【系统装备】美国太空企业级作战管理指挥控制系统研究

简介

美国太空军企业级作战管理指挥控制（ESBMC2）系统是美国太空现代化工作的重要组成部分，其目标是为太空司令部和情报界提供最佳太空作战图像，在战役级层面提供指挥控制及太空态势感知能力。本文介绍了ESBMC2的发展背景、重点研发领域、主要性能参数和进展。

美国太空军企业级作战管理指挥控制（ESBMC2）是原空军多域指挥控制（MDC2）计划（现已发展为联合全域指挥控制，JADC2）的太空核心部分，旨在战役级层面提供指挥控制及太空态势感知能力。ESBMC2由空军研究实验室、快速反应能力办公室以及太空系统司令部（原太空与导弹系统中心）联合开发，是原联合太空作战中心任务系统（JMS）的第三阶段任务（即JMS增量3），2018年以后转至太空指挥控制（Space C2）项目。

ESBMC2以软件开发为主，重在整合多源数据并自动生成告警，提供一体化作战图，创建交互式建模与仿真环境。ESBMC2采用开放任务系统（OMS）架构，利用通用指挥控制接口（UCI）作为通信标准，能够在整个国防部的太空产品组合中实现互操作性。美国空军2016年至2022年计划为ESBMC2投资3.84亿美元，ESBMC2的早期原型已展示了与空军作战司令部（ACC）、情报界、导弹防御局同步作战行动的初始互操作性。

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发展背景

多年来，美国空军一直在开发其下一代太空态势感知系统——联合太空作战中心任务系统（JMS）。联合太空作战中心任务系统是美军计划用来更换和改进老化的太空态势感知和指挥控制系统的一种自动化信息系统，旨在有效处理太空目标监视系统收集到的海量数据，缩短作战处理时间，提高太空态势感知数据在政府、民事机构、商业机构以及海外机构之间自动化共享的水平。2018年8月，JMS项目将ESBMC2定为其第三阶段的开发任务，目标是取代联合太空行动中心遗留的系统，为作战人员提供新的太空指挥控制能力。

但是，由于受到开发问题和技术壁垒的困扰，JMS项目进展十分缓慢，其太空编目功能难以实现美军与盟友之间太空数据的实时更新。到2018年，JMS增量2的进度已落后于预定计划3年，实际耗资已超预算达42%。美国政府问责署（GAO）2018年对JMS进行了调研，结论是该系统的运作缺乏效率和适用性，并且存在影响系统性能的缺陷，造成这些问题的部分原因是缺少软件需求输入。美军认为，随着来自中俄的干扰和网络攻击以及太空碎片等卫星威胁的不断增加，JMS的弹性和生存能力无法适应不断变化的环境。

在此背景下，2018年底，美军中止了JMS，取而代之启动太空指挥控制项目（Space C2）以开展对太空指挥控制的现代化工作。JMS系统中侧重于战术操作的部分将与ESBMC合并后一起纳入Space C2项目。Space C2主要包括两大系统，除ESBMC2外，Space C2还将开发太空域感知（SDA），旨在实时感知卫星的位置、卫星当前的行为以及是否构成威胁。空军2020财年仍在JMS项目上花费1200万美元，但从2021年起将停止所有JMS费用支出，2020至2024年在Space C2上将投入4.8亿美元。

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ESBMC2的五大重点开发领域

在美国防部2030年天基环境监视作战视图中，ESBMC2与企业级地面服务系统、韧性企业级地面站交互太空航天器轨道、跟踪和太空态势感知数据，并通过国防部信息网络（DoDIN）与其它机构交互太空数据，目的是更好地将来自国家侦察局的卫星数据和由美国民用、盟友和商用传感器收集的太空域感知数据融合起来，为太空司令部和情报界提供最佳太空作战图像。

 图1 美国防部2030年天基环境监视作战视图

根据ESBMC2信息征求（RFI）文件，ESBMC2系统由五个重点领域组成：①支持与基础设施；②分布式工作流；③规划与任务分配；④作战空间表征；⑤作战管理。

图2 企业战斗管理指挥控制聚焦的五大领域

2.1支持与基础设施

该领域包括用于ESBMC2系统的基础设施和相关后勤保障模型、最先进的用户界面设计和标准、赛博安全、数据管理、数据分析以及编排数据模型。

（1）基础设施

采用国防部情报界认可的云解决方案，为ESBMC2系统正常运行提供环境，包括硬件、设备、软件/平台/信息/基础设施即服务的要素、访问方法以及系统控制/管理功能。基础设施包括跨各种安全级别的开发环境，重点领域能够利用这一环境有效地进行交互。

（2）接口标准

ESBMC2解决方案需支持的连接和数据量巨大，一个有效、安全的数据架构是实现系统高效运作的重要因素。ESBMC2将制定高效和有效的标准，确保遗留系统和未来系统的数据可读性和完整性。接口应用程序能够引导、接收和处理特殊扰动（SP）数据、来自JMS增量2当前组成要素集的SSA数据，或其他SSA数据源（例如商业SSA）。

（3）多层级安全（MLS）

传感器数量的增长产生了大量太空事件观测数据。数据基础设施旨在使用户能够融合来自外部的数据馈送，确保安全性的同时仍能够提供近实时地数据传输能力。

（4）数据管理结构

充分利用现有不同数据格式和数据类型，同时实现近实时或更快的按需自主交付相关信息。数据管理结构的要素包括但不限于大型数据集的管理、异构数据的关联性、碎片化数据源的利用和相关性、数据信息设计结构策略、信息保护以及跨地理和安全边界的多用户信息可访问性。

2.2分布式工作流

分布式工作流将支持共享太空联合执行和任务分配系统（JETSS 2.0）生成的指令，并确保形成包含内部、横向、纵向和外部四个视图的通用作战图（如图3所示）。ESBMC2分布式工作流是通信和可视化层，它将分散在众多地点的作战工作流的规划和执行与不同的子集联系在一起。内部视图聚焦执行太空作战的作战中心内部，包括联合太空作战中心（JSpOC）、联合跨机构联合太空作战中心（JICSpOC）、国家侦察办公室作战中心（NROC）、联合导航战中心（JNWC）和联合高空持久红外中心（JOPC）。纵向视图将从国家和战略层面，通过太空作战梯队，向下直至战术单位，呈现战略到任务的分析；横向视图将确保整个太空作战梯队看到一个相同的作战图像。在理想的实施方案中，分布式工作流还将呈现美国国家安全航天企业外部视图，以囊括地理作战指挥官（GCC）空中作战中心（AOC）、盟军太空作战中心甚至商业太空中心的战区单元。

上述分布式工作流的优先级如下：

·从战役层面到战略层面的纵向工作流（JETSS 2.0支持战役层面的COP，并将其分发给高级领导层）

·作战中心的内部工作流（动态检查表管理和机组人员管理）

·与其他作战中心的横向工作流（航空企业的战役层面整合）

·从战役层面到战术层面的纵向工作流（战术部队COP）

·外部工作流（盟友和商业企业）

图3 分布式工作流聚焦领域

（1）内部工作流

内部工作流包括一个通用作战图（COP），以告知用户诸如作战活动、及时性、即将发生的事件、警报、通知等事项，此外还包括过程和检查表任务的动态实时、自动化的状态。例如，一个真实世界的事件可能包含事件A-F。在子项B之前，情报可能不会显示正在进行的活动，因此每个职位的控制台都应该显示步骤A和B所需的操作。高级作战人员应该能够实时查看下属的相关事项。

（2）横向工作流

跨作战中心（JSpOC、JICSpOC、NROC、JNWC和JOPC）的横向工作流包括含状态、威胁和当前作战行动等的视图，以简报的形式共享实时数据，同步行动方案规划与执行决策。

（3）纵向工作流

纵向工作流与JETSS 2.0和企业级地面系统（EGS）均有联系，企业级地面系统是太空系统司令部（原太空与导弹系统中心）正在开发的航天器指挥控制系统。纵向工作流以战役层面为中心，提供上至战略层面（美国战略司令部全球作战中心（GOC）和国家指挥中心）下至战术层面的共享视图。这个视图将整合企业级地面系统中的蓝军战术部队状态报告（遥测、跟踪和指挥（TT&C）、作战系统能力（OPSCAP）、态势报告（SITREPS）和态势评估）以及JETSS 2.0的指令流程。

纵向工作流包括作战室（battlecab）数据汇总，用于在各个梯队之间分发COP，从而向决策者同步可视化的对任务有影响的国家安全空间内发生的事件。此外，通过纵向工作流，作战情报能够协助战术部队开展实时评估。

