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美国海军通信计划概览

发布时间:2021年11月22日责任编辑:林小芳

1 引言

美国海军通信系统发展受网络中心战思想引领,装备体系完善、一体化程度高,进入了以网络为中心的综合一体化建设新阶段。目前已形成完整架构,并反映在其发展战略和装备发展规划中。本文对美国海军目前正在实施的通信系统装备计划做概要介绍。

2 发展脉络概述

纵观美海军各种各样的通信发展计划,可以看出其发展脉络体现在以下几点:

(1)卫星通信是宽带远程通信主要手段和发展重点

美海军对于通信网络系统和技术方面最首要的能力需求就是通信带宽,其未来通信计划明确要求海军带宽要与陆地、空间的带宽达到同步。由于作战行动的特点及作战地域的跨度,海军对于远程通信能力的需求尤其迫切。而美海军主要依靠卫星通信系统提供远程以及到岸基网络的连通,因此,美海军一方面加紧生产和部署海军多波段终端(NMT),以兼容应用美军新一代和既有卫星通信系统,另一方面大量利用商用卫星系统满足通信带宽需求,开展商用宽带卫星计划(CBSP),作为对舰船军事卫星通信能力的补充和增强。NMT将取代美海军原有的军事卫星通信终端,CBSP终端将取代目前使用的商用卫星终端,CBSP与NMT计划协同进行。

(2)合并各种遗留网络,实现网络一体化

美海军网络体系发展思路是多网逐渐融合,从编队战术网扩展到海上广域网,再融合到国防部联合信息环境中。

联合信息环境的能力将通过如下项目提供给海上、岸上的所有海军人员:下一代企业网(NGEN)、统一海上网络与企业服务(CANES)、自动化数字网络系统(ADNS)和多波段终端(NMT)等。

根据美国海军网络整合计划,海军/海军陆战队内联网(NMCI)和美国大陆外海军企业网(One-Net)最终合并成NGEN。舰载一体化网络系统(ISNS)、特殊敏感信息(SCI)网络、联合企业域信息交换系统(CENTRIXS)、视频信息交换系统/舰载视频分发系统(VIXS/SVDS)、潜艇局域网(SubLAN)等传统网络最终合并成一个网络——CANES。

CANES以单一网络囊括舰船网络中各子系统,能够支撑如海军全球指挥支持系统、海军分布式通用陆地系统等约40种C4ISR应用,其能力开发计划包括从非密至绝密级所有安全等级的网络,大幅减少了舰载网络的种类,提高了作战效率,并降低了维护成本。

ADNS将岸基节点、舰艇平台、升空平台等综合在一起构建了海上无线广域网,通过这一个系统实现了舰船之间以及舰船与岸上的无缝网络连接。

ADNS同CANES项目协同发展,为全球海军、盟军和飞地提供通信连接,是美海军当前及未来网络体系结构的关键组成部分。

(3)发展或改进各频段无线电通信装备,具备完善、全面的通信手段

美海军各类通信系统装备发展计划还包括:开发、部署网络战术通用数据链(NTCDL)等数据链,用以装备频海战斗舰等小型舰只到航母、两栖攻击舰等大型舰只以及各种海上巡逻机、舰载直升机,实施联网作战;用数字模块化电台代替现有的各种HF、VHF、UHF视距和UHF卫星通信频段旧电台,还可连接MUOS卫星通信网络,极大增强美国海军超视距话音和数据通信能力;不断升级改进E-6B“水星”飞机搭载的VLF抗毁战略通信系统和IP网络通信设备,以提供加强的战略指挥控制与通信能力;通过开发适用于水下环境的多功能桅杆天线系统,为潜艇提供VLF/LF、HF、VHF、UHF视距和UHF频段卫通等RF通信能力。

3 通信计划概览

3.1 网络环境

美国海军原来的网络环境包含了大量遗留的传统网络,仅美海军舰载IT网络就包含640多个传统遗留系统,船员使用的硬件改型版超过17种,操作系统改型版有6种,软件应用版本达380个。典型的大型水面作战舰艇(如提康德罗加级巡洋舰或阿利·伯克级驱逐舰)拥有至少13个独立的局域网。这些网络各有各的独立硬件和软件以及安全更新系统,各自独立管理,耗费巨大。

针对这一问题,美海军一直在进行网络整合,目标是将大部分海军与海军陆战队的传统遗留网络集成到目前的企业服务网络,只允许有限数量的传统网络作为例外继续运行。目前形成的网络环境组成(如图1所示)主要包括:“统一海上网络与企业服务”(CANES)、“下一代企业服务网”(NGEN)、“美国本土外海军企业网”(ONE-NET)、“海军陆战队企业网”(MCEN)、战术网关和其它传统网络。在这个由虚拟化计算、云计算等商用现货技术推动实现的网络环境中,用户可在其中任何地方登录网络并安全访问数据。以前烟囱式结构网络正在逐步转换为公共共享的服务、应用、计算环境,形成涵盖整个海军范围的网络环境、数据和服务,实现真正的信息共享和互操作性,完成网络化到信息化、服务化的转变。

图1 美海军网络环境

更远的未来,ONE-NET也将合并到NGEN中。美海军通过在战舰和海上作战中心部署CANES,在岸上部署NGEN,将海军网络与国防部联合信息环境有效结合,将各种探测系统、指挥设施、武器装备等组合成有机整体,以获得协同作战的最大效能。

3.1.1 海上网络——“统一海上网络与企业服务”(CANES)

CANES是在技术和基础设施上对现有的5个分立的舰载网络进行合并,建立一个通用计算环境基础设施,用于指挥和控制、通信、情报等应用,将以提高的效能和降低的运行成本,满足美海军未来多年甚至几十年海上IT和网络需要。

CANES的根本目标是带来“基础设施即服务”(IaaS)和“平台即服务”(PaaS)等云服务模式,使美海军战术网络计算和存储能力的现在和未来迭代有所倚仗。CANES将为大量的海军潜艇、飞机、海上作战中心和地区网络作战和安全中心包括非密、联合、保密、敏感隔离信息等所有基本网络服务,提供完整的基础设施,包括硬件、软件、处理、存储和端用户业务。

该系统基于虚拟化、云实现,最大优势是能够大大提高网络防御能力,提升舰船的信息安全能力,包括防火墙和入侵检测系统,提供深层防御方法抵抗网络攻击。

美海军于2010年启动CANES项目,开发和升级更新包括4年的硬件基线和2年的软件基线。2013年11月在麦坎贝尔号驱逐舰上首次安装。预计2023年完成CANES在在册所有舰艇和潜艇上的初始安装,达到完全运行能力。美海军所有平台的CANES技术更新和新建造的水面舰艇和潜艇的初始安装将至少持续到2033年。

3.1.2岸基网络——“下一代企业网络”(NGEN)

实施“下一代企业网络”(NGEN)采办计划以取代“海军/海军陆战队内联网”(NMCI),是美海军构建新网络环境的一个关键性措施。

NMCI是美国海军的岸基企业服务网络,是美国防部最大的单一网络,规模仅次于因特网。这个内部网把海军部属下的两个军种——海军和海军陆战队的所有基地、司令部、支援机构连接起来,提供约45万个席位。NMCI在发展演进中支持向国防部“联合信息环境”(JIE)的迁移。

NGEN是海军以政府拥有、合同商操作的模式运行海军/海军陆战队内联网的服务合同计划,它采用通用的硬件实现美海军和海军陆战队各级实时通信、网络运作、数据安全、技术支持的标准化,是NMCI的后续计划。该构想将增强网络指挥控制、赛博安全和灵活性。NGEN支持用户接入美国本土的海军岸上非密和保密网络的受保护话音、视频和数据业务。

