美軍商業衛星通信服務采購相關問題分析與啟示

李 博 （北京空間科技信息研究所）

美軍商業衛星通信服務采購相關問題分析與啟示

李 博 （北京空間科技信息研究所）

Analysis on Several Issues of US Military's Procurement of Commercial Satellite Communication Service

1 發展現狀

美國在近幾次戰爭中認識到，實現戰場全方位的互聯互通、保障各作戰梯隊更好地通信，是走向勝利的關鍵，為此在10余年間不斷加快其軍用通信衛星系統建設。但由于現行采辦體制的約束和技術研發管理上的問題，以“寬帶全球衛星通信系統”（WGS）、“移動用戶目標系統”（MUOS）和“先進極高頻”（AEHF）為代表的三大系統均出現了嚴重的交付周期拖延、預算超支嚴重的情況。此外，近年來，商業通信衛星系統技術能力不斷增強，在支持大容量通信等領域的性能甚至已優于現役軍用系統，引發了各界對現有軍用衛星通信能力建設方式的質疑，也推動了商業衛星通信服務采購的發展。

自21世紀初以來，美國國防部正式開始以合同方式采購商業服務，歷經10余年的發展，目前已經形成了較為成熟和穩定的市場規模，建立了一套由國防信息系統局（DISA）主導的相對完備的管理機制。目前，美軍商業衛星通信服務采購項目主要有3個：國防信息系統局主導并與政府總務管理局合作進行的“未來商業衛星通信服務采購”（FCSA）計劃、國防信息系統局單獨開展的“銥”（Iridium）衛星“增強衛星移動服務”（EMSS）計劃以及美國海軍開展的“商業寬帶衛星計劃”（CSSC）。在上述項目的推動下，美國國防部也已成為目前全球商業衛星通信市場中最大的單一用戶。據歐洲咨詢公司（Euroconsult）統計，2001－2010年，美國國防部的衛星容量使用量增加了5倍，而來自商業衛星的容量占軍用衛星通信的比例已超過80%。

準備發射的寬帶全球衛星通信系統－6

“史詩”衛星Ku頻段多點波束覆蓋情況

2 主要技術特點

事實上，軍方采用商業衛星通信服務與產業界也是一種互動和磨合的過程，這種軍商之間的良性交互推動了一系列利于軍事應用，也便于商業部署的技術研發與推廣。從發展現狀而言，幾個重要的技術特點突出涌現，值得注意。

星上數字能力不斷增強，靈活有效載荷受軍方青睞

按照美軍商業服務采購機構（即國防信息系統局）的規定，緊急情況下，承包商需要最短在4h以內為美軍交付服務。相對于以往動輒數月、長達數年的交付速度，這種響應能力對軍方用戶來講極為重要。這種交付性能在星上數字處理能力與靈活服務性能不斷增強的態勢下，可行性不斷提升。傳統的軍用通信衛星在頻率規劃和覆蓋區域已經確定的情況下，雖可控制星上可移動波束滿足緊急任務需求，但其能夠支持的靈活性和重新配置能力依然非常有限。星上數字處理式靈活載荷技術的發展則改變了這種現狀。

目前，越來越多的商業通信衛星看到了采用靈活有效載荷架構的潛力與價值：它可以實現在波束覆蓋、帶寬分配、功率調整和頻率配置等方面的高度靈活性，以更好地滿足用戶需求。國際通信衛星公司（INTELSAT）2016年發射的2顆“史詩”（Epic）衛星的通信載荷，具備在軌重構、波束鉸鏈自適應調整的處理功能，使得該衛星成為具備強大處理和靈活能力的系統，可有效服務軍方用戶。

終端趨向于多頻段融合，兼容、互操作性大幅提升

另一個重要的技術發展特點是軍用終端系統的多頻段支持能力。從美軍自身的角度出發，傳統終端主要針對軍用通信衛星計劃而開發的，常常只針對一個衛星通信系統，例如陸軍的地面移動部隊AN/TSC－85戰術終端主要針對“國防衛星通信系統”（DSCS）衛星，僅能在X頻段通信；服務三軍的AN/PSC－11單通道抗干擾便攜終端為防護衛星通信系統而設計，主要工作于極高頻（EHF），對應“軍事星”（Milstar）衛星。隨著商用通信衛星應用的日益廣泛，對C和Ku頻段終端的需求也逐漸增長；同時，軍方也希望利用一套終端支持多個頻段的衛星通信系統，減少作戰士兵的負擔，提升作戰通信的靈活性。因此，多頻段終端成為重要的發展方向。美國陸軍于20世紀末開發了AN/TSC－143三頻段衛星通信終端，既可以支持商用C和Ku頻段，也可以支持軍用X頻段；既可與“國防衛星通信系統”、“天網”（Skynet）等軍用衛星進行通信，也可以與“國際通信衛星”（Intelsat）、“歐洲通信衛星”（Eutelsat）等商業衛星進行通信，曾在對阿富汗的持久自由行動中得到廣泛應用。

行進狀態下的車載AN/TSC－143三頻段衛星通信終端

商業“動中通”達軍事水平，更好地支持戰場移動通信

商業“動中通”技術水平的不斷發展和演進也值得注意。近年來，隨著商業衛星移動用戶規模的不斷擴大，該技術從軍用、應急通信應用逐步進入商業市場，性能得到飛速提升，載體也早已從車輛、船舶推廣至機載終端，業務頻段從C、Ku頻段拓展到Ka頻段，數據傳輸速率也已大幅提升。根據目前美軍的發展情況來看，商業“動中通”無論在理論還是在工程上都已獲得了較好的研究與商用成果。以銥星公司（IRIDIUM）、國際移動衛星公司（INMARSAT）等為代表的許多設備，如船載海事衛星通信系統、車載移動通信系統等，已經形成產品推廣到市場，并以其便攜性特點也獲得了美軍的青睞，這類終端可以很好地適應地形特殊的戰場環境。美軍在對阿富汗戰爭中，由于地形特殊，士兵必須到空曠的地方才能收到衛星信號，而利用“銥”衛星終端則很大程度上避免了這種不便。由于商業市場“動中通”系統設備供應數量的不斷攀升，軍方用戶部署“動中通”系統的成本也持續降低，這也從一定程度上提升了美軍移動作戰平臺的信息采集、傳輸與指揮控制能力，對于真正實現陸、海、空、天實時高速互聯、推動一體化聯合作戰有著非常重要的支持作用。

3 暴露主要問題

總的來看，近10余年來，商業衛星通信服務采購的管理機制和運行體制逐步統一和成熟，商業系統、技術的軍事應用越來越廣泛，有力補充了軍用系統，支持軍事應用的效果已經日益顯露。但隨著美軍實施亞太再平衡戰略，以及“寬帶全球衛星通信”系統的持續部署和完善，商業通信服務采購的問題也逐漸暴露出來，引起了從國會、軍方和產業界各個利益相關方的關注。而目前商業衛星通信系統采購暴露的問題可歸為以下3個層面。

合同模式雖更靈活，卻推高現貨采購成本

據美國2013年的統計數據來看，國防部商業衛星容量中約25%是短期租用，通常是在現貨市場采購，而這些容量往往是預留給小規模的、臨時的電視廣播使用，其余75%大多采用不定交付期限不定交貨量（IDIQ）合同的方式，即一般設定有1年的基礎合同年限，后附加數個1年期的可選延長期限。這導致軍方的資金周轉以年為單位，運營商就無法向其提供與普通商業用戶一樣的折扣。因而，2014年，美國國防部首席信息官辦公室向美國國會提交的《衛星通信戰略報告》中指出：據美軍計算，2013年，“寬帶全球衛星通信”單位帶寬成本為1.42萬美元/年/MHz，而國防信息系統局采購商業衛星的單位帶寬成本為5.62萬美元/年/MHz，是前者的4倍，這顯然顛覆了傳統的認知。

商業衛星支持作戰增多，抗干擾弱點令人堪憂

隨著美軍使用商業通信服務的比例逐漸增多，其易受攻擊和防護能力差的弱點顯露無疑。伊拉克戰爭期間，有研究針對美軍作戰所采用的商業通信衛星載波進行連續16個月的監視。結果發現，最嚴重情況下，其所監視的載波發生警報次數超過3000次/月，而造成惡劣影響的衛星通信問題則平均在50次/月左右，雖然大部分的警報對應通信問題都是短暫性可糾正的，但該量級引起了美軍的高度重視。2011年，美國聯合需求監管委員會（JROC）批準空軍發布的聯合空間通信層（JSCL）初始能力文件（ICD）提出了2025年及更遠未來的軍用衛星通信需求。其預計對抗環境中的軍用通信容量將會在未來幾年中大幅增加，并遠遠超越現有計劃下“先進極高頻”衛星所能實現的能力。根據估算，防護戰術通信需求則將在2025年達到現有能力的4倍以上。由此，商業系統如想更好地服務軍方，必須考慮干擾問題。

流程緩慢缺乏統籌，多機構單獨采購服務

按照國防信息系統局的服務流程，其提供的商業容量采購可在最短4h、最長3個月內交付。但從作戰人員的角度來看，戰場態勢瞬息萬變，在目前的管理體制下，申請衛星通信支持需要經過層層審批、篩選，難以適應現代戰爭的節奏，從需求生成到提供服務的效率仍然十分低下，商業系統仍然沒有軍用系統使用起來便利。此外，雖然參聯會與國防部都分別從政策上規定國防信息系統局作為唯一授權的商業衛星通信服務采購機構，但從實際運行情況來看，美軍的商業衛星容量采購是分散的，即美軍內部有多個部門獨立采購商業衛星容量來滿足自己的需求，并不一定通過國防信息系統局。而根據國防部的統計，各軍種在國防信息系統局管轄之外所采購的商業通信服務價格則比國防信息系統局合同普遍高出16%左右，這種分散的采購現狀也讓軍方頗為頭疼。

4 最新發展動向

實施“探路者”先導項目，創新商業服務采購模式

解決現行采購體制下成本費用居高不下問題的重點，在于改變采購的模式。簡單來說，就是采用新型的合同取代以年為周期的短期租用合同。在美國國會的敦促下，國防部由此采取了一系列的措施，嘗試更好地理解商業/軍用通信需求，并改善商業衛星通信的采購管理方式。當前，在國防部所有開展的探索和嘗試中，最受關注的就是空軍開展的“商業衛星通信探路者”（COMSATCOM Pathfinder）計劃（簡稱“探路者”計劃）。該計劃主要從采購模式的角度出發，針對其空中平臺的大容量數據傳輸需求，打破原有容量采購合同的時間限制，研究長期的采購方式。

“探路者”計劃主要包括5個項目，于2014年起陸續開始實施，具體包括：

“探路者”#1—購買傾斜軌道壽命末期的商業衛星轉發器。該項目作為首份“探路者”計劃，通過采購非洲區域處于壽命末期不再進行位保的傾斜軌道衛星上2臺Ku頻段轉發器，利用軍用衛星地面系統的跟瞄能力繼續使用其容量，從而驗證這種低費用采購方式的可行性和應用效果。

“探路者”#2—發射前購買轉發器。第二項“探路者”計劃于2015年底開始招標，2016年初發布合同，支持無人機平臺的Ku頻段通信，主要研究在商業衛星發射前就購買其部分轉發器方案的可行性與經濟可承受性。

“探路者”#3—購買整顆或部分商業衛星。分析在商業衛星星座中購買整星或部分衛星，以換取整個星座訪問權的方案（類似“寬帶全球衛星通信”系統中，美軍盟國采用的參與方式）。

美國空軍“商業衛星通信探路者”計劃參考體系架構

“探路者”#4—全球隨遇帶寬購買。研究在任意時間、任意地點和任意時段購買在軌空閑Ku頻段商業轉發器方案的可行性。

“探路者”#5—按流量計費。研究國防部采用商業高容量衛星[主要是高通量通信衛星（HTS）]和運營商托管服務的可行性。

目前，在“探路者”計劃下實施的前2個項目已開始顯現出軍方所期望的低成本效益，但也暴露出終端的靈活性問題。國防部部署的終端系統必須具備靈活地從一個衛星網絡轉接入另一個衛星網絡的能力，但由于所采用的不同管理式服務以及波形技術，終端往往無法實現這種功能。這在很大程度上制約了軍方采用商業服務的彈性，也在無形中增加了頻繁更換衛星系統所帶來的成本開支。

所以，從第三份“探路者”計劃開始，美軍轉變了此前的發展思路，從天上轉向地面，開始關注終端應用部分的采購性能，后續的2個“探路者”項目則進一步優化此前項目的商業開發流程。2016年5月20日，空軍發布的第三份“探路者”計劃的信息征詢書（RFI）明確指出，為了解決上述問題，一方面，空軍要求必須進一步改善此前2次采購嘗試中的經濟可承受性與彈性等性能；另一方面，當前的重點放在了其通信系統的靈活性上，為了實現在商業/軍用以及采購的不同商業系統之間靈活切換和接入，美軍提出需要在終端部分采用“靈活調制解調接口”（FMI）來滿足全球性、區域性可用的衛星系統與網絡的接入要求，真正實現全球范圍內利用商業衛星提供通信服務和支持作戰能力。

從目前來看，美軍在第三份“探路者”計劃中所提出的需求，將極有可能促使商業衛星通信服務提供商同意和支持其“網絡漫游”的理念，這毫無疑問將大大降低多個系統共同使用造成的異構成本。

研發新型軍商共用型技術，推動商業納入軍用體系

另一個值得注意的發展趨勢主要體現在美軍的作戰通信抗干擾能力提升方面。美國空軍航天與導彈系統中心（SMC）于2011年啟動了下一代防護戰術通信系統的論證研究，計劃通過研發新型的軍商共用型傳輸技術，支持普通商業衛星提供達到軍方戰術抗干擾要求的通信能力，這也為商業系統融入最終的軍用衛星通信體系架構提供了技術上的可行性。

下一代防護戰術通信體系路線圖

具體而言，下一代防護戰術通信系統方案的核心，是通過綜合“先進極高頻”系統上的軍用高數據速率（XDR）波形標準與商業通信中廣泛采用的數字視頻廣播-衛星標準2（DVB-S2）通信體制，開發出一種不依賴于通信衛星體系架構的“防護戰術波形”（PTW）。這也就意味著，通過使用該波形，即使是不具備防護衛星通信能力的“寬帶全球衛星通信”系統以及普通透明轉發式的商業衛星，只要在終端更換調制解調設備（變為防護戰術波形調制解調器）并加裝加密模塊（ECU），就能夠實現良好的抗干擾水平。如果該方案順利實施，在未來商業衛星通信服務采購中，抗干擾性能的缺陷就將得到極大地彌補，商業系統的適用性和應用范圍也會隨之提升。

就目前的進展來看，參與論證的企業通過使用新型終端（更換調制解調器設備以及加裝端加密單元），證明了商業衛星也可以傳輸抗干擾波形，從而有效提升美軍抗干擾戰術通信容量。如波音公司在2013年就利用衛訊衛星-1（ViaSat-1）商業通信衛星上成功進行了防護戰術波形信號的安全傳輸，確認信號強度和可靠性滿足所有的目標要求，證明了防護戰術波形與商業標準兼容并可支持多頻段應用。

2016年8月11日，航天與導彈系統中心正式向雷聲公司、L－3公司和衛訊公司售出價值1.1億美元的防護戰術服務現場演示驗證（PTSFD）合同，這三家公司將在2020年9月前，利用量產型的戰術終端完成防護戰術波形在“寬帶全球衛星通信”系統和商業通信衛星系統上的進一步演示驗證。

“銥”衛星有效載荷搭載空間示意圖

探索載荷分散化部署方案，引導商業公司定向服務

事實上，有效載荷搭載不是新的技術或商業概念。在20世紀90年代，美國海軍就已經將EHF有效載荷搭載到“特高頻后繼星”（UFO）星座上，直到今天它仍然為政府提供安全的通信，在其他相關領域也已經有過先例。這里的搭載服務主要是指把軍用通信有效載荷搭載于商業衛星上的方式，軍用載荷作為次要任務載荷承擔軍方的指定任務。這種模式下，在商業衛星的研制和生產過程中，需預留搭載有效載荷的位置，發射費用由國防部和衛星運營商共同承擔。

自2011年開始，美軍先后開展了多次有效載荷搭載的研究，通過與產業公司的溝通，逐步制定可行的搭載方案和實施途徑。2011年1月～8月，美軍在“軍用衛星通信商業體系方案”研究中，預先開展了有效載荷搭載的研究，由勞拉空間系統公司、波音公司、軌道科學公司、國際通信衛星公司等六家公司，開展軍用衛星通信搭載載荷采辦模式的設計研究。

在國防部相關政策的引導下，衛星運營商也從自身角度出發積極促進有效載荷搭載方案的推廣應用，國際通信衛星公司在2013年聲稱其計劃在未來發射的28顆衛星上預留能夠提供搭載有效載荷服務的空間和接口；另一方面，銥星公司（IRIDIUM）也在積極推銷其“下一代銥星”（Iridium NEXT）衛星平臺上的預留能力，可搭載第三方有效載荷。

“下一代銥星”平臺搭載有效載荷的空間被設置在星體對地面，共包含2個區域，分別可為多個不同尺寸的有效載荷提供搭載服務。據悉，“銥”衛星的搭載服務還可為用戶提供利用其空間和地面網絡的接入功能，包括其星間鏈路組網構成的衛星星座、地面的電信港網絡，以及與搭載有效載荷運行操作中心的數字接口等。

目前，在美國空軍的有效載荷搭載合同框架下，已在美國國家航空航天局（NASA）多顆衛星上開展了搭載載荷的招標工作。但需要注意的是，從短期發展動向看，上述服務尚未真正涉及通信衛星，包括“銥”衛星的方案也并非專門針對通信載荷，很多特點更適用于遙感載荷。究其原因，主要可能在頻譜協調、管控方式等方面仍存在很多難以解決的問題。

5 結束語

總體而言，美軍采購商業衛星通信服務最初主要是由于能力與需求不匹配所導致的一種被迫選擇，如今卻已逐步成為美國軍方主動設計長期能力發展的常規行動，在系統和技術層面推動了軍用和商業系統之間的融合服務。

對我國而言，在“軍民融合”戰略契機下，積極借鑒美軍的經驗教訓，引導軍民雙方開展相應合作，促進兩用型技術研發與轉移等，一方面可以推動商業通信衛星發展水平的提升，增強衛星產業核心競爭力，另一方面也能夠為軍用服務提供更多的資源儲備和備選方案。未來，軍方如果產生利用商業系統的相應需求時，就可以通過較低的成本與風險來部署系統和服務。這樣，在保證軍用利益滿足的同時，實現雙方的互利雙贏式發展。

自海灣戰爭爆發以來，衛星通信技術從軍事戰略用途逐步向戰術應用轉移，在客觀上催生了軍方對帶寬和速率的渴求。從20世紀90年代末開始，在美國國會、參謀長聯席會（簡稱參聯會）等發布的多項指令和指導意見的推動下，國防部逐步采納商業衛星通信服務作為補充和增強軍用系統效能的常規手段，并保持了良好的發展態勢。

但自2010年以來，現行商業衛星通信服務采購體制管理效率低下、成本高昂、安全性無法保障等問題逐步顯露。目前，該領域正處于變革式發展的“大時代”，新型采購體制、應用模式與技術方案持續涌現、不斷創新，將推動商用與軍用系統的融合，并最終塑造體系性能強、作戰效用好、經濟可承受的下一代軍用衛星通信體系。