美國轉型通信衛星系統(TSAT)

克里斯Chris

美國轉型通信衛星系統(TSAT)





來源：國防工業日報
編譯：知遠/嚴美
上傳 & 翻譯: jacklf2004









隨著視頻通信與 機器人、士兵、無人機的一體化，網絡中心戰成為美國作戰的組織原則，前線帶寬需求迅速增長。轉型通信衛星(TSAT)系統就是美國軍方解決這一需求的眾多努力中的一部分。

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到2016年整個TSAT計劃的最終費用預計將達到140-180億美元，包括衛星、地面站系統、衛星運作中心以及運行和維護費用。至2007年中，美國空軍要麼將決定按照現行的計劃建造TSAT系統並在2013-2016年發射，要麼推遲TSAT計劃，採取權宜之計在計劃2009=2012年發射三顆的基礎上增加4-5顆先進極高頻衛星（AEHF）。



洛克希德-馬丁公司和波音公司各贏得了5、14億美元的TSAT衛星系統風險減低合同，希望B計劃不再需要。投標已經完成，雙方都在等待決定。TSAT20億美元的TMOS地面網絡運行合同正在招標過程中。


TSAT星座衛星、接收器和基礎設施方面的情況最近媒體進行了大肆報導，它在美國下一代軍事設施中的中心作用值得深度關注。

而且任何方法都不能保證生存性。

外部事件以及不斷增加的竟標者可能催生它的結束就如同它們催生出摩托羅拉銥星系統的結果一樣。



本特別報告介紹TSAT計劃和挑戰以及美國軍事通信的潛在未來。

最新的發展包括TSAT-SS兩個小組提交的標書 以及著名的咨詢公司伯茲艾倫漢米爾頓公司的合同……。

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目錄:

‧關鍵背景）——為什麼TSAT被認為是必要的

‧關鍵背景——宏偉藍圖：TSAT和轉型通信架構

‧簡報——什麼是TSAT？

‧簡報——TMOS：TSAT 的地面組成部分

‧簡報——AEHF的選擇以及TSAT的教訓

‧分析——TSAT計劃：問題與決策

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為什麼TSAT被認為是必要的?



在1991年的沙漠風暴行動中，美軍發現他們不僅僅缺少通信能力，而且他們的通信連接不暢。


9月11日以後，專家們發現美國國防部內外的海量信息需要信息的提供方和使用方之間建立足夠的連接。

阿富汗和伊拉克行動以及全球反恐戰爭的其他戰場進一步表明美軍對高技術通信和來自無人機、海軍系統以及地面士兵的實時數據通信的依賴性不斷增加。



如果帶寬成為戰鬥中重要的瓶頸的話，那美國軍方應該做什麼？



就在9/11事件不久，美國國防部發起了一項轉型通信研究以加快最新科技的先進能力向部隊的交付。

研究由國家安全空間設計局 （NSSA）主導，利用NSSA的任務信息管理通信體系架構作為跳板。它探討了許多方案並對目前的計劃進行了評估。

研究得出結論是美國現行的計劃不能滿足預計的通信需求。建議為國防部範圍和情報界提供兼容的通信系統的架構性框架機會已經形成——它能使美國的通信能力以10的係數增長。

這些結論加上全球反恐戰爭的經驗以及像UAV這樣的新技術的發展共同形成了轉型通信體系結構 (TCA).的形成。目前，美軍所有的軍種正在制定根據TCA傘形計劃可提供的能力制訂未來採購計劃。

TSAT計劃被認為是TCA的一部分，能在任何時間和任何地點提供空基帶寬骨幹通信網絡。

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全球通信系統


TSAT計劃實際上只是轉型通信體系結構 1、0版本整個計劃的一個節點。

該計劃2003年10月經過聯合需求監督備忘錄的批准。


TSAT作為星座通信倡議計劃之一的地位為協同合作提供了機會，但也造成了複雜性。美國軍方、情報界和NASA衛星星座都是獨立運行的，三方的每一方都負責為各自的衛星爭取資金。

儘管計劃的設計是相互兼容的，但各自的優先重點各不相同。另外，資金和遊說活動分離意味著共同行動的技術因素可能無法同時獲得資金。例如，國防部管理TSAT，美國情報界正在進行光中繼通信架構的開發，而NASA管理著跟蹤和數據中繼衛星系統(TDRSS-C)。


這是新成立的轉型通信辦公室面臨的部分任務。

通信衛星有三類：窄帶系統，如銥星系統能滿足聲音傳輸但缺少帶寬、能傳送大量數據的寬帶系統、能抗干擾和核打擊的受保護衛星。TCA v1.0集三者於一體。


TCA設想的是全球信息柵格，包括未保護帶寬的寬帶全球衛星通信衛星（WGS）、移動用戶目標系統（MOUS或下一代窄帶）計劃於2009年發射、先進極高頻衛星（AEHF下一代受保護衛星，如軍事星-3 Milstar III）計劃在2008年-2011年發射、用於多種戰略任務的先進極地系統、轉型通信衛星系統計劃於2013年發射，以取代AEHF4號和5號星的部署。

