2025年2月10日，美国“战争困境”网站（War on the Rocks）发布报告《软件定义战舰：美国海军数字化未来的必然选择》。本文基于上述报告，探讨了软件定义战舰对美国海军数字化转型的重要性。文章指出，软件升级在现代战争中已成为提升作战效能的关键，而美国海军正面临从传统的硬件依赖向软件定义转型的挑战。文章分析了软件定义战舰的优势、设计理念、技术要求以及面临的困境，并提出了相应的应对策略。
关键词：美国海军，数字化转型，软件定义战舰，OTA升级，作战优势
OTA软件升级：应用与优势
2024年，美国海军舰艇在实战环境中首次通过空中下载技术（OTA）实现了软件升级。在红海，这些软件升级极大提升了“宙斯盾”（Aegis）作战系统在对抗胡塞武装巡航导弹和弹道导弹攻击时的性能表现。
在商业领域，OTA软件升级早已司空见惯。此类升级适用于任何运行软件的硬件设备，如笔记本电脑、手机、汽车等，但对于软件定义平台的作用更为显著。在软件定义平台中，软件处于核心地位，能够实时动态地管理传感器、计算能力以及武器系统等，从而实现设备功能的灵活调整和优化。
OTA软件升级与传统行业对平台的认知大相径庭。在传统行业，平台的更迭通常是通过物理改造实现的，这种改造措施的开发和实施往往十分缓慢且成本高昂。例如，如果非软件定义汽车的制动系统存在缺陷，车企可能需要耗费大量资金和时间来召回车辆以更换缺陷部件。而作为软件定义汽车的特斯拉（Tesla），在面对类似问题时，仅需借助OTA技术给汽车软件打远程补丁，就能轻松实现缺陷车辆的功能修复，而无需更换物理部件。在俄乌冲突中，乌克兰技术人员也因前线需要，在夜间对作战系统进行远程OTA升级。因此，软件定义平台的一大优势是升级速度快，能够快速响应需求变化。
无论是在商业竞争还是军事对抗中，能否快速、低成本地提升能力都是决定成败的关键。20世纪60年代，美国空军上校约翰·博伊德（John Boyd）提出了“观察-调整-决策-行动”（OODA）循环理论，强调快速循环以占据优势。数字技术的出现使得该循环更加紧凑和高效，因为软件的更新迭代速度远超硬件。在现代战争中，作战系统的快速更新和应用已成为作战效能提升的关键，战争的胜负已在很大程度上取决于软件的性能和更新速度，而非传统意义上的硬件优势。
随着时代的发展，21世纪的战争形态已发生了巨大变化，软件在军事装备上的作用日益凸显。对于海军战舰而言，如果仍然将重点放在传统上以人力操作和硬件设备为主的模式上，那么它们将无法适应新的战争需求，无法快速实现技术进化和功能拓展，最终可能被以软件为核心的新型战舰所取代，从而成为过时、无用的“废铁”。
软件定义战争：现代战争的新趋势
软件定义战争强调软件在军事作战中的核心作用，通过软件主导和控制作战方式。尽管软件已在俄乌冲突等战场上证明了其重要性，但传统的水面舰队却未能及时跟上这一变革。这是因为软件的更新速度极快，而作为软件载体的战舰的更新则需要漫长的时间，且其设计往往采用的是数十年前的技术。例如，19世纪末的工业革命成果，如钢铁和蒸汽发动机，直到20世纪初的军事扩张才被广泛应用于海军。
在现代战争中，数字战争正逐渐成为主流，而软件定义平台是这种新型战争模式的关键支撑。由于“学习-更新-运用”的周期极快，软件能够促使战舰能力迅速提升。在这种情况下，如果战舰的核心硬件没有在战斗中受损，它们就无需像以往那样经历长时间的战后修整，而是在战斗结束后的短短几天甚至几小时内就完成更新。此外，软件升级与持续的硬件改良和战术创新共同作用，最终将使得武器装备的杀伤力呈指数式增长，展现出极为强劲的效能增长趋势。
