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Jun 11, 2023

Hybride Raumarchitektur kurz vor der Inbetriebnahme

Beamte der Defence Innovation Unit bereiten sich darauf vor, die Hybrid Space Architecture (HSA) nach den Fähigkeitsdemonstrationen im nächsten Jahr auf Kampfflugzeuge während militärischer Übungen, einschließlich Cope, umzustellen

Beamte der Defence Innovation Unit bereiten sich darauf vor, die Hybrid Space Architecture (HSA) nach den Fähigkeitsdemonstrationen im nächsten Jahr auf Kampfflugzeuge während militärischer Übungen, einschließlich Cope North und Northern Edge, umzustellen.

Rogan Shimmin, der HSA-Programmmanager der Defence Innovation Unit, sagte kürzlich in einem Interview mit SIGNAL Media, dass die Programmverantwortlichen ihre Beteiligung an Cope North und Northern Edge planen und auch an einer Handvoll anderer Übungen interessiert seien. Die Übungen dienen der Demonstration der Fähigkeiten der Kampfflugzeuge vor dem Übergang des Programms in den Einsatzstatus. Die Defence Innovation Unit arbeitet an Technologien mit hohem Reifegrad, um einen schnellen Übergang zu ermöglichen. Beamte hoffen, die HSA-Funktionen im Jahr 2025 im Einsatz zu sehen.

Laut einer Pressemitteilung des Programms zielt das Programm darauf ab, kommerzielle und staatliche Satelliten zu integrieren, um die Betriebs- und Informationssicherheit zu gewährleisten und gleichzeitig die Zusammenarbeit zwischen Militärdiensten sowie mit Verbündeten und internationalen Partnern zu ermöglichen. Die Architektur wird mehrere Bodenkommunikationssysteme mit verschiedenen Satellitennetzwerken verbinden und dabei alle verfügbaren Verbindungen nutzen, einschließlich Laser, Hochfrequenz, militärisch-taktische Datenverbindungen und bestehende und zukünftige drahtgebundene Bodensegmentnetzwerke.

„Wir sind bereits in Gesprächen mit einigen Programmverantwortlichen darüber, wie unsere Übergangsstrategie aussehen soll – denn natürlich wollen wir nicht, dass sie auf unbestimmte Zeit im Prototypzustand bleibt –, um in eine operative Fähigkeit überzugehen“, sagte Shimmin und fügte hinzu Die ersten Elemente dieses Übergangs könnten bis Oktober erfolgen.

Sowohl das Air Force Research Laboratory als auch das Space Warfighting Analysis Center haben das Programm von Anfang an unterstützt. Jetzt gilt das Space Systems Command in Los Angeles, ein Teil des US-Weltraumkommandos, das Weltraumfähigkeiten für Kampfflugzeuge entwickelt, erwirbt, ausrüstet, aufstellt und aufrechterhält, als wahrscheinlicher Übergangspartner. „Wir haben sehr eng mit dem Space Systems Command zusammengearbeitet, das wahrscheinlich der wichtigste Übergangspartner sein wird“, sagte Shimmin.

Die Defence Innovation Unit arbeitet hauptsächlich mit dem neu geschaffenen Commercial Space Marketplace for Innovation and Collaboration des Kommandos in Chantilly, Virginia, zusammen. Das Kommando durchschnitt am 6. Juni das Band für die neue Organisation und „war ein wirklich großartiger Partner für uns“, sagte der Programmmanager.

Normalerweise können Programmmanager problemlos alle potenziellen Vorteile ihrer Programme auflisten, aber die Auswirkungen des HSA seien so enorm, dass niemand alle Auswirkungen vorhersagen könne, schlägt Shimmin vor. „Ziel ist es, Konnektivität im Weltraum ebenso allgegenwärtig zu machen wie auf der Erde, und genau wie beim Internet in den 1950er Jahren gibt es eine Million Anwendungen, die uns einfallen, aber 100 Millionen weitere, die wir nicht können.“

Die erwarteten Vorteile umfassen jedoch sowohl Weltraum- als auch terrestrische, öffentliche und private Anwendungen. „Es wird so viel Spielraum für neue Rechen- und Speicher- und Big-Data-Anwendungen geben, die daraus abgeleitet werden können, sowohl im Weltraum als auch mit Auswirkungen auf terrestrische Anwendungen, wie alle traditionellen Ableger der Nachrichtendienste, Überwachung und Aufklärung, wie etwa Pipelines.“ Überwachung, Umweltüberwachung und natürlich militärische Anwendungen“, sagte Shimmin.

