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中國開始破壞台灣海底電纜 該考慮HAPS了

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更新於 2023年03月27日04:51 • 發布於 2023年03月23日13:37 • 凌晨閱讀筆記
目前有超過97%的全球通信仍然通過海底深處的電纜傳輸。(維基百科)

網路資訊戰必定先於熱戰

現在中國對台心理戰、認知戰目的在攻破台灣民眾心防。但中國在展開全面攻勢、武力犯台之前,最先攻擊目標可能不是用飛彈、無人機襲擊軍事目標,而是先切斷台灣連外的海底電纜,或是摧毀海纜登陸站。

在斷網狀況下,民眾難以接發資訊,導致恐慌情緒蔓延,島內商業活動陷入癱瘓,對外發聲管道受阻,北京控制國際話語權。台灣將處於心理上的孤立無援狀態,對士氣民心極為不利。

倘若上述狀況發生,戰爭開打前,中國已在資訊戰先拔頭籌。台灣將不能效法烏克蘭在網路社群取得優勢,而是全面潰敗。

中國已開始破壞台灣連外海底電纜

NCC於2月16日曾證實,連接台灣和馬祖的兩條海底電纜在2月2日和8日分別被中方的漁船和貨船切斷。雖沒有證據是北京蓄意行為;但中華電信的數據顯示,馬祖海底電纜過去五年被損壞超過20次,是首度有兩根電纜在短短6天內相繼受損。這給我們的不只是警訊,而是當頭棒喝。

英國媒體《金融時報》3月14日披露,行經南海,連接日本、新加坡、台灣、香港的海底電纜鋪設計劃,由於中國的反對而被推遲一年多。這條海纜由中國移動、中華電信和Meta等公司共同擁有。顯示中國正在阻撓台灣行經南海的海底電纜鋪設與維護計畫,台灣如何守住網路生命線,成為關注焦點。

外媒警告台灣的海底電纜和登陸點將成為攻擊目標

《美國之音》3月22日引述專家看法指出,中國將灰色地帶戰術擴展到海底並將其常態化。台灣連結全球網路的海底電纜,很容易成為中國的攻擊目標,台灣應聯合盟友制定應變計畫,並考慮加以反擊。文中還提到中國如何將電纜武器化,美國企業研究所兩位學者投書《國會山報》表示,北京當局可能從海、空封鎖台灣,切斷台灣與世界聯繫所需的海底電纜。

現代海底電纜利用光纖(fiber-optic)技術,使用絕緣材料包裹導線並鋪設在海底,用於國家或地區之間的電信或電力傳輸,目前有超過97%的全球通信仍然通過海底深處的電纜傳輸。

台灣連外海底電纜有14條,海纜登陸站分別在頭城、淡水、八里、枋山,經由此4個登陸站的光纖海纜電路,分別與全球電信網路連結,直接連結的國家為日本、韓國、中國、香港、新加坡、美國等,經由這些國家再串接至全世界。

美國國國防情報局前東亞國防情報官員韓力(Lonnie Henry)3月11日發文指出,解放軍在封鎖台灣時,最初的飛彈和空襲將包括遠程通信設施,如衛星地面站和海底電纜登陸點,還有使用反太空技術攻擊通信衛星,後續的打擊將針對台灣的移動和備用通信設備。文中指出「如中國切斷聯絡管道、從海空阻絕軍民補給,台灣最終可能不得不投降。」

美國喬治梅森大學客座教授、網路安全專家黃基禎(Joseph Hwang)對《美國之音》表示,在侵略情景下,中國可能會利用潛艇或無人水下航行器來定位和切斷海底電纜,發動網路攻擊導致數據流中斷或攔截敏感信息,以及使用產生電磁脈衝(EMP)的設備,來破壞海底電纜或與之相連的基礎設施。

黃基禎建議,台灣、美國和亞洲盟友可以採取如下措施以保護海底電纜和水下優勢,包括與區域合作夥伴聯合巡邏或成立任務組,共享情報和協調打擊;加強基礎設施建設,投資電纜鎧裝、深埋和誘餌電纜;在有關海底電纜保護標準和協議的外交活動中,強調全球通信基礎設施對貿易、安全和經濟穩定的重要性;建立法律和政策框架,明確解釋「意外」或故意破壞水下電纜的後果,並與國際組織合作建立問責制度。

NCC於2月16日曾證實,連接台灣和馬祖的兩條海底電纜在2月2日和8日分別被中方的漁船和貨船切斷。(台電提供)

台灣政府計畫採用非同步軌道衛星應對網路設施攻擊

俄烏戰爭讓外界看見低軌衛星的價值,烏克蘭已為強化網路韌性努力了2年多。數位部長唐鳳於去年9月1日提出兩項第四期前瞻基礎建設新計畫,其中一項是通訊網路應變韌性。目的是要確保台灣出現各種緊急狀況發生時,如海底電纜、行動網路、固網等既有通訊系統遭到破壞時,通訊網路仍可藉由非同步軌道衛星,使必要的應變訊息仍可在國內外傳遞。

考量非同步軌道衛星還沒有在台灣提供商用服務,數位部針對非商用部分有「應變或戰時應用新興科技強化通訊網路數位韌性計畫」,今年起為期2年規劃以概念性驗證(PoC)方式,在國內縣市約700餘處和3個國外站點,設置非同步軌道衛星設備,以驗證非同步軌道衛星在台灣提供通訊服務的可行性。

數位發展部此前在一份聲明中指出,將會優先考慮台灣近海島嶼進行衛星試驗計劃,並將在今年年底之前進一步增加與離島之間的微波通信帶寬。台灣已選擇了近地軌道衛星作為解決方案,並且啟動了一項為期兩年的試驗計劃,依靠國際衛星提供商來增強互聯網服務。

數位部在低軌通訊衛星部分,去年11月已開放申請商用衛星通信頻率,目前2個申請案正在審查中。

馬斯克的「星鏈」是否可靠

以俄烏戰爭的例子來看,當兩國開戰之後,烏克蘭許多電信基礎建設幾乎都毀於戰火。因此,烏克蘭緊急向SpaceX創辦人馬斯克求援,希望他用低軌衛星幫助烏克蘭,也是靠著馬斯克的「星鏈」(Starlink),烏克蘭內部戰火狀況才能夠順利傳達全世界,取得國際支持。

台灣網路資訊中心執行長黃勝雄指出,台灣的衛星總帶寬大約是海底電纜可提供網絡帶寬的0.02%。台灣一直難以吸引國際衛星公司的興趣,是因為嚴格的所有權規定使外國投資的股份被限制在最高49%,這會使得相關投資缺乏吸引力。

雖然烏克蘭使用馬斯克旗下衛星公司「星鏈」的案例可以給台灣一些借鑑,但是依賴和中國有利益關系的企業,則非常令人擔憂。我們並不確定馬斯克是否對於中國的市場比台灣安全更加重視,而且台灣目前不擁有任何的星鏈終端。

烏克蘭使用馬斯克旗下衛星公司「星鏈」案例可以給台灣一些借鑑,但依賴和中國有利益關系的企業,則非常令人擔憂。(SpaceX發射火箭將星鏈衛星送上太空/美聯社)

另一種選擇——高空通訊平台

HAPS,又可直譯為高空偽衛星(High-Altitude Pseudo Satellite),係架設於平流層的新一代通訊平台,其系統位置與性質介於地面通訊和衛星通訊之間,滯空時間可以長達數個月至1年,具有大範圍覆蓋,以及固定於空中指定範圍的特性。

依據國際電信聯盟的無線電規則定義,HAPS為「固定停留在20至50 公里高空位置的基地臺」。HAPS在搭載通訊模組以及各式感測模組後,能夠提供持續、大範圍對地面的通訊、監測等服務,發展出多樣的應用情景,包含行動通訊、軍事通訊、災難通訊、空氣監測、環境監測等。

HAPS三大應用

HAPS三大關鍵應用,分別為:衛星通訊的中繼站、空中行動通訊基地台、與空中持續性監測。

1.以HAPS作為衛星通訊中繼站,係指利用HAPS介於地面網路系統與衛星系統間之特性,使HAPS作為地面基地台與衛星間的通訊中繼站。藉由HAPS與地面設備或固網設備連接,再由HAPS於平流層中與衛星介接,以此串接地面(固網)設備與衛星間的通訊,提供更有效率的網路服務。

2.以HAPS作為空中行動通訊基地台,係ITU、3GPP等國際組織的討論重點。ITU於2019年世界無線電通訊大會第247號決議文,研擬將HAPS視為行動通訊基地台,並研議與地面行動通訊基地台使用相同的通訊頻段,以將其作為地面行動通訊網路的一部份。

3.以HAPS用於空中持續性監測,係透過HAPS搭載各式感測器(如紅外線感測器、高光譜影像器、自動識別感測系統、微波成像雷達等)之方式,借助HAPS可相對地面固定於空中之特點,可用於實現特定區域內之持續性監測,甚者相較於衛星,因HAPS所處位置相對較低,故可提供相較衛星更高之空間解析度。

值得一提的是,因HAPS位於距離地表約20至50公里的平流層,其高度介於民航飛機與衛星軌道間,且於空氣流動相對穩定的平流層中運行,可自高空穩定向下發送訊號,並可提供直徑50~200公里的行動通訊網路覆蓋。故用於提供如飛機、船隻、汽車等終端設備移動網路服務,在其覆蓋範圍內可維持穩定之通訊品質。再者相較於地面網路設備,以HAPS作為空中行動通訊基地台而提供的終端設備行動網路,在移動過程中不需頻繁切換基地台,可獲得更好的網路品質。

HAPS三種型式

HAPS載體可以為三種型式,分別為飛機(Airplane)、飛行船(Airship)、熱氣球(Hot Air Balloon)。三種型式HAPS,各自在載體擴充性、承載能力、操作性等面向存在差異。

1.熱氣球型式的HAPS,由於比空氣輕,因此不需要額外動力即可使其漂浮於空中,然而熱氣球型式HAPS通常是無動力平台,所以可操作性較為不足。

2.飛行船型式HAPS配備了推進系統,所以具有較高的可操作性,但飛行船尺寸巨大也因此在起飛與著陸上有較高的摩擦力,並需要大型地面控制系統方可進行操控。

3.飛機型式HAPS則較為常見,具有最佳的可操作性,但無法對應地面需覆蓋區域固定於天空,且承載能力有限。

整體而言,目前國際產業界HAPS應用發展,以飛機與熱氣球型式之HAPS較具商業進展。另以產業端的應用測試發展而言,HAPS三種形式中,產業面係以飛機形式居多,其次為熱氣球形式,且不論飛機或熱氣球形式,產業面之應用測試皆以HAPS作為空中行動通訊基地台為主。

以HAPS作為空中行動通訊基地台,可作為地面行動通訊網路的一部份。(維基百科)

飛機形式HAPS部分

2019年4月,日本軟銀(Softbank)宣布與美國AeroVironment所共同出資成立的HAPS ,將參與無人機行動基地台業務,從地球上空的平流層提供通訊服務。單架無人機的訊號涵蓋範圍,可達直徑200公里。將可解決新興國家通訊品質不佳,或是山岳地帶訊號難以涵蓋的問題,計畫在2023年左右展開服務。HAPS Mobile開發了可在20公里高空,於平流層飛行的HAWK30無人飛機。

HAWK30的翼展約78公尺,安裝在主翼上的太陽能面板,可為10副螺旋槳提供動力,並以110公里的時速在平流層飛行。也由於在那樣的飛行高度,其太陽能面板可以不間斷的受到陽光照射,加上平流層的氣候優勢,全年的風向條件相對溫和,可讓HAWK30滯留在平流層中的時間長達6個月之久。

近期標竿應用測試案例,如2020年8月,德國電信與英國新創公司SPL合作,於德國巴伐利亞洲進行5G Ready的LTE技術驗證。其HAPS飛行於距離地表14公里處,且向地面發射直徑超過10公里的行動網路訊號覆蓋範圍,並於範圍內使行動電話成功透過HAPS取得行動網路訊號,完成VoLTE語音通話之測試。

又如2020年10月,日本軟銀子公司HAPSMobile與美國飛機開發商AeroVironment合作,於美國新墨西哥州的太空港進行LTE網路連線測試,於測試期間行動電話成功透過HAPS達成連續15小時的LTE連線,且完成視訊通話測試。

無人機行動基地台,可解決新興國家通訊品質不佳,或是山岳地帶訊號難以涵蓋的問題。(維基百科)

熱氣球形式HAPS部分

2011年,Google開始Loon's balloons計畫——和馬斯克的Starlink類似,是涵蓋全球的天基網路,只是Starlink用衛星當基地台,而Loon用高空氣球。Loon最初構想是透過長時間滯空飛行的高空熱氣球裝載以發送連網訊號設備,希望在離地18~25公里高度的平流層中建立4G-LTE的空中無線網路,為開發中國家提供廉價及穩定的網路連線。

每個Loon氣球由聚乙烯製成,最大可達到網球場大小,可持續使用半年以上,然後以受控的下降速度降落回地球。從美國打掉中國間諜衛星出動F-22發射價值數十萬美元的響尾蛇飛彈,表示這類氣球很難被打下來,就算被擊落再補一個就是,因其造價比飛彈便宜太多(數萬美元)。

後來因Loon's balloons被可透過繞行地球向下發射無線網路訊號的低軌道衛星取代,而且Loon只關注難以建置網路的偏遠未開發地區,如斯里蘭卡、非洲肯亞、及南美洲亞馬遜河流域一帶。故長期找不到獲利模式而在2021年初結束營運,同年10月由Alphabet宣布將旗下約200項技術專利移轉給日本軟銀。

標竿測試案例以Alphabet子公司Loon LCC為代表。2019年5月,該案例的熱氣球形式HAPS由波多黎各起飛,期間越過祕魯並向南飛越太平洋,並於2020年3月在墨西哥降落,累積飛行時間長達312天;且實現飛行期間不間斷提供地面達18.9Mbps下載速度之行動網路訊號。

又如2020年7月,Loon與肯亞電信公司Telkom Kenya合作於肯亞進行行動通訊網路覆蓋測試,在為期三個月的測試中,有35,000人成功透過HAPS取得行動網路訊號,且完成如語音/視訊通訊、多媒體影音串流等服務測試。

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台灣可與日本軟銀合作建置HAPS高空通訊平台

海底電纜頻寬是以TB為計算單位,算是「高速道路」,微波原則是以GB為計算單位,類似「一般道路」,目前使用中的高軌道同步衛星ST2也能扮演備援角色,但頻寬容量則是以MB為計算單位,和目前當紅的低軌衛星一樣,都是小條的「替代道路」,雖然頻寬不夠大,但能確保通訊不會完全中斷。

目前數位部建置的非同步軌道衛星地面接收站僅七百餘處,而且還在測試驗證中,也都是非商業使用。若遇斷網,民眾將苦無網路可用,軍事運用恐也有不足。從Starlink在烏克蘭的成功經驗來看,台灣也該擁有類似系統。如果不願把國家安全交給Starlink或馬斯克有中國市場考量,那與日本軟銀合作或購買技術授權做區域型的HAPS也很可行。(文章轉載自凌晨閱讀筆記臉書專頁)

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