ミニットマン・ミサイルの通信システム
(computer.rip)- 米国のMinuteman III運用は、地下のLaunch Control Centerにいる2人の乗員が10基のLaunch Facilityを遠隔監視・統制する構造であるため、命令受信とミサイル制御の両方が電子通信に大きく依存している
- 外部命令はHFGCS、SLFCS、UHF/SHF衛星・航空機リンク、SACCS/SACDINのような戦略指揮統制網を経由して伝達され、無線リンクは主にバックアップまたは補助経路として使われた
- 内部通信の中核であるHICSは、埋設された多対加圧電話ケーブル網でデジタルC2トラフィックと音声回線を同時に運んだが、1.3Kbpsという速度は近代化後も大きな制約として残った
- HICSはLCC周辺リング、Launch Facility支線、flight・squadron間接続を組み合わせて冗長性を確保したが、LCC側には複数経路を設ける一方、個別のLFにはほとんど冗長性を持たせない脅威モデルに従っていた
- 目標再設定は現場でのテープ作業からCDB・REACTベースの遠隔方式へと発展したが、squadron全体の再設定にはCDBで20時間以上、REACTでも10時間を要し、Sentinelは新しい光ファイバーケーブルでHICSを置き換える計画である
Minutemanの運用構造と通信依存性
- 米国のICBM戦力は現在、中西部に配備された400基のMinuteman IIIで構成されている
- 90th Missile Wing: Wyoming、Nebraska、Coloradoに150基
- 91st Missile Wing: North Dakotaに150基
- 341st Missile Wing: Montanaに100基
- 歴史的には稼働中のMinutemanミサイルは最大1,000基に達し、TitanやAtlasのようなプログラムは退役した
- Minutemanは従来のICBMプログラムと異なり、独立したLaunch Facilityを広く分散配置し、10基のLFを1つのflightとしてまとめ、単一のMissile Alert Facilityから遠隔監視・運用する
- 4〜5個のflightがsquadronを構成し、約4個のsquadronでwingを構成する
- 各Missile Alert Facilityには地下カプセル型のLaunch Control Centerがあり、Missile Combat Crew CommanderとDeputy Missile Combat Crew Commanderが24時間勤務する
- LCCはミサイルの監視、設定、発射に必要な装備を備えた独立システムである
- 地上建物には保安統制所と警備部隊宿舎があるが、地下LCCの運用にはほとんど直接権限を持たない
- ミサイル乗員の日常業務には、遠隔試験、装備・警報監視、保安システム管理、保守作業監督が含まれる
- 最も重要な任務はEmergency War Orderの処理である
- EWOはコードと秘密値で認証される
- 2本のキーが挿入され、遠隔命令でミサイルが起動する
- 目標情報がミサイルに送信され、発射コード送信後の残りはミサイル自身が自動実行する
乗員と2人統制原則
- Minuteman LCCはもともと3人乗員体制だったが、数十年にわたり2人乗員で運用されてきた
- MCCCとDMCCCはいずれも発射開始に必要であり、1人で単独作業できないようにするtwo-person conceptに従う
- この原則の目的は、安全性向上、ミスの削減、無断発射リスクの緩和である
- MCCC席はLaunch Facilityの監視・統制に重点を置いたコンソールを使用する
- DMCCC席は通信装置中心のコンソールを使用する
- 椅子はレール上を移動し、装置ラックやテレプリンターにアクセスできる
- DMCCCは通信およびコンピューターシステムの技術的詳細について相当な訓練を受ける
- LCC外の通信問題は空軍基地への支援要請で処理され、通信技術者とケーブル接続作業員が関連装備と外部ケーブルを扱った
- Minutemanプログラムは、長距離通信装置を空軍が広範に自前で構築した点で特異であり、AT&Tの役割は限定的だった
外部通信: 戦時命令の受信経路
- Minuteman通信は大きく外部通信と内部通信に分かれる
- 外部通信は、MCCが核兵器使用を承認するEWOを含む命令を受信するために使われる
- 内部通信は、ミサイルfield内でLCCがLFと通信するために使われる
- Survivable Low Frequency Communications System、SLFCSは、Navyの潜水艦向け低周波通信装置に基づくシステムである
- 14kHz〜60kHzで動作する
