用AI寻找“隐形”潜艇：技术的进步会终结和平吗？.docx

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1、用Al寻找“隐形”潜艇：技术的进步会终结和平吗?目录1 .序言1.寻找潜艇的新方法22 .人工智能如何协调其他检测技术探寻潜艇6.核威慑取决于潜艇的隐藏能力73 .中国要把AI用到核潜艇上，在战场上辅助指挥官做决策91212素材来源:1.序言潜艇的核心价值在于其在战争中的隐藏能力。在核战争中，核威慑可能可 以摧毁一切武器，但潜艇的隐藏能力让其有可能幸存，并对敌方进行核回击。 这也被军事领域称为二次打击能力，或者核报复能力。理论上来说，从核威慑角度看，二次打击能力愈强，两国发生核战的几率 也愈小，反而能达成更为稳定的核均衡关系。因此确保潜艇在核战争中的第一 次导弹袭击中幸存下来，并在第二次袭击中

2、发射导弹回应，是大国之间威慑战 略的关键。也正因如此，任何破坏潜艇隐藏能力的技术，都可能成为破坏世界的和平 的“蝴蝶的翅膀”。近一个世纪以来，海军工程师一直在努力开发更快、更隐蔽的潜艇；但他 们同样努力推进各种雷达、声纳和其他旨在探测、瞄准和消灭敌方潜艇的技 术。现在，由于众多信号探寻的新技术的出现，算力的迅速开展，特别是人工 智能技术的进步，与潜艇“捉迷藏”的游戏可能正在接近尾声。根据堪培拉澳 大利亚国立大学国家平安学院最近的一项研究，这种平衡最早可能在2050年 被打破。然而，目前服役的潜艇应该在2082年仍然在使用中。核动力潜艇， 例如弗吉尼亚级快速攻击潜艇，每艘本钱大约为28亿美元，根

3、据美国国会预 算办公室的数据，这只是购买价格；新型哥伦比亚级弹道导弹潜艇的总生命周 期本钱估计超过3950亿美元。第1页共12页 的研究员还说，拥有搭载AI系统的核潜艇不仅将让中国海军在作战时如虎添 翼，还会将AI技术的相关应用推高到全新的层次。“尽管一艘潜艇的破坏力十分巨大，但它的大脑其实很小。”这名研究员 说。艇上官兵的操作技术、经验和效率或许能让核潜艇顺利运行，但在现代战 争中，即便最熟练的操作也会面临被扰乱的风险。比方，如果一艘潜艇内部的 100到300人被强制困在黑暗的深海中数月，不断提升的压力便完全有可能影 响指挥官的决策能力，甚至促使其做出错误的判断。研究员称，具有“自主思想”的

4、AI决策辅助系统将会降低指挥官的工作 负荷，并减轻他们的精神压力。在中国科学家的努力下，AI有可能会在核潜艇上被赋予重要地位。这不管 是对于中国，还是对于科技，都会是一块里程碑。自从上世纪50年代初期核潜艇首次在世界上出现，它们便始终作为最为 精密、复杂的战争机器而存在。从概念到成品，打造一艘核潜艇足以花费20 年。但是，潜艇上的计算机系统已经逐渐与当今时代的顶尖技术脱节。首先，绝大多数潜艇上所用的计算机技术都比潜艇试水的时间要早；其次，军用级别的电子元件都要经过大量针对战争场景的强化，以承受冲 击、高温以及电磁干扰，因此牺牲了运行速度与可靠性。直到现在，一艘核潜艇上的“思考”任务一一包括对声

5、呐信号的解读与反 应都由人类军官独占。在一艘核潜艇上，会有大量数据从中国海军日益扩大的侦测网络、潜艇本 身的传感器以及艇上人员与潜艇的日常交互中产生。而通过卷积神经网络，这 些数据有望得到有效的挖掘与处理。AI能够通过估测战场环境、分析盐度和水温等可能影响声呐系统准确度的 因素等对指挥官进行辅助；此外，AI还能比人类更快、更准确地识别和标记敌 人的威胁；AI还能够辅助指挥官估计特定战术的收益及风险，甚至能提出人类 指挥官想不到的作战建议。透露消息的研究员称，中国希望用新的AI技术来解决一局部特定的基础 需求。首先是要确保系统能够跟上并理解复杂而千变万化的水下操作指令；同第10页共12页 时，它

