5G 在航天國防領域應用前瞻

趙 瑩 彭振忠 / 文

近40 年來，美國主導或參與的局部戰爭，充分展現了在強大的天基通信、導航和偵察系統的支持下戰爭模式的快速演變。1991 年，海灣戰爭期間，美國對敵方目標的發現與確認是以“天”為尺度計算的；1999 年，科索沃戰爭期間則以“小時”為尺度計算；之后的阿富汗戰爭、伊拉克戰爭、利比亞戰爭更是實現了以“分鐘”為尺度計算，美軍從發現目標到確認并摧毀目標的時間進程大幅度的縮短了，其越來越接近“發現即摧毀”的理想狀態。而在這背后隱藏著兩個不可忽略的因素：打擊端，以巡航導彈為代表的武器裝備不斷更新換代，飛行速度、隱身性能、打擊精度和射程都發生了質的飛躍；信息端，以天基偵察衛星、無人機、網絡等為代表的立體偵察指揮控制體系，為發現、確定并精確跟蹤目標提供了強大信息支撐。

目前，美國、俄羅斯等國家不斷強化空間進入、利用、控制和威懾能力。美國在航天軍事化和商業化方面不斷加碼，在5G 上更是不遺余力意圖霸權實現壟斷，目前正試圖通過強行加速5G 應用場景的落地來制造技術壟斷的可能性。未來，隨著5G 應用的成熟與推廣，作為新一代通信技術，5G 有望從各個方面顛覆現有的信息流動方式，進而顛覆國家通信、物流、網絡等國家基礎設施，進而顛覆創新模式與戰爭模式，影響國家安全。

5G 技術競賽方興未艾

新一代通信技術的進步也為國防安全提出了新的機遇和挑戰。回顧4G 時代，智能手機功能相較于冷戰時期的超級計算機功能更為強大，物流更加便捷無處不達，以4G 技術為基礎催生出的“應用經濟”更是以前所未有的深度和強度改變社會生活，其最顯著的是爆發式地催生出了一批創新成果，改變了人們信息獲取和信息交互的方式，這又以硅谷的互聯網創新企業最為著名，以Cisco、Intel、AMD 等為代表的通信技術軟硬件服務商構建起人們通信的底層設施，以Apple、Google、HP、Oracle 等為代表的終端和軟件服務商構筑起人們信息獲取的終端軟硬件平臺，以Facebook、Snapchat 等為代表的軟件服務商提供給人們信息獲取與交互的平臺。

5G 是第5 代移動網絡技術的簡稱。5G 將擁有更高數據速傳輸速率，更低的延遲，更低的成本，更加節省能源，可提高系統容量和大規模設備連接能力，其關鍵能力比前幾代移動通信技術更加豐富。5G 峰值傳輸速度理論上將超過每秒10 吉字節，這比4G 網絡的傳輸速度快數百倍，一部高畫質電影可在1 秒之內下載完成。

2018 年12 月，美國戰略與國際問題研究中心發布題為《5G 技術將重塑創新與安全環境》的研究報告，報告指出5G 技術將提供更高的網絡速度，更強的安全性和更大的容量。5G 技術將支持數字經濟，成為下一代數字技術的支柱。關于5G 技術的決定將影響未來數十年內國家的安全和經濟表現。

新一代通信技術的進步也為國防安全提出了新的機遇和挑戰。以4G 技術為基礎催生出的“應用經濟”更是以前所未有的深度和強度改變社會生活，其最顯著的是爆發式地催生出了一批創新成果，改變了人們信息獲取和信息交互的方式，這又以硅谷的互聯網創新企業最為著名，以Cisco、Intel、AMD 等為代表的通信技術軟硬件服務商構建起人們通信的底層設施，以Apple、Google、HP、Oracle 等為代表的終端和軟件服務商構筑起人們信息獲取的終端軟硬件平臺，以Facebook、Snapchat 等為代表的軟件服務商提供給人們信息獲取與交互的平臺。

根據國際電信聯盟的定義5G 典型應用場景可以分為3 類：增強型移動寬帶（eMBB）場景、海量機器類通信（mMTC）場景、高可靠低時延通信（uRLLC）場景。增強型移動寬帶可為密集城市、農村、高流動性環境以及室內環境提供極高的吞吐量，用戶將能夠在幾秒鐘內下載3D 視頻等數千兆字節的數據，并且虛擬現實/增強現實將成為日常應用；海量機器類通信，亦稱低功耗大連接物聯，可為智能城市、家居、電網、樓宇、制造、物流、農業、礦業等海量設備提供連接，在這基礎之上，虛擬現實/增強現實、物聯網、車聯網、8K、智慧城市等應用將興起；高可靠低時延通信主要服務于無人駕駛、公共和大眾交通系統、無人駕駛飛行器、工業自動化、遠程醫療以及智能電網監控等。

