国民警卫队作战中自主车辆的未来

导言

将自主车辆(AVs)纳入国民警卫队的行动,代表着国民警卫队如何履行其独特的双重作用 — — 既支持联邦作战任务,又支持州一级的应急反应 — — 的范式转变。随着美国军方加快采用无人驾驶系统,国民警卫队站在利用这些技术加强后勤、侦察、医疗后送和救灾的十字架上。自主地面、空中和海上平台承诺扩大国民警卫队的覆盖范围,同时减少对服役成员的风险。然而,全面的行动一体化需要克服重大的技术、道德和组织障碍。这一条探索国民警卫队内部自主车辆的现状、潜在利益、关键挑战和未来路径,借鉴了最近的示范、理论发展以及行业伙伴关系。

军用自主车辆现状

自主车辆技术已经超越实验室测试,进入了美国所有军事部门有限的作战原型。国民警卫队虽然并不总是处于获取的前列,但参与了几个实验方案和联合演习以评估AV能力。这些努力跨越地面、空中和海上领域,每个领域都有不同的成熟程度和作战优势。

地面车辆

陆军的机器人战车(RCV)计划(包括轻型、中型和重型的变种)是地面自主的主要动力。卫队已经对小型无人驾驶地面飞行器(UGV)进行了早期实验,如RS2-HD(通常称为“MARS”),以便在国家现役任务期间进行侦察和周边安全。海军陆战队的LOw-Profiles UGV(LP-UGV)也已经由警卫工兵单位评估,以便进行爆炸性弹药的处置和路线清除。虽然目前的UGV需要操作人员的重大监督,但自主航行的进步使得他们能够沿着路口前进,避免障碍,并在最低限度的人为干预的情况下返回基地。

空中系统

无人驾驶航空系统(UAS)是警卫队中最成熟的自主领域. 几乎每个州都有陆军警卫MQ-1C灰鹰或MQ-9 Reaper部队,用于情报,监视,侦察和突击任务. 国民警卫队机翼操作RQ-4全球鹰和MQ-9,常在人监督下自主飞行进行发射和回收. 更小型的四面体系统,如Skydio X2D,已由警卫队的民用支援小组部署进行灾害评估. 自动化这些系统主要意味着中途导航,穿刺,以及自动起飞/着陆;真正的战术自主权(如独立的目标探测和接触)仍然受到政策的严格制约.

海事系统

海军的海上猎人中层漂移舰和较小的Manta Ray UUV在与海岸警卫队和海军预备队的合作演习中得到了证明,后者经常与警卫队一起训练。有一些海岸线宽敞的州(如加利福尼亚州佛罗里达州)在飓风反应中试验了自动浮标和远程传感器平台来监测水道。海军在港口安全和清除废弃物方面的作用可以从半自主的海洋资产中获益,这些资产可以在危险的海流或受污染的水中操作。

国民警卫队倡议

国民警卫局(NGB)已经建立了几个创新小组和伙伴关系来加速AV的采用。陆军卫队的“警卫”计划、空军卫队的“迅速作战就业”概念以及德克萨斯州卫队的“Lone Star Unmanned”计划等州级举措都以现实情景测试AV原型。例如,在诸如Vibrant Response(CBRN response)和[Cyber Shield等演习中,自主地面车辆被用来模拟污染区运送供应品,并进行通信网络中继。这些实验突出了AV在国民警卫队独特的双重任务背景下的希望和目前局限性。

国民警卫队的潜在福利

自主车辆提供一系列适合警卫队行动节奏的优势,这往往需要迅速启动、各种任务组合以及最低限度的常备后勤足迹。

增强危险环境中的安全性:[ 反车辆地雷可以在化学、生物、放射性和核(化学、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物、生物
提高后勤和侦察效率:[ 自主系统可以维持长时间巡逻和运输任务,而无需船员疲劳. 在驻军中,无人驾驶地面补给可以减少车队安全所需的士兵人数. 在外地,自主无人机可以在广阔地区提供持续的伊斯兰辐射,探测地形或活动的变化,并提醒人类分析员.
生命周期内的成本节省: 虽然初始购置成本很高,但自动驾驶车辆可以减少重复任务的人员需求,例如周边巡逻、货物移动和路由清关,免除士兵更复杂的任务。通过优化自主驾驶和基于条件的算法减少维修而减少燃料消耗也有助于长期节省。 2023年RAND公司的一项研究估计,用自主等同器更换20%的战术轮式车辆,可以在10年时间内将后勤成本降低12—18 % 。
行动灵活性和可扩展性:[ 自主平台可以迅速部署到不同的地形——北极、沙漠、城市或海洋——但准备不足。警卫的双重状态/联邦结构意味着这些系统可以预先部署在州级武器库中,并迅速启动救灾,然后在《美国统一法典》第32章或第10章下无缝地融入联邦特派团。斯瓦尔姆技术可以允许单一操作者同时管理多种资产,在不增加比例人员的情况下,将警卫部队的投射成倍。
增强情况意识:[]机载传感器和AI动力数据聚变可以为指挥官提供共同的操作画面,实时更新. 自主车辆可以充当移动传感器节点,在整个网络共享数据,并缩小经常困扰救灾行动的信息差距.
减少认知负担人类操作员:[ 通过自动化常规决定(例如,遵循巡逻路线,按地形调整速度,低燃料时返回基地),AV允许士兵专注于更高层次的战术决定. 这种认知卸载对于仅进行兼职训练的警卫人员来说特别有价值,在紧急激活时可能面临陡峭的学习曲线.

