美军商业卫星通信服务采购相关问题分析与启示

李 博 （北京空间科技信息研究所）

美军商业卫星通信服务采购相关问题分析与启示

李 博 （北京空间科技信息研究所）

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

1 发展现状

美国在近几次战争中认识到，实现战场全方位的互联互通、保障各作战梯队更好地通信，是走向胜利的关键，为此在10余年间不断加快其军用通信卫星系统建设。但由于现行采办体制的约束和技术研发管理上的问题，以“宽带全球卫星通信系统”（WGS）、“移动用户目标系统”（MUOS）和“先进极高频”（AEHF）为代表的三大系统均出现了严重的交付周期拖延、预算超支严重的情况。此外，近年来，商业通信卫星系统技术能力不断增强，在支持大容量通信等领域的性能甚至已优于现役军用系统，引发了各界对现有军用卫星通信能力建设方式的质疑，也推动了商业卫星通信服务采购的发展。

自21世纪初以来，美国国防部正式开始以合同方式采购商业服务，历经10余年的发展，目前已经形成了较为成熟和稳定的市场规模，建立了一套由国防信息系统局（DISA）主导的相对完备的管理机制。目前，美军商业卫星通信服务采购项目主要有3个：国防信息系统局主导并与政府总务管理局合作进行的“未来商业卫星通信服务采购”（FCSA）计划、国防信息系统局单独开展的“铱”（Iridium）卫星“增强卫星移动服务”（EMSS）计划以及美国海军开展的“商业宽带卫星计划”（CSSC）。在上述项目的推动下，美国国防部也已成为目前全球商业卫星通信市场中最大的单一用户。据欧洲咨询公司（Euroconsult）统计，2001－2010年，美国国防部的卫星容量使用量增加了5倍，而来自商业卫星的容量占军用卫星通信的比例已超过80%。

准备发射的宽带全球卫星通信系统－6

“史诗”卫星Ku频段多点波束覆盖情况

2 主要技术特点

事实上，军方采用商业卫星通信服务与产业界也是一种互动和磨合的过程，这种军商之间的良性交互推动了一系列利于军事应用，也便于商业部署的技术研发与推广。从发展现状而言，几个重要的技术特点突出涌现，值得注意。

星上数字能力不断增强，灵活有效载荷受军方青睐

按照美军商业服务采购机构（即国防信息系统局）的规定，紧急情况下，承包商需要最短在4h以内为美军交付服务。相对于以往动辄数月、长达数年的交付速度，这种响应能力对军方用户来讲极为重要。这种交付性能在星上数字处理能力与灵活服务性能不断增强的态势下，可行性不断提升。传统的军用通信卫星在频率规划和覆盖区域已经确定的情况下，虽可控制星上可移动波束满足紧急任务需求，但其能够支持的灵活性和重新配置能力依然非常有限。星上数字处理式灵活载荷技术的发展则改变了这种现状。

目前，越来越多的商业通信卫星看到了采用灵活有效载荷架构的潜力与价值：它可以实现在波束覆盖、带宽分配、功率调整和频率配置等方面的高度灵活性，以更好地满足用户需求。国际通信卫星公司（INTELSAT）2016年发射的2颗“史诗”（Epic）卫星的通信载荷，具备在轨重构、波束铰链自适应调整的处理功能，使得该卫星成为具备强大处理和灵活能力的系统，可有效服务军方用户。

终端趋向于多频段融合，兼容、互操作性大幅提升

另一个重要的技术发展特点是军用终端系统的多频段支持能力。从美军自身的角度出发，传统终端主要针对军用通信卫星计划而开发的，常常只针对一个卫星通信系统，例如陆军的地面移动部队AN/TSC－85战术终端主要针对“国防卫星通信系统”（DSCS）卫星，仅能在X频段通信；服务三军的AN/PSC－11单通道抗干扰便携终端为防护卫星通信系统而设计，主要工作于极高频（EHF），对应“军事星”（Milstar）卫星。随着商用通信卫星应用的日益广泛，对C和Ku频段终端的需求也逐渐增长；同时，军方也希望利用一套终端支持多个频段的卫星通信系统，减少作战士兵的负担，提升作战通信的灵活性。因此，多频段终端成为重要的发展方向。美国陆军于20世纪末开发了AN/TSC－143三频段卫星通信终端，既可以支持商用C和Ku频段，也可以支持军用X频段；既可与“国防卫星通信系统”、“天网”（Skynet）等军用卫星进行通信，也可以与“国际通信卫星”（Intelsat）、“欧洲通信卫星”（Eutelsat）等商业卫星进行通信，曾在对阿富汗的持久自由行动中得到广泛应用。

