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产业观察丨军民融合产业领域之通信领域(上篇)

华高莱斯

作者|陈昆,张天天,李艳芳 来源|华高莱斯(ID:RL-CONSULT)

目 录

1. 通信即是战斗力!

2. 从“大吃小”到“快吃慢”,军事通信重要性不断加强

3. 军民融合中的不同通信技术与场景

4. 中国通信领域军民融合

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通信即是战斗力!

“兵之胜负,不在众寡,而在分合。”自古行军打仗,能够指挥千军万马快速形成兵力优势歼灭敌人正是夺取胜利的关键。而在这其中,快速有效地传递上峰命令和战场态势,无疑是实现这一目标的基础。因此,“通信”对于军队来说,往往是攸关生死的重要所在。

正因为通信对于军队的极端重要性,军事通信便往往成为了各国军队着重投入的技术领域,更成就了一系列重大创新牵引着民用技术的进步。

正如引发第三次工业革命的基石——互联网一样,其技术源头便是始于1969年美军在ARPA(阿帕网,美国国防部研究计划署)制定的研究计划,通过将美国西南部的大学加利福尼亚大学洛杉矶分校、史坦福大学研究学院、加利福尼亚大学和犹他州大学的四台主要的计算机连接起来,由此形成了互联网的原始雏形。而其诞生的主要目的,其实是为了加强军队指挥系统的通信效率。还比如现在跟大家生活息息相关的移动通信,其技术前身便直接源自美军的MSE (Mobile Subscriber Equipment,美军移动用户设备系统),主要是为了解决军师一级的移动通信问题。

从这里其实不难发现,军队对于新兴通信技术的需求是如此急迫,因而军事通信往往会远远领先于民用通信,大部分前端的通信技术也都是从军用领域延伸发展到民用领域的。

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从“大吃小”到“快吃慢”

军事通信重要性不断加强

进入信息化战争时代,谁能更快地发现敌人,谁就能更快地摧毁敌人,也就能更快地获得胜利。在机械化战争时代,往往是依托数量优势取胜,可以说是“大吃小”。而在信息化战争时代,就变成了“快吃慢”。

在海湾战争的年代,美军从发现到摧毁目标的时间,是45分钟。在10年后对阿富汗塔利班的战争中就只有15分钟,再到利比亚战争、叙利亚战争,时间则只有几分钟。目前,美国总统通过战略通信系统逐级向第一线作战部队下达命令,最快只需3-6分钟;在紧急情况下,总统可越级向战略核部队下达命令,最快只需1-3分钟时间。

由此不难发现,在战争节奏越来越快的年代里,快速传递战场信息、快速传递指令、快速协调作战单位已经成为了战争胜利的关键。由此美军也正式提出了“网络中心战”概念(Network-centric warfare,NCW),力求通过极可靠的通信网络,联络在地面上分隔开但资讯充足的部队,这样就可以发展新的组织及战斗方法,化资讯优势为战略优势。

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实现这一愿景,无疑也都需要良好的通信技术来支撑。从几次重大战事中对通信的利用来看,美军对通信容量的需求都在不断增长,在所谓“第一场空间应用战争”——沙漠风暴行动中,美军使用的总卫星通信容量为100Mbit/s,每5000名作战士兵仅共享约1Mbit/s的带宽;而在10年后的伊拉克自由行动中,总容量已经攀升至2.4Gbit/s,每5000名作战士兵共享带宽也已达到51.1Mbit/s的水平。国防信息系统局(DISA)2008年的一份报告预测,到2020年美军的作战容量需求将激增数倍,超过60Gbit/s。

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“沙漠风暴”行动期间,美军在伊拉克沙漠中的移动用户设备(MSE)天线卡车

图片来源:wikipedia @US Army

想必,随着军事通信需求的日益增加,新型通信技术、新的通信模式也将不断涌现,这也与信息化时代下民间不断增长的通信需求不谋而合,也必将催生出广泛的军民融合场景。

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军民融合中的不同通信技术与场景

军事通信领域中包含众多不同的技术门类,应用场景和军民融合现状也各不相同,我们以通信技术最为发达且军民融合现状最好的美军为例进行简要分析,看看已经有哪些通信技术领域真正具备军民融合的机遇。

从应用现状看,美军的通信系统主要由战略通信系统和战术通信系统两大部分组成。

01 战略通信系统

美军战略通信的主要职责是保障美军最高指挥(总统和国防部长)与参联会、各军种部、九大联合司令部、情报机关、核战略部队、各大军事基地和各战区部队之间通信联络的畅通,以确保最高指挥当局对全球美军的指挥和控制。

