Będą podsłuchiwać satelity. Sami nie wyślą żadnego sygnału

Australijski resort obrony uruchomił właśnie próbę systemu SkyDome zbudowanego przez firmę Quasar Satellite Technologies. Czujnik został rozmieszczony w Australii Południowej, choć wojsko nie ujawniło jego dokładnej lokalizacji, zasięgu ani pasm częstotliwości objętych testem.

Przez następnych 12 miesięcy operatorzy mają sprawdzać, czy system rzeczywiście dostarcza przydatnych informacji podczas scenariuszy przypominających prawdziwe działania. Ważna będzie nie tylko sama zdolność wykrycia satelity, lecz także połączenie danych SkyDome z istniejącymi wojskowymi systemami dowodzenia i obserwacji.

Australijczycy nie kupili jeszcze dużej sieci gotowych sensorów. To raczej próba, której wyniki mają pomóc w podejmowaniu przyszłych decyzji inwestycyjnych. Nie wiadomo również, ile satelitów system może obecnie śledzić jednocześnie ani z jaką dokładnością wyznacza ich orbity. Najważniejsza właściwość została jednak ujawniona. SkyDome korzysta z pasywnego rozpoznania częstotliwości radiowych. Zamiast wysyłać impuls i czekać na echo, słucha tego, co obiekty orbitalne emitują już z własnej inicjatywy.

Większość działających satelitów nie jest cicha. Musi regularnie łączyć się ze stacjami naziemnymi, przesyłać stan urządzeń, potwierdzać pozycję i odbierać polecenia. Satelita obserwacyjny zrzuca zdjęcia, maszyna meteorologiczna przekazuje pomiary atmosfery, konstelacja telekomunikacyjna wysyła dane użytkowników, a system nawigacyjny rozgłasza bardzo dokładny czas oraz informacje potrzebne odbiornikom do wyznaczenia pozycji.

Do tego dochodzi oczywiście telemetria, śledzenie i sterowanie, określane skrótem TT&C. Operator musi wiedzieć, czy panele słoneczne pracują prawidłowo, ile pozostało energii, jaka jest temperatura podzespołów i czy satelita wykonał zaplanowany manewr. Każda taka transmisja pozostawia radiowy ślad. SkyDome ma przechwytywać sygnał, określać kierunek jego nadejścia i obserwować, jak źródło przesuwa się po niebie.

Podsłuchiwanie nie oznacza jednak automatycznego czytania tajnych wiadomości. Pasywny sensor może działać bez odszyfrowywania zawartości transmisji. Cenne są już jej zewnętrzne cechy: częstotliwość, szerokość pasma, moc, polaryzacja, sposób modulacji, czas pojawienia się oraz tempo zmian.

Klasyczny radar wysyła silny impuls radiowy. Fala dociera do obiektu, odbija się od niego i wraca do anteny. Z czasu przelotu oraz kierunku odbicia można wyznaczyć odległość i położenie celu. SkyDome nie prowadzi jednak przesłuchania w taki sposób. Odbiera transmisję satelity i analizuje m.in. kierunek nadejścia oraz efekt Dopplera. Częstotliwość sygnału nieznacznie rośnie, gdy obiekt się zbliża, i spada, kiedy zaczyna się oddalać.

Jeżeli dane pochodzą z kilku odpowiednio zsynchronizowanych odbiorników, to można również porównywać czas lub częstotliwość dotarcia sygnału do poszczególnych miejsc. Różnice są minimalne, ale wystarczają do wyznaczania położenia i ruchu nadajnika. Kolejne pomiary tworzą ślad. Oprogramowanie porównuje go z przewidywanymi orbitami i sprawdza, czy obserwowany obiekt zachowuje się zgodnie z katalogiem.

Jeżeli satelita znajduje się w innym miejscu, niż powinien, zmienił orbitę albo pojawił się sygnał niepasujący do żadnego znanego obiektu, operatorzy dostają informację wymagającą dalszego sprawdzenia. Właśnie tu pasywny sensor przestaje być zwykłym odbiornikiem radiowym. Nie tylko słucha. Buduje obraz aktywności na orbicie.

