美国空军空战中心空战指挥控制管理系统演进及全域作战套件发展综述
时间: 2024-12-18 03:48:25 | 作者: 米乐体育app官网通用版
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美空军空战中心是美军实施联合空战的战役级作战指挥中心，为联合空中部队指挥官提供计划、执行和评估作战行动的能力，它是美军在战区作战中取得和保持空中优势的关键设施。2000年美空军将空战中心划归为武器系统（AOC WS）。
空战中心承担情报监视与侦察(ISR)、作战计划定制、作战行动、战略和空中机动等职能，具体负责情报处理、战区目标确定、制定空战计划、空域计划和控制、任务分配和分发、任务执行监控、作战评估、重新制定计划和兵力综合等。
空战中心通过大量任务系统和各种话音、数字及数据通信设施与基础设施遂行其使命任务，战役级空战指挥控制管理系统则是其核心任务系统。早期战役级系统为90年代的战区应急自动计划系统（CTAPS），之后是2000年装备的战区作战管理核心系统（TBMCS），目前美空军正在通过敏捷软件开发方式，研发基于云的新一代系统即“凯塞尔航线”全域作战套件（KRADOS）（以下简称“全域作战套件”）以取代TBMCS，提升空战中心的战役计划与执行能力，实现空战的分布式指挥控制，支持联合全域指挥控制。
在1991年的“沙漠风暴”行动中，美军空战C2系统无法有效处理和分发空中任务指令（ATO）并缺乏与其他军种系统的互操作性，必须用直升机将装有ATO的软盘分发到其他空战部队，特别是航母作战部队，这极大地影响了美军的作战效能。为此，当时的战术空军司令部牵头开发了战区应急自动计划系统（CTAPS）。
战区应急自动计划系统包括计算机辅助兵力管理系统（CAFMS）、空域冲突规避系统（ADS）、高级计划系统（APS）和部队级执行系统（FLEX）、战术综合态势显示（TISD）等标准应用子系统。它与联队指挥控制管理系统（WCCS）、作战情报系统（CIS）等信息系统共同完成战区空战的计划定制、执行和监控以及空域管理和武器控制等重要功能。
战区应急自动计划系统的作用在于：提供了较为先进的空战自动化作战筹划手段，实现了美军大量ATO的迅速生成以及向其他军兵种的快速分发，提升了与其他军种系统的互操作性。
1995年，美空军开始研制战区作战管理核心系统（TBMCS），旨在集成战区应急自动计划系统、联队指挥控制管理系统和作战情报系统及其他应用系统，建立一个集战区空战作战管理核心功能为一体的联合空战指挥控制管理系统（见图1），该系统也由此而得名。
2000年10月,TBMCS被批准部署。2001年，该系统首次应用于阿富汗战争中，随后又成功地应用在伊拉克战争中。与原有系统相比，TBMCS能够生成和处理的ATO是过去的三倍，所用的时间则缩短一半，所需计划人员数量只是原来的三分之二，大幅度的提升了作战效能，故而当时被美军誉为空战中心的“发动机”。TBMCS成为美军多军种通用的联合空战标准软件(JSAOS)，除了空战中心，还被部署于海军的指挥舰和航母、海军陆战队战术空中指挥中心及海军陆战队的空地特种部队。在此后的20年间，TBMCS在美军各种军事行动的空战任务中发挥了核心作用。
TBMCS的及其重要的作用在于：实现了空战态势感知共享，为空军及其他军种、多国联合部队提供了制定空战计划和执行管理的先进通用手段，大幅度的提升了联合空战计划和执行的效能。
TBMCS最初设计目标是集成战役级系统和联队级系统，但终究是分为2级系统，即部署于空战中心的部队级TBMCS（TBMS-FL）和部署于航空兵联队的分队级TBMCS（TBMS-UL）。
TBMS-FL为空战中心提供情报处理、战区目标确定、空战计划定制、空域计划和控制、确定任务分配和分发、任务执行监控、重新制定计划和兵力集成等功能。它生成并管理战役级日常飞行行动计划、空中任务指令 (ATO)、空域控制指令 (ACO)，为联合军种和联合部队分散执行计划提供支持。
TBMS-FL包括空战计划准备、发布、执行/监视、评估四个功能模块。系统功能分解及与外部系统连接关系见图3。
1) 空战计划准备模块的关键应用包括MAAPTK、战区空中规划（TAP）、IRIS、战术情报简单Web接口 (SWIFT)、空域冲突消除(WEBAD) Web应用、空中请求处理Web应用(WARP)；
3) 空战计划执行/监视模块的关键应用包括执行管理重新规划(EMR)、 Web空中请求处理应用、IRIS；
