潛艇探測和監測:開源工具和技術

潛艇綽號“無聲服務”,被認為是最能生存的核武器運載平臺。它們可以一次被淹沒數周甚至數月,并且在巡邏時相對不被發現地移動。美國、俄羅斯、朝鮮、印度、巴基斯坦、英國和法國已經或正在開發能夠攜帶核武器系統的潛艇。

同樣國家正在研制和試驗新的核潛射導彈和巡航導彈。此類計劃已經對全球若干地區的穩定產生了負面影響。例如,美國、其北約盟國和俄羅斯在北大西洋加大了冷戰式的貓捉老鼠潛艇行動。更令人擔憂的是印度和巴基斯坦之間發生的潛艇軍備競賽,以及朝鮮對柴電彈道導彈潛艇(SSB)能力的追求。

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鑒于潛艇在核武國家關系中發揮的整體威懾作用,了解可用于潛艇監測的工具和技術具有戰略重要性。潛艇探測的進步有可能影響潛艇作為核運載平臺的生存能力。潛艇探測和監測傳統上是專門從事海軍反潛戰(ASW)的高度機密軍事單位的專屬領域。軍用反潛戰采用磁異常探測器(MAD)等技術,可檢測金屬潛艇船體對地球磁場造成的微小干擾,利用聲音傳播探測水下物體的被動和主動聲納傳感器,以及雷達和高分辨率衛星圖像來探測浮出水面的潛艇。

商業工具和技術的最新進展現在使開源研究人員能夠監控潛艇艦隊。通過商業衛星圖像、合成孔徑雷達(SAR)、水聲傳感器,甚至社交媒體分析,開源研究人員可以更好地了解各國潛艇艦隊的規模和組成,監控潛艇和潛艇基地的建設,并可能了解巡邏模式和行為。

商業衛星圖像

易于獲取的高分辨率商業衛星圖像是對潛艇活動進行開源分析的最重要工具之一。圖像使研究人員能夠直觀地監控海軍造船廠和基地的活動。

美國科學家聯合會分析師漢斯·克里斯滕森(Hans Kristensen)開始使用谷歌地球圖像來計算全國各地各個基地和造船廠的金級潛艇數量。

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不擴散研究中心(CNS)凱瑟琳·迪爾(Catherine Dill)發表了一篇文章,與克里斯滕森不同的是,她使用行星實驗室的高頻衛星圖像。高頻圖像徹底改變了開源分析,因為它具有高重訪率的特點。通常,Planet Labs會優先考慮對同一站點進行頻繁成像(每天最多兩次),以實現快速變化檢測,以及在同一時間段內跨多個站點的圖像進行比較。

朝鮮擁有世界上最大的潛艇艦隊之一,估計有64至86艘潛艇。艦隊主要由常規武裝潛艇組成。然而,近年來的衛星圖像分析揭示了朝鮮為建造一類柴電彈道導彈和潛射彈道導彈(SLBM)所做的努力。2014年,開源分析人員在新浦南海軍造船廠發現了朝鮮第一艘“戈雷級”(又名“信浦級”)彈道導彈潛艇。與此同時,分析人士觀察了固體燃料潛射彈道導彈的開發和測試,這種潛射彈道導彈可能裝備戈雷級潛艇。

合成孔徑雷達

合成孔徑雷達(SAR)是一種基于空間的成像,它使用雷達回波來創建景觀,水體,建筑物和其他物體的高分辨率2或3維表示。10 個 SAR 傳感器可以捕捉到光學傳感器無法檢測到的景觀微小變化,例如車輛和人流量。SAR圖像于1995年首次商業化,但公司直到2007年才推出高分辨率SAR傳感器。它在商業領域的相對新手地位意味著它比光學圖像更難獲得,而且通常過于昂貴。

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豐溪里核試驗場的SAR圖像顯示,由于朝鮮的第六次核試驗,曼塔普山沉降。

SAR傳感器經常對海洋進行成像,用于各種環境,科學和執法應用。SAR傳感器還可以檢測大型水面艦艇的尾跡。然而,搜救局為反潛戰(ASW)目的探測潛艇尾跡的能力仍然沒有定論。

SAR使分析師能夠檢測到哪怕是微小的變化,這使得該技術對于監測海軍造船廠的潛艇建造可能有用。例如,搜救圖像可以幫助分析人員通過對物資流動進行成像來監控朝鮮的新浦南海軍造船廠,以及朝鮮不斷擴大的SSB艦隊的任何建設。

水聲監測

潛艇必須安靜地運行,以躲避敵人的傳感器,因為水是聲音的高效導體。 潛艇噪音的主要來源來自其推進系統。因此,螺旋槳葉片的設計和質量對于確保一國海基核威懾力量的生存能力至關重要。美國等14個國家已經建立了水聲傳感器網絡,這些傳感器使用聲納技術來探測靠近其沿海邊界和戰略軍事地點的潛艇。

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傳統上,水聲監測一直是各國政府的領域。然而,在民用和科學部門,全面禁止核試驗條約組織(禁核試組織)經營著一個由十一個水聲監測站組成的網絡,作為國際監測系統(監測系統)的一部分,用于探測核爆炸。

禁核試組織水聲站收集的數據可根據要求用于跟蹤鯨魚遷徙模式和開發海嘯預警系統等研究目的。2017年底,IMS水聲數據被用來定位ARA San Juan的最后已知位置,ARA San Juan是一艘阿根廷潛艇,在阿根廷海岸失蹤并不幸沉沒。開源研究人員可以使用類似的數據來隔離潛艇的聲學特征,并隨后評估其運動。


分析人士還可以利用這些數據來分析朝鮮和其他開發潛射彈道導彈的國家進行的潛射彈道導彈試驗。雖然開源研究人員已經使用來自IMS次聲站的數據(跟蹤人耳無法檢測到的聲波)來監測陸地上的導彈和火箭發射,但水聲數據尚未以類似的方式使用。

社交媒體

通過Facebook,Twitter,Snapchat和Instagram等平臺以及眾包網站(例如 www.liveuamap.com)和健身追蹤器(例如Strava)的社交媒體的興起,使得軍隊維護作戰安全變得更加困難。近年來,許多看似無害的推文和Instagram圖片已經顯示自己是重大的安全漏洞。

2018年1月,澳大利亞國立大學的一名學生發現,在Strava(一款允許個人繪制跑步和騎行路線的健身應用程序)上發布的用戶活動無意中暴露了世界各地敏感軍事設施的位置和周邊,以及這些設施中軍事人員站的所謂“生活模式”。

在介紹的設施中,有位于蘇格蘭法斯蘭的克萊德海軍基地,聯合王國的核潛艇部隊停泊在那里。Twitter上發布的圖片顯示,基地周邊有明顯的熱信號,表明有跑步路線或周邊巡邏。海軍人員的潛在“生活模式”風險包括識別Strava上的潛艇艇員,然后使用他們記錄的演習位置繪制SSBN運動圖。

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Strava熱圖數據的Twitter帖子記錄在英國SSBN艦隊的所在地HM海軍基地克萊德周圍。

“生活模式”研究并非特定于健身追蹤器,對其他社交媒體平臺的簡單掃描顯示,開源研究人員可以訪問多少材料進行類似的分析。海軍人員往往擁有活躍的數字生活,就像他們的平民同行一樣。在Instagram上,一個簡單的查詢就會產生各種海軍成員在國內或外國港口拍攝的圖像和視頻。如果有人在穿著制服時標記自己的位置,并暴露了識別補丁,那么這可能足以識別該人所在的船只,水面或潛艇以及其運動。

有趣的是,Twitter和Instagram上的搜索顯示,有大量將“sub spot”作為業余愛好的人。一個人監視著通過土耳其博斯普魯斯海峽的軍艦,包括潛艇。 有一次,一名荷蘭海軍指揮官在推特上發布了一張俄羅斯克拉斯諾達潛艇在博斯普魯斯海域經過他的船只后的照片。


結果分析認為,這艘潛艇可能前往敘利亞塔爾圖斯港,以幫助俄羅斯在該國的軍事行動。其他帳戶發布了普通公民拍攝的圖像或視頻,他們只是碰巧看到一艘巨大的潛艇巡航經過他們。還有一些人轉發了軍方賬戶發布的與潛艇相關的數字媒體。

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一名荷蘭海軍指揮官在俄羅斯克拉斯諾達爾潛艇經過土耳其博斯普魯斯海峽的船只時拍攝的照片。

總結

商業衛星圖像、SAR、社交媒體和水聲監測只是改變不擴散領域開源分析的眾多新工具中的一小部分。隨著美國、俄羅斯、朝鮮、印度和巴基斯坦建立其核武庫的海基部分并使其現代化,這些工具對于對其計劃的開源評估仍然很重要。

本文來自:情報分析師

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