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什麼是TSAT？


TSAT是能夠向全球的部署部隊提供高帶寬的衛星通信能力的類似於因特網的通信系統， 並且能根據重要程度增加軍事帶寬。使用激光通信衛星間鏈接在太空建立高速率骨幹通信網，TSAT將成為美國網絡中心戰設想的關鍵能動器之一。


一幅UAV圖像經過Milstar II衛星處理要花兩分鐘而TSAT處理不到一秒鐘。全球鷹UAV上的雷達圖像（12分鐘），或者空基雷達的多-十億字節的雷達圖像（88分鐘）通過TSAT網絡只要不到一秒鐘。最重要的是，接收者在世界任何地點用相對小的接收機在移動中都可以接收。


如軍事信息技術雜誌解釋的，TSAT用戶氛圍兩大類：高速率進入用戶和低速率進入用戶。高速率進入通過激光通信提供2、5 gigabits-10 gigabits/每秒。

在低速率端的其他用戶還可以使用8000條同步射頻（RF）頻道數據鏈接為戰略資產和戰術用戶以及空中情報和監視和偵察平台之間提供連接。


高速率平台引起了最多的關注，但能夠將所有高速數據量轉換成幾千條RF頻道的能力也是同等重要的。
整個TSAT系統包括TSAT空間段(TSAT SS)衛星和綜合地面戰系統和網絡。如，20億美元的TSAT任務運作系統(TMOS)是TSAT計劃的一部分，它的應用也很廣泛。


如早些時候指出的，洛克希德-馬丁公司和波音公司已經各贏得了5、14億美元的TSATSS衛星系統的風險減低合同。截至07年6月14日，波音團隊包括Ball Aerospace公司、BBN技術公司、Cisco系統公司、EMS技術公司、通用動力公司、哈里斯公司、Hughes網絡系統公司、IBM、L-3通信公司、LGS創新公司、雷聲公司以及SAIC公司。



洛克希德-馬丁公司TSAT SS 團隊包括諾斯羅普-格魯曼公司、Juniper網絡公司、ViaSat 、Rockwell Collins、通用動力先進信息系統公司、L-3通信公司、Stratogis 和Caspian網絡公司。

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TMOS: TSAT的地面部分



TMOUS網絡將使美軍的整個轉型通信 體系結構能夠基於IP進行寬帶即時全球性Internet通信，它集成關鍵的新興網絡技術如帶寬配製服務質量和帶寬保證。

預計TMOUS將為TSAT空間和地面通信部分提供運作和網絡管理，使美國未來的TSAT SS 特 高帶寬衛星骨幹網絡與 美軍正在發展的全球信息柵格相連接。空軍TSAT計劃主任特艾 曼克對軍事信息技術雜誌解釋說：「基本上，TSAT是一個總的系統。衛星是系統的一部分，地面部分也是系統的一部分，TMOUS是TSAT總系統的一部分。」


TMOUS的關鍵部分將是編寫近500萬條軟件代碼，占計劃開發的80%。為了避免其他大型空間計劃遭受的軟件開發出現的問題，美國空軍已經從軟件工程研究員徵召了專家。TOUS計劃還包括網絡運作中心和業務管理中心的建立以及相關硬件設施的建立。


總體上，TMOUS網絡 將使美軍的整個轉型通信 體系結構能夠基於IP進行寬帶即時全球性Internet通信，它集成關鍵的新興網絡技術如帶寬配製服務質量和帶寬保證。TMOUS還將提供電路/包任務計劃和政策管理、外部網絡協調、網絡運作和管理、密鑰管理、安全環境下完全融合計算機安全的態勢感知-共同作戰圖像。


五角大樓說盡早授予TMOUS合同完成網絡體系結構的一體化概念和設計減少TSAT計劃的風險，使得承包商正式著手網絡接口的定義和規格的工作。在竟標的初期，雷聲公司的發言人還指出TMOUS站可以在2013年衛星發射前建設，與現有資源相連接作為全球信息柵格帶寬拓展項目的一部分。


TMOUS 大部分的地面設施計劃在衛星發射前一年完成並運行，以便軍事星能夠對TMOUS網絡進行測試並作好與TSAT SS衛星連接的準備。美軍希望中標的承包商能在2008年開始增加部署網絡，然後螺旋式開發支持計劃的2012-2013年的衛星發射，在每個「迷你-發佈」點"mini-release" point進行測試。


洛克希德-馬丁、雷聲和諾斯魯普-格魯曼領導的三個財團各獲得3百萬美元的TMOUS部分的系統的初期研究合同。洛克希德-馬丁公司財團2006年1月又獲得20、02億美元的TMOUS合同，在2006年6月該公司宣佈成功完成系統設計評審。