- 核爆発はHF電波を大きく妨害するが、LF通信は核戦環境で比較的影響を受けにくいと期待された
- 一部のMinuteman MAFには、直径約6フィートの埋設磁気ループアンテナがあった
- すべてのMAFにはHFアンテナがあったが、1980年代に退役した
- HF受信アンテナはHFGCSを通じてEWOを受け取る上で重要だった
- hardened HF受信アンテナは160フィートのモノポール6本で構成され、平時には1本を使用し、残り5本は深さ約30フィートのサイロに折りたたんで保管し、小型爆発装置で展開できた
- HF送信アンテナは攻撃状況での重要性が低いため、予備のhardenedアンテナは1本のみで、別のサイロに120フィートのアンテナが保管された
- 1970年代のアップグレードで、MAF近くには小型のUHFアンテナが設置された
- 白い金属製コーンの形で地上に一部露出し、鋳鋼製blast deflectorとfiberglass coneの中にアンテナがある
- 衛星システムまたはE-6航空機から戦時命令を受信できる
- E-6はLooking Glass空中指揮所またはTACAMO中継の役割を果たせる
- UHF通信は基本的に見通し線通信であるため、軍通信衛星がASAT戦闘などで無力化された状況では、E-6または同種航空機がmissile field上空を通過し、各LCCにEWOを直接伝達できる
- 現在運用中のMinuteman LFにも同様のUHFアンテナがある
- Looking GlassおよびTACAMO航空機には、Airborne Launch Control Centerの役割を担う空軍missileerが搭乗する
- LCCの大半が失われた場合、ALCCは通常乗員や内部通信インフラなしにLFへ直接発射指示を出せる
- 1990年代初頭、active MAFにはSHF小型衛星端末が設置された
- 地上建物近くの柱上にある小さな白いradome内に収められている
- SHFはWideband Global SATCOMのような現代の軍用衛星システムで広く使われている
SACCS、SACDIN、CDBとLCC装備
- 外部無線システムは実際にはバックアップまたは補助手段であり、戦略指揮統制の主手段は古くからデジタルコンピューターネットワークだった
- 初期のMinuteman施設は、専用電話回線で命令を受けるテレプリンターしか備えていなかったが、1960年代後半にStrategic Automated Command and Control Systemが導入された
- SACCSはその後、Strategic Air Command Digital NetworkであるSACDINに置き換えられた
- DMCCC右側ラックの小型コンピューターが専用電話回線を通じてSAC本部と双方向メッセージングを行った
- Peacekeeper LCCと1970〜1990年代のMinuteman LCCでは、このコンピューターはCommand Data Bufferと呼ばれた
- CDBはSACCS/SACDINと内部通信網の両方に接続されていた
- 目標情報をミサイルへ正確に伝達するための装置だった
- 1990年代には、同様の目的を持つREACTシステムが設置された
- Quebec-01 LCCには、SACDINとAFSAT UHF衛星受信機の間を切り替えるテレプリンターがあった
- CDBアップグレード後もテレプリンターが残った理由は明確ではなく、冗長性目的の可能性がある
- 各LCCにはPSTNへ直接接続されるダイヤル電話回線が2本あり、主に定期保守の問題について空軍基地の支援要員へ連絡するために使われた
HICS: 内部デジタル通信の中核
- 内部通信の中心は Hardened Intersite Cable System、HICSである
- HICSは Minuteman 施設の間に溝を掘って埋設した多対加圧電話ケーブルで構成される
- デジタルC2トラフィックを伝送する
- 同じケーブルが複数の音声回線もあわせて伝送する
- 当初設置されたHICSの速度は 1.3Kbps だった
- 実際のエンコーディング詳細は見つけにくいが、当時のほかの初期電話データリンクで使われたAFSK方式に近かったと推定される
- 空軍ジャーナルのアップグレード検討資料を見ると、現代の Minuteman III field もHICS上で1.3Kbps通信を行っているように見える
- HICSのデジタルトポロジーは冗長性と信頼性を目標としていたが、現代的なコンピュータネットワークの概念が定着する前のさまざまなアイデアが混在している
- 全体の collision domain の規模ははっきりしない
- flight 全体が単一の共有バスだった可能性が高い
- squadron 全体が単一の共有バスだった可能性もある
