気球が上がるとき: 成層圏気球を使用した海軍メッシュ ネットワーク

自分の能力に関するトピックを提案する週

マーク・ハワード著

特にピア・ツー・ピアの紛争において、分散した海上活動を調整することは、困難な問題となる可能性が高い。 環境は激しく争われ、指揮系統はストレスを受けることになるだろう。 特に、通信および ISR ネットワークは、機能的に信頼性があり、復元力が高い必要があります。 高いレベルの状況認識を維持することは、部隊の初期配備から目標への火力の集中に至るまで、作戦のあらゆる側面において重要です。 双方のC4ISRには、地平線の向こうのレーダーから地表下での盗聴、宇宙ベースの軌道資産に至るまであらゆるものが含まれ、これらすべてを組み合わせて監視グリッドの透明性を高めることになる。 しかし、特に敵の妨害電波や戦域指揮官間の距離が遠いことを考慮すると、広範囲にわたる通信に必要な帯域幅を維持することは、運用上の重大な課題となるでしょう。1

電磁機動戦における米海軍の取り組みは、戦闘空間に少数の送信機しかなく、残りの部隊がすべて受信できるという未来に向けて取り組んでいます2。これらの取り組みは実験室から出て艦隊に導入され始めています。しかし、やるべきことはまだたくさんあります。 これらの課題を克服するために、低地球軌道 (LEO) 機能と妨害に強い UAV リレーの改善に多大なリソースが費やされています。 これらの取り組みは、メッシュ ネットワーク、つまり各ノードが直接かつ非階層的に相互に接続するネットワークを構築することに相当します。3 これらのノードは、自己形成、自己修復、自己組織化が可能です。4 メッシュ ネットワークは、より復元力の高いネットワークを提供します。そして、紛争環境で戦闘員のニーズをより適切に満たすことができる、リスクに耐えるタイプのネットワークです。

これらの新興メッシュ ネットワークは、宇宙ベースの資産や UAV に大きく依存しているのが特徴で、成層圏気球によって増強されるべきです。 これらの近宇宙プラットフォームは、一般的な航空機よりもはるかに上空で動作しますが、LEO 衛星よりもはるかに下で動作し、高高度および宇宙ベースのセンサーに対する従来のカウンターに挑戦します。 成層圏気球は、高い耐久性、低コスト、小さな設置面積、モジュール式ペイロードの強力な組み合わせを提供することで、戦闘空間におけるメッシュ ネットワークに大きく貢献する態勢が整っています。

バルーンの機能と考慮事項

高高度に到達するプラットフォームの能力を考慮すると、気球のカバー範囲は特に広く、例えば、高度 65,000 フィートの気球が直径 600 マイルを超える空間をカバーすることができます。 これらのプラットフォームは衛星よりも低い位置で動作できるため、低電力かつ長距離で機能を解決できます。 天底の点を考慮すると、近宇宙気球プラットフォームは、高さ 400 キロメートルの一般的な LEO 衛星よりもターゲットに 10 ～ 20 倍近くなります。5 この距離の差は、同様の性能を達成するには近宇宙プラットフォームの光学系をはるかに小型化できることを意味します。そして明らかに、この能力を打ち上げるコストは、ロケット支援による軌道展開よりもはるかに低いです。

最近の気球撃墜事件がニュースになったにもかかわらず、近宇宙プラットフォームは非常に生存可能であり、低コストで無人であるため、比較的リスクに耐えることができます。 ロッキード・マーチン社は、「予備研究：高高度飛行船の生存性と脆弱性」6と呼ばれるブリーフィングで気球を検討し、気球のレーダーと熱の痕跡が非常に小さいため、従来の追跡および照準方法のほとんどが特に困難であると結論付けました。 レーダー断面積の推定値は、100 分の 1 平方メートルのオーダーでした。 面積と高度の点で彼らの作戦地域がどれほど広大であるかを考えると、高高度での交戦を遂行して終結させることは言うまでもなく、気球を見つけるだけでも困難になるだろう。

宇宙拠点の資産は非常に需要が高いため、歴史的に戦術指揮官が任務を遂行するのは困難でした。 地元の指揮官が実行する必要がある任務が何であれ、他の司令部や上位当局が要求する、より優先度の高い戦略的任務が常に長く続くようです。 近宇宙気球は必ずしもこれらと同じ当局の管轄下にあるわけではなく、戦術および現地レベルの指揮官の直接制御下にある、より利用可能な戦場資産である可能性があります。 これらの指揮官には独自の多くの要件があるでしょうが、最も高い 2 つのニーズは、継続的な地平線を越​​えた通信と ISR 機能であると考えられます。 これらのロスコスト プラットフォームの多くを広範囲にわたって運用することで、戦術指揮官は多くの情報ニーズを満たすことができます。

おそらく最もよく知られている商用気球の取り組みは、Google の Project Loon でしょう。 このプロジェクトは、インターネットバルーンのメッシュネットワークを介して、信頼できるインターネットのない地域にインターネットサービスを提供することを目的として、2011年に始まりました。 プロジェクトが 2021 年に終了したとき、チームが直面した技術的課題は事実上すべて解決され、プロジェクトは成層圏で運用されている浮遊携帯電話塔のネットワークに数十万のユーザーを接続することに成功しました。 プロジェクトの終了は主に財政上の懸念によるもので、チームリーダーが書いているように「商業化への道のりは予想よりもはるかに長く、リスクが高いことが判明した」からだ。 ビジネスの実現可能性にかかわらず、技術的な実現可能性はもはや大きな懸念事項ではなくなりました。7 技術的な観点から見ると、チームは、成層圏での気球の正確な航行、上空での運用可能なメッシュ ネットワークの構築など、以前は不可能だと考えられていた多くのことを達成しました。成層圏の過酷な条件に1年近く耐えることができる気球を開発しています。