Technologia Quasar wywodzi się z australijskiej radioastronomii. Jej podstawą są anteny fazowane opracowane przez narodową agencję naukową CSIRO dla radioteleskopu ASKAP. Tradycyjna stacja satelitarna wykorzystuje ruchomą czaszę. Mechanicznie obraca ją w stronę jednego obiektu i podąża za nim podczas przelotu. Dopiero po zakończeniu sesji może przejść do obsługi kolejnego satelity.

Matryca fazowana działa zupełnie inaczej. Składa się z wielu elementów odbierających tę samą falę z minimalnymi przesunięciami. Komputer łączy sygnały i tworzy cyfrową wiązkę skierowaną w wybrany punkt nieba. Nie trzeba za każdym razem obracać wielkiej anteny. Kierunek obserwacji zmienia się elektronicznie, a jeden zestaw może tworzyć kilka lub wiele niezależnych wiązek.

Rozwiązanie stworzone dla ASKAP pozwoliło radioastronomom obserwować obszar około 30 razy większy niż w przypadku klasycznego odbiornika. Quasar wykorzystuje tę samą ideę do śledzenia aktywności satelitarnej. SkyDome ma więc nie wpatrywać się w pojedynczy punkt, lecz obserwować szeroki fragment nieba i równocześnie wydzielać z niego transmisje pochodzące od różnych obiektów. Firma deklarowała wcześniej możliwość obsługi setek łączy satelitarnych przez jedną kompaktową stację.

Brak własnej emisji daje systemowi tak naprawdę kilka istotnych przewag. Przede wszystkim nie trzeba zużywać ogromnej ilości energii na wysyłanie sygnału zdolnego dotrzeć na orbitę i wrócić jako słabe echo. Czujnik może być prostszy do rozproszenia, a większą część pracy wykonują odbiorniki oraz oprogramowanie.

Pasywne działanie nie dodaje również kolejnego silnego nadajnika do coraz bardziej zatłoczonego widma radiowego. System nie zakłóca obserwowanych satelitów ani legalnej łączności prowadzonej przez ich operatorów. Najciekawsza jest jednak dyskrecja. Obserwowany satelita nie otrzymuje żadnego impulsu świadczącego o tym, że właśnie znalazł się pod kontrolą sensora. SkyDome korzysta z transmisji, którą maszyna i tak wysłała w kierunku Ziemi.

Nie oznacza to, że sama instalacja staje się niewidzialna. Przeciwnik może poznać jej położenie dzięki zdjęciom satelitarnym, wywiadowi albo obserwacji infrastruktury. Znacznie trudniej będzie mu jednak stwierdzić na podstawie aktywności radiowej, kiedy sensor pracuje i na którym obiekcie skupia uwagę. Aktywny radar można wykryć po wysyłanej wiązce. Pasywne ucho nie zdradza się tak łatwo.

Największa zaleta pasywnego systemu jest jednocześnie jego podstawowym ograniczeniem. Aby bezpośrednio wykryć satelitę, trzeba mieć czego słuchać. Działająca maszyna telekomunikacyjna może emitować przez znaczną część czasu. Satelita wojskowy może jednak ograniczyć transmisje, zmienić częstotliwość, kierować wąską wiązkę do wybranej stacji albo całkowicie zamilknąć podczas szczególnie wrażliwej operacji.

Martwe satelity, fragmenty rakiet i większość kosmicznych śmieci nie wysyłają niczego. Pasywny odbiornik ich nie usłyszy, chyba że wykorzysta fale pochodzące z innych nadajników i odbite od obiektu. Radar pozostaje więc potrzebny do wykrywania celów, które nie chcą albo nie potrafią się odezwać. Teleskop może natomiast zobaczyć odbite światło i dokładniej opisać kształt lub sposób obrotu obiektu.

Przeczytaj także:

Dopiero połączenie kilku typów danych daje wiarygodny obraz całości. Sygnał radiowy zdradza aktywność elektroniki, radar dostarcza pomiar odległości, a optyka pozwala potwierdzić pozycję i wygląd celu. Każdy sensor ma inną ślepą plamę. Warstwowy system nadzoru powstaje właśnie po to, aby przeciwnik nie mógł zniknąć po wyłączeniu jednego nadajnika albo schowaniu się za chmurą.

* Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI