Norske mikrosatellitter

Luftkrigsskolen hadde sett at internasjonal romvirksomhet var i endring, og mente dette burde tas opp på seminaret. Dette var 2 år etter at Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) i Stortingsproposisjon 42 (2003-2004) hadde fått beskjed om å avslutte alle forberedelser på utvikling av «en nasjonal militær ­satellittkapasitet». Kreative forskere merket seg ordet «militær» og fortsatte, om enn i et litt annet – sivilt – spor. Årsaken var at FFI i mange år hadde vært en sentral aktør i norsk rom­virksomhet, en pådriver at Forsvaret i 1998 tok radarbilder fra satellitt i bruk til ­operativ maritim overvåking i nord, og mente at økende ­eksperimentering med små satellitter til forskning og kommunikasjon internasjonalt viste lovende resultater. I 1998 igangsatte FFI en mulighetsstudie for å utvikle et konsept for en småsatellitt for maritim overvåking i nord, NSAT. Konseptet ble presentert i forbindelse med MFU03, og fikk nok litt blandet mottakelse i ulike deler av sektoren. Reaksjonen som vant frem førte til siterte formulering i proposisjonen.

Påbudt AIS

Nåvel – satellittbilder tatt med radar (SAR) viste seg å være nyttige som støtte til Kystvakten og til plan­legging av Orion-tokt. Mange jordobservasjonssatellitter går i nær polare baner. Dette gir svært god dekning i nordområdene med mulighet for gjentatte opptak over et ønsket «målområde» over relativt kort tid. Men – bildene ga begrenset dekning av de store havområdene under norsk forvaltning, og selv om man lokaliserte skip, var det lite annen informasjon om fartøyene en kunne hente ut. I løpet av NSAT-studiet begynte mer informasjon om Automatic Identification System (AIS) å bli tilgjengelig, inkludert det faktum at AIS ville bli påbudt på alle større fartøy i 2006. FFI gikk i gang med en vurdering om muligheten for å fange opp AIS-meldinger fra en liten satellitt i lav jordbane, og økte innsatsen etter «nesestyveren» fra St.prp 42, delvis med litt økonomisk støtte fra Norsk Romsenter (NRS). Det ble gjort modellstudier for å evaluere mottaksevne og overvåkingsytelse, luftbårne tester, og «make or buy» vurderinger for satellitt og AIS-mottaker. Kongsberg Seatex, en ledende leverandør av «high-end» AIS-­mottakere meldte seg også på, og utviklet et forslag til programmerbar AIS-mottaker. Dette ble starten på en prosess som førte til øremerking av midler i NRS-budsjettet i 2008 for AISSat-1, og inngåelse av en samarbeidsavtale mellom NRS, Kystverket og FFI for å få satellitten ferdig utviklet og opp i rommet. Rammen var 28 MNOK, inkludert oppskyting, bakkesegment og 3 års operasjoner. Vi kom også i mål uten tilleggsbevilgninger, men med svært gode avtaler med Kongsberg, i tillegg til tett koordinering med andre satellitt­aktiviteter på instituttet. En hovedingrediens var den såkalte «micro-space» tilnærmingen (se faktaboks).

AISSat-1 ble skutt opp fra India 8. juli 2010. AIS-mottakeren om bord var levert av Kongsberg Seatex. Kontrollsenter var da etablert hos FFI på Kjeller, og antenner installert hos Kongsberg Satellite Services (KSAT) på Svalbard. Selve satellitten ble levert av Space Flight Laboratory, University of Toronto Institute of Aerospace Studies (UTIAS/SFL).

Suksesskriteriet den gang var å kunne samle inn AIS-meldinger, primært i nordområdene, i ett år, med et rimelig håp om 3 års operasjoner. I skrivende stund (februar 2019) ­leverer satellitten data enda, selv om batteriene er slitne. Det må kunne sies å være suksess. Det kan nevnes flere andre positive effekter: Svært god oversikt over trafikk i norske havområder, global dekning gjennom 24/7/365-operasjon av AIS-mottakeren, internasjonalt samarbeid sivilt og (etter hvert) militært, og en økende interesse for såkalt micro-space i norsk romindustri.

Naturlig nok var det også interessant å evaluere ytelsen til satellitten: Hvor stor andel av ­fartøy med AIS detekteres i løpet av én passering over nord­områdene? Hvordan er deteksjons­evnen globalt? ­Observerer man de samme fartøyene ved hver passering? Mottak av AIS-meldinger på satellitt er utfordrende (se faktaboks). Er det mulig å automatisere driften? Hvor stabil er satellittsystemet? Svaret på de to første spørsmålene er særdeles vanskelig å finne. Det er umulig å vite det faktiske antall fartøy innenfor «synsfeltet» med en diameter på ca. 3000 nautiske mil i diameter. FFI la derfor ned betydelig arbeid i analysemetoder, sammenlikning av ulike datasett, og i modellering. Figur 1 viser et eksempel på estimat av global ytelse, som er bra i nordområdene og ute på de store verdenshavene. En del kystnære farvann er problematiske, særlig på grunn av for høy «meldingstrafikk».

Over tid, fikk man også god erfaring med drift av satellitten, og blant annet ble kontroll­senteret på FFI utviklet til å operere med svært lite personellinnsats. Programvare ble utviklet for å overvåke satellitt og bakkesegment, generere timeplan for ­datanedlasting hver uke, og sende avviksmeldinger til prosjekt­medarbeiderne ved behov. Ca. 1 gang i måneden stoppet kontrollsystemet om bord i satellitten, og det var nødvendig å finne ut av årsak samt få den i gang igjen.

Fra demo til operasjoner

Suksessen med AISSat-1 la grunnlaget for ­budsjettering av operasjon og fornyelse av ­nasjonale AIS-satellitter i Nasjonal Transportplan (NTP) som ble lagt frem i 2013, med forutsetning om oppskyting av en ny satellitt hvert 3. år. AISSat-2 var da allerede bestilt i 2011 og klar til oppskyting i 2012. Opp­skytingen ble svært forsinket (juli 2014). Den leverte derimot data allerede på første omløp etter separasjon fra bæreraketten.

Med ambisjon om flere satellitter ble en mer operativ organisering nødvendig. Statsat AS ble opprettet som et nasjonalt driftsselskap for nasjonale mikrosatellitter. Kystverket etablerte også en dedikert bakkestasjon i Vardø for data nedlasting og opplink av kommandoer. Statsat er lokalisert sammen med blant andre Norsk Romsenter og Space Norway AS (tidligere Norsk Romsenter Eiendom) i Oslo, og er et datterselskap av sistnevnte. Begge selskapene er viktige verktøy for videre nasjonal satsing på små satellitter. Statsat overtok driften av AISSat-1 og -2 i mai 2015.

Med forankring i NTP, har flere AIS-satellitter blitt anskaffet, og med de to siste er ambisjons­nivået økt. NorSat-1 og -2 er i hovedsak AIS-satellitter, men er også utstyrt med ande nyttelaster, henholdsvis til rom- og klimaforskning, og til demonstrasjon av VHF-basert meldingstjeneste til/fra sivile fartøy i det såkalte VHF Data Exchange System (VDES). Satellittene er derfor dobbelt så store som AISSat-1. AIS-mottakerne er blitt mer avanserte, og har betydelig bedre ytelse enn de første. Satellittene følger nå globalt ca. 40 000 skip i døgnet. Statsat har også operatøransvaret for disse satellittene og er tiltenkt liknende oppgaver for nye satellitter.

Fremtidsutsikter

Både norske og andre mikrosatellitter har nå demonstrert at de kan levere operative data og tjenester. I et globalt perspektiv medfører kostnads- og teknologiutviklingen en enorm vekst i bredden i internasjonal romvirksomhet, også kjent som NewSpace eller Space 4.0. Der Norge tidligere har vært avhengig av inter­nasjonalt romsamarbeid, har vi nå muligheter til å etablere en betydelig nasjonal romvirksomhet, med nasjonale prioriteringer under nasjonal kontroll, og muligheter for videreutvikling av norsk industri og teknologimiljøer. Kostnadene er overkommelige, og vi har relevant norsk ­teknologi på en rekke områder, fra sensorer til rakettmotorer. Vi har dessuten en unik geografisk plassering for å utnytte polarbanesatellitter, og til og med skyte opp små satellitter til bane fra Andøya. I første rekke er det naturlig å fokusere på nisje­kapasiteter som er innrettet for å møte ­nasjonale behov, dvs. overvåking og langtrekkende ­kommunikasjon på høye breddegrader.

AIS-basert overvåking i nord er et viktig bidrag, men det er også behov for å ha en mer ikke-kooperativ overvåkingsevne. AIS gir ikke et komplett bilde, og lar seg manipulere relativt enkelt. Nye satellitter er derfor under utvikling for å fylle gapene. NorSat-3 og NorSat-4 er under utvikling med finansiering fra Forsvars­departementet (FD Space) og Norsk Romsenter.

NorSat-3 vil i tillegg til AIS utstyres med en navigasjonsradardetektor (NRD) for deteksjon og lokalisering av skip som opererer med navigasjonsradar. NorSat-4 vil ha AIS og et elektro-optisk kamera som er optimalisert for skipsdeteksjon. Som for AIS, vil både NRD og EO-kamera ha både fordeler og ulemper. Hensikten med de nye nyttelastene vil være å prøve ut nye konsepter og evaluere ytelse og nytteverdi.

Space Norway AS er i gang med ambisiøse pro­sjekter for både kommunikasjon og overvåking. I tillegg til et bredbåndsprosjekt med større satellitter i elliptisk bane, har selskapet ambisjoner både innen VDES og utvikling av mikrosatellitter med avbildende radar (SAR). MikroSAR-prosjektet har som målsetting å utvikle en lavkost SAR-kapabilitet optimalisert for maritim overvåking. Det er mange utfordringer med å implementere dette på en mikrosatellitt, men teknologien er i ferd med å bli en realitet. En vellykket demosatellitt vil bane vei for deployering av en konstellasjon som vil kunne komplettere en norsk rombasert overvåkingskapasitet.

Det vil også være viktig å følge inter­nasjonal utvikling fremover. Mange ­kommersielle aktører er ambisiøse og har til dels planer om store konstellasjoner (1000+) av satellitter, spesielt til kommunikasjon. ­Begrepet «mega-constellations» er etablert, med ­eksempler som OneWeb og SpaceX. Dersom de lykkes, vil dette kunne påvirke både sivil og militær tenking rundt bruk av satellitt­kapasiteter.

Viktige allierte ser i økende grad på muligheter med små satellitter, også den rommilitære supermakten USA. Store satellitter med avanserte nyttelaster er kost­bare også for dem, de tar lang tid å utvikle og lang tid å erstatte dersom de skulle bli satt ut av spill. Et tiltak på FoU-siden er det multinasjonale samarbeidet innen Responsive Space Capabilities (RSC). RSC-samarbeidet adresserer flere spørsmål som «Micro-Satellite Military Utility» og «Responsive Launch and Range» ­konsepter. I selskap med bl.a. USA, UK, Canada og Tyskland, er Norge en attraktiv partner. Vi kan vise til en gjennomføringsevne de store faktisk misunner oss, og til utvikling av konsepter med reell nytteverdi.

Et viktig spørsmål i militær sammenheng vil være: Hvor robuste og tilgjengelige er slike små satellitter i situasjoner høyere opp på krise­spekteret? Her har vi (og allierte) en vei å gå.

Kinetiske angrep mot satellitter over 350 – 400 km høyde utgjør en relativt liten risiko. Forsøpling av nyttige satellittbaner er «counter-­productive» for alle romaktører. Jamming og cyberangrep vil kunne være reelle trusler, men disse er sannsynligvis ikke vesentlig annerledes enn for mange andre systemer, enten i rommet eller i andre operasjonsdomener. Det blir uansett nødvendig å styrke fokuset på en sikkerhetsarkitektur både for satellitter og for bakkesegmentene.