美军的战略通信系统主要由国防通信系统、国防卫星通信系统、最低限度应急通信网等组成。

1) 国防通信系统

主要采用有线通信、无线电通信、卫星通信和光纤通信等多种手段,线路总长6729万多公里,覆盖五大洲80多个国家和100个地区的3000多个军事指挥所和工作站。

2)国防卫星通信系统(DSCSⅢ)

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Illustration of the DSCS III satellite

图片来源:wikipedia @US Airforce

DSCSⅢ是美国战略远程通信的支柱,该系统由位于赤道上空地球同步轨道上的14颗卫星组成,可为全球区域的美国陆、海、空三军提供加密且可靠的全球通信服务。

3)最低限度应急通信网(MEECN)

专供美国总统在核战条件下与陆、海、空三军核部队的通信与指挥。该系统由空军卫星通信系统、海军陆基甚低频电台广播网、海军“塔卡木”机载甚低频对潜通信系统、海军极低频对潜通信系统和陆军“地波应急网”等若干专用通信系统组成。

4) 战略通信系统领域的军民融合现状

虽然是战略级通信,但在这一领域美军仍广泛与民间公司合作,由军方牵引攒局,整合国内资源。

广泛招标研发,汇集民间力量充分论证

在技术研发阶段,美军方便往往率先提出技术需求,再以与相关公司签署研发合同的方式进行研发,推进军用技术的发展。

以通信卫星技术的研发与应用为例,美国太空与导弹系统中心作为军用通信卫星系统采办的主管单位,一般会在最新的军方需求指引下,先期组织数十家商业卫星公司对相关技术进行论证和研发;美国国防科学委员会(DSB)作为国防部直属机构,也会成立特别工作组,对相关卫星通信所面临的问题进行综合研究,提出相应技术建议。在进行前期论证之后,军方便会形成研制合同进行招标,吸引相关公司参与研发。

除了国防部层面的技术采购,不同军种也会根据自身作战需求整合不同资源,合作研发。如2001年启动的“多频段终端计划”便由美国“航天与海战系统司令部”领导,通过与哈里斯(Harris)和雷声(Raytheon)公司签署关于发展海军先进极高频卫星通信(AEHF)终端系统的合同,旨在研发一种多频段、多模式的卫星通信终端。最后两家公司获得了总价值上亿美元的合同,并获得了后继生产订单。

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AEHF(高级极高频)卫星

图片来源:wikipedia @USAF (Los Angeles AFB)

整合多领域资源,实现技术连续迭代升级

在实际的技术应用中,美军也注重整合不同领域的公司发挥各自技术特长,实现通信技术的不断升级,以适应不同的应用场景。美军“塔卡木”通信系统的迭代升级历程便是这一发展思路的集中体现。

在60年代以前,为了实现对战略核潜艇的指挥和控制,美军相继建造了大批陆基甚低频发射台,成为了当时对潜通信的主要手段。然而,由于导弹技术的发展,庞大的陆基甚低频发射台的生存能力正受到越来越大的威胁。在古巴导弹危机之后,美海军就提出了机载甚低频通信系统的设想。

当时为开展这项研究而下达的命令为“Take Charge And Move Out”(“接受任务,立即行动”),缩写为TACAMO,一般音译为“塔卡木”,开启了机载甚低频对潜通信系统的研发。

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A U.S. Navy TACAMO EC-130Q of VQ-4, in 1984.

图片来源:wikipedia@United States Navy

其最初只是作为一种应急通信系统来发展的,但经过技术论证,美军逐渐发现了甚低频通信技术的不可替代性,因之也正式确定 “塔卡木”为“主要抗毁对潜通信系统”,成为了联系美军海基核力量最重要的通信系统之一。

1982年,美海军公布了对“塔卡木”系统的技术要求,开始进行招标。

1983年4月19日,美国海军就与波音公司签订了研制抗毁机载甚低频对潜通信系统(即E-6A)的合同。

1986年美海军航空系统指挥部批准E-6A开始生产,合同价款为1.81亿美元,年末生产出样机。

1987年6月开始飞行试验,并计划生产15架E-6A,以取代早期的EC-130飞机。为了进一步提升装备性能。

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TACAMO E-6A

图片来源:wikipedia@United States Navy

1987年,罗克韦尔公司紧接着得到了两项合同,其一是8.6百万美元用于从EC-130飞机上拆下AN/USC-13(V)通信设备,并重新安装到E-6A飞机上,其二是1390万美元用于研制甚低频固态发射机和双拖曳线天线。同年海军还签订了2600万美元的合同用于其他通信设备的采购。

