洪海丽，邱红哲（.装备学院光电装备系，北京046；.北京航天飞行控制中心，北京046）

美军虚拟任务作战中心走向实战

洪海丽1，邱红哲2
（1.装备学院光电装备系，北京101416；2.北京航天飞行控制中心，北京101416）

随着2011年ORS-1和TacSat-4的发射，美军虚拟任务作战中心（VMOC）开始运行，它目前正在执行的是飞行操控和情报、监视与侦察（ISR）卫星及通信卫星（SATCOM）的任务规划。介绍了VMOC的系统组成、各个子系统功能及其主要应用软件，探讨了VMOC在ORS-1和TacSat-4试验任务中发挥的作用，描述了虚拟任务作战中心的未来发展趋势。

虚拟任务作战中心；快速响应空间；战术星；地面系统

随着美军快速响应空间（ORS）计划的发展，为了实现空间系统对战场需求的快速响应，迫切需要开发一种强有力的工具，它能够根据作战环境需要，接收指控部门实时指令请求，同时能够预测和评估作战任务以及具备信息自动分发的能力。早在2000年，NASA格伦研究中心（NASAGRC）和通用动力公司，对利用安全互联协议来实现空间资源与地面网络无缝互联进行了可行性研究，提出了虚拟任务作战中心（VMOC）的概念。2004年以来，NASA、美空军空间战斗实验室、美陆军空间与导弹防御战斗实验室和海军研究实验室（Naval Research Lab，NRL）分别对VMOC的以下4个方面的能力进行了研发：基于IP的指挥控制、多任务操控、战场平台对空间资源的访问、功能集成和作战实验。快速响应空间需要各个系统能够高效地协同工作：首先需要使航天器和地面设备的接口实现标准化，以减少成本、实现用户空间效益的最大化；其次，需要产生新的战术、技术和程序（Tactics，Techniques and Procedures，TTPs），以满足快速响应空间的应用需求。通过一系列的作战演示实验，验证了VMOC具有上述能力［1］。2008年，美国ORS办公室选定VMOC作为2015年ORS地面系统传感器可视化和任务分配的工具，NASA-GRC的VMOC支持容错网络的空间作战；2009年，VMOC被指定为ORS-1任务和TacSat-4任务的航天器分配和任务规划工具。随着2011年ORS-1卫星和TacSat-4卫星的成功发射和运行，美军VMOC正逐步走向实战阶段。

1　VMOC系统组成

VMOC提供了将远程作战人员直接链接至在轨卫星有效载荷的框架，用户可通过IP获取卫星的遥测数据和图像，还可以动态地给卫星有效载荷分派任务，实施在轨卫星设备的遥测、跟踪和指挥。所有上述功能，用户都可在友好的Web界面上完成。VMOC系统还是一个通过不断试验来培育、完善和转化相关作战新技术和新概念的平台［2］。VMOC由3个分系统组成：战术分系统、任务分系统和分配分系统，如图1所示。每个分系统都具有特定的功能，并针对特定的用户群。战术分系统支持多传感器访问和协作以满足多用户的需求；任务分系统提供平台管理、传感器获取、数据存储、数据处理和共享；分配分系统提供自主支持和“人在环路”2种方式的ORS资产分配优先级确定［3］2。

图1　VMOC系统组成

1）战术分系统——增强用户能力。ORS卫星比传统卫星更小且成本更低，是传统卫星资源的有效补充。低廉的成本、快速进入市场和快速更新的特点使得ORS卫星的数量不断增加。然而，即使如此，其单颗卫星的能力还是比不上大卫星。因此，ORS必须是一个传感器网络和战场人员紧密结合的强有力的共同体。这种体系结构促进更为复杂的作战概念（CONOPS）和TTPs的发展与成熟。因此，需要一个在多传感器框架内的系统，它能使用户更容易获取空间能力，并能探索、开发和培育利用空间的新方法，VMOC战术分系统的开发就是为了满足这一需求。战术服务器可使用户具备以下能力：①任务分派、跟踪和接收来自于多个ORS资源的数据；②管理用户账户和分配权限；③订立接收来自于空中、地面、人员和包括ORS资源的空间资产的数据；④使用协作工具，建立工作组和进入虚拟团队；⑤实现VMOC的分配子系统和任务子系统的接口。

