Så här kartlägger satelliterna kriget – ser detaljer på decimeternivå

2022-05-05 06:00  

Bilder från satelliter har fått enorm betydelse under kriget i Ukraina – och i Sverige finns en av nyckelaktörerna. Maxar Technologies och en rad andra privata satellitbolag har högupplöst koll på jorden.

70 mil över våra huvuden susar de omkring, i runt 27 000 kilometer per timme. De väger från några kilo till åtskilliga ton, och förser människor på jorden med snudd på realtidstagna bilder. Upplösningen är numer så bra att en pixel motsvarar några få decimeter på jordytan.  

Användningsområdena är vitt skilda, från studier av smältande isar till planering av brandbekämpning. Efter Rysslands invasion av Ukraina är det dock ett annat syfte som främst hamnat i fokus: som ett kraftfullt vapen i informationskriget – och som möjligt bevismaterial i en eventuell krigsrättsrättegång.  

Men hur fungerar egentligen tekniken som möjliggör allt detta?

Gulfkriget – det första ”rymdkriget”

Gulfkriget i början av 1990-talet, då en USA-ledd koalition avbröt den irakiska ockupationen av Kuwait, brukar beskrivas som det första rymdkriget. Inte för att några strider fördes i tyngdlöst tillstånd, utan för den betydelse rymdtekniken hade för utgången. Gps-satelliter gjorde det möjligt för särskilt amerikanska trupper att navigera, kommunicera och guida sina vapen i den ogästvänliga öknen, skriver Scientific American

Drygt 30 år har gått och betydelsen av satelliter vid krigföring är större än någonsin. I kriget i Ukraina är det dock satelliters förmåga att avbilda det som sker på jordytan som har fått störst uppmärksamhet.  

Det tydligaste exemplet är bilderna från Kievförorten Butja. Efter att ryska styrkor lämnat området hittades åtskilliga döda kroppar längs gatorna. Ryssland slog ifrån sig och menade att det rörde sig om en “ukrainsk provokation”.

Men några dagar senare kunde New York Times publicera bilder från satellitföretaget Maxar Technologies, som visade att det låg kroppar på gatorna i Butja även under den ryska ockupationen. Bilderna på uppbyggnaden av den ryska fordonskolonnen till Kiev samt den bombade teatern i Mauriopol kom också från Maxar.

Bilden visar den bombade teatern i ukrainska Mauriopol den 29 mars i år, där civila sökt skydd, fotograferad från en av Maxars satelliter. Foto: Maxar Technologies/AP/TT

Statliga spionsatelliter har förstås funnits länge – men vilken förmåga de har är fortsatt höljt i dunkel. Precis som med mycket annan rymdverksamhet är det i stället privata företag som har stått för den stora utbyggnaden de senaste decennierna.

Och numer sprids materialet ofta till en bred allmänhet, vilket ger en unik inblick i krigets fasor. Amerikanska Maxar och Planet Labs finns bland de största aktörerna.

Maxar i Sverige: ”Målet bygga hela globen i 3d”

I Sverige finns en viktig del av Maxars verksamhet. Dotterbolaget Maxar International Sweden skapar tredimensionella kartor av till exempel städer baserade på bilderna från Maxars fyra satelliter.

Av jordens totalt cirka 135 miljoner kvadratkilometer landyta (polerna borträknade) har svenska Maxar hittills byggt 3d-miljöer av en tredjedel, 44 miljoner kvadratkilometer. 

– Målet är att bygga hela globen, absolut. Vi är på väg. Vi bygger nu två till två och en halv miljon kvadratkilometer per månad, men kommer att öka takten under året, säger Leif Haglund, vd på Maxar International Sweden, till Ny Teknik.

Leif Haglund, vd för Maxar International Sweden. Foto: Maxar

Tekniken utvecklades av Saab

Bolagets teknik för att bygga 3d-bilder utvecklades ursprungligen på Saab. 2015 bildade Saab och Maxar (som då hette Digital Globe) samriskföretaget Vricon. Fem år senare sålde Saab sin andel till Maxar. Vricon har nu bytt namn till Maxar International Sweden.