NGEN合同将于2018年6月完成。美海军部正在实施后续的岸基IT企业合同——“NGEN竞争”。在新合同中,海军在美国本土外的网络要合并到美国本土企业网络中,实现全球岸基企业的标准化。

NGEN是未来海军网络环境((NNE)的基础,这种未来海军网络环境可以与美国防部提供的其他网络中心企业服务互操作。全面实现NGEN计划后,NGEN可为美海军和海军陆战队提供保密的数据和IT业务,如数据存储、电子邮件和视频会议,并增加了政府网络监管功能,提高了网络安全性、可靠性,增强了全球信息交换的适应性。新的NGEN能够实现岸基和海基环境的无缝转换。

NGEN采用增量式研发方法开发,其增量1延续NMCI的体系结构和任务,提高网络控制能力和信息安全保障能力,已实现全部能力,估计到2024财年的费用大约为380亿美元。未来增量目前还未确定。

3.1.3 海外网络——“美国本土外海军企业网 ”(ONE-NET)

“美国本土外海军企业网”(ONE-NET)运营信息基础设施体系结构的基础层,提供人力资源、管理和信息服务,包括约2.8万个席位的e-mail、打印、存储和互联网服务以及帮助桌面和企业管理。

ONE-NET通过位于日本横须贺、意大利那不勒斯和巴林的三个战区网络运作和安全中心(TNOSC)以及各自区域内的11个本地网络支持中心对企业进行管理。

该计划将合并到NGEN合同中。合并之后将由于采用集中投资和管理方式而节省资金。

3.1.4 舰船战术广域网关——自动化数字网络系统(ADNS)

ADNS是美国海军的舰船战术广域网关,它将舰船上的多种无线通信系统网络综合形成了一个更加有效的通信网络,实现了编队内舰艇间、舰艇编队之间以及舰艇与岸基核心网之间的连通,可为美海军、联军、盟军提供国防信息系统网(DISN)非密、秘密、绝密信息访问能力。

ADNS可采用多种链路进行互联,舰艇之间、海-岸之间、海-空之间通过视距链路构建海上战术网,舰艇通过卫星通信网连接美国防部信息网络(DoDIN)。ADNS还装于海军网络运作中心(NOC),使得NOC能够向舰船发送并、从舰船接收话音和数据。

ADNS同CANES协同发展,是美海军当前及未来网络体系结构的关键组成部分。

ADNS有三个增量。增量1融合来自不同飞地的数据,通过可用的通信路径传送;增量2提高了能力,通过多个传输路径(包括射频和地面链路)同时管理来自多个飞地的数据业务;增量3增加了受保护核心,增强了对赛博战网络渗透的抵抗能力,是海军海上安全态势的关键赋能器。ADNS增量3为潜艇和中型舰船提供25Mbps的总吞吐量,为大型舰船提供50Mbps的总吞吐量。

图2 ADNS增量发展阶段及特征

ADNS项目始于1997年,现处于增量3阶段。旧增量将迁移到增量3。增量3将装备所有舰船和潜艇及其岸上设备。增量3在2010财年达到了初始运行能力,预计2020财年达到完全运行能力,与CANES同步。

3.2 卫星通信

为确保在世界范围内的任何位置都具有安全、、类似因特网功能的通信能力,满足网络中心战需要,美海军领头发展了专用的战术移动卫星通信系统——“移动用户目标系统”(MUOS),提供全球范围的窄带动中通能力,并研发、部署新一代卫通终端——能够接入海军多数军用卫星通信系统的海军多波段终端(NMT),同时开展新的商用宽带卫星计划(CBSP)以补充和增强军事卫星通信能力。

3.2.1 移动用户目标系统(MUOS)

MUOS是美军新一代窄带战术通信系统,既配备了传统的UHF载荷,提供与传统UHF卫星类似的通信能力;也配备了新型的宽带码分多址(WCDMA)载荷,采用第三代移动通信技术为全球范围的军事用户提供显著提高的保密动中通能力,可供美军水面舰艇、飞机、地面车辆、徒步士兵使用。

