美国转型卫星通信系统

. .随着视频通信与机器人、士兵、无人机的一体化，网络中心战成为美国作战的组织原那么，前线带宽需求迅速增长。转型通信卫星(TSAT)系统就是美国军方解决这一需求的众多努力中的一局部。 C4ISR远景图 到2016年整个TSAT方案的最终费用预计将到达140-180亿美元，包括卫星、地面站系统、卫星运作中心以及运行和维护费用。至2007年中，美国空军要么将决定按照现行的方案建造TSAT系统并在2013-2016年发射，要么推迟TSAT方案，采取权宜之计在方案2009=2012年发射三颗的根底上增加4-5颗先进极高频卫星AEHF。 洛克希德-马丁公司和波音公司各赢得了5、14亿美元的TSAT卫星系统风险减低合同，希望B方案不再需要。投标已经完成，双方都在等待决定。TSAT20亿美元的TMOS地面网络运行合同正在招标过程中。 TSAT星座卫星、接收器和根底设施方面的情况最近媒体进展了大肆报道，它在美国下一代军事设施中的中心作用值得深度关注。而且任何方法都不能保证生存性。外部事件以及不断增加的竟标者可能催生它的完毕就如同它们催生出摩托罗拉铱星系统的结果一样。本特别报告介绍TSAT方案和挑战以及美国军事通信的潜在未来。最新的开展包括TSAT-SS两个小组提交的标书以及著名的咨询公司伯兹艾伦汉米尔顿公司的合同。关键背景为什么TSAT被认为是必要的关键背景宏伟蓝图：TSAT和转型通信架构简报什么是TSAT？简报TMOS：TSAT 的地面组成局部简报AEHF的选择以及TSAT的教训分析TSAT方案：问题与决策为什么TSAT被认为是必要的以色列的微型无人机显示终端 在1991年的沙漠风暴行动中，美军发现他们不仅仅缺少通信能力，而且他们的通信连接不畅。9月11日以后，专家们发现美国国防部内外的海量信息需要信息的提供方和使用方之间建立足够的连接。阿富汗和伊拉克行动以及全球反恐战争的其他战场进一步说明美军对高技术通信和来自无人机、海军系统以及地面士兵的实时数据通信的依赖性不断增加。 如果带宽成为战斗中重要的瓶颈的话，那美国军方应该做什么？就在9/11事件不久，美国国防部发起了一项转型通信研究以加快最新科技的先进能力向部队的交付。研究由国家平安空间设计局NSSA主导，利用NSSA的任务信息管理通信体系架构作为跳板。它探讨了许多方案并对目前的方案进展了评估。 研究得出结论是美国现行的方案不能满足预计的通信需求。建议为国防部范围和情报界提供兼容的通信系统的架构性框架时机已经形成它能使美国的通信能力以10的系数增长。 这些结论加上全球反恐战争的经历以及像UAV这样的新技术的开展共同形成了转型通信体系构造 (TCA).的形成。目前，美军所有的军种正在制定根据TCA伞形方案可提供的能力制订未来采购方案。 TSAT方案被认为是TCA的一局部，能在任何时间和任何地点提供空基带宽骨干通信网络。宏伟蓝图：TSAT和转型通信体系构造全球通信系统 TSAT方案实际上只是转型通信体系构造 1、0版本整个方案的一个节点。该方案2003年10月经过联合需求监视备忘录的批准。 TSAT作为星座通信建议方案之一的地位为协同合作提供了时机，但也造成了复杂性。美国军方、情报界和NASA卫星星座都是独立运行的，三方的每一方都负责为各自的卫星争取资金。尽管方案的设计是相互兼容的，但各自的优先重点各不一样。另外，资金和游说活动别离意味着共同行动的技术因素可能无法同时获得资金。例如，国防部管理TSAT，美国情报界正在进展光中继通信架构的开发，而NASA管理着跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS-C)。 这是新成立的转型通信办公室面临的局部任务。通信卫星有三类：窄带系统，如铱星系统能满足声音传输但缺少带宽、能传送大量数据的宽带系统、能抗干扰和核打击的受保护卫星。TCA v1.0集三者于一体。 TCA设想的是全球信息栅格，包括未保护带宽的宽带全球卫星通信卫星WGS、移动用户目标系统MOUS或下一代窄带方案于2009年发射、先进极高频卫星AEHF下一代受保护卫星，如军事星-3 Milstar III方案在2008年-2011年发射、用于多种战略任务的先进极地系统、转型通信卫星系统方案于2013年发射，以取代AEHF4号和5号星的部署。