Despre domeniul Cunoașterii Situației Spațiale (SSA)

Sistemele care furnizează informații din spațiu au devenit un element deosebit de important pentru un spectru larg de aplicații critice pentru segmente cheie ale economiei, inclusiv cele asociate securității, și se poate aștepta ca dependența acestora de activitatea spațială să crească rapid în viitorul imediat. Economiile moderne folosesc navigația, comunicarea, observarea Pământului, meteorologia și multe alte aplicații și servicii derivate pentru a fi competitive și a se dezvolta. Toate acestea, se bazează pe disponibilitatea continuă a unei infrastructuri care include o componentăspațială.

Conceptul de Cunoaștere a Situației Spațiale (SSA) în definiția sa europeană se referă la cunoașterea cuprinzătoare, înțelegerea și menținerea conștientizării în ceea ce privește obiectele spațiale aflate pe orbite, mediul spațial și amenințările / riscurile asociate.Intenția generală a inițiativei privind Cunoașterea Situației Spațiale (SSA) este de a sprijini programul independent european de acces la mijloacele și serviciile de cercetare spațială. Acest lucru ar trebui realizat prin furnizarea de date, informații și cunoștințe în timp util și de calitate privind mediul, alertele referitoare la posibile amenințări precum și exploatarea durabilă a spațiului din jurul Pământului.

Obținerea unei mai bune înțelegeri a spațiului, în special a spațiului cosmic, a obiectelor din apropierea Pământului, a populației de corpuri spațiale și posibilitatea de a anticipa evenimentele legate de riscurile asociate este esențială pentru a proteja infrastructurile critice atât în spațiu, cât și pe Pământ. Se observă că spațiul devine accesibil pentru mult mai mai mulți utilizatori decât în trecut. Atât numărul crescut de sateliți mai mici, precum și planurile de dezvoltare pentru desfășurarea unor constelații mari de sateliți, sporesc în continuare necesitatea unor informații fiabile și la timp referitoare la populația obiectelor spațiale. Agenția Spațială Europeană (ESA), recunoscând această necesitate, a realizat, începând din 2009, un program de cunoaștere a situației spațiale (SSA) cu trei segmente: Vremea spațială (SWE), Obiectele apropiate de pământ (NEO) și Supravegherea și urmărirea spațială (SST).

Cunoașterea Situației Spațiale in Romania

Cercetările SWE au început la Bucureşti în 1957, o data cu lansarea primului satelit artificial, în Anul Geofizic Internaţional, prin observaţii de patrulare solară efectuate de staţia solară de la Bucureşti, ce aparţine Institutului Astronomic al Academiei Române (IAAR). Staţia solară de la Bucureşti este localizată pe meridianul GMT+2, ocupând o poziţie strategică şi în prezent pentru că este prima staţie solară a unui stat membru ESA, vizitată de Soare.

România a fost prezentă în peisajul SSA-SWE începind cu anii ’90, în principal ca utilizator al serviciilor de date, satelitare şi de la sol, cu relavanţă pentru înţelegerea proceselor fizice din magnetosferă şi cuplajul vânt solar – magnetosferă - ionosferă. În ultimii ani s-au făcut paşi importanti în direcţii noi cum ar fi modelarea numerică a proceselor fizice implicate în evenimente SWE, studiul ionosferei şi forcingul ei atmosferic şi cosmic. ISS-INFLPR participă la un proiect european FP7 circumscris tematicii SWE – turbulența în plasmele solar terestre. ISS-INFLPR dezvoltă parteneriate interne şi internaționale pe tematici relevante SWE: cu IASB in domeniul radiaţiei cosmice şi modelării interacțiilor solar terestre, cu NOAA în domeniul modelării ionosferei şi cuplajului atmosferă-ionosferă-termosferă, inclusiv prin validare cu date de la sol, cu INFP şi Universitatea din Galați în domeniul fizicii ionosferei, al interacțiilor solar-terestre şi al hazardurilor naturale, cu Observatorul din Atena şi Institutul Geofizic din Budapesta în domeniul monitorizării experimentale a ionosferei şi campului geomagnetic de la sol şi cu sateliţi, în special misiunea ESA SWARM.

Implicarea românească în proiecte referitoare la relaţia Soare–Pământ s-a diversificat, cu accent pe tematici de cercetare care vizează înţelegerea fundamentelor vremii spaţiale. Tematicile abordate la Institutul de Ştiinţe Spaţiale (ISS) din Bucureşti-Măgurele au vizat în particular fizica magnetosferei şi cuplajul acesteia cu vântul solar şi ionosfera. În prezent, cercetările derulate la ISS urmăresc analiza, calibrarea şi validarea datelor furnizate de misiuni spaţiale şi observatoare terestre, de exemplu misiunile Cluster (ESA; lansare Iulie / august 2000), FAST (NASA; lansare August 1996), THEMIS (NASA, lansare Februarie 2007), Swarm (ESA; lansare Noiembrie 2013.

În calitate de membru al ESA, Romania participă la Programul “Space Situational Awareness” începând cu anul 2012, iar din anul 2013 la lucrările Comisiei Europene privind instituirea Cadrului de sprijin pentru supraveghere și urmărire spațială.

