本評論原刊登於 War on the Rocks 網站(閱讀原文:連結)。

湯瑪斯.漢默斯是美國國防大學國家戰略研究所的高級研究員。他的專業領域包括未來衝突、軍事戰略和叛亂與抵抗。漢默斯博士於 1975 年畢業於美國海軍官校,獲得學士學位,並擁有牛津大學歷史研究碩士和現代歷史博士學位。漢默斯博士在美國海軍陸戰隊服役 30 年後退役,指揮過情報營、步兵營以及生化事故反應部隊。他參與過索馬利亞、伊拉克的軍事行動,並在不同地區訓練抵抗份子。

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1970年代時,美國國防部專注於研發高科技裝備

1970 年代時,面對蘇聯軍備數量龐大的軍力,美國國防部決定專注於研發高科技裝備來應對。這造就了非常成功的 F-15 鷹式戰鬥機、F-16 戰隼戰鬥機、F-18 大黃蜂式戰鬥攻擊機、艾布蘭主力戰車與布雷德利裝步戰車。

自此之後,美國持續研發最先進的科技,推出高性能 F-22 猛禽戰鬥機,且當測試與軟體研發完成時,或許會再推出更強大的 F-35 戰鬥機。

可惜的是,成本價格往往比性能上升得還快,這也就是為什麼軍備數量急遽下降。美國空軍原本預計採購 750 架 F-22 戰鬥機,但高成本讓國防部長勞勃.蓋茲最終將上限訂在 187 架。並不是只有空軍在追求高階系統,海軍也利用 Streetfighter 嘗試全新的概念,希望可以研發出低成本、高性能的船艦以取代海軍在近岸作業的巡防艦與掃雷艦,最後演化成濱海戰鬥艦。高成本與低性能讓海軍從原本預計採購的 55 艘縮減為 32 艘,未來可能會再度刪減。另一個類似的例子是朱瓦特級驅逐艦,原本預計採購 32 艘,但不斷上升的成本導致最後只建造了 3 艘。最後產生的模式就是以高昂的代價部署數量漸少的高端設備。

雖然在 1970 年代追求高端系統是正確的選擇,但機器人、人工智慧、積層製造、生物學與奈米材料等領域的重大進展正在改變成本效益:使其傾向「量多而簡單」而不是「量少而複雜」。這些技術的匯聚、成本的穩定下降與性能的上升正在快速拓展這些武器的破壞力、攻擊範圍與精準度,而這些武器將會更容易取得、價錢更低。如 Frank Hoffman 所提到的,我們把自己放置在自己律定的成本曲線上錯的那一邊。

為了解釋「小」、「多」、「智慧化」正如何成為戰爭的趨勢,此篇文章將先檢視目前什麼樣的條件讓我們能製造小型、智慧化且便宜的設備;這些設備擁有足夠的攻擊範圍與作戰性能,滿足極具挑戰性的兵力投射目標。接著,文章中將檢視這對美國國防有什麼影響。

「小」:小型設備,無人機與水下滑翔機

無人機造價便宜,將可能應用於戰爭

過去十幾年內,全球都注意到了價格高昂的高端無人機,然而,最有趣的發展其實都發生在價格低的無人機上。

1998 年,一個產業/大學聯盟用了兩加侖的燃料,將一架複合材料無人機從紐芬蘭飛到蘇格蘭。到了 2003 年,一位業餘人士發射 GPS 導航的模型飛機/無人機,讓它從紐芬蘭自主飛行到愛爾蘭,精確降落在目標位置。無人機以輕木與夾板製成,裝有小型汽油引擎,在 26 小時的飛行中,用了不到一加侖的燃料。因為造價非常便宜,這位業餘人士製作了 23 架,確保他可以成為第一個讓無人機飛越大西洋的業餘玩家。他第三次嘗試就成功了。在過去 12 年中,政府、業餘人士與企業穩定地擴大這些設備的範圍與性能。業餘人士與企業利用快速的技術融合,大幅降低長途飛行的自主系統之價格。如今,他們經常在使用這些具有洲際飛行範圍的智慧系統;如果負荷重量再提升就能成為精密武器系統。無人機的複合材料構造與低耗能代表它們將難以偵測。

