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【重磅发布】世界通信与网络领域2020年度十大进展

发布时间:2021-12-29作者来源:金航标浏览:218

通过通信与网络系统支持陆、海、空、天、网络、电磁域内各作战要素的动态无缝连接和信息共享,是实现联合全域作战的重要基础。2020年,外军围绕联合全域作战、多域作战、马赛克战等一系列新型作战概念,从多个领域推动通信与网络装备与技术发展,为新型作战构想的实现提供助力。



一、美军提出卫星通信架构未来发展设想


图1  美太空军《卫星通信愿景》

2020年1月,美国太空军发布《卫星通信愿景》,提出了未来卫星通信架构战略愿景和发展路线图。根据这份文件,美国太空军将建立和运行一种军商一体的统一卫星通信架构,为作战人员在对抗、性能降级与运行受限的通信环境下提供卫星通信连接。这一卫星通信未来架构将具有容量灵活性、终端和网络敏捷性、网络和链路安全性以及与联合指挥控制系统的数据互操作性。它的关键部分包括空间、终端、网络、体系化管理和控制、指挥控制以及治理。与如今的“烟囱式”卫星通信系统相比,美国太空军设想的未来卫星通信架构是一个统一、综合的卫星通信体系,能提供应对21世纪对抗性空间域所需的性能和韧性。建立这一综合卫星通信体系、并通过它向作战人员交付其所设想的能力将是美军未来维持战场卫星通信优势的重大举措。美军正在加速交付这一体系,推进实现其概念设想,保证作战人员能够在对抗、降级、以及运行受限环境中享有卫星通信带来的种种优势,并纳入更快采购过程和更快指控结构,在任何冲突中维护美军的优势。



二、美国防部发布《5G战略》,加速推进5G技术研发部署




图2  美国防部《5G战略》

2020年5月,美国防部发布《5G战略》,这是美国军方第一份公开发布的5G战略性指导文件,将5G确定为建立并掌控军事优势的“关键战略技术”,提出同时发展Sub-6、毫米波5G技术。

该战略指出了国防部5G发展面临的主要问题,即在加速5G能力开发部署的同时,确保这些系统以及美国盟友和合作伙伴系统强健、受保护、韧性、可靠。明确了国防部5G发展目标,即发展安全坚韧的5G能力,确保利用全球频谱资源,形成可靠的微电子供应链,与国际伙伴在5G发展和保护方面紧密合作。确定了推动5G发展的四条主线,一是促进技术发展,重点开展5G演示,推进开发毫米波技术,促进动态频谱共享,实施开放架构和虚拟化,深化人才发展等措施;二是评估、减少5G漏洞,并克服漏洞运行5G,重点关注威胁情报、最小化5G基础设施风险、支持美国国防部全球行动、安全评估,以及网络安全与零信任等关键领域;三是影响5G标准和政策,包括实施“标准参与计划”积极参加3GPP组织,提供更大的频谱接入、容量和抗干扰能力,开发新作战概念率先利用5G变革性速度和连接能力,通过技术控制措施保护5G使能技术免受美国潜在对手的攻击;四是吸引合作伙伴,主要包括国际盟友与合作伙伴,包括吸引行业、国会参与。

美国防部正式将5G研发部署上升至战略层面,并且多举措落实推动,包括在多个军事基地进行5G应用试验、启动5G网络安全研究项目等,充分反应了其发展、应用5G技术实现关键基础设施升级、提高作战效能的决心。




三、美军“先进极高频”通信星座完成部署


图3  美军“先进极高频”卫星


2020年3月27日,美国联合发射联盟公司使用“阿特拉斯”V551运载火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地第41号发射台成功发射了美太空军第六颗“先进极高频”(AEHF-6)军事通信卫星。AEHF-6卫星由洛克希德•马丁公司建造,有效载荷由诺斯罗普•格鲁曼宇航系统公司提供,是“先进极高频”卫星星座的最后一颗卫星,此次发射标志着该星座正式组建完成。AEHF-6于2020年8月底完成在轨测试,美太空军于2020年10月29日正式获得了AEHF-6的控制权,并于12月4日宣布将控制权移交给了太空作战司令部。

AEHF系统是“军事星”(MILSTAR)系统的继任者,可为美国高优先级军事资产及其盟国提供受保护抗干扰卫星通信。该星座抗毁能力强,可用于战略和战术用途,实现关键核指挥控制能力及战略通信能力。AEHF使战略和战术用户能够通过高速网络进行全球通信,在任何环境下都可以提供受保护通信,包括实时视频、战场地图和目标瞄准数据。此外,还可为加拿大、荷兰和英国等美国国际合作伙伴提供相关服务。




四、美国防部启动下一代“国防太空架构”传输层建设



图4  美“国防太空架构”的“传输层0期”架构

2020年5月,美太空发展局发布《太空“传输层0期”工作说明》,明确了下一代“国防太空架构”的“传输层0期”星座的基本构成、发展计划、主要目标和关键领域;8月,授予美国洛克希德•马丁和约克空间系统公司合同,分别为“传输层0期”建造10颗卫星,预计2022年9月前发射。

“国防太空架构”是以分布式低轨星座为主的新型太空架构,由七个层次构成,其中“传输层”是整个架构的传输骨干,也是其余各层的基础,将为美军全球作战平台提供有保证、韧性、低延迟的军事数据和连通能力。“传输层0期”太空段是一个由20颗卫星构成的低轨星座,采用光学星间链路构成网状网络,利用美军各军种和盟军广泛使用的Link 16数据链连接地面用户,并可连接具有UHF通信能力并兼容情报界应用系统的“综合广播系统”(IBS)。

“国防太空架构”传输层将构成美国防部联合全域指挥控制(JADC2)的空间部分,是连接天基传感器和地面射手的关键部分。太空发展局将通过这一架构确保天基传感器数据能够近实时送入各军种战场网络,从而实现联合全域指挥控制概念设想。




五、美陆军通过“能力集”迭代推进战术网络现代化进程


图5  美陆军战术网络现代化工作

2020年,美国陆军网络现代化工作进入一个关键时期。2020年4月,完成了“能力集”21的关键设计评审,明确了有关部队所需技术装备的数量和类型,“能力集”21的综合战术网(ITN)套件已在部分陆军部队进行了早期部署,并获得了正面反馈。同时,启动了“能力集”的技术征询工作, 1月发布技术征询白皮书并列出了6个主题技术领域,9月对“能力集”23的试验/设计目标进行了探讨。从2021年开始,美国陆军将以每两年为一个周期,通过四个“能力集”来部署现代化网络工具,向部队逐步交付和增加新能力,目标是在2028年达到满足多域作战需求的未来网络状态。


六、美国研制出星载Link16数据链终端


图6  美国Roccor公司的Link 16天线效果图

2020年5月,美国洛克(Roccor)公司研制出一种可接收、发射Link 16信号的展开式L频段卫星天线,将搭载于美国卫讯(Viasat)公司为美国空军研制的低轨小卫星,验证在低轨小卫星上使用Link 16的可行性。该天线为螺旋体,有两米可展开的射频孔径,采用了裂隙管式合成吊杆技术,可搭载于尺寸为2U的立方体卫星上,并在卫星发射后在轨展开。

Link 16是美军应用最为广泛的数据链。在没有星载终端的情况下,Link 16数据链可以通过卫星来实现视距扩展,但只是将卫星作为一个“信息中继器”来用,在信息传输的实时性、完整性、安全性等方面存在很大局限,无法支持实时联合作战的需求。星载Link 16终端可实现更为高效的超视距连通,大幅提升Link 16数据链的灵活性与覆盖范围。根据美军的规划,未来搭载Link 16终端的低轨卫星将构成一个星座,实现全球覆盖,届时低级别部队在战术边缘使用的终端将可以直接接入卫星,进而获得更加灵活多样的通信接入手段。此外,借助新型互联网卫星星座或传统的宽带静止地球轨道卫星星座,通过为Link 16增加网络层及其以上层的能力(Link 16本身只具备数据链路层以下的能力),其连通的灵活性进一步提升,诸如路由、交换等功能也可以在Link 16数据链上实现。



七、“星链”互联网星座大规模部署并具备商业服务能力



图7  “星链”卫星互联网

2020年全年,“星链”卫星互联网计划共完成14次卫星发射任务,自2019年以来共完成16次发射,加上2018年初发射的2颗试验卫星,已发射卫星总数达到955颗,除去被动轨道衰减和主动离轨的,在轨卫星数量约900颗,成为全球最大规模的卫星星座。

SpaceX公司针对美国北方用户启动了“聊胜于无”(Better Than Nothing)的“星链”商业服务测试,并表示:测试反馈情况良好,“人们在享受很快的速度和很短的时延”,这标志着“星链”星座已具备商业服务能力。该公司正在把测试扩展到加拿大。在测试前,“星链”团队表示,预计网络数据传输速度在50~150Mbps 之间,网络延迟控制在20~40ms。



八、DARPA研发分布式马赛克天线,支撑马赛克战概念落地



图8  DARPA“韧性网络化分布式马赛克通信”项目

2020年6月5日,DARPA启动“韧性网络化分布式马赛克通信”(RN DMC)项目,旨在研发分布式的低尺寸、重量、功率和成本收发器单元——或称“碎片”(Tile),组成马赛克天线,代替高功率放大器和大型定向天线提供远程通信。发射功率将分布在多个碎片上,并且通过信号处理而不是使用物理天线孔径来集中能量以获得增益。这些碎片可由地面平台承载,包括士兵和海军陆战队携带的手持设备、自主飞行器、高空平台和低成本/低地球轨道卫星。

这种马赛克天线的优势在于:一方面利用分布式波束形成与分布式相干电台等技术改善天线系统的覆盖范围,实现全向、高数据率、远距离、高可靠通信;另一方面通过多天线结构动态调整覆盖区域内功率分布,降低系统整体功耗,实现灵活组网。DARPA认为RNDMC计划可从根本上改变远程战术通信方法,支撑“马赛克战”概念落地。



九、DARPA成功演示对抗环境下的异构数据链互连技术



图9  DyNAMO项目演示图

2020年底,DARPA“任务优化动态网络自适应(DyNAMO)”计划完成收尾测试,成功演示了一种可桥接多个不同无线电网络的新型软件,即使存在恶意干扰,该软件仍可实现原本不兼容的战术无线电数据链路之间的通信。DyNAMO计划于2016年启动,旨在开发可实现战术网络自动化实时动态配置的技术,以确保多域异构无线电节点在对抗激烈的战场中实现互操作。此次试验部署有Link 16、战术瞄准组网技术(TTNT)、通用数据链(CDL)等多种数据链和Wi-Fi网络,在模拟对抗环境中成功在所有数据链之间提供了不间断的网络连接。




十、DARPA“黑杰克”低轨通信监视星座计划加速推进



图10  DARPA“黑杰克”低轨通信监视星座

2020年6月10日,DARPA授予美国蓝色峡谷公司、SA光子公司和雷声公司三份“黑杰克”低轨通信监视星座项目合同,分别为价值为1410万美元的卫星平台合同、价值为1630万美元的光学通信有效载荷合同和价值为3700万美元的导弹预警卫星有效载荷合同。2020年底,“黑杰克”项目的两颗试验卫星,“曼德拉克”1号和2号,已经完成研制并准备由SpaceX公司发射,但在与火箭组装过程中发生损坏,未能如期发射。“曼德拉克”1号是一个立方体卫星,将会测试超级计算机处理芯片在太空环境中的性能;“曼德拉克”2号是一对小型卫星,将携带用于宽带数据传输的光学星间链路,这对构建在轨网状网络至关重要。

DARPA“黑杰克”项目于2018年启动,旨在发展一种由60~200颗卫星组成的星座,运行在高度500~1300千米的低地球轨道上,形成低轨运行的全球高速网络骨干网。整个系统由单一运控中心操作,可在轨自主运行30天。每颗卫星独立运行,数据共享、相互协作。卫星上搭载通信、对地监视、导弹预警等各种有效载荷,具有高度网络化、弹性、持久性的特点,可提供超视距传感能力、信号传输和通信能力,从而提供全球海陆空全方位覆盖及恒定监控服务。

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