中美關係之外:「高空氣球」確是一個軍事難題

撰文:葉德豪
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中國高空氣球疑誤闖美國空域,跨越北美上空幾天後,再在南卡羅來納州的東海岸被F-22發射導彈擊落,可算是本年以來最具「趣味」的國際政治新聞。美國國務卿布林肯(Antony Blinken)木因此推遲原訂訪華行程,更給予媒體「一語雙關」大談中美關係改善希望被「刺穿」的機會。

相對於遠在太平洋西岸的中美地緣政治競爭,飄在美國上空、甚至能以肉眼看見的中國氣球,更讓美國人對「中國威脅」有了切身的感受。難怪共和黨人群起藉此攻擊拜登(Joe Biden)對華軟弱。

根據美方說法,這個中國高空氣球1月28日進入美國阿拉斯加南端的阿留申群島(Aleutian Islands),30日經過加拿大上空,然後在31日再進入美國領空。到2月1日,氣球飛到美國西北蒙大拿州(Montana)的核武基地附近上空,翌日美國國防部才公布事件,將氣球視作間謀偵察之用。不過,中方其後就指出該氣球只是氣象研究所用,受西風帶影響的不可抗力偏離航線,因而誤入美國領空。

拜登起初為擔心在陸地上空擊落氣球會有誤傷平民的風險,只決定推遲布林肯擬在2月5、6日訪華的計劃。在共和黨人群起攻擊之後,到了2月4日,當氣球經過美國多州最終在南卡州上空離開陸地,美國才派出兩架F-22發射了一枚AIM-9X響尾蛇空對空飛彈(AIM-9X Sidewinder)在5.8萬呎高空將氣球擊落,並派員在氣球墜落的美國領海中搜尋殘骸,以查找這個美方堅稱是「間謀氣球」所要偵察的是什麼。

美方官員聲言,中國氣球闖入美國領空已不是第一次,在特朗普任內已有3次,在此前拜登任內則有1次。美方亦指中國偵察氣球曾在亞洲、歐洲和拉丁美洲上空被發現。近日,哥倫比亞和哥斯達尼加也發現上空出現不明來歷氣球。而根據往日報道,2020年至今,日本、印度、台灣、美國夏威夷、菲律賓也曾觀察到不明來歷氣球在上空出現的情況。

一個氣球弄出如此「大陣仗」,新聞故事佔領媒體頭條數日之久,後續發展至今未完,看起來確實有點荒謬,也讓人有感美國是在炒作「中國威脅」。畢竟用氣球作軍事偵察是19世紀已有的科技,到今天其偵察功能也似乎早已被人造衛星取代。

高空氣球的軍事研究

然而,事實上,近年中美等國也有計劃重新探索和發展高空氣球的現代軍事用途。

根據英媒報道,包括中國央視在內的媒體在2018年9月就曾報道稱中方以高空氣球進行了超音速導彈測試。中國科學院空天信息創新研究院去年5月亦曾以其「極目一號III型浮空艇平台」搭載多種天氣分析儀器飛越世界最高峰珠穆朗瑪峰,達到海拔9,032米(約2.96萬呎)的高度。中國科學院光電研究院起草的《高空科學氣球發放測試規程》也形容「高空科學氣球是進行臨近空間資源應用開發的良好平台,在軍事偵查、監視監測、通信中繼、資源探測、臨近空間科學試驗等領域具有廣泛的應用前景」。

在美國,高空氣球也愈來愈受到軍方重視。2019年,美國國防部就曾在6個中西部州份測試高空氣球,以「阻止精神科毒品販運和國土安全威脅」。2020年,航空情報公司「Aviation Week Network」的國防編輯也曾分享過一份美國陸軍對國防產業的簡報,指出國防部正計劃發展高空氣球網絡,在敵方領土上的平流層發射無人機,並進行電子情報、通訊情報、認定移動中目標等工作。

2020年美國陸軍對國防產業的簡報部分內容。(美國陸軍/轉載自「The War Zone」網站)

2021年5月,美國東西兩岸都出現高空氣球活動,分析認為它們是美國企業Raven Aerostar旗下的「Thunderhead氣球系統」發展出來的項目,該項目的氣球可在高達9.2萬呎高空停留活動。2022年5月,美國政治新聞網站POLITICO也發現上述2019年的高空氣球計劃已正轉向軍事服務,用於收據數據和向飛行器傳送資訊,國防部2023年財年將花費2,710萬美元在相關項目上,報道亦稱能飛到6至9萬呎高空的氣球最終可用來追蹤中、俄的超音速武器。

這次拜登在連日全國「擊落氣球」的呼聲中,也要等到氣球離開陸地上空才將之擊落,其實也反映了擊落高空氣球其實是「殊不簡單」的一件事。

擊落氣球不是易事

首先,中國的高空氣球可在離地6.5萬呎的高空活動,超出一般方便攜帶的防空飛彈的飛行高度——例如在烏克蘭戰場上大派用場的美製刺針(Stinger)防空飛彈就只能應付離地面1.57萬公尺的目標——因此,必須動用類似愛國者(Patriot)導彈防禦系統之類的「牛刀」才能「殺雞」。問題是,這些系統通常部署在美國邊陲,而不在美國本土。

愛國者導彈防禦系統圖例。(Raytheon)

其次,高空氣球雖然體積巨大(這次的中國氣球單是負荷就有三架巴士大),但其雷達和熱力學截面細小,傳統的追蹤和目標認定方法效用不彰。而且,傳統的導彈以攻擊快速移動目標為設計邏輯,其所用雷達通常會忽略像氣球一般移動緩慢的目標,因此,無論是地對空還是空對空導彈,要擊中高空氣球也不是一件容易的事。

而且,不少空對空導彈也並非靠着物理上擊中目標而造成破壞,而是透過對附近某面積物件的感應而引爆破片彈頭將目標毀滅。由於氣球的實質物料甚小,用空對空導彈射擊就有可能出現「擦身而過」誤中其他目標的情況。

翻查先例,1998年加拿大也曾發生過監察臭氧層水平的氣球意外飄走的事件。根據當時的報道,這個氣球在2.7至3.7萬呎高空左右,面積有近25層建築物般大,加拿大、美國、英國都曾參與將它擊落的行動,最終也沒有選擇使用導彈。

不使用導彈,派出可飛行高度較高的戰機開機關槍射擊就成為了另一個選項。在1998年的例子中,該氣球就是靠加拿大派出兩架CF-18大黃蜂(Hornet)戰鬥機開了過千炮才將之擊落。問題是,破了的氣球不一定會馬上下墮,因為氣球中的氣體可能只會緩緩流出。1998年的那個氣球被擊中後,就花費了數天時間才墜落。而且,高空開槍射不中目標的子彈更可能造成地面人員被流彈擊中的風險。

這一次美國利用F-22戰鬥機發射AIM-9X響尾蛇空對空飛彈將中國高空氣球擊落,其中考慮也許就包括了這個氣球有較大面積的大能陽板,使之較容易被雷達追蹤得到。而有軍事分析亦指出這枚飛彈也許是沒有裝配彈頭,美軍全靠過去數天對氣球監察過後才選中有利的攻擊位置。

這次擊落中國高空氣球的F-22戰鬥機圖例。這是F-22史上首次空對空擊落目標。(Wikimedia Commons)

高空氣球的成本優勢

不過,從成本效益來看,這一次大概是美國輸了。根據美國陸軍大學(Army University)2019年發布的一篇文章,有高空氣球生產商估計,每個氣球的初期發展與運作成本大概只需10萬美元左右。去除初期發展成本,其價格理該更低。相較之下,根據2021年的數字,一枚AIM-9X飛彈造價就高達47.9萬美元。這還沒算上F-22的飛行成本。

雖然從單獨的通訊、偵察能力上,高空氣球相比起低軌衛星可能沒有太大附加價值,但其成本低廉、難以被追蹤定位的特質,卻成為了其以量取勝的優勢。正如無人機,又或者是SpaceX星鏈計劃(Starlink)的低軌衛星一般,成本計算將使敵人難以有效打擊己方的高空氣球。試想像在戰場上發放數十、上百個高空氣球,以支撐戰地偵察通訊,誰能有效地把他們一一擊落?

如今在烏克蘭戰場上,不同裝備成本對戰事的影響已愈來愈明顯。俄方用以打擊烏克蘭目標的伊朗無人機,往往針對一點成群而來,只要一架穿透就能成功,而烏克蘭要以西方防空系統擊落任何一架都要花費倍數級的成本。另一方面,烏克蘭的前線溝通如今幾乎全部依靠SpaceX提供的星鏈衛星,雖然俄羅斯有擊落衛星的能力,但截至2022年12月為止,星鏈衛星的數量已高達3,300個,根本沒有任何軍隊能將此戰場通訊能力摧毀。

單純從中美外交政治的角度來看,這次高空氣球闖美的事件,也許只是一宗炒作,但高空氣球的軍事潛力卻絕對不容忽視。