2）任务子系统——管理传感器。提高可扩展性、降低一次性费用和快速获取定制功能是ORS初期成功实现的3个主要原则，遵循这些原则显得尤其重要。ORS要求新增加的卫星必须对ORS体系架构内的所有系统做到“即插即用”。为此，系统必须按照面向服务架构、自动化、标准化处理和标准接口等要求进行设计。因此，当系统增加新功能时不会对原有的架构和用户基础造成负面影响，任务子系统就是遵照这一要求来设计的。任务子系统服务器提供传感器任务分派、第三方数据录入、数据处理和存档以及数据共享等服务。基于这个架构，通过网络服务可有多个任务VMOC进行多个资产的任务分派、数据采集和处理等。它可以提供以下服务：①多任务规划；②连接到多指令生成系统；③数据录入与存档；④数据处理和数据传输；⑤提供战术用户与空间控制器的接口。

3）分配子系统——建立规则。当前，美国空间资产的指挥和控制是由美国战略司令部U.S.Strategic Command，USSTRATCOM）负责。2006年，美国战略司令部成立了空间联合职能司令部（Joint Functional Component Command for Space，JFCC SPACE），负责全球空间资产的协调。JFCC SPACE把所有美国空间资产的任务分派权授予了联合空间作战中心（Joint Space Operations Center，JSp OC）。JSp OC将来自USSTRATCOM和JFCC SPACE指挥官的请求、所有战场空间协调部门的请求，以及所有支持指令的请求集中起来。首先对这些请求进行优先级排序，然后根据空间资源的可用性来进行分配，以达到预期的效果。这种方式将美国空间资产的指挥和控制权集中到单个机构，对于控制和管理大型空间系统来说非常高效。但是，要满足ORS的要求，这种方式必须要改变，因为ORS的目标是要减少“提出请求-任务分派-获取结果”的时间周期，要求从24h减少到数小时甚至数分钟。基于这个设想，VMOC任务分配子系统为JSpOC提供了一种新的工具，这个工具能够对动态可分派的资产进行优先级排序和任务分配，输出优先级分配计划，即VMOC战术子系统和任务子系统的任务执行规则，用于确定各个机构访问空间平台的优先级。VMOC分配子系统提供的服务包括：①给作战人员分配所请求的空间资产的接口；栚根据USSTRATCOMA和JFCC ISR（Intelligence，Surveillance and Reconnaissance，ISR）的指南，建立用户任务分派的优先级；③建立待命的分配请求；④计算维持损耗；⑤支持基于作战效果的多ORS资产的分配；栟提供与战术子系统和任务子系统的接口。

2　VMOC系统应用

VMOC是通用、开放式体系结构、基于网络的应用系统，它允许授权的卫星终端用户和运营商提交任务请求，并生成最优调度表，然后通过卫星指令自动执行这些任务。ORS和TacSat试验正在转向开发颠覆性技术及实践，并通过试验使这些技术与新的作战概念相适应。为此，VMOC创建了一个实战化的试验环境，用户、传感器、作战概念和权威机构都能融入其中，以验证新型作战能力［3］5。图2为VMOC的作战试验示意图。

2008年NRL将所有作战单元集成于VMOC，使VMOC成为一个综合系统，通过作战试验成功验证了VMOC能够满足快速响应空间对任务分派、信息收集、数据处理、数据利用和分发的需求。正是因为这次成功的演示验证，美国ORS办公室选定VMOC作为2015年ORS地面系统传感器可视化和任务分配的工具，并用于支持TacSat-4和ORS-1项目。ORS-1项目的执行标志着VMOC首次用于作战应用。

VMOC的多任务应用软件系统架构如图3所示。VMOC的设计考虑到了成本效益，添加新任务时采用资源共享。它是在一套核心应用软件基础上建立的，该应用软件对于所有任务是通用的。TacSat-4任务和ORS-1任务是2个性质完全不同的任务（通信卫星与侦察卫星），VMOC中约有2/3的软件代码是可重用的。据估计，不久的将来能实现近95％的代码可重用。

图3　VMOC应用软件系统架构

实际应用中，用户的请求，通常为空间支援请求（Space Support Requests，SSRs）或卫星接入请求（Satellite Access Requests，SARs），被提供给VMOC的“战术应用软件”。用户可直接请求某颗卫星的服务，战术应用软件检查所提交或核准的任务的状态，VMOC的通知功能会自动给用户发送一封电子邮件，告知任务状态。战术应用软件提供了对单个任务在审批过程中的每个阶段状态的感知能力，甚至能够实现机器与机器间的交互。

作战规划工具是为任务管理者和最终租用或使用卫星的用户而设计的，使用时可以任意选择和组合，用以确保VMOC调度表能够正确地反映出作战指挥官的资源分配的优先级。随着VMOC能够支持越来越多的任务，未来的使用者将可以使用更多的工具。

2.1VMOC在TacSat-4卫星试验任务中的应用

TacSat-4卫星代表了美军战术卫星试验项目的最新进展。该卫星是由美国NRL研发的超高频（UH F）通信试验卫星，部署于高椭圆轨道上，重点测试利用大椭圆轨道小卫星为低通信覆盖区域提供持续通信的能力。TacSat-4卫星的轨道周期为4h，每圈对同一目标地区可覆盖2h。部署4颗卫星就可以实现对战区的持续覆盖［4］。

在TacSat-4任务中，前方战场的UHF电话用户和网络用户可以通过战术应用软件将他们的卫星通信请求直接输入到VMOC，这一过程一般只需要1～2min就能完成。VMOC根据战术应用软件中定义的优先级设置原则和作战规划工具中定义的优先级调整原则对所有用户的请求进行分析和评估。

TacSat-4任务首次为USSTRATCOM提供ORS资产分配，验证了VMOC的日常运行能力。利用VMOC提升了任务分配、任务管理和业务用户的调度能力。对于TacSat-4，VMOC与NRL在BP（Blossom Point，位于安曼群岛）地面站互联，战区终端使用加密IP路由通过地面站进行星上载荷的任务分配，以满足战区作战部队的通信需求。TacSat-4卫星的有效载荷能实现10个UHF通道支持“动中通”、海上浮标信息收集和蓝军跟踪任务［5］。2012年1月24日，TacSat-4卫星成功实现了从阿拉斯加西海岸的白令海峡到加利福尼亚的极地通信试验［6］。与之前的Tac-Sat卫星试验相比，TacSat-4演示验证的作战概念更加完善也更加趋于实战化。

2.2VMOC在ORS-1卫星试验任务中的应用

2011年6月发射的ORS-1卫星，是一颗新型的战术侦察卫星，是美国ORS计划中的一颗用于支持战场指挥官作战的原型卫星，运行于40°倾角的400km圆轨道上，在这个轨道上它每90min绕地球一周。它可为地面部队指挥官提供选定地区的彩色照片，指挥官在几分钟之内就可以获得图像，并使用现有的地面系统处理并分发图像和其他战场外信息［7］。ORS-1指挥控制体系如图4所示。

在ORS-1任务中，VMOC通过标准的应用编程接口（Application Programming Interface，API）自动收集来自空军气象中心（Air Force Weather Center，AFWC）的云层覆盖数据，以此进行算法优化。VMOC和资源集成、同步与管理规划工具（Planning Tool for Resource Integration，Synchronization，and Management，PRISM） 的战区规划数据库之间的接口也是通过API实现的。这种机器到机器的接口使得战区指挥官请求ORS资产的任务分配，与请求空中ISR作战平台的任务分配方式相同，还增加了提供自动反馈有关请求状态的功能。VMOC每天都会从PRISM服务器上抽取一份目标列表，PRISM会对任务的优先级排序，通过利用大量的可调参数生成本地定义的优化算法并自动执行。通常从请求卫星有效载荷资源到得到服务，需要大概30d来完成申请、批准、分配、调度和执行。现在随着VMOC成为所有用户可用的共享资源，这一过程可在24h内完成，甚至几分钟之内生成短周期的调度表。2011年9月到2012年3月期间，VMOC每天为ORS-1生成任务调度表的平均时间约为20min，这其中包括：从第三方系统抽取任务分派、确定当天的轨道参数、明确覆盖与目标访问请求、建立飞行器所需要的指令以及把调度表送到卫星的指控系统［8］。2013年4月，美国中央司令部的前线指挥部队通过集成在车载终端上的VMOC，直接调度ORS-1卫星，获取了坠毁在偏远地区的“CH-53型海上种马”运输直升机的图像，其基于天基数据链和图像处理系统均采用航空现有标准，便于地面系统的兼容与互操作。通过这次事件，美军进一步验证了ORS直接服务战区和面向战术应用的能力［9］。美军认为，ORS-1可用于支持像阿富汗、伊拉克这样的军事行动，也可用于支持巴基斯坦的反恐行动，还可用于伊朗监视飞机无法监视的地方。ORS-1卫星的成功发射，标志着作战响应空间计划从试验验证向实战应用的重要转变。

VMOC能完成任务规划、信息采集和制定调度表的功能，以及与地面段任务执行者交互的功能。VMOC已不再是一个实验性应用系统，而是一个实用的、经过认证的系统，是ORS办公室主要的任务分派工具，它是一个太空系统。

3　VMOC未来的发展

2009年美国ORS办公室制定了2015年ORS地面系统发展目标，如图5所示。

图4　ORS-1指挥控制体系

图5　ORS2015地面系统发展目标

ORS办公室选择VMOC主要负责ORS有效载荷任务分配和ORS 2015 GSE（Ground System Enterprise）的资产可视化。VOMC无疑是快速响应空间地面系统发展的主体［10］。

VMOC将现有的任务分配工具集成在一起，可以采用与其他作战装备（如U2或电子侦察飞机）任务分配类似的方式，对空间响应有效载荷直接进行任务分配，并可根据用户请求升级多任务规划；VMOC工具将用于联合职能司令部（Joint Functional Component Command，JFCC）的指挥和控制，直接获取任务规划，近实时地进行载荷任务分配；ORS数据处理的利用与分发，注重通过太空授权的公共数据链路（Common Data Link，CDL）将载荷/传感器数据下传到数据处理站，如利用现有的标准和协议的分布式公共地面系统（Distributed Common Ground System，DCGS），数据处理站可以是国家的、军队的或联合力量司令部（Joint Force Command，JFC）专用的，并通过JFC的节点和全球信息网格（Global Information Grid，GIG）进行分发［11］。

VMOC的任务规划能力和利益并不专用于ORS任务，所有的任务都需要进行优先排序、工程约束和调度，VMOC可以为任何项目设置所需的飞行器操控限制，然后自动地实现日常操控，提高日常任务规划的调度速度、增强用户反馈，并减少操控工作量。随着作战领域自动载荷规划的初步概念得到验证，VMOC将进一步开发和完善多任务和基于星座任务的多用户请求功能。

4　结束语

VMOC具有基于网络、面向服务的体系结构特征，允许战场用户直接控制空间资产，使得卫星对战术用户需求的反应速度越来越快、反应能力越来越强。VMOC的标准化空/地接口技术、空间资源优化配置技术和面向战场指挥人员的任务规划调度技术是快速响应空间地面应用系统的关键技术。VMOC对快速响应卫星任务的支持表明，它可以大大减少人力和节省时间，使规划卫星有效载荷的日常操作时间从几小时降低到几分钟，还将不断改进成像卫星和通信卫星的TTPs，在操作层可实现任务分配的可视化，具有很强的用户反馈功能。其概念、设计思想和实现方案对于发展满足我国快速响应战役战术作战需求的航天地面应用系统具有积极的借鉴意义。

（References）

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［11］MILLER E，DIKEMAN L，HICKS J，et al.VMOC responsive space ground system operations［EB/OL］.［2013-10-15］.http://arc.aiaa.org/dio/pdf/10.2514/6.2012-6002.

（编辑：李江涛）

U.S.Forces’Virtual Mission Operations Center on the Way to Actual Combat

HONG Haili1，QIU Hongzhe2
（1.Department of Optical and Electronic Equipment，Equipment Academy，Beijing 101416，China；
2.Beijing Aerospace Flight and Control Center，Beijing 101416，China）

U.S.Forces'virtual mission operations center（VMOC）became operational with the launches of ORS-1 and TacSat-4in 2011.Now it is performing flight ops and mission planning for both of intelligence，surveillance and reconnaissance（ISR）and satellite communications（SATCOM）.This paper introduces the composition of VMOC system，sub-systems'functions，as well as its main application software，discusses the role of VMOC in the ORS-1 and TacSat-4missions and presents the future developing trends of VMOC.

virtual mission operations center（VMOC）；operationally responsive space（ORS）；tactics satellite；ground system

E86；V 55

2095-3828（2015）02-0062-06

ADOI 10.3783/j.issn.2095-3828.2015.02.015

2014-11-20

部委级资助项目

洪海丽（1962-），女，副教授，主要研究方向为现代信号处理与应用。honghl111@126.com