Dreiging boven de Kármánlijn

Patrick Bolder

Bij de Kármánlijn, een denkbeeldige grens op 100 kilometer hoogte, eindigt de aardse atmosfeer en begint de ruimte. Vanaf hier spreken we niet meer van luchtvaart maar van ruimtevaart. Boven de Kármánlijn wemelt het van de satellieten. Zowel militaire als civiele toepassingen zijn hiervan meer dan ooit afhankelijk. Wat zijn de kwetsbaarheden, hoe zien de gevolgen van een aanval op deze ruimte-infrastructuur eruit, en wat kunnen we doen om dit te voorkomen?

De lancering van de Russische Sputnik satelliet in 1957 was het startschot voor de eerste space age. In eerste instantie was deze gericht op het vergroten van de nationale veiligheid, maar uiteindelijk leidde hij tot de race naar de maan. De tweede space age begon begin jaren 1990 en kenmerkte zich op het verder ontwikkelen van menselijke ruimtevaart en verdere technologische ontwikkelingen. De derde space age begon zo’n vijf jaar geleden met een intensieve civiel-militaire samenwerking in het ruimtedomein met gedeelde belangen en kwetsbaarheden tussen overheden en civiele/commerciële bedrijven.

Het ruimtedomein bestaat uit verschillende elementen: Er zijn satellieten in verschillende aardbanen, grondstations die essentieel zijn om deze satellieten aan te sturen (upstream) en om gegevens van satellieten te ontvangen (downstream) en de communicatie zélf met en van die satellieten. Deze bevinden zich grofweg in drie verschillende banen. De meest gebruikte zijn de lage aardbanen (LEO) tussen ca. 400 en 1500 km hoogte. Deze wordt vooral  gebruikt voor aardobservatie en spionage. Meer tegenwoordig is dit ook het gebied waar mega-constellaties van duizenden kleine satellieten (zoals bijvoorbeeld Starlink van SpaceX) (internet)communicatie verzorgen.

 

Allerlei satellieten

Ook Nederlandse militaire satellieten zoals de Brik II en de in samenwerking met het Noorse ministerie van Defensie ontwikkelde Huygens en Birkeland (alledrie doen ze o.a. aan geo-locatie van bepaalde radio-signaturen) zijn in de lage aardbaan aanwezig. In de middelste aardbanen, op circa 20.000 km hoogte, draaien vooral navigatiesatellieten van de verschillende systemen als GPS (VS), Glonass (Rusland), Galileo (EU) en Baidu (China) hun rondjes. En dan is er nog de geostationaire baan op 36.000 km van de aarde. Deze wordt gebruikt voor bijvoorbeeld radio- en TV-communicatie en voor de grote Meteosat weersatellieten.

Satellieten zijn er dus in veel verschillende typen en toepassingen; Observatie, Communicatie en PNT. Dit laatste staat voor Positie, Navigatie en Timing. Observatiesatellieten zijn er ook weer met enorm veel toepassingen. Zo kun je in verschillende spectrale banden vanuit de ruimte naar de aarde kijken en zo belangrijke data over het weer en het klimaat verzamelen. Ook radiosignalen op het aardoppervlak kunnen vanuit de ruimte worden geobserveerd. Communicatie behelst een heel breed gebied van het doorgeven van radio- en televisiesignalen, van militaire communicatie tot en met het faciliteren van noodsignalen en posities van scheepvaart. PNT-satellieten faciliteren plaatsbepaling en navigatie, maar regelen ook het financiële verkeer, met name de tijdssignalen die daarbij horen.

Satellieten kunnen niet functioneren zonder grondstations. In deze stations worden storingen gesignaleerd en verholpen, updates verstuurd en vooral de veiligheid van satellieten en het ruimtedomein zelf in de gaten gehouden. De communicatie tussen grondstations en satellieten is het onzichtbare, maar essentiële deel van het satellietsysteem. Als een satelliet zijn gegevens niet kwijt kan of niet kan worden aangestuurd is deze verworden tot een kostbaar stuk ruimte-afval.

Overigens, na bijna 70 jaar aan ruimtevaart zijn er meer dan 8000 satellieten in de ruimte met plannen voor vele duizenden meer. Ook is het ruimtedomein behoorlijk vervuild geraakt en zwermen er een miljoen grotere en kleinere brokstukken rond met snelheden van 27.000 km/u (8 km/s). Die brokstukken variëren van kleine stukjes verf tot en met delen van rakettrappen. Dit ruimtepuin is moeilijk op te ruimen. Het kan tot grote problemen leiden als satellieten ermee botsen.