行进状态下的车载AN/TSC－143三频段卫星通信终端

商业“动中通”达军事水平，更好地支持战场移动通信

商业“动中通”技术水平的不断发展和演进也值得注意。近年来，随着商业卫星移动用户规模的不断扩大，该技术从军用、应急通信应用逐步进入商业市场，性能得到飞速提升，载体也早已从车辆、船舶推广至机载终端，业务频段从C、Ku频段拓展到Ka频段，数据传输速率也已大幅提升。根据目前美军的发展情况来看，商业“动中通”无论在理论还是在工程上都已获得了较好的研究与商用成果。以铱星公司（IRIDIUM）、国际移动卫星公司（INMARSAT）等为代表的许多设备，如船载海事卫星通信系统、车载移动通信系统等，已经形成产品推广到市场，并以其便携性特点也获得了美军的青睐，这类终端可以很好地适应地形特殊的战场环境。美军在对阿富汗战争中，由于地形特殊，士兵必须到空旷的地方才能收到卫星信号，而利用“铱”卫星终端则很大程度上避免了这种不便。由于商业市场“动中通”系统设备供应数量的不断攀升，军方用户部署“动中通”系统的成本也持续降低，这也从一定程度上提升了美军移动作战平台的信息采集、传输与指挥控制能力，对于真正实现陆、海、空、天实时高速互联、推动一体化联合作战有着非常重要的支持作用。

3 暴露主要问题

总的来看，近10余年来，商业卫星通信服务采购的管理机制和运行体制逐步统一和成熟，商业系统、技术的军事应用越来越广泛，有力补充了军用系统，支持军事应用的效果已经日益显露。但随着美军实施亚太再平衡战略，以及“宽带全球卫星通信”系统的持续部署和完善，商业通信服务采购的问题也逐渐暴露出来，引起了从国会、军方和产业界各个利益相关方的关注。而目前商业卫星通信系统采购暴露的问题可归为以下3个层面。

合同模式虽更灵活，却推高现货采购成本

据美国2013年的统计数据来看，国防部商业卫星容量中约25%是短期租用，通常是在现货市场采购，而这些容量往往是预留给小规模的、临时的电视广播使用，其余75%大多采用不定交付期限不定交货量（IDIQ）合同的方式，即一般设定有1年的基础合同年限，后附加数个1年期的可选延长期限。这导致军方的资金周转以年为单位，运营商就无法向其提供与普通商业用户一样的折扣。因而，2014年，美国国防部首席信息官办公室向美国国会提交的《卫星通信战略报告》中指出：据美军计算，2013年，“宽带全球卫星通信”单位带宽成本为1.42万美元/年/MHz，而国防信息系统局采购商业卫星的单位带宽成本为5.62万美元/年/MHz，是前者的4倍，这显然颠覆了传统的认知。

商业卫星支持作战增多，抗干扰弱点令人堪忧

随着美军使用商业通信服务的比例逐渐增多，其易受攻击和防护能力差的弱点显露无疑。伊拉克战争期间，有研究针对美军作战所采用的商业通信卫星载波进行连续16个月的监视。结果发现，最严重情况下，其所监视的载波发生警报次数超过3000次/月，而造成恶劣影响的卫星通信问题则平均在50次/月左右，虽然大部分的警报对应通信问题都是短暂性可纠正的，但该量级引起了美军的高度重视。2011年，美国联合需求监管委员会（JROC）批准空军发布的联合空间通信层（JSCL）初始能力文件（ICD）提出了2025年及更远未来的军用卫星通信需求。其预计对抗环境中的军用通信容量将会在未来几年中大幅增加，并远远超越现有计划下“先进极高频”卫星所能实现的能力。根据估算，防护战术通信需求则将在2025年达到现有能力的4倍以上。由此，商业系统如想更好地服务军方，必须考虑干扰问题。

流程缓慢缺乏统筹，多机构单独采购服务

按照国防信息系统局的服务流程，其提供的商业容量采购可在最短4h、最长3个月内交付。但从作战人员的角度来看，战场态势瞬息万变，在目前的管理体制下，申请卫星通信支持需要经过层层审批、筛选，难以适应现代战争的节奏，从需求生成到提供服务的效率仍然十分低下，商业系统仍然没有军用系统使用起来便利。此外，虽然参联会与国防部都分别从政策上规定国防信息系统局作为唯一授权的商业卫星通信服务采购机构，但从实际运行情况来看，美军的商业卫星容量采购是分散的，即美军内部有多个部门独立采购商业卫星容量来满足自己的需求，并不一定通过国防信息系统局。而根据国防部的统计，各军种在国防信息系统局管辖之外所采购的商业通信服务价格则比国防信息系统局合同普遍高出16%左右，这种分散的采购现状也让军方颇为头疼。

