Krieg in den Sternen II: elektronischer Angriff

Teil 1 der Reihe, gibt einen Überblick über den Ist-Stand der elektronischen Kriegsführung im Weltall. Teil widmet sich dem elektronischen Angriff (electronic attack EA), der den strategischen Einsatz elektromagnetischer oder gerichteter Energiewaffen beinhaltet , um die elektronische Infrastruktur der feindlichen Streitkräfte zu attackieren. Ziel ist es, Kommunikation zu stören, zu verweigern, zu degradieren, zu zerstören oder zu täuschen. Dies umfasst Bedrohungsanalyse und Reaktion sowie Gegenmaßnahmen wie Signalstörung, Täuschung, gerichtete Energie, Laser und HF-Waffen.

Offensives Elektronisches Weltraumkriegführung

Offensive elektronische Weltraumkriegführung (electronic warfare, EW) bezieht sich auf elektronische Angriffe auf Gegner im Weltraumbereich. Diese Angriffe lassen sich in die fünf Ds unterteilen:

• Stören (Disrupt)
• Verwehren (Deny)
• Beeinträchtigen (Degrade)
• Täuschen (Deceive)
• Zerstören (Destroy)

Um diese 5Ds zu erreichen, gibt es viele Möglichkeiten, welche wir uns hier im Detail anschauen.

Was ist Signalstörung (Jamming)?

Bei der Störung von Signalen handelt es sich um einen elektronischen Angriff, bei dem die HF-Kommunikation gestört wird, indem Störsignale im gleichen Frequenzband und im Sichtbereich der Antenne des Zielsatelliten oder -empfängers ausgesendet werden. Dadurch wird die Kommunikation unterbrochen. Die Störung ist vorübergehend und nicht destruktiv - sobald der Störsender abgeschaltet wird, wird die normale Kommunikation wieder aufgenommen.

Was ist Verschleierung (Spoofing)?

Spoofing, auch Verschleierung oder Manipulation genannt, ist eine weitere Form des elektronischen Angriffs, bei der ein gefälschtes Signal vom Angreifer erzeugt wird. Richtet sich der Spoofing-Angriff beispielsweie gegen die Downlink-Daten eines Satelliten zur Erde, können falsche oder verfälschte Daten in das Bodensystem eingespeist werden. Die Übernahme eines Satelliten-Telemetrie-, Tracking- und Control-Links (TT&C) und die Einspeisung solcher Daten ist ein bekannter Spoofing-Mechanismus. Bei erfolgreichem Spoofing des TT&C-Links eines Satelliten könnte der Angreifer theoretisch die Kontrolle über den Satelliten erlangen. Die gängigste Gegenmaßnahme gegen Spoofing ist der Einsatz von Verschlüsselung, um gefälschte Dateneinspeisungen zu erkennen.

Wie funktioniert Uplink-Jamming?

Beim Uplink-Jamming wird das Signal von einer Bodenstation oder einem Nutzerendgerät zum Satelliten gestört. Ein HF-Signal, normalerweise ein breitbandiges Rauschen oder eine frequenzmodulierte Dauerschwingung (FM-CW) mit der gleichen Mittenfrequenz und Bandbreite wie das Ziel-Uplink-Signal, wird zum Satelliten gesendet. Ziel ist es, den Satellitentransponder so zu verwirren, dass er das Störsignal nicht vom eigentlichen Signal unterscheiden kann. Das Ergebnis ist in der Regel ein beschädigtes Downlink-Signal.

Uplink-Jamming erfordert eine erhebliche HF-Leistung, um den Transponder des Satelliten mit ausreichender Amplitude zu erreichen, was als Jammer-to-Signal-Verhältnis (J/S) bezeichnet wird. Uplink-Jamming verschlechtert das Signal für alle Empfänger, was nicht immer erwünscht ist. Ein weiterer wichtiger Aspekt bei allen Störtechniken ist die hohe Sichtbarkeit des Störers (im HF-Spektrum) für den Gegner, was zu Geolokalisierung und kinetischen Gegenmaßnahmen führen kann.

Wie funktioniert Downlink-Jamming?

Beim Downlink-Jamming hingegen werden die Übertragungen vom Satelliten zu Boden- oder Luftempfängern durch HF-Signale gestört, die die Frequenz des Downlink-Signals imitieren. Dadurch wird verhindert, dass terrestrische Nutzer Übertragungen vom Satelliten empfangen können. Die HF-Störleistung kann im Vergleich zum Uplink-Jamming relativ gering sein. Der Downlink-Störsender kann terrestrisch oder luftgestützt sein, abhängig vom beabsichtigten Ziel. Eine Überlegung ist, dass der Downlink-Störsender eine Sichtverbindung (LOS) zum vorgesehenen Empfänger benötigt, was in einem Konfliktgebiet problematisch sein kann. Ein weiterer wichtiger Aspekt bei allen Störtechniken ist die hohe Sichtbarkeit des Störers (im HF-Spektrum) für den Gegner, was zu Geolokalisierung und kinetischen Gegenmaßnahmen führen kann.

Was ist Crosslink-Jamming?

