Satelittbaserte tenester

Satellittenester

Ein satellitt er eit lekam som går i bane rundt jorda. Satellittar ber nyttelastar til ulike føremål og er plasserte i banar som er tilpassa føremålet. Dei fleste moderne satellittar har ei levetid på ti år eller meir.

System og ansvar

Infrastruktur

Satellittbaserte tenester kan kategoriserast ut i frå bruksområde. Viktige typar er kommunikasjonssatellittar, navigasjonssatellittar og jordobservasjonssatellittar.

Satellittsystem for kommunikasjon er konstruert for overføring av TV-program, telefonsamtalar, data, breibandstenester osb. Det viktigaste satellittkommunikasjonssystemet er Inmarsat (UK), som tilbyr data/breibands- og telefonitenestar. Satellittbaserte tenester er viktig både i normalsituasjonar (då ofte i form av GPS/GALILEO for tid og navigasjon), og så kan det vere planlagt brukt som backup (t.d. kommunikasjon) i krisesituasjonar.

Eit gjennombrot for norsk satellittkommunikasjon skjedde i slutten av 1970-åra då det blei bygd eit satellittsystem, Norsat, for kommunikasjon med oljeplattformene i Nordsjøen. Stasjonar på plattformene kunne då kommunisere med ein jordstasjon på Eik i Lund kommune. Telenor har ei rekkje satellittar kalla Thor som i all hovudsak tilbyr kringkasting- og breibandtenester. Desse satellittane kommuniserer med jordstasjonane i Nittedal og på Eik. Fleire beredskapsaktørar har Iridium satellittelefonar som reserveløysing i krisesituasjonar. Dette er eit amerikansk system som norske styresmakter har avgrensa innverknad på. I tillegg til Statsforvaltaren er det 14 kommunar i Rogaland per 2022 som har ein eller fleire satellittelefonar. Satellittelefonane er anten av typen Iridium eller Inmarsat-4. I tillegg har fleire aktørar i fylkesberedskapsrådet og redningstenesta i Rogaland slike telefonar.

Satellittnavigasjon er ein teknologi for posisjon, navigasjon og presis tidnemning (PNT) på land, til sjøs, i lufta og i rommet ved hjelp frå signal frå satellittar i bane rundt jorda. Satellittnavigasjon brukast både av skipsfarten og i vegtransportsystemet. Det er òg ei auke i bruken i luftfartssystemet.

Navigasjonssatellittane leverer òg tidssignal som er viktige innanfor fleire sektorar, mellom anna finans-, energi- og IKT-sektoren. Det finns i dag fire satellittbaserte system for navigasjon og posisjonering med global dekning (GNSS). USA har eit system som heiter Global positioning system (GPS), Russland har GLONASS, EU har Galileo og Kina har utvikla BeiDou.

Automatic Identification System (AIS) blei opphavleg utvikla som eit anti-kollisjonshjelpemiddel for skip. AIS rapporterer jamleg om skip sin posisjon, kurs og fart, samt andre skipsdata. AIS brukast i dag òg til trafikkovervaking og flåtestyring, ved at signala tas i mot av bakkestasjonar og satellittar. I Rogaland er det to AIS bakkestasjonar, ein i Vikedal i Vindafjord kommune og ein på Karten i Time kommune. Noreg eig og driftar 4 AIS-satellittar. Kystverket er ansvarleg for sentral forvaltning av data frå den landbaserte delen av kjeda.

Når det gjeld satellittsystem for jordobservasjon er vêrsatellittar den viktigaste måletypen i numerisk vêrvarsling. For Noreg som kyst- og oljenasjon, er gode vêrmeldingar spesielt viktig. Noreg deltek derfor aktivt i det europeiske vêrsatellittsamarbeidet EUMETSAT. EUMETSAT sin hovudbakkestasjon ligg ved Longyearbyen på Svalbard, kor òg USA har bakkestasjon for sine satellittar. Satellittane målar mengda av ozon, vassdamp og karbondioksid i atmosfæren, samt temperatur på skyer, landområde og hav. Noreg er òg med i EU sitt operative jordobservasjonssystem, Copernicus, som har satellittar for miljøovervaking. Denne hovudbakkestasjonen ligg og på Svalbard. Måling og innsamling av store mengder data om mellom anna temperaturutvikling og samansetninga av atmosfæren er nødvendig for å forstå klimaendringane, og føreseie effektane av tiltak for å stoppa dei. I tillegg omfattar miljøovervaking mykje anna. Arealendringar og vurdering av risiko for naturkatastrofar er viktige bruksområde. Ein kan overvake jordskjelv, vulkanutbrot og elevasjonsendringar ved hjelp av interferometrisk SAR (InSAR). Måling av utviklinga til skogbrannar kan brukast til å rettleie sløkkemannskapa, og nøyaktig informasjon om utbreiing av ei katastrofe kan vere til stor nytte for hjelpearbeidarar. Utslepp av miljøskadelege stoff som til dømes olje, kan òg detekterast og brukast til å føreseie moglege konsekvensar for dyr og menneske.

I 2029 har ESA planlagt å skyte ut to nye satellittar som skal gjere overvakinga av permafrost, isbrear, havstraumar, ustabile fjellparti og jordskjelv betre. Satelittane heiter Harmony og skal saman med Sentinel-systemet gjere at ein får tredimensjonale satelittmålinger. Dette vil mellom anna gjere at forståinga av konsekvensane av klimaendringane vil bli mykje betre.

Bakkestasjonane på Svalbard har fiberoptiske kabelforbindingar som går frå Svalbard til fastlands-Noreg. Svalbardkabelen, som den blir kalla, blei etablert for å sikre påliteleg dataoverføring for satellittverksemda på Svalbard. Forbindinga består av to kablar som går frå Harstad via Andøya til Longyearbyen.

 

System

Noreg er deleigar i felleseuropeiske satellittar. Trass dette er satellittane basert på felles europeiske interesser og ikkje alltid fullt tilpassa spesielle norske behov og moglegheiter. Utviklinga innan mikroteknologi opnar nye moglegheiter for Noreg til å utnytte nasjonalt finansierte småsatellittar for dekning av særskilde norske behov.

Bruk av rombasert infrastruktur er viktig for ei rekkje samfunnskritiske oppgåve, spesielt når det gjeld å ta vare på tryggleiks- og beredskapsrelaterte oppgåver. Det er derfor viktig å handtere risikoen knytt til forstyrring eller bortfall av satellittbaserte tenester.

Både tilsikta og utilsikta hendingar eller naturfenomen som romvêr, kan utgjere truslar mot satellittbaserte tenester. Objekteigarane må sette i verk relevante tryggingstiltak i høve til systema sine styrker og veikskap. Norsk Romsenter, saman med norske tryggleiksstyresmaktar, skal utvikla kostnadseffektive konsept for å sikre nødvendig tilgjenge til dei satellittbaserte tenestene.

Satellittkommunikasjon speler ei viktig rolle for å sikre liv og helse, og rette opp igjen infrastruktur når delar av bakkebaserte system er satt ut av spel, til dømes ved stormar, flaum og skred. I følgje Norsk Romsenter sin «Norsk romstrategi 2020» (2014) skal etaten arbeida for å stimulere offentlege og private aktørar til å nytte dei moglegheitene som finns i satellittbaserte kommunikasjonsløysingar

 

Ansvar

Leveranse av satellittbaserte tenester er i hovudsak eit internasjonalt oppdrag, men fleire norske etatar er premissleverandørar og har ei styresmaktrolle på området. Det er ingen etat som har det overordna ansvaret for tenestene. Trass dette er det oppretta eit interdepartementalt koordineringsutval for romverksemd (IKU). Utvalet blir leda av Nærings- og fiskeridepartementet med Norsk Romsenter som sekretariat.

 

Styresmaktaktør	Ansvar
Nærings- og fiskeridepartementet	Er det nasjonale romdepartementet
Norsk Romsenter (NRS)	Er ein etat underlagt NFD, skal vere staten si strategiske, samordnande og utøvande organ innan romverksemd. Dei har tatt initiativ til ein nasjonal romtryggleiksstrategi.
Justervesenet	Er underlagt NFD og har ansvar for at Noreg har ein måleteknisk infrastruktur som har nasjonal og internasjonal tillit. Justervesenet definerer tid som kritisk infrastruktur
Kunnskapsdepartementet (KD)	Er gjennom Meteorologisk institutt (MET) og deltakinga i EUMETSAT ein viktig aktør innan romverksemd.
Meteorologisk institutt (MET)	Er underlagt KD og er landets største brukar av jordobservasjonsdata frå satellitt, og representerer Noreg i EUMETSAT
UNINETT	Er underlagt KD, utviklar og driv det norske forskingsnettet opp mot det internasjonale forskingsnettet.
Samferdselsdepartementet (SD)	Har ansvar for koordineringa av den sivile radionavigasjonspolitikken, mellom anna satellittnavigasjon.
Kystverket	Er underlagt SD og overvaker skipstrafikk og oljesøl via satellitt og er hovudbrukar av dei norske satellittenestene for overvaking av skipstrafikken til havs (AIS).
Nasjonal klommunikasjonsmyndigheit (Nkom)	Er underlagt SD og har ansvar for frekvensforvalting (som mellom anna brukast av satellittar), og løyve for etablering og bruk av jordstasjonar.
Justis- og beredskapsdepartementet (JD)	Har gjennom sitt ansvar for samfunnstryggleik og krisehandtering direkte eller indirekte behov for satellittenester.
Forsvarsdepartementet (FD)	Bidrar gjennom Forsvaret sitt forskingsinstitutt (FFI) til romforsking og jordobservasjon.
Nasjonal tryggleiksstyresmakt (NSM)	Er tillagt ei særleg oppgåve knytt til oppfølging av tryggleiksarbeidet i dei europeiske satellittprogramma. Dei driv òg med akkreditering av infrastruktur og utveksling av tryggleiksgradert informasjon.
Utanriksdepartementet (UD)	Bidrar til forskingsverksemd gjennom prosjektmiddel til Forskingsrådet.

Statlege roller og ansvar for romverksemd (Kjelde: NOU 2015: 13).

I tillegg til dei offentlege styresmaktene på området, er det om lag 40 andre store og små selskap som utviklar, produserer og sel tenester. Dei viktigaste er Telenor som har ansvar for Thor-satellittane og Nittedal jordstasjon, og Marlink som har ansvaret for Eik jordstasjon. I tillegg har ein Space Norway AS, Kongsberg Satellite Services AS og Andøya Space Center som er store aktørar.

 

Årsaker til at systemet kan svikte 

Romvêr

Solstorm kan gi stråling mot jorda, noko som kan øydelegge elektronikken i satellittar. Det kan òg gi forstyrringar i ionosfæren og i magnetfeltet som kan påverke kvaliteten på trådlaus kommunikasjon og navigasjon. Romvêr kan òg forstyrre retningsstyrt oljeboring og leiting etter olje og gass der ein brukar magnetiske sensorar. Noreg er meir sårbart for romvêr, ettersom vi opererer teknologi lenger nord enn i dei fleste andre land. Romvêr vil kunna påverke GNSS-signala og derfor er integritetskontroll og bruk av fleire GNSS-system tilrådd. Romvêr er ein mogleg fare for rombasert og bakkebasert teknologi/elektronikk. I verste fall kan kraftige utbrot på sola kunne sette system ute av funksjon i korte eller lengre periodar. Dette kan for satellittar til ein viss grad førebyggjast gjennom bruk av meir strålingsherda komponentar eller meir skjerming. Med bruk av ulike GNSS (på ulike frekvensar) reduserast problema til kortvarige variasjonar som vanskeleg kan varslast.

Dei såkalla Halloweenstormane i 2003 førte til at om lag halvparten av verdas satellittar var ute av funksjon ein periode. Det blei svært kostbart, skadane blei berekna til om lag fire milliardar dollar. Dersom ein slik storm treff jorda i dag kan konsekvensane bli mykje større; då det er meir enn 1700 operasjonelle satellittar og minst 19000 lausøyre/romskrot på over 10cm som kretsar i den låge jordbana. Solas aktivitet varierer med ein 11-års syklus, og vi er no på veg mot ein aktiv topp i solaktivitet. Satellittar er spesielt utsette, og navigasjons- og kommunikasjonssystem kan bli sette ut av spel.

