战术小队和特种作战部队在日益分散的战场上面临着艰巨挑战,包括地形复杂、部队相隔距离遥远、和指挥部无法通信联络。在这种环境中,敌方和作战环境的快速变化按分秒计算,军事作战人员的胜利和生存需要在任务各个阶段的态势感知能力。因此,作战人员越来越依赖于移动技术能力,在正确、广泛的信息基础上做出影响任务成功的决策。在战术环境中,移动技术正在以低成本提供无缝的态势感知能力,改变着军事作战行动,在战场上发挥着更大的作用。
5G奠定了移动创新技术建设通信能力的基础,从加速“智能”连通到提供大带宽带来先进的数据分析视角,从提高战备水平到超高音速武器防御,5G有能力改变军事作战,达成从未有过的新任务能力。正如美国空军特种作战司令部官员所说,“移动通信代表着未来,是我们前进的方向。”
移动技术解决方案通过加固设备和客户定制的软件为有关人员提供通信、导航、成像、监视、侦察、战场协同、地理空间信息等能力。目前军种成员从掌上可以安全接入这些能力,或加载到设备上,帮助其在战区更快、更好地做出决策。
随着战争新纪元的到来,移动通信解决方案通过移动平台使传统的战术能力变得更加灵活,带来战术敏捷性新高度。尤其对作战人员,移动通信技术将在分散的战场上提供更强的态势感知能力,实现更好的部队协同,并成为指挥控制决策的力量倍增器。
美国国防部已经投入精力在移动平台上,旨在使军种成员获得更好的超视距态势感知、管理指挥控制、战场情报能力。
美国陆军的“奈特勇士”计划在军事人员如何采用移动电子设备提高这些种种的能力方面是一个最典型的案例。“奈特勇士”单兵系统采用了定制的三星智能手机,并开发了带“数字作战浏览”功能的“安卓战术攻击套件”,为士兵提供实时的态势感知、协同和指控能力。
美国陆军“奈特勇士”计划旨在通过安全的陆军网络通信减少士兵的战斗负荷,减小后勤规模,避免友军误伤,更高效地执行战斗任务。“奈特勇士”可借助安全的无线电通信将下车指挥员连通到网络,为其提供优化和综合的态势感知能力。藉此指挥员可以通过移动数字显示器浏览地理坐标成像图像而查明士兵所处的位置,因而美国陆军能够在不同的战斗功能之间迅速达成任务指挥协同——从情报到部队机动、火力、支持或防护。按照陆军有关指挥员说法,“奈特勇士在分散的战场环境中规划和演习整场作战的能力是无可匹敌的。我们在多个作战区域可以分散开五支部队,从不需要把人员召集到一起面对面开会。”
“奈特勇士”系统如此高效的核心是其中的智能手机/平板电脑型“奈特勇士最终用户设备”,而不再是便携式电脑。“奈特勇士”采用了经过定制的强化智能手机,例如摩托罗拉Atrix智能手机与三星Galaxy Note II智能平板手机。在将手机集成到“奈特勇士”系统前,美陆军将其自带的大部分功能(包括蜂窝天线、Wi-Fi、蓝牙通信)清除,安装上由陆军内部研发的“奈特勇士”系统软件。手机采用美国国家安全机构批准的安全增强型安卓操作系统,解决了困扰民用手机与平板电脑的安全问题(敌人窃听、劫持信号等)。
手机通过USB接口与士兵数字步兵电台连接,使用军队的战场无线网络,为“奈特勇士”系统提供通信能力。作为系统的核心设备,该智能手机可为下车步兵提供友军位置信息,还可通过加密战术无线电台为下级人员和指挥官传送文本信息和其它信息。该智能手机具有城市作战无人系统指控(USCOUT)应用功能,可接收“渡鸦”无人机在有效空域发送的图像,使士兵在战前了解战区敌方位置和作战环境。
美国陆军还在利用这些移动通信技术进一步开发“奈特勇士”,如“安卓战术攻击套件”(ATAK)——一种以新方式利用移动通信技术的工具。这种地理空间基础设施应用一开始是采用NASA的“World Wind”(地球放大镜),目前增加了成像、现场勘查、无线电控制、网页浏览、聊天和更多功能。ATAK独有的“数字作战浏览”功能可提供实时态势感知、协同和指控能力,使得作战人员能更好的识别友军部队位置,了知哪里需要直接支援。
目前ATAK正为美军各部门使用。例如,2018年7月,美国空军第96安全中队(SFS)开始在其巡逻车上使用ATAK,很快测试验证了这种工具能成为空军所有基地的新型防御通信平台。ATAK可发送即时信息,可为巡逻中的、紧急状况下的或指挥控制中心(称为基地防御作战中心,BDOC)的防御人员采用。ATAK通过蜂窝通信、GPS和基地网络工作。基地网络由空军研究室(AFRL)管理,连接巡逻车和BDOC。车辆和执照检查信息等其他非ATAK功能,可像手机应用程序一样使用。
基于移动电子设备的战术应用能够使军种作战人员比以往任何一个时间里更快地采取行动。例如,其有助于军种人员呼叫火力支援,直接支持陆地、海上、水陆两栖和特种作战部队与敌方部队、战斗形态和工具进行交战,达成战术或作战目标。美军作战面临复杂、综合的通信环境,因为军种作战人员通常分散在几十甚至几百英里的范围内,在三维立体空间不定向移动。在这种情况下,无线电台和传统设备在网络或信号丢失时无法工作。但是移动通信平台在如此复杂的战术环境中也可提供无缝的通信,带宽大而且轻便灵活,而不管作战人员是在陆地还是海上、空中操作。
美国海军陆战队“动态集成低成本软件集成战术作战手持系统”(KILSWITCH)就是这种战场解决方案的例子之一,其设计旨在加强“联合终端攻击控制员”(JTAC)和上空飞机之间的实时数据共享能力。部队能够正常的使用该系统快速呼叫协同、请求支援。部队使用KILSWITCH能更快地接入更有用的信息,因而能够在4分钟内实施打击,而以前则要花半小时进行协同才能采取行动。
按照美国海军研究办公室有关官员的说法,这种能力有着非常明显的战场优势,因为KILSWITCH“表面危险区域”(SDZ)工具是手持的,便携性强,军种作战人员在战场上可以和在指挥中心内部一样进行现场火力模拟,能够在地面行进同时看到武器交火图像显示,以此来提高规划效能——尤其是当计划突然改变时。
美国海军陆战队也在使用任务定制的手持平板,支持“目标移交系统”(THS)——这种配置的系统采用嵌入GPS技术确定目标位置,然后将数据传送给支援武器。THS自动产生目标的坐标,将其数字化之后变成智能手机上的图像,不再需要海军陆战队员手动输出。之后数字化数据被传送到火力支援协同中心,在那里确定适当的攻击方式,因此任务可以被快速、有效地执行。
移动设备凭借GPS、实时共享和无缝通信能力能快速接入更好的信息。军种作战人员因而能够更灵活、更有效地展开更精确的协同攻击,并躲避敌方火力,达成任务目标。
美国国防部当前正探寻移动技术解决方案如何能使军种人员通过接入工具变得更加高效,并通过减少置于危险方式的士兵人数明显提高安全性,更好地支持战场上的部队。
例如,美海军陆战队近年来引入了平板电脑和无人机,在将步兵班人数从13人减少到12人的同时保持了战斗力不变。海军陆战队在“海龙”部队现场演习中关注并评估了新技术和平板电脑走进战场所带来的变化——解决无人机(UAS)威胁问题、用作力量倍增器等。
为加强小股部队的战斗力,海军陆战队作战实验室成功测试了一种能力——一个海军陆战队队员用一个平板电脑同时操控空中6架无人机,而目标是把飞机数量提高到15架,并期望这些小型无人机在空中停留更长时间。海军陆战队战斗实验室科学技术分部官员说,“我们期望将人员负担降到最小。让机器代替你工作,而你只是发出指示,它们自己运行。”
手持设备作为力量倍增器还有助于远方或激烈对抗部位的部队得到60mm加强迫击炮火力支援,实时精确打击。总之,海军陆战队要求每一个步兵班使用新的移动技术“直连”空中、海上和火炮进行开火,使其因而承担更多的职责——即使装备最少的战斗单元,也能通过更好的工具和训练得以顽存。
最新的移动技术——第五代移动通信技术(5G)的发展在商界如火如荼,也为其在军事领域的应用提供了新的契机。5G将采用一大批全新的技术有效增强移动通信系统的灵活性与有效性,为其军用化奠定了很好的基础。5G将以更快的速度、更高的带宽必将实现智能的连通环境,通过“云”和边缘设备为部队人员提供在战场上从任何地方获取任何信息的能力,极大地改变军事作战方式。这些能力都可从掌上移动电子设备获得,包括复杂数据分析知识、提高的战场指挥控制和新水平备战状态,操作高效且费用合理。
5G在军事领域已经有了大量令人鼓舞的应用案例,从建设智能军事基地和指挥所、基于万物互联的指挥控制、基于边缘智能的无人作战、防御高超音速导弹、加强供应链可见性到提高人员战斗力和任务效能以及加强战斗训练,从方方面面很好地满足军事需求。
但是5G军用的安全问题是一个大的挑战,需要探索新型的安全技术用于产品,使其适应不一样威胁场景。
5G网络能力将发掘出前所未有的新型无缝机动任务能力。部署5G连接的军事基地具有低成本打造战备新高度的潜力。
美空军正在大力推广5G,在美国东南部的10个空军基地部署5G通信网络,以此支持越来越智能化的飞机。如今的飞机产生各种数据,在飞行中要想从飞机足够快地传出信息做多元化的分析是很困难的。5G将使空军能从飞机上快速取出数据,并利用网络切片、路由信息去分析或提前维护。空军首席技术官Frank Konieczny说,“如果飞机发生问题,我们会在飞机着陆之前到达事先指定的地点,并确保备件到位,以便处理问题。”
国防机构可通过5G移动通信设施验证军需供应链的安全性和统一性或者定位全世界的资产5G,提高供应链可见性,加强资产管理。美国空军资源集成和后勤副主管Cedric George说,“我们已从20世纪的以网络为中心变为以数据为中心的基础设施体系。”
执行任务需要实时了解可用资产、追踪资产清单和管理仓库。通过5G,移动通信设施可以变成企业级的条形码扫描器,连接到后勤系统和数据库便于实时了解情况。例如,空军的飞行航线作战和维护团队可以将平板电脑接入安全的5G网络环境以查看实时的库存清单和图表,更好地使用备件,管理飞机故障诊断解决办法。美国空军还在围绕“电子飞行包”(EFB)和“电子膝板”(EKB)展开项目计划,以减少和杜绝飞机座舱的纸张使用。
总的来说,此类移动通信能力在安全性和费用方面的好处是:“从飞机上减少一磅的重量,就会为既定的战斗出击节省少数的燃料。比如,每一次战斗出击飞行中减少120磅纸张,那么计算得知司令部每年在空军机动上会节省大约78万美元的费用。”空军电子飞行包需求经理Richard Quidgeon如此描述。
5G网络可用于战场可穿戴设备,实现士兵实时数据收集和分析,届时每平方公里能支持多达100万个连接设备。例如可将智能手表和一些生物识别可穿戴设备用到士兵身上,通过5G网络获取其重要的统计数据——地理位置、心率、血压和疲劳状况,以确保士兵在战场上保持最好的体能。
近年来,美陆军加倍努力确保作战人员在睡眠、身体活动和营养品方面达到最佳化,保证其最优的身体适应性、认知能力和情绪弹性。同时,美国陆军环境医学研究所(USARIEM)在第75游骑兵团士兵身上戴上了可穿戴传感器,用实时的身体状态监控器经由5G网络跟踪监测士兵体温和心率,以便研究人员了解人体在健康时和经受发热疾病或更高精神压力时的反应。
美国防部每年在数字化集成演习上花费的费用估计能达到140亿美元。这种数字化演习利用数字化环境,为真实行动任务以及战斗准备就绪培训和选拔人员。虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和混合现实(MR)技术与5G网络连通技术结合的加快速度进行发展将实现更逼真、动态的训练效果。
5G可大幅度的提高虚拟现实系统的实用性,高清画面和交互信息可通过5G网络实时传输至用户,使受训人员仅需穿戴头盔和必要的武器装备就能参与训练,摆脱背负式计算设备、各种线缆和训练场地的束缚,实际做到贴近实战,还可将处于不同地理位置的部队,组织在同一虚拟环境中进行大规模战术、战役级训练。
这种虚拟演练能够在一定程度上帮助部队人员体验战斗场景、维护人员学习修理技术、医护人员治疗伤病员,能够更好的降低士兵战斗风险,将士兵对装备的磨合时间减到最小,并避免演练中实打实在空中部署飞机、在地面部署坦克或海上部署舰船产生的费用。
数据传输时延是制约无人系统大规模作战应用的主要的因素,如果时延不能控制在几毫秒以内,无人作战系统在缺乏指令数据的控制下,非常容易导致误击、失控等意外事故。利用具备高速率、低时延特性的5G技术,可保障作战人员对无人系统的可靠控制,并利用互联网切片和边缘计算等技术实现无人系统的作战应用。一方面,5G技术能够最大限度消除智能云端与边缘通信的延迟问题,实现云端智能的边缘赋能,为无人作战系统提供高效的智能化数据传输服务,提高自主作战能力;另一方面,5G技术保障了大规模集群节点之间的近实时信息交换能力,提高了无人机群、人机混合集群之间的协同作战能力。
美国防部已意识到,在超音速武器防御上面临的挑战是其极快的速度在空间防御和导弹防御间造成断层,改变了威胁的性质。因为如果大量这类武器袭来,只有少数的舰船或陆基防空站点阻止、侦察或摧毁这些武器,因而需要空间和时间保持持续侦查并高速传递目标数据。
美军国防研究与工程事务副部长Michael Griffin谈到,“超音速威胁需要持久、及时的全球防卫,五角大楼领导层在强调高速传输和使用数据的重要性,2019年初已开始优先发展5G网络,明年的预算预示着对通信的高度关注和在军事环境部署的困难。”
美国国防部在近一年多来,在进攻和防御超音速武器方面取得了显著进展,意欲在开发部署5G网络方面争取同样的进步,目前在为商业部门和研究人员提供场地,使其不受当地、国家或地区的限制,切实加速5G开发部署。
高速网络能力的新应用会带来安全问题。愈来愈多的传感器形式的网络端点为赛博对手提供了更宽的数字攻击范围。美国空军赛博创新主管Lauren Knausenberger说,“采用移动技术的过程中,我们感到确实多了一层巨大的安全障碍。一部分空军在观望,一部分空军已完全解决了这样的一个问题,并在其任务域中应用了移动技术。但并非是人人都解决了问题。”
在执行安全战略和策略、保护关键任务数据方面,需要很多人力,而5G可起到缓释作用。美国三星电子移动IT和移动B2B团队首席信息官、前国防部首席信息官Terry Halvorsen说,“我们目前需要探讨5G在安全方面发挥的作用有何不同。”除了交付更高层次的加密解决方案之外,三星电子可以用该公司国防等级的安全平台——Samsung Knox之类的现有移动通信解决办法保护设施的安全。Samsung Knox的硬件都采取了数据保护,装有2000多个API(用于重要管理应用)和2个加密算法库,在军事应用中可以很容易地防护和定制任何功能,构成移动生态系统。
但是Halvorsen也说到,在产品的持续开发中需要仔细考虑涉及到的不同威胁场景,思考“5G能让我们实现什么样的新型安全技术”。
随着各国5G移动通信网络建设的逐步铺开,5G技术的军事应用潜力也开始引发关注。美国军事部门纷纷开始研究5G的军事用途并部署5G网络。
在美国陆军2019年年会上展示了三星公司为美军定制的5G安全智能终端,包括Galaxy S10、Galaxy Note10、Galaxy S9战术版、Galaxy Tab Active2、Tab S4 TAA兼容平板等。这些移动电子设备都能支持陆军各种应用场合。三星Galaxy智能手机和平板以及Samsung DeX通过“虚拟桌面基础设施”可以远端安全接入陆军网络,进行类似桌面的操作,而不需要笔记本电脑。通过DeX,陆军人能从战场无缝移动到办公室或另外的地方。三星Galaxy S9战术版之类定制的战术移动电子设备可在恶劣或分散的作战环境中提供增强的态势感知、加密通信和应急管理等能力。
美国国防部将5G研发技术与应用列为优先发展事项,正在制定5G战略,计划在未来几年财政预算中为相关研究划拨专门经费。美国国防部下属的国防创新委员会和国防科技委员会分别于2019年4月和7月发布了5G国防应用相关研究报告,认为5G技术为重塑国防部网络和信息流程、提高战场态势感知和决策效能提供了机遇。美国防部目前计划在军事基地开展5G移动通信技术试验,论证相关应用场景,以确定哪些基地最适合做试验和最终部署。
美空军已开始在第一批10个基地部署5G网络,2019年7月美空军与Verizon公司签订了5G合同。2019年年8月,田纳西州的阿诺德空军基地率先开始做这项工作;到今年年底,北卡罗来纳州的西摩•约翰逊空军基地也将跟上。这些基地将在2021年或2022年拥有5G网络连接。在该计划中,美空军将通过“企业IT即服务”追求完全无线化的网络基础设施,最终从5G的强大功能和5G所提供的更快速度和响应时间中获益。目前,美空军已将其IT支撑服务外包给微软以及AT&T。美空军还在为下一轮15个基地建立5G网络寻找承包商,其目标是尽快将这种先进网络营销推广到全军。最终,空军将在其管控的全部300多个站点部署5G设施。
美陆军发布了新的陆军数据战略,计划本财年末开始在全国13个站点开展5G试点计划,与五角大楼和其他军种保持步伐一致,目前已确定了几个5G应用场合,例如全球资产和供应链管理、增强现实,以及怎样利用5G技术实现前线备战、智能基地和智能关口。
以5G为代表的移动技术的不停地改进革新发展,将全新改变军事作战,极大的提升指挥通信系统的信息传输能力及战场覆盖范围,作战人员将能获取更多有效战场信息,拥有不间断、不易受干扰和阻断的实时联络与战场监控能力,极大提高战斗力,同时简化后勤系统,加强虚拟环境训练,提高战备水平。但是5G的军事应用还有非常长的路要走,其安全性尤其是要解决的问题。
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