华高莱斯:军民融合产业领域之通信领域

发布时间:2021-04-02 发表于话题:东方国信公司简介 点击:13 当前位置:财神股票资讯网 > 军事 > 华高莱斯:军民融合产业领域之通信领域 手机阅读

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。

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。

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。

“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。

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。

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)

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。

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。

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。

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。

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。

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。

战术通信系统

战术通信系统一般是指集团军以下的各级通信系统,其主要作用是为作战部队提供保障战役或战斗顺利进行所必须的通信联络。其主要的通信系统包括:

1) “猎鹰”(Falcon)战术无线电台

其型号主要有“猎鹰II”和“猎鹰Ⅲ”系列产品,有手持与车载多个型号,可兼备地对地和地对空通信,能为处在偏远地区和被崎岖地形包围的美军提供远程超视距保密的语音和数据等态势感知信息。其中包括特高频(UHF)地对地视距通信、近距离空中支援和战术卫星通信服务。具有较强的宽带联网能力,可用于美军网络化数字战场的构建,应用范围极广,已成为美军战术通信的重要组成部分。

PRC-117无线电和SATCOM天线图片来源:wikipedia@U.S. Navy

2)单信道地面与机载无线电系统(SINCGARS,即“辛嘎斯”电台)

SINCGARS-RT-1523G图片来源:wikipedia @Tahlglass

该系统是一种甚高频/调频系列无线电台,型号有背负式、车载式和机载式,采用了微处理机、扩频、跳频、反电子干扰和模块化结构等先进技术,能够以16 kbps速度发送加密的语音、模拟或数字数据,主要为美军旅、营及其低层次单位作战提供视距通信服务,十分适宜于执行战役战术任务的坦克、步战车、直升机、火炮或者排、班、组等小部队使用,是美军战场指挥员在前沿20公里的范围内指挥部队和空中支援的主要手段,仅陆军使用的数量就超过了25万部。

3) 联合战术无线电系统(JTRS)

美军正在逐步对现役通信系统进行数字化项目改造以适应未来数字化战场的需要,联合战术无线电系统(JTRS)就是其中的一个重要项目。它是美军唯一一种可适用于所有军兵种要求的通用新型系列(数字)战术电台,型号有手持式、背负式、车载式、机载式、舰载式和固定式,其作用主要用于逐步取代美军各军兵种现役的20多个系列约125种以上型号的75万部电台。

联合战术无线电系统(JTRS)工作频率范围(2MHz–3GHz)极宽,基本覆盖了高频/甚高频/特高频波段,其主要特点为多频段多模式多信道、可网络互联,这使得JTRS各种型号的电台在复杂的战场环境下不仅能做到相互之间兼容互通,而且还可通过其跨频段跨时空的横向和纵向网络为分布在广阔战区内不同地域的美国陆、海、空和海军陆战队提供远程超视距且安全可靠的语音、数据、图像和视频通信,因而联合战术无线电系统(JTRS)未来有望成为美军在数字化战场中的主要通信手段。

JTRS Inc 1网络架构图片来源:wikipedia

4)通用数据链Link16

美军现役数据链系统主要有通用数据链Link4、Link11、Link16和Link22以及一些专用数据链如用于情报、监视与侦查等数据传输的ISR数据链、弹药数据链和网络数据链等等,其中Link16占据主导地位,该数据链工作在特高频波段,是美军三军通用的具有加密、扩频、跳频抗干扰能力的一种战术数据链,可以为美军提供近实时的数据通信、导航和敌我识别等多种服务。

Link 16数据链图片来源:wikipedia

Link16广泛配备给美军的舰艇、预警、战斗机、轰炸机、以及陆军的地面指挥控制中心、“爱国者”导弹防御系统等等。Link-16数据链在美军战术体系中的作用十分重要,它可以把卫星、侦察机和预警机等各种探测系统获得的战术信息汇集起来,分发到战区内的美军各军兵种部队,使各级指挥员都能够同步近实时地感知战场态势,为美军在大规模三军协同联合作战中快速实施指挥决策、战术机动和战术控制等创造了必要条件。

5)战术通信系统领域的军民融合现状

由于战术级通信系统往往采购量极大,密级没有战略通信系统高,在技术需求上跟民用通信也更接近,所以在战术级通信领域里,美军往往更加开放。

多方资源采购,打造“通信市场”

