Rymden på väg att bli en telefonväxel - massuppskjutning av satelliter

Med mobiltelfonen kan man snart nå hela världen

Av Ulf Ekblad

Satelliter för kommunikation, spaning och navigation lär få en allt större roll i framtida konflikter, där betydelsen av att ha informationsövertag blir allt viktigare. Det gäller att inhämta information, med hjälp av bl a spaningssatelliter, och att på bästa möjliga sätt utnyttja informationen, samt att hindra motparten från att erhålla korrekt information. Begrepp som informationskrigföring, ledningskrigföring och navigeringskrigföring används i dessa sammanhang.

Överföring och distribution av information kan ske med hjälp av satelliter. Med satellitkommunikation kan förbindelse upprättas snabbt med ett stort antal användare, som inte behöver vara uppkopplade till ett fast markbundet nät. Satelliter ger en stor flexibilitet vad gäller uppkoppling till olika användare, som kan vara mobila och befinna sig på områden av jorden där det inte finns terrestra nät, som tex haven, öknarna och de tropiska regnskogarna. En sändare kan också lätt nå ett mycket stort antal mottagare.

Misslyckat försök med kopparmoln
Radiovågor utbreder sig i en rät linje, om de inte böjs eller reflekteras av något. För radiokommunikation på långa avstånd har kortvåg sedan länge används. Kortvågssignalerna reflekteras i jonosfären, varvid de kan ta sig långt bortom horisonten. Försök har också gjorts att reflektera radiovågor via de joniserade spår som uppstår när meteorer tränger ner i atmosfären. De första försöken att reflektera radiovågor mot månen, i stället för de kortlivade meteorspåren, gjordes1951.

Ett hemligt försök att skapa en konstgjord jonosfär företogs 1961 av USAs militär då 360 miljoner kopparnålar släpptes ut i omloppsbana runt jorden på 300 mils höjd. Eftersom nålarna inte spreds ut som det var tänkt upprepades försöket 1963. 400 miljoner kopparnålar släpptes ut,men även denna gång misslyckades experimentet. Nålarna torde ha brunnit upp i atmosfären senast 1968, men någon observation som har styrkt detta har inte gjorts.

Försök med passivt reflekterande sfäriska satelliter gjordes redan 1960 med Echo 1. Den hade en diameter på 34 m och en massa på 70,5 kg. Satelliten gick till att börja med i en bana på en höjd av 1600 km och kunde ses på himlen under flera år innan den brann upp i atmosfären 1970.

Efter försök med olika principer och banhöjder blev från och med mitten av 1960-talet den geostationära banan på 36000 km höjd dominerande för kommunikationssatelliter. Geostationära satelliter kallas ofta GEO-satelliter, geostationary earth orbit. I den banan roterar en satellit runt jorden lika fort som jorden vrider sig kring sin axel och därmed står satelliten skenbart stilla över ekvatorn. Med tre satelliter kan då hela jorden, förutom polarområdena, täckas.

För att täcka in polarområdena kan den sk Molniyabanan, en starkt elliptisk bana (med lägsta höjden, på cirka 500 km och högsta höjden, på cirka 40000 km) med en inklination på cirka 63 grader, med fördel användas. Satellitens omloppstid blir cirka tolv timmar och av dessa kan cirka åtta användas för kommunikation över, t ex norra halvklotet. Med tre satelliter fås dygnetrunttäckning. Fördelar är hög elevationsvinkel (höjden över horisonten), medan nackdelar är ickestationariteten (dvs en sändare och mottagare måste följa satellitens förflyttning över himlavalvet) och lång tidsfördröjning (som dessutom varierar).

Det globala mobiltelefonnätet
Civil satellitkommunikation har sedan 1970- talet nästan enbart använt geostationära satelliter. De första tillämpningarna var TV och telefoni till och från marknätet. På 1990-talet tillkom datatrafik, dvs sändningar av information till och från datorer. Exempelvis kan Internettrafik gå via satellit. Radiosändningar direkt till mottagare på samma sätt som direkt-TV och sk multimediatillämpningar ligger inte långt fram i tiden.

Med början under hösten 1998 kommer LEO-system, low earth orbit, dvs omloppsbanor på låg höjd, cirka 200-2 000 km för mobiltelefoni att tas i drift. Dessa satellitsystem, som kallas för Big LEO-system, består av ett stort antal satelliter, från ett dussin upp till 66 stycken, på låga banhöjder (i regel mellan 700 och 2000 km). Med dessa system ska det gå att när som helst från vilken plats som helst på jorden samtala med en person uppkopplad till en mobiltelefon eller en vanlig telefon. Dessa nya typer av satellitsystem gör satellitkommunikation enkel - små lätta handtelefoner kan användas utan krav på antenninriktning. Iridium, till namnet kanske det mest kända systemet, ska vara klart till höstan 1998 och kommer då att omfatta 66 satelliter. Globalstar, som ska tas i drift 1999, har 48 satelliter.

Ett tiotal sk Little LEO-system planeras, varav några har börjat tas i drift trots att alla satelliter ännu inte är uppe. Systemen, som är av typen ”store-and-dump”,brevlådor, är till för att sända korta textmeddelanden som epost till och från handburna terminaler och datorer. När en satellit passerar över en sändare lagras meddelandet i satelliten. När den senare passerar över en mottagare sänds meddelandet ner till den. Det mest kända systemet är troligen Orbcomm, med 28 satelliter.

Teledesic och Skybridge tillhör gruppen av s k bredbandssystem. Dessa ska användas vid kommunikation där stora datamängder snabbt ska överföras, typ stora datafiler. Speciellt är det tänkt att Internetsurfare ska ha egna sändar- och mottagarenheter och på så sätt bli oberoende av marknät. Prototypen för dessa system är Teledesic, som bakom sig har Bill Gates, chefen för Microsoft och ”världens rikaste person”. När systemet blir operativt omkring år 2002 består det av 288 satelliter.

Fördelar med LEO-system är kort tidsfördröjning (cirka 0,02 s, inklusive fördröjning i elektroniken, mot 0,27 s för satelliter i den geostationära banan) mellan sändare och mottagare samt att så låg sändareffekt från markterminalen som 0,25 W är tillräcklig.

Sverige fick sin första kommunikationssatellit 1989, Tele-X, som senare har ersatts av Sirius-1 och Sirius-2. Ytterligare en satellit, Sirius-3, ersätter snart Sirius-1. Alla dessa GEO-satelliter är för TV och datatrafik. Satelliterna kontrolleras och övervakas från anläggningen i Esrange.

Bosnien väckte svenskt rymdintresse
Sverige har inga egna militära kommunikationssatelliter, så när försvarsmakten upptäckte att man vid FN-operationen i Bosnien behövde satellitsamband användes först Inmarsatsystemet. Ett billigare alternativ var att hyra transponderkapacitet på andra kommersiella satelliter. Därmed kunde man kommunicera i obegränsat mängd utan samtalsavgifter. I och med denna FN-insats insåg försvarsmakten att satellitkommunikation nog skulle bli oundviklig i framtida internationella operationer, åtminstone i sådana delar av världen där ett fungerande civilt marknät inte kan förutsättas.

Militära sambandssystem har krav som inte ställs på civila system, som tex störtålighet, medan andra krav kan sammanfalla med de civila, som tex hög kapacitet. Militären utnyttjar den civila IT-utvecklingen med mindre och billigare elektronikkomponenter, liksom snabbare processorer och effektivare datorminnen. Exempelvis skulle det militära behovet av rörliga sändare och mottagare eventuellt kunna täckas av kommande civila LEO-system.

Satelliter kan med fördel användas för överföring av stora mängder data (bilder, underrättelsedata, positionsbestämningar, mm) i ett ledningssystem till och från slagfältet. Överföringar på stora avstånd, samtidig distribution av data till många mottagare och kommunikation till och från platser som saknar kommunikationsinfrastruktur är några exempel på användningsområden. Det som ska överföras kan vara data från sensorer (exempelvis satellitbilder), information av underrättelsetyp, order från högkvarteret till slagfältet, rapporter från slagfältet till högkvarteret, beställningar av materiel, en nedskjuten pilots position. USA satsar på ett globalt militärt satellitsystem för ”broadcasting”, dvs satelliter som ska sända ut data och information till ett stort antal militära enheter över hela jorden.

Mestadels används GEO-satelliter i militära system, men Sovjetunionen/Ryssland har sedan lång tid tillbaka haft militära LEO-system. Systemen har bestått av sex eller åtta satelliter i ett och samma banplan. Satelliterna har skjutits upp med en bärraket som sextetter eller oktetter.

Informationskrigföring
Under 1990-talet har, behovet och vikten av information i det moderna kriget betonats. Begrepp som informationskrigföring och informationsövertag används allt oftare. Modern informationsteknologi, datorer och satelliter (spaningssatelliter för insamlande av information och kommunikationssatelliter för överföring av information) spelar här centrala roller. Liksom i annan krigföring finns det offensiv och defensiv informationskrigföring.

I offensiv informationskrigföring görs dels försök att tjuvlyssna på kommunikationen, något som i militära sammanhang kallas för signalspaning, och dels försök att störa kommunikationen så att den inte når fram eller förstörs. Ytterligare ett sätt, som har blivit mer aktualiserat i det moderna IT-samhället, är att sända falska uppgifter. Man skulle tex kunna gå in i databaser och radera eller ändra på uppgifter där. I defensiv informationskrigföring gäller det att skydda sig mot avlyssning, störning och intrång.

Inte bara medveten informationskrigföring utan också oavsiktliga störningar, sk interferenser, kan orsaka stora problem. Exempelvis trodde radioastronomer tidigare att de hade tagit emot signaler från flygande tefat, men det visade sig vara signaler från amerikanska signalspaningssatelliter, White Cloud, som illegalt använde radioastronomifrekvenser.

De kommande LEO-systemen har i flera fall tilldelats frekvenser nära de som är av stor betydelse i radioastronomisammanhang. Operatörerna av LEO-systemen förhandlar med radioobservatorierna för att komma överens om hur man ska samexistera utan att alltför menligt inverka på varandras verksamheter. Iridiumoperatörerna har kommit överens med ledningen för världens största radioteleskop, Areciboteleskopet, att stänga av satelliterna när dessa passerar över Areciboteleskopets 333 m stora parabol.

Inte så lätt att störa satelliter
Satellitkommunikation kan i princip störas på två sätt: det första är störning av satellitens mottagare; det andra är störning av markmottagarna. När det gäller geostationära satelliter är störning av satellitmottagaren det mest effektiva, därför att, om inga speciella störskyddsåtgärder sätts in, alla markmottagare blir utstörda samtidigt. Denna typ av störning fordrar dock en stor och kraftfull störsändare, som endast tekniskt avancerade stater kan hålla sig med. En sådan störsändare kan identifieras och lokaliseras med satellitspaning, varefter den skulle kunna slås ut med tex en kryssningsrobot. En mobil störsändare torde däremot vara svårare att lokalisera och slå ut.

Störning av markmottagare för geostationära satelliter kan åstadkommas med lägre sändareffekt, men detta är svårt. Dessutom blir endast en mottagare utstörd av en störsändare (om den inte är på en satellit nära den satellit som används vid kommunikationen), varför värdet av en sådan störning torde vara begränsat. Störsändning från en GEO-satellit placerad nära en kommunikationssatellit i GEO skulle däremot kunna störa ut alla markmottagarna.

Markterminalerna till LEO-systemen för mobiltelefonisystem kommer att ha rundstrålande antenner på samma sätt som t ex GSM-telefonerna har. Dessa satellittelefoner blir mer känsliga för störning än markterminaler med parabolantenner.

Begrepp som navigationskrigföring, där det gäller att förhindra eller försvåra för fienden att utnyttja olika navigeringshjälpmedel, har under de senaste åren börjat användas. Navigationskrigföring inriktas idag mot navigering medelst satellit, som t ex det amerikanska GPS (global positioning system) och det ryska Glonass (global navigational satellite system).

Civil GPS känslig för störning
Satellitägaren/-operatören kan i GPS lägga på medvetna, slumpmässiga fel i signalerna för att försämra positionsmätningen för andra. Användare som inte kontrollerar systemet kan försämra positionsbestämningen genom att sända störsignaler mot markmottagarna och genom att sända falska satellitsignaler. Eftersom GPS-signalerna är mycket svaga, och mottagarantennerna är rundstrålande, är de civila GPS-mottagarna ytterst störkänsliga. De militära signalerna, som är mer störresistenta, har det svenska försvaret inte tillgång till.

Inta bara det civila samhället är beroende av satelliter för kommunikation utan även militären blir det i ökande grad. En lokal kon- flikt lär inte föranleda någon global satellitoperatör att helt stänga av sitt system eftersom det skulle negativt påverka sådana kommunikationsförbindelser som en överväldigande majoritet av användarna önskar bibehålla intakta. Däremot skulle kanske celler över vissa områden kunna stängas av.

Störning eller utslagning av satellitkommunikationssystem påverkar det civila samhället likaväl som stridande parter. Med tanke på det stora antalet satelliter för kommunikation som är operativa om några år är det tveksamt om det skulle vara värt kostnaden att försöka förhindra en stridande parts användning av satellitkommunikation.

Satellitkommunikationssystem torde alltså i stor utsträckning kunna förväntas vara tillgängliga under kris/krig, så länge som det inte rör sig om ett stort globalt krig. I ett sådant krig torde däremot kommunikationssatelliter i viss utsträckning bli utsatta för störning eller andra vapeninsatser. Det senare återkommer jag till i den avslutande artikeln.

Från FOA-tidningen nr 3-1998 - www.foi.se/framsyn