冷戰最高機密「黑貓中隊」:神秘的空軍偵查照,如何化為科學圖資?

當黑貓中隊遇上 GIS

大半個世紀以前,一群秘密特訓的飛行員冒著生命危險,駕駛史上最難開的 U-2 偵察機,隻身潛入中國領空偵查,最終僅約半數隊員平安除役。三十年後,當年的機密航照連同其他早期空軍偵照成果,來到了中研院,在地理資訊科學研究專題中心的主責下,化為超過百萬張的地理圖資。「研之有物」專訪執行長范毅軍研究員、廖泫銘研究副技師,揭開這段歷史。
1959 年,美軍飛行員駕駛 U-2 偵察機所拍下的西藏拉薩航照圖,圖中紅框處即是布達拉宮。當年沒有 GPS,飛行員只能憑藉紙本航圖、無線電導引,判斷航線方向與偵察目標。
1959 年,美軍飛行員駕駛 U-2 偵察機所拍下的西藏拉薩航照圖,圖中紅框處即是布達拉宮。當年沒有 GPS,飛行員只能憑藉紙本航圖、無線電導引,判斷航線方向與偵察目標。
圖│美國 NARA 典藏、徐林先生提供

神秘的空軍偵察部隊:黑貓中隊

科技進步的今日,只要隨手打開谷歌地圖(Google Map),就能查看街道資訊和航照圖。不過,在人造衛星技術尚未成熟之時,想取得空間資料沒這麼簡單。

「這是台北市、這是遷移前的桃園空軍基地、這是青藏高原上的拉薩⋯⋯」中研院廖泫銘副技師展示著一張張黑白航照圖。照片裡,山脈、河流、埤塘、飛機跑道與房屋聚落,清晰可見。

這些已經完成數位典藏的航空照片,全都來自一支神秘的空軍偵查部隊「黑貓中隊」,冒險深入「敵後」,秘密拍攝而來。

故事,要從冷戰方熾的 1950 年代末說起。

當時,政府仍積極圖謀「反攻大陸」,而美國則欲偵察共產陣營的飛彈與核子設施狀況。因此,美國中央情報局和台灣軍情單位聯手合作「快刀計畫」(Project Razor),秘密成立一支高空偵察部隊,美方提供 U-2 偵察機和技術支援,台灣提供飛行員和後勤基地,列入「元首層級」的最高機密。

1961 年,空軍第 35 中隊正式成立,以「空軍氣象偵察研究組」名義掩護,神秘隱身在桃園空軍基地,暱稱為「黑貓中隊」。

地理資訊科學研究專題中心(GIS 專題中心),隸屬於中研院人文社會科學研究中心,研究副技師廖泫銘展示一張張黑白航空照片。他手中的圖像為 1960 年代台北市空拍影像,右下圖是當年的圓山飯店。圖│研之有物
地理資訊科學研究專題中心(GIS 專題中心),隸屬於中研院人文社會科學研究中心,研究副技師廖泫銘展示一張張黑白航空照片。他手中的圖像為 1960 年代台北市空拍影像,右下圖是當年的圓山飯店。
圖│研之有物

U-2 ,史上最難開的飛機

1960 年代,黑貓中隊飛行員駕駛 U-2 偵察機,展開無數秘密偵查拍攝任務,範圍遍及中國、越南、朝鮮半島等冷戰衝突前線。

U-2 機身漆黑削瘦、雙翼極長,只容得下一人駕駛。為了躲避雷達、地對空飛彈,U-2 的飛行高度超過 20000 公尺,是一般飛機的兩倍(民航機的飛行高度約 10000 公尺,戰鬥機 12000 公尺)。為了保持輕巧、不耗油,U-2 雙翼和尾翼可拆卸,機身沒有任何武裝、補給裝備。