美国分析人士指出，美国在数字领域优势明显，拥有顶尖的软件工程师、全球领先的科技公司以及海量极具价值的知识产权。美国应充分发挥这些优势，在数字战争中大显身手。就好比第二次世界大战期间，美国凭借强大的工业能力取得战争胜利，如今在数字战场上，美国同样具备制胜条件。因此，美国海军应依托美国国家的数字优势来强化自身实力。
工业革命以来水面战舰的能力发展趋势
然而，将软件定义战舰引入舰队并非易事。即便完成了周密的硬件升级和深度技术更新，支持舰载计算系统的基础设施仍可能十分脆弱。这些基础设施包括电力供应、散热装置和布线架构等，它们是新型舰载服务器、处理器以及人工智能等计算密集型系统的基础。一旦这些基础设施出现故障，将对全舰系统的稳定性和可靠性构成严重威胁，进而影响整个舰队的作战效能。
未来的数字化舰艇：设计理念与技术要求
美国海军的未来战舰应向软件定义战舰方向迈进。这就好比特斯拉汽车被誉为“精密的轮上计算机”（Sophisticated Computer on Wheels），未来战舰也应成为庞大、复杂且精密的“舰体计算机”。为了达到这种高度数字化的先进状态，软件定义战舰需要具备以下要素：一是易于升级的计算和网络硬件；二是标准化的软件架构；三是一支具备深厚数字化知识和精湛技能的人才队伍，以为战舰的数字化转型提供智力支撑。
软件定义战舰的硬件配置应遵循以下原则。首先，战舰需配备强大的计算与网络硬件，涵盖图形处理器（GPU）、中央处理器（CPU）、路由器、交换机等关键设备。这些硬件应具备良好的兼容性与可扩展性，便于快速安装与灵活升级，以紧跟商业技术的飞速发展步伐。其次，舰载计算硬件应优先采用通用的商业架构，如x86或ARM架构，而非定制芯片组。这将吸引更多的美国公司参与海军战舰软件的开发工作，打破少数承包商对软件开发的垄断局面，激发更广泛的技术创新活力。尽管垂直整合软硬件（类似于苹果模式）对国防承包商具有一定吸引力，但在军事系统中，这种模式存在局限性。它不利于利用广大开发者的智慧与创造力实现技术进步。相比之下，安卓系统为开发者提供了一个通用平台，他们可以基于此平台开发出丰富多样的应用程序，极大地推动了软件生态的发展。
为进一步发挥美国在软件领域的商业领导力，软件定义战舰的信息技术和操作技术系统应采用标准化和模块化的软件架构。换言之，战舰整体技术堆栈中的软件层和数据层，将成为其当前及未来作战能力的关键支撑，为战舰的高效运行与持续升级奠定坚实基础。商业标准和开源工具集的运用，对于缩短更新周期至关重要。以第二次世界大战为例，制造业的标准化使得美国造船厂能够在短时间内大规模生产“自由轮”（Liberty-class Ship），用于运输战争物资。如今，数字标准化将助力美国海军更广泛地整合商业资源，使软件工程师能够更高效地为海军战舰提供软件更新，从而快速提升战舰的作战效能。
随着战舰的数字化程度不断加深，其面临的网络威胁也在日益加剧。1997年9月21日，美国海军“智能舰艇”项目（Smart Ship Program）的试验平台“提康德罗加”级导弹巡洋舰（Ticonderoga-class Cruiser）“约克城”号（USS Yorktown）突然遭遇故障，失去动力长达两个多小时。经调查发现，故障的根源在于工程控制系统中出现的一个除零算术异常。如今，黑客可能利用类似的漏洞使战舰陷入瘫痪。因此，采用零信任等网络原则来强化海上数字基础设施的安全性至关重要。此外，对于导航、工程和作战系统等关键设备，可能需要采取气隙隔离手段（指将电脑或网络与互联网以及任何连接到互联网的设备进行物理隔离），或者最多通过单向数据二极管与外界通信。
无人舰艇的设计理念是以软件为核心，致力于打造新一代的海上作战平台。其设计摒弃了传统舰艇的乘员配置，转而依靠大量传感器收集海量信息，借助强大的计算能力对这些信息进行精准处理，并依托高效的软件设施实现各项功能。这些系统能够通过一条窄数据管道，将关键信息安全、高效地传递给岸上的操作人员，进而实现远程指挥与控制。2022年，中国推出了首个软件定义的战舰作战系统架构，采用该架构的无人舰艇可通过软件更新（如OTA软件升级）快速改变任务或作战重点，展现出极高的灵活性和适应性。
尽管公众对新型战舰的关注大多聚焦于其设计成熟度，而非数字化程度，但美国海军的未来导弹驱逐舰DDG(X)却彰显了海军领导层对软件定义战舰的高度重视。美国前海军作战部长迈克尔·吉尔迪（Michael Gilday）曾明确表示，DDG(X)的设计理念是将更多软件和计算设备整合到服务器机房中。这种设计选择使得软件能在各种硬件资源上进行快速升级，船员也能像在日常生活中一样，自由选择和下载各类应用程序。美国海军针对DDG(X)的设计研发预算说明也强调了系统功能升级的快速性、灵活性和经济性。由此可见，若海军工程师在设计阶段忽视软件架构的选择，DDG(X)就将难以达到预期效果。
当前，美国海军的中型无人水面舰艇项目正朝着以软件为中心的方向发展。尽管早期原型是软件功能简单的改装产品，但随着美国国防高级研究计划局（DARPA）启动了“诺玛斯”计划（NOMARS），舰艇的设计思路彻底转变为以计算机而非人类为核心。为此，美国海军构建了一套无人舰艇软件架构，其中涵盖导航、探测、通信、工程作业、辅助系统、载荷管理等众多功能模块，并为每个模块定义了专用的软件接口。未来，这些功能将完全由软件来实现，就像人类在有人舰艇中执行任务一样。一旦这些功能实现了数字化，它们将具备极强的灵活性和可重配置性，能够根据不同的任务需求进行快速调整和优化。
随着软件在舰艇设计、操作与维护中扮演着越来越重要的角色，汽车行业的发展经验对舰艇领域的借鉴价值将更加显著。如今，特斯拉汽车借助OTA技术，实现了软件的快速迭代与功能升级，显著提升了用户的使用体验。这种模式不仅揭示了软件在汽车行业的巨大潜力，更预示着未来软件的价值将大幅跃升。据预测，在未来十年内，软件在汽车行业价值中的占比有望突破三分之一，成为推动行业发展的核心力量。
战舰数字化转型：挑战与应对策略
如果说汽车在数字化转型方面还有很大的进步空间，那么战舰的数字化发展则更加任重道远。许多美国战舰始建于20世纪90年代，远早于第一台MacBook 电脑问世的时间。尽管美国海军舰队已配备了一定程度的先进数字技术，但将这些技术移植到战舰上却是一项艰巨的挑战。如今，美国海军战舰已成为了升级困难的典型代表。战舰上的数字化系统，如海上网络与计算环境，其安装过程漫长且复杂，软件更新的速度也与硬件升级的速度一样缓慢。对此，一位机器人行业的首席技术官指出，早期的硬件决策会带来长期的影响，这种影响在舰艇设计中尤为明显，通常会持续20至40年之久。
迄今为止，美国海军尚未将软件定义原则纳入战舰设计中。事实上，其所谓的“先进”战舰，在设计理念上与20世纪70年代末、80年代初用于对抗苏联的战舰并无本质区别。以“提康德罗加”级巡洋舰为例，其“宙斯盾”作战系统高度依赖硬件，缺乏软件方面的考量。而主要供应商倾向于将硬件和软件进行垂直整合，这种做法进一步阻碍了美国海军向软件定义战舰发展的转型之路。
不过，推动战舰数字化进程仍有诸多可为之处。首先，老旧战舰需要升级传感系统，以实现更高效的数据收集、处理与共享，这有助于促进数据融合，对目标跟踪、维护保养等任务都大有裨益。其次，需要平衡岸上云端和海上服务器之间的计算负载，这一过程大多已具备数字化升级条件。最后，需要解决带宽管理问题，借助软件优化战舰和卫星天线的数据传输，确保关键数据优先处理，从而提升整体通信效率。
实现战舰数字化已成为美国海军的当务之急。2024年9月，美国海军作战部长莉萨·弗兰凯蒂（Lisa Franchetti）提出了“33号项目”（Project 33），旨在引领美国海军迈向高科技发展之路。“33号项目”不仅要求引入软件定义的无人舰艇等新型平台，还强调要解决老旧舰艇因专业技术人员短缺和零部件积压所导致的维护延误问题。她进一步指出，打造一支能够通过快速软件更新来保持作战灵活性的舰队，对于应对未来的各种情况至关重要。因为一旦战事爆发，舰艇可能无法返回基地港口进行升级，必须在短时间内完成功能的更新与调整，以维持战斗力。
在前线作战人员全力提升现有舰艇战斗力的同时，海军相关项目办公室应携手行业界，广泛开展合作，共同设计与建造软件定义战舰。该战舰应能够高效完成“观察-调整-决策-行动”的作战循环，不仅在杀伤力上远超传统战舰，建造流程也更为简化。
将消费级和工业级机器人的原理应用于造船业，将有助于打造可量产、可升级且高度可靠的战舰。由于硬件的使用周期长，在早期设计阶段，应注重系统对未来软件升级的兼容性，即使无法完全预知未来的所有需求。同时，硬件设计应具备一定的灵活性，避免过度依赖定制部件以及交货期长的部件。
目前，美国战舰上大多数主要部件的生产都依赖于专业军工制造商，交货期往往长达18个月，且这些定制部件价格昂贵。在安装过程中，这些部件还需要大量专业劳动力进行布线、校准和接口调试，这进一步提高了造船成本。相反，软件定义战舰将采用商业硬件供应链组件。这些组件不仅能够大规模生产，而且接口也已标准化，这些特性使得舰艇更具可消耗性和风险承受能力。
软件定义战舰的核心硬件，如电力供应、散热装置以及其他关键的船体、机械和工程硬件，其可靠性必须接近100%。因为软件定义战舰的计算能力、功能升级等都高度依赖这些硬件系统。一旦核心硬件出现故障，再先进的软件也无法发挥作用。
随着美国新一届行政领导班子积极寻求机会重振海军实力，软件定义战舰的发展前景也变得极为可观。在美国海军部技术型领导人的推动下，软件技术将为美国海军战舰带来颠覆性变革。国防部高层应当全力支持那些具有创新思维的军事领导人，也应提拔那些了解这一趋势的非军事领袖，以促进未来几十年的变革。此外，赋予他们预算决策权也至关重要，通过实际的资金投入，向工业界传递明确的信号：政府亟需这种能力。政府还需要审慎地削减那些不再适应软件定义战争时代的传统能力，从而实现资源的优化配置，以帮助美国海军在新时代保持技术领先和战略优势。
美国国会同样在推动舰队数字化进程中扮演着关键角色。国会专家一贯严格审查造船投资，对以软件为核心的舰艇亦是如此。近期，护卫舰和濒海战斗舰就因设计不成熟而饱受批评。如果被任命到五角大楼的“技术精英”带着全新的软件主导型驱逐舰设计来到国会，他们也势必会面临与其他新造船项目相同的严格审查。参议员罗杰·威克（Roger Wicker）提出的《促进国防改革与政府效能法案》（FORGED Act）就是一个体现国会如何推动国防部采用商业技术的典型例证。类似的旨在加速军舰等大型资产数字化转型的法案对于下一份《国防授权法案》（NDAA）将是有益的补充。此外，国防拨款委员会可以通过将一艘老旧的“提康德罗加”级巡洋舰改造为“数字试验舰”来降低相关风险，同时为未来软件定义战舰的设计提供参考和经验。
如今的舰艇设计方案将对未来数十年产生深远的影响。与过去相比，现在的设计有机会将软件深度融入舰艇的核心架构之中，而这正是美国海军适应未来战场环境、保持作战优势的关键所在。