Unter Crosslink-Satellitenkommunikation versteht man den Datenaustausch zwischen zwei Satelliten. Das Crosslink kann entweder RF oder optisch sein. Beim Crosslink Jamming wird ein feindlicher Satellit so positioniert, dass er das Crosslink-Signal zwischen zwei befreundeten Satelliten stören kann. Alle Satelliten müssen Sichtkontakt (line of sight, LOS) zueinander haben. Richtantennen und phasengesteuerte Antennen können die Wirksamkeit eines gegnerischen Störsignals begrenzen. Das Stören optischer Verbindungen ist schwieriger, da der optische Störsender des gegnerischen Satelliten physisch eng an den optischen Crosslink-Strahl angepasst sein muss. Der Strahl ist stark gerichtet und eng gebündelt, was ein effektives Stören erschwert. Schließlich kann es schwierig sein, den gegnerischen Satelliten rechtzeitig in Position zu bringen, je nachdem, wie weit der Satellit bewegt werden muss, um "in Position" zu kommen.

Wie funktioniert TT&C-Jamming?

Beim Telemetry, Tracking and Control Jamming (TT&C-Jamming) wird das TT&C-Signal gestört. Das Jamming kann gegen die Verbindung zur Bodenkontrollstation oder gegen den TT&C-Empfänger auf dem Satelliten gerichtet sein. Das TT&C-Signal ist nicht Teil der Kommunikationsnutzlast und befindet sich oft auf einer völlig separaten Frequenz. TT&C-Signale haben typischerweise eine viel geringere Bandbreite als die Nutzlast und sind daher potenziell leichter zu stören. Die Auswirkungen von TT&C-Jamming können katastrophal sein und dazu führen, dass der Satellit entgleist oder aus der vorgesehenen Umlaufbahn geworfen wird. TT&C-Jamming kann auch zum Ausfall des Hauptnutzlastsignals durch Verlust von Zeit- und Steuersignalen führen. TT&C-Jamming ist schwieriger, da die Verbindung normalerweise verschlüsselt ist. Die bodengestützte Störung der TT&C-Verbindung erfordert eine LOS zur Betriebszentrale und verbraucht weniger Leistung. Bodengestütztes Jamming der TT&C-Verbindung auf dem Satelliten erfordert LOS zum Satelliten und höhere Leistung.

Welche anderen offensiven Angriffe gibt es bei Satellitenoperationen?

Antisatellitenwaffen (ASAT)

Antisatellitenwaffen sind darauf spezialisiert, Satelliten im Orbit zu zerstören oder zu deaktivieren. Hier sind die wichtigsten Arten:

• ASAT-Raketen: Diese boden- oder luftgestützten Raketen greifen Satelliten im Orbit an und können durch Kollision oder nahe Detonation Schäden verursachen.
• „Killersatelliten“: Satelliten, die speziell dafür entwickelt wurden, andere Satelliten zu zerstören.
• Laserwaffen: Hochenergetische Laser, die boden-, luft- oder weltraumgestützt eingesetzt werden können, um Satellitenkommunikationssysteme zu stören oder zu zerstören.
• Funkstörsysteme (Jammer): Elektronische Systeme, die Kommunikationssignale von Satelliten temporär oder dauerhaft unterbrechen können.

Optische Angriffe

• Hochenergetische Laser: Diese Laser können die Bildsensoren von Aufklärungssatelliten blenden oder beschädigen. Je nach Leistung und Entfernung können sie vorübergehenden oder dauerhaften Schaden anrichten.

Weltraumgestützte Waffensysteme

• Space-Based Laser (SBL): Hochleistungslaser, die im Weltraum stationiert sind und präzise Ziele auf der Erde angreifen können. Ihre Anwendung ist derzeit aufgrund der enormen Energieanforderungen begrenzt.
• „Rods from God“: Hypothetische Wolframstäbe, die als Bunkerbrecher dienen könnten. Diese Technik nutzt die hohe Dichte und den hohen Schmelzpunkt von Wolfram, um den Wiedereintritt in die Atmosphäre zu überstehen und massive Schäden anzurichten.
• EMP-Bomben: Bomben, die elektromagnetische Pulse erzeugen, um gegnerische elektronische Anlagen großflächig zu stören oder zu zerstören.

Cyber-Offensivangriffe

• Cyberangriffe auf Satcom-Systeme: Diese Angriffe zielen darauf ab, Daten in Netzwerken zu stören, zu verweigern oder zu zerstören. Hauptziel sind die Computernetzwerke und TT&C-Verbindungen der Satelliten.

Offensive Kinetische Angriffe

• Anti-Satelliten-Raketen (AASAT): Diese boden- oder weltraumgestützten Raketen greifen Satelliten durch direkte Kollision oder nahe Detonation an.
• Ko-orbitale ASAT-Raketen: Diese Raketen werden in eine ähnliche Umlaufbahn wie das Ziel gebracht und können dort detonieren, um Schäden zu verursachen.

Weltraumschrott als Waffe

• Splitterbomben: Diese setzen Kleinstkörper frei, die durch hohe Einschlagenergien Satelliten beschädigen oder zerstören können, ohne Objekte auf der Erde zu gefährden.