- この場合、数十マイルにわたり複数の branch を持つ電気的に扱いの難しいバスとなり、HICSの高速化が繰り返し実現不可能と判断された理由になりうる
HICSケーブルリングと冗長設計
- minutemanmissile.com の Warren AFB/90th Missile Wing HICS 地図は、LCCとケーブル接続構造を示している
- 各LCCはHICSケーブル 4つのloop に接続される
- わかりやすく言えば、LCCの周囲にHICSケーブルの ring があり、LCCは約90度間隔で離れた4本の leg でこの ring に接続される
- ring の1か所が切断されたり、LCCの leg が2本以上切断されたりしても、動作経路が残る可能性がある
- LCCは核攻撃の明白な目標であるため、ケーブル冗長性が大きく与えられている
- LCC接続ケーブルには4重の冗長性がある
- 個別のLFへ向かうケーブルには冗長性がほとんどない
- 精密攻撃でLF 1基が破壊されれば通常はそのLFだけを失うが、LCCが破壊されると10基のLFが同時に影響を受けうるという脅威モデルを反映している
- 各LFは ring に単一の leg で接続される
- 一部では複数のLFが同じ leg 上に置かれている
- こうした長い区間は、2つのLCC ring を相互接続する経路でもある
- 一般に各LCC ring は隣接する2つの ring に接続される
- 場合によっては1つの隣接 ring に対して2本の冗長接続を持つこともある
- 現地と地図から見ると、inter-flight 接続は能動機器なしで splice case だけを必要とした可能性がある
- デジタルメッセージは packet 化され、ネットワーク上に flood fill 方式で分散されたように見える
- 各アクティブノードは受信したメッセージを再送する
- フロー制御と cycle 回避は非常に原始的で、あるノードがメッセージを送った後、相手ノードが再送を終えるだけの時間そのケーブルを lock out する方式が使われた
中継器、試験パネル、321stの例外
- Quebec-01 の機器を見ると、HICSには相当数の 能動中継器 があったと推定される
- LCC内部ラックには、5本のケーブルに対する加圧警報と fault isolation panel があった
- LCC ring に向かう4本の leg 以外の5本目のケーブルは、ローカル電話交換局への接続である可能性がある
- ケーブル喪失が疑われる場合、DMCCCはパネルで問題箇所を特定できた
- 動作原理は明確ではないが、中継器の loopback test 機能を使っていた可能性がある
- 機器室側には、HICSケーブル終端部、中継機器ラック、ケーブル加圧用の air dryer と flow gauge がある
- North Dakota の 321st Missile Wing は、90th・91stより遅れて別の請負業者である Sylvania が建設したため、例外がある
- 機器の多くは同じだったが、Sylvania は独自のアイデアを一部盛り込んだ
- 321st にはHICSの radio redundancy があった
- 単純化されたHICSトポロジーを補うため、LCCとLFそれぞれに大型の埋設アンテナが設置された
- 321st の冗長無線システムは当時 Deuce と呼ばれていたようだ
- 交差 dipole 格子形状の中波 ground-wave 通信網だった
- HICSと同じデジタルメッセージを伝送していたように見える
- DMCCCはメッセージをケーブルまたは無線のどちらで送るか選択できた
HICS音声回線と現場警備
- DMCCC通信コンソールには、ラジオ、LF回線、ダイヤル電話線、field 内部回線に対応するボタンが多数ある
- LF Lines は10基のLFそれぞれに対応する
- LCCが site 1 なので、LFには2〜11番の番号が付く
- 2本のダイヤル電話線は各 site に提供された一般電話線で、コンソールには電話番号まで記されている
- SCCボタンは、地下LCCの真上にある地上建物の security command center と通信する回線である可能性が高い
- LCC Ring 選択は、LCCから伸びる4つのHICSケーブル ring に対応するものと見られる
- その pair にどのような機器があったのかははっきりしない
- splice box や site jack でケーブル保守作業員が使う order wire だった可能性がある
- EWOボタンは Air Force Base とLCCを結ぶ party line に相当する
- EWO伝達の冗長経路として使え、ミサイル field 全体の一般通信にも使われうる