Die Architektur solle die Satellitenkommunikation erheblich erweitern und verbessern, gab Shimmin an, als er nach den Vorteilen gefragt wurde. „Allgegenwärtige Kommunikation für Satelliten, sodass Sie Ihren Satelliten jederzeit steuern können, ohne darauf warten zu müssen, dass er die richtige Bodenstation passiert. Und Sie können auch Daten von Ihrem Satelliten abrufen“, sagte er. „Es reduziert die Latenzzeiten bei der Aufgabenerteilung und den Einsätzen des Militärs erheblich. Aber es wird auch Daten mit hoher Bandbreite für viele unserer Konstellationen bereitstellen – insbesondere für Bildkonstellationen, die jeden Tag Petabytes an Daten produzieren, von denen die meisten verschwendet werden, weil wir nicht über die Bandbreite verfügen, um sie von den Satelliten abzurufen. ”

Spezifische Datentypen könnten Signatur-Apertur-Radar sein, das „riesige Datenmengen produziert, weil jedes Pixel mehrere Bytes oder Kilobytes an Daten umfasst“, erklärte der Programmmanager. Dazu könnten „Phasendaten des empfangenen Radarsignals“ gehören, erläuterte er.

Für ein militärisches Programm könnte man sagen, dass sich die HSA mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Die Defence Innovation Unit ersuchte erstmals im Oktober 2021 um Lösungen aus der Industrie. Anschließend vergab sie im Juli letzten Jahres ihre erste Tranche an Aufträgen an Aalyria, Anduril, Atlas und Enveil und eine zweite Tranche an SpiderOak Mission Systems, Amazon Web Services und Amazons Project Kuiper und Microsoft Azure Space im November.

Kürzlich vergab die Organisation eine dritte Tranche von Verträgen, die sich in der dritten Phase, der Vertragsverhandlungsphase, befanden. Diese Unternehmen waren jedoch noch nicht bekannt gegeben, als SIGNAL Shimmin interviewte. Tatsächlich überlassen es die Programmverantwortlichen den Unternehmen, ihre Vertragsabschlüsse bekannt zu geben, bevor sie die Informationen selbst veröffentlichen, und mindestens ein an der zweiten Tranche beteiligtes Unternehmen hatte sich zum Zeitpunkt des Interviews nicht dafür entschieden, namentlich genannt zu werden.

Die erste Reihe von Verträgen konzentrierte sich auf softwaredefinierte Netzwerklösungen, die zweite auf Cloud-Anbieter und Cybersicherheit und die dritte auf Hardware-Anbieter mit „On-Orbit-Konstellationen zur Demonstration und zum Testen der gesamten Software, die heute entwickelt wurde“, sagte Shimmin.

Ein Grund dafür, dass das Programm so schnell voranschreiten kann, ist, dass die benötigten Technologien größtenteils einsatzbereit sind. „Als wir damit begannen, waren die meisten Technologien ziemlich ausgereift. Es war aufschlussreich und ermutigend, wie weit sie alle fortgeschritten waren und wie viel Mühe, Geld und Gedanken die Industrie bereits in diese Problemstellung gesteckt hat“, sagte Shimmin.

Shimmin schreibt der Starlink-Konstellation von SpaceX zu, dass sie das Militär davon überzeugt hat, dass ein weltraumgestütztes Internet Realität werden könnte. Er stellte fest, dass die Idee „seit mehreren Jahrzehnten“ diskutiert worden sei und immer mit dem unvermeidlichen Schluss gekommen sei, dass sie unerschwinglich teuer sein würde. „Der Wendepunkt war Starlink, einfach die Industrie, die diese Infrastruktur in Betrieb nahm, was dem Verteidigungsministerium klar gemacht hat, dass es möglich ist.“

Zu den HSA-fähigen Technologien, die in den letzten Jahren zum Tragen kamen, gehört softwaredefinierte Vernetzung, die das „Routing zwischen Raumfahrzeugen“ ermöglicht. Diese Fähigkeit „war eine absolut grundlegende Technologie, die für all das notwendig ist“, sagte Shimmin. Er fügte hinzu, dass sich auch die optische Kommunikation „an einem wirklich coolen Wendepunkt“ befinde.

Der Schritt des Verteidigungsministeriums in Richtung Zero-Trust-Cybersicherheit spielt auch eine Rolle dabei, das Ministerium in Richtung HSA zu drängen. „Mesh-Netzwerke machen unsere Kommunikationsstrategie widerstandsfähiger, da der Ausfall eines einzelnen Satelliten kein Single Point of Failure ist. Aber es vergrößert die Cyber-Angriffsfläche des Internets als Ganzes, daher müssen wir sicherstellen, dass wir alle branchenüblichen Goldstandard-Sicherheitsfunktionen nutzen“, schlug Shimmin vor.

