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GPS 干擾危機:全球航空業在戰爭風暴中尋求安全解方

GPS 干擾危機:全球航空業在戰爭風暴中尋求安全解方

Sep 25, 2024

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在烏克蘭,俄羅斯軍隊頻繁使用 GPS 阻斷來干擾烏克蘭的軍事導航系統,這是阻止無人機運行的有效方式;在亞洲,中國軍艦為了圍堵台灣,干擾整個亞太地區的 GPS 系統。結果,途經這些戰區的民航飛機,都因此受到影響,每一天,民航機師都在天空跟時間賽跑。

今年三月,在一個晴朗的午後,美國航空(American Airlines)的機師丹·凱瑞(Dan Carey)駕駛著波音 777 客機,穿越巴基斯坦的高空。正當飛機穩定航行在 32,000 英尺的高度時,駕駛艙內卻突然響起警報聲:「立即拉升!」對於身經百戰的凱瑞來說,這顯然是個錯誤的警示。此時,這架客機遠高於任何地形的高度範圍;然而,對凱瑞和其他的機師來說,這個看似單一事件的假警報,正在困擾著航空公司、民航機師和航管局。

這不是單一事件,而是一種新型的電子戰——GPS 欺騙(spoofing)


全球各地的民航機師來說,飛機突然出現不合理的定位警示,是愈來愈常出現的問題。來自俄羅斯、烏克蘭、以色列等衝突地區的「GPS 干擾」信號隨著戰爭持續擴大而悄悄蔓延,許多商業航班的導航系統跟著受到影響,迫使機組人員在瞬息萬變的空域中,與時間賽跑,維持飛行安全。

看不見的戰場:GPS 干擾如何將天空變為險地

GPS 干擾可分為兩種類型:GPS 阻斷(jamming)和 GPS 欺騙。GPS 阻斷,是透過地面或空中的干擾設備,阻斷 GPS 衛星信號,使軍事飛行員無法正確獲取飛機的精確位置。GPS 欺騙是一種更加隱蔽且具威脅的方式,透過發送偽造的 GPS 信號,令飛行系統誤以為飛機處於錯誤的地點

GPS 阻斷在烏克蘭和以色列的衝突中,已經成為電子戰的關鍵技術之一。在烏克蘭,俄羅斯軍隊頻繁使用 GPS 阻斷來干擾烏克蘭的軍事導航系統,這是阻止無人機運行的有效方式;在台灣周圍,中國軍艦為了圍堵台灣島,被指控干擾整個亞太地區民用飛機的 GPS 系統。

根據《Breaking Defense》的解釋,GPS 干擾普遍存在的部分原因是美國依賴過時的 GPS 技術。許多航空系統目前都仍然使用稱為 L1 的 GPS 訊號,這是 50 多年前首次發明的工作頻段,和最新的 L5 的 GPS 訊號不同。新型的 L5 頻段訊號更乾淨、高品質,並以更高的功率和更寬的頻寬進行廣播——這些特性使 L5 訊號有更好的抗干擾能力。L5 的 GPS 還包含程式優化和錯誤校正的功能,簡單來說,要對抗現代戰爭, L5 訊號的 GPS 設備才有機會全身而退。

問題在於,不管是軍用或是民航設備,搭載 L5 訊號的 GPS 設備少之又少,即使有,也是和 L1 的 GPS 訊號設備混合使用。

《華爾街日報》訪問凱瑞,他說,「這令人擔憂,但並不令人驚訝,因為我們處於巡航高度,」不過,如果引擎故障或其他飛行中的緊急情況同時發生,情況「可能極其危險」。GPS 欺騙造成的錯誤資訊,會與民航機的駕駛艙系統聯集,造成持續幾分鐘或整個飛行的故障。根據與政府和行業團體分享的匿名報告,民航機師報告說,駕駛艙的時鐘因此重置為較早的時間、錯誤的警告和錯誤的飛行路線等。

即使不處於戰區,戰爭也以過去不曾有過的方式,延伸到全球範圍。

民航機師的無聲博弈:與時間賽跑

以聯合航空(United Airlines)為例,今年八月從印度新德里飛往紐約的一架航班,在經過黑海時遭遇 GPS 欺騙。飛行途中,儘管飛機離開了干擾區域,但是導航系統仍然顯示著錯誤的座標。甚至在飛機已安全抵達紐月紐瓦克自由國際機場後,GPS 數據仍顯示它停留在大西洋上空。這樣的錯誤雖沒有對乘客的安全造成威脅,但如果發生在能見度低、氣候不佳的日子,抑或是其他緊急狀況,在有經驗的機師,都很難有把握不受到影響。

在 2022 年和 2023 年間,歐洲航空安全局(EASA)發現 GPS 干擾事件在烏克蘭、波羅的海地區、地中海以及以色列周邊頻繁發生,影響範圍持續擴大。一些航班甚至因無法辨識位置,被迫改變飛行路徑,或在中途降落其他機場。

根據《華爾街日報》的報導,這些攻擊大約一年前開始影響大量商業航班,航空數據分析服務商 SkAI Data Services 和蘇黎世應用科學大學分析,每天受影響的航班數量已從 今年 2 月的數十架,激增至 8 月的 1,100 多架。

民航機師因此正面對極大的壓力。例如,當駕駛舊版機型時,飛行員可以關閉 GPS 來避開干擾,但在某些新型飛機上,這一切可能為時已晚。一旦機師需要在錯誤的時間切換導航系統,可能會導致飛機進入未經授權的空域,甚至引發致命的誤判。

在天空,機師必須與時間賽跑,做出應對,否則可能就是一場巨大的災難。2023 年 9 月,一個 GPS 欺騙訊號差點讓一架巴西航空工業公司的私人飛機,在未經許可的情況下進入伊朗,這種誤導可能導致飛機進入敵對空域。空中巴士 AIR 的機組人員 7 月從塞浦路斯起飛的 A320 報告稱,駕駛艙內出現「嚴重的地圖偏移」,單獨的導航系統出現故障。同月,一架波音 787 兩次著陸失敗,其中一次在離地面 50 英尺處著陸,因為 GPS 訊號的錯誤,引發了一系列儀器誤差問題。

德州大學奧斯汀分校航太工程教授托德·漢弗萊斯(Todd Humphreys)專門研究 GPS 欺騙技術,他指出,雖然商業航班並非 GPS 干擾的直接目標,但它們卻往往成為「附帶傷害」。衝突地區的軍隊透過發送虛假的 GPS 信號來迷惑敵方的無人機和軍用飛機,卻也同時干擾了飛經這些地區的商業航班。這不僅對飛行員的工作造成干擾,也對航空安全構成了重大隱患。

科技與混亂交鋒:航空產業如何應對電子干擾風暴

隨著干擾事件的增多,航空公司正在與飛機製造商、供應商和航空安全監管機構合作,制定短期解決方案和長期解決方案。包括波音(Boeing)和空中巴士(Airbus)在內的飛機製造商,正與全球多家航空公司合作,開發新的短期應變流程,幫助機師在 GPS 干擾發生時,快速切換到其他導航方式。

然而,加強民用飛機防欺騙能力的設備標準,最快要到明年才會發布。而設備標準發布到完成所有飛機設備的更新,還需要更多時間。已經在天空中的班機,需要更即時的應對方式。國際航空運輸協會(IATA)希望能讓各家航空公司資訊共享,讓飛行員學會如何在飛行中識別這些干擾,並啟用備用導航系統。目前的解決方案之一,是在飛行前進行專門的干擾應對培訓,使飛行員熟悉各種導航系統的備援功能。

即使如此,許多業界專家仍警告,當前的防禦措施遠不足以應對日益複雜的電子戰威脅。正如漢弗萊斯所言,航空業需要加快技術升級的步伐,確保在下一次GPS干擾出現時,飛行員能夠從容應對,不至於在高空中陷入危機。

當飛行員如丹·凱瑞在32,000英尺的高空駕駛著商業客機,面對虛假的導航警報時,這不僅僅是一場電子干擾的挑戰,更是對整個全球航空業的警鐘。隨著衝突地區的 GPS 干擾不斷蔓延,航空公司、監管機構和飛機製造商必須加速反應,採取更有效的應對措施,確保每一位乘客的安全不受威脅。在這場無形的戰爭中,飛行員的冷靜應對和技術革新,將成為航空業能否安然度過風暴的關鍵。

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