- 1本はAT&Tインフラ経由、もう1本はHICS経由でルーティングされる
- HICS音声回線は Minuteman の厳格な警備態勢で重要だった
- 無人のLFには侵入警報があり、初期には Titan 系列と似た bistatic radar が使われ、後にはDSPベースの monostatic radar である IMPSS が使われた
- 人員または大きなウサギがLFに接近しても警報が発生しえた
- 侵入者がHICS音声回線でLCCに認証しなければ、警備部隊が出動した
- 安全なLFへの進入手順には30分以上かかることがあり、複数の警報が発生するたびにLCCと何度も通話しなければならなかった
HICS外部ケーブル工事と現地の痕跡
- HICSケーブルは vibratory plow で直接埋設するのではなく、開放溝 に敷設してから埋め戻す方式で施工された
- splice は大きな穴の中で scotch-lok コネクタと鋳鉄製 splice casing により処理された
- 時間の経過とともに、多くの splice casing が早期腐食のため交換された
- 複数の材料を試した後、brass に落ち着いた
- 恒久対策として cathodic protection system が設置された
- splice 用の穴は航空写真で痕跡が見えることもあるが、manhole は設置されていなかったようだ
- 修理時には RoW marker 付近を掘削する必要がある
- manhole がないことは、ケーブル経路の途中に能動機器がない可能性を示唆するが、確実ではない
- 空軍の RoW marker は当時のAT&Tスタイルに似ている
- 高さ約6フィートの丸い木柱と上部の金属 band を使う
- AT&Tと異なり、空軍は白い band を使用し、通常は2本ある
- 道路を横断する地点では、空軍が道路脇のフェンスに頑丈な金属柱付きの gate を設置していることが多い
- ときにはこの gate が、航空写真でケーブル経路を見つける最もわかりやすい証拠になる
- 90th Missile Wing ケーブル経路追跡資料は KMLファイル で提供されている
Flightを越える通信と発射安全装置
- HICSは主にLCCが自分の flight の10基のミサイルと通信するために使われたが、squadron 全体と wing 全体も相互接続されていた
- 各 squadron には特定のLCCが Squadron Command Post として指定される
- SCPは squadron 内の全ミサイルに発射命令を送ることができる
- squadron のほかのLCCが出した発射命令を取り消すこともできる
- 破壊または compromised されたLCCに対する保護策を提供する
- 時間の経過とともに、Minuteman のセキュリティは vote to launch システムによってさらに強化された
- Minuteman ミサイルは少なくとも2つのLCCが発射命令を送らなければ発射できない
- 合計4人が必要となる
- 一部の Minuteman field と現在のすべての field では、Wing command post がSCPと似た役割を wing 全体に対して果たす
- wing 全体の missile inventory を1か所から監視し、必要に応じて統制できる
警報報告とVRSA
- HICSの主要機能の一つは、無人LFの警報報告だった
- ミサイル本体に関連する一部の警報は、missile guidance computerがHICSデジタル網へ送信した
- DMCCCの机の下にあるテレプリンターに、警報、命令受信確認、その他のroutine trafficが出力された
- 別個の警報システムとしてVoice Reporting Status Assembly、VRSAがあった
- HICSケーブル内の専用pairを使用していたようだ
- AT&Tで使われ始めた単純なalarm reporting telephoneに似ている
- DMCCCはLFを選択してボタンを押し、toneを送ることができた
- LFの装置が状態警報を音声録音で読み上げて返した
- 当時は磁気テープ装置が関係していた可能性が高いが、LF側のVRSA情報は多くない
- VRSAコンソールのtoggle switchは、LFのalarm deviceをresetして、もはやactiveではない記録警報を消去できた
- VRSAはもともと、Minuteman施設のsafe/arm toneパネルを改造したアップグレードだったようだ
- 既存のパネルは、発射手順中にLFへsafe/arm toneを送るために使われていた
- LFがtoneに応答してfaultを報告するようにした発展は、自然な拡張だった
標的再設定：テープからCDBとREACTへ
