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运筹帷幄之中 决胜千里之外—美国空军运筹学的发展历程

 大成教育图书馆 2022-08-10 发表于山东

从20世纪40年代到现在,美国空军领导人已将军事运筹融入空军文化中了。从二战的轰炸精度研究到冷战损耗模型,以及现今的兵力结构和风险消解模型,美国空军领导人依靠基于军事运筹的合理建议来完成他们最重要的决策。

二战时期——军事运筹的起源

早在二战的美国陆军航空兵时期,空军就使用了运筹分析和军事运筹等术语。英国皇家空军在二战初期阶段创造了“运筹学”一词,当时是指改进战斗机、无线电和雷达的运用,以更有效地拦截德国轰炸机。美国空军迅速效仿其英国盟友。在《第二次世界大战的运筹分析》的前言中,后来担任空军第一任参谋长的卡尔·斯帕兹将军描述了在1942年提出建立第一个军事运筹组织的情况,当时他负责在英国海威科姆机场指挥第8轰炸机司令部(此后很快重新命名为第8航空军)。第一个军事运筹组织取得的成功使其他美国空军指挥官了解军事运筹分析的概念,并加速了更多其他军事运筹组织的建立。1942年年末,美国空军总司令亨利·阿诺德支持建立军事运筹组织,并在整个美国空军将其制度化。

运筹帷幄之中 决胜千里之外— 美国空军运筹学的发展历程

《美军军事运筹史》包括题为《军事运筹在美军的起源》的章节,重点介绍了阿诺德将军下令研究英国皇家空军的经验,以及美国空军与国家科学院、其他机构合作的建议,戈登·萨维尔上校和西里尔·詹斯基上校奉命成立分析小组。1942年3月20日之后,詹斯基被任命为特别顾问,并建立了一个小型军事运筹部门,以支持美国陆军航空兵参谋部级别的防空作战计划和行动。当萨维尔和詹斯基继续与作战部队合作的同时,詹斯基写了《关于战争部运筹分析的备忘录》,概述了整个战争部吸纳文职分析员的情况。同期,美国空军少校沃尔特·巴顿·利奇和爱迪生联合电气公司研究主任沃德·F·戴维森博士及其团队,对英国和美国军队的军事运筹活动进行了全面的调查分析,并于1942年8月17日提交了他们的报告。阿诺德将军将报告转交给他的顾问委员会。根据该报告、顾问委员会的建议以及部队对运筹分析的需求,阿诺德指出,民事专家和现役军官为空军司令部进行运筹分析具有重要价值。阿诺德将军还指示在空军参谋部的管理控制局设立一个运筹分析处。运筹分析处成立于1942年12月31日,以利奇为处长。美国空军军官利奇被许多人认为是“美军军事运筹之父”。

在二战期间,美空军共有245名军事运筹分析员,同一时间最多175人,他们分布在26个运筹分析组,其中16个航空队各有1个,另外几个在美国空军海外司令部以及本土的培训机构。最大的组在英格兰的第8航空军,存在有两年半时间,共有48名各种专业的分析员加入其中,数学家最多,有15人。每个空军部队都有专门的分析员对作战计划提出建议,并评估作战计划和随后的成本。

亨利·阿诺德

运筹学的有益结果不仅限于二战期间的欧洲战场。第8航空军运筹分析组的数学家W·J·约登在1942年和1943年改进轰炸效能方面发挥了重要作用。1944年,他转到第20战机联队,在那里他为太平洋战区成功的B-29轰炸机作战运用做出了贡献。战争部还在美国空军的统计控制办公室战斗分析组开发运筹分析应用程序,数学家乔治·B·丹茨格开发了一个报告系统,使战斗部队能够记录飞机出动次数、失踪和损坏的飞机、投放的炸弹以及受到攻击的目标。丹茨格还提出了用于规划相关活动的概念,这些概念后来帮助他将资源决策抽象为线性规划模型。完成博士学位后,丹茨格回到五角大楼担任最优规划科学计算项目的首席数学家。在该项目中,由数学家、统计学家和计算专家组成的文职人员负责提出和解决各种空军规划和计划问题,丹茨格博士开发了解决线性规划问题的单纯形法,被认为是20世纪的十大算法之一。

