美国测试虚拟“宙斯盾”反导和反舰能力

    据美国海军学会网站发布的消息称，美国印太司令部曾在2020年将用于导弹驱逐舰的“宙斯盾”作战系统，通过数字孪生手段，将其“打包”成手提箱大小，带上岸并与陆军炮兵部队、空军指挥节点和F-35“闪电Ⅱ”联合打击战斗机连接。

    美国海军的虚拟“宙斯盾”作战系统是在海上系统司令部的“自动测试与重测试”（ATRT）项目支持下开发计划，同时也是该项目首个取得突破的试点项目。

虚拟“宙斯盾”

    “自动测试与重测试”（ATRT）项目是美国军方于2006年启动的概念论证，其目标是利用商用自动测试技术减少海军作战系统软件的研发测试成本、提高软件产品质量、缩短软件认证时间。

    2009年ATRT项目转入正式研究，海上系统司令部通过小企业创新计划，资助国防技术创新公司研制ATRT设备，并选择“宙斯盾”作战系统、舰艇自防御系统、近海战斗舰等作为试点项目，开发虚拟作战系统。ATRT设备采用多台服务器组成云平台，通过特殊协议获取各种作战数据，利用这些数据和商用自动测试技术验证虚拟作战系统的软件，形成测试评估报告。

    自1983年首套“宙斯盾”作战系统在“提康德罗加”号巡洋舰服役以来，“宙斯盾”这个以防空为主要任务的综合作战系统，先后经历了30余年的改进升级，目前已发展出基线0到基线9共10个版本。2018年2月，美国海军在“综合训练单元演习”中首次测试了虚拟“宙斯盾”系统。

    2019年3月，美国海军“托马斯·哈德纳”号以及“阿利·伯克”级导弹驱逐舰使用“虚拟宙斯盾”系统成功进行首次实弹拦截试验。该事件也成为数字孪生技术应用于复杂系统的里程碑事件。

    虚拟“宙斯盾”作战系统由“宙斯盾”一体化作战系统项目办公室负责研发，采用多台商用计算机组成，仅占用1个计算机机架（而舰上的“宙斯盾”作战系统需要多个计算机机架），虚拟了部分“宙斯盾”系统的核心硬件，并包含了“宙斯盾”作战系统基线9的全部代码，可执行“宙斯盾”作战系统的全部功能，并可直接随舰部署，参与演习。如海军研究生院就利用戴尔公司的Power Edge M610刀片服务器，模拟了摩托罗拉公司的2604 Power PC处理器。该处理器是“宙斯盾”作战系统的战备状态测试系统的核心。

    在不影响被测舰艇实际作战系统情况下，利用“自动测试与重测试”（ATRT）设备通过特殊协议从本舰获取实战数据，对作战软件进行现场测试和评估，并在作战软件通过“校核、验证与确认”（VV&A）流程后，实时在线更新到战舰上，无需等待18至24个月来重新编码、重新测试和再次认证等，从而打破软硬件耦合的传统研制模式，大幅缩短“宙斯盾”系统新能力的升级和部署周期，降低总成本。

三个阶段

    2017年，美军水面作战中心进行了虚拟“宙斯盾”系统的相关运行测试。同时，美国海军希望尽快将其用于海试。根据美国海军的计划，虚拟“宙斯盾”系统计划最终要经历三个阶段的开发测试过程。

    第一阶段：重点主要是把算法引入到基线中，使虚拟系统能把真实系统的实时输出作为输入，进而开展相关试验。也就是说，安装成功的虚拟宙斯盾系统可“看到”与真实系统完全相同的情景，并可基于自身的算法对战场态势进行响应。这样既可以避免对现有作战系统的干扰，又能利用虚拟宙斯盾系统中的一系列作战新思路，测试诸如改进水面目标跟踪图像等新型战术算法。

    第二阶段：到2018年夏天，另一个虚拟“宙斯盾”系统将作为“战斗系统资格审定”的一部分，安装到执行“标准”防空导弹实弹发射的舰船上。虚拟“宙斯盾”系统同样不会影响导弹发射过程中的舰船操作，但会接收到与舰上作战系统相同的输入信号，就像是虚拟系统在控制导弹发射一样。

    第三阶段：虚拟“宙斯盾”系统的程序包将在舰艇上完整部署，从而实现海上发射导弹真实数据的快速回传，在舰艇与陆上基站之间搭起了无缝衔接的信息“高速路”。这样，研究人员就可实时开展程序修改，并将修改好的程序立刻回传到舰艇上，实现作战算法的快速升级，而不用等军舰返回再进行重新编码、测试和认证，可直接节省至少18个月的等待时间。

相关测试

    在2018年美国海军举行的“综合训练单元演习”上，美国海军测试了基于基线9的虚拟“宙斯盾”作战系统。相较于现有的“宙斯盾”系统，基线9的虚拟“宙斯盾”作战系统已经实现了相关作战单元的高度整合。美国海军此次试验的虚拟“宙斯盾”系统，直接在若干台计算机服务器上部署了基线9版本的全部代码，主要通过计算机仿真和算法开展相关测试，比驱逐舰上原配的宙斯盾系统占用空间更少，是目前最小巧的宙斯盾系统。

    此次演习将陆基”宙斯盾“作战系统与美陆军作战单位进行了整合。 

    2020年9月，美国印太司令部使用虚拟“宙斯盾”系统进行试验，检验舰基“宙斯盾”作战管理技术是否能用于陆军和空军单位。试验使用虚拟“宙斯盾”武器系统传递目标信息，供陆军高机动火箭炮系统（HIMARS）和“爱国者”-3（PAC-3）导弹防御系统使用。

    虚拟“宙斯盾”系统（部分由海军综合作战系统项目办公室（PEO IWS）开发）安装在位于夏威夷的太平洋空军多域作战中心（MDOC），并将信息传送给位于关岛安德森空军基地的陆军第17野战炮兵旅（作为多域特遣部队（MDTF））。通过这种方式，演示虚拟“宙斯盾”武器系统使用现有陆军火力系统实现反舰的能力。在另一次试验中，F-35的目标信息通过虚拟“宙斯盾”武器系统传送给“爱国者”-3导弹防御系统，再次模拟了跨军种（海军和陆军）的完整防御杀伤链。

未来影响

    虚拟“宙斯盾”系统能快速加载不同版本的“宙斯盾”作战系统，只需一套设备，即可用于不同版本的“宙斯盾”作战系统训练，大幅减少培训士兵操作不同版本“宙斯盾”作战系统的成本，并提高训练效果。除了配置在舰船上，“虚拟宙斯盾”也可部署在一线基地，用于战舰停航整修时，继续对舰上人员进行训练。

    虚拟“宙斯盾”系统未来有可能采用在线更新方式，颠覆现有软件升级模式。随着通用计算机计算能力不断增强、体积功耗不断缩小，未来舰船上可装备两套作战系统，一套是常规作战系统，其全部功能经过验证，另一套是测试系统，如虚拟“宙斯盾”，在包含常规的作战系统功能外，增加需要测试的新能力、新软件。测试系统在虚拟环境中用实战数据验证新的软件，并在作战软件通过VV&A流程后，实时在线更新常规作战系统，将新软件部署到战舰上，颠覆当前的作战系统软件升级和部署方式。（据《军事文摘》）