衛星已經成為重要的偵察手段
美國Space Imaging公司所屬的IKONOS商用影像衛星於1999年9月24日在美國加州范登堡空軍基地發射升空後,其可提供解析度1米(即影像中的一點為1平方米,也就是小於1平方米的物體無法顯示)的衛星影像,不僅使得世界各國獲得高解析度商用衛星影像的門檻大幅降低,對臺灣軍方而言,更是別具意義。因為自1974年美軍撤出由臺灣使用的U-2高空偵察機,結束對大陸偵照任務後,臺灣空軍的偵照範圍僅限於北自浙江溫州、南到廣東汕頭(澄海)一帶大陸沿海區域。
IKONOS的商用衛星影像使得臺灣軍方能突破對大陸偵照的瓶頸,偵照範圍得以由沿海區域延伸至內陸,最重要的是影像品質也可媲美空照圖。實例就是,2000年5月12日美國科學家聯合會(FAS)公布一批美國IKONOS商用影像衛星所拍攝大陸東南沿海空軍基地的衛星影像,即為臺灣軍方訂購的。
雖然IKONOS商用衛星影像使臺灣軍方初具「天眼」功能,但是仍不能隨心所欲的運用。真正讓軍方想看到哪裡就能看到哪裡的是,2000年12月5日在俄羅斯西伯利亞發射的以色列國際衛星影像公司EROS-A1商用影像衛星(解析度1.8米)。因為發射一枚衛星耗資龐大,為了及早回收成本,以色列國際衛星影像公司在衛星升空前就推出數種「套餐」供世界各地客戶選擇,各式套餐提供的服務都不同,但簡單的說,就是「買得越多越便宜」,最特別也是世界僅有的服務就是「衛星運作夥伴」(SOP),內容就是出售衛星部分區域控制權,即客戶可以擁有衛星部分區域控制權,一旦衛星進入客戶設定區域,客戶即可接管衛星,全權掌控偵照目標,最重要的是可實時接收衛星影像,具有提供實時情報的功能。這種全世界獨一無二的服務,引起臺灣軍方濃厚的興趣。於是臺灣二個衛星影像最大使用單位:「國防部」電訊發展室和「國安局」,以「浩全」項目為名在1999年底由當時的參謀本部的聯二情報次長,現任臺灣空軍作戰司令馮世寬與以色列國際衛星影像公司籤約參與「衛星運作夥伴」計劃。2001年1月18日EROS-A1從太空軌道傳回第一張衛星影像到以色列的地面控制站,除了確認EROS-A1功能一切正常外,也正式宣告臺灣軍方進佔「太空高地」。
天氣晴好時衛星照片的質量已經不亞於偵察機
以色列國際衛星影像公司的「衛星運作夥伴」服務,提供給客戶的最大操作控制衛星範圍遠達半徑2000—2400千米,不過臺灣考慮到實際需求、經費限制及接收站的影像接收範圍,並沒有購買最大範圍,最後是以臺灣衛星接收站半徑1000千米為臺灣操作控制範圍,籤約的費用是由「國防部」支出,「國安局」則出錢購買相關的計算機設備。與以色列籤約後,臺灣軍方積極進行相關配合措施的籌備工作。當時臺灣唯一具有長距離衛星影像接收能力設備的只有中央大學太空及遙測研究中心,影像接收範圍半徑遠達3000千米,足敷軍方需求,因此就與中央大學協商借用太空及遙測中心接收設備接收EROS-A1衛星影像。不過基於保密,太空及遙測中心只是扮演中繼站的角色,並無法得知軍方拍攝的地點和影像內容,即EROS-A1衛星影像經由太空及遙測中心設備接收後,就直接轉存到臺灣軍方的計算機中。
目前「浩全」項目是在臺灣「國安局」前瞻通訊實驗室下運作,但影像則由「國安局」和「國防部」共享,「國安局」使用單位以掌管科技情報與電訊安全工作的第五處和電訊科技中心為主,「國防部」則是電展室六處。當時為了配合處理大量的EROS-A1和IKONOS衛星影像,電展室於2000年還在六處增設衛星偵照小組。其實臺灣軍方購入商用衛星影像的時間甚早,20世紀80年代空軍就已開始購買商用衛星影像,至今軍方已陸續購入不少商用衛星影像。
另外,「國安局」在衛星影像判讀上著墨頗深,除了一般影像進行判讀之外,電訊科技中心也曾針對「超/多光譜衛星影像」的判讀進行研究,藉以了解衛星影像用於目標偵測和特徵識別的效能。所謂超/多光譜是指衛星傳感器具有多個頻段,美國IKONOS商用影像衛星就具有多光譜功能,其多光譜共有四個頻段,分別是藍光段、綠光段、紅光段和近紅外光段,因此可拍攝彩色影像,不過EROS-A1的傳感器只有單一頻段,因此影像只有黑白一種。
至於超光譜則是指衛星傳感器頻段非常多,可能高達數十個,甚至上百個。因為不同的地表物對各個頻段的反射特性都不相同,簡單的說,就是在衛星影像上呈現的顏色會不同,所以頻段越多越容易分辨各式地表物。目前商用影像衛星具有超光譜功能者,大多為資源衛星,解析度並不高,不過值得注意的是,雖然一般可見光的衛星傳感器只能拍到樹梢的影像,樹下到底藏什麼東西就無能為力了,不過因超光譜衛星傳感器已可分辨不同樹種的反射特性,所以也可辨識偽裝網與樹木的不同。由上述的說明可知,「國安局」委託研究的目的在搜集各式地表物的反射模式,以了解營房、機堡、掩體、飛彈陣地和雷達站等軍事設施和一般自然環境的差異性,以加強彩色衛星影像判讀識別技術,並可與黑白影像進行交叉比對,提升判讀精度,此外還可以構建資料庫作為日後比對之用,以加快判讀速度。
4.1撞機後美國拍攝的衛星照片,可清晰看見EP-3飛機
由於EROS-A1衛星提供的是可見光影像,因此目標區上空是否受雲層阻隔,便成為能否拍攝成功的重要因素。為使氣候幹擾降至最低,臺灣特別發展出一套由衛星雲圖推測隔天雲層分布狀況的軟體,這套軟體除了能幫助使用單位了解目標上空雲層分布情況之外,最重要的功能就是能找出雲縫,讓衛星能依照既訂計劃進行偵照。
至於EROS-A1偵照目標優先次序是由臺灣「國安局」負責安排,設定偵照目標順序軟體是由國際衛星影像公司提供。由於EROS-A1衛星可以左右各轉23度,因此拍攝區域可以不限於衛星軌道正下方的區域,以480千米的軌道高大約可向左右各擴展近300千米的區域,即可傾斜攝影,也意味著衛星不必通過目標正上空就可拍攝。旋轉鏡頭雖然可擴大目標選定的彈性,不過因衛星的秒速高達7千米,有時也會造成一些距離太近,但處於衛星軌道不同邊的目標,受限於衛星轉動速度,而被排序軟體拒絕。所以設定偵照目標的排序,首先要考慮的就是可行性,即在衛星性能範圍內才能偵照,其次就是考慮天候因素,如果其中一個不能符合,就必須重排。因為天候是多變的,最後確切的偵照目標往往是在衛星進入臺灣控制區域前10分鐘才確定,即便如此,偵照成功率仍有限。
太空及遙測中心衛星天線接收範圍達3 000千米,幾乎每天都可接收EROS-A1的影像,接收時間約為早上7點多到下午1點多之間,一天最多可接收兩次影像。接收到的影像會先篩選,再傳到前瞻通訊實驗室進行初步處理,最後分別傳到「國安局」和電展室。由於「浩全」項目是在臺灣控制區域內採用「all you can eat」方式拍攝和接收衛星影像,因此費用比單買影像要貴,一年費用約900萬美元,約可接收1200分鐘的影像。
由於「浩全」項目機密等級頗高,外界所知不多。2002年臺灣軍方曾有人到以色列參訪,在參觀國際衛星影像公司聽取演示文稿後,方知臺灣是該公司的大客戶。連呂「副總統」直到2002年7月31日陪同陳水扁,在「國安局長」蔡朝明帶領下,密訪前瞻通訊實驗室參觀衛星影像接收處理作業流程,才有機會得以一睹EROS-A1的衛星影像。
值得注意的是,「浩全」項目是「國安局」和「國防部」合作的項目,從籌備到開始運作雙方都很重視。「國安局」是由當時的副局長,即現任局長蔡朝明負責,「國防部」則是由現任海軍總司令,當時任副參謀總長的苗永慶督導,由於這是臺灣有史以來第一次可以掌控影像衛星,運作成功即是「大功一件」,因此在臺面下也常見雙方互相較勁。但是陳水扁參觀當天,卻只見「國安局長」蔡朝明陪同,而不見「國防部長」湯曜明或參謀總長李傑隨行,不知是否因「國安局」在年初機密文件外洩後,急欲從臺灣較能掌主導的科技情報上扳回一城,因此強力主導正副「總統」參訪,並藉此宣示對EROS-A1衛星的主導權,頗耐人尋味。
雲層對衛星照片的影響很大
當天「國安局」還贈送陳水扁一幅攝於2001年10月5日,臺南縣官田鄉西莊村老家的EROS-A1彩色衛星影像。由於EROS-A1原始影像是黑白的,視覺上不甚美觀,「國安局」還特地以一張解析度為6.25米的法國SPOT商用影像衛星的彩色影像,加以套疊,製作出官田鄉的彩色衛星影像。因西莊村大多為獨立的家屋,加上沒有完整的都市計劃,整個村莊景觀顯得有些凌亂,而且在1.8米的解析度下,要分辨錯落的獨立的家屋是很困難,陳水扁要從EROS-A1衛星影像中分辨自己老家是那一棟並不容易,不過位於西莊村西邊的隆田火車站和位於東邊的「國立」臺南藝術學院校園因目標較大且明顯,並不難辨認。
電展室主要任務是對大陸電訊的電偵和電監,即以訊號情報為主,會跨入影像情報領域,幕後推手和「浩全」項目同一人,即曾經擔任電展室主任的「國安局長」蔡朝明。蔡朝明在1997年擔任電展室主任後,就提出接收實時衛星影像計劃,不過受限於當時國際環境並未付諸實現。直到美國聯邦政府同意Space Imaging公司將IKONOS高解析影像出售給世界各地客戶,臺灣軍方計劃才有重大突破。因此電展室除了參與「浩全」項目外,也有自己的衛照計劃即「啟元」項目,即在林口監聽站內興建衛星影像接收站,以便直接接收外購的商用衛星影像,同時也加強衛星影像的終端處理設施。「啟元」項目完成後,臺灣軍方從操作控制衛星進行偵照,到接收影像,進行分析、判讀將可一氣呵成。
「啟元」項目在1991年「國防」預算中編列一般設施整建工程經費高達14278萬元,這只是用來興建接收站主體建築而己,至於購置衛星天線、影像接收設備等費用另計,這部分經費也要數千萬元,應已編入機密預算中。另外,「啟元」項目還編列經理裝備購置經費380萬元。這筆費用可能是用來加強衛星影像處理、輸出和儲存等相關設備,以建立資料建檔、系統管理的能力。
臺灣軍方林口衛星接收站結構體系已大致完成,預計於2003年完工啟用,將成為繼監聽站環狀排列天線,成為林口臺地的另一特殊景觀。因為衛星接收站配置的衛星天線是接收低軌影像衛星訊號,必須能南北轉動,雖然它也是碟型天線,但外形與一般用於衛星通訊的天線不同,較類似中央大學太遙中心的衛星接收天線。至於天線大小則視臺灣軍方需求而定,因為天線直徑越大,接收範圍越大,不過因軍方衛星接收站設於林口臺地,地勢較高,也有助於增加接收距離。由於監聽站的環狀排列天線,從衛星影像中看來就像一個大圓圈,很容易辨識,因此衛星接收站的興建應早在解放軍的監視中。
目前電展室接收的EROS-A1和IKONOS影像都是原始影像的電子文件,直接顯示在計算機屏幕上解析度不夠,不好判讀,必須再以精密的列印設備轉印為大幅高解析照片才方便閱讀。這種列印設備像一臺大型的海報印製機,越精密的列印設備越能將衛星影像精細的放大,以方便閱讀。由於輸出照片速度很慢,而且精良率並不高,如果短時間內需要印製大量衛星照片,就需要多臺機器同時進行。只是這種列印設備不便宜,每臺至少要1000多萬元。
由於龐大的IKONOS衛星影像訂購量,使電展室早已成為擁有該衛星的Space Imaging公司的世界級大戶。Space Imaging公司本身就設有「軍事計劃部門」,專門為世界各國軍方提供衛星影像服務,也因此在臺灣派有代表,作為電展室的對口單位。雖然無法直接操作控制衛星,不過臺灣因有大戶地位,因此也有高規格待遇,訂購的衛星影像獲取速度與接收實時影像只相差數小時,遠比通過在臺代理商或設在韓國的Space Imaging Asia公司訂購要快,而且電展室在收到外購衛星影像的隔天就可將影像分類製成光碟分發給各軍種相關單位做進一步判讀。
雖然衛星從太空居高臨下,地表地物一覽無遺,但衛星影像並非「萬靈丹」,適度的偽裝、掩蔽與隱蔽,還是可減低衛星偵察效果。由於臺海空防嚴密,因此臺灣軍方認為解放軍根本無法越過臺灣海峽到臺灣沿海或上空進行偵照,以致臺灣軍方並不重視偽裝。而解放軍早在間諜衛星出現前的時代,就在面對RB-57、U-2這些高空間諜,對來自天上的偵察活動,也練就出一套應對的本領。
以1996年解放軍「聯合九六」演習中飛彈試射為例,這些戰術彈道飛彈大都可機動,飛彈發射車都有掩體保護或根本就藏在洞穴中,一方面可以防止敵人攻擊保護飛彈,最重要的是還可防止衛星偵照。衛星傳感器根本穿不透厚厚的掩體,也看不透山洞,所以陣地內到底還有多少飛彈根本不得而知。另外,隨著大陸經濟快速發展,也提供解放軍在防止衛星偵照的一些便利。最佳例子就是,大陸經濟發達使得境內的鐵公路運輸能力大幅提高,大陸四通八達的交通,可使一整個飛彈旅在二三天內沿著高速公路前進部署數百千米遠,衛星可能也一時找不到,尤其臺灣軍方目前能運用的商用影像衛星就那幾顆,難度更高。EROS-A1平均只要1.8天,最久4天,才能通過同一地區,至於IKONOS平均要2.9天,這是因為衛星繞地球的周期與地球自轉周期無法整數倍所致,因此只要利用衛星偵照的空檔或者夜晚移動,就可迴避偵察。
雖然可由路幅、道路承載量等推算出飛彈發射車的運動範圍和可能的預備陣地,但衛星影像幅寬只有10餘千米,能顯示區域有限,無法一次查遍所有預備陣地,藉以追蹤飛彈發射車。所以要追蹤解放軍飛彈發射車,除了運用衛星影像之外,還要利用無線電截收、追蹤解放軍飛彈指揮管制體系的運動,雙管齊下。例如在「海灣戰爭」與科索沃衝突中,美軍都會利用無線電截收追蹤「飛毛腿」飛彈車,以及機動防空飛彈單位的移動。臺灣對解放軍通訊的截收一直相當重視,不過現在的戰術無線電大都採用跳頻方式,加上解放軍又大幅發展光纖和衛星通信,所以要通過截收跳頻無線電,定位解放軍飛彈發射車還需要進一步的努力。
臺灣每年花將數億的經費外購衛星影像。以軍方在1998年4月經比對法國SPOT商用衛星影像和加拿大資源衛星RADARSAT的合成孔徑雷達影像,發現在甘肅省嘉峪關東北方約120千米的鼎新軍用機場附近複製「清泉崗機場」為例,為了解解放軍利用這座複製機場的訓練情形,軍方這幾年來持續以衛星監控中。由於近年來臺灣軍方已陸續獲得解析度較佳的IKONOS和EROS-A1商用衛星影像,因此,判讀精度上遠比使用解析度僅6.25米的法國SPOT衛星影像要佳,獲得情資也更多。軍方已從衛星影像中發現,這座複製的「清泉崗機場」中布滿彈坑和彈著線,由於影像解析度足夠,有經驗的判讀人員已能由彈坑大小形狀和分布位置,研判解放軍戰轟機投射武器種類和攻擊方式,再據以推斷解放軍戰轟機戰術戰法。
目前電展室和「國安局」都會將接收到的衛星影像,視軍種特性將影像刻錄成光碟分送三軍做進一步判讀,但是這些影像大都只供軍種中的高司單位使用,使得這些昂貴情資的運用未能達到最大邊際效益。最明顯的例子就是,目前購得的衛星影像,軍方幾乎都用在掌握解放軍動態,至於如何運用在臺海防衛上就沒有多費心思。這種情形也顯示軍方資源分布不均的情形,其實基層單位也需要衛星影像,只不過不是大陸地區而是自己防區的衛星影像。
「前國防部長」唐飛曾在1999年3月時表示,大陸預計在2000年發射6枚高解析度偵察衛星,將可以掌握臺灣軍方任何舉動,「大陸只要坐在家裡,就可以知道我們在院子做什麼!」,道出對解放軍利用軍事衛星對臺軍事部署監控的憂心。雖然大陸偵察衛星解析度仍有限,不過臺灣軍方基層單位自己可能都搞不清楚,花錢花力做的偽裝設施是否有效,或者哪種形式的偽裝能在衛星偵照下產生最大的隱匿效果。其實軍方大可利用EROS-A1拍攝臺灣重要軍事設施,提供給各軍種作為改進偽裝,兵要調查或調整作戰部署之用,使衛星影像的價值發揮到極致。
其實商用衛星影像近幾年來因競爭者日漸增加,已不是外界所想的非常昂貴。原本世界2米內高解析度商用影像市場是以美國的IKONOS和以色列的EROS-A1兩枚衛星為主,但自從2001年10月18日解析度可達黑白影像61釐米、彩色影像2.44米的美國Quick Bird商用影像衛星發射後,形勢就改觀了。三強鼎立下,不僅顧客選擇增加了,而且衛星影像解析度也更佳了,最重要的是Quick Bird的出現已迫使IKONOS和EROS-A1衛星影像同時降價,並調降訂購影像最小面積降低影像價格以爭取客戶。
IKONOS最近推出的促銷案為,只要是資料庫(舊圖)中的北美地區1米解析度的黑白影像1平方千米只要7美元,購買最小範圍為49平方千米,共343美元,而彩色影像每平方千米也只要7.7美元,且可在10天內取得。IKONOS衛星影像原本的最小購買範圍為100平方千米,北美以外地區新攝影像原價為每平方千米25美元。至於EROS-A1因在解析度上更比IKONOS吃虧,所以降價幅度更大,原本1平方千米售價10—25美元,至少要買200美元,但從2002年6月起打對摺,1平方千米只賣5美元,至少買5平方千米即25美元,而且強調一星期送達。甚至Quick Bird最近也加入打折大戰,推出限時大採購,最高打六折,每平方千米最低只要13.5美元,最少買34平方千米。
目前Quick Bird、IKONOS和EROS-A1影像的降價只是開端而已,因為未來二三年內至少還有解析度50釐米的IKONOS2和解析度85釐米的EROS-B要升空,更多衛星投入市場意味著有更多的選擇、更佳的影像品質及更優惠的價格。屆時商用衛星影像應不再是軍方高司單位和「國安局」的專利,衛星影像採購權將會下放到基層單位,讓陸軍各旅營、空軍各聯隊和防警部、海軍軍區和陸戰隊等每年可以自購數張自己駐地或防區的衛星影像,改進防衛部署、偽裝等缺失,甚至視部隊特性開放部隊直接購入對岸解放軍軍事設施的衛星影像,作為反製作戰之需。而且在衛星的天眼下幾無機密可言,拋開事事機密的心態,仿照美國適時公開解放軍動態影像,使國防信息更透明化。 (文:水晶 原載於《世界航空航天博覽.64》 轉自:千龍網)