美軍研發支撐新型作戰概念的韌性靈活通信網絡系統

2021-02-15 MCIO

2020年,根據新型作戰概念對通信網絡系統的新需求,美軍各軍種和國防創新機構正在通過開發多個通信網絡項目為這些作戰概念提供支持。其中有些是既有項目,具有一定的技術或裝備基礎,其成果能夠很快為新型作戰概念服務;也有一些是圍繞新型作戰概念需求啟動的全新項目。

(一)Link 16——實現多域作戰平臺數據共享

數據鏈使各作戰平臺能夠實現數據交流、互連和共享,對於未來作戰環境中實現聯合全域指揮控制的戰術級連通能力來說至關重要。

Link 16是美軍三軍通用數據鏈,經過多年的研究,目前已經進入大量裝備期(據統計,美國及其盟國總共部署了約10萬部各類Link 16終端),美軍的偵察機、預警機和指揮控制飛機與戰鬥機、轟炸機、攻擊機、艦艇、地空飛彈系統等相互之間都可以通過Link 16進行高速數據交換。Link 16技術相對成熟,部署廣泛,是美軍當前探索多域作戰即時可用的現成裝備,為美軍在大規模多域聯合作戰中快速實施指揮決策、戰術機動和戰術控制等奠定了良好的基礎。

依靠Link 16戰術數據鏈,美軍實際上已具備一定的多域作戰能力。在2020年5月舉行的聯合國土防衛演習中,美軍曾成功驗證了Link 16實現多域數據共享的能力。演習中,美軍F-15戰鬥機、航母艦載機F/A-18和加拿大空軍CF-18戰鬥機對美國空軍B-1B戰略轟炸機進行聯合攔截。各參與方利用Link 16戰術數據鏈對來自空中和海上不同平臺的戰術指控數據進行實時共享,實現了複雜的空中和海上多域協同作戰。

近年來,美軍圍繞Link 16開展了一系列工作,擴展裝備範圍,提升裝備性能,以便更好地支持新型作戰概念的實施。

· 進一步擴大Link 16加裝範圍,將更多作戰平臺納入網絡

為將更多作戰平臺納入到聯合全域指揮控制網絡中,美軍需要進一步擴大Link 16的加裝範圍。例如,美國海軍準備為MQ-8C「火力偵察兵」垂直起降無人機集成Link 16,這將使MQ-8C能夠向網絡中的多個用戶(包括船隻、飛機、地面站等)提供情報、監視與偵察數據,為關鍵決策提供信息。美國空軍還為KC-46、KC-135等空中加油機也加裝了Link 16,並正在探索將其用作「先進戰鬥管理系統」(ABMS)中的通信數據中繼節點。

· 為F-22增加Link 16發射能力,促進五代機之間及四五代機互通

為實現空中作戰部隊信息共享,美軍一直致力於解決五代機之間及四五代機互通問題。目前,F-22通過名為「更新6」(Update 6)的一系列軟體升級,已具備Link 16接收能力。而美國空軍正在開發的通信項目「TACLink 16」,將通過軟硬體更改在F-22上部署Link 16發射能力,其通信對象包括F-35、F-16、F-15等四代、五代戰鬥機。這些平臺之間可共同形成協同目標瞄準等能力。

美軍高層表示,F-22的Link 16數據鏈收發能力是一種「戰術強制性要求」,計劃於2020年具備初始作戰能力。當前F-35上已經搭載了具備收發能力的Link 16數據鏈終端,如果F-22再具備完整收發能力的Link 16,則有望實現五代機之間的Link 16互通。

· 裝備Link 16手持電臺,將Link 16網絡擴展到戰術邊緣的徒步士兵

2017年,衛訊(Viasat)公司推出了世界上首部、也是唯一一種手持Link 16電臺——AN/PRC-161「徒步版戰場感知和目標瞄準系統」(BATS-D)。地面徒步部隊可利用該手持電臺直接接入飛機和艦船的視距戰術數據鏈網絡,從與飛機聯絡到飛機執行空中打擊只需30秒時間。該設備使美軍戰術邊緣的徒步士兵可以完全實現數位化輔助近空支援,有助於填補美軍空地部隊之間信息溝通的重要缺口。設備推出後,需求量不斷攀升,2019年已實現1000臺交付裡程碑。