自从TBMCS投入应用以来，美空军通过空战中心研发项目以增量的方式对该系统来进行了多次升级，包括应用升级和安全升级、部署网络中心系统以实现WEB服务、增加新的功能与服务等。
2013年，美空军授予诺斯罗普•格鲁曼公司“空战中心10.2”项目合同，该重大升级项目旨在利用敏捷核心服务平台，开发虚拟通用计算环境（CCE）以集成任务应用/服务，实现核心任务人工过程的自动化等能力，以跨越式提升空战中心指挥控制能力。但由于经费翻倍、进度超期3年未完成，2017年该项目被终止。作为空战中心的核心系统，TBMCS的系统架构、功能水平未得到非常明显改进。
随着商用信息技术的快速发展以及空战中心作战需求的变化，TBMCS的不足日益凸显：一是空战中心的部分重要功能未能实现自动化或自动化程度低，如加油机规划仍需要人工处理，且流程繁琐，制约了作战效能的发挥；二是TBMCS的应用和数据运行在本地计算机及网络上，其他用户无法访问和共享，难以适应分布式指挥控制的需求；三是TBMCS是一个紧密耦合的系统之系统，给现代化升级带来困难。
美空军从2017年开始采用敏捷软件开发方式，开发和部署自动化程度更高的基于云的应用，以优化空战中心业务流程、提升指挥控制能力。
1)2017年年初：针对美国空军中央司令部第609空战中心(驻卡塔尔乌代德空军基地)（见图4）的现实迫切需求,开发部署了加油机规划工具以取代原有的人工规划方式。
在伊拉克和叙利亚的空中行动中，美国空军中央司令部指挥完成了4.5万次空中加动，而这些空中加油机规划任务都是由第609空战中心的规划人员人工在一个白板上完成的（见图5）。规划过程需要6个人耗时8小时完成，效率低、差错率高，直接影响作战效能。为解决这一问题，美国防部国防创新实验小组（DIUx）组织硅谷数据公司Pivotal公司和空军产品团队协作开发加油机规划工具，并在2017年3月完成上线。加油机规划工具的成功研发，为空战中心后续的敏捷软件开发项目奠定了基础。
2) 2017年8月—2018年7月：“空战中心10.2”项目终止后，美空军开展了空战中心“探路者”项目的研发，以继续研发和交付“空战中心10.2”项目所未实现的部分能力，重点升级中央司令部空战中心的系统。
空战中心“探路者”项目由美空军、国防创新实验小组、国防数字服务小组、Pivotal公司和雷声公司合作研发。项目采用了商业软件开发的最佳实践，包括云原生技术、DevOps敏捷软件开发方法，开发了动态目标选择与打击工具、任务报告工具等应用，并部署到中央司令部空战中心及驻韩美国空军乌山空军基地的空战中心。本次升级，增强了中央司令部空战中心在中东地区的空战能力特别是目标打击能力。
3) 2018年8月—2021年：“探路者”项目结束后，美国空军装备司令部空军生命周期管理中心的第12分队(AFLCMC - Detachment 12)即“凯塞尔航线”软件开发与管理部继续以优化中央司令部空战中心特定业务为目的，开发部署了一系列基于云的独立应用如空中攻击主计划（MAAP）应用，接着开展这些应用的集成。
2020年12月，第一个集成应用系统—“凯塞尔航线”全域作战套件开始在中央司令部空战中心的测试环境中来测试使用。2021年4月，空军宣布全域作战套件成为最小可行产品(MVP)，即向用户更好的提供基本功能的早期软件版本；5月，中央司令部空战中心首次使用全域作战套件在云端生成了ATO。这是空战中心现代化进程及最终实现分布式空战中心武器系统目标的一个重要里程碑。
目前美空军已开发了约17个独立的空战应用（也称为“凯塞尔航线”应用），这些应用涉及空战中心的战略处、情报监视侦察处、空中机动处、作战计划处、作战行动处等各处的业务，覆盖联合空中任务周期的主要任务。空战典型应用如下。
MAAP是一种兵力运用计划，它把可能使用的空中作战力量如战斗机、轰炸机与具体的打击行动联系起来，把所有攻击武器纳入混合兵力编组。其内容有飞机对目标实施攻击的时间、目标性质及使用飞机的型号和数量等。
MAAP应用提供任务规划工具，用于制定MAAP。它取代了作战计划处MAAP组所使用的excel文档和类似于甘特图的可视化工具，实现人工操作的自动化以及飞机与空战任务选配的可视化。
在作战计划处，MAAP应用实现了数据提取、数据输入和质量检查等手工作业的自动化（过去这些是由武器系统操作员，甚至是由飞行员人工完成的），这一些信息是制定MAAP的基础；可视化使高级作战值班军官能够更好地理解工作站屏幕上复杂的架次流量信息。此外，任务规划人能协作对MAAP进行更改。
