世界通信与网络领域2019年发展回顾与2020年展望

作者:中国电科战略情报团队


2019年,面对对抗性日益激烈的作战环境,外军通信与网络系统建设与技术研发在继续寻求提高传输速率、安全性、可靠性的同时,更加注重提高系统架构的弹性、灵活性和快速可重构能力,通过综合运用不同轨道的军用和商用卫星通信系统、机载网络、地面战术无线网络、商业蜂窝能力等多种手段,实现路径多样化和动态路由,从而在复杂多变的战场环境中为作战人员灵活提供多种网络连接选项,确保在高度对抗的近对等冲突中保持系统运行。在这一过程中,军方越来越重视对商业技术的吸收采纳和适配改造,投入大量精力和资金对相关系统和技术进行测试评估,同时对采办策略进行相应调整,力争以最低的成本、最快的速度将最适合的能力交付到作战人员手中,满足其最紧迫的作战需求。



一、2019年发展回顾


01、美国空军发射WGS-10军事宽带通信卫星


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2019年3月15日,美国联合发射联盟公司的1枚“德尔塔”-4型火箭发射升空,将1颗宽带全球卫星(WGS)送入轨道,该卫星成为WGS星座的第10颗卫星,称作WGS-10。至此,WGS星座中原计划的10颗卫星已全部发射完毕。美国国会于2018年3月加拨6亿美元,用于追加采购额外2颗卫星(WGS-11和12)。


WGS-10卫星的加入,使WGS星座成为美国容量最大的军事通信卫星星座。WGS卫星工作在X和Ka波段,可为美军和盟国军队提供语音、视频会议、情报文件和天气数据等方面的高数据率大容量通信服务。第8、9、10颗WGS卫星都采用了升级的数字信道机,这一技术几乎可将WGS卫星实现的带宽提高一倍。


02、美国空军发射第五颗先进极高频卫星AEHF-5


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2019年8月8日,美国利用“联合发射联盟”(UnitedLaunch Alliance)阿特拉斯V 551火箭将美国空军空间和导弹系统中心的第五颗AEHF通信卫星从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空。
这颗卫星是AEHF星座六颗抗干扰卫星中的第五颗。这些卫星由洛克希德•马丁公司制造,为美国国家领导层和已部署军事力量之间提供高度安全的抗干扰连接。头四颗AEHF卫星分别在2010年、2012年、2013年和2018年成功发射。AEHF-6预计会在2020年发射。
AEHF系统是由美国空军太空司令部管理运行的一系列通信卫星,为战略指挥人员和在地面、海上和空中作战的战术作战人员提供抗毁受保护全球通信能力。除美军外,AEHF还为加拿大、荷兰和英国等国际合作伙伴提供服务。

03、SpaceX成功发射两批共120颗“星链”卫星


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2019年5月23日和11月11日,美国太空探索技术公司(SpaceX)利用“猎鹰”9火箭从卡纳维拉尔角空军基地分别将两批各60颗“星链”卫星送入轨道。两次发射后,SpaceX公司拥有在轨卫星数量达到117颗(5月发射的首批60颗卫星中有3颗失联)。

“星链”星座目前计划在330千米、550千米、1100千米三个轨道共部署12000颗通信卫星。SpaceX公司表示2020年前将进行不少于10次“星链”发射任务,确保2020年中期就能开始通过“星链”星座在美提供宽带服务。

“星链”星座建成后,将为全球提供全覆盖、高带宽、低延迟的互联网接入服务,不仅可以用于民生领域,同时具有一定军事应用潜力,美国空军和陆军已经在积极探索其应用。


04、欧洲数据中继系统(EDRS)发射第二颗卫星EDRS-C


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2019年8月6日,欧洲数据中继系统(EDRS)第二颗卫星EDRS-C从法属圭亚那库鲁航天中心成功发射。EDRS系统是空客公司与欧洲航天局以公私合营方式运作的一个项目,又名“空间高速路”,采用先进的激光通信技术大幅减少地球观测卫星数据回传所需的时间,其传输速率高达1.8Gbps。

在EDRS系统的帮助下,地球观测卫星采集的数据可以近实时回传至地球。未来,待国际空间站欧洲“哥伦布”实验舱相关设备安装到位,EDRS系统还将为国际空间站提供数据中继服务。此次发射的EDRS-C卫星的姐妹星EDRS-A于2016年1月发射。EDRS-C的成功发射可为该系统提供冗余备份,并可与EDRS-A同时进行数据中继,从而使系统容量翻番。


05、美国国防部发布5G国防应用评估报告


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2019年4月、6月,美国国防部下属国防创新委员会和国防科学委员会分别发布《5G生态系统:国防部的风险和机遇》、《5G网络技术国防应用》,认为5G最大的应用潜力在于对未来战争或军事网络的潜在影响,并对5G国防应用前景及潜在风险进行了评估,在频谱政策、供应链和基础设施安全等方面提出了建议。
5G移动通信由于具备大带宽、高可靠低时延以及大连接密度等优势,目前已经被公认为是一种会影响国家经济、社会甚至人们生活方式的具备战略意义的技术。随着5G商用不断加速,美国对于争夺5G领先地位的焦虑感和紧迫感日益强烈。这两份报告的出台说明美国国防部也感受到5G带来的影响,认为5G为重塑国防部网络和信息流程、提高战场态势感知和决策效能提供了机遇,但由于美国5G毫米波方案存在困境而中国sub-6方案已经赢得先发优势,美国国防安全面临着潜在风险,因此需要对5G军用的风险和机遇进行全面评估。


06、美国国防部在军事基地开展5G技术试验


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2019年6月,美国国防部首席信息官宣布,国防部将在军事基地开展5G技术试验,以评估5G军事应用前景并论证具体需求。10月,美国国防部选定四个军事基地用于5G技术相关原型平台部署和软件测试,分别是位于华盛顿州的陆军刘易斯-麦科德联合基地、犹他州的空军希尔基地、加利福尼亚州的海军圣地亚哥基地和佐治亚州奥尔巴尼的海军陆战队后勤基地。
这些基地可提供便利的频谱资源利用途径、成熟的光纤和无线基础设施、关键设备的访问权限,能为基础设施改进和更新需求提供支持,具备使用动态频谱共享进行可控实验的能力。

目前5G巨大的军事应用潜力已引起各国重视。美国国防部希望通过大规模试验和原型系统设计来探索5G技术在不同领域的军事应用,上述基地和相关设施可能会用于这项工作中。


07、DARPA计划开发可重构水下通信网络


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2019年6月,美国国防高级研究计划局(DARPA)表示希望建立一个水下网络,让军队可以在所有域拥有态势感知或指挥控制能力。
“海上作战及时信息”(TIMEly)项目将开发异构水下网络体系结构概念,为水下行动提供多种选择。这是DARPA“马赛克战”愿景的一部分,它将所有域的单个作战平台连接在一起,并将成本效益高的复杂性转化为优势。DARPA在一份公告中说,该项目所需的网络需要有能力支持“由分布式和可动态重构资产组成的综合系统”。
水下领域会面临通信挑战,跨平台传输的距离、容量、时延和安全性都受到限制。TIMEly项目旨在构建能够在这些限制下工作的架构,重点关注协议、服务质量和信息交换,并为跨域通信提供一种“可动态重构、高度响应的‘信息’架构”。


08、美军研发首颗搭载Link-16数据链终端的低轨小卫星


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2019年5月22日,美国卫讯(ViaSat)公司宣布获得美国空军一份1000万美元合同,用于研制搭载Link-16数据链终端的低轨小卫星。这份合同旨在测试将Link-16终端搭载到低轨卫星的可行性。一旦卫星进入轨道且Link-16终端连入网络,下一步则是检验其否能在低轨卫星高速飞行的条件下工作。目前美国空军计划先用一颗卫星进行探索并看实验结果如何。若此概念通过验证,美军下一步将会打造战术数据链卫星星座。
Link-16数据链是美国及北约极为常用的军用加密通信设备,其终端广泛搭载在飞机、地面车辆、水面舰艇上。Link-16作为一种视距通信手段,将其扩展到太空可提供超视距连接能力。该项目将解决美国国防部对“快速投向市场、成本高效”的天基Link 16解决方案的迫切需求,从而维持美军在竞争环境下所需的技术优势。

09、美国陆军“战场物联网(IoBT)”项目取得新进展


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2019年4月,美国陆军研究实验室(ARL)专家在电气与电子工程师协会(IEEE)第五届世界物联网论坛上展示了关于“利用远程广域网(LoRaWAN)支持城市环境中的IoBT”的研究成果。美国陆军研究实验室在加拿大蒙特利尔中央商务区对远程广域网(LoRaWAN)在战场物联网(IoBT)架构中的应用进行试验,实现了3种不同速率的数据传输,最大可靠传输距离为5千米。此次试验证实了远程广域网在基础设施密集的城市地区使用的可靠性,是美国陆军对商业技术在城市环境战场物联网中应用的初步探索。
战场物联网是美国陆军近两年来重点关注的一个研究课题。ARL于2017年启动了IoBT项目研究,目前正在关注利用智慧城市基础设施为未来城市战中的IoBT提供能力补充。此次项目进展对美国陆军向智能化方向转型、保持未来战场优势起到了重要作用。

10、DARPA“机械天线”项目开发出新型紧凑型VLF天线


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2019年4月,美国能源部SLAC国家加速器实验室开发出一种口袋大小的新型天线,能够在传统无线电设备无法胜任的水下、穿地及极远距离通信场景下实现移动通信。该项目是美国国防高级研究计划局(DARPA)“机械天线”(AMEBA)项目的一部分。
该设备工作于波长数千英里的甚低频(VLF),电波能进行超视距远距离传播,并穿透能阻挡波长较短电波的环境。当前,即便是最先进的VLF技术也需要体积巨大的发射机,而该天线高度仅为4英寸(约10厘米),重量仅为数磅,所以有可能适用于那些移动性要求很高的任务,如救援和防务任务。
该设备在测试中展现的性能突破了以往的技术极限,并使诸如在挑战性环境中发送短文本消息等便携式VLF应用有了实现的可能。


二、2020年展望
军用卫星通信体系与商业技术的融合将进一步深入。未来的卫星通信将向更具鲁棒性、弹性、灵活性的军用-商用综合体系发展,在对抗、降级和运行受限环境中为联合作战人员提供支持。在美国国防部的组织下,多家商业公司正在对未来卫星通信体系的空间、地面、用户等多个层面的发展构想展开论证,并提出了相应的解决方案,如卫讯公司的混合自适应网络(HAN)架构、休斯公司的灵活调制解调器接口(FMI)、奎托斯RT逻辑公司和休斯网络系统公司的企业管理和控制(EM&C)系统等。2020年,美军将继续对这些方案和技术进行测试评估和演示验证,亦或会有其他商业公司提出更多新的方案和技术。此外,军方还将继续探索商用卫星通信系统与技术的采购、交付以及将其整合到卫星通信企业中的新模式,从而缩短采购周期,同时降低采购成本。
商业空间互联网加速部署,军方将加大力度探索其军事应用。SpaceX、OneWeb公司的首批商业空间互联网卫星已于2019年发射,2020年,除SpaceX、OneWeb公司将继续加速其星座中的卫星部署外,加拿大Telesat公司低轨互联网卫星星座、Kepler公司低轨互联网卫星星座等商业空间互联网星座也将陆续开始其部署工作。其中SpaceX公司在2020年就将利用部分卫星启动区域性宽带服务。随着这些星座的逐渐部署和开启服务,新兴的商业空间互联网将为全球用户提供更便捷、更经济的宽带互联网接入服务。而其巨大的应用潜力早已引起了军方的关注。各国军方将加大力度探索商业空间互联网的军事应用,其中美国空军的“商业空间互联网国防应用实验(DEUCSI)”项目将继续与SpaceX、OneWeb等多家公司展开测试,亦有可能与新的公司开始合作,其他国家相信也会陆续跟进开展类似的探索。
随着商用5G 的发展成熟,各国将进一步开展5G军事应用的研究试验。2019年,5G揭开了商用序幕;2020年,5G技术将进一步发展成熟,其应用亦将更加广泛,而军方对其军事应用的探索将进一步展开。美国国防部将进一步与工业界合作,针对5G技术大规模实验和原型设计方案进行方案征集,并将陆续在选定的军事基地开展相关原型平台部署和软件测试。美国陆军已推荐在13处军事设施开展5G试点项目,并已确定了5G新技术的几个用例,如全球资产和供应链管理、增强现实、以及5G如何为前沿部署、智能基地和智能港口服务。预计2020年,相关的试点项目将陆续开展工作。美国空军亦将于2020年开始在一些空军基地部署5G网络,并希望通过在美国各地的基地建设5G基础设施来探索将下一代无线技术应用到军事领域的可能性。
综合战术网扩大装备范围,美国陆军将继续对其进行测试评估。经过一段时间的试验性部署后,2020年,美国陆军新型战术网络“综合战术网”(ITN)将开始装备更多部队(计划装备四个步兵旅战斗队),美国陆军将以能力集增量的方式陆续装备ITN。此外,2020年美国陆军还计划进行多次重要测试,继续对ITN的有效性、适用性和生存能力进行评估。经过2020年的测试调整,美国陆军计划在2021年将ITN正式投入使用。ITN装备部队后,将为美国陆军低级梯队更加便捷、灵活的通信,使其更具弹性、远征性、互操作性和生存能力。


作者:中国电科战略情报团队

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