20世纪50年代——建立军事运筹研究机构

随着二战的结束,大多数分析员返回大学、实验室,或从事其他民事活动。面对人才的大量流失,阿诺德将军认识到在国防规划方面有必要将私营部门的技术、学术研究和政府之间的协作制度化。阿诺德与道格拉斯飞机公司的唐纳德·道格拉斯、麻省理工学院的爱德华·鲍尔斯以及其他人合作,于1945年创建了兰德项目,兰德于1946年5月发布了第一份报告《实验性环绕地球太空船的初步设计》,为空军太空作战奠定了基础。1948年5月,在美国空军参谋长的指导下,兰德项目被转移到兰德公司。兰德公司是一个独立的非营利组织,也是空军唯一由联邦政府资助的进行研究和分析的研发中心,它在军事运筹学和系统分析学科的建立中发挥了核心作用。空军赋予兰德公司的任务范围广泛,同时兰德公司在确定其研究课题时有很大的自由度,这使得兰德公司研究人员多年来建立了专业研究的基础,例如博弈论、蒙特卡罗技术、动态规划、定义和量化成本和风险的概念方法,这些概念方法不仅奠定了军事运筹学的基础,也为其更广泛的政策分析提供了有利条件。兰德公司已经从一个拥有200名人员的将空军作为其单一客户的研究项目,发展成为拥有1875名研究员、为众多客户服务的世界顶级智库。

二战期间的运筹学研究人员合影

在阿诺德将军创建兰德公司的同时,空军(1947年成为独立军种)在空军司令部和主要司令部内建立了军事运筹组织。空军司令部运筹分析办公室有两项职能:向空军参谋部提供科学分析,并作为空军运筹分析组织的中心。截至1951年,空军司令部和10个职能司令部都有运筹分析办公室,分析员数量增加,达到70个,实际编制95个岗位。95个岗位大多由文职人员担任,当时还没有现役军职分析员。柯蒂斯·勒梅将军招募了许多杰出的军事运筹分析员到内布拉斯加州奥马哈的战略空军司令部。由于兰德公司侧重于相对遥远的未来问题,空军的运筹分析办公室侧重于当前和近期的问题。在朝鲜战争期间,来自空军运筹分析办公室和兰德的运筹分析员负责提供分析支持。

到20世纪50年代中期,空军司令部运筹分析办公室有25名分析员,分为5个小组。1组专门研究核武器的影响,2组专门研究弹道导弹和巡航导弹的影响;3组主要处理从测试和演习中获取有关作战行动的信息;4组负责整合前3个组的输入,用于协助空军参谋部规划人员;5组与现有的运筹分析办公室保持联络,并为那些希望建立新的运筹分析办公室的指挥官提供帮助。新建的运筹分析办公室按照这些相同的一般原则进行组织,主要研究作战行动和相关问题,以及新技术和其对未来武器系统的影响。当时运筹组织的大部分增长来自建立新的运筹分析办公室,而不是扩大现有运筹分析办公室。

20世纪60年代——兵力结构分析与越南战争

20世纪60年代,当国防部长罗伯特·麦克纳马拉将国防部长办公室内的系统分析制度化时,空军的分析焦点发生了显著变化。许多兰德公司分析员,特别是那些发展核威慑理论的人,成为麦克纳马拉的“神童”,对军种兵力结构与预算产生了很大影响。由麦克纳马拉部长委托的一个重要研究项目,由当时的空军准将格伦·肯特领导,国防研究和工程办公室主任哈罗德·布朗博士负责监督。在几乎所有空军将军都是飞行员的时候,格伦肯特上升到中将军衔,因为他的分析帮助空军向一个日益具有分析意识的国防部证明其立场。肯特中将的研究得出的结论是“美国和苏联都不能在全面的热核战争中避免国家遭受破坏”。

越南战争

越南战争需要进行分析,以支持战区日常运作和长期研究。五角大楼研究和分析办公室正在忙于进行兵力结构分析以支持预算决策,与战役决策相距甚远。因此,一小部分军事运筹分析员在越南第7航空队司令部工作。从1968年10月到1972年,空军实施了“狩猎突击队”行动,其目的是从空中拦截通过越南和老挝边境的胡志明小道的物资和士兵。第7航空队分析员每天向作战主任和指挥官提交包含趋势分析和卡车毁伤预测的简报,为未来1周的决策提供信息。当时常规轰炸效率低下,从1965年到1968年,近900架次轰炸都未摧毁位于松马河上的清化铁路和公路大桥,而美军有11架飞机失踪。他们的主要军事运筹学工具是回归分析,以预测未来的结果。该分析小组还专门研究了诸如乌鸦系统的有效性等问题,这是一种部署在AC-130飞机上的高灵敏度无源传感器,可以探测隐藏在密集丛林树冠下沿着胡志明道路行驶的北越卡车。

