【重磅发布】世界通信与网络领域2021年度十大进展
2021年，大国对抗更加激烈，印太地区成为大国交锋的焦点，该区域军事行动、演习试验的强度和频次达到新高，信息系统装备技术在其中发挥的作用突显；中美科技博弈升级演进，5G、先进计算、集成电路等基础和前沿技术成为科技战的最前沿领域；疫情在部分国家持续肆虐，对全球产业链、供应链带来“断链”冲击，动摇了全球化供应链体系的根基。在此背景下，军事电子领域战略规划、作战概念、装备技术等各方面发展呈现出更加鲜明的数字化、网络化、智能化趋势；同时，各国强化对电子信息领域的科技力量部署，人工智能、量子等前沿技术持续深入发展，若干前沿科技领域出现重大突破。
中国电科战略情报研究团队梳理总结了世界军事电子领域，及其指挥控制、情报侦察、预警探测、通信与网络、定位导航授时、网络空间安全、电磁战、基础领域、前沿技术9个分领域年度十大进展，本篇为该系列第5篇。
一、美陆军制定《统一网络计划》推进网络现代化进程
图1 美陆军《统一网络计划》文件封面
10月，美陆军发布《统一网络计划》，以协调陆军各种现代化工作，提供多域作战所需网络。《计划》概述了五方面主要工作：一是建立统一网络以实现多域作战；二是使部队为多域作战作好准备；三是确保安全性和存活性；四是改革流程和政策；五是持续保障网络。明确了三个现代化阶段：近期（2021-2024年）开始建立统一网络，涉及战术网络现代化、基于零信任的标准化安全架构以及向云基础设施迁移等活动，阶段目标是创建为未来发展奠定基础的标准化和集成性安全架构；中期（2025-2027年）重点“实施”统一网络，开始融合战术和体系网络能力，并完成实现网络防御的国防部信息网络（DoDIN）操作样式，建立加速人工智能和机器学习的混合云；远期（2028年及以后）紧跟新兴技术趋势持续进行网络现代化迭代改造。
二、美军5G部署应用取得多项进展
图2 美海军陆战队“战术人道主义行动响应车”
1月，美国防部公布《5G战略实施计划》，提供了实施5G战略的更多细节，为美国防部对5G技术的使用和推进提供了路线图；6月，美国防部“从5G到下一代计划”进行首次成果演示，构建了专用于智能仓储等后勤应用的5G网络；7月，美海军陆战队部署新一代通信和灾难响应车原型“战术人道主义行动响应车”（THOR），这是第一款5G使能的战术应急响应车，可在任何环境下的任何网络中运行，也是第一款基于5G的灾难响应和指挥中心车原型；12月，美空军希尔基地首次成功部署5G网络，将开展一系列实验，最终目标是实现空军雷达与3.1吉赫兹～3.45吉赫兹5G蜂窝网络的频谱共享。
三、DARPA加速研发支撑“马赛克战”的新型通信网络技术
图3 “任务综合网络控制”（MINC）项目构想
自“马赛克战”概念提出以来，DARPA已开展多个项目为其提供支撑，2021年4月和9月又分别启动“任务综合网络控制”（MINC）项目和“天基自适应通信节点”（Space-BACN）项目。前者寻求构建和演示能够创建安全网络覆盖的软件，创建的安全网络覆盖层有多个控制机制，能够对敏捷自愈网络进行分布式管理，在高对抗、高动态环境中为多域杀伤网提供支持。后者旨在研发一种可重构、多协议、低尺寸、低重量、低功率和低成本的星间光通信终端，以解决目前和未来空间通信缺乏完全在轨互操作性的问题，支持各种不同卫星星座快速、安全共享数据。此外，“韧性网络化分布式马赛克通信”（RN DMC）2021年授出多份第一阶段研发合同，用于开发空间分布式低尺寸、重量、功率和成本（SWaP-C）收发器元件或瓦片，分布式波束成形/波束调零解决方案，以及低成本、韧性战术无线电通信解决方案。
四、空间激光通信技术开展在轨技术验证
图4 星间激光通信演示试验
2021年6月，美国防部利用太空探索技术公司的“猎鹰”-9号火箭成功发射了五颗军用卫星进行星间激光通信演示试验，其中包括两颗DARPA“黑杰克”项目技术演示卫星和两颗“激光互联组网通信系统”卫星，分别并行开展两项单独试验，用于收集低地球轨道的激光通信终端数据。12月，NASA“激光通信中继演示”（LCRD）有效载荷搭乘美国防部“空间测试计划卫星”6号发射，这是首个双向激光中继通信有效载荷，将验证从地球同步轨道向美国加州和夏威夷的地面站发送和接收高分辨率图像、视频和数据。这些数据将以每秒1.2吉比特/秒的速率通过红外激光器发送，是“月球激光通信演示（LLCD）”（622兆比特/秒）的近两倍，是航天器传统射频系统的10到100倍。
五、美军“九头蛇”项目演示多平台跨域通信技术
图5 “九头蛇”项目构想
5月，美国空军与洛克希德·马丁公司共同开展“九头蛇”项目（Project Hydra）演示试验，实现了U-2侦察机和5架F-35、1架F-22战斗机的空中通信连接，并向地面操作员提供实时数据，从而提高了跨域任务灵活性。试验利用U-2上的开放系统网关（OSG）有效载荷，通过本地机间数据链（IFDL）和多功能高级数据链（MADL）将F-22战机信息通信成功连接到5架F-35战机上，实现所有机载系统之间以及与地面节点共享数据，目标航迹也通过U-2传输到战斗机航空电子设备和飞行员显示器中。此次试验首次实现在第五代飞机之间建立双向通信的同时，还向地面运营商共享运营和传感器数据。这种跨域连通性可将数据决策时间从几分钟缩短到几秒钟，对于美军联合全域作战至关重要。
六、全球首颗软件定义通信卫星发射升空
图6 欧洲量子（Eutelsat Quantum）卫星
2021年7月30日，欧洲阿丽亚娜空间公司（Arianespace）成功发射了全球首颗完全灵活的商业软件定义卫星“欧洲量子卫星（Eutelsat Quantum）”。该卫星由欧洲航天局、欧洲通信卫星公司（Eutelsat）和空中客车公司合作研发，运行寿命为15年，可实现在轨重新编程，其覆盖范围、频率、带宽、功率等性能可在轨重新配置，也就是通过更新软件实现重新“定义”，以满足不断变化的数据传输和安全通信需求。其光束可重新定向，可近实时为移动中的飞船或机上乘客提供信息。该卫星可检测和表征各种恶意发射，还可调整光束以满足更多数据需求，以动态应对意外干扰或故意干扰。这种发射后完全可编程能力允许运营商根据需求调整卫星业务，也可允许卫星制造商批量制造通信卫星，在卫星发射入轨后进行配置，缩短卫星制造周期以及降低卫星的运营和制造成本。
七、美国陆军扩大LiFi可见光无线通信部署
图7 Kitefin LiFi可见光无线通信设备
2021年12月，pureLiFi公司宣布获得一笔数百万美元合同，为美国陆军提供数千套新增Kitefin LiFi™系统。这是一种下一代光无线通信系统，在无无线电频率可用情况下使用LiFi进行安全数据传输。此前，美国陆军欧洲和非洲部队早些时候部署了Kitefin，现在将扩大该技术的使用。WiFi、4G和5G等技术使用射频传输数据，会产生大面积射频辐射，很容易被检测、截获，并且会由于射频拥塞导致速度变慢，通信不可靠。LiFi使用光而不是无线电频率，因此LiFi无线通信更可靠、更安全、部署更简单。美国陆军正在扩大这一尖端技术的应用，因为LiFi已被证明在最关键通信中是可靠的。由于被检测、干扰和入侵的概率很低，LiFi在美军与近对等对手发生直接冲突时提供了一种生存能力极强的通信形式。LiFi不仅可增强美国陆军的无线连接工具集，而且已经在行动中证明，LiFi可解决国防和国家安全面临的真正问题。
八、美陆军发布网络现代化“能力集25”开发要点
图8 “能力集25”构想
2021年4月28日，美国陆军网络跨职能小组（NC3 CFT）发布“白皮书征询”，将与美国陆军战术指挥控制通信计划执行办公室（PEO C3T）合作开发能力集25（CS 25）。此次征询重点关注三项工作，即“CMOSS（指挥、控制、通信、计算机、网络、情报、监视与侦察/电子战模块化开放套件标准）无线电技术”、“卫星通信现代化”以及“利用人工智能/机器学习预测战斗力”。CS 25是美国陆军构建2028年多域能力网络的关键一环。它以前两个能力集CS 21和CS 23为基础，预计将侧重于重型装甲旅，强调实现自动化和网络保护，还将吸收美国陆军“会聚工程”（Project Convergence）的经验教训，更加注重利用数据管理并集成商业网络传输能力，最终实现“联合全域指挥控制（JADC2）”。
九、美军密集开展商业空间互联网测试，验证多轨道卫星传输与切换能力
图9 Isotropic Systems多波束天线
2021年，美军联合多家商业卫星公司开展了多次测试活动，验证多轨道卫星传输与切换能力。6月，美军与SES及Isotropic Systems公司成功进行了两次天线原型试验，验证了Isotropic Systems高性能多波束终端同时连接多颗卫星、以及捕获跟踪SES O3b中轨道（MEO）卫星的能力。接下来测试了该天线在同步轨道（GEO）和MEO卫星间无缝切换的能力。7月，在美国军事作战实验室演习中，Kymeta公司的u8终端成功演示了在GEO卫星和开普勒公司LEO卫星之间的自动无缝切换。11月，Intelsat和OneWeb等商业卫星公司面向美国国防部和美国陆军演示了GEO和低地球轨道（LEO）星座之间的多样化传输能力和无缝切换能力。美军近期密集开展此类测试，所寻求的能力将帮助美军摆脱对单一轨道单一星座的依赖，极大增强卫星通信的灵活性、韧性和冗余性，为美军提供“主要、备用、应急和紧急”（PACE）能力，进而提高在对抗性电子战环境下的生存能力。
十、世界首个基于芯片的量子密钥分发系统问世
图10 东芝剑桥研究实验室正在测试的 QKD 芯片
2021年10月，东芝欧洲公司开发出世界上首个基于芯片的量子密钥分发（QKD）系统。量子密钥分发系统的加密特征可以抵御未来超级计算机的攻击，从而保证通信安全。该系统通常包括复杂的光纤电路以及集成分立元件，如激光器、电光调制器、分束器和光纤耦合器等，由于这类组件相对笨重且昂贵，该公司开发了一种基于芯片的新型QKD系统，将光纤电路和器件写入毫米级半导体芯片，该系统比光纤产品体积更小、重量更轻、功耗更低，并且可以进行批量生产，这为紧凑型、即插即用的量子设备部署开辟了广阔的前景。这一进展将推动量子安全技术的大规模制造，为安全通信与电子领域的大规模市场应用提供有力支持，并使其能够应用于更广泛的场景，包括物联网解决方案。
前情提要
世界军事电子领域2021年度十大进展
敬请期待后续报道
世界军事电子领域2021年度十大进展
定位导航授时领域
电磁战领域
网络安全领域
基础领域
网信前沿技术领域
END