現地指揮官に提供される最も強力な機能の 1 つは、一度に数か月間、場合によってはさらに長期間にわたって運用ステーションを維持できる永続的なプラットフォームです。 プロジェクト ルーンが完了するまでに、平均飛行期間は 161 日を達成しました。 さらに、近宇宙資産はペイロードに依存せず、高度にモジュール化されています。 これらは、さまざまなセンサーや送信機を備えた通信リレーまたは ISR プラットフォームとして使用できます。 プロジェクト・ルーンで使用された気球は積載重量約 260 キログラムに制限されていましたが、プロジェクト・ルーンが使用を計画していた後続の飛行船は 1,875 キログラム以上を持ち上げることができました。 使用された気球の推進能力は毎秒約 1 メートルでしたが、計画ではそれを毎秒約 7.8 メートルに増加させ、プラットフォームがステーションをより適切に維持したり、新しい関心領域に迅速に再配置したりできるようにする予定でした。

空中にあるプラットフォーム、つまりノードの数が増えるほど、メッシュ ネットワークはより堅牢になり、広範囲に広がります。 Project Loon は、2020 年に長さ 3,500 キロメートルのポイントツーポイント メッシュ ネットワークを維持できる能力を実証しました。 この長い到達距離には 33 個の気球が必要でしたが、Loon が開発していた飛行船のようにペイロードが大きいため、必要なノードの数を半分以下に減らすことが期待されていました。 航空機テストでは、わずか 7 つのバルーン ノードで 1,000 キロメートルのバックホール リンクを維持できることが実証されました。 さらなるテストにより、2 つの資産を 600 キロメートルにわたってリンクできることが実証されました。 主な通信リンクは無線によるものでしたが、Loon は光ビームを介して大量のデータ負荷を送信する光学系の実験を開始していました。 この Loon サブプロジェクトは Google によってキャンセルされず、現在も Project Taara として存続しています。8 光線データ伝送と接続された気球の広範囲の存在を組み合わせることで、戦闘員は妨害耐性があり、低負荷で大量のデータを戦闘空間全体に移動できます。署名方法。

DOD はすでに SkySat 無線中継器を配備し、ISR 機能を組み込むために気球プラットフォームを拡張していますが、これらの用途は地上運用に限定されているようです。9 このシステムは標準の双方向無線リンクを 16 マイルから 500 マイルに拡張し、使用されています。前線地域では海兵隊による。 出発点として、海軍はこれらの既存のシステムを活用して、将来の海軍化気球能力の可能性を探ることができます。

結論

近宇宙資産について議論するとき、誰かが軍事目的で気球を使用するというアイデアを持ち出すたびに、「笑いの要素」について言及する人もいます。 成層圏気球の能力を客観的にレビューすれば、これらのプラットフォームがどれほど堅牢であるか、軍事用途での大きな可能性がすぐにわかるでしょう。 軍事能力がどのように「あるべき」であるかについての伝統的な概念は、進化する技術情勢の中で何が可能であるかについて、より微妙なビジョンに取って代わられる必要があります。 成層圏気球の場合、その機能はすでにかなり成熟しており、活用の機は熟しています。

マーク・ハワードは元海軍司令官で、電子対策士官として過ごし、海軍大学を卒業しています。

文末脚注

1. ブライアンのクラークとティモシーのウォルトン。 「Take Back the Seas Transforming the US Surface Fleet for Decision-Centric Warfare」（CSBA 2019 発行）

2. NAVSEA が公開した記事 (2023 年 6 月 2 日にアクセス): https://www.navsea.navy.mil/DesktopModules/ArticleCS/Print.aspx?PortalId=103&ModuleId=127458&Article=1361428。

3. Lundquist、Edward、『戦術海空陸通信 - ネットワークの有効性と生存性にはより多くのノードが必要』、Mönch Verlagsgesellschaft mbH 発行、Naval Forces III-IV/2020、40 ページ。

4. アレクサンダー・ボルデツキー; ベンソン、スティーブン。 および Hughes、Wayne、沿岸作戦におけるメッシュ ネットワーク、米国海軍研究所ブログ発行、2016 年 5 月 12 日。

5. Tomme, Edward、「効果ベースの空間へのパラダイム シフト: 戦闘空間効果イネーブラーとしての近空間」、研究論文 No. 2005-01 (アラバマ州マクスウェル空軍基地、航空大学、2005 年)、。

6. 同上。

7. Google によって公開された Project Loon レコード、2023 年 6 月 2 日にアクセス、。

8. Google によって公開されたプロジェクト Taara の概要、2023 年 6 月 2 日にアクセス、。

9. フォン・エーレンフリート、マンフレッド; Stratosheric Balloons – Science and Commerce at the Edge of Space、Springer Praxis Publishing 発行、チチェスター、英国 第 1 版 2021年。

注目の画像: 2013 年 9 月 29 日の朝、日の出時に地球の大気圏の最外部まで HySICS 機器を運ぶ高高度気球がヘリウムで膨らまされています。(NASA 写真、HySICS チーム/LASP 経由)