（4）外部工作流

外部工作流是分布式工作流的最后一层，旨在与美国航天企业外部的工作流进行协调和集成。外部工作流将向地理区域作战司令部展示战区战役计划的太空部分，从作战司令部获取某些信息，接收和处理更新的卫星所有者/运营者数据和信息。外部视图还包括与美国盟友及商业航天公司分享某些视图。

2.3规划与任务分配

这一重点领域包括开发一个综合的规划与任务分配工具，目的是实现业务流程管理功能的自动化，将战略层面的指导和意图通过作战梯队流程转变为战术部队的指令。这些新能力被称为太空联合执行和任务分配系统（JETSS 2.0），“JETSS 2.0”概念是开放、可扩展和模块化的，它将取代传统JETSS系统。

该领域将构建一个协作规划的环境，提供一种安全的方式，通过聊天、文档共享和实时语音在战术和战役层面之间进行通信，允许多个用户同时访问一份文档的不同部分。为了有效地管理作战，协作规划环境必须将战术指令与战略层面联系起来，显示出所有指派和配属部队为完成任务所采取的行动、哪些权限可用以及在哪个梯队执行。规划范围必须涵盖太空态势感知、情报和战区支援的集成和同步，以及将行动方案转化为可执行指令的过程。

JETSS 2.0将促进生成、传输和接收来自上级司令部的指导和指示，如作战指令（OPORD）、执行指令（EXORD）和警告指令（WARNORD），并且能够生成战役层面的产品，如太空作战指令（SOD）、联合太空任务指令（JSTO）和主要太空计划（MSP）。

2.4作战空间表征

（1）建模与仿真

作战空间表征概念将开发用于分析各种指标的作战层面建模与仿真能力，主要为负责选择行动方案（COA）、分配战术任务和制定相关传感器任务分配支援计划的决策者服务。作战空间表征能力还将提供用于评估的效能指标（MoE）和性能指标（MoP），以确定战术部队在执行阶段是否执行了正确的任务，并以正确的方式执行了这些任务，使作战人员能够评估行动方案的可行性、可接受性和不稳定性。

（2）可视化

用户必须能够可视化预先计划的决策树分支计划和后续计划，包括显示感兴趣的太空物体和相关信息的能力。行动方案可视化包括同时发生的事件和行动的时间表，将新的工作流和行动方案实时集成并显示，以便进行危机行动规划与执行。在规划期间，可视化包括基于预期未来时间限制的各种分支计划和后续计划。在执行期间，作战人员能够将相关威胁的太空态势感知图像可视化，并根据当前的时间限制快速更新行动方案。

2.5作战管理

作战管理包含各种任务分配功能、数据环境、指示和警告（I&W）、频谱分析、天体动力学和其他近实时功能，对传统的太空编目进行高精度调整，以确保太空流量管理的数据质量。作战管理领域包含的两大主要元素是非传统作战数据环境（NODE）和动态任务分配。

（1）非传统作战数据环境（NODE）

NODE的目的是管理在格式、时间密度、准确性和可用性等方面具有差异性的数据。NODE采用模式学习工具的行为特征，以整合来自各种来源的太空态势感知信息并消除信息之间的冲突。NODE不仅收集太空监视网络（SSN）数据，还收集非传统来源的数据，包括商业和政府的光学和雷达传感器数据。

（2）动态任务分配

紧急太空事件需要从太空监视网络中集中地收集数据。动态任务分配寻求在几分钟内重访近地轨道（LEO）和地球同步地球轨道（GEO）常驻太空物体（RSO）的算法和概念，且与传统传感器能够兼容。算法的性能指标包含：1）重访各种轨道状态（近地轨道、高地轨道、中地轨道（MEO）、高椭圆轨道（HEO）和GEO）的时间；2）传统编目能力的性能下降程度。

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 ESBMC2主要性能参数

经联合需求审查委员会（JROC）批准，ESBMC2系统应具有3个关键性能参数：①威胁识别和告警（TIW）；②频谱通用作战图；③用于行动计划制定的建模与仿真。

图4 ESBMC2关键性能参数与系统特征

3.1威胁识别和警告（TIW）

威胁识别是对太空物体和相关活动进行精准的特性描述的过程，这个过程足以支持进攻性和防御性的太空管制决策。TIW根据事件、环境、行为和其他情报信息提供快速、准确和详细的太空威胁识别，允许手动和自动发布威胁警报。这些威胁包括环境威胁和人为威胁，并可分为有意威胁和无意威胁两类。

TIW能够对威胁进行识别和分类，在获取与威胁相关的信息后确定其对资产的影响和由此产生的结果，并能够识别威胁的参与者（卫星或资产所有者、买方和威胁资产运营方）。TIW的核心工作流程涉及事件和威胁活动的监测、评估、特性描述和通知,包括基础情报收集、太空物体识别（SOI）、部队状态和战斗信息的太空秩序\卫星飞越领空预测、导弹预警飞行和报告时间表、全球定位系统精确度预测和特别行动分析等。

3.2频谱通用作战图

太空环境评估是太空作战管理和太空管制功能的重要基础。太空频谱评估太空环境和资产的辐射，目标是从战役层面为解决电磁波频谱干扰问题提供支持，并描述整个太空域的非动能活动和影响。具体任务包括监测电磁环境、描述基本频谱行为、识别干扰和评估环境影响。

ESBMC2要求能够监测多个环境数据来源，如空军气象局、舰队气象与海洋学中心等，并提供事件警报。系统能够评估环境信息（例如空军气象局的环境数据）及对太空系统和服务的相关影响，从而确定某一特定的地面或太空环境事件（如太阳耀斑、质子风暴、雨、风）对某一类太空系统（如卫星、陆基雷达）或服务已经、正在或将要产生特定影响的可能性。系统通过提供基于战区的当前报告和预测地图来表明通信可能受到影响的地区。

系统至少能够评估并分析以下问题：卫星通信中的闪烁效应、闪烁效应对全球定位系统（GPS）的影响、射频干扰（RFI）、介质深层充/放电效应、单粒子扰动、表面充电/放电效应、事件总剂量效应、太阳RFI效应、太阳极光杂波效应等。

太空频谱评估面临的一个较大挑战是将威胁场所和发射器的能力与常驻太空物体（RSO）的漏洞相关联，以识别潜在的风险资产。

3.3建模仿真与行动计划开发

建模仿真与行动计划开发是太空作战管理和指挥控制的基础要素，为常规和突发行动中管理太空管制行动提供必要的决策支持和执行能力。建模仿真用于开发与特定场景相关的行动计划，包括预期的信息可用性、系统和人员反应以及预期的结果，而行动计划将用于开发培训和演习支持的场景，以及执行指定行动计划所需的战术、技术与规程（TTP）开发。行动计划开发涵盖每一颗对手卫星的所有太空管制行动，这就要求建立一个庞大的知识库，包含充分描述卫星特征的必要信息，以便制定详细的作战计划。

ESBMC2的建模与行动计划开发支持以下能力：

·完成作战管理中的行动计划开发。包括支持任务分析和作战环境评估、与其他作战司令部的整合和同步、确定和设定战役和任务目标、确定执行速度和时间、确定限制（包括但不限于法律、准入和交战规则限制）、任务执行和效果评估的程序。

·完成作战管理和指挥控制过程中的部队和任务要素分配。包括分配、组织和命令作战部队完成任务和活动。

·完成对资产的指挥控制。包括实时管理、指导、调节、控制、监督、命令、引导和关注正在进行的工作。

·执行完成分配的行动以及任务所需的活动。

·评估达到预期效果和目标的程度。

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ESBMC2最新发展

2019年4月，身兼太空司令部和空军太空司令部指挥官的约翰·雷蒙德将军在向众议院军事委员会战略部队小组委员会汇报时指出，“早期的ESBMC2原型已经展示出了与空战司令部、情报机构和导弹防御局的初步互操作性。”自2019年后，公开渠道鲜见对ESMC2的单独报道，只有对其所属项目Space C2的报道。

Space C2遵循硅谷的开发模式，以90天为一个增量周期开展研发，能够及时交付至用户并从使用人员处获取直接反馈，以最快的响应速度落实用户意见。Space C2软件开发使用加州洛杉矶空军基地“小林丸”（Kobayashi Maru）的DevOps环境，该环境支持与大量敏捷软件开发编程的软件供应商合作。2019年3月，经过两个90天的项目增量开发，Space C2向范登堡和施里弗空军基地交付了第一批软件应用程序。截至2019年8月，该计划已经完成了三个项目的开发迭代，交付了包括在数据中扩展商业可用数据、为各种不同的传感器分配任务、提供可视和分析工具在内的能力。