2019 年6 月，美國副總統彭斯在衛星大會上表示，“特朗普總統已經明確指出5G 競賽是一場美國必然勝利的比賽，特朗普政府正通過增加5G 頻譜的接入進而激發航天產業的創新”。

2019 年1 月，據《紐約時報》中文網報道，特朗普政府將5G 定性為“新軍備競賽”。雖然這是一場涉及技術而非常規武器的競賽，但美國認為5G 技術上控制權的減弱將對美國的國家安全構成威脅。在一個由計算機網絡控制著最強有力武器（除核武器以外）的時代，任何主導5G 技術的國家，都將在21 世紀的大部分時間擁有經濟、情報和軍事上的優勢。

2018 年10 月，美國總統特朗普簽署了名為《美國未來可持續頻譜戰略》的備忘錄，指示商務部與NTIA 一起制定長期頻譜戰略，以幫助在美國推出5G網絡技術。此外，特朗普還創建了一個白宮頻譜戰略工作組，該工作組將收集聯邦機構關于政府頻譜需求的報告，以及如何與私營部門用戶共享該頻譜。特朗普在備忘錄中寫道，“美國必須首先使用5G 技術……美國政府靈活、可預測的頻譜接入將有助于確保聯邦用戶能夠滿足廣泛的通信和非通信系統的當前和未來任務要求。”

2018 年3 月，美國總統特朗普簽署了一項5G 法案——《Ray Baum Act》。這一法案的通過確定了將會有更多用于5G 的頻譜，同時也為無線頻譜拍賣清掃了障礙并在28 年后首次重新向美國聯邦通信委員會（FCC）授權。FCC 主席Ajit Pai 表示，“特朗普總統和國會今日的行動將幫助美國在5G 領域領先于世界”。

基于5G 的平流層軍用通信平臺已初見端倪

2018 年9 月，空中客車公司成功利用高空氣球對軍用平流層4G/5G 通信技術進行了測試。此次測試的技術稱之為Airbus LTE Air Node，是空中客車公司的機載安全組網軍事通信項目的關鍵組成部分。利用新一代空中遠距離通信技術，高空平臺（如空客的西風無人機）將能夠創建持久而安全的通信蜂窩，對來自多種平臺（如直升機、戰術無人機以及中空長航時無人機）的信息進行中繼。

空客公司在加拿大利用一個平流層氣球形成的高空蜂窩站點在地球上空21 千米的高度對此通信解決方案進行了測試。搭載有空客長期演進空中節點系統的氣球覆蓋范圍達到30 平方千米。空客公司測試團隊利用兩部車和兩架無人機，跟蹤氣球超過200 千米，并通過在不同資產之間傳輸4K 視頻數據模擬了執行ISR 任務時的實時數據傳輸，該系統通過專用網進行數據傳輸的速率在0.5 ～4 兆字節之間，相當于4G/5G 移動通信。當不同飛機在彼此有效通信范圍內飛行時，長期演進空中節點（LTE Air Node）能夠在飛機之間提供安全的機會式通信。它能夠在衛星和無人機的幫助下為機載資產、地面或者海上作戰行動提供數周或者數月的高安全性通信能力。這種具有特殊用途的網絡適用于所有用戶，包括特種部隊和災難救援場景。

空客公司在2018 年范堡羅國際航展上推出了“天空網絡”解決方案，它通過綜合多種通信技術形成了一種彈性全球Mesh 網絡，使飛機成為高速互聯戰場空間不可或缺的組成部分。

“天空網絡”將整合各種技術，例如衛星鏈路（地球同步軌道、中、低地球軌道星座）、戰術空-地、地-空和空-空鏈路、話音鏈路、5G 移動通信單元和激光通信連接，形成單一的全球安全網絡。

“天空網絡”是空中互聯作戰空間的基礎，其目標是到2020 年提供完全運行能力。“天空網絡”計劃是空客公司“未來空中力量”項目的一部分，與歐洲未來作戰空中系統（FCAS）的發展緊密相關。

5G 技術也具有重要的軍事價值，可用于機器人、人工智能和許多先進的傳感設備之中。企業家急于利用5G 技術提供新的服務和產品，這將對國防技術基礎產生溢出效應。5G 技術將成為新軍事能力的基礎技術。

美國空間軍事化近程不斷加速

隨著越來越多的國家有能力進入空間、利用空間，經濟發展、國家安全對空間系統的依賴性不斷加大，空間資源的爭奪也變得日益激烈，陸地、海洋、低空領域的控制權越來越多的受空間控制權的影響，空間軍事化進程明顯加快，空間武器化趨勢愈加明顯。

2015 年8 月1 日，俄羅斯國防部長謝爾蓋·紹伊古大將宣布，原空軍、空天防御兵部隊將合并為空天軍，新組建的空天軍受俄羅斯總參謀部領導，由俄羅斯空天軍總司令部直接指揮。空天軍司令部位于俄羅斯國防部大廈，坐落在莫斯科阿爾巴特區。新組建的俄羅斯空天軍擔負抵御空天進攻、保護國土免受敵人空天武器的打擊、使用常規武器與核武器對敵方目標實施打擊、對可能攻擊俄羅斯國土目標的導彈實施攔截、為其他軍兵種部隊提供航空保障、為最高指揮機關提供外軍洲際彈道導彈發射與攻擊預警、對太空目標進行監視，消除來自太空的威脅，必要時對其進行攔截、發射軌道航空器，控制軍用衛星系統，利用衛星提供必要的軍事信息保障、在規定體制內保持戰備，運行軍用衛星系統及其發射、控制設施等。

面對來自美國的壓力，目前俄羅斯正在更新其在軌軍事通信衛星系統和偵察衛星系統，并強化俄軍基于軍用衛星的在軌機動進攻能力。2019 年7 月30 日，俄羅斯使用聯盟2-1a 型運載火箭發射了第八顆“子午線”軍民兩用通信衛星，以補充其最新一代綜合衛星通信系統（ISSS）。2019 年8 月1 日，俄羅斯國防部發表聲明說，俄日前在太空利用一顆軍用衛星對另一顆軍用衛星進行了狀態檢查和在軌維護，2019 年7月10 日俄軍方將包括宇宙-2535 和宇宙-2536 的多顆衛星送入太空。

2019 年2 月19 日，美總統特朗普以備忘錄形式簽發4 號太空政策令《建立美國天軍》，明確最初將在空軍部內建立美國天軍，作為美國第六大軍種，未來時機成熟后根據需要在國防部成立獨立的天軍部，并要求美國防部為此制定立法提案。該政策令闡明了三個定義：第一，美國天軍，最初將依法設置在空軍部內的新軍種；第二，天軍部，未來將負責組織、訓練和裝備美國天軍的國防部軍事部門；第三，美國太空司令部，根據2018 年12 月18 日總統備忘錄成立的聯合作戰司令部，將負責聯合部隊太空作戰，《統一指揮計劃》將為其進行修訂。

2018年6月18日，美國總統特朗普簽署行政命令，指示五角大樓創建美國第六軍種——獨立的天軍，通過集中美國空軍、海軍和其他軍事單位各自擁有的太空功能，進而從根本上改變美軍結構，“以保持對中俄等戰略競爭對手的優勢”。

2018 年8 月9 日，美國副總統彭斯和防長馬蒂斯一同現身五角大樓，介紹了特朗普政府的美國天軍組建方案，發布了《關于國防部國家安全航天構成的組織和管理結構的最終報告》，報告指出，“國防部將引導把航天資源納入天軍，天軍將通過威懾惡意活動保護我國經濟，確保我國空間系統滿足國家安全要求，并向聯合和聯盟部隊提供至關重要的能力”。五角大樓將采取以下四項舉措：第一，組建航天發展局，以快速和成規模地發展和部署航天能力；第二，建立空間作戰部隊，以向作戰指揮員和航天發展局提供專項技能，并在危機時期大力施展專項技能；第三，建立天軍治理與保障職能，國防部將制定一項立法方案，以作為2020 財年預算周期的一部分供國會考慮，政府將單獨設立一個向防長報告的文職職位，負責監督新軍種的成長和擴展；第四，設立由四星上將或海軍將官領導的美國航天司令部，負責領導空間資產使用，美國航天司令部將負責指揮天軍的運用，這也將需要由國會授權一位四星上將。

從美國、俄羅斯的一系列動作可以看出，提高自身進入太空和利用太空的能力，強化對太空的控制已經成為大國必須考慮和付諸實施的熱點問題。

5G 對航天國防的影響

近幾年來，美國重回大國競爭的軌道，不斷深化實施以“展示對地威懾能力，隱藏作戰優勢能力”為核心，以發展新的軍事技術和作戰概念為核心的第三次抵消戰略，面向多域戰，構建彈性空間系統，綜合利用新技術、新作戰概念和新編制結構，確保美國在指定時間和地點實現作戰力量的有效投送。雖然，特朗普政府已對第三次抵消戰略，三緘其口，但以國防創新實驗單元（DIUx）為代表的相關機構和機制仍在持續推進。未來，基于5G 高可靠、低延遲、海量連接的技術特點，其將廣泛影響航天和國防應用場景。