更令人憂心的是,這些小型的便宜無人機專門設計給沒有特殊技能、也沒有維修系統的人使用。大部分的無人機還是需要遠端的操控人員,但使用無人機已經簡單到房地產仲介與婚禮攝影師都在用有穩定攝影機座架的四軸飛行器拍攝房地產與婚禮。產業界更是進一步提供便宜的自主無人機給農夫,讓他們監控作物。其中一篇文章就寫道:

「無人機」對於 Kunde 與和他一樣的農夫來說就是便宜的空照攝影機載台:不管是小型定翼機或是更常見的四軸飛行器與其他多軸小型直升機。這些飛行器裝載著 GPS 導航的自動駕駛功能,還有自動駕駛所控制的標準隨拍相機。傳統的無線電遙控飛機必須有人員在地面上操作,但 Kunde 的無人機(由我的公司 3D Robotics 製造)可以完全由自動駕駛來操作,從起飛到降落都是自動的。無人機的軟體負責規劃飛行路線,試圖飛越最大範圍的葡萄園,並控制相機優化影像,以供之後分析。⋯無人機的核心系統包括自動駕駛所使用特殊軟體,通常是像是 DIY Drones(我創立的)這種社群創造的開源軟體,而不是航太產業創造的昂貴程式。

高空是最簡單的環境,所以完全自主且便宜的長途無人機率先在空中出現也不令人意外。接下來我們會看到水下與地面的系統。

2010 年,羅格斯大學發射了水下「滑翔機」無人機,沒有補充任何燃料就跨越了大西洋。今年,美國海軍也發射了可從海洋溫躍層獲取能量的水下滑翔機,預計可以運作五年都不需要補充燃料。

簡言之,小型空中與水下系統已經證明了他們洲際的行動能力,且發出之雷達影像或熱成像特徵非常小。

「多」:數量龐大,無人機價格低廉可大量採購

無人機造價便宜,國家行為者與非國家行為者都能大量購買

目前社會大眾都專注於高端無人機如何進行反恐攻擊,但中國已經開始使用哈比無人戰鬥航空載具 (Harpy Unmanned Combat Air Vehicle, UCAV)。這種無人機原先於 1990 年代由以色列研發,作為反雷達系統;而中國版本的攻擊範圍為 500 公里,裝載著 32 公斤的彈頭且擁有多種導彈。中國的其中一個套組提供 18 個哈比無人戰鬥航空載具,架在一輛卡車車床上的箱型發射器(其他套組每輛卡車有 6 個發射器)。本質上,這些是消耗性的無人機,足以壓制(飽和式攻擊)對手的防禦系統。中國和以色列都在貿易展展示過這些武器,試圖賣給其他國家。目前,土耳其、韓國、中國與印度軍方都已部署這個系統。現在,以色列的版本有電光感測器,可以攻擊不會發出信號的目標,範圍也擴大到 1,000 公里。相信中國也在他們的系統做了類似的調整。這個系統代表著低價集群無人機的第一步。哈比無人機雖然是消耗品,依然相對昂貴,國家軍隊若要仰賴這種等級的武器,需要許多資金。

決定採購多少武器的關鍵因素是成本,但積層製造正逐漸拉低許多產品的價格。目前英國的研究人員已經做出 3D 列印製造無人機的原型,一架只要 9 美元。而且積層製造能製作的不只是低階產品。

洛克希德馬丁的副總裁與軍事太空部門總經理 Mark Valerio 告訴路透社:「接下來十年我們將完全改變衛星設計與建造的方式。我們會列印一顆衛星」。

Valerio 認為這麼一來,衛星的價格會比現在低 40%。這個趨勢也顯示未來普遍使用、性能增強的商用無人機價格也會大幅降低。

而且我們不需要等積層製造技術的發展。

美國海軍先前宣布將改造商用的水下滑翔機 Slocum Glider,也就是五英尺長的自主水中研究用機器。這架水下滑翔機可以照著初始指示巡邏好幾週,並定期浮上水面回報與接收新的指示。這樣的無人機已經在全球各地使用,價格大約是十萬美元。這種無人機也能稍加改造,變成長途自主魚雷或是水雷放置器。只要一艘維吉尼亞級核動力攻擊潛艦的價格,一個國家可以購買 17,500 架此類的無人機。積層製造將會讓無人機的價格再更低。而製造並使用水下滑翔機所需要的技術遠比建造核動力攻擊潛艦來得容易。