Dezvoltarea capacităţii naţionale de cercetare, monitorizare şi prognoză în domeniul cunoașterii situației spațiale, urmăreşte stimularea calitativă şi cantitativă a potențialului de cercetare în domeniul spaţial din România şi întărirea conexiunilor acestuia cu inițiativele europene şi comunitatea ştiinţifică internaţională.

Necesitatea demersului

Apărarea împotriva evenimentelor extreme din spaţiul cosmic, ce pot afecta Pământul, implică înţelegerea lor şi elaborarea unor modele de prognoză. Aceste evenimente sunt rare sau excepţionale (apar la câteva zeci de ani), implică niveluri de energie neobişnuit de mari şi au un impact mare, adesea cu efecte în cascadă. Apărarea împotriva unor astfel de cazuri excepţionale, care prin amploarea lor, pot afecta şi ţari la latitudini medii, cum este România, sunt relevante pentru evaluarea vulnerabilităţilor şi pentru a proiecta acţiuni de avertizare şi apărare sau diminuare a efectelor.

În țara noastră există experienţă şi realizări în domeniul SSA, totuși, activitatea de cercetare, monitorizare şi prognoză a situaţiei din spaţiul extraatmosferic, trebuie susţinută, dezvoltată şi concretizată pe plan intern prin servicii şi produse specifice. În prezent, informaţiile şi predicţiile privind eventualele pericole care pot proveni din spaţiu sunt incomplete sau restricţionate, fiind preluate din surse de interes ce emit previziuni cu impact asupra unor zone geografice foarte extinse, iar particularizarea acestora la teritoriul naţional nu este făcută decât pentru anumite cazuri extreme, în majortatea situaţiilor, efectele fiind deja în derulare.

Fenomenele extreme asociate vremii spaţiale au un impact major asupra:

  • sistemelor terestre de comunicaţii
  • reţelelor de furnizare a energiei
  • sistemelor de comuncaţii satelitare
  • sistemelor GPS
  • mediului biologic terestru
  • organismului uman

Pe plan internaţional, efectele extreme ale SWE şi NEO sunt recunoscute ca factori de risc major şi sunt înregistrate în rândul situaţiilor de urgenţe civile. Multe ţări au deja metode integrate de analiză a condiţiile meteo din spaţiu şi strategii de apărare împotriva dezastrelor naturale. Există, de asemenea, interesul din ce în ce mai mare, de pregatire împotriva catastrofelor naturale venite din spaţiu. Astfel, a fost organizat Serviciul Internaţional pentru Mediul din Spaţiul Cosmic (International Space Environment Service) ce conţine 15 centre regionale de avertizare, 4 centre asociate şi un centru colaborativ de experţi.

Corpuri apropiate de Pământ (NEO)

În ultimele doua decenii trei asteroizi NEO au fost vizitaţi de sonde spatiale in scopuri stiintifice şi tehnologice. Sonda spatiala NEAR- Shoemaker lansată de NASA a vizitat asteroidul 433 Eros, sonda spaţiala japoneză Hayabusha a vizitat şi studiat asteroidul 25413 Itokawa (dimensiunea cea mai mare a asteroidului este 500metri). În sfârsit, o misiune tehnologică chinezească numită Cheng-2 a facut de curând un survol al asteroidului 4179 Toutatis. Datele ştiinţifice obţinute pentru aceste obiecte favorizează o structura interna compusă, în care multiplele roci ce compun aceste obiecte sunt ţinute împreuna de un camp gravitaţional propriu de mică intensitate.

De-a lungul istoriei scrise au existat relatări despre ciocnirei intre corpuri cereşti şi Pământ, cu menţiuni privind victime, distrugeri ale zonelor locuite sau nelocuite. Unul dintre impacturile cele mai cunoscute în istoria modernă a fost “evenimentul Tunguska”, petrecut în Siberia în anul 1908. În anul 2013, meteoritul care a explodat deasupra oraşului Celiabinsk a reprezentat cel mai puternic impact de la evenimentul Tunguska. Cel mai important impact non-terestru a fost ciocnirea cometei Shoemaker–Levy 9 cu Jupiter, în anul 1994. Acest eveniment a reprezentat momentul de început al unor programe de căutare sistematică şi de descoperire a asteroizilor şi cometelor. Aceste programme au purtat numele LINEAR, NEAT, LONEOS. Noi programme de descoperire si monitorizare a obiectelor mici din sistemul solar, in particular al asteroizilor NEO sunt in curs de desfasurare. Mentionam o lista non-exhaustiva a acestora : Pan-Starrs, Catalina Sky Survey, NEO-WISE. O statistica a descoperirilor NEO pana in anul 2014 este prezentata in graficul de mai jos. Trebuie mentionat ca numarul descoperirilor NEO este in continuare in crestere, in anul 2014 inregistrandu-se peste 600 noi obiecte descoperite.

Supraveghere și urmărire spațială (SST)

Sistemele de senzori existente în prezent pentru descoperirea şi urmărirea fragmentelor spaţiale sunt ESA Space Debris Telescope (Tenerife Spania), GRAVES şi TAROT (Franţa), TIRA (Wachtberg Germania), Goldstone radar (Deşertul Mojave SUA), Haystack radar (Westford SUA) the EISCAT radar (finanţat şi operat de institute de cercetare din Norvegia, Suedia, Finlanda, Japonia, China, Franţa, Germania şi Marea Britanie), radarul Cobra Dane (Shemya Alaska). Datele sunt folosite şi pentru calibrarea unor modele (ESA-MASTER) utilizate pentru evaluarea impactului cu fragmentele spaţiale mai mici, care nu pot fi urmărite în permananţă.

În cadrul Agenţiei NATO pentru Ştiinţă şi Tehnologie (NATO-STO) este constituit un grup pentru spaţiu (Space R&T Team) compus din experţi din mediul guvernamental, academic şi industrial, cu acoperire din toate panelurile STO, cu reprezentare naţională, din mediul de planificare industrială, achiziţii, testare – evaluare şi operaţional. Activităţile acestei echipe vizează trei obiective: capabilităţi spaţiale pentru protecţia forţei NATO; cunoaşterea situaţiei spaţiale a NATO şi a capabilităţilor şi echipamentelor ce nu aparţin NATO; păstrarea capabilităţilor NATO în medii ostile [40]. Între grupurile de lucru ale NATO-STO, relevante pentru se remarcă SET-147 şi SCI-229. Grupul SET-147 „Microsateliţi şi Supravegherea Spaţiului” are ca obiective majore:

  1. Investigarea posibilităţii de a utiliza microsateliţi ca platformă pentru supravegherea spaţiului din spaţiu şi identificarea misiunilor pentru care microsateliţii pot fi relevanţi.
  2. Calificarea capabilitătilor şi identificarea limitelor satelitului canadian NEOSSAT.
  3. Experimente de supraveghere spaţială de la sol şi din spaţiu efectuate în comun de statele NATO participante la proiect.
  4. Exercitii de demonstrare a interoperabilităţii statelor NATO în cadrul experimentelor efectuate.

Vreme spațială (SWE)

În prezent, SUA deţin cea mai completă reţea spaţială şi terestră de previziune SWE. Centrul de previziune a vremii spaţiale al SUA - SWPC este subordonat Administraţiei Naţionale Oceanice şi Atmosferice NOAA şi are rolul de a monitoriza continuu şi a emite informări publice asupra mediului spaţial şi posibilului impact asupra Pământului în urma evenimentelor geofizice. SWPC, este unul din cele nouă centre naţionale pentru predicţii de mediu, asigură monitorizarea în timp real a vremii spaiale şi efectuează cercetări şi dezvoltă tehnici de previzionare a perturbaţiilor solare şi geofizice. Este condus în comun de NOAA şi USAF şi cooperează cu parteneri naţionali şi internaţionali

În Europa, Agenţia Spaţiala Europeană a susţinut activități similare în domeniul radiaţiei spaţiale de la începutul anilor 1990 când a contribuit la dezvoltarea câtorva poli de expertiză europeană în domeniul radiaţiei spaţiale și a efectelor SWE. În a doua jumatate a anilor ’90 a fost inaugurat primul serviciu european, simultan cu centrul american de la NOAA, de modelare si vizualizare on-line a radiației datorată electronilor și ionilor din centurile Van Allen şi câmpului magnetic terestru – sistemul SPace Environment VISualization. Acest element a devenit mai tarziu un precursor al serviciilor integrate de SWE ale ESA, portalul http://swe.ssa.esa.int. In anul 1981, Observatorul Regal de Astronomie din Bruxelles (ROB) a preluat de la Observatorul din Zurich responsabilitatea calculului indicelui de activitate solară bazat pe numarul de pete solare – Solar Sunspot Index. IASB si ROB au devenit ulterior coordonatorii centrelor de specialişti (Expert Specialized Center – ESC) in domeniul radiatiilor spatiale (IASB) respectiv meteorologia spaţiala a Soarelui (ROB). Cele doua instituţii coordoneaza si Centrul ESA de Coordonare a Activitatilor Spatiale de pe platoul Uccle, Bruxelles, Belgia.

Ca mijloace strategice de atingere a acestor obiective ESA își propune dezvoltarea si consolidarea centrelor de expertiză pe cei cinci mari piloni:

  • meteorologia spațială a Soarelui
  • meteorologia spațiala a ionosferei
  • radiație spatială
  • condiţii geomagnetice
  • meteorologia spatiala a spatiului interplanetar (vânt solar)

Programul spaţial al Chinei este condus de Adminstraţia Spaţială a Republicii Chineze - CNSA. Câteva dintre proiectele relevante pentru SWE, sunt: misiunea “Double Star” (compusă din 2 sateliţi, lansaţi în 2003 şi 2004, în comun cu ESA, pentru studierea magnetosferei Pământului, cercetări de astrofizică, cu cel mai mare telescop solar (construcţia fiind planificată să înceapă în 2016), proiectul 973 “Space Hard X-Ray Modulation Telescope” planificat 2014-2016 şi misinea “Kuafu”.