5G 與航天始于競爭融合于應用。競爭展現在2個維度：首先，在應用層，5G 所展現出來的技術優勢和高性能將嚴重影響商用天基通信網絡的發展模式，目前ViaSat-2 衛星提供100 Mbps 的下載速率，遠低于5G 的高速下載能力和低時延特點；其次，在基礎層，5G 頻段的大規模擴張已經對衛星頻段的應用造成了影響，在C 波段，衛星運營商C 波段聯盟與5G 服務的移動運營商在共享更大比例的C 波段頻譜上達成共識。融合體現在3 個方面：首先，通信衛星將在5G 網絡中發揮重要作用。國際電信聯盟無線電通信局的Nelson Malaguti 指出，衛星已經被納入5G標準。天基平臺的高度優勢造成了延遲的客觀存在，也成就了高覆蓋率的絕佳優勢，未來在5G 地面設備難以覆蓋或覆蓋成本較高的區域，衛星將起到至關重要的作用。其次，在對時延較不敏感的應用場景中，特別是軍用場景中空基、海基和陸基平臺，將嚴重依賴天基通信平臺——通信衛星。最后，為了支持商業衛星星座的發展，衛星地面站系統正經歷新的變革，通過采用新的地面天線提高與衛星的鏈接速率并降低成本，進而實現更高效的空地通信。

推進人工智能在戰場應用上走向深入。5G 三大應用場景包括大規模的物聯網應用，這為戰場全域武器平臺的互聯提供了硬件基礎，匹配正在如火如荼發展的低軌通信衛星星座，5G 與構成物聯網的眾多傳感器相結合，將為指揮者提供收集實時數據，使得人工智能系統能夠將正在發生的實時事件、正在做出的決策、即將發生的事情、過去發生的事情，并將所有數據整合在一起，進而做出分析和預測。由5G 網絡驅動的人工智能能力可以幫助軍事操作員操縱無人機蜂群和地面無人車群，另外在人工智能和深度學習的推動下，衛星也在探索星上數據處理的可能性。

深刻影響戰場電子情報通信領域。5G 將極大影響電磁頻譜相關領域，如電子戰、信號情報和通信情報。首先，5G 通信技術將可能使軍隊擁有專用頻率，有效解決當前存在的軍用移動通信系統與民用移動通信系統頻段重疊共用、互相干擾的問題；其次，5G將實現基于天基衛星平臺的戰場強態勢感知能力和戰場保密通訊能力，在實時掌控戰場平臺的同時，能夠對戰場士兵身體狀態進行監控，進而實現戰場兵力調整，制定對抗措施；再次，通過電子對抗等影響對方精確制導武器甚至作戰平臺的制導和通信功能，進而壓制敵方C4ISR 能力等。

有望顛覆未來航天制造模式。當前，工業領域無線技術主要應用于設備及產品信息的采集、非實時控制和實現工廠內部信息化等。由于在可靠性、數據傳輸速率、覆蓋距離、移動性等方面的不足，導致當前工業領域無線技術并未能廣泛應用。隨著5G 技術的不斷發展成熟，特別是其特有的低時延、高可靠、以及大帶寬等特性，使得無線技術應用于現場設備實時控制、遠程維護及操控、工業高清圖像處理等工業應用新領域成為可能，同時也為未來柔性產線、柔性車間奠定了基礎，與3D 打印的結合將實現定制化柔性生產，5G 將開啟工業無線未來發展。航天制造領域，衛星制造和運載火箭相關零部件的制造，5G+智能航天制造將以更快的速度支撐航天迭代創新與發展。

2019 年2 月，OneWeb 將首批6 顆衛星發射升空。2019 年5 月，SpaceX 公司星鏈（Starlink）首批60顆衛星成功進入預定軌道。太空已經進入一個新的次元，美國空軍也正在積極探索美軍對商用太空互聯網的應用問題。可以預見的未來，5G 構筑起的將是下一代通信網絡基礎，其基礎性和衍生效應將進一步增強，對各領域的輻射將進一步深入，未來的戰場將是以網絡為中心，以天基平臺為支撐的戰場。這個網絡的典型特征是由1 個或幾個有限的核心網絡，若干接入網絡、傳感器網絡、武器裝備系統組成，并包括個人網絡等。隨著5G 通信技術的應用和普及，5G 將進一步放大天基平臺的能力，天基平臺的優勢將進一步釋放，美國對5G 控制權的不遺余力和組建天軍的決心，正是暗示了這其中的聯系，未來“5G+軍事航天”將是大國競爭的焦點。