美国转型通信卫星系统.doc

美国转型通信卫星系统美国转型通信卫星系统(TSAT)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则，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部分。C4ISR远景图到2016年整个TSAT计划的最终费用预计将达到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计划建造TSAT系统并在2013-2016年发射，要么推迟TSAT计划，采取权宜之计在计划2009=2012年发射三颗的基础上增加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计划不再需要。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、接收器和基础设施方面的情况最近媒体进行了大肆报道，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结束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计划和挑战以及美国军事通信的潜在未来。最新的发展包括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 的地面组成部分简报AEHF的选择以及TSAT的教训分析TSAT计划：问题与决策以色列的微型无人机显示终端为什么TSAT被认为是必要的在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表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。研究由国家安全空间设计局 （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计划进行了评估。研究得出结论是美国现行的计划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机会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验以及像UAV这样的新技术的发展共同形成了转型通信体系结构 (TCA).的形成。目前，美军所有的军种正在制定根据TCA伞形计划可提供的能力制订未来采购计划。TSAT计划被认为是TCA的一部分，能在任何时间和任何地点提供空基带宽骨干通信网络。全球通信系统宏伟蓝图：TSAT和转型通信体系结构TSAT计划实际上只是转型通信体系结构 1、0版本整个计划的一个节点。该计划2003年10月经过联合需求监督备忘录的批准。TSAT作为星座通信倡议计划之一的地位为协同合作提供了机会，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。尽管计划的设计是相互兼容的，但各自的优先重点各不相同。另外，资金和游说活动分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，美国情报界正在进行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部分任务。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）计划于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）计划在2008年-2011年发射、用于多种战略任务的先进极地系统、转型通信卫星系统计划于2013年发射，以取代AEHF4号和5号星的部署。TSAT概念图什么是TSAT？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链接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用户氛围两大类：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）频道数据链接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计划的一部分，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。TSAT的地面控制室TMOS: TSAT的地面部分TMOUS网络将使美军的整个转型通信 体系结构能够基于IP进行宽带即时全球性Internet通信，它集成关键的新兴网络技术如带宽配制服务质量和带宽保证。预计TMOUS将为TSAT空间和地面通信部分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 美军正在发展的全球信息栅格相连接。空军TSAT计划主任特艾 曼克对军事信息技术杂志解释说：“基本上，TSAT是一个总的系统。卫星是系统的一部分，地面部分也是系统的一部分，TMOUS是TSAT总系统的一部分。”TMOUS的关键部分将是编写近500万条软件代码，占计划开发的80%。为了避免其他大型空间计划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计划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 体系结构能够基于IP进行宽带即时全球性Internet通信，它集成关键的新兴网络技术如带宽配制服务质量和带宽保证。TMOUS还将提供电路/包任务计划和政策管理、外部网络协调、网络运作和管理、密钥管理、安全环境下完全融合计算机安全的态势感知-共同作战图像。五角大楼说尽早授予TMOUS合同完成网络体系结构的一体化概念和设计减少TSAT计划的风险，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年卫星发射前建设，与现有资源相连接作为全球信息栅格带宽拓展项目的一部分。TMOUS 大部分的地面设施计划在卫星发射前一年完成并运行，以便军事星能够对TMOUS网络进行测试并作好与TSAT SS卫星连接的准备。美军希望中标的承包商能在2008年开始增加部署网络，然后螺旋式开发支持计划的2012-2013年的卫星发射，在每个“迷你-发布”点mini-release point进行测试。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部分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 Milstar III卫星AEHF 和TSAT的教训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，包括美国国家安全局未能及时提供密码编写解决方案，AEHF卫星目前面临12个月的计划延迟，原先计划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计划相关问题进行了报道，分析了 AEHF Milstar III合同存在的主要问题以及它们对计划费用和安排的影响。计划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计划，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，修改了国家安全空间采购政策03-01将国家安全局这样的机构的信息安全戒备作为空间系统发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发展计划为新的空间计划发展可用的核心信息安全技术，从而降低共同的开发风险。其他TSAT项目发展方式也是由过去的经验演变而来。决定将地面TMOUS与TSAT SS卫星分开建造就是想避免宽带填隙卫星和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应商时不会被迫在开发网络和开发卫星之间进行妥协。TSAT:计划的问题和决策不久美国军方将做出重大决策：是否限制购买(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，计划也接近尾声，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部分，但现在还无法肯定该系统究竟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计划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卫星是否代表了更安全的赌注能保证交付饱受带宽之苦的军方使用。空间计划的现实是残酷的，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、高速路由器和安全算法等关键技术成熟之后再进行。大部分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计划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行选择方案研究，优化预期的开发途径并加快在关键领域的初期研究。TSAT计划部署日期现在已经接近2014年。2005年9月GAO顾问组指出 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年后结束，变化的需求对计划的要求很严格。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。美国是否会继续进行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号星的决定将表明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项目来支付它们的费用？或者国防部十分应该在短期内抽取TSAT计划的资金将TSAT计划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计划，可能会增加整个计划的费用。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结构，减少了未来的灵活性。这些两难困境是先进军事项目的共性，但项目的艰巨性一点也不少。幸运的是如同我们从AEHF 项目教训中所看到的，转型通信架构项目的一体化性质既是帮助也是障碍。美军士兵在使用宽带结论：TSAT 的竞争者及其命运毫无疑问前线需要高带宽能力，而且是很快。网络中心战已经来临。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？这是所需的计划时间。实现这些并非易事。出现一些失败和反复是不可避免的。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验教训应用于其他的TCA项目和计划确保它们的成功。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部分吗？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