Związek pomiędzy klimatem na Ziemi i przestrzenią kosmiczną – nowe podejścia do wzmocnienia odporności NATO

NATO już obecnie uznaje technologie kosmiczne za kluczowe w dziedzinie monitorowania środowiska, prognozowania meteorologicznego oraz planowania i realizacji misji i operacji NATO. Jednak związane z tym możliwości poprawy efektywności operacyjnej nadal nie są dostatecznie wykorzystywane.

Podczas szczytu w Madrycie NATO opublikowało swoją pierwszą Ocenę wpływu zmian klimatycznych na bezpieczeństwo(CCSIA), element ambitnego Planu Działania w zakresie zmian klimatu i bezpieczeństwa, który został przyjęty na szczycie w Brukseli w czerwcu 2021 roku. CCSIA ma na celu zwiększenie świadomości członków Sojuszu odnośnie do wpływu zmian klimatu na bezpieczeństwo. Oprócz odniesienia do domen morskiej, lądowej i powietrznej, Ocena wpływu przedstawia związane z klimatem zagrożenia dla domeny operacyjnej w przestrzeni kosmicznej. Ponadto, w niedawno zatwierdzonej koncepcji strategicznej NATO uznano, że nieskrępowany dostęp do przestrzeni kosmicznej i jej bezpieczne wykorzystanie jest kluczem do skutecznego odstraszania i obrony, a także zasugerowano zwiększenie odporności sojuszniczego potencjału zdolności kosmicznych.

Ponieważ kwestie związane z przestrzenią kosmiczną i klimatem są ze sobą nierozerwalnie związane, zarówno odporność wobec zmian klimatu, jak i wobec zmian zachodzących w przestrzeni kosmicznej mają fundamentalne znaczenie dla odstraszania i obrony NATO w XXI wieku. W niniejszym artykule przeanalizujemy dwa punkty styczne pomiędzy zmianami klimatu i technologiami kosmicznymi.

Satelity dostarczają członkom NATO bezcennych danych na temat klimatu Ziemi i schematów pogodowych, a także umożliwiają lepsze zrozumienie zmieniającego się klimatu. Dokładne monitorowanie różnych zagrożeń naturalnych, takich jak osunięcia ziemi, powodzie i duże pożary lasów, pomaga w operacjach ratunkowych, umożliwiając wczesne dostrzeżenie zdarzeń, rozpoznanie ich rozmiarów i zmniejszenie ogólnych szkód poprzez szybką i skuteczną reakcję. Dane satelitarne są również wykorzystywane do opracowywania dokładniejszych modeli klimatycznych, które są niezbędne do przewidywania przyszłych zagrożeń klimatycznych oraz ich skutków.

Funkcjonujące w przestrzeni kosmicznej systemy obserwacyjne pomagają również w monitorowaniu emisji gazów cieplarnianych (GHG) i ogólnych zmian w składzie naszej atmosfery. Systemy te mają kluczowe znaczenie dla poprawy prognoz dotyczących zmian klimatu oraz opracowania skutecznych strategii łagodzenia ich skutków i adaptacji. Od 2009 roku satelita Greenhouse Gas Observing Satellite (GOSAT), znany również jako "Ibuki", dostarcza szczegółowych danych na temat stężenia dwutlenku węgla i metanu w atmosferze, udoskonalając naukowe zrozumienie przyczyn globalnego ocieplenia.

Technologie kosmiczne mogą również odgrywać kluczową rolę w monitorowaniu i weryfikacji przestrzegania międzynarodowych porozumień klimatycznych. Wspierając organizację non-profit Carbon Mapper i jej partnerów w konsorcjum, NASA uczestniczy w pionierskim programie, który pomoże określić ilościowo i śledzić emisje ze źródeł punktowych, zidentyfikować „czołowych emitentów", a jednocześnie udostępnić publicznie zebrane dane na temat emisji. Pierwszy satelita Carbon Mapper ma zostać wystrzelony w 2023 roku. W ramach programu Copernicus Unii Europejskiej, w latach 2021-2023 projekt CoCO2 dostarczy prototypowe systemy dla nowej europejskiej zdolności monitorowania i weryfikacji antropogenicznych emisji CO2. Obecnie, gdy NATO ma ograniczyć swoje wojskowe emisje gazów cieplarnianych zdolności te mogą umożliwić natowskim siłom zbrojnym szybsze i bardziej ukierunkowane reagowanie na katastrofy oraz pomóc w oszacowywaniu emisji.

