Revista >> Decembrie 2021 [Nr. 240] >> Cercetare & Invatamant superior

Contribuția României la dezvoltarea și implementarea unui sistem pentru analiza și evaluarea riscurilor din spațiul extra-atmosferic

Violeta Poenaru, Mircea Cernat, Madalina Trelia – ROSA

14 Decembrie 2021

Securitatea economiilor, societății și cetățenilor europeni se bazează pe aplicații spațiale precum comunicațiile, navigația și Observarea Pământului. În societatea în care trăim, accesul la spațiul cosmic a devenit o necesitate, în timp ce sistemele spațiale au dobândit statutul de infrastructuri critice, inclusiv în România. Cunoașterea situației spațiale a devenit astfel esențială, în special pentru utilizări critice de securitate națională, servicii economice și sociale dar și pentru buna funcționare a infrastructurii în sine. Ținând cont și de faptul că tot mai multe mega constelații de sateliți de internet pe orbite joase sunt lansate, generând un mediu orbital și mai complex, implementarea unui sistem de analiză și evaluare a riscurilor din spațiul extraatmosferic contribuie fundamental la o coordonare și o gestionare mai bună a traficului spațial. Agenția Spațială Română (ROSA) coordonează contribuțiile României la nivel european și global pentru dezvoltarea și operarea unui astfel de sistem. Din 2018, România a aderat la Consorțiul European EU SST, iar la ROSA funcționează din același an Centrul Operațional Național pentru Supraveghere și Urmărire Spațială (COSST).

Inițiativele europene de cunoaștere a situației spațiale
Vulnerabilitățile rezultate ca urmare a nefuncționării corecte a unei tehnologii spațiale au determinat creșterea interesului pentru urmărirea și monitorizarea obiectelor din spațiu, respectiv a sateliților și a deșeurilor spațiale (sateliți nefuncționali, corpuri de rachete etc). Coliziunile obiectelor spațiale aflate pe orbite joase (Low Earth Orbit — LEO), medii (Medium Earth Orbit — MEO) sau geosincrone (Geostationary Earth Orbit — GEO) pot provoca pagube semnificative și perturbări ale serviciilor furnizate de sisteme precum cele de comunicații sau de geolocalizare, la o scară largă națională și chiar internațională. De asemenea, există riscul reintrării în atmosferă a unor astfel de obiecte. Creșterea numărului de obiecte spațiale ridică probleme de securitate și sustenabilitate a spațiului cosmic.
Pe plan european, pentru prevenirea unor posibile dezastre ca urmare a coliziunii dintre obiectele spațiale, Comisia Europeană (CE) și Agenția Spațială Europeană (ESA) derulează programe și acțiuni specifice.
În 28 aprilie 2021, Uniunea Europeană, prin regulamentul 2021/696 al Parlamentului European și al Consiliului din 28 aprilie 2021, a înființat Programul Spațial al Uniunii Europene. Astfel s-a adoptat un regulament de instituire a noului program spațial al UE care să asigure: date și servicii securizate legate de spațiul cosmic, de înaltă calitate și de actualitate; beneficii socio-economice mai mari în urma utilizării acestor date și servicii; consolidarea securității și autonomiei UE.
Supravegherea și urmărirea spațială (Space Surveillance and Tracking — SST) reprezintă una dintre componentele cheie ale cunoașterii situației spațiale (Space Situational Awareness — SSA). Europa urmărește crearea, dezvoltarea și exploatarea unei rețele de senzori SST tereștri și spațiali, inclusiv senzori dezvoltați prin intermediul ESA sau al sectorului privat al Uniunii și senzori exploatați la nivel național pentru supravegherea și urmărirea obiectelor spațiale și pentru dezvoltarea și întreținerea unui catalog european de obiecte spațiale. În acest sens a fost înființat Consorțiul European SST (EU SST), din care România face parte alături de alte șase state europene.
Principalele servicii SST furnizate de consorțiul european EU SST sunt: 1) evaluarea riscurilor de coliziune între vehicule spațiale sau între vehicule spațiale și deșeuri spațiale în vederea generării de alerte pentru evitarea coliziunilor; 2) detectarea și caracterizarea fragmentărilor și 3) evaluarea riscurilor referitoare la reintrarea necontrolată a obiectelor spațiale și a deșeurilor spațiale în atmosfera terestră și generarea de informații conexe, inclusiv estimarea momentului și locului posibilului impact. Se au în vedere activități pregătitoare pentru limitarea deșeurilor spațiale și depoluarea spațiului prin gestionarea deșeurilor spațiale existente.
Pentru a-și demonstra autonomia geopolitică și a menține securitatea în spațiu, Uniunea Europeană a lansat, de asemenea, o inițiativă care vizează asumarea voluntară a unor norme de conduită prin care să se asigure sustenabilitatea pe termen lung a spațiului cosmic — inițiativa 3SOS Safety, Security and Sustainability of Outer Space. Această inițiativă se bazează pe documentul „Linii directoare pentru sustenabilitatea pe termen lung a spațiului extra-atmosferic”, aprobat în iunie 2019 de Comitetul ONU pentru Utilizare Pașnică a Spațiului Extra-atmosferic, în care sunt trasate reguli care trebuie să fie recunoscute și aplicate cu fermitate în ceea ce privește activitățile spațiale, siguranța operațiunilor spațiale, cooperare internațională, consolidarea capacităților și conștientizare, cercetare și dezvoltare științifică și tehnică. În acest sens, în anul 2021, Consorțiul European SST a elaborat un document în care se precizează contribuția consorțiului la această inițiativă.

Un domeniu strategic pentru România, cu impact național și internațional
În context internațional, România este implicată în numeroase proiecte și activități corespunzătoare domeniului SSA, prin intermediul Agenției Spațiale Române (ROSA). România participă la toate programele internaționale majore din sfera securității spațiale – programul opțional ESA SSA, comitetele și grupurile de lucru ale NATO, Agenția Europeană de Apărare (EDA) și în numeroase alte acorduri bilaterale și multilaterale privind utilizarea pașnică a spațiului cosmic.
România face parte și din Comitetul Națiunilor Unite pentru Utilizarea Pașnică a Spațiului (UN COPUOS), în cadrul căruia președintele ROSA, dr. fiz. Marius-Ioan Piso, deține calitatea de președinte pentru perioada septembrie 2020 – iulie 2022. În timpul celei de-a 76-a adunări generale a Națiunilor Unite din 25 octombrie 2021 a fost discutată și adoptată agenda „Space 2030 – spațiu ca motor al dezvoltării durabile”, prezentată de președintele UN COPUOS.
În cadrul ESA, România participă la Programul Space Situational Awareness din 2012, anul în care s-a semnat aderarea la acest program. În același timp ca un participant și contributor financiar la acest program opțional, România și-a exprimat în mod explicit dorința de a investi în domeniul SSA. În plus, la 25 aprilie 2019, Agenția Spațială Română (ROSA) a semnat un acord de schimb de date cu USSTRATCOM, care promovează deschiderea, predictibilitatea și transparența în activitățile spațiale. Monitorizarea efectivă și cunoașterea situației spațiale necesită cooperare, astfel, acest acord stabilește o legătură între România și SUA, permițând comunității spațiale să devină mai eficientă în desfășurarea activităților, întărind siguranța spațială pentru toate statele.
Dependența tot mai mare de sistemele spațiale le plasează pe acestea în zona infrastructurilor critice a căror perturbare sau distrugere poate genera daune de lungă durată. În cadrul unui proiect IAA de cercetare coordonat de ROSA în perioada 2012-2016 s-au analizat riscurile și amenințările la adresa infrastructurii critice spațiale în contextul guvernanței globale a militarizării spațiului și a amenințărilor non-sateliți și riscurile specifice privind fenomene meteo spațiale, deșeuri spațiale și impacturi cu consecințe la scară globală. S-au elaborat studii de caz privind dependența sistemelor spațiale de GNSS, Observarea Pământului, utilizarea nanosateliților și SSA. ROSA a promovat considerarea sistemelor spațiale drept infrastructuri critice la nivel global, o acțiune de pionierat, UE și SUA adoptând această poziție 8-9 ani mai târziu. În România, această integrare în zona infrastructurilor critice a fost o prioritate legislativă îndeplinită cu succes de ROSA.
Începând cu anul 2011, ROSA organizează anual împreună cu Academia Internațională de Aeronautică (IAA) o conferință dedicată infrastructurilor critice la care participă experți din domeniul spațial pentru a trasa acțiunile pe termen scurt și lung legate de spațiu, în baza activităților de cercetare desfășurate de aceștia în proiectele naționale și europene. În luna august 2021 a avut loc cea de-a 10-a ediție a conferinței, marcând astfel un deceniu de activități românești dedicate sistemelor spațiale ca infrastructuri critice. De asemenea, în 2011, ROSA organiza în România ce-a de-a doua ediție a conferinței internaționale IAA Planetary Defense Conference, demonstrând încă o dată viziunea strategică a Agenției Spațiale Române (ROSA) și traducerea acesteia în acțiuni concrete la nivel internațional.
Pe plan național, cercetătorii români abordează subiecte de SSA încă din anul 1957, derulând activități de cercetare științifică în domeniile vreme spațială, astrofizică, servicii de monitorizare a activității geomagnetice, procesarea datelor SSA provenite de la state terțe și consultanță. Ca urmare există capabilități de cercetare științifică pentru efectuarea de măsurători de poziție pe sfera cerească a obiectelor din proximitatea Pământului (astrometrie), securizarea orbitelor acestor obiecte nou descoperite (observații și date înregistrate imediat ce s-a emis o alertă de identificare a unui nou asteroid geointersector), dezvoltare de prototipuri în domeniul senzorilor optici şi radio pasivi pentru supravegherea obiectelor spaţiale de la sol (sateliţi activi, deşeuri spaţiale, meteoriţi), efectuarea de experimente de detectare și urmărire a unor obiecte spaţiale de interes, dezvoltare de software și sisteme pentru analiză și procesare de date astronomice. În prezent, colaborarea eficientă dintre experții din domeniul academic, industrial și al instituțiilor publice a dus la dezvoltarea unui program SSA național cu activități în toate cele trei componente. Platforma SAFESPACE dedicată armonizării eforturilor de cercetare – dezvoltare pentru viitoare servicii NEO (Near Earth Objects), SWE (Space Weather) și SST vine în completarea acestor capabilități.
O rețea de senzori specifici fiecărui segment a fost dezvoltată recent, fiind echipată cu tehnologie performantă de achiziție de date, permițând astfel monitorizarea pericolelor ce provin din spațiul extra-atmosferic, atât a celor generate de obiectele spațiale naturale și artificiale, cât și de activitatea solară.
Odată cu semnarea acordului de aderare la consorțiul european EU SST în decembrie 2018, România s-a implicat activ prin ROSA în toate proiectele europene dedicate SST [https://www.eusst.eu]. Un prim pas a constat în demonstrarea capabilităților românești de a contribui cu date observaționale la serviciile furnizate de Consorțiu. Analiza și interpretarea datelor astronomice au adăugat plus valoare acestor capabilități. Un astfel de exemplu este prezentat în figura 1.

Din măsurătorile efectuate pe satelitul COSMOS 2473, Norad ID 37806, la sfârșitul lunii septembrie 2020, s-a observat un comportament diferit al acestuia pe orbita GEO. Analizând imaginile astronomice achiziționate de telescopul românesc NEEMO-T05, s-a constatat că obiectul are variații mari de strălucire care ar putea sugera pierderea controlului atitudinii.
O altă contribuție este reprezentată de observarea operațiunilor pe orbită pentru prelungirea duratei de funcționare a satelitului Intelsat 10-02 (Norad ID 28358), prin cuplarea lui cu un alt satelit (MEV 2, Norad ID 46113) prevăzut cu un motor și un rezervor de combustibil destinate extinderii misiunii (aprilie 2021). În figura 2 se observă apropierea celor doi sateliți în vederea unei posibile cuplări.

Cel mai recent exemplu este dat de evenimentul de fragmentare a satelitului rusesc COSMOS 1408 (13552). Senzorii radar din consorțiul EU SST au detectat un nor de fragmente pe coordonatele orbitale ale satelitului și, drept urmare, s-a decis observarea evenimentului pentru detectare de fragmente și catalogare. Telescopul românesc AROAC-T08 a participat la campania de observații în noaptea imediat următoare evenimentului și a detectat patru fragmente, obținând informația astrometrică pentru două dintre ele (figura 3).

România dispune și de capabilități de procesare a datelor astronomice de la telescoape, de identificare obiecte de interes din imagini și de obținere de măsurători precise ale poziției și magnitudinii obiectelor din imagini. Mai mult, participarea instituțiilor românești în proiecte ESA dedicate SST, orientate pe îmbunătățirea algoritmilor de procesare și analiză în vederea evaluării autonome a riscului de coliziune între obiecte spațiale (autonomous collision avoidance) au demonstrat că România poate dezvolta un astfel de serviciu. Exercițiul realizat între centrele operaționale dedicate SST din România și Italia pentru estimarea momentului și a locului probabil de impact pentru un eveniment de reintrare în atmosfera terestră a unui obiect spațial fictiv a confirmat că România poată să dezvolte și să susțină un serviciu de reintrare în atmosfera terestră.

Obiectivele ROSA pentru extinderea capabilității României în domeniul SST
Proiectele europene dedicate SST au permis colaborarea între diferite instituții publice și industrie pentru unirea efortului de a asigura servicii operaționale în domeniul SSA. Componenta SST (senzori, procesarea datelor, furnizarea de servicii) trebuie dezvoltată continuu pentru a veni în întâmpinarea cerințelor existente în managementul traficului spațial. Pentru aceasta, este oportun ca la nivel național să fie dezvoltată rețeaua de senzori capabilă să achiziționeze date în mod automat și să le transmită în timp real operatorilor de procesare date pentru prelucrare și oferire de servicii operaționale de tip re-intrare în atmosferă, evitarea coliziunii dintre două obiecte spațiale și catalogare obiecte spațiale (figura 4). În acest sens, rețeua națională de senzori s-a extins cu telescoape noi: AROAC-T61 la Cluj și HARET la Berthelot. Întrucât evenimentele SST se desfășoară pe porțiuni spațiale foarte întinse, eforturile României în acest domeniu includ amplasarea de senzori optici în afara Europei, precum relocarea sistemului NEEMO de la București la Perth, Australia, prevazută în proiectele europene SST. Prin această relocare, contribuția României la serviciile EU SST se va îmbunătăți semnificativ, printr-un volum mai mare de date de supraveghere și participare la solicitările de urmărire de obiecte spațiale care orbitează înzone care nu pot fi acoperite din Europa.

Agenția Spațială Română (ROSA) are în vedere dezvoltarea de două noi sisteme asemănătoare NEEMO, care să fie amplasate în America Centrală și Coreea de Sud, pentru o acoperire mai bună a orbitei GEO. ROSA are în vedere automatizarea și robotizarea senzorilor optici și radar pentru furnizarea de date astrometrice precise către consorțiul EU SST și pentru dislocarea și operarea de la distanță a senzorilor României din afara Europei.
Îmbunătățirea performanțelor de achiziție a datelor astronomice de la senzorii optici și radar, corelată cu îmbunătățirea algoritmilor de procesare și validare date astrometrice, vor contribui la elaborarea unui catalog național actualizat în timp aproape real și la implementarea unei versiuni incipiente de serviciu de re-intrare în atmosferă a obiectelor spațiale. Împreună vor putea oferi suport decizional în cazul unui eveniment de criză (coliziune, căderi de obiecte din spațiul extraatmosferic).
Dezvoltarea catalogului național de obiecte spațiale va permite rafinarea orbitelor sateliților nefuncționali și a deșeurilor spațiale și detectarea de manevre efectuate de operatorii satelitari în eventualitatea unei posibile conjuncții dintre un satelit funcțional și un deșeu spațial, contribuind la creșterea acurateței datelor astrometrice încărcate în baza europeană EU SST și la oferirea de servicii de înaltă precizie. Prin dezvoltarea în cadrul unui proiect național a unui serviciu de re-intrare a obiectelor spațiale în atmosfera terestră, Agenția Spațială Română țintește oferirea acestui serviciu în cadrul consorțiului EU SST. Astfel, România își va întări rolul pe care îl are la nivel european, în contextul lărgirii cooperării europene în domeniul SST.