挑战和考虑

尽管有这些好处,但在自主车辆成为国民警卫队库存的标准工具之前,必须解决若干障碍。

受试和复杂环境中的技术可靠性

自动系统依赖于传感器数据(LIDAR、雷达、摄像机、全球定位系统)和AI算法来导航和作出决定。在全球定位系统所拒绝的环境里,如隧道内部、树冠密布或电子战频频发的地区,这些系统都可能失败。警卫的作战谱面包括从开阔的沙漠到杂乱的城市环境的一切,每个都带来独特的认知挑战。例如,沙尘暴可以盲目LIDAR,而雨或雾则会降解光学摄像机。可靠性需要冗余的传感器套装、强健的SLAM(同时局部化和绘图)算法,以及当自主性下降时使车辆返回安全状态的故障安全机制。当前的测试表明,即使是像陆军RCV这样的先进平台也需要一个人员来进行无结构地形操作。

网络安全威胁

自主车辆网络化程度很高,使其易受网络攻击。反政府武装可能会干扰指令链接、感应器输入,或者注入恶意代码来劫持或使车辆失效。卫士和其他军事部门一样,必须确保AV有硬化的通信、加密的数据链接和离线倒置模式。 2022年GAO关于自主军事系统的报告强调国防部(DoD)尚未完全建立地面UGV的网络安全标准,而卫士实验中使用的许多商业现成组件缺乏军事级安全。此外,卫士对国家控制网络(如救灾)的依赖也增加了复杂性,因为这些网络可能无法满足DoD网络安全要求。

伦理和法律问题

军事自主权最有争议的方面是授予致命决策权. 国防部指令3000.09(2012, 更新2023)规定,除非给予特定豁免,否则自主武器系统必须允许对交战决定进行人的控制. 对于非致命任务,如运输,侦察和医疗后送,道德问题以问责为中心:如果自主车辆与民用车辆碰撞,伤害旁观者,或者在灾害期间未能提供援助,而责任者——操作者,指挥官,制造商,或者AI开发者——则军事自主系统的法律框架仍在演变之中,而卫队也必须遵守关于公共道路和领空使用无人驾驶车辆的州法律. 联邦航空管理局(FAA)要求放弃在可见无人驾驶飞机行动之外的行动,许多国家对自主地面车辆在公共交通方面有限制. 这些法律障碍可以在国内紧急情况下缓慢部署。

一体化的成本和后勤

获得自主车辆只是部分开支。维修需要受过机器人、AI和网络工程(这是警卫队目前缺乏的有机力量的一套技能)培训的专业技术人员。高级传感器和起动器的备件供应链可能无法通过传统的军事后勤渠道随时获得。此外,将自动取款机纳入现有的指挥控制系统(例如陆军的指挥或空军的通用操作图)需要软件更新和数据标准,而这些数据标准仍在开发之中。警卫队的资金周期取决于联邦拨款和国家预算,可能无法与保持自动取款系统时所需的快速技术更新同步同步。

技术开发

克服这些挑战需要集中投资于几个关键技术支柱。

人工智能和机器学习

AI是自主操作的核心推动者。军事AV需要高度可靠的AI,它可以概括到各种环境——一个被称为域内适应的挑战。当前的研究,如陆军人工智能整合中心(AI2C)和国防高级研究项目机构(DARPA)等方案,侧重于增强认知和规划的学习和深神经网络。然而,AI系统缺乏人类所依赖的常识推理和因果理解,使其在新形势下变得脆弱。卫士将从AI中获益,后者可以迅速适应当地的地形和情况,例如学习如何在水淹的街道上航行,而不是干燥的。

传感器聚合和感知算法

强感知需要结合来自多种传感器类型的数据. LIDAR提供高分辨率的3D映射,但对天气敏感;雷达穿透天气但分辨率较低;被动的EO/IR相机提供上下文但依赖于照明. 聚合算法必须动态地对每个传感器进行加权,并检测出可能表明偷窥的不一致. 机器人与自主系统联合方案办公室(JPO-RAS)一直在开发一个通用的自主软件堆,将传感器接口和感知管道标准化,从而可以方便Guard的整合.

通讯和指挥与控制

自主车辆需要低纬度、弹性通信以进行遥测和指令更新。警卫队在细胞塔可能倒塌(灾害反应)或受到攻击(战斗)的环境中运作。新兴解决方案包括使用软件定义的无线电、与移动终端的卫星通信以及Link 16. 等战术数据链接。陆军综合战术网络(ITN)和空军高级战斗管理系统(ABMS)正在建设连接载人平台和无人平台的基础设施。警卫队的目标是实现“无人配属”,即操作员通过单一接口控制多辆车辆,甚至超越退化的网络。

政策、道德和条例

联邦、州和国际法的复杂互动决定了警卫如何部署自主车辆。国防部更新的指令3000.09强调,自主系统的设计必须允许人类对致命行动进行监督。对警卫来说,这意味着任何携带武器的AV都需要州州长(国内任务)和国防部长(联邦任务)的明确批准。在国内行动中,[ Pose Committus[] 限制一般禁止军队参与执法,但如果在没有逮捕令的情况下用于持续监测,自主的监视系统可能会引起第四项修正案的担忧。国民警卫局必须与州立法机构和司法部合作,制定明确AV在救灾和民事支持方面的使用规则。

保护部队在海外部署时也适用国际考虑,自治制度必须遵守武装冲突法,该法要求区分战斗人员和平民、攻击的相称性以及对指挥官的问责。自治行为者(并非相当 " 士兵 " 、 " 武器 " )没有明确的法律地位,使问责复杂化。包括中国、俄罗斯和以色列在内的一些国家正在发展类似的制度,增加了自主军备竞赛的风险。美国在联合国倡导负责任的使用框架,但具有约束力的条约仍然难以实现。

前进的道路

展望未来,国民警卫队可能看到自主车辆在未来十年里从实验平台演变为操作工具。几个趋势将决定这种转变。

无人配对

近期的重点是将自主系统与人类单位对接。比如,自主地面车辆可以陪同载人车队,提供额外眼睛(传感器)和物资,而人类领袖则可以做出所有战术决定。陆军的可选载人战斗车辆(OMFV)计划虽然被推迟,但指向未来可以与机组人员或无机操作的作战车辆。警卫队可能会为其斯特雷克和布拉德利部队采用类似的配置,从后勤和后方安全开始。

散射能力与分布式操作

数十个小型自主平台以协调的方式行动,提供了新的战术可能性。在救灾中,一群无人机可以绘制幸存者的广阔区域地图,或者向孤立的社区运送小型有效载荷(例如通信中继器、净水片 ) 。在战斗中,一群人可以压倒敌方的防空或进行分布式侦察。 DARPA的关闭方案和海军低成本无人驾驶飞行器升温技术(LOCUST)已经显示出基本的行为。警卫队的后备结构可能非常适合管理大量行动,因为部署需要最少的人员,但规划需要大量技术专长。

救灾和人道主义援助

自主车辆可以改变卫队最引人注目的任务:国内应急。在飓风之后,自主船只可以检查桥梁的堆积和水道上的清除碎片。在野火期间,自主地面车辆可以制造火灾,或者向高风险地区的消防员运送补给。在地震中,装有摄像机和声波传感器的UGV可以在不危及搜索队的情况下将受害者定位在瓦砾下。自主船只在这些任务中的经验将驱动对崎岖、负担得起的自主系统的需求,这些系统可以快速地与联邦紧急管理署和国家应急管理行动相结合。

与全域联合指挥和控制系统合并

未来冲突需要空中、陆地、海洋、空间和网络之间的无缝协调。自主车辆将作为全域联合指挥和控制(JADC2)网络的节点,共享数据并接收更高层的任务。警卫必须确保其自动车辆与JADC2协议兼容,这是一项重大投资,但必须避免“被吹动”的系统无法与现役对应方通信。北线打击[和Cyber Guard 等演习已经在测试与自主资产进行跨域整合。

结论

国民警卫队行动自主车辆的未来既充满希望,又复杂。这些系统具有拯救生命、提高效率和扩大国民警卫队的作战和救灾能力的潜力。然而,要认识到这一潜力,就必须持续投资于AI的可靠性、网络安全、道德框架和人员培训。国民警卫队还必须领会分散的法律环境,确保与联合和机构间伙伴的互操作性。通过学习当前的实验,并与学术界、工业界和现役部门建立牢固的关系,国民警卫队可以把自己定位为负责任地采用自主技术的领导者。随着威胁环境的发展和国民对国民警卫队的需求增加,自主车辆在21世纪将变得至关重要。