人造衛星與太空軍備競賽:我們能避免天空成為美中俄印的爭霸戰場嗎?

人造衛星與太空軍備競賽:我們能避免天空成為美中俄印的爭霸戰場嗎?
Photo Credit: AP/達志影像
我們想讓你知道的是

當前美、中、俄、印爭相發展反衛星武器與彈道導彈計畫的話,一不小心擦槍走火就可能會落入的「安全困境」的陷阱裡。

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文:江子揚

「沒有其他感情像恐懼那樣,更能有效地剝奪我們行動和思考的能力。」— 伯克(Edmund Burke)

夜晚時分,我們抬頭望向天空,除了滿天的星斗之外,其實有更多肉眼難以辨識的人造衛星正從我們的頭頂一閃而過。

宇宙對我們而言應該是「浩瀚無垠」的,可是在地球外層的太空軌道上,那可是跟上下班的「尖峰時刻」比有過之而不及。包括通訊衛星、導航衛星、氣象衛星與監控衛星等大約有1500個人造衛星與太空垃圾目前正在我們的頭頂之上盤旋著

在一般生活面向,我們日常的定位與導航、溝通、訊號傳遞與氣象觀測等,無不是透過衛星運作的結果。站在軍事角度來說,人造衛星在當代C4ISR訊息化戰爭中扮演相當重要的角色,太空因此也成了現代戰爭的戰略至高點。

在電影《當地球停止轉動》(The Day the Earth Stood Still, 2008)中,就曾描繪當我們失去對衛星的聯繫後,對軍事與通信有多大的影響。愛情電影《飛越情海》(Aloha, 2015)中,對太空軍事發展而破壞夏威夷當地生態與信仰也提出嚴重質疑,其不禁讓我們反問,發展太空武器的意義何在。

你又能想像太空人在一趟修復哈伯太空望遠鏡(Hubble telescope)的任務中,遭遇到反衛星導彈的試射嗎?四散的衛星碎片,不僅撞毀了太空梭,摧毀了其他低軌衛星,甚至損害了國際太空站(International Space Station, ISS)。這些太空人將如何存活?未來的科學研究又該如何進行呢?災難科幻電影《地心引力》(Gravity, 2013)深深地提出了這樣的疑問。

過去美國對太空發展的投注讓美國成為太空強國,但這個優勢逐漸被中國、俄羅斯與印度追上。中俄印等國試圖挑戰美國在太空的霸主地位,同時極力發展自身的反衛星武器計畫。列強野心勃勃,讓我們不禁擔心這樣是否會引發新一輪的太空軍備競賽?甚至是否會進一步引發地面衝突?近期即將上檔的歐習會能否消彌歧見達成共識呢?

日益擁擠的天空與愈發激烈的太空軍備競賽,我們能和平共處嗎?Photo Credit: AP/達志影像
一閃一閃亮晶晶,滿天都是大小衛星

由於資金與技術能力的不同,人道衛星之運行可以區分為低、中、高軌道衛星。離地球愈遠之衛星所需之成本和技術也愈高。Quartz這則視覺化報導,呈現了地球太空軌道上的衛星分布。

低軌道衛星運行離地球表面約300到2,000公里,繞行地球一圈的時間約為100分鐘左右,較著名的有哈伯太空望遠鏡與國際太空站。中軌道衛星的軌道高度約在2,000到20,000公里(多數位於20,000公里軌道上),繞行地球一圈約12小時,多數導航與定位衛星都座落在此軌道上。

高軌道衛星運行高度多在35,786公里,且位於赤道上方。繞行地球一圈需24小時,與地球自轉時間大致相同。在此軌道上運行的衛星始終位於地球表面的同一位置,因此又被稱為地球靜止軌道衛星或同步軌道衛星。當然,在同步軌道到月球之間還有更多高軌道的衛星在運行,它們的繞行地球一圈的時間也更久,例如NASA研究太陽風的衛星等。

人造衛星運行高度表。Photo Credit: Rrakanishu CC BY SA 2.0 via Wiki
對太空軍備競賽的擔心:各國太空武器的發展

對於新一輪太空軍備競賽的擔心絕非無的放矢。

2007年中國發射反衛星飛彈擊落老舊的氣象衛星,使國際社會驚覺中國的太空軍事能力。中國2007年一系列的高海拔「反衛星」武器測試(high-altitude ASAT test)和2014年的再度測試,其行動展現出明顯的針對性。美國國家情報總監(Director of National Intelligence, DNI)克拉帕(James Clapper)就指出中國的測試行為展現出「干預、損壞與摧毀美國衛星的需求。