6、的结构必须足够简单，以降低失败的风险；它还必须足够紧凑，能够与 潜艇上现存的计算机系统兼容。“这就像是把一头大象装进鞋盒里。”这名研究员谈到计划面临的挑战时 说，“军队关心的不是那些花哨的功能，他们最在乎的，是这东西不会在激战 中出现问题。”军队目前并没有在AI技术部署完成后裁减艇上人员的计划。“每个关键 位置上都必须留人。这是一种冗余保险。”研究员说。研究员还称，中国政府对AI潜艇工程极为重视，并正在向其中倾注大量 资源。中国的这一举动，照亮了 AI技术鸿沟扩张的幽灵。去年，DARPA针对其 他国家可能对美国使用的“破坏性科技”做了一次调查，而一位美国军队高官 对此的评论中着重强调了 AI潜

7、艇技术分水岭的存在。Rite-Solutions是一家为美国海军海上系统司令部提供支持的技术公司，其 CEO Joe Marino正在兜售用AI来增强潜艇指挥官决策能力的价值。“如果赶不上其他国家在AI潜艇技术上的优势，我们的指挥官就将面对 那些能够进行更快、更好决策的对手。” Marin。在公司网站上的一篇文章中写 道，“与俄罗斯、中国等国家在隐形技术、传感器和武器等领域的水下技术优 势相结合，这种认知优势将可能威胁到美军在水下的支配地位。”Marin。催促美国海军拥抱AI,同时呼吁美国国防工业向美军潜艇上的潜 在技术应用投资。中国科学院声学研究所研究员、中国深水勘探工程的首席科学家朱敏表

8、示，在过去几年的中国潜艇研究社群里，AI已经成了一个流行词。“过去，这项技术离应用太远，但最近它却取得了非常多的进步。”他 说，“希望离得很近了。”在潜艇上的传统计算机程序还需要人类“一步接一步”引导的地方，AI已 经具有了 “改变水下游戏规那么”的潜力，朱敏说。朱敏说，将AI用于核潜艇一类的战略武器平台上是很自然的一步。然 而，让其不受限制的汲取新的知识，可能会引发意想不到的后果。如果这套系统开始具有一套自己的思考方式，“我们可能会放走一艘足以 毁灭一整块大陆的核武器库。”朱敏描述道。第11页共12页“当要把AI引入一艘潜艇时，这当然是官方要考虑的一种风险。”清华大学计算机科学教授、AI学者

9、邓志东说，装载AI的机器会反叛人类 社会的风险并不存在一一至少是在可见的未来里。“AI驱动的机器仍然只是一台机器。它没有生命。”他说。邓志东表示，虽然十分复杂，但潜艇上的AI系统其实在很多方面都与一 些汽车上的自动驾驶系统类似。“你在任何时候都可以把它关掉，改成手动操作。在核潜艇上也是一 样。”素材来源：1monitoring-open-source-tools-and-technologies/第12页共12页探测敌对国家的潜艇和保护自己的潜艇不被探测的双重问题是巨大的，技 术细节是严密保密的。许多海军专家都在猜想可以与现代人工智能方法结合使 用的传感技术，以消除潜艇的隐身性。北约前副秘书长

10、罗斯戈特莫勒(Rose Gottemoeller)警告说，“潜艇的隐身性将难以维持，因为各种类型的、多光谱 的、进出水的传感变得越来越普遍。”随着这些新技术威胁要颠覆这种平衡， 隐身和探测之间正在进行的竞争变得越来越不稳定。2 .寻找潜艇的新方法当今用于探测潜艇的传感技术正在迅速进化，不止通过听到潜艇的声音， 而是通过各种非声学技术精确定位它们的位置。通过潜艇发出的微量辐射和化 学物质、地球磁场的轻微干扰以及激光或LED脉冲的反射光，都可以检测潜艇 的位置。这些方法主要通过检测自然环境中的异常数据获取信号，如过去十年 内开发的复杂基线条件模型所代表的那样，局部归功于摩尔定律在计算能力方 面的进

11、步。第2页共12页METERS2,000 5001,500 1,000 160 METERSLASER PENETRATION DEPTHSUBMARINE DEPTHSUNLIGHT ZONE (EUPHOTIC ZONE): 200 METERSTWILIGHT ZONE (DYSPHOTIC ZONE) 200-1,000 METERS图1机载激光传感器可以探测潜伏在水面附近的潜艇第3页共12页据华盛顿特区战略与国际研究中心的专家称，有两种方法在潜艇探测领域 最有突破性：1、激光雷达传感器通过水中传输激光脉冲，对物体进行高精度3D扫描；2、磁异常检测(MAD)仪器监测地球磁场，可以检测由