Cywilne technologie kosmiczne tradycyjnie koncentrują się na obserwacji Ziemi, monitorowaniu środowiska i obserwacji pogody. Postępy w technologii satelitarnej zmniejszają również ograniczenia w globalnej łączności, zapewniając dostęp do Internetu w odległych miejscach. Jednak potencjał satelitów i innych technologii kosmicznych wykracza poza monitorowanie klimatu i poprawę łączności.

Dziś technologie, które początkowo były wymyślone i wykorzystywane do śledzenia zjawisk pogodowych, pomagają natowskim wojskom w zwiększaniu ich zdolności bojowych, skuteczności operacyjnej i świadomości sytuacyjnej na polu walki. Jest to szczególnie widoczne w przypadku trwającej wojny w Ukrainie, gdzie siły ukraińskie śledzące ruchy rosyjskich oddziałów są wspomagane przez dane radarowe i zdjęcia satelitarne.

Na przykład dane z europejskiego satelity Sentinel - wcześniej używane do badania wzrostu roślinności - pomagają w ocenie uszkodzeń budynków oraz postępów rosyjskich wojsk i ich zysków terytorialnych w Ukrainie. Przed inwazją te same narzędzia pomagały śledzić rozmieszczenie konkretnych radarów wojskowych, co dostarczyło wskazówek na temat ruchu wojsk i sprzętu w zachodniej Rosji. Oprócz Sentinel-2, System Informacji o Pożarach na potrzeby Zarządzania Zasobami NASA (Fire Information for Resource Management System FIRMS), opracowany do monitorowania pożarów lasów w czasie zbliżonym do rzeczywistego, pomógł wykryć i monitorować ciężkie walki i wybuchy magazynów paliwowych, a także dzikie pożary na skażonych obszarach wokół Czarnobyla.

W przyszłości, kosmiczne systemy obserwacyjne umożliwią członkom Sojuszu bardziej efektywne planowanie operacji. Na przykład, będą oni mogli lepiej zoptymalizować przejazdy i logistykę, co przyniesie znaczne oszczędności w zakresie kosztów i zużycia paliwa. Kluczowe jest także zmniejszenie zależności NATO od paliw kopalnych – zależność ta zwiększa podatność sił zbrojnych na atak.

Innym przykładem jest wieloletni projekt Cube4EnvSec, uruchomiony w ramach natowskiego programu Nauka dla Pokoju i Bezpieczeństwa (Science for Peace and Security - SPS), którego celem jest integracja wielkich zbiorów danych pochodzących z obserwacji Ziemi (to jest danych satelitarnych Landsat i Sentinel), sztucznej inteligencji i wizualizacji na potrzeby wojskowego rozpoznania obrazowego (REP).

Technologia 5G, w połączeniu z satelitami telekomunikacyjnymi i zaawansowanymi metodami szyfrowania, będzie miała duże znaczenie strategiczne i poważne konsekwencje dla pola walki, także w ramach operacji wojskowych. Dzięki 5G i nowym technologiom przesyłania danych natowskie siły zbrojne będą w stanie komunikować się i podejmować zdalne wykrywanie w czasie rzeczywistym, a także integrować różne czujniki ponad polem walki i na jego powierzchni. Pomoże to zarówno wojsku, jak i sektorowi cywilnemu w dalszej optymizacji logistyki i świadomości sytuacyjnej.

Sojuszniczy wojskowy potencjał kosmiczny jest niezwykle ważny dla bezpieczeństwa i odporności NATO - zapewnia członkom NATO istotne zdolności wywiadowcze i komunikacyjne. Zmiany klimatu w coraz większym stopniu wpływają na zdolność do działania w przestrzeni kosmicznej. Ograniczają potencjalną wartość dodaną, jaką zdolności kosmiczne mogą wnieść dla natowskich sił zbrojnych oraz mogą na kilka sposobów zagrażać skuteczności operacyjnej NATO.

Po pierwsze, zmiany klimatu wpływają na infrastrukturę naziemną, taką jak wyrzutnie, wieże komunikacyjne i inne obiekty, które mają kluczowe znaczenie dla operacji kosmicznych. Stwarzają one większy problem dla zachodnich zdolności kosmicznych niż dla zdolności rosyjskich i chińskich. Główne miejsca startowe członków NATO - Baza Sił Kosmicznych Vandenberg w Kalifornii, Stacja Sił Kosmicznych Cape Canaveral na Florydzie i Stacja Kosmiczna w Gujanie Francuskiej - są położone wzdłuż linii brzegowych i coraz częściej są narażone na poważne ryzyko związane z podnoszeniem się poziomu morza, erozją wybrzeża i powodziami. Według szacunków NASA, na przykład, poziom morza w Kennedy Space Center ma się podnieść o 5 do 8 cali do 2050 roku.

Po drugie, istnieje 14 warunków pogodowych, które muszą być spełnione, aby zapewnić bezpieczeństwo rakiety w całej procedurze startu. Niekorzystne warunki pogodowe, takie jak burze i wyładowania atmosferyczne, obfite opady, gęste zachmurzenie, ujemne temperatury powietrza lub silne wiatry i turbulencje mogą wpłynąć na trajektorie startu zarówno satelitów, jak i rakiet, zagrozić ich bezpieczeństwu i spowodować odłożenie startu. Nawet po udanym starcie deszcz, wiatr lub wzburzone morze mogą utrudniać lądowanie rakiet wielokrotnego użytku - które prawie każda duża firma w tym sektorze opracowuje lub wykorzystuje - co wpływa na ich przyszłe wykorzystanie. Zmiany schematów pogodowych, które prawdopodobnie staną się częstsze i intensywniejsze ze względu na zmiany klimatu, będą w przyszłości stanowić wyzwanie dla rentowności operacji kosmicznych w niektórych regionach.

W odróżnieniu od tego, większość chińskich stanowisk startowych, a także stanowiska zarządzane przez Rosję, czyli Kosmodrom Wostocznyj w południowo-wschodniej części Rosji i Kosmodrom Bajkonur w Kazachstanie, są położone w głębi lądu, dzięki czemu korzystają z bardziej stabilnych warunków pogodowych i są mniej podatne na zmiany klimatu.

Po trzecie, zjawiska związane z pogodą kosmiczną znacząco zagrażają całej krytycznej infrastrukturze, zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie. Na początku bieżącego roku aż 40 satelitów internetowych SpaceX Starlink zostało utraconych z powodu burzy geomagnetycznej zaledwie dzień po ich wystrzeleniu. Chociaż zakłócenia spowodowane zjawiskami słonecznymi nie są bezpośrednim skutkiem zmian klimatu, jednak zwiększają one podatność sojuszniczych technologii kosmicznych i stanowią wyzwania dla skuteczności wojskowej. Umiarkowane do poważnych kosmiczne zjawiska pogodowe mogą zakłócać komunikację radiową, wpływać na sieci energetyczne i globalne systemy nawigacji satelitarnej (GNSS) lub, w przypadku dużej burzy geomagnetycznej, powodować całkowitą utratę satelitów. Na przykład uważa się, że przerwa w łączności podczas operacji wojskowej "Anakonda" w Afganistanie w 2002 roku była związana z ważnym zjawiskiem pogody kosmicznej zwanym bańkami plazmowymi.

Z powodu globalnego ocieplenia, mezosfera (trzecia warstwa atmosfery, bezpośrednio nad stratosferą) ochładza się i kurczy. Podczas jej kurczenia, górne warstwy zapadają się wraz z nią; w ten sposób zmniejsza się gęstość górnych warstw atmosfery. To z kolei powoduje zmniejszenie oporu satelitarnego. W konsekwencji, niewystarczające spowolnienie statków kosmicznych pozostawia więcej śmieci kosmicznych na niskiej orbicie okołoziemskiej, które w przeciwnym razie zostałyby ściągnięte i spalone. To stanowi wyzwanie dla operatorów satelitarnych, regulatorów i innych podmiotów, które chcą budować mega konstelacje satelitów. Szczególnie wpływa to na okresy planowania i długotrwałość rozmieszczenia nowych małych i miniaturowych satelitów (cubesats). Dlatego konieczne jest zwiększenie wysiłków na rzecz aktywnego usuwania satelitów i śmieci kosmicznych z orbity.

Odporność ma fundamentalne znaczenie dla zdolności NATO do zapewniania odstraszania i obrony. W miarę jak skutki zmian klimatycznych dla bezpieczeństwa jego członków stają się coraz bardziej widoczne, NATO musi wykorzystać wszystkie dostępne narzędzia, aby im zaradzić. Technologie kosmiczne odgrywają ważną rolę w tych wysiłkach, a w nadchodzących latach ich znaczenie będzie rosło. Istnieje potrzeba, aby - oprócz przygotowania do działania w zmieniających się warunkach klimatycznych - NATO zajęło się skutkami zjawisk powiązanych z klimatem dla jego zdolności kosmicznych tak, aby zapewnić bezpieczny i stały dostęp do usług, produktów i zdolności kosmicznych.

Aby realizować potężne plany, potrzebne są dodatkowe inwestycje w technologie kosmiczne, które powinny iść w parze z wystarczającym potencjałem kadrowym w NATO. Jednym ze źródeł finansowania będzie nowo uruchomiony fundusz innowacji o wartości 1 mld euro, który ma się skupić na przestrzeni kosmicznej (wśród innych powstających technologii podwójnego zastosowania). Dzięki natowskiemu projektowi Defense Innovation Accelerator for the North Atlantic (DIANA), który ma zostać uruchomiony w 2023 roku, NATO - w szczególności Organizacja NATO do spraw Nauki i Technologii (NATO STO) i Centrum Kosmiczne NATO - może pogłębić swoją współpracę z innowatorami w całym Sojuszu w pracach nad nietradycyjnym wykorzystaniem technologii kosmicznych do zastosowań wojskowych. Szczególne znaczenie ma lepsze wykorzystanie tzw. spływania technologii kosmicznych z sektora wojskowego do cywilnego - aplikacji wykorzystujących dane i technologie kosmiczne z korzyścią dla biznesu i społeczeństwa (np. w zakresie nawigacji kosmicznej, telekomunikacji kosmicznej i obrazowania kosmosu). Równie ważne jest ciągłe dostosowywanie i adaptowanie polityki kosmicznej NATO oraz świadomości sytuacyjnej w przestrzeni kosmicznej.

Wreszcie, członkowie Sojuszu muszą lepiej przygotować się i chronić swój potencjał kosmiczny przed zagrożeniami związanymi z klimatem. Inwestowanie w bardziej odporną i mobilną infrastrukturę naziemną lub dywersyfikacja metod wynoszenia na orbitę wszystkich satelitów to sposoby na przeciwdziałanie zagrożeniom związanym z klimatem. Kolejnym jest wspieranie badań nad nowymi technologiami chroniącymi satelity przed śmieciami oraz opracowywanie nowych strategii działania w bardziej zatłoczonym i konkurencyjnym środowisku kosmicznym. Rozwiązania techniczne, takie jak budowa wydm wzdłuż wybrzeży, to także dobre strategie krótkoterminowe. Równie istotna jest poprawa prognozowania pogody oraz badania skoncentrowane na pogodzie kosmicznej.

Przezwyciężanie skutków zmian klimatu w odniesieniu do jego zdolności kosmicznych jest koniecznością, a nie wyborem dla NATO, jeżeli ma ono utrzymać swoją przewagę technologiczną i operacyjną.