Det mesta av produktionen av 3d-miljöerna sker i USA, medan all forskning och utveckling finns i Sverige. Ett 100-tal ingenjörer är sysselsatta i Linköping, men bolaget söker fler.

Läs mer: Ukrainas elnät snabb-synkades med Europa

Grunden till 3d-miljöerna är de stillbilder som satelliterna producerar. Tekniken skiljer sig dock från hur det fungerar i en vanlig systemkamera med tvådimensionell sensor. Sådana finns bara i mindre och enklare satelliter av skokartongstorlek. 

Maxars satelliter använder sig i stället av så kallad push broom-teknik. Ljuset fångas in av en endimensionell sensor, i Maxars fall omkring 36 000 pixlar bred, som sveper fram över jordytan. Bilden som fångas blir alltså snarare i form av en enda lång kontinuerlig bildström.  

– Man kan tänka sig en pensel som man målar med från norr till syd, förklarar Leif Haglund.

Fakta: Johan Kristensson Grafik: Jonas Askergren

Maxars satelliter går i en polär solsynkron bana, det vill säga i princip från pol till pol. Penselstrecket på marken blir ungefär 15 kilometer brett, beroende på satellit. 

Fakta: Johan Kristensson Grafik: Jonas Askergren

Bildströmmen lagras i satelliten i väntan på överföring till jorden. Data skickas främst till markstationer vid polerna, eftersom satelliterna passerar dem vid varje varv. Systemet har kännedom om vädersituationen, till exempel om det är molnigt. För att spara bandbredd överförs inte sådan data.

Upplösning om 31 centimeter

Bildkvaliteten som respektive satellit kan producera varierar, eftersom teknikutvecklingen går framåt. De senast uppskjutna presterar en upplösning om 31 centimeter, de äldre 50 centimeter. Leif Haglund har tidigare förklarat att det i praktiken innebär att man kan se att det handlar om en pizza, men inte vilken sorts pizza det är.

Som jämförelse har jordobservationssatelliterna Sentinel inom Kopernikusprogrammet en upplösning ned mot tio meter. Men de har å andra sidan andra fördelar – och förstås andra syften.

Fakta: Johan Kristensson Grafik: Jonas Askergren

Optiken är av spegeltyp. En glaslins hade blivit på tok för tung. För att nå ännu bättre upplösning kan man sänka satellitens höjd över jordytan, alternativt förfina spegeloptiken ytterligare. Men i realiteten är det ofta själva atmosfären och partiklar i luften som utgör begränsningarna.  

Ett varv runt jorden avverkas på runt 100 minuter. Till nästa varv har jorden roterat lite grann, och ett nytt penseldrag målas. Beroende på satellit tar det 1–2,6 dygn innan den återigen flyger över samma punkt på jordytan.  

De fyra satelliterna går i ungefär samma bana, men är lite fasförskjutna gentemot varandra. Den första passerar ekvatorn klockan halv elva, den sista klockan ett.

Vinkeln mot jordytan kan styras

Satellitens vinkel mot jordytan kan justeras längs tre axlar, beroende på vad man vill titta på. Detta görs med ett kontrollmomentgyroskop. Men ju längre åt sidan man tittar, desto sämre blir upplösningen. 31 centimeter gäller när satelliten blickar rakt nedåt mot jordytan, på en punkt i nadir. 

Det var denna styrfunktion som havererade på Maxars satellit Worldview-4, som sköts upp 2016. Ett av svänghjulen i gyroskopet gick sönder och rörligheten längs en av axlarna gick förlorad. Satelliten blev obrukbar och beslutet togs därför att köra ner den i atmosfären, vilket innebar att den brann upp. Det försäkrade värdet var vid tillfället 183 miljoner dollar, enligt Space News

En satellit byggs för omkring tio års servicetid, men kan fungera betydligt längre. Maxars Worldview-1 sköts upp 2007 men skickar efter 15 år fortfarande ner bilder till jorden.