- 初期のMinuteman標的データは、LF現地の装置でテープから読み込まれていた
- 標的再設定には、保守crewが現地へ移動してアクセスし、新しいtarget tapeをLF装置に通してguidance computerへ送信した後、inertial reference platformの再較正を完了する必要があった
- 全工程には約12時間かかり、squadron全体の再設定には数週間を要した
- 固定標的は、敵がソ連であり攻撃が全面戦争であるという想定では実用的だった
- Minuteman運用の70年間で地政学・軍事環境は変化し、核保有の敵対国は増え、軍事資産はより移動式になった
- 最大の標的上の問題は、ソ連によるRT-21のようなroad-mobile ICBMの開発だった
- 航空・衛星監視はTEL位置追跡に有効であり得たが、Minutemanはその情報に合わせて素早く再標的化できなかった
- 対応として、Minuteman IIプログラムなどを通じてrapid retargetingの改善が導入された
- 1970年代には各LCCにCDBが設置された
- SACから標的パラメータを受け取り、LFへ送信できた
- 理論上は発射直前の再標的化が可能だったが、実際には「直前」と呼ぶのは難しかった
- HICSは1.3Kbpsで、しかもflood構造のため、ネットワーク全体のcollision domainが実質的に合計1.3Kbpsの容量を共有していた
- heavy use時には、point-to-pointで使える容量ははるかに減少した
- HICSメッセージに暗号学的認証と後年の暗号化が追加され、overheadはさらに増えた
- CDBでMinuteman squadron全体を再標的化するには20時間以上を要した
- 単一ミサイルの再標的化にも30分かかることがあった
- CDBはリアルタイムメッセージング能力の面では大きな進歩だったが、再標的化能力は深刻に制限されていた
- 1990年代には、activeなMinuteman siteがRapid Execution and Combat Targeting System、REACTへアップグレードされた
- REACTは再標的化だけでなく、LCC制御体系を大きく変える新システムだった
- MCCCとDMCCCがチューブの両端に座るのではなく並んで座り、制御機能の大半がコンピュータディスプレイへ集約された
- squadron全体の再標的化時間は10時間へ短縮された
- 単一ミサイルは数分以内に再標的化でき、限定攻撃シナリオでは発射直前の再標的化が可能になった
HICSの将来とSentinel
- Sentinelプログラムは予算超過と日程遅延を抱えているが、Minutemanミサイルを置き換える予定である
- Sentinelは、既存のMinuteman siloに新しいミサイルとcontrol systemを設置するin-place upgradeになる可能性が高い
- HICSは数十年前から現代的な期待を満たしていないことが明らかであり、Sentinelには完全な置き換えが含まれる
- 検討された代替案には、HICSケーブル上のDSLとradioがあった
- 現在の計画は、launch field全域に新しい光ファイバーケーブルを溝に埋設することだ
- 光ファイバーは電話ケーブルより容量と信頼性で利点がある
- Sentinelプログラムの寿命のあいだ、容易に継続運用できるはずだ
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
今週たまたま South Dakota Minuteman発射統制施設 を見学したが、本当に興味深かった
ツアーを担当したパークレンジャーが、数十年前にその施設で勤務していた退役軍人で、話がとてもすばらしかった
数か月前にチケットを予約する必要があるが、Badlands や Mt. Rushmore などを見に近くへ行くなら十分その価値がある
[1] U.S. National Park Service運営: https://www.nps.gov/mimi/
ここも十分に行く価値がある
https://www.nps.gov/places/titanmissilemuseum.htm
1〜2年前に行ったが、地下施設がどう動いていたのか、どれほど小さかったのか、そしてどれほど人里離れた場所に何気なく隠れていたのかに衝撃を受けた
歴史に関心があるなら、こうした場所は本当に訪れる価値がある
DSL over HICSケーブルや無線のような複数の選択肢を検討したが、現在の計画は発射区域全体に 新しい光ファイバーケーブル を敷設することらしい
面白みは減るかもしれないが、光ファイバーは電話線より容量と信頼性で有利で、Sentinelプログラムの寿命のあいだ使い続けられそうだ