英國《每日郵報》7月報導,俄羅斯正在發展一款全新可移動式的「Krasuha-4電子戰爭系統」,號稱可以癱瘓敵方衛星與武器系統。俄羅斯武器承包商輻射電子科技集團(Radio-Electronic Technologies Group, KRET)副總馬耶夫斯基(Yuri Mayevsky)指出,該系統能應付「敵方甲板型武器、長程及戰略轟炸機、電子設備,以及壓制外國軍事衛星等電磁裝置。」

香港《星島日報》報導亦指出,俄羅斯近期將對部署在中亞塔吉克(Tajikistan)的「視窗-M」(Okno-M)太空監測系統進行升級。該系統能夠監測到距地球表面40,000公里的物體運行軌道(換言之,包含了絕大多數的衛星運行範圍)。並預計在未來4年內於俄羅斯各地建立新的太空雷射、光學和無線電探測網絡。俄國分析師指出,若能有效摧毀美國低軌衛星,可讓美軍「又瞎又聾」,同時讓那些依賴衛星定位的精準武器淪為廢鐵。

鑑於烏克蘭內戰引起的區域緊張局勢,今年3月俄羅斯軍演與6月北約(NATO)的軍演都互相將對方作為「假想敵」,對抗性色彩日益明顯,俄羅斯與北約的發言人亦不諱言地點出雙方的緊張關係

近日,印度在「印度-太平洋島國合作論壇」(India-Pacific Islands Cooperation, FIPIC)上努力打造與亞太島國的國防與戰略關係。印度的戰略旨在與華府的大戰略合流,以管理中國在亞太地區的政治與經濟影響力。同時,在該會議上印度總理莫迪(Narendra Modi)也宣布在斐濟群島(Fiji Islands)建立新的太空研究計畫與衛星監測站

無獨有偶地,8月27日印度的NASA-印度太空研究組織(The Indian Space Research Organisation, ISRO)發射了INSAT-4E(又稱GSAT-6)通訊衛星進入地球同步軌道。

印度國家衛星系統(The Indian National Satellite, INSAT)是印度在亞太地區最大的通信衛星群,該計畫自1983年起開始執行,由9顆同步軌道衛星所組成,並肩負有通訊、電視衛星訊號傳播、氣象研究、災難預警與科學研究等功能。

作為新興太空參與者,印度早前都仰賴美國與澳洲的科技協助。但隨著近年印度太空計畫的逐步實踐,印度將擁有獨立衛星追蹤與發射能力。

中國、俄國與印度紛紛強化其太空威攝與反制能力。Photo Credit: Reuters/達志影像
反衛星武器的發展史

太空戰爭的概念一點也不新穎,早在上個世紀50年代,當蘇聯首次發射史普尼克1號(Sputnik-1)上到太空軌道後,美蘇就開啟了太空競賽之路。

由於美蘇都是核武國家,冷戰期間兩國也都相互擔心對方對自己發動太空核武攻擊,因此紛紛開始有將核武送上太空的想法,兩方同時也著手展開對反衛星武器(ASAT weapons)的研發。

有趣的是,反衛星與反導彈系統的發展是相互相生的,因為他們所使用的技術類似,所以即便冷戰結束,反衛星武器發展沈寂了一段時間,但相關技術卻沒有因此停止。部分軍事技術如全球衛星定位系統(Global Positioning System, GPS)也因為具有商業價價值而受到民間廣泛使用。

一、1950s-1960s:早期ASAT、飛彈防禦系統與太空條約

在1950到1960年代,美國發展反衛星與反導彈系統的部分原因是來自蘇聯「軌道轟炸系統」(Orbital Bombardment Systems)的威脅。「軌道轟炸系統」是透過將武器設置在太空軌道上,然後透過重力加速度向地球發動攻擊。

為了預防「軌道轟炸系統」的攻擊,美蘇紛紛建立起自己的導彈攔截系統。但由於早期的技術限制,這些採取核彈攔截的系統雖然能有效對付軌道衛星武器,但也因為其爆炸是範圍性傷害,將可能導致周遭衛星毀滅與輻射影響,在今日被視為是一種低端的技術。

此外,使用核彈攔截衛星攻擊也違反了英美蘇於1963年簽署的《部分禁止核試驗條約》(Partial Test Ban Treaty, PTBT)。

在經過50、60年代一系列重大外交折衝尊俎後,美蘇雙方都認知部署反衛星武器並非國家的最佳利益,美國逐漸調整其在武器管制上的立場,蘇聯也認為太空武器管制對其有利。於是在1966年12月,聯合國大會通過全稱為《關於各國探索和利用包括月球和其他天體的外太空活動所應遵守原則的條約》的《太空條約》(Outer Space Treaty, OST)並在隔年開放簽署與生效。

《太空條約》於是成了國際太空憲法,它規定了國家從事太空活動所應遵守的十項原則:

  1. 追求共同利益
  2. 自由探索和利用
  3. 不得據為己有
  4. 限制軍事化
  5. 太空危難互助
  6. 各國對本國公私部門之太空活動負責
  7. 各國對本國之太空載具與物體享有管轄權和控制權
  8. 各國進行太空活動應儘量向聯合國登記
  9. 太空環境保護與
  10. 國際合作原則

雖然《太空條約》禁止在太空軌道上部署大規模毀滅性武器,但它並沒有明確禁止不能使用其他方式攻擊衛星。換言之,《太空條約》禁止了在太空使用核武,但並未取締其他類型的太空武器。

因擔心太空核武化,1960年代美國、蘇俄與國際達成共識,於聯合國簽署《太空條約》,該條約即成為國際太空憲法。Photo Credit: Reuters/達志影像
二、1960s-1970s:蘇俄的同軌反衛星武器、雙邊《反彈道飛彈條約》條約簽署

1960到1970年代的太空發展,是一場美蘇的政治對賭。雙方一方面透過談判限制反衛星武器的發展,一方面又低度地推動自身反衛星武器的技術。

蘇俄於1963年開始建立其軌道同步反衛星武器計畫。透過裝載常規火藥的反衛星導彈,發射至欲摧毀衛星的同一軌道上,在靠近衛星後引爆摧毀之。蘇俄於1971年12月測試後,於1973年宣布正式啟用。

另一方面,美蘇於1972年簽署《反彈道飛彈條約》(Anti-Ballistic Missile Treaty, ABM Treaty)。該條約禁止美蘇任何一方透過國家技術手段來干擾對方的衛星偵察行為。而也就是這個條約默認了美蘇雙方間諜衛星的合法存在基礎,又該項衛星保護機制在後來也逐漸延伸到其他類型的衛星上。

此外,在1970年代中期,受到媒體對蘇聯雷射與粒子束反衛星與導彈技術的誇大報導,美國也重拾相關太空計畫發展,例如太空梭就是那個時期的產物。

美國與蘇聯於1972年簽署《反彈道飛彈條約》。隨著蘇聯解體,1997年前蘇聯國家烏克蘭、俄羅斯、哈薩克與白俄羅斯與美國簽署繼承《反彈道飛彈條約》的諒解備忘錄。Photo Credit: AP/達志影像
三、1980s-1990s:美國星戰計畫、ALMV、MIRACL和KE-ASAT系統;俄國的雷射反衛星武器系統

1980年代,情報顯示蘇聯正在發展一種對衛星與彈道導彈具有威脅性的高功率雷射技術,這正好給予了美國進一步發展反衛星與導彈的藉口。美國陸海空軍紛紛展開反衛星武器系統的研發工作。

(一)ALMV技術

1982年,美國宣布發展新一代的反衛星武器試驗:空射型微型飛行器(Air-Launched Miniature Vehicle, ALMV)。透過F-15戰鬥機搭載兩段式導彈,導彈在一定高度脫離戰機後,以高速方式撞毀或干擾低地球軌道的目標衛星。此技術在操作上比起早先蘇聯軌道同步攻擊方式更具彈性,也更省時間。

美國並於1985年10月正式對一具老舊衛星進行實戰測試,該衛星分解成至少250多個可被偵測之大型物體與900多個中小型碎片(直徑約10公分左右)。這些四散的碎片繞著衛星軌道持續慣性運行,就像電影《地心引力》發生的情景一樣,這些碎片隨時會對位處同軌道上的衛星與太空艦艇造成嚴重危害。而該衛星最後一片可被偵測的碎片最終於2002年墜落地球。

雖然ALMV系統一直是美國空軍介入最深且最感興趣的技術,但1985年後鑑於其造成的危害可能大於安全因素,美國在80年代後期一直限制ALMV技術的發展,而此系統最終也在安全、經濟與政治考量下被放棄。

考量到ALMV反衛星武器系統會製造大量太空垃圾與污染問題,美國轉向定向電磁能量(directed electromagnetic energy)如雷射與高功率微波發展。雖然雷射武器的運用範圍比ALMV技術來的小,也更容易受到天氣影響,不過相對也更能有效控制衛星碎片的產生。此外,不同功率的雷射與微波不僅有摧毀衛星的能力,它們甚至能夠癱瘓或遮蔽衛星的運作。

(二)星戰計畫

在1983年時,雷根(Ronald Reagan)總統發表了「戰略防禦倡議」(Strategic Defense Initiative, SDI)演說。該計畫通常又以「星戰計畫」(Star Wars Program)廣為人之。

「星戰計畫」的核心內容是:採取在外太空和地面部署一系列高能定向武器(如微波、雷射與電磁動能等)或常規打擊武器,在敵方戰略飛彈來襲的各個階段進行「多層次的攔截」。美國的許多盟國,包括英國、義大利、西德、以色列、日本等,也在美國的要求下不同程度地參與了這項計劃。而蘇聯對「星戰計畫」的回應包括發展自己的飛彈防禦系統、動員外交系統與提出禁止以太空為基礎的武器系統。

(三)MIRACL系統

隨然「星戰計畫」在今日被認為是美國加速蘇聯破產與瓦解的誘餌,但事實上美國海軍也在當時也就電磁能量技術發展出一套由紅外線先進化學雷射器(Mid-Infrared Advanced Chemical Laser, MIRACL)與海石光束定向器(Sea Lite Beam Director, SLBD)組成的雷射反衛星系統,並將之建置在陸軍位於新墨西哥州的白沙導彈基地。

不過在1989年蘇聯同意美國代表團參訪位於哈薩克的基地後,關於蘇聯正在發展高功率反衛星武器的謠言不攻自破。美國國會於是大砍國防預算與限制此類雷射反衛星系統的發展。一直到1997年,MIRACL才正式受到測試。

(四)KE-ASAT系統

1990年代,美國陸軍也加速其對陸基反衛星武器系統的研發,動能反衛星武器(kinetic-energy ASAT, KE-ASAT)於是出現。不過由於蘇聯於1991年解體,冷戰亦同時結束,在當時的氛圍下認為無須再進一步投資太空防禦相關武器發展,柯林頓政府遂於1993年中止該計畫,甚至在1998年時否決了國會通過的預算案。

▼1983年美國雷根總統的「星戰」談話。

四、2000s:美國重拾太空基礎武器與反衛星武器能力;中俄印反衛星武器發展

(一)美國

千禧年初期,小布希(George W. Bush)上台不久即逢911事件,美國隨即展開全球反恐戰爭。不知道是不是意識到新世紀的敵人型態不再是傳統上的國家對上國家,情報、資訊與科技成為重要的預防機制,美國政府對太空安全與控制採取了一個相對90年代更加積極的態度。同時也重新組織軍事指揮系統、發展與佈置反衛星武器系統和太空基載武器設備。

2002年6月,美國單方面無預警退出1972年簽署的《反彈道飛彈條約》。美國軍方和國防組織被重新賦予部分太空任務與職掌。小布希政府更廣泛增加對太空相關技術的資助,包括:衛星癱瘓技術(類似網路DDoS攻擊拖垮頻寬的手段)、機動衛星技術(NASA的DART技術與美國空軍的XSS-11計畫)、陸基高強度雷射系統(透過高功率雷射光束破壞衛星感測器)與X-37B太空機等。

英國《每日郵報》報導也指出,隨者近年中、俄太空武器與反衛星技術的進步,美國進一步發展諸如XS-1等計畫。 XS-1太空機是美國空軍X-37B太空機的孿生兄弟,它可以透過兩階段方式發射低軌道小型衛星。不同於傳統太空梭需要大量準備時間,XS-1太空機可以在返回地球的24小時內再度執行任務,兼具精巧與高度機動能力。

(二)中國

中國從1980年代起就開始發展反衛星武器與導彈防禦技術,2010年一月時也測試了其彈道導彈防禦系統。2007年一月,中國透過陸基導彈發射來摧毀一具老舊氣象衛星,這個反衛星武器測試是近20年來首次嘗試,其引起了國際社會的關注,擔心此次試驗將會的製造比過往更多的衛星碎片,造成未來太空活動的浩劫。2014年的陸基反衛星武器測試也讓美國提出嚴重的擔憂,何況中國軍事預算與活動一向都不夠透明。

《彭博社》報導,美國加州大學聖地牙哥分校全球衝突與合作研究所(Institute on Global Conflict and Cooperation)2015年3月的一個報告就指出:「中國逐漸精進的太空能力,對美國的軍事安全是一種負和結果(結果可能是中美雙輸的局面)。」

(三)俄國

蘇聯解體後的俄國雖然官方太空任務逐漸減少,但民間太空計畫卻蓬勃發展。俄國亦開始考慮與美國合作發展飛彈防禦系統。不過雖然蘇聯解體,俄國仍握有自冷戰以來相關的反衛星武器與彈道導彈技術。此外,根據《Slate雜誌》報導,安資公司卡巴斯基實驗室(Kaspersky Lab)研究報告指出,俄國間諜組織Turla透過劫持合法衛星用戶的IP位置來盜取其他受感染機器與伺服器上的資料,讓反追蹤技術難以偵察出源頭。

(四)印度

鑑於地緣政治與中國逐漸強健的太空實力,印度在2010年也宣布將在其原本彈道導彈防禦系統的基礎上,建立雷射傳感器與大氣層外攔截器作為其擊殺(hit-to-kill)反衛星武器系統。

美國空軍神秘的X-37B太空機。其具有重複使用與無人自動化等特徵。Photo Credit: AP/達志影像
走向毀滅的武器競賽?

根據國際關係現實主義理論,由於國際政治現實是權力政治,一國追求安全的情況會下會引發他國的安全威脅,如此陷入一種大家競逐權力的「安全困境」(security dilemma)。當前美、中、俄、印爭相發展反衛星武器與彈道導彈計畫的話,一不小心擦槍走火就可能會落入的「安全困境」的陷阱裡。

在目前欠缺一個反衛星武器規範的國際環境下,有沒有什麼是這些國家可以達成的共識呢?美國智庫Cimsec認為,美國應扮演國際反衛星武器立法的推動角色,並說服其他擁有反衛星武器的國家參與此一機制。

該機制必須包含明確區分與定義在什麼空間與情境下國家可以動用反衛星武器、強而有力的查核制度與嚴謹的報告制度等三大支柱,讓各國避免因誤信與錯誤解讀對方意圖而導致衝突升溫,並進而引發太空戰爭。

對話

《外交家》(The Diplomat)雜誌指出,美國與中國在許多面向上存在分歧,但兩國終於在民用航空領域項目上達成了共識。在今年6月於華盛頓舉行的第七輪「美中戰略與經濟對話」(U.S.-China Strategic and Economic Dialogue)中,美國與中國針對宇宙空間探索相關事宜進行磋商,兩國並同意建立一套雙邊政府間民用航空合作的定期對話機制

首屆「美中(雙邊)民用航空合作對話」將於10月底前於中國召開,其將有與國際多邊的民用航空合作對話有所區別。該對話基礎乃設置於美中安全對話架構下,兩國更會針對太空安議題進行意見交換。

「恐懼是理智最強大的敵人。」美國前副總統高爾(Al Gore)如此說到。一般相信,9月22日起中國國家主席習近平訪美,太空議題會伴隨著兩國網路安資問題、軍事與南海糾紛等爭議而一併提及與探討。在恐懼與不信任的時代,我們更需要溝通!

或許一如電影《飛越情海》中,艾瑪・史東(Emma Stone)飾演的女飛官Allison Ng說的:「若天上所有的點點都是衛星,那就像是星際大塞車。當我們抬頭望向天際,它若不再純淨,那我們就完蛋了。」

2015歐習會即將舉行,美中能否克服自身的「恐懼」,達成公開透明的共識呢?圖為2014年11月,歐巴馬因APEC峰會訪中的資料畫面。Photo Credit: AP/達志影像

衛星運行視覺化資料:

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研究報告:

責任編輯:翁世航
核稿編輯:楊士範

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