Läs mer: Expert om biovapen: Stridsmedlen är bra på att skapa skräck

Uppskjutningen är förstås ett kritiskt moment. Det fick företaget Blacksky uppleva i fjol när två jordobservationssatelliter brann upp efter att en Electron-raket från Rocket Labs exploderade.

Mängden data blir mycket stor. Maxars arkiv sträcker sig 20 år tillbaka i tiden, och uppgår nu till omkring 125 petabyte, det vill säga 125 000 gånger mer än vad som ryms på en bärbar dator med normalstor hårddisk om 1 TB.

Så skapas 3d-miljöer av bilderna

Det är detta arkiv som Maxar International Sweden använder sig av för att skapa 3d-miljöer. Men uppgiften kräver förstås även att bilder har samlats in som inte endast är tagna i nadir, utan med en viss vinkel mot det som betraktas.

Operatörerna jobbar med ett byggblock åt gången som kallas för geocell, det vill säga en grad longitud och en grad latitud. Det är ungefär 10 000 kvadratkilometer stort, motsvarande Östergötland. 

– För att bygga 3d-miljör krävs överlappande bilder. Med hjälp av triangulering och stereoseende kan vi ge byggnader både form och textur. Men det krävs att vi ser alla sidor av dem, säger Leif Haglund.

Fakta: Johan Kristensson Grafik: Jonas Askergren

I snitt behöver operatörerna 15–20 överlappande bilder för att skapa en 3d-miljö. Bilder från samtliga fyra satelliter kan användas. Företaget börjar med de nyaste bilderna i arkivet och fortsätter att plocka tills tre meters absolut noggrannhet är uppnådd. 

I mitten syns en färsk 3d-miljö av New York skapad av Maxar. Mjukvaran som sätter ihop 3d-miljöerna av bilder från satelliterna är utvecklad av Maxar International Sweden i Linköping. Till vänster och höger i gult illustreras den bakomliggande informationen som används för att bygga upp 3d-miljön: 3d-block av husen samt ett så kallad mesh-nät. Foto: Maxar International Sweden

Arbetet är till stor del automatiserat. Det är denna del som utgör bolagets främsta teknik, och som är patenterad. Målet är att bygga en geocell på 40 timmar, men det kan göras på några timmar eller en dag beroende på antal operatörer. Det mänskliga arbetet består främst av kvalitetskontroll och att rätta till saker som har blivit fel.  

– Det kan till exempel handla om att hitta vattenlinjen för en flod i Afrika. Vid regnperiod kan floden vara 150 meter bred medan man vid torrperiod kan köra bil i den. Då är det svårt att veta vad som är rätt. Människan är bättre på att avgöra det än vad automatiken är, säger Leif Haglund.  

Radartekniken som används för att se i mörker

Maxars satelliter har dock en mycket påtaglig begränsning. De kan inte se i mörker, när det är molnigt, dimmigt eller vid en sandstorm, till exempel. Sådana situationer kräver en annan teknik kallad för syntetisk aperturradar, förkortad sar.

Maxar samarbetar i stället med bolag som har sar-satelliter för att kunna dra nytta även av den tekniken, berättar Leif Haglund. Finska Iceye och amerikanska Capella är exempel på kommersiella företag som snart har tio sar-satelliter i omloppsbana. 

Problemet med att använda radar för att avbilda objekt på jorden är att upplösningen är beroende av radarantennens längd. För att uppnå tio meters upplösning med radarvågor med fem centimeters våglängd skull antennen behöva vara över fyra kilometer lång, enligt Nasa. Det är inte så särskilt praktiskt. 

Sar-tekniken simulerar i stället en mycket större antenn genom att kombinera flera insamlingar från en mindre antenn. Bland annat kanadensiska MDA har satelliter med denna teknik och har bistått Ukraina med bilder för att landet ska kunna följa ryska truppförflyttningar även under natten och vid molnigt väder. 