在作战行动处，该应用实现当前空战行动的可视化，促进领导层的沟通并帮助制定措施以减少行动执行层面的冲突。
加油机规划是项很复杂的业务，空战中心得到当天的作战任务后，要计算出对目标实施打击要多少燃油量，确定哪些飞机需要加油、何时进行空中加油；要考虑多种加油机和受油机的燃油容器以及加油速度和高度等因素。
加油机规划工具实现空中加油请求的可视化并自动计算任务的可行性，完成并优化加油机规划。它提供一个直观的触屏界面（见图6）。利用该工具，规划过程只需一个人3个小时就能完成；较人工方式每周节省大约40万到50万磅燃料，为美空军每周节省75万到100万美元，大幅度的提升了空中加油的效率和效益。2021年北约购买了该规划软件以取代人工加油机规划手段。
该工具用于管理己方战斗序列数据和战术信息中央库，指挥人员能够以安全的方式查看可用的作战资源。它实现各种“凯塞尔航线”应用的数据标准化及数据共享；为任务规划和执行提供作战资源数据，是制定计划并生成准确ATO的基础。
ATO是每天作战计划的具体安排，包括主要打击目标和备用打击目标、攻击目标的具体时间、加油机和侦察机支援、预警机的覆盖范围等作战任务内容。
ATO生成应用利用其他应用提供的信息动态生成ATO。该应用能及时生成准确的ATO，通过灵活的工作流程增强空战中心作战人员对任务的理解；大大改进了过去的人工密集型过程。
空域管理工具用于构建和管理4D空域,协调和消除职责区内空域的冲突。该工具改进了空战中心的人工密集型作战空域管理业务，使联合空域请求以及空域的分配和使用更为直观、有效；提供更为安全、高效和灵活的空域利用，来提升作战效率。
该工具是一个动态目标生成应用（见图7）。空战中心作战行动处利用该工具对目标进行快速过滤和分类。它取代了由人工在多个工具之间传输数据的方式，为动态目标生成提供准确的单一地面信息。该工具显著减少了人为错误，使空战中心的目标生成时间缩短了85%，此外还能持续跟踪动态目标打击达成的效果。
该工具是一个智能动态任务分析应用，通过收集、利用和分析任务数据对作战做评估，支持未来的任务规划，实现了任务报告的自动化。任务报告工具提高了任务事后报告的速度。
该应用（见图8）包含目标情报及相关材料，对目标实施由始至终的全过程管理，是目标计划与打击行动的基础。它提高了目标生成工作效率。
目前中央司令部空战中心部署了全域作战套件最小可行产品(MVP)，该套件为用户更好的提供空战指挥控制的基本功能，供用户评估和反馈。
全域作战套件MVP包括约10个应用，它们通过共用数据层集成在一起。除了前文已介绍的MAAP应用、加油机规划工具、己方战斗序列管理工具、ATO生成应用、空域管理工具,还包括综合事件流应用、飞机实时数据应用、任务监控工具、地图工具、身份验证工具等应用。
（1）综合事件流应用：用于处理全域作战套件的事件，提供应用之间数据通信、数据审计等，是实现整个空战中心相关应用的数据共享以及全域作战套件应用集成的关键。
（3）任务监控工具：显示飞机计划，使操作人员始终掌握最新变化，为作战行动处提供任务监控和状态跟踪能力。
（4）地图工具：显示地理数据，提供地理空间能力，为作战人员提供正确的数据和态势感知。
全域作战套件将MAAP应用、加油机规划工具等应用集成到一个基于云的系统中，用户都能够像访问网站一样从任何地方对其进行访问。例如，用户都能够在网站上通过这一些应用完成F-15战斗机架次或加油机架次的规划，或空域的建立。全域作战套件通过访问MAAP应用、加油机规划工具，可以将F-15战斗机的航程及弹药与KC-135加油机的可用性关联起来，只需少量人员就可以在任何地方快速规划作战行动并生成ATO。
全域作战套件是一个先进的、高度自动化的系统，它具有以下特点：1）全域作战套件的应用被集成到一个基于云的系统中，用户都能够从任何地方对其进行访问并制定ATO，支持作战计划功能的分布式执行；2）完善了空战应用的功能，提升了任务自动化程度，减少了制定ATO所需的人员，提高了ATO生成速度；3）采用微服务架构，改变了过去紧耦合的系统之系统架构，使系统更易以较低的成本持续进行现代化升级。
美空军计划把更多的应用集成到全域作战套件以建立一个覆盖空战中心整个计划和执行过程的系统，并在该系统成熟后，替代TBMS-FL系统，全面部署到各空战中心。
为适应现实军事作战的需求和支持联合全域指挥控制战略，美空军正在加紧升级其空战中心指挥控制管理系统，将通过开发和部署基于云的全域作战套件，提升空战指挥控制能力，实现分布式空战中心武器系统的目标，从而支持分布式指挥控制和分布式作战，提升作战部队的作战能力及生存能力。