿生”，進行滲透測試，以發現GPS的網絡漏洞。此外，BAH還對GPS衛星的通信鏈路進行了“中間人”攻擊，以識別衛星與其地面控制站之間的潛在弱點。
人工智能主導未來作戰平臺的研究
空軍肩負著為美國提供空域管理、全球打擊、快速全球機動、情報-監控-偵察和指揮控制等職責，人工智能能夠大大增強美國空軍在以上五個領域競爭、對抗和制勝地能力。人工智能能夠加速數據整合、雲遷移以及大量的互聯網安全功能，並且能夠在大型主戰平臺上得到廣泛利用。美國空軍正在加速人工智能技術的大規模應用，目前已有600多個項目開始整合人工智能。
美國在將人工智能系統裝備於現役無人戰鬥機的演示驗證以及空戰用人工智能的研究方面取得了一定進展。
（一）“阿爾法”人工智能
2016年美國辛辛那提大學開發的“阿爾法”人工智能，在空戰模擬器中戰勝了退役的美國空軍上校。“阿爾法”屬於“動作及簡單戰術行為”人工智能，其採用了“遺傳模糊邏輯”智能技術。
能夠組織全部傳感器數據構建戰鬥場景的映射，在一毫秒內做出行動決策
- 在動態環境中，其反應速度是人類對手的250倍
能夠同時躲避數十枚來襲導彈並對多目標進行攻擊、協調隊友，並觀察學習敵人戰術
- 僅需要一臺普通個人電腦即可運行
據稱，辛辛那提大學將繼續開發“阿爾法”，讓其與飛行員一起訓練並擴展其功能，並且通過構建更加真實的空氣動力學和傳感器模型，提升擬真度。未來將“阿爾法”人工智能用於空戰將會增加容錯率。
（二）“敏捷禿鷹”人工智能系統
2019年9月，美國空軍授予通用原子系統公司項目，對安裝了“敏捷禿鷹”人工智能系統的MQ-9無人機進行為期10個月的集成與演示驗證。主要對該無人機對大範圍行動的監視能力，能否無需人工干預，自主識別預先定義的感興趣目標併發送它們的位置，自行決定是否執行致命打擊進行驗證。
“敏捷禿鷲”行動概念
“敏捷禿鷹”是一個高性能計算系統，能夠採用人工智能技術，能夠在遠程無人機上進行機載高性能嵌入式計算，實時對數據進行處理和傳輸，從而增強無人機情報數據獲取效率以及態勢感知能力，具有數據處理高效、目標識別迅速以及帶寬需求降低的優點。該系統旨在進一步增強無人機的效能，使其向自主武器系統發展。
（三）高端戰鬥機與Skyborg項目
作為美空軍最具代表性的戰鬥機，F-35本身具備一定的智能化能力，能夠在快速訪問數據庫、組織信息的同時進行高強度運算。
F-35具有傳感器融合技術
- 有助於飛行員完成目標識別、導航與傳感器信息收集功能。
計算機自動後勤信息系統包含了人工智能技術的早期應用（ALIS）
- 使計算機可以自動完成評估、檢查清單、組織信息同時自動做出決策，使後勤系統更加自動化，具備自動回傳發動機和其他航電設備運轉情況的功能。
F-35的駕駛員可操作小規模的無人機群，以執行偵察和鎖定目標的任務
- 其ALIS系統可將飛機的維護以及實時信息通過全球分佈式網絡回傳給技術人員。
從2023年開始，生產線上的F-35戰機將配備改進後的強大處理器，更大的存儲容量和新型高級顯示器。此外，F-35在升級Block 4軟件之後還能夠實現與無人機協同作戰的能力。
2019年美空軍宣佈了Skyborg自主無人作戰飛機項目，旨在部署一種模塊化、類戰鬥機的無人飛行器用於快速更新和迭代更復雜的人工智能技術，具備可消耗、自主性、開放架構和彈性等特徵。
Skyborg系統的研究範圍從相當簡單的算法到空域內飛行和控制，再到更復雜的人工智能水平，以完成某些任務或子任務。其可通過以下兩種模式參與空戰：
數字化空軍白皮書與人工智能（AI）戰略
（一）數字化空軍白皮書
面對未來戰爭速度和範圍的擴大，美國空軍致力於由以平臺為中心的作戰轉向以網絡為中心的作戰。2019年7月9日美國空軍發佈了《The Digital Air Force》白皮書，強調利用武器、傳感器和分析工具聯網的綜合優勢，對空軍如何收集、使用和共享數據進行全面更改。其中包括以下三個相關要素。
針對該計劃，對美空軍目前所面臨的形勢與問題、空軍數字化目標以及實現途徑進行了詳細的梳理。
（二）美國空軍AI戰略與太空互聯網建設
美國空軍於2019年9月發佈了AI戰略。將美國空軍與國防戰略和國防部人工智能戰略協調一致的框架，其詳細闡述了數字化時代有效管理、運作和領導所必需的基本原則、功能和目標。
同年年底，美國空軍計劃向商業衛星服務商提供兩份“全球閃電（Global Lighting）”新項目合同，以驗證商業太空互聯網服務對美國空軍“多域作戰（MDO）”的增強作用。該項目是“數字化改革”與“多域作戰”理念的核心構成。
目前美國空軍研究實驗室已通過“全球閃電”項目，開展了一系列旨在向美軍現役飛機安裝商業太空互聯網終端的實驗。
- 該機構在2018年11月15日開始使用由美國空軍特種作戰司令部提供的一架AC-130運輸機來測試今年五月發射入軌的“星鏈”星座太空互聯網服務，12月，該機構成功地在一架C-130J運輸機上實現了與SpaceX公司的兩枚演示版“星鏈（Starlink）”衛星的高速聯網。此次實驗將持續到12月17日。
- 美國空軍研究實驗室還在2019年春季與美國空軍空中機動司令部合作，在一架KC-135加油機上測試了“星鏈”服務。
美國空軍將在所有任務中運用最具代表性的人工智能形式，以更高的速度和精度實現更好的結果，同時強化每名飛行員的能力。
總結
雲、人工智能、指揮控制與通信以及網絡安全是國防數字現代化的戰略基礎。美空軍不斷為現役的作戰平臺進行數字化、智能化技術的插入，並進一步開展了更具數字化、智能化能力的下一代作戰平臺的研發。同時還加強了人工智能與數字孿生等高新技術的研究與應用，進一步開展了太空聯網與衛星網絡研究工作等，以增強空軍“聯合全域指揮與控制”網絡的數字化、現代化能力，實現在複雜電磁作戰環境下安全、高效地共享數據，最終提高整體作戰能力。
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