ただ、落雷と電磁パルス抑制の話がないのが少し意外だった
電磁パルス効果の専門家ではないが、地下に数マイルのケーブルループがあると、変化する磁場の中で大きな誘導電流が生じそうに見える
非導電性の光ファイバー はこうした効果に完全に耐性があり、銅より安価でもある
屋外設備の基準では、電磁パルスの影響の多くも落雷保護で対応できる
ケーブルが施設に入る地点には当然避雷器があるだろうし、施設自体も halo接地で建設されている可能性が高い
バンカー設計には、コンクリートを囲む鋼製ライナーなどの 電磁パルス遮蔽 も組み込まれている
http://www.airtalk.com/z_ref-4_1.html
私のように、なぜケーブルに圧力をかけるのか知らなかった人には役立つ
通常は窒素を使うが、LCCではタンク補給が難しかったはずなので[0]、写真を見る限り乾燥空気を使っていたようだ
以前ドイツで勤務していた空軍基地は、フランスがNATOから部分的に離脱する前[1]に建設されたものだったが、基地内の埋設ケーブルの1本が故障したことがある
圧力はかかっていたが、外皮の穴が大きすぎて、窒素で防げる以上の水が入ってしまったようで、屋外設備担当の空軍兵たちが TDR[2] で故障箇所を特定し、掘り起こして修理しなければならなかった
驚いたことに、そのケーブルはプラスチックが配線に広く使われる前の製品で、紙絶縁[3] だった。しかもフランスが1940年代後半に基地を建てたとき、鹵獲したナチスの戦争余剰ケーブルを使っていたため、ハーケンクロイツが印刷されていた
[0] 大きく重い鋼鉄シリンダーを入口と防爆扉を通して下ろし、LCC乗員に正当な物資だと安全保障上納得させるのは難しかったはずだ
さらに空になったシリンダーを同じ経路で再び搬出しなければならない
安全保障上の理由と、攻撃後には地上の建物が残っていない可能性があるという理由から、シリンダーを地上に保管することもできない
[1] https://shape.nato.int/page214871012
[2] 時間領域反射計(Time-domain reflectometer)。配線用レーダーのような装置だ
https://en.wikipedia.org/wiki/Time-domain_reflectometer
[3] 水が穴の両側にかなり遠くまで紙を濡らしていたため、単に接続箱を入れるのではなく、かなり長いケーブル区間を交換する必要があり、たくさん掘ってたくさん悪態をつくことになった
興味深い記事だった
ミサイルのような 兵器システム が指揮統制システムとどう通信するのか、ずっと気になっていた
とくに冷戦時代のシステムでデータリンクがどう機能していたのかについては情報があまり多くないので、この記事は読む価値があった
https://isititar.com/
まだ見ていないなら、HN受けしそうな映画 WarGames は、MCCCとDMCCCのあいだの発射命令シーンで始まり、ここでの説明とも大きく食い違っていない
映画の残りもかなり良い
「Turn your key, sir!」
衛星を欺くために建物を家のように見せるのは想像できるが、家具付きの居間は少しやりすぎに思えた
こうした基地はフェンスで囲まれた軍事区域だったはずだと思う
父はこの分野の プロジェクトマネージャー だった
私が8歳だった1992年に退職したので、正確に何をしていたのかは分からないが、これが父の世界だった
この分野についてもっと知っている人はいるだろうか？ ときどき父のキャリアパスをたどり直してみようかと思うことがあった
父は5年ほど前に亡くなった
防衛関連企業は文字どおり常に採用していて、求人票の大半を見るだけでもどんな仕事をするのかかなり分かるので、入社前にある程度選べる
もちろん長期的には別の場所へ回されることもあるが、たいてい勤務地は選べるし、それが担当業務を決める
1985年にBoeingを退職し、20年近く前に亡くなった
とても良い記事だったし、写真には 位置情報 がすべて入っている
Google Earthでそのまま開けて、WyomingのArmageddon現場へ連れて行ってくれる
だいたい Nowhere の Bumfark から南に80マイルほどの場所に見える
Minuteman II のコンピュータである Autonetics D-37B/C を調べているので、同じものを見ている人がいるかもしれないと思ってメモを残しておく
比較的現代的な Minuteman発射手順 を示す動画: https://www.youtube.com/watch?v=HWZXinRwCaE
記事内の Minuteman missile のWebサイトリンク[0]のおかげで、土曜の午後に数時間を費やしてしまった
なかなか良い資料だった
[0]https://minutemanmissile.com