Pedersen, Jens Olaf Pepke

Hvor det tidligere kunne tage mange år at bygge en stor satellit, har den teknologiske udvikling gjort det muligt at producere mindre satellitsystemer, som indeholder mere automatik, vejer mindre og bygges af stærkere materialer. En ny satellit kan samles på få måneder og både omkostninger til produktion og opsendelse er faldende. Det kan blive en game-changer for samfundene i Arktis

Online Research Database In Technology

                       General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.  • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal   If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.     Downloaded from orbit.dtu.dk on: Dec 18, 2017En rumbaseret infrastruktur i Arktis - Satellitter og droner kan hjælpe de arktiskesamfundPedersen, Jens Olaf PepkePublished in:EffektivitetPublication date:2016Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of recordLink back to DTU OrbitCitation (APA):Pedersen, J. O. P. (2016). En rumbaseret infrastruktur i Arktis - Satellitter og droner kan hjælpe de arktiskesamfund. Effektivitet, 2016(3), 17-19.Hvor det tidligere kunne tage mange år at bygge en stor satellit, har den teknologiskeudvikling gjort det muligt at producere mindre satellitsystemer, som indeholder mereautomatik, vejer mindre og bygges af stærkere materialer. En ny satellit kan samles påfå måneder og både omkostninger til produktion og opsendelse er faldende. Det kanblive en game-changer for samfundene i Arktis.Af Jens Olaf Pepke Pedersen, Seniorforsker og PhD, DTU Space, jopp@space.dtu.dkSatellitter og droner i Arktis - effektivitet.dk http://www.effektivitet.dk/magasin/nr-3-2016-teknologiske-mulighede...1 of 6 12-10-2016 12:07I starten af juni måned lagde et stort isbjerg sig uden for den lille grønlandske bygdIlimanaq (Claushavn) og blokerede for forbindelsen til sendemasten i Ilulissat. Detbetød, at indbyggerne mistede forbindelsen til både internet, mobiltelefoni, radio og TV,og der var ikke så meget andet at stille op end at vente på, at isbjerget flyttede sig selv.Heldigvis var isbjerget i bevægelse, så problemet løste sig igen, men det illustrerernogle af udfordringerne med kommunikation i Arktis.En anden udfordring er høje priser og lave hastigheder. Et mobilt bredbånd i Ilimanaqkoster 695 kr. om måneden for 5 gigabyte og en hastighed på 2 megabit pr. sekund. Etflatrate abonnement på en internetforbindelse i hovedbyen Nuuk, med en hastighed på20 megabit pr. sekund, koster 10.000 kr. – om måneden. Det er derfor ikkeoverraskende, at næsten samtlige virksomheder og myndigheder i Grønland efterlyserbedre og billigere kommunikation, især hurtige bredbåndsforbindelser, for at kunne løsenuværende og nye fremtidige opgaver.Det var en af konklusionerne, da DTU Space undersøgte mulighederne for at brugesatellitter og droner som en fælles platform til dækning af nogle af Forsvarets ogcivilsamfundets behov i Arktis. Resultatet af undersøgelsen er netop offentliggjort i enrapport fra DTU, og en af anbefalingerne er at undersøge, om Danmark – enten aleneeller i samarbejde med andre lande - kan etablere nye kommunikationssatellitter iArktis. På grund af de enorme afstande vil kun en satellitbaseret løsning kunne dækkebehovet i hele området, men til gengæld er adgang til billige og hurtigebredbåndsforbindelser også blevet nævnt som en game-changer i Grønland, hvor nyeteknologier kan blive en del af Grønlands udvikling og skabe nye indtægtsområder.DTU-rapporten har undersøgt potentialet i at udvikle en satellit- og dronebaseretinfrastruktur i Arktis. Ved infrastruktur tænker de fleste nok på veje, jernbaner, broer oghavne, og muligvis også på fibernet, elkabler og vandledninger. Men en vigtig del afsamfundets infrastruktur i dag er anbragt i rummet. Vi ser ikke satellitterne, men vi erafhængige af dem i det daglige. Der er omkring 1300 satellitter i kredsløb om Jorden,Satellitter og droner i Arktis - effektivitet.dk http://www.effektivitet.dk/magasin/nr-3-2016-teknologiske-mulighede...2 of 6 12-10-2016 12:07og de hjælper os blandt med at lave vejrudsigter, med at kommunikere med hinandenog med at fortælle os præcist, hvor vi befinder os. Det har betydet, at en lang rækkeopgaver inden for f.eks. transport og logistik bliver løst mere effektivt. Satellitbaseretnavigation er blevet dagligdag for mange af os, og er kritisk for fly- og skibstrafik.Præcise tidsangivelser, som leveres fra satellitter, er afgørende i forbindelse medfinansielle transaktioner, og i katastrofesituationer leverer satellitter detaljerede data omsituationens omfang og udbredelse.De store mangler i den rumbaserede infrastruktur i Arktis betyder, at mange opgaverbliver løst mindre effektivt, og dermed bliver den manglende infrastruktur også enbremse for samfundets udvikling. En væsentligt øget båndbredde kunne f.eks.muliggøre planerne om en CO2-neutral serverpark i Grønland, og ligesom der også eret stort behov for robust kommunikation til f.eks. udbygning af telemedicin,fjernundervisning i små bygder, datatransmission i forbindelse med seismiskeundersøgelser, og udviklingen af turismen, som også forudsætter gode internet- ogmobilforbindelser.Sårbar kommunikation i ArktisDer findes kommercielle kommunikationssatellitter i Arktis som Inmarsat, men fordisatellitterne befinder sig i geostationære baner 36.000 kilometer over ækvator, opstårder problemer, når man bevæger sig mod nord, hvor Jordens krumning bevirker, atmodtageren ikke længere kan ”se” satellitten. Forbindelse til de geostationæresatellitter er teoretisk ikke mulig nord for 81 grader, men problemer med at få en stabilforbindelse begynder allerede omkring 70 graders nordlig bredde.Et alternativ er satellitsystemet Iridium, der bruger satellitter, som flyver i lav højde (ca.780 kilometer), og hvor banerne går mellem Jordens nord- og sydpol. Systemet harderfor global dækning, også omkring Nordpolen, men eftersom satellitterne bevægersig i forhold til jordoverfladen, giver det variationer i signalstyrken og risiko for udfald afforbindelsen. En politibetjent berettede for nylig, hvordan det via satellittelefonen togham halvanden time at aflægge en rapport på tre minutter. Desuden ersatellitforbindelserne dyre og langsomme, hvilket betyder, at selv en overførsel af endatapakke på få megabyte kan være et problem.At det nuværende satellitsystem i Arktis er sårbart, viste sig også den 6. oktober 2011,da en af Telesat Canadas satellitter fik en fejl, som bevirkede at satellitten rettede sinantenne mod Solen i stedet for Jorden. Det førte til, at al kommunikation med storedele af det arktiske Canada forsvandt i 16 timer. Internet og telefonsamtaler blevafbrudt, forretninger og offentlige kontorer måtte lukke og en lang række fly blev aflyst.I Arktis vil en løsning være at bruge kommunikationssatellitter, som flyver mellemJordens poler i meget langstrakte baner, hvor satellitterne det meste af tiden befindersig over Arktis. Det har Rusland brugt siden Sovjettiden, hvor satellitter i såkaldteMolniyabaner dækker Arktis og det russiske landområde. Den sidste russiske satellit ien Molniyabaner blev opsendt i 2014, og den næste er planlagt til 2018. I enMolniyabane har satellitten en omløbstid på 12 timer, hvoraf cirka 11 timer tilbringesover Arktis, mens satellitten vender omkring de sydlige halvkugle på en time.Molniyabaner giver derfor en væsentlig bedre dækning i Arktis end satellitter i andrebaner.Sammenfald mellem militære og civile behovSatellitter og droner i Arktis - effektivitet.dk http://www.effektivitet.dk/magasin/nr-3-2016-teknologiske-mulighede...3 of 6 12-10-2016 12:07Et andet stort potentiale for satellitter i Arktis er til overvågning, hvor der er behov forbåde at holde øje med menneskelige aktiviteter og at indsamle meteorologiske ogoceanografiske data. Forsvaret har et helt grundlæggende behov for et kontinuert ogopdateret situationsbillede for Arktis, men i dag bruger Forsvaret stort set ikke satellitteri deres overvågning. Her er man derfor afhængig af, hvad egne enheder kan observerefra landjorden, eller fra skibe og fly.Forsvarets behov er på mange områder sammenfaldende med de civile behov. F.eks.er øget is-overvågning samt bedre og hyppigere is-kort og is-prognoser et stort ønskefra både myndigheder og virksomheder. Is-prognoser for havområder er bl.a.nødvendige i forhold til pålidelig planlægning og afvikling af sikker sejlads nordpå, hvorudfordringen er isfyldte farvande og voldsomme vejrforhold. Hvis planerne om minedrifti stor skala realiseres, vil det også medføre øget skibstrafik med krav om bedrekommunikation og bedre overvågning.Her har Danmark via sit medlemsskab af det europæiske rumfartsagentur ESA alleredeadgang til en række satellitbaserede observationssystemer, og der er derfor ikkenødvendigvis brug for at investere i nye systemer, men i nedtagning og anvendelse afsatellitdata. Satellitsystemerne