\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient’er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen ‘Det levende Univers‘ og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet ‘Stubberne’.
Siden 2018 har SpaceX opsendt næsten 2.000 Starlink-satellitter med det formål at skabe et globalt internet. Starlink og andre tilsvarende projekter er med til at skabe problemer, både for rumfarten og for os der bor her på Jorden.
Starlink er det første eksempel på en såkaldt megakonstellation af satellitter. En megakonstellation er et system af satellitter, hvor mange tusinde satellitter samarbejder om at løse en bestemt opgave. Det er et begreb, vi kommer til at høre meget mere om i fremtiden.
Som et enkelt eksempel på de problemer, megakonstellationer kan skabe, kan nævnes, at Starlink allerede har ført til en klage.
Kina har nemlig henvendt sig til FN-organisationen UNOOSA (The United Nations Office for Outer Space Affairs) med en klage over, at deres nye rumstation Tiangong to gange har måttet foretage undvigemanøvrer for at undgå sammenstød med en af de efterhånden mange Starlink-satellitter, som nu er i bane om Jorden.
Kina mener, at disse episoder i juli og oktober 2021 er en klar overtrædelse af en FN-traktat om det ydre rum, den såkaldte Outer Space Treaty.
Kinas protest skal ses som en erkendelse af, at megakonstellationer kommer til at ændre rumfarten, og at det bliver nødvendigt at regulere brugen af megakonstellationer, for at undgå at rummet bliver overfyldt med satellitter. Kina planlægger selv en megakonstellation af internetsatellitter, kaldet Guowang.
Megakonstellationer kan ændre rumfarten
Det, at mange satellitter samarbejder om at løse en opgave, er ikke noget nyt – således er GPS baseret på, at der altid er 25-30 aktive satellitter ude i rummet. Men indtil nu har der altid været tale om et forholdsvis lille antal af satellitter, der samarbejder og danner det, vi kalder en konstellation.
Megakonstellationer er, alene på grund af antallet af satellitter, noget helt andet, og meget tyder på, at de hurtigt vil komme til at dominere rumfarten. Det skyldes, at ikke bare SpaceX men også andre firmaer er begyndt at opbygge deres egne megakonstellationer af internetsatellitter. Man regner med, at der i 2030 vil være et sted mellem 30.000 og 100.000 sådanne mindre satellitter fordelt på flere forskellige megakonstellationer.
Uden regulering kan megakonstellationer bringe vores mulighed for at anvende satellitter i fare, fordi der vil ske så mange sammenstød ude i rummet, at en satellit ikke kan nå at fungere ret længe, før den bliver ødelagt. Det bliver noget, vi kan mærke, for det moderne samfund er i dag meget afhængigt af satellitter til alle mulige formål, lige fra navigation og kommunikation til overvågning af Jorden og dens klima.
Den store udfordring er, at det internationale samfund på kort tid skal indføre bindende regler inden for et område, der hidtil har været kendetegnet ved en udpræget mangel på regler.
Derfor megakonstellationer
Der er naturligvis grunde til, at megakonstellationer nu er ved at blive en vigtig del af rumfarten. I moderne rumfart er det nemlig blevet stadig mere vigtigt, at brugere af satellitter over hele verden skal have en nem adgang til at komme i kontakt med satellitterne døgnet rundt.
Hvis det ønske skal opfyldes, er det nødvendigt at lade satellitter samarbejde i konstellationer, således at der døgnet rundt er udsigt til en eller flere satellitter på himlen, uanset hvor man befinder sig.
Det er ønsket om at bruge satellitter til at skabe et globalt internet, der nu fører til megakonstellationer med tusinder, måske titusinder af satellitter – andre brugere kan nøjes med meget mindre konstellationer.
For at bruge satellitter til internettet skal to krav opfyldes:
- Kort latenstid
- Uafbrudt kontakt med satellitten
Lad os se på punkterne hver for sig
1. Kort latenstid
Latenstid er et begreb, der er blevet stadig mere vigtigt inden for rumfarten. Sagt kort, så er det bare et andet ord for svartid, altså den tid det tager, fra man trykker på en tast på sin computer, og til man kan se, at der sker noget på skærmen. Den tid skal naturligvis være så lille som mulig, når man bruger en satellit til kontakt med internettet.
Da radiobølger bevæger sig med 300.000 km i sekundet, er der kun en måde at bringe latenstiden ned, nemlig at radiobølgerne skal rejse så kort som muligt. Det betyder, at satellitten skal være i en lav bane, hvilket i praksis betyder mellem 300 og 1.200 km over Jorden.
For en satellit 500 km oppe, som passerer lige hen over brugeren, har radiobølgerne en rejsetid på 1.000 km frem og tilbage. Det giver en rejsetid på bare 3 millisekunder, men så hurtigt går det nu ikke, for satellitten skal også sørge for en forbindelse med en server et andet sted på Jorden. Det kræver, at signalet skal sendes fra satellitten til en server her på Jorden, og det tager jo også tid.
\ Læs mere
Elon Musk har lovet latenstider på helt ned til 20 millisekunder. Det har vist sig at være noget optimistisk, men han håber på, at en ny teknik, hvor signalet sendes med laser fra den ene satellit til den anden, vil hjælpe på problemet.
Det er kravet om kort latenstid, der fører til disse enorme megakonstellationer med tusinder af satellitter, da det er nødvendigt med en uafbrudt kontakt, hvis man skal kunne bruge satellitten – for hvem bryder sig om, at forbindelsen til internettet bliver afbrudt, blot fordi der ikke er en Starlink-satellit inden for rækkevidde?
2. Uafbrudt kontakt
Kravet om kort latenstid fører til lave baner. Fra lave baner kan en satellit kun se en lille del af Jordens overflade. I de lave baner, hvor Starlink-satellitterne kredser, er omløbstiden cirka 90 minutter. Det betyder, at en satellit passerer hen over et område på størrelse med Danmark på et par minutter.
For at dække det meste af Jorden 24/7, bliver det derfor nødvendigt med tusinder eller titusinder af satellitter, for at sikre at der hele tiden er mindst et par Sarlink-satellitter på himlen et givet sted.
Hvis Starlink var den eneste megakonstellation, ville problemet måske være til at overse, men allerede nu er flere andre firmaer ved at opbygge deres egne systemer i et helt ureguleret marked.
For bare at nævne et par eksempler: Et kinesisk system kaldet Gouwang med 13.000 satellitter er under opbygning, og desuden har firmaerne Amazon og Viasat deres egne projekter. Vi er stadig i den tidlige fase, hvor projekter kommer og går, men tendensen er klar, nemlig at antallet af megakonstellationer til internet bare vil stige.
Men ikke alt drejer sig om internettet. Her er et par andre eksempler.
Navigation
For at kunne bruge GPS er det nødvendigt, at der altid er mindst fire GPS-satellitter på himlen for præcist at kunne beregne både position og tid, og det kræver en konstellation af satellitter.
Nu kredser GPS omkring 20.000 km over Jorden, og fra den højde har en satellit udsigt til en stor del af Jordens overflade. Det betyder, at konstellationen ikke behøver at have så mange satellitter. For tiden er der cirka 30 aktive GPS-satellitter, samt nogle reservesatellitter i bane. Her kan man bruge høje baner, fordi brugerne jo ikke skal tale med en GPS-satellit, men kun modtage dens signaler. Der er altså ikke noget krav om kort latenstid.
Men GPS er ikke alene om navigation: Europa har Galileo, Rusland Glonass og Kina BeiDou. De mange konstellationer er dog ikke det store problem, fordi der er tale om få satellitter i høje baner – typisk i baner 20.000 km over Jorden. I så høje baner er rummet ikke særlig overfyldt.
\ Læs mere
Jordovervågning
Som noget forholdsvis nyt er der også ved at opstå et behov for en konstant overvågning af Jorden. Der opsendes allerede nu mange små jordovervågningssatellitter, der har til opgave at levere netop denne service. Med tiden kan vi også her forudse skabelsen af egentlige megakonstellationer, fordi man foretrækker lave baner godt 500 km over Jorden. De lave baner gør det jo meget lettere at kunne se detaljer på Jorden, men det øger til gengæld kravet til antallet af satellitter.
Et eksempel er her de små DOVE satellitter, der overvåger jorden fra en højde af godt 500 km. Systemet omfatter omkring 200 satellitter, der kan levere billeder med en opløsningsevne på 3-5 meter, undertiden flere gange om dagen af et bestemt område.
Her er problemet, at der allerede nu er fyldt godt op i de lave baner – ikke mindst på grund af internetsatellitterne.
Andre konstellationer
En lille, men meget vigtig konstellation, er det europæiske Copernicus-system. Antallet af aktive såkaldte Sentinel-satellitter varierer, men er normalt 6-7. De data, der indsamles, har stor betydning for os her på Jorden inden for områder som forurening af havene og atmosfæren, skovfældning, samt hvor meget is der smelter i polarområderne, og endda hvordan flygtningestrømme bevæger sig.
Virksomheden GHGSat opsender satellitter til at overvåge udslippet af drivhusgassen metan. Planen er at have 10 satellitter i bane inden udgangen af 2022.
Spire Global opsender små nanosatellitter til at overvåge skibs- og flytrafik. De har for tiden en flåde på 110 små nanosatellitter, de såkaldte cubesats, i bane om Jorden. De indsamlede data bruges blandt andet til at overvåge ulovligt fiskeri samt at spore fly, der af en eller anden grund er kommet på afveje. Man husker måske Malaysia Flight 370, der i 2014 forsvandt sporløst, netop fordi man dengang ikke havde en satellitovervågning af flypositioner.
Cloud Constellation har en usædvanlig ide, nemlig af opbygge en konstellation af satellitter, hvor brugere på Jorden kan gemme deres data i stedet for at bruge servere her på Jorden. Om ideen bliver til noget, er ikke til at sige, men den viser, at opfindsomheden er stor til at finde opgaver for satellitter.
Ny teknik baner vejen
Megakonstellationer netop nu blevet meget populære, især fordi man nu kan masseproducere satellitter i stedet for at bygge dem en ad gangen. Man kan næsten ikke forestille sig en større kontrast end den mellem det store James Webb-teleskop, som bogstavelig talt er håndbygget, og til en Starlink- eller Dove-satellit, som kommer direkte fra et samlebånd.
Ny teknik gør det også muligt at bygge små satellitter på under 2-300 kg, som kan udføre de samme opgaver, som tidligere krævede en satellit på flere ton. Således vejer en Starlink-satellit ikke mere end godt 260 kg. Det betyder, at man nu kan opsende mange satellitter med en raket. Således opsendes Starlink i bundter på 50-60, hvilket jo i høj grad nedsætter omkostningerne.
Samtidig er der ved at opstå en ny industri, med to tilbud:
Det ene tilbud er at opsende mange små satellitter med en raket, hvilket jo nedsætter prisen. Det er et marked, som SpaceX naturligvis er gået ind på med deres Falcon 9-raket. Således blev der i januar opsendt ikke mindre end 105 små satellitter med bare én Falcon 9-raket, og de regner med yderligere tre opsendelser af denne art i 2022.
44 af disse små satellitter var Dove-satellitter til overvågning af Jorden, og de fik følgeskab af andre satellitter, som kan levere ikke bare billeder, men også radarovervågning, som jo ikke er afhængig af skydækket.
Det andet tilbud er små og billige raketter som den nye Electron raket, der kun kan opsende små satellitter på højst et par hundrede kg. Til gengæld kan man så selv vælge opsendelsestidspunkt og bane.
Kessler-syndromet
Det helt store problem er, at der ikke er nogen lovgivning eller regler, som regulerer megakonstellationer. Det er helt klart en uholdbar situation. Hvis alle bare opsender megakonstellationer, vil vi helt sikkert rykke meget tæt på det frygtede Kesssler-syndrom.
Kessler-syndromet har været kendt, siden NASA-videnskabsmanden Donald Kessler beregnede muligheden i 1978. Dengang var det ren teori, men nu kan det blive virkelighed. Kessler beregnede simpelthen, hvad der vil ske, hvis der er for mange satellitter og for meget rumskrot i bane om Jorden.
Der vil komme sammenstød, der skaber vragdele, som igen fører til nye sammenstød. Det kan meget let blive til en kaskadeeffekt, hvor rummet omkring Jorden på måske få årtier vil blive så fuldt af rumskrot, at man ikke længere kan opsende satellitter, fordi de så bare hurtigt vil blive ødelagt.
Det er meget sandsynligt, at vi kan ende i den situation, hvis ikke der ret hurtigt kommer internationale aftaler om at begrænse brugen af megakonstellationer. Men det er lettere sagt end gjort, når vi kommer op over grænsen til rummet 100 km oppe. Lederen af det franske rumagentur Jean-Yves le Gall, har beskrevet situationen således:
»(Indtil nu) er der praktisk talt ingen eksempler på satellitter, der har haft problemer på grund af affald. Men det begynder at blive presserende på grund af megakonstellationsprojekterne. SpaceX gør ikke noget, der bryder reglerne. Problemet er, at der ikke er nogen regler. Flytrafikken styres af flyveledere, og vi kommer til at gøre det samme med trafikken i rummet.«
Som det fremgår af boksen ‘Den farlige nedtur’ under denne artikel , så skaber megakonstellationer også et helt andet problem ved at forurene atmosfæren. Løsningen på dette problem vil også kræve internationale regler.
Astronomien får problemer
Også astronomerne er allerede begyndt at få problemer med de mange satellitter, der forstyrrer billeder af himlen taget fra observatorier her på Jorden. Her skal man bestemt ikke komme med bemærkninger om, at så kan astronomerne bare bruge rumteleskoper som James Webb eller Hubble.
Langt de fleste astronomiske observationer foregår nemlig stadig her fra Jorden. Rumteleskoper er for de få heldige, der får tildelt en tid til at observere. De er meget vigtige, men bestemt kun en lille del af astronomien.
Astronomerne har gennemført en analyse af problemet, og resultatet er bestemt ikke opmuntrende. Analysen viste, at næsten alle aspekter af moderne astronomi vil blive påvirket på en eller anden måde, fordi satellitterne generelt vil være lyse nok til at blive set af selv moderate professionelle teleskoper.
Astronomen Alex Parker gik utilfreds til tasterne i 2018, da en satellit forstyrrede et billede, han skulle bruge til sin ph.d.-afhandling.
Nogle observationsprogrammer vil dog klare sig meget dårligere end andre. Afhængig af det bestemte teleskop, tidspunktet på året og observationsprogrammet, vil man på en typisk nat være generet af omkring 0,01 til 20 satellitspor i hver eksponering.
Teleskoper med et lille synsfelt vil naturligvis blive mindst påvirket, men teleskoper med et stort synsfelt, beregnet til at overvåge store dele af himlen, vil få et ganske alvorligt problem. Det gælder således det store Vera C. Rubin-observatorium, der netop skal begynde at observere her i 2022.
Observatoriet kan miste op til halvdelen af hvert billede på grund af forstyrrende satellitspor. Og problemet er størst tæt på solnedgang og solopgang. Observationer foretaget i løbet af de første og sidste timer af natten vil nemlig få de største problemer, da satellitternes vinkel fra Jorden vil få dem til at fremstå som de lyseste og mest synlige. Der bliver i høj grad brug for internationale regler om, hvor meget lys satellitter må tilbagekaste.
Der er mange andre problemer, som vi ikke kan komme ind på her, men man forstår godt astronomernes bekymring. Og selv om det ikke er videnskab: Mon ikke de fleste ønsker at se en naturlig stjernehimmel og ikke en sværm af satellitter?
\ Læs mere
\ Den farlige nedtur
Internet satellitter opsendes i lave baner, og det betyder, at de alle vil ende med at brænde op i atmosfæren. Selv i en højde på 500 km er der nemlig stadig en smule luftmodstand, så medmindre man aktivt gør noget for med mellemrum at hæve banen, vil satellitterne efterhånden komme så langt ned, at de brænder op i atmosfæren.
Det har man naturligvis regnet med, og indtil nu set det som en stor fordel, at rummet på den måde ’renser sig selv’ for gamle og døde satellitter. Men ny forskning viser, at så simpelt er det ikke.
Man har hidtil brugt argumentet, at Jorden hver dag rammes af over 50 ton meteorer, som brænder op i atmosfæren uden, at det giver problemer. Når Starlink projektet er fuldt udbygget, vil det højst bidrage med omkring to ton satellitter om dagen, som brænder op, og sammenlignet med meteorerne er det jo ikke et stort tal.
Problemet er, at meteorer består af ganske almindelig klippe opbygget af stoffer som magnesium, ilt og silicium. Starlink indeholder store mængder aluminium, noget som er meget sjældent i meteorer.
Når aluminium brænder op, dannes aluminiumoxid (Al2O3) og det kan skabe ikke bare et, men hele to problemer for Jorden og klimaet. Vi ser på dem hver for sig.
Klimaet
Partikler af aluminiumoxid tilbagekaster sollyset, og øger derved det man kalder Jordens albedo, som er jordklodens evne til at tilbagekaste sollyset. En høj albedo vil køle Jorden, fordi mere sollys tilbagekastes og dermed ikke bidrager til opvarmningen.
Det er faktisk blevet foreslået som en måde at køle Jorden på, men det forslag har ingen indtil nu haft lyst til at prøve – for hvad med mulige sideeffekter? Men nu vil eksperimentet blive gennemført i en fuldstændig ukontrolleret udgave, efterhånden som Starlink satellitterne brænder op i et stadigt større antal.
Ozonlaget
Når aluminium brænder, kan det reagere både med ilt og med ozon. Heldigvis brænder disse satellitter op i en højde på 50-90 km, hvilket er langt over, hvor ozonlaget befinder sig, mellem 15 og 35 km over Jorden. Men nogle aluminiumspartikler kan ikke undgå at falde ned gennem atmosfæren til ozonlaget.
Her kan partiklerne så reagere med ozonen og på den måde binde det kemisk. Det er ikke så godt, for ozonlaget beskytter os jo mod Solens farlige ultraviolette stråling.
Man kender allerede nu til problemet ved opsendelse af raketter drevet af fast brændstof, som indeholder aluminium. De kan skabe midlertidige små ozonhuller, men med det forholdsvis ringe antal raketter, som anvender fast brændstof, har det ikke været et stort problem.
\ Rummets techgiganter?
En af de få ting, de store lande kan blive enige om, er at tøjle de store Tech-giganter som Google og Apple. Det er noget, der optager regeringer i USA, Kina og EU. Man føler, at de favoriserer deres egne produkter, blandt andet ved at bruge data, som de selv indsamler, til at få konkurrencemæssige fordele. Gennem de sociale medier udøver de en stor indflydelse på den offentlige debat, blandt andet ved afgøre, hvor de sætter grænsen for misinformation – og hvad de forstår ved misinformation.
Selv Kina, som i begyndelsen støttede deres egen tech-industri for at skabe vækst, er nu blevet mere skeptisk, fordi det har ført til større social ulighed og skæv fordeling af velstanden. Således gav de kinesiske myndigheder nethandelsgiganten Ali Baba en stor bøde på 2,8 milliarder dollar, for at forhindre sælgere i at udbyde deres varer på andre platforme.
Spørgsmålet er nu, om vi også skal til at tøjle fremtidens tech-giganter, som kommer til at operere i rummet, hvor juraen er uklar, og der i det hele taget mangler regler for, hvad man må og ikke må.
Det er allerede nu næsten helt sikkert, at den nuværende tilstand, hvor enhver kan opsende sin egen megakonstellation, er helt uholdbar. Megakonstellationer er på mange måder en god løsning, men uden regulering vil vi ende med et Kessler-syndrom, som ingen kan være tjent med.
Det bliver en kæmpe udfordring af få skabt internationale aftaler – for hvilke megakonstellationer skal have lov til at overleve? Det er næsten sikkert, at de nye Tech-giganter vil kæmpe imod en regulering, da det jo koster formuer at opbygge en megakonstellation.
Hertil kommer temmelig sikkert også protester, og måske også retssager, om det kan være lovligt i den grad at fylde himlen med satellitter, så det bliver vanskeligt at drive astronomisk forskning, eller bare nyde en uforstyrret nattehimmel.
De steder i verden, hvor den eneste mulighed for at bruge internettet vil være via megakonstellationer, får firmaerne bag en såkaldt ‘Gatekeeper’- funktion. De kontrollerer adgangen til internettet, men det er ikke alle lande, der ønsker en ubegrænset og fri adgang uden mulighed for at lukke ned, hvis det ønskes. Også her er der mulighed for store konflikter.
Det er nok en uundgåelig udvikling, fordi teknologien udvikler sig så hurtigt, at det kan være svært for samfund og lovgivning at følge med. Så de næste årtier vil byde på en både vigtig, men også konfliktfyldt, armlægning mellem tech-giganter og samfundet.