美國尤其應該注意「智慧」水雷

簡單的觸發水雷與感應水雷是唯一擊敗過美國兩棲攻擊的武器,也就是1950年在北韓元山登陸時的失敗。當時雖然最終清出通道,讓海軍陸戰隊登陸,但從北韓西部攻擊的其他部隊在陸戰隊登陸前已經完成了行動任務。等待海軍清除水雷時,海軍陸戰隊只能沿著海岸不斷徘徊,於是他們將那次登陸行動取名為「溜溜球行動」。其實現在狀況沒有改變太多,1991年 2 月,美國海軍因為伊拉克叛亂勢力放置的超過 1,300 顆水雷,失去波斯灣北部的控制權。而且那些水雷是簡易的繫留水雷*。

1950 年以來,水雷越來越智慧化、越來越準確、也越來越難尋找。水雷上有感測器,可以利用聲音、磁力或其他信號來辨識並攻擊某種特定的船艦,但讓商用船隻安全地通過。早至 1979 年,美國就已經在使用射出型水雷。這些膠囊魚雷被繫留在海底,偵測到指定目標時,水雷會發射魚雷破壞目標,範圍為 8 公里。中國現在還擁有「自航水雷」跟火箭推進水雷。我們現在開始看到有些國家開始利用無人水下載具來放置水雷。而因為商用無人機已經能自主航行越過大海,將無人機與水雷搭配在一起就很有可能在卸載港口、甚至是搭載港口放置水雷。

在岸上,行動(機動)地雷及自主反載具武器也正在研發中。「土製炸彈」與低價自主無人機的結合是不可避免的趨勢。最明顯的目標就是停泊之飛機、燃料庫、火藥庫、通信場址與指揮部。非國家行為者國家行為者都會開始使用可以追蹤移動目標的無人機。

現在的無人機系統非常便宜,代表國家行為者與非國家行為者都能購買數量龐大的致命空中、水中與地面無人機。十年內,美國軍隊應該預期會在作戰時遭受這些武器的攻擊。

「智慧化」:結合微型感測器、GPS模組、微處理器與數位無線電通信

結合新科技,智慧化提高了無人機的自主性

我們亦能預期在戰場上看到目前農用無人機所擁有的便宜與自主性。無人機之所以能自主仰賴重大的科技進展,結合微型感測器、GPS 模組、微處理器與數位無線電通信,這些科技都越來越便宜,也能輕易在市面上買到。

這些科技都能以便宜的價格應用在軍事系統上。就當美國國防部遭遇「創新的兩難」、無法降低成本的同時,其他國家、新創公司與非國家行為者不會碰上同樣的官僚阻礙,很有可能利用市面上就能買到的零件創造出便宜、智慧化且致命的無人機。

這些無人機並不可靠,也無法重複利用,因為根本沒有必要。只要集群中一半的無人機成功達成目標,就足以突破高階防禦系統了。John Arquilla 與 Davie Ronfeldt 的集群無人機概念即將成真。

別往後看,敵人不在後面

對西方世界來說很可惜的是,自主無人機一開始會對技術較不先進的行為者有利,因為他們必須解決的問題比較簡單。

比如說,非國家行為者可能沒有武裝車輛或戰機,所以自主無人機可以搜尋並攻擊任何武裝車輛或停泊之飛機。他們不用去辨識飛機,只要行經先前輸入好的路線到目標區域,辨識出目標即可。世界上很多地方的目標區域(包括大部分的機場航線)都可以用 Google 地圖查詢。可以提供粗略目標辨識之便宜光學辨識硬軟體也已經越來越普遍。如果農夫的自主無人機算體可以瞄準拍照的話,當然也能夠瞄準炸彈並射擊。

顯然,這些商用產品已經證明了自主無人機飛往目標區域的能力,但無人機可以用什麼武器攻擊呢?市面上的商用四軸飛行器裝載著 3 盎司重的 GoPro 相機,且飛行時間可以超過 30 分鐘。飛機的機身很薄,3 盎司的簡易彈尖引爆彈頭就已經足夠。若是對上裝甲車輛,無人機設計者可能會選擇較重、較複雜的爆炸成形彈。這需要更大型的無人機,但也會提供更遠的對峙距離。2009 年,美國軍方告訴 CNN 這種武器可以從 100 公尺外穿破裝甲車輛。經證實有效且便宜的技術結合在一起的話,會對很多種潛在目標造成直接的威脅。

再加上便宜、穩定的航空太空監控系統,就可以提供操作這些便宜無人機所需要的資訊。Sky Box Imaging 這家近期被 Google 收購的公司使用的是所謂的「立方星」 (CubeSats)。他們的目標是賣出半公尺解析度的影像,並達到一天多次的再訪率,並為買方提供影像解讀。買方能夠以接近即時的速度監控港口、機場、道路與鐵路系統活動。

雖然最便宜的無人機系統通常能負荷的重量有限,快速發展的奈米能量學與奈米炸藥等領域會大幅提升無人機的破壞力。早至 2002 年,奈米炸藥已經展現出傳統炸藥兩倍的爆炸能力。而因為這個領域的研究是國家機密、獨家製造(或兩者皆是),我們很難去斷定在至今有何進展。但即使最後只能達到兩倍的爆炸威力,同樣大小的武器破壞力增加100%已經是很大的進展了。

西方勢力進駐衝突區時,不應該自以為他們擁有較先進的科技。他們在辨識目標上所要求的較高標準,會阻礙他們使用便宜的自主致命無人機。在這方面,我們應該預期非國家行為者或較無道德觀的國家會更早部署、使用這些系統。

對軍事武器採購的影響

軍事設備發展從少而精到多而便宜的轉變

科技與技術的匯聚已經產出小型、智慧化、低價且能長途飛行的無人機,這些無人機可以負荷相當可觀的重量。凝膠狀燃料與奈米炸藥會提升這些市面上之商用系統的使用範圍與致命程度。積層製造技術也會大幅降低所需費用。

美國國防部必須重新思考目前正在追求的高性能、高造價武器採購計畫。雖然這些系統在過去 24 年是戰術成功的主要因素之一,美國必須好好思考從「少量而精」到「非常多而便宜」的轉變。

比如說,與其堅持建造下一代的轟炸機,我們應該檢視如何最有效地執行長程打擊的任務。即使我們接受「我們必須有能力威脅他們所重視的東西」這個說法,這不代表美國需要新的轟炸機。

我們應該思考其他的面向。比如說,如果不購買計畫中的 B-21 戰略轟炸機,用同樣的投資可以買哪些其他的武器?

2012 年時,美國空軍參謀長 Norman Schwartz 預測每架 B-21 戰略轟炸機造價大約為 5.5 億美元。2001 年至 2005 年擔任國防部武器測試主任的 Tom Christie 對此抱持懷疑的心態,他認為每架轟炸機造價大約為 20 億美元才對。

Christie 的計算來自當時建造 B-2 幽靈戰略轟炸機的經驗。政府審計辦公室 1997 年的報告指出,B-2 幽靈戰略轟炸機一開始的造價預測為 4.56 億美元(1997 年幣值),但實際造價為每架 21 億美元。沒有計算在預估價格中的是使用匿蹤戰機的極高作業成本,但其實這應該計算在內才對。根據美國空軍數據,B-2 幽靈戰略轟炸機每飛行一小時就得花 16.4 萬美元。B-21 戰略轟炸機的運行費用可能差不多,或甚至更高。

2012 年的國防部預算顯示,若購買 196 顆戰術型戰斧飛彈,每顆價格為 110 萬美元。這個飛彈擁有 1,000 磅的彈頭,主要特色為雙向衛星數據連結,讓操作人員可以在飛行時更改目標,改成先前輸入的替代目標,或導航至全新的目標。

根據美國海軍航空系統司令部的資料,較舊的戰斧巡弋飛彈 (Tomahawk Land Attack Missle) 售價為 60.7 萬美元(1999 年幣值)。利用美國海軍採購指數來換算的話,戰斧巡弋飛彈目前價格為 78.5 萬美元。而因為積層製造技術的進展,售價應該會再 47 萬美元。今年,南加大工程學院公開展示一個可以在幾分鐘內以 3D 列印製造多材料物體的方法,以往都需要好幾小時才能完成。

即使你認為下一代的轟炸機會比目前的 B-2 幽靈戰略轟炸機便宜,一架 B-21 戰略轟炸機就等於 4,000 顆戰斧巡弋飛彈了。如果看先前轟炸機造價的紀錄,我們可以合理預測新一代的轟炸機價格至少會是目前轟炸機的1.5 倍。所以購買一架新一代 B-21 戰略轟炸機就等於是 6,000 顆戰斧巡弋飛彈的價格。而且每個月,轟炸機戰隊會花費好幾千萬的運行費用,那些資金其實可以拿來購買更多戰斧巡弋飛彈。光一架轟炸機的費用就可以供所有可搭載戰斧巡弋飛彈的船艦滿滿的一批飛彈。

積層製造、複合材料、凝膠狀燃料的能量密度與奈米炸藥的進展顯示我們將能以更低的價格製造比戰斧巡弋飛彈範圍更廣、更強大、更隱密的巡弋飛彈。

回顧歷史的前車之鑑

回想歷史中另一段科技快速且廣泛改變的時代,可能會幫助國防部決策者思考目前遇到的問題。

20 世紀初,各國海軍在冶金、軍火、炸藥、引擎與通信等科技方面快速進展。1906 年無畏艦首度登場,展開了戰艦時代;而十年之內,各個主力艦都以渦輪機運轉、裝載著 14 英寸艦砲及初階無線通訊系統,裝甲與防禦也強化許多。一次大戰開始前,戰艦被視為艦隊交戰最重要的武器,而戰艦艦隊的大小是評估海軍實力的指標。第一次世界大戰中主要一次大型戰隊交鋒,日德蘭海戰,似乎證明了這些想法是正確的。

在兩次大戰之間,戰艦獲得海軍大筆資金投注。戰艦的排水量倍增,從一次大戰前紐約級戰艦的27,000 噸到愛荷華級戰艦的 48,500 噸。主砲從 14 英寸艦砲變成 16 英寸箭砲,次砲也受到改良、安裝了雷達、船速從 21 節增加到 33 節,巡航範圍倍增、裝甲也提升。但這些進展都沒有改變戰艦最基本的能力。這對已經成熟的科技是典型的狀況,因為通常要提升性能必須花費的金額比尚未成熟的科技還要高。

另一方面,海軍航空在 1914 年時才正起步。當時的飛機速度慢、飛行時間短、只裝配輕型武器,且主要用來執行偵察任務。空戰非常原始,試圖擊落對方飛機的方式包括手槍、步槍,甚至是抓鉤。世界大戰之後,飛機依然扮演輔助角色並獲得相對應的資金。海軍在兩次大戰之間建造了 18 艘新的戰艦,但只建造了 8 艘航空母艦,其中包含煤船改造的蘭利號航空母艦與兩艘巡洋艦。然而到了 1941 年,航空母艦與飛機已經進展到成為第二次大戰海戰的主角。

海軍沒有意識到真正的科技優勢,因而付出了高額的機會成本。在 1930 年代末期,海軍花了很多錢在高速戰艦上,10 艘服役、並開始建造另外 2 艘。這些戰艦最後成為非常昂貴的護送船隻,專門保護航空母艦與空軍。(海戰中的對岸轟擊大多由 1920 年代較舊的戰艦進行。)我們不禁好奇:如果海軍把 1930 年代花在建造戰艦的一半資金拿來投注海軍航空的話,戰爭開打的那一年會有多麽不一樣?

結論:應重新思考軍事設備採購原則

通常投資高性能的昂貴新武器系統是根據對未來的一些特定假設。遺憾的是,大家都知道我們永遠無法準確地預測未來。所以避險(對衝)的做法其實比預測的做法還要管用。

目前商用產品大部分都以小而多且智慧化取代少而精的系統,美國政府也應該重新思考其設備採購的原則。

基本的重要軍事功能不會改變,但完成這些任務的方法會改變。與其投資所有資金研發單一種類的戰鬥機或長途轟炸機,應該要縮減這些系統的採購,用小而多且智慧化的系統來增強其功能。像是偵察、攻擊、干擾、通信接轉等任務,美國政府應該考慮一些相對便宜且甚至可以用完即棄的系統。

當然,這不會是快速的改變。

舉例來說,美國政府目前非常專注於採購 F-35 戰鬥機。但與其購買超過 2400 架 F-35 戰鬥機並繼續建造福特級核動力航空母艦,應該檢視把F-35 的採購數量縮減到六百或七百架。這些飛機再加上目前已經在使用的 180 架 F-22 猛禽戰鬥機應該已經足夠進行高階侵入性任務。其他任務可以交由目前使用中、以及性能提升的 F-15 鷹式戰鬥機、F-16 戰隼戰鬥機與 F-18 大黃蜂式戰鬥攻擊機;尤其是搭配大量的便宜侵入性系統與載台。與其使用昂貴且需要人員操作的野鼬「反防空」載台,可以使用更便宜且性能較佳的哈比-2 型無人機。便宜的載台甚至可以降低「空對空」作戰能力的需求。與其在空中擊落對方的飛機,群集的便宜、侵入性系統可以直接穿透對方的基地。

同樣的,目前擁有的航空母艦可以使用到 2040 年以後。我們可以繼續建造福特級核動力航空母艦確保它們能夠運行至海軍 2100 年的目標…… 或者,我們可以認真去探討機器人、人工智慧、積層製造、生物學與奈米材料領域之匯聚將如何改變未來衝突的性質。

與其進行長達好幾十年的龐大採購計畫,我們可以回到航空發展早期所使用的方法。那個時代在許多領域都看到廣泛的商用創新,不管是內燃機、冶金、設計、無線電、軍械等方面。當時根本不可能預測哪些設計會最成功,所以產業界就用了建造、測試、改進、測試、改進的模式;最後海軍跟美國戰爭部才開始部署這些系統。當時的費用低到,如果不好用的話可以直接放棄一架飛機。當時只花了兩次大戰之間花在研發戰艦費用的一部分而已,海軍就發展出成為第二次世界大戰海戰主角的航空母艦飛機戰隊。

目前最重要的就是去檢視我們打算採購的幾項少量高端系統——包括飛機、船艦、裝甲等——看那些設備的任務是否能以大量、便宜、智慧化的平台達成。

由於大而複雜的系統有自然的「政治優勢」,這將會是很難踏出的一步。F-35 戰鬥機是最佳的例子,凸顯了重新檢討「既有計畫」有多麽困難。這架戰鬥機在 45 個州建造,2,443 架飛機的造價為 3,990 億美元,且預期壽命內作業成本為 1 兆美元。F-35 戰鬥機受到國會的強力支持。再者,美軍的準則及強勢的軍種比較偏好這種精密的系統。這其實很正常,因為準則與軍種偏好主要是根據經驗形成的,而目前美國的經驗就是建立於這種精密系統。

這兩個強大的因素會讓我們難以冷靜地檢視其他可能性。然而,我們必須盡快這麼做。F-35 戰鬥機的經驗顯示,開闢不同的選項必須在新系統得到強力支持之前做出;否則計畫支持者會堅持執行,而無視其真正的性能。

湯瑪斯.漢默斯 (T.X. Hammes) 是華盛頓特區國防大學國家戰略研究所的高級研究員。他的專業領域包括未來衝突、軍事戰略和叛亂與抵抗。漢默斯博士於 1975 年畢業於美國海軍官校,獲得學士學位,並擁有牛津大學歷史研究碩士和現代歷史博士學位。他的出版物在美、英、加、澳得到幕僚和國防學院課程之廣泛應用。漢默斯博士在美國國內外頂尖的學術和軍事機構多次演講。漢默斯博士在美國海軍陸戰隊服役 30 年後退役,指揮過情報營、步兵營以及生化事故反應部隊。參與過索馬利亞、伊拉克的軍事行動,並在不同地區訓練抵抗份子。