什么是TSAT？TSAT概念图TSAT是能够向全球的部署部队提供高带宽的卫星通信能力的类似于因特网的通信系统，并且能根据重要程度增加军事带宽。使用激光通信卫星间在太空建立高速率骨干通信网，TSAT将成为美国网络中心战设想的关键能动器之一。 一幅UAV图像经过Milstar II卫星处理要花两分钟而TSAT处理不到一秒钟。全球鹰UAV上的雷达图像12分钟，或者空基雷达的多-十亿字节的雷达图像88分钟通过TSAT网络只要不到一秒钟。最重要的是，接收者在世界任何地点用相对小的接收机在移动中都可以接收。 如军事信息技术杂志解释的，TSAT用户气氛两大类：高速率进入用户和低速率进入用户。高速率进入通过激光通信提供2、5 gigabits-10 gigabits/每秒。 在低速率端的其他用户还可以使用8000条同步射频RF频道数据为战略资产和战术用户以及空中情报和监视和侦察平台之间提供连接。高速率平台引起了最多的关注，但能够将所有高速数据量转换成几千条RF频道的能力也是同等重要的。 整个TSAT系统包括TSAT空间段(TSAT SS)卫星和综合地面战系统和网络。如，20亿美元的TSAT任务运作系统(TMOS)是TSAT方案的一局部，它的应用也很广泛。 如早些时候指出的，洛克希德-马丁公司和波音公司已经各赢得了5、14亿美元的TSATSS卫星系统的风险减低合同。截至07年6月14日，波音团队包括Ball Aerospace公司、BBN技术公司、Cisco系统公司、EMS技术公司、通用动力公司、哈里斯公司、Hughes网络系统公司、IBM、L-3通信公司、LGS创新公司、雷声公司以及SAIC公司。 洛克希德-马丁公司TSAT SS 团队包括诺斯罗普-格鲁曼公司、Juniper网络公司、ViaSat 、Rockwell Collins、通用动力先进信息系统公司、L-3通信公司、Stratogis 和Caspian网络公司。TMOS: TSAT的地面局部TSAT的地面控制室 TMOUS网络将使美军的整个转型通信体系构造能够基于IP进展宽带即时全球性Internet通信，它集成关键的新兴网络技术如带宽配制效劳质量和带宽保证。预计TMOUS将为TSAT空间和地面通信局部提供运作和网络管理，使美国未来的TSAT SS 特高带宽卫星骨干网络与美军正在开展的全球信息栅格相连接。空军TSAT方案主任特艾曼克对军事信息技术杂志解释说：“根本上，TSAT是一个总的系统。卫星是系统的一局部，地面局部也是系统的一局部，TMOUS是TSAT总系统的一局部。 TMOUS的关键局部将是编写近500万条软件代码，占方案开发的80%。为了防止其他大型空间方案遭受的软件开发出现的问题，美国空军已经从软件工程研究员征召了专家。TOUS方案还包括网络运作中心和业务管理中心的建立以及相关硬件设施的建立。 总体上，TMOUS网络将使美军的整个转型通信体系构造能够基于IP进展宽带即时全球性Internet通信，它集成关键的新兴网络技术如带宽配制效劳质量和带宽保证。TMOUS还将提供电路/包任务方案和政策管理、外部网络协调、网络运作和管理、密钥管理、平安环境下完全融合计算机平安的态势感知-共同作战图像。 五角大楼说尽早授予TMOUS合同完成网络体系构造的一体化概念和设计减少TSAT方案的风险，使得承包商正式着手网络接口的定义和规格的工作。在竟标的初期，雷声公司的发言人还指出TMOUS站可以在2013年卫星发射前建立，与现有资源相连接作为全球信息栅格带宽拓展工程的一局部。 TMOUS 大局部的地面设施方案在卫星发射前一年完成并运行，以便军事星能够对TMOUS网络进展测试并作好与TSAT SS卫星连接的准备。美军希望中标的承包商能在2008年开场增加部署网络，然后螺旋式开发支持方案的2012-2013年的卫星发射，在每个“迷你-发布点mini-release point进展测试。 洛克希德-马丁、雷声和诺斯鲁普-格鲁曼领导的三个财团各获得3百万美元的TMOUS局部的系统的初期研究合同。洛克希德-马丁公司财团2006年1月又获得20、02亿美元的TMOUS合同，在2006年6月该公司宣布成功完成系统设计评审。AEHF 和TSAT的教训 AEHF Milstar III卫星 AEHF Milstar III卫星虽然不如TSATSS，但它的容量是现在的Milstar II的10倍，传输速率是它的6倍。 AEHF的相控阵天线正由诺斯罗普格鲁曼公司开发，它能电动引导射频波束而不是机械地移动反射器。上行链路相控阵天线将AEHF卫星与地面终端相连，使干扰效果和敌人截获信号的可能性降到最低。制导灵敏激光束使得AEHF卫星将更广的地区同时与高保护的通道相连，速度比Milstar卫星更快。 但是由于多种因素作用的结果，包括美国国家平安局未能及时提供密码编写解决方案，AEHF卫星目前面临12个月的方案延迟，原先方案的费用需要大幅度增加。2005年4月，国防工业日报曾就美国卫星方案相关问题进展了报道，分析了 AEHF Milstar III合同存在的主要问题以及它们对方案费用和安排的影响。 方案延迟使得国会发出通告，并要做出许多变化和调整。其中一些变化涉及到TSAT方案，因为AEHF 的教训被吸收进TSAT 的采购战略。 例如，作为AEHF Milstar III失败的结果，修改了国家平安空间采购政策03-01将国家平安局这样的机构的信息平安戒备作为空间系统开展中关键决策点的关键因素。得到业界普遍支持的NSA也试图建立新的空间密码研究和开展方案为新的空间方案开展可用的核心信息平安技术，从而降低共同的开发风险。 其他TSAT工程开展方式也是由过去的经历演变而来。决定将地面TMOUS与TSAT SS卫星分开建造就是想防止宽带填隙卫星和AEHF 卫星这样的系统所经历的问题，这些系统都有各自得专业的互不兼容的地面系统。另一个优势是美国军方在选择供给商时不会被迫在开发网络和开发卫星之间进展妥协。TSAT:方案的问题和决策 不久美国军方将做出重大决策：是否限制购置(AEHF)通信卫星转而开发新一代激光卫星，即转型通信卫星空间段(TSAT SS)。 AEHF费用快用完了，方案也接近尾声，但它融合了更成熟的技术。TSAT可望有更大的带宽和超强的处理能力并认为是国防部武器系统网络化的不可或缺的一局部，但现在还无法肯定该系统终究要花费多少钱以及何时能够交付使用因为它的关键技术还不够成熟。最终转型通信办公室面临的问题是TSAT方案是否能成功吸收最先进的技术实现所宣传的能力或者只有其1/20带宽的AEHF卫星是否代表了更平安的赌注能保证交付饱受带宽之苦的军方使用。 空间方案的现实是残酷的，刚性的。它们不能使用标准的“飞行、修理、飞行的开发方法因为卫星在空间轨道上。这意味着空军必须保证一次性成功。它改变了风险估算、系统设计以及方法。 美国审计总署2004年12月发布的报告正面提出了这个问题。它建议TSAT推迟到如激光光学装置、高速路由器和平安算法等关键技术成熟之后再进展。大局部这些技术被审计总署列为技术准备等级3 或4 ，意为处于研究阶段的技术，某些还在试验室试验。审计总署还指出关键系统如激光通信等缺少辅助技术。 作为响应，TSAT方案采取措施解决其中一些问题。一个措施就是将发射日期从2009年推迟到2012年，以便有更多的时间开发技术。例如，洛-马公司说最近在激光通信和适用于空间的IP路由器取得的进展意味着TSAT有了更好的成功机遇。另一个措施就是对风险降低合同进展选择方案研究，优化预期的开发途径并加快在关键领域的初期研究。TSAT方案部署日期现在已经接近2014年。 2005年9月GAO参谋组指出技术前沿取得的进展但技术集成仍令人担忧。美国众议院武装部队战略部队小组委员会主席特里埃维特就公开质疑：“目前采购的系统能否容纳与目前业务模式相关的风险并能真正制造出所期望的系统来？部署时间还有十多年，服役寿命要30-50年后完毕，变化的需求对方案的要求很严格。特别是在电子和网络这些爆炸性速度的领域。 底线仍然存在。成熟技术短期内风险较小，但限制创新不能满足长期需求。美国是否会继续进展选择并为之付出代价？今后几年将是对TSAT在整个转型通信架构中地位做出留还是去的决策时间。建造AEHF 4号和5号星的决定将说明TSAT不能按时准备就绪。这一决定将迫使做出一连串的其他决定：国防部是否应要求增加整体预算支付另外的ATHF卫星费用？是否应该削减其他地方的工程来支付它们的费用？或者国防部十分应该在短期内抽取TSAT方案的资金将TSAT方案的时间表延长从而从在更长的时间内提供资金？从TSAT抽取资金会进一步延迟该方案，可能会增加整个方案的费用。未来满足前线的需要，可能在延长的时间框架内需要发射更多的AEHF卫星。TSAT费用的上升甚至成为自我实现的预言，将费用/获益的平衡进一步转入部署下一代解决方案。我们在讨论IT投资时，发射的每一颗老式的卫星使用的是老式的构造，减少了未来的灵活性。这些两难困境是先进军事工程的共性，但工程的艰巨性一点也不少。幸运的是如同我们从AEHF 工程教训中所看到的，转型通信架构工程的一体化性质既是帮助也是障碍。结论：TSAT 的竞争者及其命运。 美军士兵在使用宽带 毫无疑问前线需要高带宽能力，而且是很快。网络中心战已经降临。网络中心战需要的网络未来5年内能准备好吗？未来25年的又怎样呢？这是所需的方案时间。 实现这些并非易事。出现一些失败和反复是不可防止的。而且TCA 的到来是没有问题的。一个关键问题是转型通信办公室如何将失败的经历教训应用于其他的TCA工程和方案确保它们的成功。如果它们敢于面对挑战，也许TCA不会取得完全的成功，或者也可能得不到预算-但它整体上能实现它的许多诺言提供完全不同的未来战场。 我们的最后一个问题是：TSATSS会成为这一网络的一局部吗？值得思考得一个设想是TSAT的预算是否能够继续到位。考虑到目前美国预算的现实，全球反恐战争现在不可预测的费用，老化设备面临维修顶峰、外部事件以及五角大楼正在担负的一系列工程等等。鉴于这些情况，150-180亿的卫星网络最后可能要到达200亿美元而且未来10年还不能完成使该方案成为预算削减的主要目标。 就长期而言，窄带卫星与MARTS型的通信浮生器相结合提供战场通信、宽带AEHF卫星进展关键任务的高带宽传输如UAV音频、通过商用卫星进展*通信、光纤电缆进展战略通信的趋势已经开场形成。 每个局部都在进展部署，美国军方和全球经济力量将继续增加这些系统的可获得性。因此可以预计所有根底设施在未来岁月都将越来越流行。发现利用现有系统的新方法的可能性和AEHF星座无疑对TSAT构成潜在的“不断增加的竞争威胁。 这就是为什么TSAT 和TCA的另一个关键问题在于转型通信办公室及其方案对未来设想的文件编制的如何、定期对其进展核查确保这些设想仍然令人信服、进入平台的升级能力和灵活性以便能应对变化。换句话说，它们需要将摩托罗拉依星全球网络未能做成的事做好。 TSAT是否在长期就重蹈铱星的覆辙，甚至还没发射就因为竞争者的增多而停顿呢？有可能。TSAT能不断改良演变为昂贵的但重要的方案成功故事吗？是可能的。这两种命运的某种选择掌握在承包商和管理者的手中，还有一些选择在于五角大楼上层，但还有一些根本就就是任何人无法控制的。战争并非我们所愿，而是必须。美国正在战争，这意味着TSAT-象其他许多美国武器工程一样-现在正在战争、政治、机遇和变化的浪潮中飘浮不定。最后是漂浮还是平安靠岸，我们将拭目以待。美国主要军事卫星系统1、先进极高频卫星通信系统AEHF它是“军事星的替代者，用于全球范围的的战略与战术指挥与控制通信，容量是军事星-2的5倍，但体积更小。 功能：EHF通信 运营者：军事卫星司令部 JPO；空军太空司令部 首次发射：方案2006年12月 星座：3-5颗 轨道高度：22，300英里 承包商：洛克希德马丁、诺格公司 动力装置：N/A 尺寸：N/A2、先进极地系统APS下一带极地通信系统，为北部极地的飞机、潜艇和部队提供所需的局部极地通信能力。 功能：EHF通信 运行者：军事卫星司令部JPO；空军太空司令部 首次发射：大约2010年 星座：2 轨道高度：22，300英里 其他不详3、先进宽带系统AWS替代国防卫星通信系统和宽带填隙系统。目前的概念类似商用卫星，采用大容量的SHF，INTERNET协议，激光穿插，为飞机和地面移动部队提供大功率的战术通信。 功能：宽带通信 运行者：军事卫星司令部JPO；空军太空司令部 首次发射：方案2009年 星座：3-6颗 轨道高度：23，300英里4、国防气象卫星方案DMSP卫星收集空中、地面、海上、和太空环境数据以支援全球战略和战术军事行动。运行控制权1998年移交给NOAA。功能：环境监测星座：2轨道高度：575英里5、国防卫星通信系统-3DSCS抗核打击、抗干扰，为战场指挥官提供紧急指挥与通信传输。功能；甚高频通信运行者：空军太空司令部首次发射：1982年10月星座：5在轨：13轨道高度：22，000英里6、国防支援方案DSP用于战略和战术导弹的探测运行者：空军太空司令部首次发射：1970年11月星座：*在轨：*轨道高度：22，000英里7、全球播送系统GBS宽带通信系统，最初利用租借的商用卫星，后用军事系统为战场提供数字多媒体数据通信。功能：高带宽的数据图象和视频通信运行者：海军首次发射：1998年3月第二阶段有效载荷搭载在UFO星上星座：3在轨：3轨道高度：23，230英里8、全球定位系统GPS卫星军民两用，能在任何时间对地球任何位置进展准确定位。BLOCK-2于1997年中期取代旧的定位卫星，第一颗BLOCK2R-M两频道军用星在2004年发射。下一代第三频道BLOCK2F星在2006年发射，设计寿命延长，有更快的处理器和新的民用信号。GPS3后一代星初步方案在2012年发射，具有先进的抗干扰和高质量数据性能。功能：全球导航运行者：空军太空司令部首次发射：1978年2月22日BLOCK1星座：28轨道高度：12，600英里9、军事星卫星通信系统MILSTAR联合通信卫星为战时提供*、抗干扰通信。功能：EHF通信运行者：空军太空司令部首次发射；1994年2月7日星座：5在轨：5轨道高度：22，300英里10、移动用户目标系统MUOS又名先进窄带系统，下一代窄带UHF战术通信卫星用来替代UHF后续卫星。初始发射方案于2007年。功能：UHF战术通信首次发射：方案2009年运行者：海军星座：4加备份在轨：无轨道高度：22，300英里11、极地军事卫星通信又称过渡极地和附属极地，美国空军在一颗主极地轨道卫星上部署了一个改良型海军EHF有效载荷为部队提供过渡的极地通信能力。极地2号和3号型方案2004年和2006年相继发射。功能：EHF极地通信运行者：海军首次发射：1997年星座：3在轨：1轨道高度：25，300英里极点12、天基红外系统-高轨SBIRS HIGH用于导弹预警、导弹防御、战场描述和战术情报的一种先进监视系统。该系统初始将用来补充国防支援方案卫星，并最终取代。功能：红外太空监视运行者：AFSPC首次发射：方案2007年星座：4颗GEO星，一颗备份，在高椭圆轨道上有两个传感器。在轨：无。13、天基雷达SBR用于在太空跟踪战场移动目标。运行者：SMC/NRO开发与采购；AFSPC首次发射：2012年星座：待定承包商：洛马和诺格公司14空间跟踪和监视系统STSS海外监视和跟踪卫星。用于跟踪弹道导弹的发射和着陆。该系统是多层弹道导弹防御系统的传感器局部，与SBIRS-HIGH系统共同组成。功能：红外监视首次发射：方案2007年进展研究与开发。运行者：导弹防御局；空军太空司令部星座：2承包商：诺格公司15、转型卫星通信系统TSAT联合通信卫星旨在为战场提供战术级的类似INTERNET的。激光穿插链路向地面用户的传输时间大大缩短。方案于2012年发射，用来替代先进极高频系统。目前处于设计和风险论证阶段。功能：EHF通信运行者：MILSAT JPO；空军太空司令部首次发射：2012年星座：5在轨：无轨道高度：22，300英里16、特高频后续卫星UFO能提供*、抗干扰通信的新一代卫星。替代FLTSAT卫星。功能：UHF和EHF通信运行者：海军首次发射：1993年3月25日星座：4颗主星座，4颗多余星座在轨：9轨道高度：22，300英里承包商：波音17、宽带填隙系统WGS高速率卫星播送系统，主要为商业产品。用来填补现有系统DSCS和GBS和AWS之间的空隙。功能：宽带通信和点对点效劳KA、KU、X频段运行者：AFSPC首次发射：方案2006年星座：3-5轨道高度：GEO承包商：波音 最近，美国国家侦察办公室披露其正在开发一种新的卫星系统，ORCA，即光中继通信构造。这是下一代激光和射频通信卫星，通信能力至少是现有系统的10倍。包括发射时间等细节尚属*，但国防部和国家侦察办公室将ORCA列入转型通信构造TSAT方案中，作为TSAT和其他下一代系统的补充. v .