Herausforderungen der Operativen Weltraum-EW

In terrestrischen Szenarien ist es ideal, den Störsender nahe am Ziel zu positionieren. Im Weltraum ist dies jedoch aufgrund der vorgegebenen Satellitenbahnen und der enormen Freiraumverluste schwieriger. Terrestrisches Uplink- und Crosslink-Jamming erfordert daher erhebliche Störleistungen. Zudem ist die physische Positionierung des Störsenders in Sichtweite (LOS) des gegnerischen Bodensegments problematisch und birgt die Gefahr kinetischer Gegenmaßnahmen.

Technologien für die Elektronische Kriegsführung im Weltraum: Effizienz und Sicherheit in der Satellitenkommunikation

In der modernen elektronischen Kriegsführung im Weltraum sind noch weitere Technologien von entscheidender Bedeutung. Diese reichen von der Link-Budget-Berechnung über die Kommunikationsüberwachung bis hin zur Signalanalyse und Störungsjagd.

Satellitenlink-Planung und -Optimierung

Die Satellitenlink-Planung spielt eine zentrale Rolle bei der Optimierung von Satcom-Links. Dabei wird das gesamte Budget für einen Satellitenkommunikations-Link analysiert, um potenzielle Störungen zu bewerten und die erforderliche Störleistung zu berechnen. Ein Beispiel für eine umfassende Softwarelösung in diesem Bereich ist der R&S GSASLP Satellite Link Planner. Diese Software unterstützt die Analyse und Optimierung der Satellitenkommunikation und deckt alle Aspekte moderner Satcom-Systeme ab.

Link-Budget-Berechnung und Optimierung

R&S GSASLP ermöglicht es Ingenieuren, die Auswirkungen spezifischer Transponderverzerrungen zu simulieren und zu modellieren. Dadurch können Signalverzerrungen auf die Missionsplanung oder das Nutzlastdesign quantifiziert werden, was zu einer verbesserten Planung und Optimierung führt.

Satellitennetzwerk-Planung

Mit R&S GSASLP können Bodenstationen mit ihren spezifischen Parametern wie Antennengewinn, effektive isotrope Strahlungsleistung (EIRP) und Ausgangsleistung modelliert werden. Diese Funktion unterstützt die Optimierung der Transpondernutzung und die Planung mobiler Satcom-Szenarien, wie z.B. Satcom on the Move (SOTM) oder UAV-Einsätze.

Wichtige Funktionen von R&S GSASLP

Analyse des Link-Budgets in komplexen Multi-Carrier-Szenarien
Modellierung von Transponder-RF-Beeinträchtigungen wie Intermodulation und Leistungsverluste
Verwaltung von Bodenstationsausrüstung und Antennen
Visualisierung der Antennenabdeckung und Analyse des Empfangs von Satellitenbaken
Berechnung von Beeinträchtigungen durch benachbarte Satelliteninterferenzen (ASI) und ITU-Wetterempfehlungen
Datenimport/-export und Geopositionierung

Kommunikationsüberwachung und Signalanalyse

R&S GSACSM bietet eine umfassende Softwarelösung zur Fernüberwachung des Spektrums und zur Signalanalyse. Diese Software kombiniert traditionelle Spektrumanalysatorfunktionen mit fortschrittlichen Signalerkennungs- und Identifikationsalgorithmen, um eine effektive Überwachung und Analyse von Satellitentranspondern zu ermöglichen.

Fernspektrumüberwachung

R&S GSACSM ermöglicht die Fernkommunikation mit Spektrumanalysatoren, sodass Benutzer weltweit auf ihre Geräte zugreifen können. Dies ist besonders nützlich für die gleichzeitige Überwachung mehrerer Geräte und die autonome Identifikation von Trägern wie DVB-S und DVB-S2.

Signalanalyse

Spektrumanalysatoren wie der R&S FSW sind essenziell für die Analyse vieler Aspekte der Weltraum-EW. Sie ermöglichen die Verfolgung, Protokollierung und Überwachung von Interferenzen sowie die Demodulation und Aufzeichnung von Signalen. Die R&S FSW-K70 Vektorsignalanalyseoption unterstützt die Analyse digital modulierte Einzelträger bis hin zur Bit-Ebene.

Interferenzjagd

Handheld-Geräte zur Interferenzjagd, wie der R&S Spectrum Rider FPH, bieten flexible Lösungen zur Geolokalisierung von Störquellen. Diese tragbaren Empfänger und Richtantennen sind ideal für den Einsatz im Feld geeignet.

RF-Aufzeichnung und -Wiedergabe

Das R&S IRAPS-System bietet eine vollständige Lösung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Hochbandbreiten-RF-Signalen. Dies ermöglicht die Erfassung und Analyse langfristiger RF-Ereignisse in einer kontrollierten Umgebung.

Diese Technologien sind entscheidend für die Verbesserung der Effizienz und Sicherheit von Satellitenkommunikationssystemen und bieten umfassende Lösungen für die Herausforderungen der elektronischen Kriegsführung im Weltraum.