美軍緣何加強對商業地理圖資的使用
2020.07.31
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壹、新聞重點
美國參議院於2020年7月23日的投票表決通過了《2021財政年度國防授權法案》（FY2021 National Defense Authorization Act）。由德州參議員克魯茲（Ted Cruz）所主導修正的授權法，最大的特點在於敦促美國防部加強對商業衛星遙測資源的使用。該法案規定國防部與「國家偵察局」（National Reconnaissance Office，NRO）和「國家地理空間情報局」（National Geospatial-Intelligence Agency, NGA）合作時，除非民間業者無法提供，或有特殊國家安全考量，應充分運用民間能量，優先考慮使用「合適的、具有成本效益」的「商業地理空間情報」服務（Commercial Geospatial Intelligence）。[1]
地理空間情報（GEOINT）的精確度與保密性對軍事行動的成敗至關重要。美軍擁有全球最多的軍用衛星，亦長期依賴軍事偵照所提供的地理情資。美國參議院現則要求NRO與NGA除非必要，往後將以採購商業地理圖資（geospatial information）為主。本文將試圖探討造成此種轉變的原因，以及商業地理圖資成為主流的可能影響。
貳、安全意涵
一、以商業地理圖資補足多領域作戰的數據需求
誠然美國軍方對於「商業地理空間情報」的需求與成本考量有關，源自於技術躍進而顯著下降的發射成本，只是讓大幅使用商業衛星圖資的條件成熟。真正促成近年來軍方對商業圖資需求大增的原因，在於急遽上升的大國間衝突。在為了與中、俄等「旗鼓相當對手」（peer competitors）衝突作準備的氛圍下，五角大廈提出「多領域作戰」（Multi-domain Operations）概念，強調將戰場上所有傳感器（sensors）和武器載台聯網，進行戰場情資即時分享，再由當下最適合的武器載台發動攻勢，達成「偵攻一體」（any sensor, best shooter）的作戰模式，以突破競爭對手的「反介入/區域拒止」策略。
此種新型態作戰的成功關鍵在於「共同作戰圖像」（Common Operational Picture, COP）的建立。大量且精確的地理空間情資又是建立COP的關鍵。這也是為何美國陸軍尋求與「美國國家偵察局」合作，協助其轄下新成立的「多領域特遣隊」（Multi-Domain Task Force），能更有效利用低軌道衛星（Low Earth Orbit）來收集資訊。[2]
以商業探空火箭發射業務聞名的SpaceX公司，其「獵鷹重型火箭」（Falcon Heavy）的發射成本約為每公斤1,400美元，允許SpaceX進行多次、大量的衛星發射。在與SpaceX的合作下，BlackSky公司最終預計建立一個包含60個低軌道衛星的衛星星系（satellite constellation），達成每10到15分鐘針對同一地點、同一目標，進行多次「重訪」（revisit）的目標，以提供大量「近實時」（near real-time）的地理空間圖資。此外，SpaceX所屬的「星鏈計畫」（Starlink）最終打算發射42,000顆低軌道衛星，以建構作為補強5G的通訊網路方案。這些對於即時傳遞「共同作戰圖像」至為關鍵，也是五角大廈希望借重商業衛星之處。
二、重建美國企業在關鍵衛星遙測市場上的競爭力
基於國家安全考量，美國政府長期限制某些關鍵的衛星遙測的商業使用範圍。例如「合成孔徑雷達」（Synthetic Aperture Radar, SAR），其具備在全天候、各種氣候條件下，對地面目標進行高解析度偵照的特性，並能識別雲、雨、霧、塵和各種人造偽裝對地面目標的遮障。因此，在國防部的壓力下，過去美國政府不允許商業衛星公司向外國出售空間解析度達5公尺以下的任何地理圖資，「美國國家偵察局」則成為此類高解析度地理空間情資的唯一合法客戶。[3] 此種限制令最終造成美國企業退出，SAR的商業市場則為非美國籍公司，特別是歐洲所壟斷。不僅美國本身的經濟利益產生損失，對美國家安全亦有負面影響。畢竟當商業SAR的資料全部來自於非美國企業所控制的衛星，美國政府則面臨可能必須依賴外國企業提供關鍵情資的情況。
參議院所通過的《2021財政年度國防授權法》要求美國國防部加強商業地理圖資的採購，其目的在於通過政府採購政策的調整，重建美國於商業遙測產業的優勢，亦反映了川普政府希望以「全政府途徑」（the-whole-of-government approach）來重振美國國內關鍵產業的立場。在這個氛圍之下，美國國防部改變了過去僅有一家地理圖資合作廠商（Maxar Technologies）的作法，今年下半年將發給包括Planet、BlackSky、Capella Space等三家廠商執照，作為衛星情資的提供商源。其中，Capella Space則是專注於為美國國防部提供「合成孔徑雷達」偵照的情資，其它廠商亦相繼投入此領域。
參、趨勢研判
一、以衛星地理情資合成各作戰領域圖像將是運用重點
2017年時任五角大廈AI首席官的夏納翰中將（Lt. Gen. Jack Shanahan）曾指出，美國國防部每天透過各式感測器所收集的情報資訊量超過22TB，須要數千名人員進行繁雜的數據分析工作。[4] 在商用衛星產業蓬勃發展的趨勢之下，可以預期地理圖資的負荷量只會更多。對五角大廈而言，未來所面臨的挑戰將不再是情資的不足，而是如何善加運用這些巨量的地理空間情報。除了透過人工智慧協助辨識資料與目標，以衛星地理圖資為基礎，生成各種不同作戰領域的圖像，供訓練與分析之用，將是未來的運用重點之一。例如，美國陸軍2019年委託廠商開發一套全新結合實兵（live）、虛擬（virtual reality）及建構式（constructive）的合成化戰場模擬訓練系統（Synthetic Training Environment, STE），允許穿戴擴增實境設備的士兵，連接到通用平台，與其它小組成員共同在「全景式模擬」（panoramic simulation）環境進行演練。未來從商用衛星所購得的地理圖資，將可持續更新與擴充此一訓練平台的環境模組，模擬出世界上所有美軍可能面對的地形。將有助於美國陸軍熟悉並預演如何在不利的環境進行戰鬥，進一步評估最佳的戰術方案。[5]
此外，以爭奪「訊息優勢」（information superiority）為關鍵的電子作戰與網路作戰等領域，其交戰過程經常是「不可觸、看不到的」。此類「非實體領域的作戰」對戰場決策產生相當大的挑戰。美國國防部的解決之道便是「視覺化」訊息控制的交鋒過程。包括「美國陸軍模式模擬辦公室」（US Army Modeling and Simulation Office, AMSO）所開發的「網路作戰戰場聯結服務」（Cyber Operations Battlefield Web Service, COBWEBS）系統，以及雷神公司（Raytheon）的「電子戰計畫與管理工具」（The Electronic Warfare Planning & Management Tool, EWPMT)，不約而同的強調統整作戰單位感測器所接受到的電子波，並在系統的螢幕上模擬出敵我雙方電子干擾對抗範圍的能力，並快速給與指揮官反制手段的建議。[6]
圖、雷神公司的「電子戰計畫與管理工具」操作介面
圖片來源：Dana Carroll, “Raytheon developing final phase of Electronic Warfare Planning and Management Tool,” CISION, Oct 03, 2019, https://www.prnewswire.com/news-releases/raytheon-developing-final-phase-of-electronic-warfare-planning-and-management-tool-300929704.htm。
二、國家間將難以隱藏一舉一動
由於領空不包含外太空，以軌道衛星對它國的領土，包含地形地貌、水文、關鍵設施、軍事基地…等物理環境，進行偵照並無違反主權之虞，可說是對它國地理情資最有效的一種偵搜手段。倘若「合成孔徑雷達」未來透過低軌道商業衛星大量部署，其解析度高，能全天候工作，並可有效地識別偽裝和穿透掩蓋物的特性，將使國家的一舉一動無所遁行。甚至向來被國家視為機密的軍事行動，也可能成為公開情資，在網路上流傳討論。例如近期數個國外私人「推特」（Twitter）帳號，便是以定期追蹤與分享美軍機、艦行動記錄，或是中共軍事基地衛星圖而知名。
因此，國家間的針對「偵照」的攻防重點，已經不是「讓對方看不到」，而是要設法加強「偽裝、隱藏和欺敵」等能力，使對手獲取錯誤的地理情資。甚至透過針對傳輸與儲存衛星數據的系統進行網路攻擊，破壞資料的完整性，都是可能的因應手段。
[1]U.S. Senate Committee on Armed Services, “Inhofe, Reed Praise Senate Passage of National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2021,” July 23, 2020. https://www.armed-services.senate.gov/press-releases/inhofe-reed-praise-senate-passage-of-national-defense-authorization-act-of-fiscal-year-2021.
[2]Anthony Capaccio, “U.S. Army Plans to Expand Asian Cyber Efforts to Counter China,” Bloomberg, Jan. 10, 2020. https://www.bloomberg.com/news/articles/2020-01-10/u-s-army-plans-to-expand-asian-cyber-efforts-to-counter-china.
[3]Theresa Hitchens, “Commerce Slashes Restrictions On Remote Sensing Sats,” Breaking News, May 19, 2020. https://breakingdefense.com/2020/05/commerce-slashes-restrictions-on-remote-sensing-sats/
[4]Aaron Mehta, “Pentagon tech advisers target how the military digests data,” Defense News, April 6, 2017, https://www.defensenews.com/pentagon/2017/04/06/pentagon-tech-advisers-target-how-the-military-digests-data/.
[5]Jen Judsen, “US Army’s Jumping to the Next Level of Virtual Training,” Defense News, May 17, 2019, https://www.defensenews.com/land/2019/05/17/us-armys-jumping-to-next-level-in-virtual-training-world/.
[6]Dana Carroll, “Raytheon developing final phase of Electronic Warfare Planning and Management Tool,” CISION, Oct 03, 2019, https://www.prnewswire.com/news-releases/raytheon-developing-final-phase-of-electronic-warfare-planning-and-management-tool-300929704.html.