由于战术级通信系统更加贴近用户侧,很多产品需求都可通过民用技术转移来实现,因而美军在战术级通信系统的采购中也更灵活。例如2015年,美国军方就公开发布了《步兵电台招标书》,想借此创建一个拥有多家供应商的“电台市场”

该《招标书》由一家美国政府合同网站公布,目的是让美国陆军从众多技术中进行选择,改进现有的的处理器电源、重量以及电池寿命等性能,并可以为其提供更加灵活的合同签订方式,希望此举能够削其减采购成本。

战术无线电项目经理詹姆斯•罗斯上校称:“全面公开的竞争为所有的供应商提供了机会,我们共同的努力目标是为士兵提供技术最先进的用户友好型无线电台。战地无线电台不仅能够不断提升设备的性能,还可以使士兵操作更为简便快捷。”

《招标书》中表明可与多个供应商签订一个不确定交付日期和数量的合同,供应商可选择以五年为基准的订货周期或五年的交付时间,并在2015年完成对步兵电台的产品合格性测试。

在2017财年,该对电台将进行批量生产。美国陆军将向多个供应商授予合同,分别对其无线电通讯设备进行实验室测试评估,如果这些设备符合标准要求,会进一步进行网络综合评估的测试。

在此次采购战略中,通过最初的竞争和使用测试后,技术相对成熟的供应商将获得机会。通过两个小批量的试生产订单,美国陆军已经从通用动力C4系统公司和泰雷兹公司购买了21,379部步兵电台。目前已经有19,327部步兵电台按照合同交付日期交付完成。美国陆军对步兵电台的总采购目标是19,3276部。

在类似这样的合作中,美军方得以广泛采购最好的通信技术产品。像之前提到的“猎鹰”通信系统,就是通过军方的联合战术无线电系统联合计划执行办公室(JPEO JTRS)招标,向国际级通信技术公司——哈里斯公司采购而来的,哈里斯公司负责产品的研发和生产,并提供附件、训练和战场支持。而部分小型“猎鹰”系统的可充电电池,则是由Epsilor-Electric Fuel公司获得的,由军方直接采购,搭配猎鹰系统使用。

结果证明,Epsilor-Electric Fuel公司的电池具有持久的耐用性、宽泛的温度适用范围以及较高的功率密度,性能已优于“猎鹰”手持背负式小型无线电台的原装电池。

通信技术研发的国际合作

基于美国与盟友联合作战的需要,美军在战术通信系统的研发中也同样要兼顾与盟友的通信需求,这也便形成了与战略级通信研发中所不同的——跨国研发与采购的出现。

典型如Link-16的发展,20世纪70年代,美军与北约各国共同合作开发研制Link16数据链,用于解决战时美军与盟军各军种数据链无法互通问题。早期的Link16采用联合战术信息分发系统(JTIDS)作为端机设备,但由于JTIDS端机设备体积大、成本高、可靠性差,无法推广使用。

自1987年起,美国和北约国家联合启动了MIDS(多功能信息分配系统)计划。MIDS计划的目的是在美军及参与该项目的盟军战斗机上安装小型轻便式Link16终端。MIDS由美海军MIDS国际项目办公室负责管理,参与国家有美国、法国、德国、意大利和西班牙等国。

在研发成功后,为了共享技术发展成果,美国选择与盟国共同成立合资公司的方式来分享采购订单。比如现在为美军提供MIDS设备和服务的“数据链解决方案公司(Data Link Solution就是由美国的柯林斯航空航天公司和英国BAE系统公司的合资成立的,英美共同分享订单收益。

而欧洲部分主要提供相关技术产品的则是——EuroMIDS公司,是由泰雷兹(法国)、塞莱斯(意大利)、欧洲宇航防务集团(德国)和英德拉(Indra)公司(西班牙)联合组建的。

这些公司作为美国或其盟国的合资企业,可以获得美国和北约的技术认证,为盟国提供相应的技术产品。而订单一般由美方与盟国联合采购的方式发出,并对相应公司采取招标的方式进行采购。

如2013年,数据链设备公司就获得了1140万美元的MIDS-LVTs(多功能信息分配系统—低容量终端)固定价格交付订单。此交付订单来自美国(71%)、波兰(8%)、日本(8%)、澳大利亚(5%)、阿联酋(5%)和沙特阿拉伯(3%)的联合采购,所有的资金都是立即支付。订单将在新泽西州的韦恩(50%)以及爱阿华州东部的锡达拉皮兹市(50%)完成。

四、中国通信领域军民融合

随着我国军事改革的进一步深化,军用通信系统作为联合作战力量生成与升级的“信息神经网络”也必将迎来快速发展。陆军装备部于2018年5月召开的装备型号研制工作推进会上就提出,要将“装备研发采购提速工程”作为装备领域重点专项建设工程。

从美军对通信设备购来看,各财年军用通信设备占武器采购预算总额的比例约在5%至 12.5%之间。相关机构由此估算,未来3至5年我国军用通信装备采购总额将达373.30 至 866.30亿元,年均 74.66至288.77亿元。

在这一庞大市场的催生下,我国也涌现了一批通信领域的军民融合代表性企业,并成功上市,其主要集中于三大领域:

1)军用通信系统,主要代表企业:东土科技、新海宜、烽火电子等;

2)情报数据分析,提供对海量情报进行监控、分析的相关技术,主要代表企业:烽火通信、东方国信;

3)北斗卫星通信和导航等相关系统,不但是航天部队的通信载体,也能为地面部队提供导航支撑,主要代表企业为海格通信

在这些企业中,既有民营企业参与到军工采购中形成的军民融合典范,如东土科技等。同时也有像海格通信、烽火电子这样的老牌军工企业改制而来的企业。由于军事采购的特殊性,我国通信领域的军民融合也表现出了不同的特点:

较高的进入门槛与稳定的合作渠道

在我国,军用通信装备的研制是通过参与军工配套项目的形式进行。军队高度重视产品供应的安全性及后期支持与维护,具有严苛的军工供应商资质审核流程。

一般而言,从资质认证、参与预研,到正式实现规模生产和批量供应,需要至少 6-7 年时间。因此,企业在产品竞标中获胜并能保证产品与服务质量,意味着获得长期稳定的合作关系,前期没有参与相关项目的企业短期将很难再取得相关产品的供应资质。

首先,企业若想获得军工订单,就必须取得“军工四证”,既《武器装备管理体系证书》、《科研生产保密资格证书》、《科研生产许可证书》、《武器承制单位资格证书》,相关部门会对企业资质进行严格审查,周期最长可长达近5年。在取得军工四证之后,企业才能进入军方预研项目的公开招标,在中标后进行研发、试制、生产等环节,一般周期约为6年。但是相比民用通信产品,军用通信装备更注重安全性与稳定性,军方对价格的敏感度也会较低。从相关上市公司披露的情况来看,军用通信产品毛利率历年波动幅度较小,且维持较高水平——30%至70%之间,这也是纵使门槛奇高,大量外部企业也想要进入相关领域的原因。

活跃的市场与国企的强势

由于通信技术门类极为广阔,在我国通信领域的军民融合中呈现出了一种百花齐放的局面,各参与者在不同的细分领域具有较强的竞争优势,比如武汉中原的超短波无线电台产品在陆军的装配比例高,海格通信的超短波电台产品主要装备海军方面。同时,军民融合促使部分民企进入到军用通信装备供给体系,合众思壮、旋极信息、中富通等企业在自组网等细分领域取得突破。

与此同时,由于大量老牌国企技术积淀深厚,长期参与相关军事通信业务,因此表现出极强的实力。比如国内军事通信和导航龙头企业——海格通信,其前身便是成立于1956年的国营第七五〇厂,长期致力于无线通信、导航产业等领域,经过混合所有制改制后得以快速发展。而相关民企也通过自己过硬的技术实力得以获得军方青睐,比如华讯方舟,就通过自己在高频谱技术研发与应用领域的优势得到了大量订单。

但总体上看,在技术难度越大、战略意义越高的军用通信领域,往往都是国有企业能拔得头筹。相关企业涉足领域如下:

随着中国民用通信的异军突起和军队体系化作战要求的愈发提高,相信在未来,不断进步的中国民用通信将伴随人民军队的快速成长,迸发出越来越多的融合成果,成为新时代军事现代化建设的重要基石。

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