紀永添專欄:從星鏈到星盾──也談SpaceX的神秘軍事合約

紀永添 2024年05月05日 07:00:00
剛剛成立的美國太空軍,已率先在2023年與SpaceX簽訂7000萬美元的合約,採用星盾的服務。(圖片取自美國國防部)

剛剛成立的美國太空軍,已率先在2023年與SpaceX簽訂7000萬美元的合約,採用星盾的服務。(圖片取自美國國防部)

由低軌道衛星所組成的星鏈(Starlink)網路系統,在俄烏戰爭中大放異采,讓世人第一次發現,這種太空通訊技術的重要性。美國國防部也積極研究星鏈在軍事領域的用途,並與研發星鏈的SpaceX公司簽訂多個軍事合約。而近期更傳出負責管理衛星的美國國家偵察局(NRO),早在2021年就與SpaceX合作,提供一個高達18億美元的計畫,讓SpaceX在星鏈的技術基礎上,建立一個專供軍事使用的新系統。一般認為SpaceX在2022年所成立的星盾(Starshield)部門,就是這個計畫的成果,專門用來承攬政府的軍事合約。剛剛成立的美國太空軍,已率先在2023年與SpaceX簽訂7000萬美元的合約,採用星盾的服務。不過到目前為止,星盾到底提供什麼樣的服務,仍極為神秘,外界所知不多。本文將就目前已有的少數資料,嘗試進行推測。

 

星盾藏在星鏈裡,很難被發現

 

星鏈是由一群低軌道通訊衛星所組成,可以提供無線網路服務,由於訊號是直接傳到星鏈衛星上,因此能打破地理與國界的限制。SpaceX至今已發射了數千枚的星鏈衛星,未來的第二代星鏈衛星,發射數量預計將高達數萬顆,讓覆蓋的地區更廣,訊號更穩定。而從SpaceX的說明來看,星盾雖然脫胎自星鏈,但除了提供通訊服務(Communications)外,還有地球遙測(Earth observation)與客製化的酬載能力(Hosted payloads)。這也代表整個星盾系統,將不只有低軌道的通訊衛星,還會包括遙測衛星,與擁有各種不同酬載空間的模組化衛星。就公開資料顯示,SpaceX已受美國政府的不明單位委托,過行過多次不公開發射任務,部署多枚星盾衛星進入太空軌道中,有可能正在測試或已局部運作,並藏在星鏈的大批衛星群中,讓人很難偵測追蹤。

 

在通訊服務方面,星盾與新一代的星鏈衛星一樣,採用了更先進的太空雷射通訊技術(Laser Communication in Space , LCS)。最早期的星鏈衛星採用的是傳統無線電波,與地面上的用戶端連結,或傳遞訊號給附近的星鏈衛星,但兩顆高速移動的衛星,使用無線電波通訊的效果不佳。於是從1.5代的星鏈衛星開始,就安裝了雷射通訊系統,主要用於星鏈衛星之間的通訊(Inter-satellite links)。當某一顆星鏈衛星飛越沒有地面接收站的海洋或偏遠地帶,又要為船隻或偏遠地區用戶提供網路服務時,這一顆星鏈衛星,就會將訊號傳到另一顆衛星,以接力傳遞到地面接收站。SpaceX曾透露,使用雷射的星鏈衛星之間,可以建立100Gbps的高速連結。不難想見,星盾肯定會更進一步採用這種雷射通訊技術,因為具備了更快速、更安全、也更便宜的優點。

 

雷射通訊系統的頻寬更高,可能會成為未來太空通訊的標準,更重要的是雷射具備指向性,不會像無線電波一樣四處發散。這代表雷射通訊較不易被截聽,保密性更佳,也較不易被干擾,這對於軍事用途來說極為重要。未來除了使用雷射通訊技術在星盾衛星之間傳遞訊號,更有可能直接連結地面用戶端,形成從地面用戶到星盾衛星、星盾衛星到地面接收站,都全部使用雷射通訊的目標,讓星盾的通訊能力更上一層樓。不過雷射通訊系統易受到雲霧、氣候影響,甚至地面用戶端快速移動時,雷射光束也不容易鎖定通訊目標,都是有待克服的問題。但整體來說,星盾系統的通訊功能,遠比傳統的無線電系統要便捷安全許多。美軍的許多單位目前已在使用星鏈的服務,未來重要的指揮所或高度機密性單位,進一步升級為星盾,應是指日可待。

 

2022年底,SpaceX獵鷹9號火箭運載星鏈衛星從佛州發射升空。(資料照片/美聯社)

 

可覆蓋範圍遠勝傳統的高軌道間諜衛星

 

在地球遙測方面,說穿了就是提供間諜衛星服務。過去的高軌道間諜衛星,優點是一次可以拍攝的面積非常廣大,但缺點是這種傳統間諜衛星也極為昂貴,無法大量部署。這導致了二個嚴重的問題,一是間諜衛星的數量有限,要等到飛越目標上空時,才能取得最新的影像,等待時間較長,在瞬息萬變的戰場上,有時緩不濟急。二是間諜衛星的軌道通常是固定的,改變軌道的作業既耗時又充滿各種風險,這也代表間諜衛星難以覆蓋全球,即使是擁有最多間諜衛星的美國,也只能集中部署,讓間諜衛星的軌道能儘量通過最多的衝突熱點,以取得最大的使用效益。一旦在預想之外的地點出現狀況,需要取得衛星影像時,就會出現間諜衛星不足,難以覆蓋的問題。但星盾的低軌道衛星群,若能做為間諜衛星,從太空中拍攝影像,將能解決這些缺點。

 

原因在於低軌道的間諜衛星,雖然有拍攝範圍較小的缺點,但價格便宜,能大量部署。以之前星鏈的發射情況來推測,未來星盾的數量可能高達數千顆,那保守估計,其中專門用於拍攝地面影像的星盾間諜衛星,最少也會有上千顆。由於數量極為龐大,即使單一顆星盾間諜衛星的拍攝範圍較小,但整體來說,可覆蓋的範圍還是遠遠勝過傳統的高軌道間諜衛星。同時,運行在同一個軌道上的星盾間諜衛星,可能會有數十顆,能接續通過目標上空,這代表可以不斷取得最新的影像畫面,更新頻率將從過去的數十小時或數小時,進步到只要數十分鐘,甚至是數分鐘,讓敵方無所遁形。傳統上躲避間諜衛星偵測的方式,除了偽裝外,就是算好間諜衛星通過的時間,利用中間的空檔活動,但這種反制手段,在大批星盾間諜衛星覆蓋下,是完全沒用的。

 

至於客製化的酬載服務,應該是可以利用模組化的設計,將用戶指定的裝備安裝在星盾衛星上,再送入太空軌道。這可能包括早期預警系統,能監控彈道飛彈或高超音速飛彈的發射,並直接從太空中追蹤彈道,即時傳送資料,供地面上的反飛彈系統進行攔截。畢竟星盾計畫一開始時,最早挹注研發經費的就是美國國防部所屬的太空發展局(SDA),委托SpaceX研發追蹤高超音速飛彈的技術。由於要建構一個能監控全球的早期預警系統,需要很多衛星,星盾無疑是首選。此外如紅外線成像系統或合成孔徑雷達成像系統,能在天候不佳、雲層很厚時,提供地面影像,也是很多國家需要的太空偵測工具。而軍用的氣象與導航系統,干擾設備,甚至是未來的雷射與微波武器,都可能成為星盾的酬載物,讓星盾可以執行各種不同任務,更有使用彈性。

 

台灣在俄烏戰爭爆發後,已發現太空網路通訊的重要性,也積極尋求建置類似的系統,以備不時之需。(圖片擷取自Scott-Railton 推特)

 

台灣必須大力扶植低軌道衛星產業

 

綜合來說,低軌道衛星在某些領域的優勢顯而易見,而SpaceX所開發的新型火箭載具,發射後能重復回收使用,讓部署的成本大幅下降,更讓低軌道衛星的發展如虎添翼。許多國家或大型企業也早已投入這個領域,參與競爭,不過到目前為止,仍由SpaceX處於領先地位。SpaceX以商用的星鏈為基礎,發展出軍用的星盾,優點是雙方共用許多關鍵技術,不必再重新研發,能夠立刻使用。同時兩者在一定程度上能夠互相支援,如此龐大的低軌道衛星群,將讓敵方難以干擾或摧毀。而且民間公司的效率,通常遠勝政府機構,能節省大筆經費。這也是為什麼俄羅斯被發現在烏克蘭戰場上偷偷使用星鏈,卻又對外揚言,星鏈已被用於軍事用途,是合法攻擊目標。說明了星鏈本身的廣大用途與戰略價值,在晉升為星盾後,將對敵手產生巨大威脅。

 

但星盾也不是毫無缺點,畢竟星鏈是一個商業網路服務,以利潤為優先,商規的設計無法與軍規相比,星盾建立在星鏈之上,等於繼承了這種先天性問題。再者商業公司能否百分之百,配合軍事任務,也被不少人質疑,特別是SpaceX的創辦人兼執行長馬斯克(Elon Musk),在中國有許多投資,除了多次公開發表親中言論,也主張烏克蘭不可能贏得戰爭,應該放棄抵抗,盡速與俄羅斯和談,而引發許多批評。許多人擔心在美中衝突越演越烈之際,美軍大量採用SpaceX所提供的服務,未來如果美國與中國在西太平洋兵戎相見,馬斯克旗下的企業是否會履行軍需契約?美國眾議院中國委員會主席蓋拉格(Mike Gallagher),在訪問台灣時就發現,由於星鏈並未在台灣開通服務,在台灣與周邊地區的美軍人員無法使用,而發函要求SpaceX說明。

 

台灣在俄烏戰爭爆發後,已發現太空網路通訊的重要性,也積極尋求建置類似的系統,以備不時之需,但馬斯克的親中態度令人感到憂慮,不可不防。所以數位發展部選擇雙管齊下,一方面引進國際上較為成熟的太空網路服務業者,如英國投資的Eutelsat OneWeb低軌道衛星網路系統,與總部設在盧森堡的SES中軌道衛星網路系統,兩者都將在今年開始運作。其中OneWeb已投入此次花蓮震災的救援行動中,而SES系統也將支援太平島的網路通訊。另一方面,台灣政府也鼓勵本土廠商投資太空產業,加入低軌道衛星供應鏈,並計畫在2026年發射自己的第一顆低軌道通訊衛星,於次年再發射二顆,全力建構自己的低軌道通訊衛星系統。這種採取低軌道、中軌道、自行發展的多重模式,以分散投資風險,是較為穩健的策略,值得繼續推動。

 

不過,借鑑於SpaceX在星鏈之上,再發展星盾的方式,台灣在推動低軌道衛星產業時,也應該一併考慮軍事方面的需求,除了最基礎的戰時通訊,更可以嘗試發展偵照、導航、無人載具專用通訊線路等功能,以補強台灣最弱的領域。畢竟台灣過去一直難以取得間諜衛星,只能靠分租他國遙測衛星,或採購商用衛星影像的方式來取得衛星畫面,在許多地方受到限制。即使現在有了福衛5號,但因為只有這一顆,時效性也不佳,而且中國早已擁有反衛星武器,在戰時很可能被攻擊。同時台灣也缺少自主的通訊衛星,使無人載具發展受到很大的限制,台灣在推動低軌道衛星產業時,應該策略性地協助國內廠商,發展國軍所急需的關鍵技術。低軌道衛星產業已是明日之星,未來的發展與前景可期,非常值得政府大力扶植,達成軍民雙贏的目標。

 

到目前為止,星盾到底提供什麼樣的服務,仍極為神秘,外界所知不多。(圖片取自SpaceX社群平台X帳號)

 

※作者為軍事研究者




 

 

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