2020年10月,Viasat公司又發布了BATS-D的新版本,這一高級版本增加了新的安全特性,可應對與多樣化作戰用例及電臺新部署場景相關的各種新威脅。該設備可供美國常規部隊和「五眼」聯盟國家使用,顯著提升作戰人員態勢感知能力和多域作戰空間任務協調能力。

· 研發星載Link 16終端,實現超視距連接和靈活衛星接入

目前,衛訊(Viasat)公司正在美國空軍合同項下負責研製搭載Link 16數據鏈終端的低軌小衛星。衛訊公司多年來一直為美軍研製Link 16終端,它也將成為首家研製天基Link 16終端樣機並進行測試的公司,該樣機終端可與地面車輛、飛機、水面艦艇、徒步士兵進行通信。另據2020年5月報導,美國Roccor公司已研製出可展開式L頻段Link 16衛星天線,使衛星接收和傳輸Link 16信號成為可能。

將終端部署到衛星上可謂Link 16發展過程中的一次重要創新。星載終端可使傳統上作為一種視距通信手段的Link 16具備超視距連接能力。如果單顆衛星驗證了概念的可行性,按照美軍計劃,未來將構建一個由搭載Link 16終端的衛星組成的低軌戰術數據鏈星座,實現全球覆蓋。屆時,傳統上低級別部隊在戰術邊緣使用的終端,理論上可直接接入衛星,進而獲得更加靈活多樣的通信接入手段。

此外,美國太空發展局(SDA)正在打造的國防太空架構亦將在傳輸層衛星上搭載Link 16有效載荷,通過L波段Link 16網絡分發來自天基傳感器的情報、監視和偵察(ISR)數據。SDA亦期望證明傳輸層衛星網絡能從空基傳感器獲取數據,並通過戰術目標瞄準節點和Link 16戰術網絡跨域傳送給地面作戰人員。這將為聯合全域指揮控制(JADC2)「連接所有傳感器和射手」願景的實現提供重要支撐。

(二)C2E和DyNAMO項目——解決強對抗環境下的通信組網和數據鏈兼容性問題

在大國競爭背景下,敵方攔截、拒止以及利用美軍戰術通信的相關技術發展迅速,對美軍空中優勢和制空權形成強大威脅。為此,美軍需要在增強通信系統功能的同時,提高其低探測概率/抗幹擾能力和動態環境適應性。

美國國防高級研究計劃局(DARPA)於2014年提出的「對抗環境下的通信」(C2E)項目,旨在應對多種頻譜戰威脅,保持戰場網絡的有效性。C2E項目重點研究三方面內容:一是開發空基異構網絡組網技術和具有增強抗幹擾能力、低可探測性、低時延和高數據率的先進通信技術;二是開發支持多樣性和靈活性的新型硬體架構;三是開發軟體技術,允許在新的和現有系統中快速開發、驗證、插入和運用通信技術。

與C2E相類似,DARPA於2015年啟動的「滿足任務最優化的動態自適應網絡」(DyNAMO)項目主要是為了解決高對抗環境中的動態自適應組網和各機載網絡之間不兼容的問題,例如Link 16、戰術目標瞄準網絡技術(TTNT)、機間數據鏈(IFDL)、多功能先進數據鏈(MADL)等現有戰術數據鏈之間的互操作問題。對此美軍雖然已經開發了多種解決方案,但都只能暫時滿足需求,能力有限,並不能真正實現高速率信息在各類有人/無人飛機之間的自由無縫傳遞。

圖2  DyNAMO項目將使有人和無人飛機系統快速、安全共享信息

DyNAMO在C2E的基礎上,基於分布式動態作戰任務的複雜性而設計,目標是開發動態自適應網絡技術,在所有機載系統之間實現信息的即時自由流動。

DyNAMO項目研發的網絡動態自適應技術,將保證各類空基平臺在面對敵方主動電子幹擾時,能在一定安全等級下進行即時高速通信,並使配備不同網絡的飛機能夠共享信息。未來,美軍還希望將DyNAMO概念拓展到地面和海上等多域資產中,這對於美軍實現多域作戰具有重要意義。

