Werkt je GPS nog als Russische satellieten botsen op de onze?

Een Russische militaire satelliet naderde onlangs de commerciële radarsatelliet ICEYE-X36. Volgens satellietexpert Marco Langbroek van de TU Delft had de Russische satelliet zijn baan meerdere keren aangepast om dichterbij te komen. Een botsing bleef uit, maar de manoeuvres waren volgens de expert ongebruikelijk en zorgwekkend.

ICEYE-X36 maakt deel uit van een satellietnetwerk dat onder meer wordt gebruikt voor militaire observaties in Oekraïne. Met behulp van radar kunnen de satellieten ook 's nachts en door bewolking heen beelden maken. Waarom Rusland de satelliet zo dicht naderde, is onduidelijk. Mogelijk ging het om intimidatie, spionage of het demonstreren van militaire mogelijkheden.

Eén botsing kan duizenden nieuwe gevaren opleveren

Het grootste gevaar van een aanval op een satelliet is niet noodzakelijk het verlies van die ene satelliet. Bij een botsing kunnen duizenden brokstukken ontstaan, die met snelheden van meerdere kilometers per seconde rond de aarde blijven vliegen.

Die brokstukken kunnen vervolgens andere satellieten raken, waardoor opnieuw ruimtepuin ontstaat. Zo kan een kettingreactie ontstaan die zichzelf versterkt. Dit verschijnsel staat bekend als het Kessler-syndroom, genoemd naar NASA-wetenschapper Donald Kessler, die het risico in 1978 beschreef.

Het is geen denkbeeldig probleem. Volgens de Europese ruimtevaartorganisatie ESA bevinden zich inmiddels naar schatting meer dan een miljoen brokstukken groter dan een centimeter in een baan om de aarde. Zelfs zulke kleine voorwerpen kunnen bij een botsing enorme schade veroorzaken.

ESA waarschuwt dat het aantal brokstukken uiteindelijk ook zonder nieuwe satellietlanceringen kan blijven toenemen. In het ernstigste scenario worden bepaalde banen rond de aarde zo gevaarlijk dat nieuwe satellieten er nauwelijks nog veilig kunnen functioneren.

Dat betekent overigens niet dat na één botsing onmiddellijk alle satellieten worden vernietigd. Een Kessler-kettingreactie kan zich over tientallen jaren ontwikkelen en vooral bepaalde drukbevolkte delen van de ruimte treffen.

Maar blijft je GPS dan werken?

Dat hangt vooral af van waar de botsingen plaatsvinden. Veel commerciële observatie- en communicatiesatellieten bevinden zich enkele honderden kilometers boven de aarde. GPS-satellieten vliegen veel hoger, op ongeveer 20.200 kilometer. Het Europese Galileo-netwerk bevindt zich op ongeveer 23.200 kilometer hoogte.

Een kettingreactie in een lage baan om de aarde betekent daarom niet automatisch dat ook het GPS-netwerk wordt vernietigd.

Bovendien zijn moderne navigatieapparaten doorgaans niet afhankelijk van alleen het Amerikaanse GPS. Smartphones, autonavigatiesystemen en landbouwmachines gebruiken vaak meerdere satellietnetwerken tegelijk. Naast GPS zijn dat onder meer het Europese Galileo, het Russische GLONASS en het Chinese BeiDou, hoewel die laatste 2 bij een wereldoorlog waarschijnlijk ook uitgeschakeld zullen worden.

Deze systemen worden samen aangeduid als GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Door signalen van verschillende netwerken te combineren, kunnen ontvangers hun positie nauwkeuriger en betrouwbaarder bepalen. Valt één netwerk uit, dan kunnen veel apparaten overschakelen op de overige beschikbare satellieten.

Dat biedt extra zekerheid, maar geen volledige bescherming. Grootschalige verstoringen kunnen meerdere satellietsystemen tegelijk treffen.

Precisielandbouw vraagt om centimeters nauwkeurigheid

Voor de landbouw zijn de gevolgen mogelijk nog groter. Moderne trekkers, veldspuiten en oogstmachines gebruiken satellietnavigatie voor automatische besturing, het nauwkeurig bewerken van percelen en het voorkomen van overlap.

Daarbij is de standaardnauwkeurigheid van satellietnavigatie vaak onvoldoende. Voor precisielandbouw worden daarom aanvullende correcties gebruikt, zoals RTK (Real Time Kinematic). Met correcties afkomstig van een referentiestation of netwerk kan een landbouwmachine zijn positie tot op enkele centimeters nauwkeurig bepalen.

RTK is zelf geen satellietnavigatiesysteem. Het verbetert de positiebepaling op basis van signalen van GPS, Galileo, GLONASS en andere GNSS-netwerken. Die correcties worden doorgaans via een mobiele internetverbinding of radioverbinding ontvangen.

Daarmee is precisielandbouw afhankelijk van meerdere technische systemen tegelijk. Als GNSS-signalen worden verstoord, kan ook RTK geen betrouwbare positie meer berekenen. En wanneer de verbinding met een correctienetwerk wegvalt, kan de nauwkeurigheid terugvallen, zelfs als de satellieten gewoon functioneren.

Voor een automobilist betekent enkele meters afwijking doorgaans weinig. Voor een tractor die met RTK exact tussen gewassen moet rijden of een veldspuit die eerdere rijsporen volgt, kan zo'n afwijking betekenen dat het werk moet worden onderbroken.

Je hoeft geen satelliet neer te schieten om hem uit te schakelen

Dat satellietdiensten ook zonder fysieke aanval kwetsbaar zijn, ondervond Oekraïne onlangs. Volgens The Wall Street Journal gaf Elon Musk persoonlijk opdracht om de snelheid van de militaire versie van zijn Starlink-netwerk te beperken.

De maatregel trof onder meer Oekraïense drones, die daardoor problemen kregen met hun satellietverbinding. Volgens Oekraïense functionarissen werden sommige militaire systemen vrijwel onbruikbaar.

Over de verantwoordelijkheid voor de beperkingen bestaat onenigheid. Musk verwees naar het Amerikaanse leger en president Donald Trump, terwijl het Witte Huis ontkende opdracht te hebben gegeven.

De kwestie illustreert een andere kwetsbaarheid: zelfs wanneer satellieten technisch prima functioneren, kan de toegang tot hun diensten door politieke of commerciële beslissingen worden beperkt.

Starlink verzorgt overigens satellietinternet en is geen GPS-navigatiesysteem. Het incident laat vooral zien hoe afhankelijk moderne legers zijn geworden van een beperkt aantal satellietnetwerken.

Rusland breidt verstoring vanuit Kaliningrad uit

Ook dichter bij huis neemt de dreiging toe. Op 20 oktober werd bekend dat Rusland bij Gvardejsk, in de enclave Kaliningrad, een enorm radarsysteem bouwt. De installatie bestaat uit drie antennerijen van ongeveer 500 meter lang en zou vliegtuigen, schepen en raketten tot op 3.200 kilometer afstand kunnen detecteren.

Het vermoedelijke over-the-horizonradarsysteem kan daarmee grote delen van Noord- en West-Europa bestrijken.

Kaliningrad speelt bovendien al langer een belangrijke rol bij het verstoren van satellietnavigatie. Volgens Litouwse autoriteiten beschikt Rusland daar over minstens 36 antennes waarmee gps-signalen kunnen worden vervalst.

Bij dergelijke verstoringen wordt onderscheid gemaakt tussen jamming, waarbij het satellietsignaal wordt overstemd, en spoofing, waarbij ontvangers worden misleid met vervalste locatiegegevens. In het laatste geval kan een navigatiesysteem een verkeerde positie aangeven zonder dat de gebruiker dat direct merkt.

Dergelijke verstoringen zorgen nu al voor problemen in de luchtvaart en scheepvaart rond de Oostzee. Ook landbouwmachines kunnen door dit soort verstoringen hun nauwkeurige plaatsbepaling verliezen. Het maakt daarbij niet uit dat ze naast GPS ook Galileo of GLONASS gebruiken: wanneer een stoorzender de gebruikte frequenties verstoort, kunnen meerdere netwerken tegelijk onbruikbaar worden.

Het nieuwe radarsysteem is niet hetzelfde als de apparatuur waarmee gps wordt verstoord, maar past wel in de bredere Russische uitbreiding van militaire detectie- en elektronische oorlogscapaciteiten.

Oorlog in de ruimte raakt ook burgers

De drie ontwikkelingen maken duidelijk dat moderne oorlogsvoering zich niet langer beperkt tot land, zee en lucht. Satellieten zijn inmiddels onmisbaar voor communicatie, inlichtingen, navigatie en militaire operaties.

Ook buiten het leger is die afhankelijkheid groot. Van de navigatie op smartphones en de automatische besturing van landbouwmachines tot de nauwkeurige tijdsynchronisatie van telecommunicatienetwerken, elektriciteitsnetten en financiële systemen.

Het bijzondere aan een conflict in de ruimte is dat de gevolgen zich moeilijk laten beperken tot de strijdende partijen. Een vernietigde satelliet kan brokstukken achterlaten die jarenlang een gevaar vormen voor satellieten van volstrekt andere landen. Daarin schuilt het grote risico van het Kessler-syndroom. Een gerichte aanval op één militaire of commerciële satelliet kan uiteindelijk ook systemen treffen waarvan miljoenen burgers afhankelijk zijn.