4 最新发展动向

实施“探路者”先导项目，创新商业服务采购模式

解决现行采购体制下成本费用居高不下问题的重点，在于改变采购的模式。简单来说，就是采用新型的合同取代以年为周期的短期租用合同。在美国国会的敦促下，国防部由此采取了一系列的措施，尝试更好地理解商业/军用通信需求，并改善商业卫星通信的采购管理方式。当前，在国防部所有开展的探索和尝试中，最受关注的就是空军开展的“商业卫星通信探路者”（COMSATCOM Pathfinder）计划（简称“探路者”计划）。该计划主要从采购模式的角度出发，针对其空中平台的大容量数据传输需求，打破原有容量采购合同的时间限制，研究长期的采购方式。

“探路者”计划主要包括5个项目，于2014年起陆续开始实施，具体包括：

“探路者”#1—购买倾斜轨道寿命末期的商业卫星转发器。该项目作为首份“探路者”计划，通过采购非洲区域处于寿命末期不再进行位保的倾斜轨道卫星上2台Ku频段转发器，利用军用卫星地面系统的跟瞄能力继续使用其容量，从而验证这种低费用采购方式的可行性和应用效果。

“探路者”#2—发射前购买转发器。第二项“探路者”计划于2015年底开始招标，2016年初发布合同，支持无人机平台的Ku频段通信，主要研究在商业卫星发射前就购买其部分转发器方案的可行性与经济可承受性。

“探路者”#3—购买整颗或部分商业卫星。分析在商业卫星星座中购买整星或部分卫星，以换取整个星座访问权的方案（类似“宽带全球卫星通信”系统中，美军盟国采用的参与方式）。

美国空军“商业卫星通信探路者”计划参考体系架构

“探路者”#4—全球随遇带宽购买。研究在任意时间、任意地点和任意时段购买在轨空闲Ku频段商业转发器方案的可行性。

“探路者”#5—按流量计费。研究国防部采用商业高容量卫星[主要是高通量通信卫星（HTS）]和运营商托管服务的可行性。

目前，在“探路者”计划下实施的前2个项目已开始显现出军方所期望的低成本效益，但也暴露出终端的灵活性问题。国防部部署的终端系统必须具备灵活地从一个卫星网络转接入另一个卫星网络的能力，但由于所采用的不同管理式服务以及波形技术，终端往往无法实现这种功能。这在很大程度上制约了军方采用商业服务的弹性，也在无形中增加了频繁更换卫星系统所带来的成本开支。

所以，从第三份“探路者”计划开始，美军转变了此前的发展思路，从天上转向地面，开始关注终端应用部分的采购性能，后续的2个“探路者”项目则进一步优化此前项目的商业开发流程。2016年5月20日，空军发布的第三份“探路者”计划的信息征询书（RFI）明确指出，为了解决上述问题，一方面，空军要求必须进一步改善此前2次采购尝试中的经济可承受性与弹性等性能；另一方面，当前的重点放在了其通信系统的灵活性上，为了实现在商业/军用以及采购的不同商业系统之间灵活切换和接入，美军提出需要在终端部分采用“灵活调制解调接口”（FMI）来满足全球性、区域性可用的卫星系统与网络的接入要求，真正实现全球范围内利用商业卫星提供通信服务和支持作战能力。

从目前来看，美军在第三份“探路者”计划中所提出的需求，将极有可能促使商业卫星通信服务提供商同意和支持其“网络漫游”的理念，这毫无疑问将大大降低多个系统共同使用造成的异构成本。

研发新型军商共用型技术，推动商业纳入军用体系

另一个值得注意的发展趋势主要体现在美军的作战通信抗干扰能力提升方面。美国空军航天与导弹系统中心（SMC）于2011年启动了下一代防护战术通信系统的论证研究，计划通过研发新型的军商共用型传输技术，支持普通商业卫星提供达到军方战术抗干扰要求的通信能力，这也为商业系统融入最终的军用卫星通信体系架构提供了技术上的可行性。

下一代防护战术通信体系路线图

具体而言，下一代防护战术通信系统方案的核心，是通过综合“先进极高频”系统上的军用高数据速率（XDR）波形标准与商业通信中广泛采用的数字视频广播-卫星标准2（DVB-S2）通信体制，开发出一种不依赖于通信卫星体系架构的“防护战术波形”（PTW）。这也就意味着，通过使用该波形，即使是不具备防护卫星通信能力的“宽带全球卫星通信”系统以及普通透明转发式的商业卫星，只要在终端更换调制解调设备（变为防护战术波形调制解调器）并加装加密模块（ECU），就能够实现良好的抗干扰水平。如果该方案顺利实施，在未来商业卫星通信服务采购中，抗干扰性能的缺陷就将得到极大地弥补，商业系统的适用性和应用范围也会随之提升。

就目前的进展来看，参与论证的企业通过使用新型终端（更换调制解调器设备以及加装端加密单元），证明了商业卫星也可以传输抗干扰波形，从而有效提升美军抗干扰战术通信容量。如波音公司在2013年就利用卫讯卫星-1（ViaSat-1）商业通信卫星上成功进行了防护战术波形信号的安全传输，确认信号强度和可靠性满足所有的目标要求，证明了防护战术波形与商业标准兼容并可支持多频段应用。

2016年8月11日，航天与导弹系统中心正式向雷声公司、L－3公司和卫讯公司售出价值1.1亿美元的防护战术服务现场演示验证（PTSFD）合同，这三家公司将在2020年9月前，利用量产型的战术终端完成防护战术波形在“宽带全球卫星通信”系统和商业通信卫星系统上的进一步演示验证。

“铱”卫星有效载荷搭载空间示意图

探索载荷分散化部署方案，引导商业公司定向服务

事实上，有效载荷搭载不是新的技术或商业概念。在20世纪90年代，美国海军就已经将EHF有效载荷搭载到“特高频后继星”（UFO）星座上，直到今天它仍然为政府提供安全的通信，在其他相关领域也已经有过先例。这里的搭载服务主要是指把军用通信有效载荷搭载于商业卫星上的方式，军用载荷作为次要任务载荷承担军方的指定任务。这种模式下，在商业卫星的研制和生产过程中，需预留搭载有效载荷的位置，发射费用由国防部和卫星运营商共同承担。

自2011年开始，美军先后开展了多次有效载荷搭载的研究，通过与产业公司的沟通，逐步制定可行的搭载方案和实施途径。2011年1月～8月，美军在“军用卫星通信商业体系方案”研究中，预先开展了有效载荷搭载的研究，由劳拉空间系统公司、波音公司、轨道科学公司、国际通信卫星公司等六家公司，开展军用卫星通信搭载载荷采办模式的设计研究。

在国防部相关政策的引导下，卫星运营商也从自身角度出发积极促进有效载荷搭载方案的推广应用，国际通信卫星公司在2013年声称其计划在未来发射的28颗卫星上预留能够提供搭载有效载荷服务的空间和接口；另一方面，铱星公司（IRIDIUM）也在积极推销其“下一代铱星”（Iridium NEXT）卫星平台上的预留能力，可搭载第三方有效载荷。

“下一代铱星”平台搭载有效载荷的空间被设置在星体对地面，共包含2个区域，分别可为多个不同尺寸的有效载荷提供搭载服务。据悉，“铱”卫星的搭载服务还可为用户提供利用其空间和地面网络的接入功能，包括其星间链路组网构成的卫星星座、地面的电信港网络，以及与搭载有效载荷运行操作中心的数字接口等。

目前，在美国空军的有效载荷搭载合同框架下，已在美国国家航空航天局（NASA）多颗卫星上开展了搭载载荷的招标工作。但需要注意的是，从短期发展动向看，上述服务尚未真正涉及通信卫星，包括“铱”卫星的方案也并非专门针对通信载荷，很多特点更适用于遥感载荷。究其原因，主要可能在频谱协调、管控方式等方面仍存在很多难以解决的问题。

5 结束语

总体而言，美军采购商业卫星通信服务最初主要是由于能力与需求不匹配所导致的一种被迫选择，如今却已逐步成为美国军方主动设计长期能力发展的常规行动，在系统和技术层面推动了军用和商业系统之间的融合服务。

对我国而言，在“军民融合”战略契机下，积极借鉴美军的经验教训，引导军民双方开展相应合作，促进两用型技术研发与转移等，一方面可以推动商业通信卫星发展水平的提升，增强卫星产业核心竞争力，另一方面也能够为军用服务提供更多的资源储备和备选方案。未来，军方如果产生利用商业系统的相应需求时，就可以通过较低的成本与风险来部署系统和服务。这样，在保证军用利益满足的同时，实现双方的互利双赢式发展。

自海湾战争爆发以来，卫星通信技术从军事战略用途逐步向战术应用转移，在客观上催生了军方对带宽和速率的渴求。从20世纪90年代末开始，在美国国会、参谋长联席会（简称参联会）等发布的多项指令和指导意见的推动下，国防部逐步采纳商业卫星通信服务作为补充和增强军用系统效能的常规手段，并保持了良好的发展态势。

但自2010年以来，现行商业卫星通信服务采购体制管理效率低下、成本高昂、安全性无法保障等问题逐步显露。目前，该领域正处于变革式发展的“大时代”，新型采购体制、应用模式与技术方案持续涌现、不断创新，将推动商用与军用系统的融合，并最终塑造体系性能强、作战效用好、经济可承受的下一代军用卫星通信体系。