LEO-gervitunglin og ný vídd fjarskipta

Á síðustu árum hefur ný tækni breytt skilningi okkar á fjarskiptum. Áður var netsamband heimsins aðeins bundið við sæstrengi, ljósleiðara, koparþræði og örbylgjusamband milli staða á jörðu niðri, en nú eru komin til sögunnar þúsundir smárra gervitungla sem mynda lifandi vef í himinhvolfinu. Þessi tækni sem er nefnd „Low Earth Orbit satellites“, eða LEO-gervitungl – er á hraðri þróun hjá nokkrum af stærstu tæknifyrirtækjum heims.

Fyrst ber að nefna Starlink, dótturfyrirtæki SpaceX, sem þegar hefur sent meira en 6.000 gervitungl á braut og þjónustar milljónir notenda í yfir 70 löndum. Á eftir fylgja OneWeb (stutt af Airbus og breska ríkinu) og Project Kuiper frá Amazon, sem hefur þegar byrjað á áætlun um allt að 3.000 gervitungl. Google og fleiri risar undirbúa sambærileg kerfi, þar sem markmiðið er að veita netsamband um allan heim — bæði sem viðbót við jarðnet og sem öryggisnet þegar aðrir innviðir bregðast.

Þessi nýju net í himningeimnum eru ekki aðeins viðskiptatækifæri risafyrirtækja heldur fela þau í sér grundvallarbreytingu á því hvernig heimurinn tengist innbyrðis. En með nýjum möguleikum fylgja nýjar spurningar: um sjálfbærni, netöryggi, og ábyrgð á sameiginlegu vistkerfi jarðar og geims.

Hvað nákvæmlega eru LEO-gervitungl?
Flestir fjarskiptahnettir fyrri ára svífa á svokallaðri geostöðugri braut, það er að segja í um 36.000 km hæð þar sem þau ferðast á sama hraða og jörðin og virðast því kyrr yfir sama punkti á yfirborðinu, líkt og sleggja sleggjukastara áður en henni er sleppt.  Fjarlægðin gerir að verkum að svartími merkja frá þessum tunglum er langur – allt að 600 millisekúndur – sem gerir þau óhentug fyrir gagnvirka þjónustu. LEO-gervitungl svífa hins vegar mun nær jörðu, oft í 500–1.200 km hæð. Þau ferðast á um 25.000 km hraða á klukkustund og ljúka hringferð á 90–120 mínútum. Vegna styttri vegalengdar milli jarðar og gervitungls minnkar svartíminn niður í 20–40 millisekúndur, sem gerir þau samkeppnisfær við ljósleiðaranet. Þessi mikli munur gerir kleift að senda gögn, hljóð og myndir í rauntíma — jafnvel frá fjarlægum óbyggðum, skipum eða flugvélum langt frá landi.

Netkerfi á braut – samspil þúsunda hnatta
Lægri braut þýðir að hvert gervitungl sér aðeins lítið svæði í einu. Til að tryggja stöðugt samband þarf því heil netkerfi (constellations), þar sem hundruð eða þúsundir hnatta skipta með sér verkum. Þegar eitt fer niður fyrir sjóndeildarhring tekur annað við. Þannig myndast hreyfanlegt net í geimnum sem getur sent gögn á milli hnatta áður en þau berast til jarðar. Þetta er í raun ný tegund innviða – geimnet sem tengir jarðnet og geimkerfi í eina heild.

Eldsneyti, orka og líftími
Þótt þessi gervitungl svífi í geimnum eru þau enn innan efri laga lofthjúpsins, þar sem örfáar sameindir lofthjúpsins valda núningsálagi. Því hægja þau smám saman á sér og dragast nær jörðu. Til að halda hæð sinni nota þau örhreyfla (microthrusters) sem eru annaðhvort: jónahreyflar, sem nota raforku úr sólarrafhlöðum til að hrinda frá sér jónuðu gasi, eða efnahreyflar, sem nota örlítið eldsneyti til að breyta stefnu snöggt, t.d. til að forðast árekstur. Flest LEO-gervitungl eru hönnuð fyrir takmarkaðan líftíma, 5–7 ár, og þegar þau hætta störfum eru þau látin falla niður og brenna upp í lofthjúpnum. Þannig hreinsast brautin náttúrulega, en krefst stöðugrar endurnýjunar og nýrra hnatta. 

Viðkvæmt jafnvægi – hættan á rusli og árekstrum
Þegar fjöldinn eykst, eykst einnig hættan á árekstrum. Ef tvö gervitungl rekast á og splundrast geta myndast þúsundir agna sem ferðast á 7–8 km hraða á sekúndu – nóg til að eyðileggja önnur gervitungl. Þetta getur valdið Kessler-áhrifum, keðjuverkandi árekstrum sem mynda ruslský og gera svæði ófært til notkunar um árabil. Þess vegna eru nú alþjóðleg viðmið sem krefjast þess að hvert gervitungl brenni upp innan fimm ára frá starfslokum, og að staðsetningar og brautir séu skráðar til að forðast árekstra. En þrátt fyrir þetta er hættan raunveruleg: eitt slys eða ein árás getur haft áhrif á þúsundir annarra hnatta.

Geimurinn sem nýtt öryggissvæði
Áhyggjur vakna einnig af hernaðarlegum þáttum. Gervitungl eru ekki aðeins notuð til fjarskipta, heldur einnig til eftirlits, leiðsagnar og vopnastýringar. Ef eitt ríki telur gervitunglanet annars ríks vera ógn, gæti það freistast til að eyðileggja eitt eða fleiri gervitungl – beint eða óbeint. Það myndi valda ruslmengun sem gæti haft áhrif á alla, óháð landamærum. Þannig getur jafnvel ein markviss aðgerð valdið víðtækum skaða – án þess að hefðbundin stríðsrekstur hafi átt sér stað. Þetta er áminning um að friður í geimnum er ekki sjálfgefinn, og að „fjarskiptaöryggi“ snýst nú einnig um geimöryggi.

Aðgangur að geimnum – ný áskorun
Allar geimferðir, hvort sem þær stefna til tunglsins, Mars eða fjarlægari hnatta, verða að fara í gegnum LEO-svæðið. Ef það verður of þétt eða mengað af rusli, verður sjálfur aðgangurinn að geimnum erfiður. Eldflaugar þurfa nú þegar að skipuleggja flugferil sinn til að forðast árekstur, og í framtíðinni gæti þurft að stýra eldflaugum um örfá örugg „göt“ milli gervitunglanna. Þetta undirstrikar að lágsporbraut jarðar er ekki óendanlegt rými heldur takmörkuð auðlind – og ábyrgð mannkynsins á henni er ekki minni en á höfunum eða andrúmsloftinu.

Tækifæri og ábyrgð Íslands
Ísland gæti gegnt hlutverki í þessari þróun. Gagnaver landsins og staða á norðurslóðum gera það að kjörnum stað fyrir jarðstöðvar LEO-kerfa og brú milli heimsálfa. Að tryggja gagnsæi, ábyrgð og samstarf í þessum nýja geimnetheimi stefnir í að verða jafn mikilvægt og að byggja fleiri sæstrengi og tryggja öryggi þeirra.