Läs mer: Vem vinner rymdkampen – Sverige eller Norge?

Maxar ska skjuta upp fler satelliter

Kriget i Ukraina har gjort att trycket på Maxar att leverera mer bildmaterial har ökat dramatiskt, främst från amerikanska underrättelsetjänsten. Även 3d-kartor av ukrainska områden har levererats. Nuvarande fyra satelliter räcker inte till. Det berättade vd Daniel Jablonsky nyligen i en intervju med Space News.

Företaget får dessutom omkring 200 bildförfrågningar per dag från medier och har numer formaliserade redaktionella samarbeten med utvalda redaktioner, genom grenen Maxar News Bureau. 

Planen är att skjuta upp ytterligare sex satelliter, i en konstellation kallad Worldview Legion. Målet var att få upp dem i fjol, men bland annat pandemin satte käppar i hjulet. Nu är målsättningen att få upp dem i år. Falcon-raketer från Spacex ska användas för uppskjutningen.

Läs mer: Här är ryska råvarorna Europa är mest beroende av

Den främsta fördelen med fler satelliter är att uppdateringsfrekvensen ökar, poängterar Leif Haglund. När USA drog bort sina trupper från Afghanistan i fjol kunde deras satelliter se samma plats en eller två gånger per dag. Med Worldview Legion i skyn ökar det till över 15 gånger, har Tony Frazier, bolagets chef för globala fältoperationer, sagt till Space News.

Maxar Technologies bilder av bland annat ryska militärkonvojer och döda civila i Butja har blivit ett kraftfullt vapen i informationskriget. Men hur ska man som utomstående betraktare kunna veta att till exempel Maxars bilder inte är manipulerade? 

– Det kan man nog inte veta, men jag vet. De är inlagda i ett arkiv och upplockade igen. Då syns ingen skillnad. Jag vet att de passar ihop när vi bygger 3d-kartor. Så det är helt säkert att de är riktiga. Men hur man övertygar någon annan vet jag inte, säger Leif Haglund.

Hotbild en ”svår fråga”: Inte byggda för att vara skyddade

På frågan om det finns någon hotbild mot satelliterna säger han att det är en svår fråga som omgärdas av många rykten. Det är känt att Kina har lyckats skjuta ner en av sina egna med laser från marken. Maxars satelliter är inte byggda för att vara skyddade, påpekar Leif Haglund. I princip skulle det räcka med att de krockar med något litet rymdskrot för att bli svåra att balansera. 

Läs mer: Här är drönaren Bayraktar som vunnit propagandaseger i Ukraina

Även Ryssland har förstås egna övervakningssatelliter. Men enligt Bart Hendrix, Brysselbaserad analytiker av ryska och sovjetiska rymdsystem, är de bara två till antalet och Ryssland därmed “i praktiken blinda i omloppsbana”, som han uttrycker det för Radio Free Europe.  

Den betydelse som bilderna haft under Rysslands invasion av Ukraina har haft stor påverkan på Leif Haglund. 

– Det är inte utan att jag känner viss stolthet för att jobba för ett sådant bolag. Jag vet att bilderna är fakta, säger han. 

Lista: Viktiga satellitaktörer då och nu 

Det finns en mängd satelliter som kontinuerligt registrerar vad som sker på jorden, med hjälp av olika typer av sensorer. Nedan listar vi några av de största statliga och privata konstellationerna, så väl historiska som samtida.

Fokus ligger på elektrooptiska satelliter, det vill säga sådana som kan fånga upp ljus, men många av konstellationerna har instrument för att fånga upp även andra spektrum av det elektromagnetiska bandet. Somliga har även aktiva instrument, till exempel syntetisk aperturradar (sar).

Antalet elektroptiska uppskattar Leif Haglund till cirka 250.

Statliga aktörer 

Landsat: Nasa och USGS Landsatsatelliter har tagit bilder av jorden i 50 år och är den kanske mest kända konstellationen i världen. Landsat 1 sköts upp 1972, Landsat 9 2021. Används till allt från kartering till bekämpning av skogsbränder. Landsat 7-9 är fortsatt i drift. Har ett flertal olika sensorband och en upplösning ned till 15 meter.

Sentinel-2-lores.jpg

Sentinel: Sentinel-satelliterna, en del av Copernicusprogrammet, är europeiska ESA:s motsvarighet till det amerikanska Landsatprogrammet. Sex typer av satelliter (1–6) ingår, varav flera av dem har byggts i två exemplar (A och B). Dessutom finns Sentinel 5P, en föregångare i väntan på 5. Hittills har 1A–B, 2A–B, 3A–B, 5P och 6A skjutits upp. Respektive satellittyp har olika uppdrag, från höjdmätning till fotografering.

Corona: Corona var USA:s omfattande övervakningsprogram mot främst Sovjetunionen som pågick 1959–1972. Sex typer av satelliter utvecklades. 144 sköts upp varav 102 återsände användbara fotografier. Filmen skickades ner till jorden i små kapslar. Den bästa satelliten hade en upplösning om 1,8 meter. 

Modis: Nasas Modisprogram har tagit bilder av jorden från de båda satelliterna Terra och Aqua  sedan 2000, med en upplösning ned till 250 meter och på en mängd olika spektrumband. Bilderna används främst för att bygga upp modeller av hur till exempel istäcken förändras på jorden, vilket utgör underlag för beslutsfattare. 

Radarsat Constellation: Den kanadensiska rymdmyndighetens konstellation består av tre satelliter som nyttjar tekniken sar (syntethic aperture radar) för att generera bilder av jorden även när det är mörkt eller molnigt. Satelliterna är byggda av MDA.  

Gaofen: Kina har lagt stora resurser på att bygga upp egen jordobservationsförmåga. En av konstellationerna är Gaofen, som betyder hög upplösning. Mycket är okänt om satelliterna, vars specifikationer är hemligstämplade. 2021 sköts den tredje Gaofen 11-satelliten upp, som enligt overifierade uppgifter kan ha en upplösning ned mot 10 cm, enligt Space News

Persona: Ryssland har bara två dedikerat militära optiska övervakningssatelliter i omloppsbana, enligt analytikern Bart Hendrix och är “praktiskt taget blinda i omloppsbana”. Satelliterna kallas för Persona och sägs ha upplösning ned till 50 centimeter. De sköts upp 2013 respektive 2015. 

Resurs-P: En rysk kommersiell konstellation jordobservationssatelliter som drivs av statliga rymdstyrelsen Roskosmos. Satelliterna har en upplösning ner till en meter. Totalt fem satelliter planeras, varav tre har skjutits upp hittills.  

Privata aktörer 

Maxar Technologies: Maxar har fyra satelliter i omloppsbana som tar bilder med en upplösning ned till 31 centimeter. 

Airbus Intelligence: Pléiades är franska Airbus Intelligence konstellation av två satelliter med upplösning om 50 centimeter. De är avsedda för både civilt och militärt ändamål. 2021 skickade bolaget upp konstellationen Pléiades Neo, bestående av fyra satelliter med 30 cm upplösning.

planet-labs-lores.jpg

Planet Labs: Planet Labs har över 150 satelliter i omloppsbana och har skjutit upp totalt över 450 stycken. De flesta är inte större än en skokartong och ingår i Dove-serien. De 21 satelliterna i Skysatkategorin är större och kan ta bilder med 50 centimeters upplösning. 2015 köpte Planet Labs en konstellation Rapideye-satelliter inklusive ett enormt bildarkiv med upplösning om 5 meter. Konstellationen pensionerades dock 2020. 

Imagesat International: Israeliska Imagesat International driver två konstellationer. Eros NG består av sex satelliter med upp till 38 cm upplösning, varav två med radar (sar). Globaleye består av satellittyperna Runner och Knight, med 70 respektive 50 cm upplösning. 

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt