美商业太空能力对俄乌冲突影响及启示

云脑智库 2022-06-18 01:08

导 读

在战术成像与信号监测方面,商业卫星图像和感知在这场冲突中大出风头,向军队和公众提供了卫星图像,实时反映了冲突进程。在冲突发生前,包括“鹰眼”360在内的一些公司就已探测到该地区GPS干扰信号。在冲突过程中,卫星图像公司Maxar、Planet Labs和BlackSky等获取大量情报信息并直接或辗转传递给乌克兰政府,这些所谓的开源情报源头掌控着分享什么和何时分享,并很有可能已经对几千公里外的战场决策造成巨大影响。


引言
据美媒《太空新闻》网站2022年4月6日报道,美国国家地理空间情报局(NGA)的商业运营总监戴维•高蒂尔在第37届空间研讨会的小组讨论中透露,NGA和美国国家侦察局(NRO)在俄乌战争爆发前就加速了采购西方商业遥感卫星公司提供的各种情报数据,目前正在与100多家商业遥感卫星公司合作,使用了至少200颗商业遥感卫星的照片,而且这些商业遥感公司还提供了大约20种不同的分析服务。他还说,与战争爆发前相比,这些客户购买的关于乌克兰的商业遥感卫星照片增加了一倍多,对合成孔径雷达成像卫星的照片采购量增加了5倍以上,并且这些照片能够直接流向美军欧洲司令部、北约军方和乌克兰政府。
这些商业航天公司获取的每条战区情报都很重要,尤其重要的是可执行的情报。比如俄军关键要素的位置,油罐车队或是导弹连,或是其他。这些都是乌军非常渴望获得的情报,他们渴望知道它们在什么位置。要向哪移动,武力强度有多大,这些都是很重要的方面。此外,据美国《纽约时报》等主流媒体的披露,俄乌冲突以来,美方提供了许多重要情报,包括俄军总部的位置、截获的俄军对话等,这些信息有助于定位俄军高级官员,使乌军可对这些地点和重要人物发动袭击。这种对特定目标的情报支持是拜登政府向乌克兰提供实时战场信息的秘密行动的一部分,在乌军对俄作战起到了“决定性作用”。在这些情报体系的支持下,由美国带头搜集到的战场情报几乎实时传递给乌军。原本全面处于下风的乌军,反而能时不时找准时机料敌在先设伏攻坚,俄黑海舰队旗舰“莫斯科”号导弹巡洋舰被击沉、俄军多位高级将领陆续阵亡,这些作战成果与美国提供的情报不无关系。
莫斯科号遭导弹袭击后沉没
当前,商业航天正发展得如火如荼,各种商业卫星公司层出不穷,提供的业务也是五花八门,早已超出了传统的通信、电视转播、天气预报等传统服务项目。随着电子技术的发展,几十年前只有超级大国才能掌握的军用卫星技术已经能够被比较小的商业卫星团队所掌握。如今的商业卫星已经越来越具有军事价值。比如美国Planet公司的光学遥感卫星星座,已经能够提供顶级军用光学侦察卫星质量的地球照片;比如美国Capella Space公司的合成孔径雷达(SAR)卫星,已经能够提供顶级军用SAR雷达卫星质量的雷达成像照片;甚至在最近几年快速扩张的SpaceX公司的“星链”低轨互联网星座,也早就与美军签署了多项合同,为美军提供军用数据链服务。
一、光学成像侦察卫星
各大媒体上发表最多的无疑是Maxar的产品。Maxar公司的卫星图片分辨率原为0.3米,在2021年底,该公司宣称通过智能算法升级,成功将成像分辨率由0.3米提升至0.15米级别。这种级别的分辨率已经超过了冷战时期苏联的顶级侦察卫星的分辨率,距离美军“锁眼”系列卫星0.1米的分辨率已经不远。

Maxar Technologies提供的这张卫星图像显示了2022年3月10日乌克兰切尔尼戈夫南部工业区和附近油田火灾的特写视图

2022年2月27日卫星图像显示,俄罗斯地面部队的大量部署动作,包括坦克、燃料、后勤和装甲车,步兵战车和自行火炮。从大约40英里外向乌克兰首都基辅方向移动


另一家卫星图像公司Planet Labs部署的卫星中,大约有21颗卫星能够以50厘米分辨率精度捕捉图像,另外还有约120颗卫星的分辨率为3米。凭借行业领先的覆盖和星座组合,Planet能够以前所未有的规模提供地球成像数据。

来自Planet Labs的卫星图像(2022年4月9日)证实,俄罗斯在沃罗涅日的马尔舍沃军用机场集中了30多架苏-27战斗机和一架伊尔-76

来自Planet Labs的卫星图像(2022年4月9日)显示,乌克兰南部赫尔松机场发生大火,浓烟滚滚

二、信号情报监测卫星

信号情报卫星的基本功能就是对地面上发射出来的无线电波进行测向和进行特征分析,在后端处理功能足够强大的情况下,还可以识别目标无线电设备的型号,甚至能够对一些无加密甚至加密不牢靠的通信信号进行解密,得到有用信息。

据美媒《太空新闻》网2022年3月4日报道,鹰眼360公司(HawkEye 360)3月4日发布新闻称,过去四个月乌克兰及其周边地区出现GPS干扰。在俄罗斯2月24日进入乌克兰之前,乌克兰附近的GPS干扰持续增加。俄罗斯在这场现代战争中利用了最新的电子战技术,这也是俄军为降低对手天基资产效能而采取的典型战术。

美国鹰眼360公司提供的乌克兰战场射频信号分析服务

鹰眼360公司运行着一个卫星星座来监控射频信号并精确定位。该公司去年展示了其检测和监控GPS干扰的能力,现在已在销售相关产品。

在俄乌战争中,该公司对俄军进行了无线电信号侦察。这些无线电信号既包括通信设备发射的信号,也包括雷达等探测设备发射的信号。

鹰眼360公司CEO表示,该公司于2021年秋开始收集GPS干扰信号,并迅速将其识别为有用的监控信号,此后继续在整个东欧收集这一信号和其他数据,并将其视为即将发生军事活动的一个关键指标。在俄罗斯进攻乌克兰开始前不久,鹰眼360分析师在切尔诺贝利以北检测到GPS干扰,“表明电子战战术融入了俄罗斯的军事行动,进一步削弱了乌克兰的自卫能力”。此外,2021年11月在卢甘斯克和顿涅茨克地区亲乌和亲俄部队之间的边界附近也存在GPS干扰。根据公开的信息,该公司证实,该地区无人机的运营因干扰而中断。

除了有意干扰,GPS信号也可能受到附近频段通信信号的意外干扰。全球对GPS的依赖促使军方和贩毒集团投资于GPS信号干扰和欺骗设备,美国政府也不得不寻找可靠的备用定位、导航与授时(PNT)数据源。鹰眼360公司表示,其星座能够监测数亿平方公里的区域,通知客户GPS干扰发生的时间和地点,使其迅速做出反应以减轻影响。

商业公司的SIGINT卫星的发射部署,将对美国和其他西方国家军事射频信号情报侦察起到很大的帮助作用,也对他国的国家安全造成一定威胁。

三、合成孔径雷达卫星

乌克兰上空的恶劣天气和云层覆盖成为光学成像卫星的一个问题,这些卫星使用可见光、近红外和短波红外传感器生成图像,无法穿透云层,因此美国国家地理空间情报局(NGA)求助于合成孔径雷达(SAR)传感器卫星的商业运营商,SAR成像卫星使用电磁波来对目标进行成像,电磁波能够穿透云层和一般的雨雪天气,并且可以在夜间工作。商业SAR卫星图像通过NGA的测试和评估后直接投入到行动中。

美国卡佩拉公司(Capella Space)提供的乌克兰-白俄罗斯边界上的超高分辨率合成孔径雷达图像

SAR图像显示机场跑道受损情况

目前,世界上有多个SAR卫星星座在运行。大多数商业SAR提供商,如芬兰的ICEYE的公司和美国的Capella Space公司,能够提供分辨率在0.5米的图像。随着卫星星座数量的增长和政府法规的发展,在即将推出的发射项目中,其它商业SAR提供商的目标是制作出分辨率在0.5米以下且具有高重访率的图像。

合成孔径雷达(SAR)成像虽然可以穿透云层,但是需要经过专门培训的人员来对其图像进行解读,如能将这项繁琐的任务自动化,便可以实现实时动态观察。而目前基于典型RGB图像开发的计算机视觉方法尚不能很好地解读SAR图像。当下改进针对SAR图像的方法、代码库、数据集和预训练模型的获取和可用性,将有助于情报机构和研究人员的工作。鉴于俄乌冲突对SAR成像的需求十分旺盛。2022年2月和3月,美国国防高级研究计划局(DARPA)发布了征询建议公告,征求工业部门围绕改进SAR技术的自动目标识别、分布式雷达成像、数字信号处理等3项计划的建议方案。

