雙週報第64期
壹、新聞重點
隨著中國與俄羅斯近年來不斷發展反衛星技術,對美國的太空安全威脅逐漸嚴重,美太空發展局(Space Development Agency)近期表示未來將逐步停止採購地球同步軌道衛星,將重點放在發展低軌道衛星的部署與運用,未來要將低、中軌道及地球同步軌道衛星整合成「「國防太空架構系統」」(National Defense Space Architecture, NDSA Systems),其中低軌道衛星數量將達數百顆,成為該系統的發展重點,美國政府期望發展出具備安全通訊、預警及攻擊評估的衛星群,持續強化美國在太空中的軍事力量,才能在太空競賽中保持實力。[1]
貳、安全意涵
一、「國防太空架構系統」是美國完善太空安全的重要工具
中國與俄羅斯曾進行以反衛星飛彈炸毀己方衛星的試驗,美國對此感到擔憂,認為需要建構防禦型的太空預警與追蹤系統,以提供安全威脅的情報資訊。目前運作的天基紅外線系統(Space Based Infrared System, SBIRS),[2]具備飛彈偵測、預警功能,正在建造的是「下一代高空持續紅外線系統飛彈預警追蹤衛星計畫」(Next Generation Overhead Persistent Infrared System, 以下簡稱「下一代OPIR」),預計於2030年前發射完5顆地球同步軌道衛星,此為天基紅外線系統的延續,且在「國防太空架構系統」完成前的過渡期,下一代OPIR將與既有之SBIRS相互配合運作,[3]待系統完成後會成為其中的一部份。
圖1、美國「國防太空架構系統」
資料來源:Sandra Erwin, “DoD Space Agency to award Multiple Contracts for up to 150 Satellites,” SPACENEWS, March 4, 2021, https://reurl.cc/2mko16。
「國防太空架構系統」是由太空發展局提出的太空安全混合結構(如圖1),目標是在2045年前部署完成。全系統包含傳輸層(Transport Layer)、戰鬥管理層(Battle Management Layer)、追踪層(Tracking Layer)、監管層(Custody Layer)、新興能力層(Emerging Capabilities Layer)、導航層(Navigation Layer)、支援層(Support Layer)如表1,概念是在太空佈署數百顆衛星,每顆衛星之間與地面平台可互相通訊進行追蹤飛彈、極音速飛行器與其他物體,提供定位、導航等功能。整體而言,「國防太空架構系統」是結合下一代OPIR及其他低軌道衛星、中軌道衛星與地球同步軌道衛星,以龐大數量構成衛星網,最重要的作用是飛彈預警、追蹤與防禦(如圖2),即使未來遭到反衛星攻擊,在衛星數量多的前提下,該衛星網仍可持續預警、追蹤等功能。
表1、「國防太空架構系統」下各分類之功能
分類
|
功能
|
傳輸層
(Transport Layer)
|
預計覆蓋全球300-500顆低軌道衛星,範圍從 750 公里到 1200 公里,負責低延遲的預警、追蹤防禦與傳輸彈道飛彈和極音速飛彈的資訊
|
戰鬥管理層(Battle Management Layer)
|
透過軟硬體進行指揮、控制、任務分配與處理,傳輸給作戰人員和其他系統
|
追踪層(Tracking Layer)
|
彈道飛彈與極音速飛彈的預警追蹤,將資訊提供給全網
|
監管層(Custody Layer)
|
24∕7的全天候監管,追蹤主動抑制發射的時間給作戰人員
|
新興能力層(Emerging Capabilities Layer)
|
目標是建立一個敏捷和重覆的開發流程,進行兩年一次的作戰相關演習、實驗和演示,並提交給作戰人員新的任務能力技術
|
導航層(Navigation Layer)
|
在 GPS 拒止環境中為作戰人員提供定位、導航和授時,並與地面平台以及其他衛星之間進行通訊
|
支援層(Support Layer)
|
管理整個架構系統並進行指揮和控制,讓各層之間的資訊可傳輸、接收、處理、運用
|
資料來源:周若敏譯自“About Us,” Space Development Agency,https://www.sda.mil/home/about-us/。
圖2、太空混合架構
資料來源:Theresa Hitchens, “Space Force Targets 2027 for Resilient on-orbit Posture Initial Capability,” Breaking Defense, May 17, 2022, https://reurl.cc/RXlbMg。
二、低軌道衛星是「國防太空架構系統」中的部署重點
近年來民間的太空產業蓬勃發展,其中以低軌道衛星最熱門,其原因有三:高通量技術突破、衛星結構簡化與小型化、火箭發射成本低。另低軌道衛星的優點是建造門檻低、傳輸延遲低、訊號衰減低,雖然使用年限短,但因為成本低所以可以發射新衛星補位,以星鏈為例,獵鷹9號(Falcon 9)一次可發射約60顆衛星並能重複發射,其成本大幅降低,目前已超過3,000顆衛星在軌道上。
低軌道衛星主要用途包括通訊、數據中繼、遙測、偵查和分析等,基於上述低軌道衛星的優點,對美國國防部而言,與民間企業共同合作、研發與部署衛星是最快速且可壓低成本的辦法,太空發展局近期通過約14億美金的28顆低軌道飛彈追蹤衛星採購案,[4] 即是「「國防太空架構系統」」的初步階段。
美國政府轉變原有自建策略的原因有二,一是成本、二是安全性。從成本來看,在2023年預算申請中,下一代 OPIR年度預算約為34億美金,然太空軍預測此系統到2025年將花費約 145億美元,[5] 且不排除在部署完成前增加預算的可能性;從安全性來看,當前美國的國家安全衛星系統中的衛星數量少且防禦能力不強,大型的單顆衛星比分佈式衛星網更容易受到攻擊,天基紅外線系統與下一代 OPIR衛星數量不超過20顆,若是任何一顆衛星遭到敵方攻擊時,系統恐怕難以維持運作,以數量取勝的低軌道衛星,就算遭受攻擊,對整體衛星網的運作影響不大。基於以上原因,下一代 OPIR對美國軍方而言太過昂貴且不安全,因此美國將不再以此類型衛星作為太空防禦的長期重點工具,而是改為混合結構的「國防太空架構系統」,透過上百顆的低軌道衛星作為系統基礎,以量取勝的優點是除了可完整覆蓋地球表面運作外,也不易因受到攻擊而導致系統癱瘓。
參、趨勢研判
一、美國可能提早完成「國防太空架構系統」
目前太空發展局將「國防太空架構系統」分為五個為期各兩年的階段,從 2022 財年的第0階段開始,作戰人員可用於測試飛彈探測和追蹤的演示衛星;2024財年的第1階段,將實現初步作戰能力;2026 財年的第2階段中,第1階段中的區域覆蓋範圍將擴大到全球;2028 財年的第3階段,將提高飛彈探測和追踪的靈敏度,與聯合全域指揮和控制網路通訊;2030 財年的第 4階段將進一步推進太空架構。[6] 目前美軍規劃過渡期是天基紅外線系統配上2030年前發射完畢的下一代OPIR,但太空發展局正在加速下一代OPIR與低軌道衛星採購與測試,美國可能會提早完成「國防太空架構系統」,穩固在太空中的地位。
二、俄羅斯與中國若要進行反衛星攻擊的難度將大幅提升
現代軍隊要處理的資訊都需要以大容量和高速的方式傳輸到各單位,低軌道衛星網具備訊號低延遲的優點,將可大幅提升國防安全的指揮管制與通訊能力。未來美國除了持續擴充太空中衛星數量外,也必須增加地面基地台與指揮平台的數量,才可能實現利用低軌道衛星網向無人機、無人戰車等智慧型載具提供超視距的通訊服務,以利在世界任何一個地點指揮無人系統,大幅提升作戰能力。美國除了運作「國防太空架構系統」外,必定也會有開發攻擊性和防禦性武器,確保當太空資產成為目標時可立即反應,可推斷未來俄羅斯和中國若要進行反衛星攻擊,破壞效果可能不大,且攻擊難度會更複雜,或是有可能遭到美國反制。
[1]Sandra Erwin, “DoD to End Procurements of Geosynchronous Missile-warning Satellites,” SPACENEWS, September 21, 2022, https://reurl.cc/KQnrgM.
[2]SBIRS包括六顆地球同步軌道 (GEO) 衛星、四顆高橢圓軌道 (HEO) 衛星、一個數據處理控制的地面載台,“Space Based Infrared System,” Official United States Air Force Website, https://www.af.mil/About-Us/Fact-Sheets/Display/Article/104549/space-based-infrared-system/。
[3]Theresa Hitchens, “Space Force Targets 2027 for Resilient on-orbit Posture Initial Capability,” Breaking Defense, May 17, 2022, https://reurl.cc/RXlbMg.
[4]“Space Development Agency Makes Awards for 28 Satellites to Build Tranche 1 Tracking Layer,” Space Development Agency, July 18, 2022, https://reurl.cc/O48kOy.
[5]Brian Everstine, “Why Space Force Wants Out Of GEO, Long Development Cycles,” Aviation Week, September 22, 2022, https://reurl.cc/Qbk21q.
[6]David Vergun, “Space Development Agency Transitioning to U.S. Space Force,” August 26, 2021, U.S. Department of Defense, https://reurl.cc/dWjOxV.