 

Chaos en paniek

Zowel militaire operaties als het civiele leven op aarde zijn sterk afhankelijk geworden van het ruimtedomein. Mocht de verbinding met alle satellieten uitvallen dan is internationaal telefoonverkeer niet meer mogelijk en wordt het internet veel trager. Weersverwachtingen kunnen niet meer worden gegeven en navigatiesystemen, zoals GPS, vallen uit. Vliegverkeer en verkeersleiding krijgen te maken met ernstige verstoringen en ook ander openbaar vervoer komt stil te liggen. Schepen dreigen te verdwalen op de oceanen en containers raken zoek. Boeren kunnen geen precisielandbouw meer doen en bemesten en besproeien daardoor teveel of juist te weinig. Dat heeft gevolgen voor de opbrengst van hun land en daarbij hun inkomen, maar mogelijk ook voor de mondiale voedselvoorziening.

Beurzen en de banken krijgen geen actuele en precieze tijdssignalen meer en moeten hun transacties stoppen. In winkels kan niet meer worden gepind en geldautomaten vallen uit. De GSM-masten laten het afweten, net zoals de Starlink constellatie van SpaceX, evenals natuurlijk andere constellaties). Energiecentrales, nutsbedrijven en transportbedrijven worden allemaal getroffen. Kortom, het leven zoals wij dat nu kennen, valt stil, met alle chaos en paniek die daarbij hoort.

Alle drie de elementen, satellieten, grondstations en de communicatie, zijn kwetsbaar en kunnen het doelwit zijn van doelgerichte sabotage. Omdat dit soort acties veelal geen militaire actor kennen, niet per sé met militaire middelen worden uitgevoerd, vaak moeilijk te attribueren zijn én zich bovendien afspelen op het snijvlak van militaire en civiele toepassingen met aanzienlijke gevolgen voor de maatschappij, kun je hier spreken van hybride oorlogvoering.

 

Verdacht bezoek

De meest directe dreiging tegen satellieten is opzettelijke of toevallige beschadiging of vernietiging. Dat kan gebeuren door er een raket op af te schieten (wat overigens een militaire actie is en binnen de NAVO tot het activeren van Artikel 5 kan leiden), maar ook op veel andere manieren. Rusland heeft aangetoond dat het zogenaamde Rendez-vous and close Proximity Operaties (RPO) kan uitvoeren door het manoeuvreren van eigen satellieten vlakbij die van andere landen. Bewijzen van dit soort acties zijn ruimschoots belicht, in 2017 en 2019.

De activiteiten van eind 2019 waren wel erg bijzonder. De Russische Kosmos 2542 satelliet ‘baarde’ een andere satelliet, de Kosmos 2543. Beiden bezochten van dichtbij een Amerikaanse spionagesatelliet (type KH (Keyhole) 11). Even later vuurde de Kosmos 2543 een projectiel af. Dit was niet gericht op een andere satelliet, maar de actie was wel duidelijk bedoeld ter demonstratie van offensieve mogelijkheden. Dit werd door de VS geclassificeerd als een ‘kinetisch projectiel’, een mogelijk ruimtewapen dus. Dat dit soort ‘inspector-satellieten’ als de Kosmos 2542 en 2543 projectielen afvuren, is vaker gedemonstreerd, alleen (nog) niet tegen satellieten van andere staten. Tot nu toe zijn hier geen beschadigingen of vernietigingen door veroorzaakt.

Een inspector-satelliet zou echter ook niet-lethaal offensief kunnen worden ingezet. Met behulp van een laser of elektromagnetische straling kan een satelliet worden beschadigd, zonder dat deze volledig wordt vernietigd. Delen van de satelliet, bijvoorbeeld de sensoren die signalen oppikken, beelden maken of communicatie verzorgen kunnen dan uitvallen. De eigenaar van die satelliet kan eerst nog uitgaan van een storing als hij niet op de hoogte is van de aanwezigheid van een satelliet die een RPO uitvoert. In februari 2024 ontstond in het Amerikaanse Congres kortstondig paniek rondom een Russische satelliet die een nucleaire lading aan boord zou hebben. Deze satelliet zou genoeg vermogen hebben om een krachtige laser van energie te voorzien, of een elektromagnetische puls te genereren, genoeg om communicatie met satellieten onmogelijk te maken.

 

Wolken ruimtepuin

Een methode die het op een ongeluk kan laten lijken is een eigen satelliet onbestuurbaar verklaren en hem vervolgens tegen een satelliet van een ander land te laten botsen. Nog geniepiger is het ‘per ongeluk’ creëren van een wolk ruimteafval in de baan van een satelliet van je opponent. Dat kan door bijvoorbeeld twee eigen satellieten te laten botsen. Dan moet de satelliet van de tegenstander uitwijken en kan daardoor zijn missie niet of slechter uitvoeren. Doet hij dit niet dan wordt hij vernietigd door het ruimtepuin en gaat dan zelf ook bijdragen aan het vergroten van die wolk puin.

Drie maanden voor de grootschalig Russische invasie van Oekraïne demonstreerde Rusland het vermogen om een antisatellietwapen effectief te gebruiken. Een eigen satelliet werd op 15 november 2021 door een Russische raket vernietigd. Dit veroorzaakte ruimtepuin waarvoor het International Space Station (ISS) moest uitwijken. De Chinese lancering van satellieten voor een eigen nationale communicatie-constellatie in de zomer van 2024 leidde op een hoogte van ruim 800 kilometer tot een nieuwe wolk grotere brokstukken. Deze zakken langzaam richting de aarde en zullen nog tot enkele problemen gaan zorgen voor bestaande en toekomstige satellieten in lagere banen.

Dit vraagt om continue monitoring van een dergelijke wolk van brokstukken. Men zou hier opzet van China kunnen vermoeden en dit kan dus onderdeel zijn van een hybride operatie. Maar ook de VS heeft op het gebied van hybride ruimteoorlog tenminste een belangrijke capaciteit: De onbemande mini Space Shuttle, X-37B. Deze heeft al meerdere geheime missies in de ruimte uitgevoerd. Wat wel bekend is dat de X-37B zeer lange tijd in de ruimte kan doorbrengen, het vermogen heeft om van banen te veranderen en een laadruim heeft waarin satellieten kunnen worden ‘gestald’. Met de grijparm kunnen dit ook satellieten zijn van andere staten die uit hun eigen baan worden geplukt.

 

‘Ongelukken’ bij grondstations

Het vernietigen of beschadigen van grondstations is eenvoudiger dan een aanslag plegen in de ruimte zelf, hoewel dit ook veel meer direct opvalt. Maar ook een aanslag op het aardoppervlak kan lijken op een ongeluk of vergissing. Er kan ‘plotseling’ brand uitbreken, er kan een (vracht)auto tegen het grondstation aan rijden of er kan een vliegtuig op neerstorten. Dit zal tot verstoring of zelfs uitval van het grondstation leiden. Uitval leidt onherroepelijk tot verminderde of zelfs gestopte communicatie tussen de aarde en de satelliet. De benodigde diensten en informatie die de satelliet levert is dan niet meer te ontvangen. Als deze communicatie gaat over bepaalde veiligheidsrisico’s op een bepaald gebied op het aardoppervlak kan dat een voordeel opleveren voor degene die deze communicatie verstoort. Dat kan precies het doel zijn van zo’n ‘ongeluk’ en dus onderdeel zijn van een hybride operatie.

Ook de communicatie tussen satelliet en grondstation kan worden verstoord en beïnvloed. Storing door een krachtiger signaal op de voor communicatie gebruikte frequentie uit te zenden (jamming) is effectief, maar ook meteen te merken door de gebruiker van de satelliet. Beïnvloeding van communicatie wordt spoofing genoemd. Dit is minder opvallend en daardoor beter geschikt voor hybride oorlogvoering. De gebruiker kan denken een origineel signaal te ontvangen. Hier kan echter informatie aan zijn toegevoegd of van verwijderd zonder dat de ontvanger of gebruiker dit door heeft. Een recent voorbeeld van spoofing is de verstoring van het GPS-signaal boven het oostelijk deel van de Baltische Zee. De laatste maanden leidde dit meermaals tot problemen voor het civiele luchtverkeer in die regio. Vanwege de veiligheid werden vluchten geannuleerd of omgeleid.

Dergelijke verstoringen hebben ook economische schade tot gevolg. De bron van waaruit deze verstoringen worden geïnitieerd is te vinden in de Russische exclave Kaliningrad. Om dezelfde redenen vindt ook steeds vaker verstoring plaats van het GPS-signaal boven noord-Noorwegen en Finland, waar de bron van verstoring is teruggeleid naar Moermansk. Ook Israël gebruikt GPS-verstoring in de Gaza-oorlog om de raketten van Hamas het gebruik van GPS te ontzeggen. Deze vorm van bescherming wordt ook door Rusland toegepast, de GPS-verstoringen in en rond Moskou hebben dezelfde doelstelling: het ontzeggen van een GPS-stuursignaal aan inkomende vijandelijke projectielen. Exemplarisch zijn ook de verhalen dat als president Poetin ergens naartoe reist, hij in zijn gevolg een eigen GPS verstoringseenheid meeneemt en een wolk van GPS verstoring rondom zijn positie genereert. Een mooi overzicht van actuele GPS-verstoringen is te vinden op de website gpsjam.org.

 

Wat kunnen we doen om ons veilig te houden?

Kwetsbaarheden vragen om tegenmaatregelen. Satellieten kunnen gedeeltelijk worden voorzien van bescherming tegen radio-magnetische straling en tegen ruimtepuin. Het fysiek bepantseren biedt ze een betere bescherming tegen inmenging van buiten. Deze aanpak maakt satellieten echter wel zwaarder en daardoor ook duurder om te lanceren, want lanceerkosten hangen vooral samen met gewicht. Een andere mogelijkheid is het snel kunnen vervangen van beschadigde of verloren gegane satellieten. Daarvoor is wel een goed ontwikkelde infrastructuur vereist van satelliet-ontwerpers, -bouwers, -testers en -lanceerders. Ook is een zeer grote constellatie, waardoor uitval van enkele satellieten nauwelijks tot verstoring leidt, een methode om kwetsbaarheden te mitigeren. Plannen om de Starlink-constellatie uit te bouwen tot een aantal van wel 42.000 satellieten zijn daar een voorbeeld van.

Ook van het kunnen attribueren van een aanval op satellieten gaat preventie uit. Dat vereist een goede Space Domain Awareness (SDA), kennis en inzicht van wie welke satellieten heeft gelanceerd, met welk doel en waar ze zijn. Die SDA kan door andere satellieten worden geleverd, die de ruimte zelf in de gaten houden en door radarstations op verschillende plekken op aarde die het gehele uitspansel scannen op satellieten en brokstukken. Een opzettelijke of niet-opzettelijke beïnvloeding van satellieten kan zo beter en sneller worden gezien en toegeschreven aan een bepaalde actor.

Voor grondstations geldt dat deze fysiek beschermd moeten worden. Barricades en speciaal geconstrueerde wegen bemoeilijken de toegang en daarmee de mogelijkheden voor ‘auto-ongelukken’. In bunkers onderbrengen van kritische apparatuur maakt deze beter bestand tegen branden en andere ongelukken. Uitwijkstations en back-up locaties vergroten de weerbaarheid tegen verstoringen verder.

 

Lasercommunicatie

De huidige communicatie tussen satellieten en grondstations verlopen nog via radiogolven. Deze zijn relatief makkelijk te onderscheppen, bijvoorbeeld door de eerder genoemde ‘inspector’-satellieten. Zeker als die zich dicht bij hun doelsatelliet bevinden en zo de communicatie kunnen afluisteren. Door andere methoden (in plaats van radio) van communicatie te gebruiken kan deze kwetsbaarheid worden verminderd. Momenteel wordt veel onderzoek gedaan naar zogenaamde ‘laser-satcom’: Laserbundels kunnen worden gericht op een ontvanger en voorzien worden van informatie. Deze punt-naar-punt verbinding kan meer data dragen dan reguliere radiosignalen. Ze is daardoor niet zomaar af te luisteren en is nauwelijks te storen en te spoofen. Nederlandse kennisinstituten als TNO en NLR doen hier momenteel veel onderzoek naar. Ook het Nederlandse Space Security Centre van het Ministerie van Defensie heeft dit onderwerp met prioriteit op de agenda staan.

Wet- en regelgeving over wat wel en niet is toegestaan in het ruimtedomein bestaat. Het meest bekende is het VN-verdrag Treaty on Outer Space uit 1967. Deze stelt o.a. dat het ruimtedomein voor vreedzame doeleinden is, niemand het zich hemellichamen mag toe-eigenen (dus ook planetoïden e.d. niet) en dat er geen massavernietigingswapens in de ruimte mogen worden gestationeerd. Deze formuleringen stammen uit de tijd dat er van het begrip hybride oorlogvoering nog geen sprake was. Er is dan ook geen bepaling opgenomen over hoe het ruimtedomein daarvoor kan worden gebruikt. Wet- en regelgeving schieten op dit gebied tekort om een mitigerende werking te hebben op hybride oorlogvoering vanuit de ruimte.

Zowel onze afhankelijkheid als de kwetsbaarheid van het ruimtedomein zijn groot. Beïnvloeding en hybride oorlogvoering vanuit, via of in het ruimtedomein blijft een dreiging. Aanhoudende aandacht voor dit onderwerp verdient dan ook een hoge plaats op de politieke agenda’s.

Foto: Wikimedia Commons / NASA Earth Observatory