C2E和DyNAMO這兩個項目研發的技術可支持「馬賽克戰」的無縫、自適應通信網絡需求。

(三)「韌性組網分布式馬賽克通信」(RN DMC)項目——提供分布式遠程戰術通信創新方法

2020年6月,DARPA發布「韌性組網分布式馬賽克通信」項目跨部門公告,尋求分布式相干通信技術領域的創新性建議書,重點關注開發適用於當前戰術無線電作戰波形的雙向馬賽克元件系統。項目分為三個階段,總周期為45個月。

項目旨在通過由空間分布式收發器元件(或貼片)組成的馬賽克天線實現遠距離通信。項目通過拼湊空間分布式貼片收發器,替代高功率放大器以及大型定向天線。這種天線通過信號處理而非物理天線孔徑集中能量來實現高增益。天線可安裝在船舶、車輛、無人/有人機、衛星上,或由士兵攜帶,具有可移動、自成型、自修復、抗幹擾、成本低、可消耗等特點。

該項目是「馬賽克戰」最終願景的重要組成部分。DARPA認為RN DMC項目研發的技術可從根本上改變遠程戰術通信方法,支撐「馬賽克戰」概念落地。

(四)「海上作戰即時信息」(TIMEly)項目——創建快速可重構的異構海上通信網絡

TIMEly項目也是DARPA在「馬賽克戰」概念提出後明確開展的與之相關的項目,旨在為軍方提供跨域態勢感知和指揮控制能力。

該項目於2019年6月啟動,重點是水下通信,以及載人和無人潛艇、水面艦艇、飛機和衛星之間的通信,旨在為水下、海上和空中部隊之間創建可快速重構的響應式通信網絡架構。利用該項目成果,海上部隊可快速重構、不可預測、靈活且適應力強,符合「馬賽克戰」需求。

該項目開發的異構海上通信架構將在海上完成演示驗證。水下環境會對跨平臺傳輸的距離、容量、時延和安全性產生限制,該項目所開發的架構需要能夠在這些限制下運行,重點關注網絡協議、服務質量和信息交換等技術。

