商用訊號情報衛星崛起
2021.02.19
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壹、新聞重點
SpaceX公司的「小型衛星共乘」（Smallsate Rideshare）計畫於1月24日以獵鷹9號火箭（Falcon 9）順利發射升空，同時搭載來自各國、包括台灣玉山、飛鼠衛星在內的143顆小型衛星進入軌道，創下單次發射衛星數量最多的紀錄。其中美國鷹眼360公司（Hawkeye 360）的第二代電磁波觀測衛星集群（Cluster 2）成功發射與佈署，格外受到注目。[1]鷹眼360為以商用衛星服務提供訊號情報（SIGNIT）與進行電子支援作戰（Electronic Support Measure）的先驅，由電磁訊號觀測與分析，再與地理空間資訊等各式情報套疊後，不僅可拓展觀測之時空維度，更能提供豐富之目標訊息，故極具商業與軍事應用價值，以下就此進行分析。
貳、安全意涵
一、訊號情報與電子支援作戰擴大至商用太空系統
訊號情報蒐集與分析，過去均屬政府情報及軍事單位職能，因其高度機敏性而罕為外界所知。如媒體曾披露美國與五眼聯盟（Five Eyes）國家合作的「梯隊系統」（ECHELON），為地面通訊監聽站組成的訊號情報蒐集分析網路，此系統存在從不曾經官方證實。[2]至於由空中偵察機或地面偵蒐車等收集電子參數與資料，進行分析、測向，提供電子防護及攻擊所需的電子支援作戰，因受限於載台，通常無法進行長時間、大範圍偵察，衛星監測則不受此限。美國海軍研究實驗室（Naval Research Laboratory）1960年代曾以觀測太陽輻射為名義，執行「銀河輻射背景」（Galactic Radiation and Background, GRAB）衛星計畫，首次由衛星觀測電磁訊號，取得關於蘇聯防空雷達的豐富資訊，但直至1998年相關文件解密後，該計畫真實任務目的才公諸於世。 [3]因此，鷹眼360公司2018年底首次委由SpaceX發射第一代觀測衛星集群「開拓者」（Pathfinder），並於隔年推出基於衛星觀測資料的電磁波訊號定位服務RFGeo，即代表過去僅限於機密任務之電磁訊號衛星觀測，已擴大至商用太空服務。
二、以訊號情報拓展觀測維度並與地理空間情報整合
鷹眼360公司的觀測衛星集群，以三個立方衛星為基礎單位，若三個衛星均接收到由地球表面發射之電磁波訊號，即能以到達時間差（Time-Difference of Arrival, TDOA）計算其來源位置。第一代之「開拓者」可監測包括X波段海事雷達、海事無線電（maritime VHF）之16與70頻道、船舶應急指位無線電示標（EPIRB marine emergency distress beacons）以及船舶自動識別系統（vessel Automatic Identification System, AIS）等訊號。相較於一般衛星偵照對船舶提供靜態影像，AIS則拓展至識別、船速、航向等訊息，鷹眼360提供之服務，無疑能對船舶活動提供在時空上更精確的動態資訊，不僅提供位置，更能了解該船在該海域的活動狀況，甚至指出關閉AIS的可疑船舶，對於海上非法走私、漁業捕撈的執法，以及搜索救援行動等有極高應用價值。
甫佈署之第二代衛星集群，在系統升級後，不但持續擴充監測範圍，甚至可針對同一地點同時提供不同頻段的監測資料，解析頻段使用所代表的意義。訊號情報與地理空間情報（GEOINT）整合之潛力，也受到美國家偵查局（National Reconnaissance Office, NRO）關注，因而於2019年12月提供鷹眼360一項前導研究計畫，探討商用電磁訊號資料如何與NRO既有之地理空間情報架構整合，產生更大效益。從鷹眼360對2020年6月中印邊界衝突的公開報告觀察，電磁訊號結合衛星影像，確實能指出共軍在邊境集結的可疑行動（如下圖）。[4]
圖、鷹眼360公司由衛星觀測之電磁波活動（右）及行星實驗室（Planet Labs）SkySat衛星影像（左）
圖片說明：左圖即為右圖白色方框區域之衛星偵照圖，顯示可疑之共軍部署
圖片來源：HawkEye 360
參、趨勢研判
一、複雜電磁環境下的太空系統電磁訊號偵察仍待克服
目前商用訊號情報服務，以海上訊號流量分析較為成熟。由於海上訊號發射源為各種船隻的通訊與雷達相關設備，使用頻段固定，因此各家公司發展系統時，均首先針對海上電磁訊號進行偵查與分析。鷹眼360已公開之陸域分析案例較少，如由電磁波訊號強度看中印邊界衝突情況，以及由AIS訊號看疫情後中國長江流域貨輪的活動變化，略可推知目前訊號情報衛星資料分析陸域環境時，在頻段使用情況較單純之區域，或解析大範圍訊號活動之時空變化較具成效。[5]因此，目前以商用衛星系統監測陸域複雜電磁環境，在系統及後續分析可能仍有技術挑戰尚待克服。但亦可預期，若商用系統取得成功，未來將會隨著後續衛星佈署的硬體升級、背景資料累積與分析演算法的進展，而持續改善。
二、商用衛星服務成本降低將加速技術擴散
以往衛星發射成本極高，商業發射以及立方衛星（CubeSat）出現後，因成本降低而使各式創新服務得以實現。除鷹眼360外，同樣提供訊號情報衛星服務的商業公司，還有歐洲盧森堡的Kleo太空（Kleo Space）、法國的Unseenlabs、以及英國的地平線航太科技（Horizon Aerospace Technology）等，各自建立其客戶群。正如同GPS開放民用服務後，各式商用服務與導航系統逐漸普及，促進創新服務發展；谷歌推出地圖服務後，也大幅降低地理空間情報的取得門檻。訊號情報衛星服務市場的擴張，成本逐漸降低，將可使不具衛星研發、發射與維運技術能量的國家，也能以更低廉的價格由商業管道取得訊號情報，加速技術擴散，對於國家安全有何風險與機會，將會是未來數年須密切觀察的重點。[6]
[1] Jeff Foust, “SpaceX launches record-setting cluster of smallsats,” SPACENEWS, January 24, 2021, https://spacenews.com/spacex-launches-record-setting-cluster-of-smallsats/.
[2] Duncan Campbell, “My Life Unmasking British Eavesdroppers,” The Intercept, August 3, 2015, https://theintercept.com/2015/08/03/life-unmasking-british-eavesdroppers/.
[3] John Pike, “Project Tattletale: GRAB- Galactic Radiation Background Experiment,” Federation of American Scientists Space Policy Project, February 20, 2000, https://fas.org/spp/military/program/sigint/grab.htm.
[4] “NRO awards two commercial integration study contracts,” National Reconnaissance Office, December 11, 2019, https://www.nro.gov/News/News-Articles/Article/2037279/nro-awards-two-commercial-integration-study-contracts/; “Increased RF Activity Points to Chinese Military Buildup in the Galway River Valley,” HawkEye360, June 17, 2020, https://www.he360.com/increased-rf-activity-points-to-chinese-military-buildup-in-the-galwan-river-valley/.
[5] “How Can You Gain an Unbiased View of A Pandemic’s Impact,” HawkEye360, https://www.he360.com/insight/how-do-you-gain-an-unbiased-view-of-an-unfolding-pandemic/.
[6] Barry Manz, “EW Goes Commercial…From Space,” Journal of Electronic Dominance, February 2020; Cortney Weinbaum, Steven Berner, and Bruce McClintock, “SIGINT for Anyone: The Growing Availability of Signals Intelligence in the Public Domain,” RAND Perspective, 2017, https://www.rand.org/pubs/perspectives/PE273.html.