四、低轨通信卫星星座

美国太空探索技术公司(SpaceX公司)2月26日宣布,应乌克兰副总理米哈伊洛·费多罗夫的要求,“星链”低轨互联网卫星星座已经在乌克兰投入使用。乌方表示,“如果俄罗斯的攻击破坏了乌克兰互联网,这种不受地面基础设施限制的卫星通信网络可能会很有用”。在俄乌冲突期间,除了早期受到部分影响外,乌克兰的对外通信联络基本保持通畅,乌总统泽连斯基还不断通过社交媒体对外发声。这意味着在这些终端的帮助下,乌克兰部分地区一直能够获得网络服务。

乌克兰网络业者安装星链碟形接收天线

“星链”系统是由大量低轨道卫星和多个地面终端组成的高速卫星通信网络。目前,乌克兰境内有数千台“星链”地面终端在运行。从地面物理性地摧毁“星链”系统存在很大的困难。大量星链卫星通信终端设备,为乌军提供高速互联网服务。

据英国《每日电讯》报道,“星链”系统不只是帮助乌方指挥控制系统获得通信能力,还协助乌克兰无人机打击俄军部队。报道称,乌克兰的私人空中侦察单位 Aerorosvidka 使用马斯克的卫星互联网,不仅可以监控无人机(无人机),还可以对其进行协调。这使得乌克兰武装部队可以向俄罗斯目标发射有针对性的反坦克武器。乌军1名操控无人机的军官指出,他们常在夜间使用热成像无人机找寻俄军目标,然后把数据通过星链互联网传输到炮兵阵地进行精准打击,使俄军措手不及。

五、人工智能分析技术

除了这些商业卫星公司以外,西方国家还有大量的公司提供卫星数据分析服务,利用人工智能技术和专业算法对卫星照片和其他数据进行融合分析,从而得出有用的情报,能够极大地减轻人工研读遥感卫星数据带来的工作量。

比如美国Blacksky公司就定制了算法和机器学习软件,以更快地分析图像,并且在俄乌战争爆发后,该公司还建立了一个全天候运营的部门,为客户提供更快的服务。

总而言之,随着技术的进步,商业低地球轨道遥感卫星已经能够提供足以匹敌大国军用侦察卫星的性能。

启示

乌克兰的冲突有力地展示了美国的商业卫星的潜在军事影响力。商业公司向军方和公众提供卫星图像、信号监测报告,提供通信援助等,实时反映了冲突进程,乌军的战果这些只是这种数据的简单应用。大型卫星群或这种扩散式架构,能在战场上提供更高的容错空间和频宽流量,因此美国政府也在思考,如何在战时将民间低轨卫星纳入军事使用。

美军认为,将这些商业情报系统转变为美国有效的军事能力,还有很长的路要走。美军正在试图获取商业航天数据提供商的更多支持,以便能够快速访问特定区域,拍摄不断变化的情况的图像,这些传感器还需要更好地与军种系统集成,以便卫星数据可以直接下行到战场。如果不能以一种可以快速使用的格式将其归结发送至该领域的战术用户,那么就空有海量数据而没有真正的作战能力。当前,美国陆军正在通过与国家侦察局和国家地理空间情报局达成协议,促进快速原型设计,以及通过与太空军的谅解备忘录,朝着这一目标取得进展。

美军在此次冲突还发现,需要以更快地速度开发软件和技术,以及能够在敌对环境中自适应和继续工作的灵活系统。乌克兰战场的情况非常动态,战场形势瞬息万变,情报需求是变化和递增的。美军在观察这场冲突后认为,必须构建新型自主化陆战场传感器及电子战系统,实现能够随着威胁的变化而适应,随着数据需求而适应,随着不同的传感器进入和退出环境,以动态的方式适应。不能等上三个月到一年的时间才能获得新软件或为该环境构建的新天线。(北京蓝德信息科技有限公司 研究员 李雷)


参考资料
[1] Wesley Wark,Commercial Satellites Deployed in Ukraine’s Defence. 2022.
[2] Rebecca Falconer,Satellite imagery detects third mass grave near Mariupol. 2022.
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