+ mer
Avslørende: Satellittbilder som dette, tatt av Maxar Technologies, er med på å dokumentere ødeleggelsene i Ukraina.  Foto: Maxar Technologies/AP/NTB

Himmelske spioner med grenseløs frihet

Satellittnavigasjon er blitt helt nødvendig, det viser ikke minst hvordan satellittbilder er blitt brukt og fortsatt brukes i Ukraina-konflikten. Nå skal radarsatellitter revolusjonere overvåkningen av jordkloden. 

Tekst: Hilmar Schmundt, Philip Bethge, Der Spiegel
Oversatt og tilrettelagt: Hans Jørn Næss (hjn@kapital.no)

Noe var i ferd med å skje ved den russiske grensen til Ukraina – det oppdaget internasjonale observatører allerede i april for nesten et år siden. Utsendingene fra OSSE (Organisasjonen for Sikkerhet og Samarbeid i Europa) ønsket å bruke en overvåkningsdrone for å skaffe seg et enda bedre bilde av situasjonen på begge sider av grensen, men de oppdaget da at navigasjonssignalene til GPS-satellitten var blokkert. Dronen måtte forbli på bakken, observatørene slo alarm.

Når en krig truer, er satellittkommunikasjonen et av de første ofrene. Men det er ikke bare OSSE som beklager seg over forstyrrelsene, som på fagspråket også kalles for “jamming”. Problemet har økt kraftig. Allerede for et år siden kom kontrollørene av den europeiske luftfarten i Eurocontrol med en advarsel om at 38,5 prosent av alle langdistanseflyvninger er truet av GPS-støysendere.

Navigasjonen i Svartehavet og det østlige Middelhavet blir ekstra berørt av disse forstyrrelsene, og bare i luftrommet over Kypros skjer det forstyrrelser mer enn hundre ganger hvert år.

Flere GPS-kloner

Det er svært vanskelig å forestille seg en verden uten det amerikanske GPS-systemet – Global Positioning System. Det befinner seg i biler og på digitalt utstyr, og det er plassert på kanten av vulkaner for å kunne varsle om det neste lavautbruddet. Senderne henger også på bena til trekkfugler, slik at deres flyvninger rundt hele kloden kan forfølges ved hjelp av en app.

De svært presise signalene til navigasjonssatellittene i verdensrommet fungerer dessuten som tidsstempel for den globale økonomien. Uten disse ville mange pengeautomater, bensinpumper, bankoverføringer eller mobilnett ikke kunne fungere problemfritt.

Andre land og regioner har også utviklet sine egne GPS-kloner. “Glonass” er den russiske, Kina har kommet etter med “Beidou”, og både Japan, India og til slutt også EU har fått på plass egne GPS-systemer. “Galileo” heter det europeiske alternativet, et rent sivilt prosjekt som har hatt testvirksomhet siden 2016.

Men alle disse systemene har svakheter, og derfor arbeider både selskaper og vitenskapsmenn med alternativer. 

Døgnkontinuerlig overvåkning

Det finnes nemlig alternativer til GPS, og under det russiske angrepet på Ukraina har satellittsystemer med radarteknologi gjentatte ganger vist hvordan de er i stand til å overvåke invasjonsstyrken. Til tross for skyer og tåke har det vært mulig å følge den russiske innmarsjen i detalj. Mange konvensjonelle satellitter klarer ikke å produsere bilder om natten, eller når det er overskyet, men en ny generasjon har gjort det mulig med døgnkontinuerlig overvåkning, uansett værforhold.

– Radarsatellitter tar nærmest med seg sine egne lyspærer ut i verdensrommet, sier Shay Strong. Tidligere satt hun i et observatorium på Hawaii og studerte atmosfæren på gassgiganten Saturn ved hjelp av teleskop. I dag arbeider hun for det finske satellittbildeselskapet Iceye.

Radarsatellittene har en spesiell egenskap – de foretar ikke bare “flate” opptak, men produserer en tredimensjonal modell av terrenget. Prinsippet har fått navnet “Synthetic Aperture Radar” – eller bare SAR. Disse kan også bli utsatt for forstyrrelser, men det kreves langt mer utstyr og datakraft for å få til dette. 

SAR-satellitter kan hvert eneste sekund lage et kart som dekker over 3.000 kvadratkilometer av kloden. Og nøyaktigheten på høydene i terrenget ligger nesten på millimeternivå. Menneskeheten har aldri tidligere hatt tilgang til et slikt detaljert bilde av hele planeten.

Rekonstruksjon av branner

Teknologien er blitt brukt av militære enheter, senere også av grupper med forskere, men det var den europeiske romfartsorganisasjonen ESA som virkelig fikk SAR frem i lyset. I april 2014 tok den første “Sentinel 1”-satellitten av på en russisk “Sojus”-rakett fra romfartssenteret Kourou i Fransk Guyana. Satellitten kretser rundt jorden i 700 kilometers høyde, veier 2,3 tonn og er på størrelse med en småbil. På hver eneste rundtur skanner den en 240 kilometer bred stripe av jordoverflaten.

ESA gikk for radikal åpenhet og gjorde alle resultatene tilgjengelige for offentligheten. 

– Vi var nysgjerrige på hva man ville bruke dataene til, og så langt er jeg imponert over anvendelsen, sier Malcolm Davidson, ESAs ekspert på observasjon av jordkloden. Seierstoget til radardataene minner ham om hvordan GPS ble til for 20 år siden.

Tett trafikk: Denne satellitten fra Eutelsat er en av 500 små og store satellitter som nå kretser rundt jorden. Foto: Thales Alenia Space_MIP

I Norge brukes dataene til å måle snødybden ned på millimeternivå, slik at det er mulig å lage enda bedre prognoser for ras. I Hellas viser radardata fra verdensrommet omfanget av skogbranner – og de gjør det i etterkant mulig å gjennomføre en nøyaktig rekonstruksjon av hvor brannen oppsto.

Et eksempel på dette er hentet fra øya Zakynthos, som ble rammet av en skogbrann i fjor høst. I anklagen mot de mistenkte brannstifterne finnes det flere satellittbilder. Ødeleggelsene etter fjorårets flom i den tyske Ahr-dalen og  vulkanutbruddet på La Palma ble også dokumentert på den samme måten.

– Kikker rundt hjørnet

Det kan oppstå helt nye tjenester som linker de årvåkne blikkene fra verdensrommet til sensorer nede på jorden. Et eksempel på dette er “intelligente” kart for selvkjørende biler. Hvis disse skal kunne ta spranget fra semiautonom ferdsel (Nivå 3) til helt autonom kjøring (Nivå 5), vil de trenge hjelp fra verdensrommet for å kunne danne seg et komplett bilde av gater og trafikk. På fagspråket snakker man om at med Nivå 3 kan førerne slippe rattet og overlate kjøringen til bilen under visse forhold, mens man med et fremtidig Nivå 5 skal kunne la bilen kjøre helt på egen hånd. 

Denne geografiske informasjonen må også være tilgjengelig for bilens datamaskin hvis den kjører inn i områder der signalene ikke når frem på grunn av “jamming” eller fordi det er høyhus på begge sider av veien.

– Kartet er den eneste sensoren som kikker rundt hjørnet, sier Robert Klarner fra DLR – Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Han er med i en gruppe som arbeider med å utnytte satellittbilder slik at de kan bli til instrukser og advarsler for autonome biler – såkalte HD Maps. 

– Slike HD Maps kan også vise områder som ikke er tilgjengelige for bilen, for eksempel sykkelveier, fotgjengersoner eller privat eiendom, sier Klarner.

Bilene kan bli programmert til at de må holde seg unna slike områder, eller at de må kjøre med tilpasset hastighet.

Om SAR - Synthetic Aperture Radar

Tradisjonelle satellitter med optiske sensorer er avhengig av værsituasjon og dagslys. På natten og under overskyet vær er sikten begrenset.

Synthetic Aperture Radar (SAR)-satellitt fungerer også under disse forholdene. Satellitten sender ut mikrobølgestråling.

Strålingen trenger gjennom skyer.

Strålingen blir i stor grad reflektert fra overflaten.

Satellitten sender og mottar strålingen for hvert punkt flere ganger i løpet av flyvingen.

Det blir laget svært nøyaktige høydemålinger av de ulike målingene.

Sammenlignet med tidligere opptak fra samme sted kan man fastslå selv små høydeforskjeller.

Der Spiegel

I utviklingen av de nye kartene fikk forskerne også hjelp av en tilfeldighet. Gjentatte ganger undret Hartmut Runge, en annen forsker fra DLR, seg over de helt spesielle hvite punktene som han så på satellittbildene. De minnet om små støvkorn. Men ved nærmere undersøkelser oppdaget han at det man trodde var feil i bildene i virkeligheten skjulte en liten skatt. De små punktene blir nemlig sendt tilbake som signaler til radarsatellittene i verdensrommet fra lanterner, trafikklys og trafikkskilt.

– Vi bruker dem som “geodetiske” punkter for å lage svært nøyaktige kart, uten at vi trenger å besøke landene, sier en begeistret Runge. – Og det blir like nøyaktig som å være der med GPS-utstyr for å gjennomføre målingene.

Europeisk GPS-alternativ: Det er skutt opp flere raketter som bærer med seg Galileo-satellitter fra Kourou i Fransk Guyana. Foto: ESA/CNES/ARIANESPACE/AFP/NTB

Hver eneste mast, hvert eneste trafikklys, blir på den måten tegnet inn på kartet med centimeternøyaktighet. De blir en del av veikartene for selvkjørende biler, som takket være sensorer kan sammenligne de geodetiske punktene på satellittkartet med sine kameraer nede på bakken. Dette kan for eksempel gjøre det mulig å ta en virtuell kikk rundt neste hushjørne før bilen gjennomfører svingen i praksis.

500 kommersielle satellitter

Analytikere fra selskapet Euroconsult forteller at antallet kommersielle satellitter som utforsker og dokumenterer jorden, både med og uten radar, er blitt tidoblet i løpet av de siste ti årene. I verdensrommet finnes det nå om lag 500 små og store satellitter, og det dukker stadig opp overraskelser eller tilfeldige funn.

Planet er et selskap fra California som hver dag tar bilder av jordoverflaten med sin flåte på over 150 satellitter. Disse er ikke større enn en skoeske, og en dag tok de tilfeldigvis bilder fra en strengt hemmelig rakettoppskyting i Nord-Korea.

Ulovlige fiskeflåter, som plyndrer verdenshavene fra havner i Kina og Nord-Korea, blir også stadig oftere avslørt av forskerne fordi satellittene oppdager lysene fra båtene ute på havet og kan sammenligne disse med data fra radarsatellittene.

Men denne kontinuerlige overvåkningen skaper også utfordringer. Hvordan kan samvittighetsfulle borgere beskytte privatlivet sitt? Det er strenge regler for fotografering fra fly eller fra droner, men de himmelske spionene nyter en nærmest grenseløs frihet. 

– Den internasjonale lovgivningen er absolutt ikke i takt med utviklingen, sier Frans von der Dunk. Han er professor ved University of Nebraska-Lincolm og ekspert innen lovgivning i verdensrommet.

Den internasjonale lovgivningen er absolutt ikke i takt med utviklingen.
Frans von der Dunk, professor ved University of Nebraska-Lincolm

Det finnes riktignok et par avtaler i FN som daterer seg helt tilbake til 1986, men her er det ikke snakk om at land kan beskytte sine borgere ved å nekte eller legge ned veto mot satellittovervåkning. Borgerne skal imidlertid ha mulighet til å få se bildene.

Reportasjer