Ionosfærisk forseinking er eit fenomen som påverkar kommunikasjonen mellom satellittar og mottakarar av satellittsignal på jorda. Frie elektron og ion i jorda si ionosfære verker på hastigheita som satellittsignala forplantar seg med. Ionosfærisk forseinking påverkar særleg satellittnavigasjon, der tidsskilnaden mellom utsendt og mottatt signal er utgangspunkt for posisjonsfastsettinga. Den ionosfæriske forseinkinga varierer med breiddegrad og satellitten si elevasjon, med årstid og med tid på døgnet, og med sola si 11-årige syklus. Effekten er sterkast på høge breiddegradar og for satellittar som går lågt over horisonten, og den er sterkare midt på dagen og om vinteren. Ionosfærisk forseinking gjer normalt feil i avstandsberekninga på 5-15 meter, men kan under ekstreme tilhøve komme opp i 150 meter.

Meteoroide-/meteorittskurar som er fragment frå kollisjonar mellom større asteroidar kan falle ned på jorda gjennom atmosfæren. På vegen kan dei kollidera med satellittar eller anna infrastruktur.

 

Romskrot

Kollisjonar med romskrot kan skade kostbare satellittar og anna utstyr i bane. Romskrot er biprodukt av ulike typar romverksemd og består hovudsakleg av gamle satellittar, utbrente delar av bererakettar, fragmenter etter kollisjonar, samt objekt som er mista i samanheng med at astronautar har opphaldt seg utanfor romfartøy. Den generelle risikoen for kollisjon med romskrot er størst i den låge jordbana, der dei operative observasjons- og kommunikasjonssatellittane er. Når satellittar kjem inn i atmosfæren vil mesteparten brenna opp. I 2010 var den norske satellitten AISSat-1 i fare for å bli treft av restane etter ein anna satellitt.

 

Naturfenomen

Naturhendingar på jorda er ein trussel mot den bakkebaserte romverksemda. Dette kan til dømes vere ekstremt vêr, flaum og skred eller jordskjelv som kan skade jordstasjonane eller andre installasjonar.

 

Teknisk svikt

Sårbarheit i infrastruktur for satellittbaserte tenester kan til dømes knytast til sjølve satellittane og radioforbindinga til og frå desse, stasjonar på bakken (jordstasjonar) og terminalutstyr hos brukarane. Til dømes kan det skje teknisk svikt på Svalbardkabelen som kan vere vanskeleg å reparere. Konsekvensane ved svikt i desse kan vere kritisk. Noreg har eigarskap og operasjonelt ansvar for både satellittar og jordstasjonar. I 2016 opplevde britane at mellom anna BBC sine sendingar over DAB-nettet blei slått ut på grunn av ein feil i deira GPS-synkroniserte system.

 

Menneskeleg svikt

Menneskeleg svikt kan òg utgjere ein trussel mot drifts- og støttesystem. Skadar og ulykke kan til dømes skje ved operatørfeil eller når brukarar har mangelfull innsikt bruk av satellittmottakarutstyr. Utilsikta interferens kan til dømes skje når signal frå andre radiotenester forstyrrar eller blokkerer mottak av satellittsignal. Slike forstyrringar kan skje dersom anna radioutstyr sendar på dei same eller nær frekvensane som brukast av satellittsignala.

 

Tilsikta hendingar

Etter kvart som satellittsystem får stadig større betydning for kritisk bruk som luftfart, sivil beredskap og aktivitetar knytt til Forsvaret, er det naturleg at desse systema vil kunne vere mål for fiendtlege angrep, både fysiske og digitale.

Den 7. januar 2022 var det eit mistenkeleg brot på ein av to fiberkablar til og frå Svalbard. Dersom Svalbard hadde mista den andre kabelen hadde dei mista internettforbindinga til Noreg. Internettforbindinga er viktig mellom anna for overføring av data frå satellittenestene på Svalbard.

Dei siste åra har det vore ei auke av blokkering av GPS signal i Norge. Det har vore flest tilfelle i aust-Finnmark men og andre deler av Noreg har vore råka. Frå 2017-2022 viser tal frå Luftverkstilsynet at 178 flygingar har mista GPS signaler, 106 av desse i Aust-Finnmark. Kjelda til blokkering av GPS- signala kjem frå Russland.

Interferens, det vil seie blokkering av signal, kan vere eit resultat av både tilsikta og utilsikta hendingar. Tilsikta interferens kan bli forårsaka av støysending (jamming), utsending av falske signaler (spoofing) eller retransmisjon av forsinka signal (meaconing). Utstyr til bruk for tilsikta interferens er billig og lett tilgjengeleg, skjulbart og vanskeleg å detektere, noko som utgjer ein stor risiko. Sannsynlegheita for at signalskjerming skjer er avhengig av topografiske tilhøve, brukarane sin kunnskap og eigenskapane ved satellittsystema. Risikoen for fleirvegsinterferens er stor i mange brukaromgivnader, spesielt i byområde og tett ved store konstruksjonar.

 

Systemet si evne til å levera når det blir utsett for uønskte hendingar

Satellittbaserte tenester er utroleg sårbart. Tabellen under viser kor avhengig dei ulike områda er av ulike satellittbaserte tenester.

	Satellittbasert teneste	Merknad
Samfunnskritisk funkjson
Redningstenester	Posisjon, navigasjon og tid, kommunikasjon og jordobservasjon	Naudetatane og Naudnett er heilt avhengige av PNT. Ved landing av fly treng ein GNSS støttesystem. Ein treng òg ulike naturfarevarslingar og kommunikasjon.
Beredskap og kriseleiing	Posisjon, navigasjon og tid, kommunikasjon og jordobservasjon	Naudetatane er heilt avhengige av PNT. Geodata og satellittkommunikasjon kan vere svært viktige i kriser
Finansielle tenester	Tid	Avhengige av tidssignal i transaksjonar.
Forsyning av elektrisk energi	Tid og satellitt-kommunikasjon	Styring av kraftnett er heilt avhengig av presis tid og frekvens. Det same gjelder fjernstyring av kritisk infrastruktur der bakkebasert kommunikasjon ikkje er tilgjengeleg, til dømes damanlegg.
Ekom-tenester	Satellittkommunikasjon	Kommunikasjon via satellitt er i einskilde område, eller når bakkenettet er satt ut av spel, den einaste moglegheit for kommunikasjon og kringkasting av informasjon.
Transportevne	Posisjon, navigasjon og tid	Særleg luft- og sjøfart, men òg vegtransport og sikring av verdifull og farleg last, er avhengig av PNT.
Risikoområde
Ulykker på sjøen og offshore	Jordobservasjon, PNT og kommunikasjon	Å oppdage oljesøl i havområde er heilt avhengig av jordobservasjonssatellittar. For å unngå utslepp frå skip ved ei uønskt hending er ein avhengig av navigasjon, kommunikasjon og jordobservasjons-satellittar. Olje- og gassverksemd er avhengig av dynamisk posisjonering.
Kritisk innsatsfaktor
Meteorologiske tenester	Jordobservasjon, PNT	Vêrvarsling er heilt avhengig av jordobservasjonssatellittar og bidrag frå navigasjonssatellittar.

Satellittnavigasjonssignal er i utganspunktet svake og vil lett kunne forstyrrast av eit sterkare jammesignal. Eit jammesignal kan derfor redusere navigasjonsnøyaktigheita og gi feilaktig tidsinformasjon.

Etableringa av moglege alternative satellittnavigasjonssystem til GPS, bidrar til å redusere sårbarheita som følgjer med det å vere avhengig av eit einskild system. Den offentlege regulerte tenesta Public Regulated Service (PRS) i EU sitt Galileo-program, skal sikre nasjonale beredskapsstyresmakter tilgang til krypterte satellittnavigasjonstenester. Desse er mindre sårbare for sabotasje og manipulasjon.

Dersom forbindinga til Svalbard gjennom kabel blir brote er det ikkje andre moglegheiter for breibanda telekommunikasjon for Svalbard, og Noreg sine internasjonale forpliktingar vil ikkje kunne overhaldast dersom kabelforbindinga fell ut. Kabelforbindinga braut to gonger i perioden 2010-2015, noko som fekk store konsekvensar for brukarane. Mellom anna måtte Svalbard lufthamn stanse all flytrafikk. Det var òg brot i kabelen i 2021 og i 2022, noko ein mistenker er sabotasje.

I periodar med kraftig ionosfærisk aktivitet kan bruk av til dømes GNSS i nordområda innebere risiko for bortfall av signal. Tilgang til fleire satellittar på himmelen vil då kunne gi betre yting og auka signaltilgjenge i slike situasjonar. Faren for signalsvekking eller tap grunna ionosfærisk aktivitet er reell i periodar med høg solaktivitet. Desse tilhøva gjer det nødvendig med tiltak på brukarsida. Under meteorideskurar vel derfor satellittoperatørar å redusere den eksponerte flata ved å reposisjonere satellittane sitt solpanel.

Når det gjeld ionosfærisk forseinking kan ein løysa problemet, i og med at forseinkinga varierer med signala si bølgjelengd, ved at alle navigasjonssatellittar sender på to berebølgjer med ulik frekvens. Ved å kombinere signala frå begge frekvensar kan effekten reduserast til nokon få centimeter. Dei enklaste GPS-mottakarane er ein-frekvente og kan ikkje nytte seg av denne utjamninga.

Satellittbaserte system vil i fleire samanhengar kunne brukast for å gi redundans til bakkebaserte løysningar. Samstundes vil det vere tilfelle der det motsette er aktuelt. Når det gjeld satellittnavigasjonssystem vil ulike bakkebaserte metodar kunne gi redundans. Dei ulike metodane har ulike sterke og svake sider, og det kan vere utfordrande å finne ei bakkebasert løysning som dekkjer behova i alle brukarsegment. Dessutan eksisterer det òg sårbarheiter knytt til dei bakkebaserte løysningane. Det digitale bakkenettet og deira sendarar er godt utbygd og svært godt egna til å distribuere tid frå atomklokker. Fleire av dei redundante systema kan vere kostnadskrevjande, men likevel kostnadseffektivt med tanke på redundans.

 

Korleis handterer systemet ekstraordinære hendingar?

Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) har eit europeisk varslingssystem for romskrot og andre farar frå rommet, som asteroidar. ESA har òg ein database der kunnskap om alle ikkje-klassifiserte objekt blir registrert. Fleire av satellittane har òg kamera slik at kollisjonar med framandlekam og eventuelle skadar og andre sårbarheiter kan bli oppdaga.

Når det gjeld solstorm har Kartverket ei sanntidsteneste for varsling av brukarar av presisjonsnavigasjon når det blir registrert geomagnetiske stormar. På same måte varslast mange oljeselskap frå Norsk senter for romvêr ved Tromsø Geofysiske Observatorium når det er geomagnetiske forstyrringar som kan påverke horisontale boreoperasjonar offshore.

Fleire land driv å byggjer opp sitt bakkebaserte system for å støtte opp om satellittsystemet og betre redundansen. Satellittkommunikasjon brukast primært der anna infrastruktur ikkje er tilgjengeleg, men kan òg brukast som reserveforbinding (back-up) for kritiske forbindingar til utestasjonar.

Det er som tidlegare nemnd ingen overordna styresmakt som regulerer romverksemda eller dei satellittbaserte tenestene. Dette betyr nødvendigvis ikkje at ein då har gråsoner, men innan romverksemd er det likevel mange som peiker ut det fragmenterte ansvarstilhøvet som sårbart. Samordning vil vere kritisk under ei uønskt hending og vil vere avgjerande for handteringa.

 

Kritiske innsatsfaktorar

Kritiske innsatsfaktorar er meteorologiske tenester, ekom-tenester, kapital/finansiering, intern infrastruktur, reservedelar, mottakarutstyr, bakketeleskop som kan oppdaga og følgje romskrot. Til dømes gjer EISCAT-antenna på Svalbard denne jobben.

Det er òg eit behov for kunnskap, auka medvit og kjennskap til risikofaktorane hos brukarane når det gjeld avhengigheit og sårbarheit. Det er viktig å lage ROS- analysar for satelittbaserte tenester og sette i verk tiltak for å redusere sårbarheit.

I ein krise vil mange vere direkte avhengige av satelittkommunikasjon som backup. GNSS system er kritiske for dagleg drift for mange brukarar. Det er viktig at aktørane har klart for seg korleis dei bruker slike system i organisasjonen og i samfunnet, og kva som skjer dersom dei fell ut.

Satelittbaserte system blir ofte testa ut når vêret er fint og ingen andre er i krisemodus. For Iridium-telefonar kan ein til dømes oppleve at det i ei krisesituasjon er mange telefonar som blir tekne i bruk samtidig. Kva skjer om dei da ikkje fungerer?