1988年,美国会批准美海军1989财年33450万美元的预算,用于7架E-6A飞机。

1991年10月,克莱斯勒公司赢得2260万美元的合同,对"塔卡木"E-6A系统进行现代化改装。

1994年6月,综合了高级航空电子设备单元的第一架E-6A飞机交付海军试验。该单元提高了飞机上的电文处理能力,提高了导航精度,改善了频率和时间标准以及将其卫星通信能力扩大到极高频频段。

综合到"塔卡木"系统的主要分系统包括:"军事星"机载卫星通信终端,GPS、"军事星"报文处理系统、时间频率标准分配系统、飞行管理计算机系统、MIL-STD-1553B总线和大功率发射机。

1995年,波音公司把数字式自动驾驶仪安装到E-6A飞机上,并在E-6A飞机上试验了轨道改进系统。不难看出,整个系统在军方的整合下得以不断地完善和改进。

直接购买商用服务,弥补资源不足

除了在技术和产品上进行采购,美军更通过直接购买商业通信服务来弥补军用通信供给的不足,以节约相关成本。2008年以来,尽管美军发射了宽带全球卫星(WGS)、移动用户目标系统(MOUS)、先进极高频(AEHF)等多颗专用军事通信卫星,但军队现行通信任务中至少有80%是依靠商用通信卫星完成的。

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WGS satellites

图片来源:wikipedia@United States Air Force

据欧洲咨询公司(Euroconsult)统计,2001年-2010年,美国国防部的卫星容量使用量增加了5倍。2010年,美国国防部卫星通信预算总额16亿美元中的近40% 用于购买商业卫星服务,美国国防部已成为商业卫星通信市场上最大的单体用户。

之所以大规模采购商业卫星服务,正是源于美军方不断增长的通信需求。截止2016年,美军可用的在轨军用卫星通信容量总计约为27Gbit/s,而到2020年,如果按现有计划,总容量需达到40Gbit/s,缺口巨大。

而随着无人机等“带宽杀手”的应用普及,这一通信容量缺口其实已被远远低估了。这种情况下,各方都认识到现有军用卫星通信系统的建设方式和部署状态在满足未来需求、支持总体能力发展上的不足,这也成为推动军方近年来大力开展商业服务采购的根本性原因。

从交付周期和成本来看,军用卫星通信系统的进展往往落后于实际需求,如美军正在建设的三大卫星通信系统项目都出现了严重拖延:WGS的研制周期比项目初始预期首发星推迟了44个月(接近4年的时间),“移动用户目标系统”(MUOS)则比初始预期延迟了26个月,“先进极高频”(AEHF)系统延迟则达到86个月,相当于初始预期研制时间的2倍。

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MUOS satellite

图片来源:wikipedia @USNavy

而部署周期的拖长,往往意味着“技术折旧”的程度加深,以AEHF卫星为例,达到全运行能力时,距离项目开始已经过了20年时间,这就很难保证届时的在役系统没有使用10年甚至20年前的“新技术”;另一方面,军方的“需求周期”也进一步延后,即系统实际开始服役时的能力比项目预期的能力需求要实现得更晚,导致军方不仅在未及时交付的几年空窗期需求无法满足,甚至在系统服役后,需求也早已发生了显著增长,最终造成能力差距越来越大。

其次,从项目成本开支来看,由于技术成熟度、管理体制等因素,三大系统的成本控制也存在巨大的问题:WGS原计划只采购3颗卫星,但实际采购数量达到8颗(不包括盟国出资的2颗),直接导致项目成本翻了2番,单星造价则由最初设计的约4亿美元,变为4.75亿美元,上浮18%左右;MUOS在成本方面控制较好,卫星数量相比预期未发生变化,成本则比项目开始时的预期要高出8亿美元左右,单星造价上浮比例也控制在10%以内;AEHF则是典型的反面案例,其最初计划采购5颗卫星,但后来增加至6颗,而且由于技术成熟度原因,成本严重超支,实际成本达到133亿美元的,比初始单星预期造价增长幅度达到65%。

从这里不难发现,不管是因为军方卫星通信系统的研发滞后还是因为技术老旧,在蓬勃发展的商用卫星通信市场面前,未来很长一段时间,军队其实都需要直接购买民用卫星通信服务以适应快速增长的军事通信需求。

编者按:本文转载自微信公众号:华高莱斯(ID:RL-CONSULT),

作者丨陈昆

简介丨华中科技大学社会学、法学学士。对军民融合产业、军工科研体制机制建设、区域开发、旅游开发、产业策划、新农村建设等多领域有深入研究。

作者丨张天天

简介丨清华大学英语语言文学学士。对军民融合、城市战略、城市更新、区域发展、产业发展、文旅融合等多领域有深入研究。

作者丨李艳芳

简介丨西北农林科技大学金融学、经济学硕士。对军民融合、特色小镇、城市战略、区域发展、产业发展等多领域有深入研究。


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