MUOS在2004年9月被指定为美国防部主要采购计划,2008年2月获准建设,2012年2月发射首颗卫星。2016年6月,第五颗卫星发射成功,整个星座发射完毕。美陆军2016年开始部署MUOS终端,海军与海军陆战队2018年在舰艇上部署。整个系统预计将于2019财年达到完全运行能力,持续工作至2028年以后。

3.2.2 海军多波段终端(NMT)

NMT是美海军下一代受保护宽带卫星通信终端,是传送各种受保护、宽带指挥控制和通信应用数据(例如保密话音、图像和舰队广播)的主要途径,亦支持总统弹道导弹防御(BMD)行动和海军战略计划。

装备NMT的单元能够接入军事EHF和SHF通信卫星,包括AEHF、Milstar、UFO、过渡和增强极地EHF卫星系统,也能接入WGS卫星系统和国防卫星通信系统(DSCS)。美海军所有主要舰只、潜艇和选定的岸上信号站都将装备NMT。音频、数据和实时视频的传输速率从75b/s到8Mb/s不等。舰载NMT使用双天线,可同时使用军用Q、Ka和X波段,潜艇载NMT使用Q、X波段,岸上信号站则只能使用Q波段。

NMT(WSC-9)将替换美海军舰只、潜艇和岸站装备的WSC-6终端和USC-38终端。WSC-6是SHF卫星通信终端,是海军舰队主要的卫通终端,从上世纪90年代就开始服役,为士兵提供话音、视频、数据和图像通信能力。截止到2016年8月,128套WSC-6终端中的56部已被NMT替换。相比之下,NMT可靠性提高了22%,全新设计的用户界面使操作人员的终端操作步骤减少了85%。

三个国际合作伙伴——加拿大、荷兰和英国采购了NMT的改版。此外美国防部电信港(Teleport)和增强极地卫星通信系统计划也采购了NMT,为舰队单元提供岸上回传能力。

NMT初始安装始于2012年2月,2012年11月进入全速率生产状态。到2016年7月,132个舰只、潜艇和岸站完成了安装。2016年1月,美海军授予雷声公司空间与机载系统分部价值1.03亿美元的合同,交付300套NMT。如果履行所有选项,合同价值可能达到4.67亿美元。初始合同于2016财年底到期,如果履行所有选项,合同将持续到2022年9月。

3.2.3 商用卫星通信(COMSATCOM)

美海军开展了商用卫星通信计划补充和增强军事卫星通信能力,包括两部分:新的商用宽带卫星计划(CBSP)和旧的商用宽带卫星计划(CWSP)。在被CBSP替代之前,CWSP继续服务舰队。CBSP终端是USC-69,有三种版本,分别用于大型舰船(如指挥舰和航空母舰)、中型舰船(如巡洋舰和驱逐舰)和小型舰船。CWSP终端是WSC-8。

CBSP终端可以使海军舰船的通信量增加10倍。美海军舰船目前使用海事卫星终端Inmarsat B HSD以及CWSP终端。这些老设备的通信速率为64~128kbps(小型舰船)和4Mbps(大型舰船)。CBSP终端的通信速率为881kbps(小型舰船)和21.4Mpbs(大型舰船)。

CBSP将取代美海军目前从航空母舰到小型海岸巡逻艇等各类战舰使用的商用卫星终端。CBSP计划将与NMT计划密切合作。NMT将取代海军原有的军事卫星通信终端。

虽然NMT和CBSP是两项相关的工作,但是并非所有舰船都要安装这两种终端。一些小型舰船只安装了CBSP终端接替老式的海事卫星通信终端;有些舰船则主要依靠NMT而不使用CBSP;也有的舰船两种终端都使用,以提供全部带宽。小型舰船终端使用Ku频段;中型作战舰船使用Ku频段进行通信,但也具备X频段通信能力;大型舰船使用Ku频段和C频段与卫星通信。

