为了满足不断变化的威胁环境，B-21从一开始就采用了开放架构设计，能够快速升级，这与上一代飞机不同，B-21将不会采用批次型升级思路。通过灵活的软件升级和内部灵活硬件可以将新技术、能力和武器无缝融合进来。这是B-21能够在未来几十年持续应对变化威胁进行升级的保障。——诺格公司官网

(资料图片)

B-21“空袭者”数字轰炸机中开放架构设计的作用

2022年12月2日，被称为第六代飞机的B-21“空袭者”（Raider）正式向全球亮相，为此，美空军和诺格公司在位于美国加利福尼亚州帕姆代尔的美空军第42号工厂的诺格公司使用厂房区，举行了B-21隐身轰炸机原型机的首次公开展示仪式。虽然B-21仍然是一项绝密项目，但在展示仪式前后的媒体报道、讲话与访谈中，相关人员多次强调B-21是一架“数字轰炸机”（A Digital Bomber），应用了数字工程、敏捷软件和开放架构等技术。诺格公司总裁兼首席执行官凯西·沃登，空军参谋长查尔斯·布朗，空军负责采办、技术和后勤的助理部长安德鲁·亨特，诺格公司B-21制造主管托尼·诺尔斯，加州爱德华兹空军基地测试主管克利夫顿·贝尔等人透露了该轰炸机基于开放机构实现快速升级能力的若干信息。

根据访谈中的说法，“全数字开放架构将使飞机更具适应性，B-21定位于穿透对手的防空系统，但潜在的对手肯定会改进升级雷达、其他传感器和装备。这就需要空军能够快速对电子系统进行升级以跟上对手升级的速度。”“随着任务变化和威胁环境的演变，需要B-21能够长期持续执行任务。”

在未来B-21投入生产并部署于空军用于作战之后，开放架构技术和敏捷软件开发将保持飞机快速升级的能力，快速更换软件和硬件将使飞机升级更加灵活，飞机将会持续演进升级，保持先进性。“对手总是在变化，不断进步。我们总是试图领先他们一步，这也是B-21能够做到的。”“它将成为最先进的飞机，凭借我们内置的这些技术，在未来30到50年，它将一直是最先进的飞机。”

可以预见，开放架构和敏捷软件开发等技术应用，不仅能够改变装备研制的方法，也确实能够提升装备作战能力，让装备能够像消费类电子产品一样通过软件、快速插入接口和模块化组件快速升级迭代。不难理解，这就像电脑可以通过更换CPU、安装和升级软件甚至操作系统来提升其能力，平板电脑可以通过扩展坞、软件和系统升级扩展功能一样。诚如诺格公司总裁凯西·沃登和美空军参谋长查尔斯·布朗所说：“我们正将未来的技术引进。”“这不仅和飞机本身的技术进步有关，还和我们如何研发这架飞机有关。”“这将改变我们未来做事的方式。”

试想，一架战斗机能够配装不同的载荷，利用快速插拔设备植入不同载荷的控制硬件和软件，从而形成不同的作战能力。这一画面就像科幻小说和动画片一样，但这一场景不仅符合相关人员对B-21的描述，还在美国协同作战飞机（CCA）和DARPA的机组人员驾驶舱内自动化系统（ALIAS）等多个项目中实施并持续推进。

关于模块化开放系统方法

诺格公司官网所提到的开放架构设计，在美国防部装备采办的上层思路中，被称为“模块化开放系统方法”（MOSA，Modular Open Systems Approach）。MOSA并非2010年后产生的全新概念。美军从20世纪70年代开始就在不断推进的“开放系统架构”（Open System Architecture）技术的应用和发展，当时仅作为一个独立技术或者架构设计思路，目前的MOSA更像是一种装备采办的方法论（其中字母A指代“方法”而非“架构”），涵盖了模块化和开放性的总体方法，而且在技术和业务上同时发挥作用。在美国防部看来，MOSA应用的主要作用一是提供了新的装备升级路径，二是提升了互操作能力，三是促进了竞争，尤其是装备或者部件的替代竞争。美国防部很重视这些作用，并将MOSA应用的相关要求放入美国法典（第10篇“武装部队”）和军方指令条文中进行固化。

真正的大规模在装备采办中应用MOSA是响应2017财年美国国防授权法案的要求，2019年1月之后的重大国防采办项目中都要求应用该方法。2019年1月，美海、陆、空三军签署联合备忘录《在武器系统中采用模块化开放系统方法是作战的必由之路》，并进一步说明“MOSA的相关标准应纳入所有需求、编程和开发活动中，以最大限度地支持未来武器系统改造和新的开发项目。”

1、什么是模块化开放系统方法MOSA是一种综合性的业务和技术战略，要求采用模块化设计，在模块之间定义接口，若具备适用性，应采用由广泛通用标准定义的开放接口。开放标准接口的使用可以促进竞争，并降低采购方的系统成本。使用开放标准接口还能利用规范成熟验证过程，以确保在不同平台和不同开发人员之间正确实现接口。承包商和供应商也能够从中获益，因为统一的MOSA应用能够提供更多商业机会。

模块化架构定义了多层设计级别，以使得系统功能被分割为自成体系的独立单元，并具备明确定义的接口。最好的模块化通常在模块内部功能聚合性高，而模块之间的接口则采用松耦合衔接。这样就可以在不同来源的相似模块替代时，最小化对整个系统的影响。这种架构扩大了竞争和创新的空间，支持新能力以经济的、更快的途径研发和部署，定义了系统升级和技术更新的明确路径。MOSA还能提高系统互操作性，推进任务工程和体系能力，以更快地适应新威胁和新技术。这些原则可应用于系统的所有级别，从体系顶层、任务级到较低的子层组件级别。执行时的一个重要考虑是，要考虑不同的具体系统级别进行裁剪定制，以最大限度地提高取得成功的可能性。

2、美军对模块化开放系统方法的认识

美国防部高度认同和支持MOSA，认为该方法论的应用将“在整个装备寿命周期中支持能力和技术的更快速发展”，具有很多的好处，具体包括：

（1）支持装备新能力的快速集成和部署

正如诺格对B-21快速升级的描述中所说的，使用MOSA能够提升新能力在装备中快速集成创新，缩短新能力的部署路径。这是因为MOSA倡导支持的开放标准，如MOSA的落地规范——“（C4ISR）模块化开放标准套件”（CMOSS）和传感器开放系统架构（SOSA）技术标准中定义了通用硬件架构。通过采用通用标准的引脚排列、以太网协议、串行端口等，这些开放的通用标准简化了系统的初始集成复杂度，明确并简化了未来技术更新和技术插入的路径。按这一方法，集成商不再需要各种专有解决方案的专家，也不需要依靠昂贵复杂的零部件来完成开发，内部资源的压力得以减轻。相关解决方案实现了互操作的设计思路，大量降低了复杂性，缩短了部署周期。

此外，与MOSA匹配的硬件设计具有可配置和适应性等特点，允许现有系统快速升级或重新配置新功能，不需要花费较高代价进行耗时的系统或子系统重新设计。与MOSA匹配的硬件和软件在设计上就是可移植的，现有应用就具备了重用性。

（2）增强系统之间的互操作性，无缝信息共享，是跨域系统重组和新能力构建的基础

美国海、陆、空三军签署的MOSA联合备忘录指出“未来冲突的胜利很大程度取决于快速跨域信息共享的能力。在机器之间共享信息需要通用标准。”

缺乏互操作性（即互用性）是专有、非MOSA解决方案的重要问题，阻碍了机器软硬件之间共享信息的能力。非MOSA的解决方案一般封闭运行，它们建设和部署更加耗时，在信息交互和互操作时，必须由人做更多的协同处理，才能确保任务完成。

利用开放通用标准的首要直接好处是能够确保传感器和系统之间的互操作性。传感器数据和系统输出可在同一平台上的计算设备之间无缝共享，提供全面又准确的态势感知。例如，在GPS拒止环境中，通过其他传感器实现信息共享就变得非常重要。当高层建筑、密林、地下位置或干扰因素等影响GPS信号时，部队仍然能够依靠来自多种技术的数据得出定位，进行导航。相关解决方案需要非常快速地合并和处理其他信息源的数据，结果数据反过来通过平台上的各种系统和客户端提供给部队使用。

另一方面，MOSA还是系统之间互操作的基础。通过MOSA实现的互操作性还支持一个作战平台和作战团队中其他平台、指挥站之间，甚至跨域平台之间的信息快速共享。传统装备采办中，不同军事部门开发的战术网络不能相互连接，这妨碍了共享信息，限制了基于信息的快速决策能力。为解决这一问题，美军引入了联合全域指控（JADC2）的概念，希望将所有军事传感器连接到单一的云网络中，从而实现快速决策。MOSA肯定会在联合全域指控项目中发挥关键作用。

（3）更好的供应商无关性，有效避免供应商锁定

当系统、子系统或平台中配置了供应商的专有技术时，相关技术要素就会变成新供应商介入的障碍。当系统中采用了某个供应商的专有技术，改变供应商就意味着打破或替换该专有技术，增加新外设、布线和结构调整，还需要将新系统与平台上其他系统重新集成。

MOSA通过定义硬件和软件的通用特征来避免供应商锁定问题，使集成商能够选择最佳解决方案，不必因为担心成本和集成负担不断上升而受特定供应商的束缚。这种多供应商选择，可以推进创新的产品设计、低成本规模化的发展、寿命周期成本降低。

（4）提高装备寿命周期内的升级能力和支持能力

专有解决方案会给维护和维修带来更多的挑战，当供应商不再支持或产品停产时更加麻烦。如果产品的部件停产或使用寿命结束，用户就必须被迫采取不符合预期的工程变更或产品路线图变化。通过MOSA，能够有效消除供应商锁定，增加产品和部件的供应来源，从而更易于更新技术和处理部件过时问题。

模块化开放系统方法的实施

1、美军通过立法、指令等文件明确MOSA的要求和规程

如前所述，美国法典第10篇“武装部队”，第144B章“武器系统发展及相关事项”中明确了“武器系统发展中的模块化开放系统方法”，具体包括“重大国防采办项目中MOSA的要求”“在项目能力开发和武器系统采办设计中解决MOSA的要求”、“与主要系统接口可用性相关的MOSA要求”等章节内容。

在美军2020年发布的指令文件5000.85“重大能力采办”第3C.3章“项目管理责任”的采办战略中，详细说明了MOSA落实美国法典的相关要求。在指导工程实施原则的指令文件5000.88“国防系统工程”中，3.7章“设计和架构元素”，第一节专门阐述MOSA在装备采办项目中工程落地的相关要求。

此外，2016年美国防部就设立了模块化开放系统工作组（MOSWG），负责推进MOSA实践。在2015年、2017年、2020年、2021财年的国防授权法中都提出了MOSA实施的相关要求。在美国防部数字化转型要求，海陆空三军的相关指令文件中，有大量MOSA落地的说明，如美国空军指令AFI-63-101/20-101“综合寿命周期管理”、陆军DA Pam 70-3“陆军采购程序”、空军装备司令部发布的“在武器系统中实施MOSA指南”、空军寿命管理中心发布的“实施MOSA的标准流程”等文件。

2、美军通过整合和利用开放标准规范推进MOSA的落地

在MOSA中除模块化设计架构和开放接口外，一个大的方面是采用商业开放标准。美军认为要充分利用工业和商业创新的速度、规模、投资和能力，项目应尽量采用商业技术，并在可行的情况下最大限度地利用非专用的开放标准。因为很难制定一个理想的“完美标准”，再完美的标准也难以跟上技术更新的速度。与其试图创建“完美标准”，不如使用当前有效的、被工商业采用的、不断成熟的标准。具体来说，美军建议采用的开放标准包括：

——开放式任务系统（OMS）：基于共识的开放标准，用于将基于硬件的子系统和软件服务集成到任务包中。

——开放通信子系统（OCS）：非专有的开放标准，将天线和无线电、处理器分离，并通过软件定义物理孔径后面的一切。

——通用命令控制接口（UCI）：非专有的开放标准，支持异构系统之间以机器对机器的方式进行跨平台数据交换。

——通用武器接口（UAI）：非专有的开放标准，完全定义了智能空对地弹药和运载系统和平台之间的物理、逻辑和机械接口。

此外，还有开发、安全和运维一体化框架（DevSecOps）、传感器开放系统架构（SOSA）、雷达项目通用开放架构（COARPS）和武器开放系统架构（WOSA）等等。

美军要求在项目开始定义和构建其系统架构时，最大限度地利用这些已有的和新兴的工商业开放架构标准和基于共识的开放架构标准。

观点

MOSA看似是一套基于模块化设计和开放系统的装备建设和采办的方法论，其实质是实现“软件定义装备”思想的重要手段。中国科学院院士梅宏教授认为“软件定义的技术本质就是把过去的一体化硬件设施打破，基础硬件及其虚拟化提供标准化的基本功能，然后通过管控软件控制基本功能，提供更开放、灵活、智能的管控服务”。在武器装备中的应用，就是希望打破一体化硬件设计，使用模块化和通用化的硬件集成，以软件为核心决定装备能力。在工业发展中，可以说软件定义手机驱动着诺基亚手机向安卓／苹果手机的革命性升级，软件定义汽车推动了老式汽油车向新能源汽车发展中自动驾驶等新能力的革新。依托MOSA和敏捷软件两大工具，结合作战网络联通、智能自主技术应用等技术和项目研究，按照“软件定义装备”的思路实现武器装备的跨越式发展，已经体现在了美军装备采办和研发的各个项目和过程中，值得我们借鉴。但“软件定义装备”的推进和MOSA的实施不是一种武器或一类武器平台的问题，而是涉及到系统、子系统、设备部件等多个层次，更是一个涉及软件和硬件的全生态问题。