美國國防部電磁頻譜戰略走向
2021.01.29
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壹、新聞重點
近期美國兩院所通過的《2021年國防授權法案》（FY 2021 National Defense Authorization Act）明定，美國防部必須在2021年3月底前，制訂如何執行2020年10月底所推出的《電磁頻譜優勢戰略》（Electromagnetic Spectrum Superiority Strategy）之計劃，並在兩年內統整五角大廈內所有有關電磁頻譜作戰（Electromagnetic spectrum operations, EMSO）的職責，最終可能成立一個新的單位，取代目前多數由「戰略司令部」（STRATCOM）所業管的電磁頻譜作戰任務。這代表美國國會對五角大廈在因應電磁頻譜領域上不斷增長的挑戰之進展並不滿意，認爲未能維護原先美國在「電磁頻譜」（electromagnetic spectrum, EMS）上的優勢。[1] 本文將探討五角大廈計劃如何因應電磁頻譜的新型態挑戰。
貳、安全意涵
一、強化電子戰與電磁頻譜管理的融合
美軍傳統的電子戰模式以「電子攻擊」（Electronic Attack）、「電子防護」（Electronic Protection），以及「電子支援」（Electronic Support）這三大部分為主，長期以來忽略了電磁頻譜的協調與分配工作。然而，隨著技術的進步，民間使用電磁頻譜的能力與需求大增，除了造成美軍作戰演訓受到來自民間的干擾，商用系統與軍用系統爭搶頻譜，甚至對美國的國家安全產生影響。例如，使用「毫米波」（mmWave）頻段的5G基地台其覆蓋範圍只有使用Sub-6GHz頻段的四分之一左右。由於使用「毫米波」技術的5G通訊鋪設成本過高，各國民間商用通訊的發展皆以Sub-6GHz頻段技術為優先。美國則是唯一的例外，其原因在於美國的Sub-6GHz頻段已為軍方所佔用，美國運營商被迫使用營運成本高的毫米波頻段。具體事例如 2020年初，美國衛星通信公司Ligado向美國聯邦通信委員會（Federal Communications Commission，FCC）提出Sub-6GHz 5G的開發申請，由於Sub-6GHz頻段將影響GPS衛星的運作，這個申請遭到了五角大廈的強烈反對。[2] 簡言之，為了軍用安全而不開放此評斷商用，最後反而造成美國在5G電信發展上的落後中國，進一步引發嚴重的國安問題。
由於電磁作戰環境已從過去由美軍享有獨佔優勢與暢通進入（unimpeded access）的情況，逐漸演變成具有「高度對抗性」與「擁擠受限」的「複雜的電磁環境」（Contested Electromagnetic Environment）。五角大廈體認到應對新型態的「複雜電磁環境」，需要引入「頻譜管理」（Electromagnetic Spectrum Management, EMSM）機制，而非一味強調電子攻防。透過協調分配機制，希望讓美軍在電磁頻譜的軍事行動與民間商用的發展能相輔相成，這也是美國防部2020年底發布《電磁頻譜優勢戰略》的目的之一。此次新戰略的發布，代表五角大廈正在改變傳統上將電子戰與電磁頻譜管理分離的模式，轉變為建立電磁頻譜分享與監管機制，在不妨礙美軍於電磁頻譜的行動自由之條件下，亦能滿足美國民間的經濟與科技發展需求，以支援美國國家安全核心目標。
二、以低至零功率電子戰突破對手的區域拒止能力
現今電磁作戰環境的「高度對抗性」來自於以中、俄為首的「旗鼓相當對手」（peer competitors）對美國的挑戰。當美軍的作戰模式高度依賴網路與衛星通信，來確保部隊的聯合作戰，中、俄便有動機發展對太空、網路和電磁頻譜的干擾能力，以期能挫敗美軍的行動。特別是美軍的作戰模式以長距離的「海外遠征」為主，通常使用高功率電子戰設施，容易被中、俄潛在對手所偵測。美軍長久以來在電磁頻譜領域上的強項反而變成了潛在的弱點。
為了應對此種挑戰，美軍近年來發展「低至零功率」新型作戰概念，透過「無發射源模式」（non-emissive mode）或者是低截獲率的技術，包括具備能夠控制波束方向與寬度、輻射功率、電磁信號頻率能力的發光二極體或是雷射等，通過分佈不同位置的作戰平臺，以無源偵測或多地探測方式，在降低被偵測的機率之下，定位對手的電磁發射源，並進行干擾反制。[3]
參、趨勢研判
一、電磁頻譜不會成為獨立作戰場域
為了有效應對中、俄的挑戰，五角大廈曾經希望將網路空間成為獨立作戰域的成功經驗，複製到電磁頻譜領域。透過將電磁頻譜視作獨立作戰域，全盤性地規劃該領域未來作戰構想，開發全新的裝備與技術，以期從根本解決問題，使美軍獲得持久性競爭優勢。因此，美軍自 2015 年開始便多次公開探討將電磁頻譜確定為獨立作戰域，包括《2018年電磁作戰空間》指令，以及2019年海軍則以部長令的形式確立電磁頻譜為「發展完備的作戰空間」（full-fledged warfighting domain）。2020年3月空軍參謀長甚至曾以軍種準則備忘錄的形式，將電磁頻譜確立為與其它五個領域並列的作戰域。[4]
儘管電磁頻譜具有作為獨立作戰域的潛能，美軍內部對於建立電磁獨立作戰域的呼聲亦高，五角大廈卻未能把握時機推動該項業務，原先預期負責規劃電磁頻譜作戰的專職單位遲遲不見蹤影。目前最新的發展現況，美軍已決定不發展電磁頻譜為獨立作戰域，僅透過各軍種間的「聯合小組」（joint groups）來執行電磁作戰的相關工作。[5] 當然，電磁頻譜本身的特性，亦是影響美軍最後決定維持現況的原因。畢竟，電磁頻譜本質上屬於戰略資源，為整體作戰環境（Operational Environment）的組成因素，實難與其它作戰領域進行明確的切割。五角大廈關注的重點在於如何確保美軍在電子對抗的環境下，持續享有對特定關鍵軍事電磁頻譜的暢通進入和使用，從而將「陸、海、空、太空、網路」融合為單一作戰域。
二、結合AI進行電磁精準打擊
傳統電子戰模式有兩大缺點。首先，戰場上搜集到敵方的雷達信號等全新的無線電信號源，通常需要由後方人員進行為期數月的分析，才能得出有利於前線部隊進行電戰的相關資料。其次，傳統電子戰系統在「戰場狀況覺知」（situational awareness）上的精準度不足，為了實施有效的電子干擾與反制，就必須依靠大功率電戰系統強力壓制對手目標來實現，這相當於轟炸機機隊進行無差別轟炸殺傷的概念。儘管這種對抗手段非常有效，但同時引發了更多的問題。例如，大功率的干擾信號極易引來對手的反輻射打擊；需要更大的動能支撐，導致電戰設備尺寸過大，進一步限縮了載台的適用範圍；無差別殺傷軍民用裝備，甚至誤傷友軍的作戰裝備。
為了解決這些問題，美國國防部委由DARPA開發「自適應雷達對抗」（Adaptive Radar Countermeasures）項目，旨在透過將人工智慧和機器學習方法導入電子作戰，從偵搜到的大量電磁數據中，快速準確地分析出可用訊息，並對敵方的下一步動作進行預判，進而協助戰場指揮官選取最佳的電子攻擊/反制措施。不僅如此，自適應電子戰系統大幅提高了電戰裝備的「戰場狀況覺知」能力，在複雜多變的電磁環境中，能精確地標定對手的電子訊號系統與來源，進行對敵目標的精準打擊，而非依靠大功率壓制手段。[6]
[1] Jared Serbu, “Pentagon on two-year glidepath to ‘fix’ electronic warfare,” Federal News Network, January 11, 2021. https://federalnewsnetwork.com/defense-main/2021/01/pentagon-on-two-year-glidepath-to-fix-electronic-warfare/.
[2]Mark Rockwell, “NTIA backs Pentagon on Ligado 5G license,” Federal Computer Week, May 26, 2020, https://fcw.com/articles/2020/05/26/ligado-5g-ntia-dod.aspx.
[3]Bryan Clark and Mark Gunzinger, “Winning the Airwaves: Regaining America’s Dominance In the Electromagnetic Spectrum,” CSBA, December 01, 2015. https://csbaonline.org/research/publications/winning-the-airwaves-sustaining-americas-advantage-in-the-electronic-spectr
[4]Theresa Hitchens, “Gen. Goldfein Launches Air Force Doctrine For Joint All-Domain Ops,” Breaking Defense, March 18, 2020. https://breakingdefense.com/2020/03/gen-goldfein-launches-air-force-doctrine-for-joint-all-domain-ops/.
[5]John A. Tirpak, “EMS Not its Own Domain of Warfare, Strategy Implementer Says,” Air Force Magazine, November 15, 2020. https://www.airforcemag.com/ems-not-its-own-domain-of-warfare-strategy-implementer-says/
[6]John Keller, “Leidos to develop electronic warfare (EW) adaptive radar countermeasures software to protect F/A-18 aircraft,” Military Aerospace Electronics, August 28, 2020 https://www.militaryaerospace.com/computers/article/14182542/electronic-warfare-ew-adaptive-radar-countermeasures-fa18.