CBSP于2007年作为一个快速部署能力而建设,2010年6月达到初始运行能力,2011年9月开始全速率生产。CBSP计划优先装备通信能力匮乏的用户—主要依靠海事卫星通信、没有军事卫星通信能力的小型舰船,然后装备航空母舰、两栖战舰和指挥舰。CWSP WSC-8终端将继续服务于舰队,直到2019财年时间框架下被CBSP替换。美海军希望CBSP在2020年达到完全运行能力。

另外,美海军在水面战紧急通信中采用了铱星系统,共有超过15000个铱星设备用于岸上和海上指控站点等各种用途,以满足话音和视频通信需求。

3.3 网络战术通用数据链(NTCDL)

美海军在不断努力发展数据链,实现与网络化通信系统的互补。网络战术通用数据链(NTCDL)是其中计划之一。

美海军在部队级舰船(如航空母舰、两栖攻击舰)上部署通用数据链系统(包括网络战术通用数据链及其前任——通信数据链系统(CDLS)),在单元级舰船(如巡洋舰和驱逐舰)上部署鹰链Hawklink,在频海战斗舰上是其他配置。

NTCDL提供模块化、规模可变、多链路组网通信能力,在不同的联合、军种和商用网络上,向/从多种资源(空中、水面、水下和单兵)发送/接收实时ISR信息(话音、数据、图像和全动态视频),可利用现已装备的CDL 设备纳入先进网络作战波形。

除了下一代有人和无人平台(如F-35联合攻击机、MQ-4“海神”、MQ-25A“刺鳐”小型战术无人机和MQ-8“火力侦察兵”无人机),NTCDL还可通过装备通用数据链(CDL)的现役飞机(如P-3猎户座反潜巡逻机、P-8“海神”反潜巡逻机和MH-60R“海鹰”舰载直升机)为作战人员提供支持多场同时联网作战的能力。

NTCDL为舰队提供视距传感器系统的距离扩展,用于时敏打击任务,通过中继能力支持海上优势,并凭借其ISR组网加强任务分配、收集、处理、分发能力。NTCDL支持多个同时的CDL任务,提供舰-舰、舰-空和空-空通信能力,便于将ISR信息下传到舰/岸等个指挥部,并支持无人机。NTCDL还可使不同的军种、联军和民间组织共享ISR数据,为人道主义救援/救灾行动提供支持。

2013年NTCDL项目启动资金到位,美海军确立了NTCDL成为在案计划,意欲解决未来几年国防计划中多个同时CDL任务的支持问题,用多点组网系统代替现有的单一的点对点舰载CDLS。重点将解决航母装备NTCDL的需求,计划2019年达到初始运行能力。未来的投资将解决大型两栖攻击舰的需求,并开发多链路NTCDL以满足飞机(如P-8,“海神”和MH-60R)、舰船(如巡洋舰、驱逐舰和频海战斗舰)、潜艇和岸基手持用户及移动平台的使用需求。

3.4 数字模块化电台(DMR)

数字模块化电台USC-61(C)是海军首部软件定义无线电台,有4个独立全双工通道,为舰艇、潜艇和岸基司令部提供多种波形并为话音及数据通信提供相关的内部多级信息安全措施。该型电台可以代替海军和海岸警卫队现有的各种HF、VHF、UHF视距和UHF卫星通信频段旧电台。它是美海军承载UHF卫星通信集成波形(IW)和移动用户目标系统(MUOS)波形的主要途径。通过连接新的MUOS卫星通信网络,该电台极大增强了美国海军超视距话音和数据通信能力。

2016年8月,美国海军向通用动力公司任务系统部授出一份合同修正项,旨在改善美海军数字模块化电台(DMR)的HF通信能力,使船员与指挥官具备高可靠性和高数据率的通信优势。特别是在卫星链接能力或容量受限或不可用的地方,DMR能够提供更高效的卫星通信备份方案。

海军2016财年全年采购了645部DMR。DMR安装于各种平台,包括尼米兹(CVN 68)级航母、阿利·伯克(DDG 51)级导弹驱逐舰、马金岛号(LHD 8)和美利坚号(LHA 6)两栖攻击舰、刘易斯·克拉克(T-AKE)级弹药干货船以及潜艇(作为通用潜艇无线电室的一部分)和选定的岸基通信站。

拥有IW、MUOS和HF通信能力的DMR是海军2MHz~2GHz频谱上完全的战术通信解决方案。具有IW/MUOS能力的DMR于2017财年开始部署。

图3 数字模块化电台

3.5 潜艇通信

潜艇通信设备计划的目标是为所有潜艇构建通用、自动的开放式系统体系无线电室,引入网络中心战的先进技术,使得潜艇部队能作为打击群的一部分进行通信。它解决了潜艇通信的特殊需求、老化问题和较高的数据率需求。潜艇通信设备包括两部分:通用潜艇无线电室(CSRR)和潜艇天线。

CSRR是网络中心通信网关,支持舰载子系统、外部平台和岸基通信设施间的通信,并可与国防部基础设施互操作。CSRR的组成包括开放架构硬件和软件,集成了政府现货系统、商用现货系统和专用应用软件,形成一个通用、集中管理的体系结构。

潜艇天线计划支持开发能够适用于水下环境的天线。天线覆盖频率范围从VHF到光。正在进行中的项目包括OE-538增量2多功能桅杆和潜艇高数据率(SubHDR)天线。多功能桅杆天线OE-538是潜艇专用的、装在桅杆上的多功能天线系统,提供VLF/LF、MF/HF、VHF、UHF视距和UHF后继星(UFO)频段卫通等RF通信能力。OE-538多功能桅杆经过改进之后可以支持MUOS、Link 16、GPS抗干扰、GPS军码和铱星。SubHDR天线将升级天线罩和抗冲击加固措施。

美海军2011财年开始部署CSRR增量1版本3,计划2019财年完成。OE-538增量2于2015年7月达到里程碑C。SubHDR天线罩更换已于2014财年开始。

3.6 E-6B飞机战略应急通信

E-6B“水星”飞机被用作美国战略司令部的空中指挥所,也是美海军“塔卡木”抗毁战略通信系统的空中单元。其主要任务是在美国总统、国防部长和美国战略与非战略性部队之间建立抗毁、可靠的空中指挥控制与通信。

E-6B由波音707改造而成,用以支持直到21世纪后的强健、灵活的核威慑态势,执行VLF应急通信、美国战略司令部机载指挥所和陆基洲际弹道导弹的机载发射控制等任务。它是美海军唯一的抗毁核指控途径。

美海军对该机机载通信系统进行了多次改进,2004年3月,与罗克韦尔·柯林斯公司签订了第一批次改进计划,2013年达到作战能力,最终将于2019年全部完成。2012年3月,与诺斯罗普·格鲁曼公司签订了第二批次改进计划合同,将“多任务战术通用数据链”(MR-TCDL)集成装入E-6B并进行集成试验,使飞机在飞行中能与美国防部网络建立高速连接,使机上人员能近实时获取全球任何位置的对作战任务至关重要的信息。

E-6B机载的“IP和带宽扩展”(IP/BE)、MR-TCDL和“先进超视距终端/总统国家语音会议”(FAB-T/PNVC)系统将支持美国战略司令部核指挥控制迁移至分布式的、基于IP网络的全球指控系统。MR-TCDL和FAB-T/PNVC将分别于2018年和2019年达到初始运行能力。

4 结语

美军网络中心战的理论及实践印证了未来战争“信息化”和“网络化”的强烈需求。美国海军由平台中心战向网络中心战的成功转型伴随着军事通信向高度网络化、一体化方向快速发展。在美军正走向多域战的今天,如此这般的网络化海军将更具威慑力和战斗力。

(刘海英  编译)

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