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AEHF 和 TSAT的教訓


AEHF Milstar III衛星雖然不如TSATSS，但它的容量是現在的Milstar II的10倍，傳輸速率是它的6倍。


AEHF的相控陣天線正由諾斯羅普‧格魯曼公司開發，它能電動引導射頻波束而不是機械地移動反射器。上行鏈路相控陣天線將AEHF衛星與地面終端相連，使干擾效果和敵人截獲信號的可能性降到最低。制導靈敏激光束使得AEHF衛星將更廣的地區同時與高保護的通道相連，速度比Milstar衛星更快。


但是由於多種因素作用的結果，包括美國國家安全局未能及時提供密碼編寫解決方案，AEHF衛星目前面臨12個月的計劃延遲，原先計劃的費用需要大幅度增加。2005年4月，國防工業日報曾就美國衛星計劃相關問題進行了報道，分析了  AEHF Milstar III合同存在的主要問題以及它們對計劃費用和安排的影響。

計劃延遲使得國會發出通告，並要做出許多變化和調整。其中一些變化涉及到TSAT計劃，因為AEHF 的教訓被吸收進TSAT 的採購戰略。

例如，作為AEHF Milstar III失敗的結果，修改了國家安全空間採購政策03-01將國家安全局這樣的機構的信息安全戒備作為空間系統發展中關鍵決策點的關鍵因素。得到業界普遍支持的NSA也試圖建立新的空間密碼研究和發展計劃為新的空間計劃發展可用的核心信息安全技術，從而降低共同的開發風險。


其他TSAT項目發展方式也是由過去的經驗演變而來。決定將地面TMOUS與TSAT SS衛星分開建造就是想避免寬帶填隙衛星和AEHF 衛星這樣的系統所經歷的問題，這些系統都有各自得專業的互不兼容的地面系統。 另一個優勢是美國軍方在選擇供應商時不會被迫在開發網絡和開發衛星之間進行妥協。

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TSAT:計劃的問題和決策


不久美國軍方將做出重大決策：是否限制購買(AEHF)通信衛星轉而開發新一代激光衛星，即轉型通信衛星空間段(TSAT SS)。
AEHF費用快用完了，計劃也接近尾聲，但它融合了更成熟的技術。


TSAT可望有更大的帶寬和超強的處理能力並認為是國防部武器系統網絡化的不可或缺的一部分，但現在還無法肯定該系統究竟要花費多少錢以及何時能夠交付使用因為它的關鍵技術還不夠成熟。


最終轉型通信辦公室面臨的問題是TSAT計劃是否能成功吸收最先進的技術實現所宣傳的能力或者只有其1/20帶寬的AEHF衛星是否代表了更安全的賭注能保證交付飽受帶寬之苦的軍方使用。

空間計劃的現實是殘酷的，剛性的。它們不能使用標準的「飛行、修理、飛行」的開發方法因為衛星在空間軌道上。這意味著 空軍必須保證一次性成功。它改變了風險估算、系統設計以及方法。

美國審計總署2004年12月發佈的報告正面提出了這個問題。它建議TSAT推遲到如激光光學裝置、高速路由器和安全算法等關鍵技術成熟之後再進行。大部分這些技術被審計總署列為技術準備等級3 或4 ，意為處於研究階段的技術，某些還在試驗室試驗。審計總署還指出關鍵系統如激光通信等缺少輔助技術。

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為了響應，TSAT計劃採取措施解決其中一些問題。一個措施就是將發射日期從2009年推遲到2012年，以便有更多的時間開發技術。例如，洛-馬公司說最近在激光通信和適用於空間的IP路由器取得的進展意味著TSAT有了更好的成功機遇。


另一個措施就是對風險降低合同進行選擇方案研究，優化預期的開發途徑並加快在關鍵領域的初期研究。TSAT計劃部署日期現在已經接近2014年。
2005年9月GAO顧問組指出 技術前沿取得的進展但技術集成仍令人擔憂。


美國眾議院武裝部隊戰略部隊小組委員會主席特裡 埃維特就公開質疑：「目前採購的系統能否容納與目前業務模式相關的風險並能真正製造出所期望的系統來？」

部署時間還有十多年，服役壽命要30-50年後結束，變化的需求對計劃的要求很嚴格。特別是在電子和網絡這些爆炸性速度的領域。


底線仍然存在。成熟技術短期內風險較小，但限制創新不能滿足長期需求。美國是否會繼續進行選擇並為之付出代價？今後幾年將是對TSAT在整個轉型通信架構中地位做出留還是去的決策時間。建造AEHF 4號和5號星的決定將表明TSAT不能按時準備就緒。


這一決定將迫使做出一連串的其他決定：

        國防部是否應要求增加整體預算支付另外的ATHF衛星費用？
        是否應該削減其他地方的項目來支付它們的費用？