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从星链到星盾

——也谈SpaceX的神秘军事合约

由低轨道卫星所组成的星链(Starlink)网路系统,在俄乌战争中大放异采,让世人第一次发现,这种太空通讯技术的重要性。美国国防部也积极研究星链在军事领域的用途,并与研发星链的SpaceX公司签订多个军事合约。而近期更传出负责管理卫星的美国国家侦察局(NRO),早在2021年就与SpaceX合作,提供一个高达18亿美元的计划,让SpaceX在星链的技术基础上,建立一个专供军事使用的新系统。一般认为SpaceX在2022年所成立的星盾(Starshield)部门,就是这个计划的成果,专门用来承揽政府的军事合约。刚刚成立的美国太空军,已率先在2023年与SpaceX签订7000万美元的合约,采用星盾的服务。不过到目前为止,星盾到底提供什么样的服务,仍极为神秘,外界所知不多。本文将就目前已有的少数资料,尝试进行推测。

星盾藏在星链里,很难被发现

星链是由一群低轨道通讯卫星所组成,可以提供无线网路服务,由于讯号是直接传到星链卫星上,因此能打破地理与国界的限制。SpaceX至今已发射了数千枚的星链卫星,未来的第二代星链卫星,发射数量预计将高达数万颗,让覆盖的地区更广,讯号更稳定。而从SpaceX的说明来看,星盾虽然脱胎自星链,但除了提供通讯服务(Communications)外,还有地球遥测(Earth observation)与客制化的酬载能力(Hosted payloads)。这也代表整个星盾系统,将不只有低轨道的通讯卫星,还会包括遥测卫星,与拥有各种不同酬载空间的模组化卫星。就公开资料显示,SpaceX已受美国政府的不明单位委托,过行过多次不公开发射任务,部署多枚星盾卫星进入太空轨道中,有可能正在测试或已局部运作,并藏在星链的大批卫星群中,让人很难侦测追踪。

在通讯服务方面,星盾与新一代的星链卫星一样,采用了更先进的太空雷射通讯技术(Laser Communication in Space,LCS)。最早期的星链卫星采用的是传统无线电波,与地面上的用户端连结,或传递讯号给附近的星链卫星,但两颗高速移动的卫星,使用无线电波通讯的效果不佳。于是从1.5代的星链卫星开始,就安装了雷射通讯系统,主要用于星链卫星之间的通讯(Inter-satellite links)。当某一颗星链卫星飞越没有地面接收站的海洋或偏远地带,又要为船只或偏远地区用户提供网路服务时,这一颗星链卫星,就会将讯号传到另一颗卫星,以接力传递到地面接收站。SpaceX曾透露,使用雷射的星链卫星之间,可以建立100Gbps的高速连结。不难想见,星盾肯定会更进一步采用这种雷射通讯技术,因为具备了更快速、更安全、也更便宜的优点。

雷射通讯系统的频宽更高,可能会成为未来太空通讯的标准,更重要的是雷射具备指向性,不会像无线电波一样四处发散。这代表雷射通讯较不易被截听,保密性更佳,也较不易被干扰,这对于军事用途来说极为重要。未来除了使用雷射通讯技术在星盾卫星之间传递讯号,更有可能直接连结地面用户端,形成从地面用户到星盾卫星、星盾卫星到地面接收站,都全部使用雷射通讯的目标,让星盾的通讯能力更上一层楼。不过雷射通讯系统易受到云雾、气候影响,甚至地面用户端快速移动时,雷射光束也不容易锁定通讯目标,都是有待克服的问题。但整体来说,星盾系统的通讯功能,远比传统的无线电系统要便捷安全许多。美军的许多单位目前已在使用星链的服务,未来重要的指挥所或高度机密性单位,进一步升级为星盾,应是指日可待。

可覆盖范围远胜传统的高轨道间谍卫星

在地球遥测方面,说穿了就是提供间谍卫星服务。过去的高轨道间谍卫星,优点是一次可以拍摄的面积非常广大,但缺点是这种传统间谍卫星也极为昂贵,无法大量部署。这导致了二个严重的问题,一是间谍卫星的数量有限,要等到飞越目标上空时,才能取得最新的影像,等待时间较长,在瞬息万变的战场上,有时缓不济急。二是间谍卫星的轨道通常是固定的,改变轨道的作业既耗时又充满各种风险,这也代表间谍卫星难以覆盖全球,即使是拥有最多间谍卫星的美国,也只能集中部署,让间谍卫星的轨道能尽量通过最多的冲突热点,以取得最大的使用效益。一旦在预想之外的地点出现状况,需要取得卫星影像时,就会出现间谍卫星不足,难以覆盖的问题。但星盾的低轨道卫星群,若能做为间谍卫星,从太空中拍摄影像,将能解决这些缺点。

原因在于低轨道的间谍卫星,虽然有拍摄范围较小的缺点,但价格便宜,能大量部署。以之前星链的发射情况来推测,未来星盾的数量可能高达数千颗,那保守估计,其中专门用于拍摄地面影像的星盾间谍卫星,最少也会有上千颗。由于数量极为庞大,即使单一颗星盾间谍卫星的拍摄范围较小,但整体来说,可覆盖的范围还是远远胜过传统的高轨道间谍卫星。同时,运行在同一个轨道上的星盾间谍卫星,可能会有数十颗,能接续通过目标上空,这代表可以不断取得最新的影像画面,更新频率将从过去的数十小时或数小时,进步到只要数十分钟,甚至是数分钟,让敌方无所遁形。传统上躲避间谍卫星侦测的方式,除了伪装外,就是算好间谍卫星通过的时间,利用中间的空档活动,但这种反制手段,在大批星盾间谍卫星覆盖下,是完全没用的。

至于客制化的酬载服务,应该是可以利用模组化的设计,将用户指定的装备安装在星盾卫星上,再送入太空轨道。这可能包括早期预警系统,能监控弹道飞弹或高超音速飞弹的发射,并直接从太空中追踪弹道,即时传送资料,供地面上的反飞弹系统进行拦截。毕竟星盾计划一开始时,最早挹注研发经费的就是美国国防部所属的太空发展局(SDA),委托SpaceX研发追踪高超音速飞弹的技术。由于要建构一个能监控全球的早期预警系统,需要很多卫星,星盾无疑是首选。此外如红外线成像系统或合成孔径雷达成像系统,能在天候不佳、云层很厚时,提供地面影像,也是很多国家需要的太空侦测工具。而军用的气象与导航系统,干扰设备,甚至是未来的雷射与微波武器,都可能成为星盾的酬载物,让星盾可以执行各种不同任务,更有使用弹性。

台湾必须大力扶植低轨道卫星产业

综合来说,低轨道卫星在某些领域的优势显而易见,而SpaceX所开发的新型火箭载具,发射后能重复回收使用,让部署的成本大幅下降,更让低轨道卫星的发展如虎添翼。许多国家或大型企业也早已投入这个领域,参与竞争,不过到目前为止,仍由SpaceX处于领先地位。SpaceX以商用的星链为基础,发展出军用的星盾,优点是双方共用许多关键技术,不必再重新研发,能够立刻使用。同时两者在一定程度上能够互相支援,如此庞大的低轨道卫星群,将让敌方难以干扰或摧毁。而且民间公司的效率,通常远胜政府机构,能节省大笔经费。这也是为什么俄罗斯被发现在乌克兰战场上偷偷使用星链,却又对外扬言,星链已被用于军事用途,是合法攻击目标。说明了星链本身的广大用途与战略价值,在晋升为星盾后,将对敌手产生巨大威胁。

但星盾也不是毫无缺点,毕竟星链是一个商业网路服务,以利润为优先,商规的设计无法与军规相比,星盾建立在星链之上,等于继承了这种先天性问题。再者商业公司能否百分之百,配合军事任务,也被不少人质疑,特别是SpaceX的创办人兼执行长马斯克(Elon Musk),在中国有许多投资,除了多次公开发表亲中言论,也主张乌克兰不可能赢得战争,应该放弃抵抗,尽速与俄罗斯和谈,而引发许多批评。许多人担心在美中冲突越演越烈之际,美军大量采用SpaceX所提供的服务,未来如果美国与中国在西太平洋兵戎相见,马斯克旗下的企业是否会履行军需契约?美国众议院中国委员会主席盖拉格(Mike Gallagher),在访问台湾时就发现,由于星链并未在台湾开通服务,在台湾与周边地区的美军人员无法使用,而发函要求SpaceX说明。

台湾在俄乌战争爆发后,已发现太空网路通讯的重要性,也积极寻求建置类似的系统,以备不时之需,但马斯克的亲中态度令人感到忧虑,不可不防。所以数位发展部选择双管齐下,一方面引进国际上较为成熟的太空网路服务业者,如英国投资的Eutelsat OneWeb低轨道卫星网路系统,与总部设在卢森堡的SES中轨道卫星网路系统,两者都将在今年开始运作。其中OneWeb已投入此次花莲震灾的救援行动中,而SES系统也将支援太平岛的网路通讯。另一方面,台湾政府也鼓励本土厂商投资太空产业,加入低轨道卫星供应链,并计划在2026年发射自己的第一颗低轨道通讯卫星,于次年再发射二颗,全力建构自己的低轨道通讯卫星系统。这种采取低轨道、中轨道、自行发展的多重模式,以分散投资风险,是较为稳健的策略,值得继续推动。

不过,借鉴于SpaceX在星链之上,再发展星盾的方式,台湾在推动低轨道卫星产业时,也应该一并考虑军事方面的需求,除了最基础的战时通讯,更可以尝试发展侦照、导航、无人载具专用通讯线路等功能,以补强台湾最弱的领域。毕竟台湾过去一直难以取得间谍卫星,只能靠分租他国遥测卫星,或采购商用卫星影像的方式来取得卫星画面,在许多地方受到限制。即使现在有了福卫5号,但因为只有这一颗,时效性也不佳,而且中国早已拥有反卫星武器,在战时很可能被攻击。同时台湾也缺少自主的通讯卫星,使无人载具发展受到很大的限制,台湾在推动低轨道卫星产业时,应该策略性地协助国内厂商,发展国军所急需的关键技术。低轨道卫星产业已是明日之星,未来的发展与前景可期,非常值得政府大力扶植,达成军民双赢的目标。

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