整架偵察機的設計,就如同隊名,彷若在暗夜與清晨潛行現蹤、輕巧無聲的一隻黑貓。

U-2 外型纖細、機翼極長,有著「蛟龍夫人」(Dragon Lady)之稱。機身只有前後兩個輪子,降落時必須有專車在機翼兩側預備,以長桿和磁鐵裝上兩個輪子,飛機才能順利滑行落地,極度考驗飛行員。圖│Master Sgt. Rose Reynolds
U-2 外型纖細、機翼極長,有著「蛟龍夫人」(Dragon Lady)之稱。機身只有前後兩個輪子,降落時必須有專車在機翼兩側預備,以長桿和磁鐵裝上兩個輪子,飛機才能順利滑行落地,極度考驗飛行員。
圖│Master Sgt. Rose Reynolds

然而,極度輕便的設計,犧牲的是飛行員的人身安全。

U-2 降落異常困難;高速容易解體、過慢則會失速(最高速度和失速之間,僅僅差距 18.5 公里);早期還經常在高空無預警熄火,萬分考驗飛行員的技術。

危險不只如此!

為了在單趟航程內進出敵營領空,連續飛行 8 至 12 小時是家常便飯。飛行員還必須穿著類似太空裝的壓力衣和頭盔,進食、排泄都如同太空人般經由特殊「吸管」──在低溫、低壓、缺氧的 2 萬公尺高空,沒有這些裝備,眼球表面會結凍、身體的水分和血液會沸騰蒸發。

超級「任性」的 U-2,至今仍是美軍公認最難駕馭的飛機。

全世界僅只美國、英國和台灣的飛行員受過訓練,而實際執行任務的只有美國及台灣,迄今最新型號 U-2R 仍在美軍服役。

軍事機密變身「歷史版 Google Map」

這支神秘部隊默默承擔偵查重責,直到 1974 年「快刀計畫」終止, 28 位黑貓中隊飛行員,總計執行 220 次任務,帶回 3000 多捲底片, 10 人不幸殉職。被列入最高機密的黑貓中隊,自此無聲地沉入歷史洪流。

二十多年後,中研院與國防部簽訂「飛遠專案」數位典藏合作計畫,推動老舊空照圖資數位化的工程,並建立相關資料庫,計畫從 1998 年持續至今,由范毅軍研究員籌畫、 GIS 專題中心持續推動。黑貓飛行員冒死拍下的 U-2 航空照片,便是重要的典藏內容之一。

黑貓中隊沈宗李教官。當年這群飛行員執行極機密任務,不被承認,28 位飛行員,10 人壯烈捐軀,2 人被共軍擊落、生死不明。直到 1990 年代,被中共俘虜的飛行員葉常棣、張立義重返台灣,這支神秘部隊因此曝光。圖│中研院地理資訊科學研究專題中心
黑貓中隊沈宗李教官。當年這群飛行員執行極機密任務,不被承認,28 位飛行員,10 人壯烈捐軀,2 人被共軍擊落、生死不明。直到 1990 年代,被中共俘虜的飛行員葉常棣、張立義重返台灣,這支神秘部隊因此曝光。
圖│中研院地理資訊科學研究專題中心

這些 U-2 老照片數位化後,除了長期保存,還有什麼用途呢?

「一張圖勝過千言萬語。」范毅軍一語點出地理圖資的意義:「數位化不只是為了典藏,而是結合 GIS 技術,提供跨領域研究者重要的基礎資訊。」

雖然已經沒有軍事情報價值,這些 U-2 航照圖卻擁有不可限量的學術潛力:單單一張圖像,就能獲取土地利用、海岸線、農地面積、道路等數據,甚至連房屋的容積都能計算。

毅力號登陸火星,透過不同角度的照片就能測量出火星的地形,這叫『航空攝影測量方法』。」廖泫銘解釋,同一個地區、不同角度的航拍影像,透過 GIS 技術,即可還原出立體 3D 效果,判斷出樓高、山高。

簡單來講,我們就是做歷史版的 Google Map 。

Google 把地圖當作載體,街道、店家等數據資料塞進地圖;研究團隊則是將歷史航照當成數據材料,抽取具有研究價值的資訊,放進地理資訊系統內。

時間+空間,GIS 生產歷史數據

地理資訊系統」(Geographic Information System,GIS)的原理,是運用地理座標,把所有的人、事、物透過地理空間整合在一起。不管是航照圖、古地圖、街道、土地開發情況,只要將座標對齊,都能整合進 GIS 系統。同時,把時間向度納入,今昔的空間資訊便能一覽無遺。