第7航空队估计在“狩猎突击队”行动中至少有46000辆卡车被空袭袭击摧毁或损坏,但美国飞机损失比“滚雷行动”少得多,小乔治·J·基冈少将(从1968年到1969年,任第7航空队的情报处副处长)认为“空中力量只能阻碍10%~15%的敌方后勤保障”。复杂的传感器系统主要针对汽车发动机进行了优化,而不是步行交通,因此对于1972年3月北越入侵南方而言至关重要的步兵补给受到的影响较小。越南战争期间,兰德公司还通过越共囚犯和逃兵的供词对战士的动机和士气进行深入分析,为驻越美军提供了决策支持。

在此期间,空军的军事运筹组织继续发展。最优规划科学计算项目后来成为了空军研究和分析办公室。1971年,研究和分析办公室合并了规模较小的司令部运筹分析办公室(大约35名专业人员),1991年该组织成为了空军研究和分析局。空军研究和分析局非正式地担任军事运筹学中心,定期举办研讨会,负责国防相关的专业化分析。随着空军越来越多地参与军事运筹学的多军种机密研讨会,空军每半年一次的运筹分析技术研讨会也停办了。1966年,军事运筹学会成立,空军是其创始组织之一。

海湾战争

20世纪七八十年代——冷战

20世纪七八十年代,军事运筹作用得到了加强,不仅应用于国防规划预算、作战,还用于满足作战需求提出新方法。空军仍然是这一领域的领导者,创建了从战略到任务的分析。1970年夏天,因为新型战略运输机C-5A计划的成本超支,参议院将对是否取消该项目以及F-15项目、机载预警和控制系统项目进行辩论。空军参谋长约翰·瑞安将军指示肯特中将为国会审查的3个项目准备合理的分析评估。肯特中将对这3个项目“从战略到任务”的分析说服了参议员威廉·普罗克米尔,使其撤回了中止这些项目的修正案。今天,这3种装备仍然是美国和盟国重要的空军装备。

军事运筹在飞机设计以应对新的作战挑战方面也发挥了重要作用。根据军事运筹分析,空军用F-15和F-16取代了老化的F-4、F-100和F-105战斗机。这些20世纪七八十年代的新型飞机将成为北约用来对抗苏联威胁的主要武器系统。空军研究和分析办公室的拉里·韦尔奇领导着有37位分析员的战斗机分析组,他们的工作对于夺取空中优势的F-15战斗机以及重量更轻、价格更便宜的F-16战斗机至关重要的设计和采办非常重要。韦尔奇与总部空军研究和发展需求少校约翰·博伊德、空军系统司令部数学家托马斯·P·克里斯蒂合作,应用蒙特卡罗模拟模型和能量机动性概念,在确定F-15和F-16的设计参数方面发挥了关键的作用。1974年,由空军部署的F-15的重量、机翼载荷和推力与重量之比等参数,与韦尔奇模拟的具有最佳效费比的设计参数差距在5%以内。韦尔奇针对F-4、F-15和F-16的仿真模型是TAC AVENGER模型的基础。空军研究和分析办公室使用该仿真模型评估了A-10雷电攻击机、F-4G野鼬鼠战斗机、EF-111电子战战机和机载预警与控制系统。

冷战期间威胁的持续演变需要一种系统的方法来评估美国的能力差距。作为战术空军司令部的计划主管,韦尔奇与他的系统司令部同行建立了一个分析小组,目标是确定未来的防御能力需求以及现有能力的差距。这种能力差距分析方法导致第一代隐形飞机F-117、EC-130H罗盘呼叫系统、F-15E远程和全天候打击项目,以及夜间低空导航与红外寻的吊舱系统的开发和部署,以对抗新的苏联SA-5地对空导弹和华约综合防空系统。作为空军参谋长,韦尔奇将军继续依靠合理的分析。在征求F-22制造建议时,空军规定使用“战术空战模型”进行方案选择。韦尔奇根据对突防苏联纵深目标的分析,证明了具有核打击能力的先进巡航导弹的合理性。

在20世纪七八十年代,战略空军司令部、空军研究和分析局、参谋长联席会议部队和评估局委员会将大量资源集中在核战分析。每年都有比较详细的苏联对美国实施的大规模核攻击计划和应对方案,主要方法是线性规划和离散事件模拟。这些分析为部队结构、装备需求和采办决策提供了基础。兰德公司还研究了苏联弹道导弹的选择及其潜在的基地,其为军备控制分析和许多条约的签订奠定了基础。

在此期间,空军继续推动军事运筹学的专业化,特别是在其教育计划中。空军理工学院分别于1973年、1978年、1992年开始授予军事运筹学专业学士学位、硕士学位、博士学位。截至2017年,已授予1262个硕士学位、63个博士学位;截至2016年,已授予1190个学士学位。

到20世纪80年代中期,空军分析员的总人数普遍持续增长,但速度有所放缓。在里根总统领导下,国防部的预算在1986年达到顶峰,然后国防部的规模普遍下降,包括军事运筹分析员。1986年,空军拥有1626名军事科学家,其中约60%是军事运筹分析员。1988年,军事运筹学分析员职业系列中有476名文职分析员。截至2000年底,与分析相关的空军文职人员规模水平比1988年低约20%。2000年之后,分析员又开始增加。2015年,空军有563名文职分析员、492名军职分析员。

1990年代中期——中东战争

1992年,战略空军司令部解散,并在内布拉斯加州奥夫特空军基地成立了战略司令部。战略司令部继承了勒梅将军的传统,比其他作战司令部更依赖于军事运筹分析员。1991年,空军研究和分析局成立,向空军参谋部报告。

1993年,空军在司令部设立了建模、仿真和分析委员会,空军研究和分析局作为下属单位。该委员会于1997年扩编为指挥和控制委员会,其中包括增加1名建模、仿真和分析副主任。为了更好地竞争有限的国防部拨款,2001年空军研究和分析局可以直接向空军副参谋长报告。

海湾战争中,空军研究和分析局的成员参与美国中央司令部“黑洞”小组,负责制定周密作战计划。这场战争出现了新式的空战方式,证明了空军对隐形、精确武器和夜间传感器的投资价值。冷战后国防预算的缩减使军方更加重视运筹学,以更好地阐明能力需求和选择投资策略。从1993年开始,空军为随后的所有《四年防务评估》提供了重要的兵力结构分析。

在阿富汗战争和伊拉克战争中,空军部署战斗分析员以支持战役指挥官。他们对实际作战问题进行研究,包括关于近距离空中支援对地面指挥官的响应时间,打击简易爆炸装置措施的有效性,以及减少平民伤亡措施的有效性。凭借这些战时分析经历,军职运筹分析员更多地晋升为上校。

2006年至今——中东战争与重组

支持阿富汗战争和伊拉克战争的主要运筹分析之一是改善作战部队的空中补给。华纳罗宾斯航空后勤中心采用“关键链”项目管理技术,将C-5运输机维修和检修时间缩短了33%,相当于增加5架C-5运输机。5架飞机的额外运营每年至少产生4980万美元的额外收入。空军分析员开发了一项新技术,使用50个回归方程来标准化飞机类型、任务类型、出动时间和货物重量的燃油效率指标,证明了使用空军C-17和C-5运输机运输燃料较地面运输的经济可行性。截至2017年,使用6000架次运输飞机向阿富汗运送了燃料,减少了600支运输车队,挽救了生命和装备,为国防部节省了2.7亿美元。

由于军种、联合参谋部和国防部办公室之间的差异,2006年开始为分析课题制定标准想定和战役模型输入。在2010年,标准想定和战役模型输入改名为“战略分析支持”。空军开发了合成战区战役研究模型,这是一项大约200万行C代码的离散事件仿真,该模型从20世纪90年代末开始使用,直到2010年一直是空军、海军和海军陆战队的标准战役模型。

2006年,空军参谋部成立了军事运筹局(命名为AF/A9),负责向空军参谋长提供咨询。2006年,每个主要司令部还建立了一个负责监督其分析、研究、评估和经验教训的军事运筹办公室,并作为军事运筹的中心。2014年,为了减少人力资源,空军军事运筹局肩负起管理兰德项目的职责。

结 语

过去,美国空军应用军事运筹来支持最重要的决策。未来,军事运筹学分析员和熟知军事运筹学的领导者将继续在整个空军中工作,并继续通过合理的分析支持重要的资源配置和人员使用决策。

版权声明:本文刊于《军事文摘》杂志。作者:吕学志。如需转载请务必注明“转自《军事文摘》”。

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