相關焦點

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    美國太空軍在2月10日發布的2021財年預算請求中列入4300萬美元研發經費,用於開發「作戰衛星通信體系」,旨在實現軍商衛星通信系統無縫連接
  • 《作戰概念探析》之十五:美軍案例——「全球公域介入與機動聯合」
    ————筆者美軍作戰概念已形成一個規模比較龐大的作戰概念體系,「體系化」也是作戰概念研發作為理論性很強的工作所應具備的系統性和可持續性的集中表現。綜觀美軍作戰概念體系可看出,對於不同時期、不同階段、不同軍兵種、不同作戰領域的作戰概念,具有清晰明確的繼承與發展關係,軍兵種概念之間存在著堅固的縱向支撐,跨軍兵種作戰概念之間存在著緊密的橫向聯繫。
  • 美國馬賽克戰概念發展分析
    馬賽克戰主要針對對手「反介入/區域拒止」能力而研發,被DARPA視為引領美軍未來20年國防科技發展的頂層兵力設計概念,將為美軍作戰力量構建、作戰概念和技術研發、作戰規劃、作戰指揮控制提供指導原則。自二戰以來,美軍兵力作戰一直以從美國本土投送大量兵力為基礎。美軍依靠裝備與技術優勢,先後實施兩次「抵消戰略」,抵消了蘇聯大規模兵力優勢。
  • 破解馬賽克戰之系統發展思考
    然而,美軍現有的作戰體系設計存在諸多問題:1)作戰體系高度依賴集中式指揮控制和數量有限的高端平臺,關鍵要素抗毀能力差,作戰結構脆弱;2)美國國防預算有限,現有作戰平臺高度集成,面向任務的動態調整能力弱,難以有效應對不同規模的威脅,持續使用高端平臺,作戰成本高昂;3)美軍新型武器開發與採辦周期長[11],與之對應的新興技術迭代迅捷,存在裝備尚未研製完畢就落伍的風險;4)美軍武器裝備研發主要應用商用技術
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    2.1.2 體系中心戰的定義簡而言之,平臺中心戰是依託平臺自身資源進行交戰的方式;網絡中心戰是依託網絡連接各種分布部署的平臺,實現信息共享和交戰協同的作戰方式;體系中心戰則是依託可信可靠的作戰體系,靈活反應地遂行自主即時優勢殺傷,有效破擊敵作戰體系,從而達成作戰目的的作戰方式。
  • 《作戰概念探析》之二十四:研發實踐:智能化作戰之「三戰」
    應指出的是,上述人工智慧以外的其他領域,既需要人工智慧的發展作為支撐,同時也可促進人工智慧的發展和應用。俄羅斯將智能化作為武器裝備現代化的關鍵。2017年發布的俄羅斯聯邦《2018~2025年國家武器發展綱要》中,研發和裝備智能化武器裝備被列為重點內容,包括空天防禦系統、戰略核力量、通信、偵察、指揮和控制系統、電子戰裝備、無人機、機器人、單兵防護系統等。
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  • 「寬帶通信和新型網絡」重點專項2018 年度項目申報指南建議
    提出 P 比特級超大容量光傳輸系統機理與模式,建立一整套 P比特級超大容量光傳輸系統技術體系,完成高採樣率模數轉換/數模轉換,高帶寬的光調製驅動及跨阻放大器的研製,為實現從傳統波分復用模式到新型多維度並行復用模式的轉變,最大限度提升網絡幹線傳輸容量、最大限度提升系統譜效率,突破現有網絡 光傳輸容量極限奠定技術基礎和核心技術支持,以應對目前的傳輸容量危機,滿足未來我國日益增長的帶寬和容量需求考核指標:
  • 世界通信與網絡領域2019年發展回顧與2020年展望
    ,外軍通信與網絡系統建設與技術研發在繼續尋求提高傳輸速率、安全性、可靠性的同時,更加注重提高系統架構的彈性、靈活性和快速可重構能力,通過綜合運用不同軌道的軍用和商用衛星通信系統、機載網絡、地面戰術無線網絡、商業蜂窩能力等多種手段,實現路徑多樣化和動態路由,從而在複雜多變的戰場環境中為作戰人員靈活提供多種網絡連接選項,確保在高度對抗的近對等衝突中保持系統運行。
  • ​美軍作戰概念的歷史和現狀
    從早期的聯合願景(Joint Vision)到聯合作戰概念(Joint Operation Concept,JOC),再到目前的聯合概念(Joint Concept,JC),並分別於2003年、2006年、2012年、2013年、2016、2020年、2021年相繼發布指導性文件規範聯合概念研發,聯合概念體系架構也隨之發生較大變化。
  • 美軍軍事通信系統簡史
    3、聯合戰術無線電系統(JTRS)目前,美軍正在逐步對現役通信系統進行數位化項目改造,以適應未來數位化戰場的需要,聯合戰術無線電系統(JTRS)就是其中的一個重要項目。它是美軍唯一一種可適用於所有軍兵種要求的通用新型系列(數字)戰術電臺,其作用主要用於逐步取代美軍各軍兵種現役的20多個系列約125種以上型號的75萬部電臺。
  • 國外深海作戰概念發展及啟示
    美國特種潛艇建造設想萌生於20世紀60年代並主要計劃用於特殊軍事任務,當時美國著手建設「岸基聲吶監視系統(SOSUS)」,為此需裝備一型水下特種作業裝備,以利用水下移動聲學試驗站進行海水溫度、鹽度及海底地質參數的探測與分析,確定美軍艦船聲吶的使用方法和探測方式。
  • 實現跨衛星平臺漫遊的美國防部靈活數據機接口(FMI)
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    [24][25]為重要操作支撐,成為美軍電磁頻譜戰最新指導。軍事技術引領和支撐先進作戰理念。為將電磁頻譜戰從概念轉化為能力,美軍極力開展技術創新和裝備研發,發展具有網絡化、靈巧化、多功能、小型化和自適應等特徵的新系統。
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