以一張 1963 年的台北盆地航照圖為例。

第一步,是定位。研究團隊掃描航照底片,並在影像上找尋參考點(以台北市為例,「總統府」就是始終不變的定位參考點);如此一來,就能標誌座標,完成「空間對位」的工作,再一張張拼接成連續的圖面。

確定空間座標後,各研究者即可再針對特定的研究主題,如「台北市綠地變化」、「基隆河截彎取直後對汐止淹水的影響」……,從影像中萃取出有用的數據材料,包括計算綠地面積、都市化前的河道範圍等。

我是誰?我在哪裡?柯南式追蹤,破解航照之謎

聽來簡單,實際操作起來並不容易。

首先,U-2 照片很特殊!

U-2 配備的自動照相機,能左右擺動鏡頭、連續拍攝,除了機腹正下方的俯瞰畫面,也有傾斜程度不一的側拍角度。如此一來,飛行航道左右各 300 公里,都逃不過 U-2 的「貓眼」,確保單次任務就能拍攝到最大範圍,獲得最多情報資料。

U-2 偵察機縮小模型,圖中飛行員旁的白色裝置,即是安裝在機腹下方的自動相機。圖│研之有物
U-2 偵察機縮小模型,圖中飛行員旁的白色裝置,即是安裝在機腹下方的自動相機。
圖│研之有物
U-2 偵察機機腹下方有 7 個攝影窗,可以拍攝不同角度的照片。圖│廖泫銘先生提供
U-2 偵察機機腹下方有 7 個攝影窗,可以拍攝不同角度的照片。
圖│廖泫銘先生提供
U-2 航拍示意圖。U-2 的相機能左右擺動鏡頭,連續拍攝不同角度。為了保持機身平衡,底片切成一半,一半往前滾動,一半往後滾動,因此每次任務會有兩大捲底片,沖洗後再拼接起來。圖│徐林先生提供
U-2 航拍示意圖。U-2 的相機能左右擺動鏡頭,連續拍攝不同角度。為了保持機身平衡,底片切成一半,一半往前滾動,一半往後滾動,因此每次任務會有兩大捲底片,沖洗後再拼接起來。
圖│徐林先生提供

「因為要連續拍攝 8 個小時,所以底片非常長,一整捲大概 65 公尺。保存時,要剪成一段一段,一段就是一個 roll。」廖泫銘拿出比臉還大的底片,說明著。

整捲底片被放進掃描機,讓電腦自動化高精度、高解析度掃描。掃完一捲完整片幅的底片,大約需要 1.5 天,而 U-2 底片總計有 3000 多捲。但數位化只是最「輕鬆」的環節,後續的「座標定位」,才是耗時耗力的工程。

黑貓中隊的飛行軌跡遍布東亞,當時沒有 GPS ──上千張照片,要怎麼知道這是哪裡?地理座標為何?屬於哪次任務?

回頭查詢國防部紀錄,就能快速破解?沒那麼簡單!

當年為了保密,所有人都僅是拼圖中的一小片:飛行員不知道具體任務內容,只知道飛行航線以及何時開關相機;沖曬官沖洗底片,不會過問細節;軍中判讀官檢視照片、辨識位置後,也不會記錄是哪位飛行員、哪次任務。

「對研究者來說很痛苦,我們想要知道每件事,但因為保密措施,從不同部門獲得的資訊都是片段的。」廖泫銘苦笑說道。

將上千捲底片產製成數位典藏,就是大量的「工」:

研究者必須交叉比對影像、地圖、飛行員出勤紀錄、判讀報告、CIA 解密檔案,才能把一張張沒有座標、沒有說明的歷史影像,轉化為科學研究的圖資。

唐代長安城樣貌?明英宗為何在土木堡被俘? GIS 重現古時空

雖然美國國家檔案館也有典藏一套 U-2 中國偵照底片,但迄今仍沒有數位化處理。相較之下,台灣完整的數位典藏,讓人們不需大海撈針,對於東亞區域研究者可說是珍貴無比。

「GIS 不是萬能的,卻是很基礎的工作。」范毅軍以學術研究的「基本功」形容。

他解釋,透過 GIS 技術整合各種空間資料,再加上時間向度,便能幫助研究者建構出虛擬的「時空框架」。不論考古、歷史學、環境學家,皆能從中進行細部的社會調查,觀察聚落、環境的長時態變化,甚至能從當代回推到古代!

舉例而言,歷史課本裡的「土木堡之變」你或許不陌生,但英宗為何會在此處遭遇埋伏?

透過 GIS 重現的「中國古代版 Google Map」,一目了然。土木堡位於今日的河北省張家口市「土木村」,從 1960 年代張家口航照圖(都市化以前),可以發現此處位於峽谷,容易遇伏。「明英宗御駕親征瓦剌,卻慘遭圍攻俘虜」的故事,瞬間變得立體鮮活。

「根據 1930 年代的西安航照圖,我們甚至能還原唐代的長安城!」范毅軍自豪的說。

除了歷史研究,GIS 成果也有「生活化」的一面。

曾有一位老先生被指控違建,祖厝面臨拆除。他找上 GIS 專題中心,調出當地歷史航照證明沒有違法占地,終於留住了透天厝。每天來自公務機關的「疑難雜症」,更是專題中心的「日常」。范毅軍笑稱,社會服務也是研究團隊的職責之一。

「我們不只是典藏,也提供最基礎的研究資料。」二十年前,中研院數位化空軍航照圖、建置 GIS 系統,多數人並不理解。但執行長范毅軍強調,如同大氣科學家每天要記錄觀測資料,GIS 也是最具奠基性的工作。圖│研之有物
「我們不只是典藏,也提供最基礎的研究資料。」二十年前,中研院數位化空軍航照圖、建置 GIS 系統,多數人並不理解。但執行長范毅軍強調,如同大氣科學家每天要記錄觀測資料,GIS 也是最具奠基性的工作。
圖│研之有物

「他們用生命換回來的,我們幫他們保住了」

費時二十多年,除了 U-2 航照,GIS 專題中心也完成約八十萬張老地圖數位典藏,建置全世界最大的中國、台灣地理資訊資料庫。

問廖泫銘從事地理資訊數位化工作二十年,最大的感動是什麼?

他秀出一張照片,說:「這是葉常棣教官,幾年前已經過世。那天,沈宗李教官陪他一起到中研院看看這些 U-2 航照。」

1965 年,黑貓中隊成員葉常棣在江西遭共軍擊落,軟禁、勞改長達十九年。當他獲釋到香港,卻因當時政治環境無法返台,只能在 CIA 幫助下赴美德州定居。1990 年,他返國辦理退伍,直到 2016 年才回到台北定居,不久便過世了。

「他們從來沒看過自己拍的照片,不能碰、不能問。」廖泫銘感性地說,

但他們用生命換回來的,我們幫他們保住,除了文化資產及科學價值,這也是重要的傳承。

1963 年葉常棣教官駕駛 U-2 拍下八達嶺長城,兩年後遭共軍擊落,下落不明。流轉離散數十年返台,葉教官執行任務 47 年後,首度在中研院見到自己當年拍下的偵查照。圖│中研院地理資訊科學研究專題中心
1963 年葉常棣教官駕駛 U-2 拍下八達嶺長城,兩年後遭共軍擊落,下落不明。流轉離散數十年返台,葉教官執行任務 47 年後,首度在中研院見到自己當年拍下的偵查照。
圖│中研院地理資訊科學研究專題中心
任務編號:GRC-178 /飛行員:葉常棣/目標位置:北京市西北地區 /目標座標:40°21’N 116°00’E圖│中研院地理資訊科學研究專題中心
任務編號:GRC-178 /飛行員:葉常棣/目標位置:北京市西北地區 /目標座標:40°21’N 116°00’E
圖│中研院地理資訊科學研究專題中心
2021-03-08

採訪撰文|林庭葦
美術設計|林洵安

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