Best rundt ekvator: Geostasjonære satellitter, som er plassert i bane over ekvator, har dårlig dekning i nordområdene. (Bilde: Norsk Romsenter)
God på dekning i nord: Banen til highly elliptical orbit-satellitter har veldig god dekning i nord. Den ene vil alltid belyse nordområdene når den andre passerer jorden i sør. (Bilde: Odd R. Valmot)

INNSIKT: SATELLITTDEKNING I NORDOMRÅDENE

Kommunikasjons-utfordringer for næringsvirksomhet i nordområdene

BarentsWatch

  • Det norske Kystverket gjør sitt beste for å informere og kommunisere i nordområdene.
  • De har etablert BarentsWatch som samler all tilgjengelig informasjon selv om det er lite tilgjengelig.
  • De henter inn data fra ulike kilder som skipsfart, fiskeflåten, Kystvakten, radardata, satellittdata, AIS (Automatic Identification System) og andre kilder og gjør dem tilgjengelig i en åpen og en lukket del.
  • En slik overbyggende informasjonsbank er veldig viktig og brukes allerede mye av oljeindustrien. Men det er ikke nok etter hvert som aktiviteten øker i områdene og kravene til pålitelighet og kapasitet øker.

Interessen for nordområdene øker raskt drevet frem av utvinning av olje og gass, fiskerier og ikke minst nye seilingsruter i nordøst og Nordvestpassasjen.

Der oppe møter man en lang rekke spesielle utfordringer. Kulden, isen og andre klimatiske forhold er selvfølgelig det viktigste, men kommunikasjon, som vi nesten tar for gitt lenger sør, er ikke like enkelt når man beveger seg her oppe.

Og kommunikasjon er viktig, spesielt når man ser på de andre utfordringene man møter. Skal man drive oljevirksomhet til havs, må man kunne stole på kommunikasjon.

Det er både industrien, skipsfarten og beredskapen avhengig av.

Forstyrrer radiobølger

Nordområdene har flere utfordringer på kommunikasjonssiden som kan skape store vanskeligheter for den nye næringsvirksomheten.

Bakke- og skipsbasert radio på lang og mellombølge kan bære talekommunikasjon nord for 80. breddegrad, men kan ikke bære mye data.

Høyere frekvenser fungerer bedre til datakommunikasjon, men har for kort rekkevidde. Rekkevidden kan økes ved å bruke skip som reléstasjoner.

For det første henger de vanlige kommunikasjonssatellitter som Inmarsat og VSAT i den geostasjonære banen, og den befinner seg over ekvator. Selv om satellittene er 35786 kilometer over bakkenivå, blir vinkelen mellom satellitt og bruker mindre gunstig jo lenger nord man kommer.

Jo høyere breddegrad, jo mer atmosfære skal signalene forsere. Det betyr at satellittdekningen fra disse systemene, som teoretisk kan dekke helt opp til rundt 80 grader, i praksis kan møte på problemer allerede rundt 70 grader nord, avhengig av antenner og værforhold.

Høyere enn 75 grader er det svært vanskelig å etablere god ytelse fra slike geostasjonære satellitter. I dag er det i praksis umulig å etablere bredbåndskommunikasjon i områdene mellom Svalbard og Nordpolen.

Innsikt: Den lange veien fram til 4G

Partikkelstråling

Men det er ikke bare kommunikasjon som gir problemer her oppe. Navigasjon er også et problem. Nordområdene (og tilsvarende i sør) er også «plaget» med partikkelstråling fra sola.

De følger jordas magnetfelt og trenger ned i ionosfæren hvor de kan skape veldig store radioforstyrrelser. Problemet er at slikt romvær er svært uforutsigbart, og det gjør kommunikasjon og posisjonsbestemmelse vanskelig.

En annen utfordring nordområdene står overfor, er mangelen på kommunikasjon og utplasserte sensorer. Dette gjør at vi i dag vet altfor lite om klimatiske forhold.

Etter hvert som aktiviteten øker på flere områder er det behov for å kunne drive søk, redningsoperasjoner og oljeberedskap som krever mer kunnskap om vær og is.

Avhengig av satellittsystem har ulike frekvenser forskjellige problemer med dempning i atmosfæren og med ulike værforhold. I Nord er også ising av satellittantenner et problem.

Kommunikasjon

Det finnes allerede satellittsystemer som gir en viss datakapasitet. De 66 Iridiumsatellittene går i lav jordbane 781 km over bakken, og mange av dem har en polar bane.

Banehastigheten på 27.000 km/t gjør at de bare er synlige i ni minutter. Satellittene bruker hverandre som reléstasjoner slik at man skal oppnå dekning hele tiden.

Men latenstiden kan være på flere sekunder, og dataraten er aldri over 128 kbit/s. I praksis er systemet i dag for ustabilt og har for lav datarate til mange viktige anvendelser.

Neste generasjon, Iridium Next, vil være operativt i 2017 og skal ha betydelig mer datakapasitet, men heller ikke denne generasjonen vil kunne tilby den kapasiteten man ønsker seg i flere avanserte operasjoner, som innen olje og gass.

Les også: Telenor vil ha nye frekvenser for å fikse elendig 3G-dekning

Highly elliptical orbit

En løsning på kommunikasjonsproblemene i nord vil være to såkalte HEO-satellitter. HEO står for highly elliptical orbit og betyr at satellittene har en elliptisk bane med laveste punkt i sør i rundt 1000 kilometers høyde og en ytre banepunkt i nord nesten 36.000 km over bakken.

Fordelen med en slik bane er at satellitten vil befinne seg veldig lenge, kanskje over 12 timer, i nord og kunne belyse svært mye av nordkalotten i den tiden.

En satellitt i motfase vil da være på plass i god til å overta når den andre forsvinner for langt ned i banen for å belyse hele området.

Navigasjon og posisjoneringGod på dekning i nord: Banen til highly elliptical orbit-satellitter har veldig god dekning i nord. Den ene vil alltid belyse nordområdene når den andre passerer jorden i sør. Odd R. Valmot

Navigasjon og posisjonering

Oljeindustrien vil ha stort behov for svært nøyaktig posisjonering. Et selskap som EMGS trenger en nøyaktighet på 30 cm når de gjør sine målinger.

Den tid da man posisjonerte farkoster med sekstanter og kronografer er forbi. Slike metoder er ikke raske og nøyaktige nok. I dag bruker vi satellittnavigasjon.

Men det er ikke like enkelt i nordområdene som lengre sør. Det er det flere årsaker til. Globale satellittnavigasjonsystemer (GNSS) som GPS, Glonass og Galileo har ikke korreksjonskilder for å kunne gi høy presisjon i nordområdene.

Antallet satellitter som kan tas inn er bra, men fordi elevasjonen er lav, blir den horisontale nøyaktigheten god, men den vertikale nøyaktigheten dårlig.

For vanlig navigasjon (transit fra A til B) er nøyaktigheten tilstrekkelig god, mens for operasjoner som krever høyere nøyaktighet kan ukorrigert bruk av GNSS bli for dårlig. Ionosfæren er også et problem i nord.

Les også: Bygger ut 4G-nett i Nordsjøen

Solflekker

Det er generelt mer aktivitet i ionosfæren i nord (og i sør), spesielt i perioder med høy solflekkaktivitet. Det forstyrrer signalene. I tillegg har også signalene lenger vei gjennom ionosfæren.

I sør kan man bruke landbaserte korreksjonskilder (Som IALA DGPS). Slik infrastruktur er ikke tilgjengelig i nord.

Korreksjonskilder via satellitt (SBAS – Satellite Based Augmentation System), som for eksempel EGNOS og andre kommersielle korreksjonskilder er ustabile på høye breddegrader, fordi signalene distribueres fra geostasjonære satellitter over ekvator. 

Det nye europeiske satellittnavigasjonssystemet Galileo, som nå er under implementasjon, vil bidra til bedre navigasjon og posisjonering i nordområdene.

På den positive siden kan vi bruke de flere ulike satellittsystemer i parallell. Det gir flere frekvenser, samt satellitter å spille på.

Hovedkilder: Forsker ved Sintef Marintek, Beate Kvamstad og prosjektleder i forskningsavdelingen i Kongsberg Seatex AS, Tony Haugen.

Les også:

Bygger verdens største teleskop

Tok bilder fra verdensrommet med smarttelefon