12、水下潜艇的金属船 体引起的细微干扰。不过两种传感器都有缺点。MAD仅在低海拔或水下工作。它通常不够灵 敏，无法从海底电磁场的许多其他细微变化中找出由潜艇引起的干扰。激光雷达具有更好的射程和分辨率，可以安装在卫星上，但它消耗大量功 率：对于一个标准的汽车单元，射程几百米的距离，可以燃烧25瓦。激光雷 达也非常昂贵，尤其是在太空中运行时。2018年，NASA发射了一颗采用激光 成像技术的卫星，以监测地球外表的变化一一尤其是海洋外表图案的变化；这 颗卫星的本钱超过10亿美元。事实上，放置传感器的位置也至关重要。水下传感器阵列本身不能找到潜 艇的位置。英国皇家海军前潜艇指挥官、退役少将约翰高尔指出，传

13、感器 “需要放置在不受拖钓、不受地震活动影响的地方，并且靠近可以对其进行监 控的位置。他们可以将提供的数据传输回来。这严重限制了可用的选项。”解决精确放置需求的一种方法是使传感器移动。水下无人机群可以做到这 一点，这就是为什么一些专家建议将它们作为终极反潜力量。例如，美国海军正在研制一种可以运行90天的无人机。无人机现在还配 备了前面提到的化学、光学和地磁传感器。联网的水下无人机，可以与机载无 人机一起工作，不仅可以用于探测潜艇，还可以用于摧毁它们，这就是为什么 一些军队正在大力投资这类研究。第4页共12页MsYb图2 2020年，一架配备探测潜艇的美国海军P-8 Poseidon飞机在日本冲

14、绳等待加油例如，美国海军正在开发低本钱无人机集群技术，用于执行监视任务。每 架Locust无人机重约6公斤，售价15,000美元，可配备MAD传感器；它可 以掠过海洋外表的低处以检测水下信号，通过各种方法建立先进的水下通信网 络，推进各种实时海底数据共享能力，例如深海潜航器通过电缆连接到水面浮 标，并将收集到的数据立即发送到各种水面和空中平台。美国雷神公司研制中 的“梭子鱼”无人扫雷载具那么更进一步，它采用无线海底数据链路和自主算法 设计，号称可以发现、跟踪甚至摧毁水雷等敌方目标，而无需人工干预。图3 Robo-Shark是由博雅工道机器人科技公司制造的2.2米长的潜水器，该公司表示，该机器

15、人通过使用三关节结构来摆动尾鳍，以每秒5米（10节）的速度移动，比标准螺旋桨产生的噪音第5页共12页更小但也有人认为水下无人机是“最不可能改变潜艇隐身能力的创新”。海军 需要很多无人机，数据传输速度极慢，无人机的传输距离很短。无人机也很嘈 杂，非常容易被发现。更不用说控制数以千计的水下无人机远远超出了当前的 技术能力。高尔认为，更强大的潜艇探测手段在于“商业卫星对地球外表的持续覆 盖”，他说，“与过去相比，这代表了我们探测能力的最重大转变。”这些卫 星中有2,800多颗已经在轨。政府曾经主导太空，因为建造和发射卫星的本钱 如此之高。如今，可以使用廉价得多的卫星技术，私营公司正在发射由数万颗 卫

16、星组成的星座，这些卫星可以协同工作，对地球外表的每一点进行成像。它 们配备了广泛的传感技术，包括合成孔径雷达(SAR),可以在远距离移动的同 时扫描下方的场景，提供的结果类似于您从极长的天线中获得的结果。由于这 些卫星星座每天屡次查看相同的位置，因此它们可以捕捉到活动的微小变化。几十年来，专家们已经知道根据潜艇在海洋中移动时形成的尾流模式检测 具有SAR的潜艇的可能性。为了检测这种被称为伯努利峰和开尔文尾迹的模 式，美国海军投资了由雷神公司开发的AN/APS-154先进机载传感器。机载雷 达设计用于低空运行，似乎配备了高分辨率SAR和激光雷达传感器。配备SAR和其他成像仪器的商业卫星现在正在到

17、达可以与政府卫星竞争的 分辨率，并以极其实惠的价格为客户提供接入服务。换句话说，有很多相关 的、未分类的数据可用于跟踪潜艇，而且数量呈指数级增长。詹姆斯马丁防扩散研究中心东亚防扩散工程主任杰弗里刘易斯在他的 工作中经常使用卫星图像来跟踪核开展。但跟踪潜艇是另一回事。“尽管这是 一种商业可用的技术，但我们今天仍然看不到实时潜艇，”刘易斯说。高尔也认为，虽然商业卫星图像降低潜艇隐身性的那一天很可能会到来， 但目前还不具备这种能力。“即使你实时定位了一艘潜艇，10分钟后也很难再 找到。”.人工智能如何协调其他检测技术探寻潜艇尽管这些新的传感方法有可能使潜艇更加可见，但没有任何一种可以单独 完成这项工

18、作。可能使它们协同工作的是我们这个时代的技术新星一一人工智第6页共12页台匕 目匕。与必须提前编程的传统软件不同，深度学习可以在没有外部帮助的情况下 找到数据中的模式。就在去年，DeepMind的AlphaFold计划在预测氨基酸如 何折叠成蛋白质方面取得了突破，使科学家能够识别98.5%的人类蛋白质的结 构。早期的游戏工作，尤其是围棋和国际象棋，说明深度学习可以超越最好的 旧软件技术。但人工智能要在潜艇探测中发挥作用，必须克服几个技术挑战。第一个挑战是训练算法，这涉及从海洋外表的卫星覆盖以及从水下固定位 置获取的大量传感器数据。使用这些数据，人工智能可以建立一个详细的基线 条件模型，然后将新

19、数据输入模型中以发现细微的异常。这种自动侦查最有可 能检测海洋中任何地方是否存在潜艇，并根据过去的数据模式预测位置。第二个挑战是实时收集、传输和处理大量数据。这项任务需要比现在更强 的计算能力，无论是在固定收集平台上还是在移动收集平台上。3 .核威慑取决于潜艇的隐藏能力未来几年，广阔的海洋将继续保护潜艇的隐身性。但是，提高海洋透明度 的可能性本身就对全球平安产生了影响。携带弹道导弹的隐蔽潜艇提供了对第 一次核打击进行报复的威胁。如果情况发生变化，怎么办？刘易斯说：“我们认为我们所依赖的程度是理所当然的，我们有很大一部 分部队处于基本上无懈可击的位置。”即使新的开展并没有大大降低潜艇的隐 身性，

20、仅仅对这种降低的看法可能会破坏战略稳定性。第7页共12页图4美国海军最近在印度太平洋地区部署了一架诺斯罗普格鲁曼公司MQ-8c无人驾驶直升机，用于监视。未来，它还将用于反潜作战专家们不同意海洋透明度的不可逆性。因为任何技术突破都不会在一夜之 间实现，“各国应该有足够的时间来制定对抗措施，以抵消任何改进的检测能 力，”华盛顿特区美国科学家联合会高级研究员马特科尔达说。澳大利亚国立 大学国家平安学院的罗杰布拉德伯里和八位同事对此持不同意见，声称任何 对抗检测技术的技术能力都将在2050年开始下降。第8页共12页图5波音Orca是美国海军库存中最大的水下无人机，于4月在加利福尼亚州亨廷顿海滩进行了命

21、名。该飞行器的设计目的之一是用于反潜战作为核现代化计划的一局部，美国已开始用新的哥伦比亚级潜艇替换其由 14艘俄亥俄级弹道导弹潜艇组成的整个舰队。更换计划预计将花费超过1280 亿美元的收购本钱和2670亿美元的整个生命周期。美国政府官员和专家证明 这些潜艇的高昂本钱是合理的，因为它们在加强核威慑方面发挥了关键作用， 因为它们被认为是无懈可击的。为了保护潜艇的隐身性，也有专家表示，需要探索使用新兴技术进行监视 任务的行为准那么。这种合作也存在先例。冷战期间，美国和苏联就建立了一个平安的通信系 统，希望通过一条热线防止小误会滚雪球演变成灾难。两国还制定了一系列规 那么和程序，例如永远不要沿着潜在的威胁轨道发射导弹。核大国可以同意在探 测潜艇时采取类似的克制。隐形潜艇并没有消失；它还有假设干年的寿命，这能 够给我们充足的时间来寻找新的方法来保持和平。5.中国要把AI用到核潜艇上，在战场上辅助指挥官做决策中国正在着手让核潜艇用上人工智能，替换掉那些老旧的计算机系统。南华早报从一位工程内部高级研究员那里得知了这个消息，这位匿名第9页共12页