Es wird auch erwartet, dass das HSA selbstheilend ist. „Überlastungsmanagement ist von Natur aus notwendig, um Teil der Routing-Protokolle zu sein“, so Shimmin, aber die Fähigkeiten des Transmission Control Protocol (TCP) und des Transmission Control Protocol Internet Protocol (TCP IP) hätten dieses Problem weitgehend gelöst, fügte er hinzu.

Die Defence Innovation Unit implementiert außerdem eine variable Vertrauensstrategie mit einem zweiteiligen Vertrauenswert für jeden Spieler im Netzwerk, jeden Satelliten und jede Bodenstation. Den ersten Teil, einen statischen Vertrauensscore, vergleicht Shimmin mit einem Kreditscore, „der auf bekannten Faktoren basiert, wie der von Ihnen verwendeten Hardware, der Firmware-Sicherheit, dem bekannten ausländischen Eigentum und Einfluss jedes Netzwerks, jedes Unternehmens“.

Das Verteidigungsministerium kann Unternehmen Feedback zu den verschiedenen Möglichkeiten geben, wie sie ihre Ergebnisse verbessern können. Beamte könnten einem Unternehmen beispielsweise empfehlen, Hardware aus einer vorab genehmigten Liste zu verwenden.

Der zweite Teil ist der dynamische Vertrauenswert, der den im terrestrischen Internet verwendeten Strategien ähnelt und die Überwachung des Verhaltens jedes Netzwerkknotens umfasst. „Wenn es ein bekannter Akteur im Netzwerk ist, der jeden Tag eine bestimmte Datenmenge weiterleitet, typischerweise von diesen Adressen an diese Adressen, und dieses Verhalten über die Zeit hinweg konstant bleibt, kann er einen ziemlich guten dynamischen Vertrauenswert aufbauen“, erklärte Shimmin. „Aber wenn es plötzlich anfängt, viel mehr Daten abzurufen und an Adressen zu senden, mit denen es in der Vergangenheit noch nie kommuniziert hat, könnte das ein Hinweis darauf sein, dass im Netzwerk etwas kaputt, beschädigt oder kompromittiert ist. In dieser Hinsicht kann es zu einer Selbstheilung kommen, da böswillige oder beschädigte Spieler isoliert werden können.“

Die dauerhafte Herausforderung wird jedoch darin bestehen, „mindestens Dutzende“ veraltete Militärsysteme, wie etwa das Satellitendatensystem, in neue Kommunikationsarchitekturen zu integrieren. „Es muss zwangsläufig ein Stück-für-Stück-Ansatz sein. Das alles ist ein wenig politisch, aber auch ein wenig technisch, es geht nur darum, alle diese Systeme miteinander zu kommunizieren“, bemerkte Shimmin. „Aber die technische Seite ist eigentlich ziemlich einfach. Sobald dies eingerichtet ist, müssen nur noch verschiedene Anwendungsfälle ermittelt werden, wie Missionssätze beispielsweise in der Lage sein müssen, ihre Satelliten auszurichten, und welche Frequenzbänder sie verwenden, um auf die Knoten zuzugreifen, die dies tun sollen verfügbar sein."

Es ist also eine Herausforderung ohne eine einzige Lösung. „Einige der Missionssätze zur schnellen Wiederauffüllung werden in der Lage sein, neue Satelliten mit neuen [Fähigkeiten] wie optischen Kommunikationsverbindungen auszusenden, aber einige der älteren, ausgefeilteren Satelliten benötigen möglicherweise ein Gateway – zum Beispiel den Übersetzersatelliten, der eines sein könnte lediglich eine gehostete Nutzlast innerhalb der Transportschicht des [Satellitendatensystems].

Die Verantwortlichen des HSA-Programms arbeiten auch mit Forschern der Defense Advanced Research Projects Agency zusammen, die das Space-Based Adaptive Communications Node (Space-BACN)-Programm entwickeln, das darauf abzielt, die Funktionsweise weltraumgestützter Kommunikation durch die Entwicklung kostengünstiger, rekonfigurierbarer Hochgeschwindigkeitsgeräte zu revolutionieren Optische Datenverbindungen zur Verbindung verschiedener Konstellationen in der erdnahen Umlaufbahn. Die Technologie sollte für die HSA relativ einfach zu übernehmen sein, gab Shimmin an.