kan desuden dække store områder og dermed give etsituationsbillede både for havet og landområdet, ligesom radarsatellitter giver billederuafhængigt af vejr og sollys. Til gengæld er systemerne ikke fleksible eller i stand tilmed kort varsel overvåge et bestemt område. Det vil derfor typisk være nødvendigt atkombinere satellitovervågning med andre enheder som fly eller skibe. Her kan dronerogså bruges som et supplement til satellitovervågning, idet dronen f.eks. kanundersøge og identificere objekter eller aktiviteter, som er observeret fra satellit. Dronerkan i øvrigt også bruges som en ekstra kommunikationsplatform i forbindelse medf.eks. rednings- og eftersøgningsopgaver.Overvågning af isbjerge, både deres bevægelse, størrelse og variabilitet, er vigtige iforbindelse med offshore-boringer, hvor isbjerge adresseres i ethvert ”ice managementsetup”. Havisen er bestemmende for operationsvinduet i olieefterforskning, fordi man iGrønland kun må operere i den isfrie periode (basalt set kun fra juni til oktober) og herkan isbjerge udgøre en stor sikkerhedsrisiko. Selskaberne arbejder med veldefineredezoner og sikkerhedsprocedurer omkring rigge og fartøjer, således at arbejdet til hver entid foregår forsvarligt. Det kan eksempelvis indbefatte, at potentielt farlig is flyttes vækaf specialskibe eller at al boreaktivitet lukkes ned midlertidigt. En tidlig detektion afisbjerge giver mulighed for at bugsere isbjerget og påvirke dets retning, således at detpasserer boreriggen i sikker afstand. Derved undgår man at skulle sikkerhedsflytteborerigge, hvilket både er meget kostbart og i sig selv indebærer en sikkerheds- ogmiljørisiko.For at en operation er både sikker og effektiv er det derfor vigtigt hele tiden at kendefordelingen af drivende eller grundstødt is samt at have gode prognoser for, hvordanden vil udvikle sig i rum og tid. Typisk løses dette ved en kombination af et dedikeretice management team, dedikerede støtteskibe med forskellige radarsystemer ogsatellitbaseret overvågning. Satellitovervågning af isbjerge i nær realtid vil såledesvære af stor værdi. Droner kan også tænkes ind i et sådant setup for at se detaljer omisbjerge fra luften, men det kan også være for at følge is, der kan være vanskelig atidentificere fra skib eller satellit. Det kan være små isbjerge, der malflyder eller isbjergemed runde former, som i nogle situationer giver et meget lille signal på en radar.I tilfælde af en eventuel udbygning til en egentlig produktion skal der også udviklesteknologi, således at produktionsplatformen enten er flytbar, kan beskyttes eller erstærk nok til at modstå tryk fra selv de størst tænkelige isbjerge i området.Satellitter og droner i Arktis - effektivitet.dk http://www.effektivitet.dk/magasin/nr-3-2016-teknologiske-mulighede...4 of 6 12-10-2016 12:07Usikker navigationDet satellitbaserede GPS-navigationssystem er heller ikke så stabilt og nøjagtigt påhøje breddegrader som ved mellem- og lave breddegrader. Dette skyldes, at der erflere forstyrrelser af GPS-signalet, og især at GPS-satellitternes baneplaner hælder 55grader i forhold til ækvator. Det sidste betyder, at ingen satellitter kommer til at stå izenit nord for 55 grader, og ”GPS-hullet” (det område af himlen, hvor GPS-satellitterneikke kommer) bliver derfor større jo længere man kommer mod nord. Selvombestemmelse af længde- og breddegrad stadig kan være god, bliverhøjdebestemmelsen dårligere, og den længere vej gennem atmosfæren giver mere støjpå signalet, som også er udsat for forstyrrelser fra ionosfæren (den øvre atmosfære fraca. 85 til 600 km højde), på grund af solvinden og udbrud på Solen, som giver fejl påpositionsbestemmelsen.For skibe på åbent hav er GPS-nøjagtigheden ikke så kritisk, mens skibe nær land harbrug for større nøjagtighed, ligesom nøjagtighed også er vigtig for at genfindepositioner f.eks. ved rednings- og eftersøgningsopgaver eller genfinding af udlagtedepoter. Dynamisk positionering af borerigge og hjælpefartøjer kræver ligeledes ennøjagtig positionsbestemmelse, hvilket vil blive et problem i nye olie- oggasefterforskningsfelter i Nordøstgrønland.Her udfører ESA i øjeblikket projektet ”Arctic Testbed”, der skal bane vej for enforbedring af GPS-systemet i Arktis ved at beregne korrektioner til GPS-positionerne.Korrektionssignalerne udsendes imidlertid også fra de geostationære satellitter og kanderfor være svære at opfange i Arktis. Nye kommunikationssatellitter til Arktis kanderfor også bruges til at udsende korrektionsdata til GPS-positionerne.Større positionsnøjagtighed kan dog ofte kun nyttiggøres i de områder, hvorkortmaterialets nøjagtighed er på samme niveau som GPS-positioneringen eller bedre.I store områder af Arktis kan der være op til 500 m fejl i kortmaterialet, og detindebærer en sikkerhedsrisiko, især ved sejlads tæt på land, og ved meget småmineprojekter, hvor efterforskningsområderne kan være ned til 1 km2.Hvis kortlægningen skal forbedres, er det nødvendigt at bruge satellitdata, og her erder et stort behov for bedre og hurtigere opmåling såvel som hurtigeredatabearbejdning. Det gælder både den generelle opmåling af terrænet til brug forspecifikke opgaver, f.eks. kortlægning af drikkevandsdepoter (etablering af randzonermv.) og i forbindelse med mineprojekter.Især søkortopmålingen lader meget tilbage at ønske og mange af de områder, derbliver isfrie i nær fremtid er aldrig blevet opmålt, hvilket indebærer en alvorlig risiko forsejlads, borerigge m.m. Der er således eksempler på nye skær, der er blevet opdagetved sejlads i områder højt mod nord. Samtidig er det ikke usædvanligt, at lokaleisforhold har medført, at skibe har måttet vælge at sejle gennem nogle af de ”hvidepletter” på søkortene.Paradimeskift i rumfartenDen teknologiske udvikling har gjort det muligt at producere mindre ogbrugerdefinerede satellitsystemer, som indeholder mere automatik og mere autonomeenheder, samtidig med at systemerne vejer mindre og kan bygges af stærkerematerialer. Hvor det tidligere kunne tage mange år at bygge en storkommunikationssatellit, kan en satellit nu bygges på få måneder og langt billigere.Derfor er forventningen, at omkostninger til produktion og opsendelse vil falde såSatellitter og droner i Arktis - effektivitet.dk http://www.effektivitet.dk/magasin/nr-3-2016-teknologiske-mulighede...5 of 6 12-10-2016 12:07meget, at man ligefrem kan tale om, at rumfartsindustrien står overfor etparadigmeskift, hvor vi vil se mange nye og kommercielle aktører på markedet. Fordanske virksomheder giver billig adgang til satellit data muligheder for udvikling af nyeprodukter og tjenester samt effektiviseringer.I dag er Danmark den eneste af de fem arktiske kyststater, som ikke har et nationaltsatellitprogram for Arktis, men Danmark har den teknologiske kapacitet til at udvikle sinegen struktur eller indgå i et samarbejde med andre nationer. Samtidig har danskeforskningsmiljøer i samarbejde med dansk industri opbygget en stor kompetenceindenfor rumforskning og rumteknologi. Satellitprojekter udføres ofte i et internationaltsamarbejde, og her vil danske investeringer i satellitter i Arktis også give et afkast iform af adgang til andre nationers satellitdata. Danmark har også et godt udgangspunkti konkurrencen om udviklingen af droner, f.eks. indenfor navigation, sensorer ogkommunikationsteknologi.Investeringer i en rumbaseret infrastruktur i Arktis kræver planlægning med en langtidshorisont og også politisk vilje til at afsætte de nødvendige ressourcer. Dette bør sessom en investering i udviklingen af den arktiske del af Rigsfællesskabet, og det kanmed fordel ske i et offentligt/privat partnerskab.Det skal også fremhæves, at Danmark allerede bidrager økonomisk til de internationaleinvesteringer i jordobservationssatellitter (især Copernicus) og navigationssatellitter(Galilei). Her vil et øget fokus på ”downstream”-segmentet, hvor værdiskabelsen oganvendelsesmulighederne er store, også kunne øge det samfundsmæssige ogøkonomiske udbytte af disse investeringer. F.eks. vil observationer i Arktis også vilvære af stor værdi uden for Arktis, og de fremtidige datamængder fra droner ogsatellitter fra Arktis vil være enorme og skabe muligheder inden for ”Big data analyse”.Rapporten ”Satellitter og droner i Arktis – multiuse af en rumbaseret infrastruktur” kanrekvireres ved henvendelse til Maria Tammelin Gleerup (matag@space.dtu.dk) ellerhentes på www.dcess.dk/Arktis.pdf.Satellitter og droner i Arktis - effektivitet.dk http://www.effektivitet.dk/magasin/nr-3-2016-teknologiske-mulighede...6 of 6 12-10-2016 12:07

En rumbaseret infrastruktur i Arktis - Satellitter og droner kan hjælpe de arktiske samfund

http://orbit.dtu.dk/ws/files/126579606/Satellitter_og_droner_i_Arktis_effektivitet.pdf

En rumbaseret infrastruktur i Arktis - Satellitter og droner kan hjælpe de arktiske samfund

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology