La pérdida de observaciones satelitales por interferencia de la tecnología 5G en el espectro podría amenazar la seguridad pública y el crecimiento económico, afirma el Director del Centro Nacional de Investigaciones Atmosféricas, William Mahoney.
WASHINGTON, D.C. — Estados Unidos debe proteger las frecuencias de radio que son esenciales para los pronósticos meteorológicos y la comprensión del sistema climático, afirmó el director del NCAR, William Mahoney, al Comité de Ciencia, Espacio y Tecnología de la Cámara de Representantes del Congreso de los EE.UU
Mahoney, meteorólogo y experto en sistemas de pronóstico necesarios para proteger la vida y la propiedad, testificó en una audiencia del comité, con una ponencia titulada "Necesidades de espectro para observaciones en ciencias de la Tierra y el espacio", y traducida por la Plataforma QAE al final de este artículo.
Sus comentarios se produjeron cuando los meteorólogos y otros científicos atmosféricos han planteado crecientes preocupaciones de que las transmisiones de las redes 5G interfieran con las observaciones satelitales, degradando significativamente los pronósticos meteorológicos, perjudicando nuestra capacidad de avanzar en nuestro conocimiento del sistema de la Tierra y prepararnos para el cambio climático.
"En un momento de creciente vulnerabilidad al peligro climático, es imperativo que las observaciones críticas de la Tierra estén protegidas de la interferencia", dijo Mahoney en sus comentarios preparados. "El impacto de los datos de observación de la Tierra perdidos podría ser catastróficos para la nación".
Los satélites meteorológicos miden y transmiten datos de vapor de agua, un ingrediente central para pronósticos precisos, a una frecuencia de 23,8 GHz. Los datos serán vulnerables a interferencias si las compañías de Telecomunicaciones comienzan a utilizar la banda de 24 GHz y otras frecuencias cercanas para la tecnología 5G, según lo anticipado por la Comisión Federal de Comunicaciones y la agencia internacional que regula las telecomunicaciones globales. Los meteorólogos no pueden cambiar a una parte diferente del espectro porque las emisiones naturales de la Tierra ocurren sólo a ciertas frecuencias.
La Oficina de Rendición de Cuentas del Gobierno de Estados Unidos publicó un informe en el que recomienda que la Comisión Federal de Comunicaciones y la Comisión Nacional de Telecomunicaciones e Información actualicen o aclaren sus procesos para minimizar los riesgos de interferencia del espectro.
Mahoney advirtió que la pérdida de datos del sistema de la Tierra también podría afectar la reducción del riesgo de desastres naturales y las operaciones de seguridad y defensa nacional.
"El progreso significativo que se ha logrado en los últimos años en la habilidad de pronóstico del tiempo es en gran parte atribuible a estas tecnologías de observación y al uso de las observaciones de la Tierra en los modelos de predicción meteorológica por parte de los pronosticadores y la comunidad de investigación científica atmosférica", dijo Mahoney al comité. "Los beneficios socioeconómicos asociados con el uso meteorológico del espectro de radiofrecuencias son fundamentales para el éxito de la sociedad y deben tenerse en cuenta en una gestión óptima del espectro".
"Críticamente, todos los sectores de la economía de la nación son sensibles al clima y se puede esperar que cualquier degradación de los datos de observación de la Tierra para usos científicos y operativos tenga impactos financieros y de seguridad negativos significativos", agregó.
El comité también escuchó a Andrew Von Ah de la Oficina de Responsabilidad Gubernamental, David Lubar de aerospace Corporation, Jordan Gerth de la Universidad de Wisconsin-Madison y Jennifer Manner de EchoStar Corporation/Hughes Network Systems.
20 de julio de 2021
Resumen:
La comunidad meteorológica (sector público, privado y académico) cuenta con altos datos del sistema de la Tierra de calidad, en tiempo real y archivados para el monitoreo del tiempo, el clima y el agua, predicción y advertencias, reducción del riesgo de desastres naturales, apoyo a las operaciones de socorro en casos de desastre, seguridad y defensa del territorio nacional, y para la planificación de medidas preventivas de adaptación y mitigar los efectos negativos del cambio climático. Los beneficios socioeconómicos asociados con el uso meteorológico del espectro de radiofrecuencia es fundamental para el éxito de la sociedad y debe tenerse en cuenta en la gestión óptima del espectro. Críticamente, prácticamente todos los sectores de la economía es sensible al clima y cualquier degradación de los datos de observación de la Tierra se puede esperar que los usos científicos y operativos tengan un impacto financiero y de seguridad significativamente negativo.
Si se degradaran los pronósticos de huracanes, inundaciones y otros desastres naturales, las vidas humanas y la propiedad estarían en riesgo. La rentabilidad de las industrias estadounidenses, que van desde la agricultura y energía para la fabricación y el transporte, también se verían afectados negativamente si los pronósticos se vuelven menos precisos. A las naciones les conviene proteger las radiofrecuencias esenciales para la meteorología.actividades que son críticas para la predicción precisa de condiciones meteorológicas adversas ante el constante cambio climático, su investigación y evaluación, y asegurar el liderazgo de la nación en tecnologías inalámbricas futuras y en ciencia e ingeniería. Avances en pronósticos y peligros ambientales de la predicción solo puede ocurrir si los activos de espectro existentes en las bandas pasivas clave, como 23.6GHz-24GHz están protegidos contra interferencias. Las leyes de la física dictan estas bandas de frecuencia; por tanto, no hay otra alternativa que la protección.
Para tener pronósticos meteorológicos precisos y tecnologías como el 5G, procede aplicar restricciones y ser prudentes en lo referente al uso del espectro cerca de las bandas de datos meteorológicos para mantener y mejorar la calidad y precisión de las observaciones del sistema terrestre y las predicciones meteorológicas. Se deben financiar estudios colaborativos que involucren agencias científicas y partes interesadas no federales para evaluar el impacto de la interferencia terrestre en las bandas de absorción atmosférica y sus efectos en cascada sobre la habilidad de predicción numérica del tiempo y la ciencia del sistema terrestre.
Investigar programas similares a Spectrum Innovation de la National Science Foundation (NSF), que está diseñada para desarrollar innovaciones que puedan sortear los desafíos de la radio, la escasez y la interferencia del espectro deben ampliarse. Las preocupaciones de la empresa meteorológica y la comunidad de las ciencias de la Tierra deben ser escuchadas y tomadas en serio, ya que el impacto de la pérdida de datos de observación de la Tierra podría ser catastrófico.
"Necesidades de espectro para las observaciones en las ciencias de la Tierra y el espacio "Presidenta Johnson, miembro destacado Lucas y miembros del comité, gracias por la oportunidad de testificar hoy. Mi nombre es William Mahoney y actualmente sirvo como Director Asociado del Centro Nacional de Investigaciones Atmosféricas. El Centro Nacional de la investigación atmosférica (NCAR) es un centro de investigación y desarrollo financiado con fondos federales (FFRDC) de la National Science Foundation (NSF) y es operado por la Universidad Corporation for Atmospheric Research, que es un consorcio sin fines de lucro de más de 120 Colegios y universidades estadounidenses centrados en la investigación y la formación en el sistema terrestre.
También he tenido el privilegio de servir previamente en el Comisionado de la Comisión sobre el tiempo, el agua y el clima de la Sociedad Meteorológica Estadounidense (AMS) Enterprise, que se encarga de velar por las necesidades e inquietudes del público, el privado y sectores académicos de la empresa meteorológica, hídrica y climática de los Estados Unidos. La economía de la nación y el público dependen de información meteorológica precisa. Remoto observaciones de la Tierra que utilizan canales de radiofrecuencia, como los que operan en el Espectro de 23,8 GHz, proporcionan conjuntos de datos críticos necesarios para la predicción meteorológica y la provisión de advertencias para salvar vidas y proteger la propiedad. Es por eso que lo público, privado y académico sectores de la comunidad meteorológica están profundamente preocupados por la creciente invasión debandas de radiofrecuencia relacionadas con el clima y están instando a la FCC y a otros organismos a reconocer la necesidad de esfuerzos adecuados de protección y mitigación contra la pérdida y el uso compartido de este espectro para observar el sistema terrestre.
Se requiere monitoreo de la Tierra para los pronósticos meteorológicos, estudios de cambio climático, para la protección del medio ambiente, para el desarrollo económico (transporte, energía, seguridad alimentaria, desarrollo urbano, despliegue de servicios públicos, cadena de suministro de gestión y seguridad) y para la seguridad de la vida y la protección de la propiedad. Esta amenaza se acerca durante un período en el que nuestro país se enfrenta a un aumento significativo en el clima de miles de millones de dólares en eventos de desastre.
El promedio de desastres por miles de millones de dólares en 1980-2020 es de 7,1 eventos por año (IPC-ajustado) mientras que el promedio anual de los últimos 5 años (2016-2020) es de 16,2 eventos (IPC-ajustado). La economía estadounidense también es sensible al clima. La producción económica de EE. UU. varía según hasta 601 mil millones por año (ajustado al IPC) del producto interno bruto (PIB) o alrededor del 3.4% del PIB debido a la variabilidad climática.
Además, una encuesta a nivel nacional indicó que el clima y los pronósticos generaron 41.1 mil millones (ajustados al IPC) en beneficios económicos para los hogares estadounidenses. Observaciones basadas en radio, como instrumentos de teledetección que operan a bordo de satélites y sobre el terreno proporcionan la principal fuente de información sobre la atmósfera y la superficie de la Tierra. La medición de la emisión natural de radiación de microondas de la Tierra ha sido reconocida como una prioridad de la observación de la Tierra durante muchas décadas y se expandió con el satélite de microondas.
Los instrumentos de sonido fueron lanzados por primera vez en la década de 1970. Estos sensores aprovechan la absorción de oxígeno en la banda entre 50 a 60 GHz para proporcionar una cobertura global de la temperatura atmosférica por mediciones de la troposfera y la estratosfera. Mientras que la temperatura global detectada de forma remota una mejora de la habilidad de pronóstico, así es bien sabido que la detección del vapor de agua atmosférico es fundamental para mejorar la predicción de los procesos de precipitación, condiciones meteorológicas adversas y sequías.
Las unidades de sondeo por microondas que funcionan a 23,6GHz-24,0GHz se desarrollaron e implementaron en satélites para abordar esta necesidad y se consideran parte de la columna vertebral de la observación mundial. El aumento de la utilización de datos de sondeos de vapor de agua basados en satélites se reconoce ahora como una razón clave detrás del aumento en la habilidad de predicción de modelos meteorológicos en los últimos años. Algunos de los sistemas avanzados de sondeo por microondas basados en satélites utilizados en los EE.UU. que internacionalmente operan a 23,8 GHz, se encuentra dentro de las Uniones Internacionales de Telecomunicaciones (UIT) en el espectro del servicio de exploración por satélite (SETS) para proteger la capacidad de la nación y proporcionar datos meteorológicos operativos de alta calidad y pronósticos meteorológicos que requieren limitar la interferencia en la banda L y en el microondas de bandas de espectro.
La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) es el organismo especializado de las Naciones Unidas para la información y tecnologías de la comunicación. Fundada en 1865 para facilitar la conectividad internacional en redes de comunicaciones. La UIT asigna el espectro radioeléctrico mundial y la órbita de los satélites y desarrolla las normas técnicas que garantizan las redes y las tecnologías se interconectan a la perfección utilizando datos de temperatura y vapor de agua detectados a distancia de las bandas de absorción pasiva.
En general, es fundamental que la comunidad científica esté en la mesa para informar a los responsables políticos sobre los problemas como este que tienen un gran impacto en la ciencia y la seguridad pública operativa. La política de asignación de espectro debe estar informada por la ciencia, especialmente en cuestiones en las que la ciencia es tan clara. La comunidad meteorológica depende cada vez más de las tecnologías de teledetección tanto para observaciones terrestres de rutina como experimentales. Estas actividades requieren acceso global al espectro de radiofrecuencia para radares, perfiladores de viento, radiómetros de microondas y telemetría de datos, así como para sensores pasivos y activos basados en satélites.
El espectro de radio se utiliza para meteorología de tres formas principales:
- Detección remota pasiva, en la que los científicos miden las emisiones de radiofrecuencia natural del medio ambiente y el espacio. Esto requiere el uso de un receptor únicamente. Estos son generalmente ubicados en plataformas espaciales.
- Detección remota activa, en la que los sistemas emiten ondas de radio a la atmósfera y medir su transmisión (por ejemplo, radar meteorológico Doppler y perfiladores de viento). Esto requiere el uso de un transmisor y un receptor.
- Transmisión de datos, en la que se utilizan ondas de radio para distribuir datos. Para el medio ambiente esto puede incluir la transmisión de información directamente desde un satélite a los usuarios en todo el país (por ejemplo, 1685,7 - 1686,6 MHz Geoestacionario Operacional Canal de enlace descendente del satélite ambiental (GOES)).
Las ondas de radio son reflejadas, absorbidas, dispersadas, refractadas y difractadas por la atmósfera en condiciones que encuentran, como nubes y precipitaciones. Críticamente, diferente condiciones afectan a las ondas de radio de manera diferente. Esto permite a los científicos utilizar frecuencias de radio directamente o indirectamente para detectar tornados, rastrear huracanes y determinar una amplia gama de condiciones meteorológicas desde el suelo hacia arriba, como humedad atmosférica, tipos de nubes y cantidades, velocidad y dirección del viento, y tipos y cantidad de precipitación. Además, y críticamente, la determinación de las condiciones atmosféricas mediante la teledetección pasiva requiere el uso de frecuencias de radio específicas para las que no es posible la sustitución. Por ejemplo, solo ciertas longitudes de onda pasan a través de las nubes sin obstáculos. A menudo, las mismas longitudes de onda son valiosas para las telecomunicaciones porque pueden atravesar el clima, los edificios y otros obstáculos.
El progreso significativo que se ha logrado en los últimos años en la habilidad de pronóstico del tiempo es en gran parte atribuibles a estas tecnologías de observación y al uso de observaciones de la Tierra en condiciones meteorológicas por modelos de predicción, por pronosticadores y la comunidad de investigación científica atmosférica. Predecir el tiempo con precisión, el estado actual de la atmósfera debe conocerse en detalle en todo el globo terráqueo desde la superficie de la Tierra hasta la parte superior de la atmósfera in situ y su teledetección Las tecnologías son críticas para el proceso de pronóstico. Este no es un problema de académicos o investigadores que pierden el acceso a un conjunto de datos, se trata de no tener la información necesaria para proteger la vida y la propiedad.
Los datos y pronósticos meteorológicos son importantes para el público y requerido para grandes segmentos de la economía de nuestra Nación. Ejemplos de cómo los datos del sistema terrestre y los pronósticos meteorológicos que se utilizan para respaldar la toma de decisiones incluyen, entre otros:
Agricultura: Se toman decisiones diarias y estacionales con respecto a la selección de semillas, mitigación de plagas, riego, fertilización y cosecha. La humedad del suelo y la temperatura del suelo, cuya remota mediciones detectadas también son sensibles a la interferencia fuera de banda, son parámetros importantes para la planificación agrícola y toma de decisiones y contribuir a la habilidad de pronóstico. La información meteorológica se utiliza para analizar los riesgos de la cadena de suministro global y regional y las condiciones del mercado relacionadas con el clima extremo como inundaciones y sequías.
Aviación: las aerolíneas, los pilotos de aviación general y los controladores de tráfico aéreo toman las decisiones diarias en la selección de ruta para maximizar la eficiencia del vuelo y minimizar el consumo de combustible, y para evitar tormentas eléctricas, cizalladura del viento, turbulencia, techo bajo y visibilidades, y formación de hielo en maximizar la seguridad del vuelo.
Transporte terrestre: los departamentos de transporte toman decisiones diarias para optimizar el control de nieve, hielo y operaciones de mantenimiento del pavimento, cuando se anticipe condiciones climáticas extremas en condiciones y coloque los activos de respuesta a emergencias, como vehículos remolcadores, para despejar las carreteras cuando ocurren incidentes relacionados con el clima. Los operadores ferroviarios utilizan la información meteorológica diaria para evaluar el riesgo de derrumbes de terrenos, pandeo debido al calor, desprendimiento de terrenos debido al frío extremo y fuertes vientos cruzados que podrían conducir a eventos de volcadura de vagones.
Los operadores comerciales de carga utilizan el clima como información para un enrutamiento óptimo para garantizar que los bienes y servicios de las naciones se entreguen en horario y no se ven afectados por las malas condiciones climáticas y de la carretera.
Manejo del agua: Se toman decisiones diarias a estacionales para el manejo del embalse, operaciones de energía, caudales de ríos y arroyos para la protección de peces, recreación, para cumplir con las regulaciones requisitos, evaluar el potencial de inundaciones y predecir el consumo de agua.
Gestión de emergencias: la información meteorológica se utiliza a diario para respaldar la evaluación de riesgos, gestionar planificación de emergencias y evacuación, y actividades de alerta y recuperación de apoyo asociadas con tornados, huracanes, inundaciones, tormentas de nieve y hielo, derechos, deslizamientos de tierra, severas tormentas eléctricas y relámpagos y fuertes vientos.
Incendios forestales: la información meteorológica se utiliza a diario para determinar el riesgo de ignición de incendios forestales, relámpagos y actividades humanas, velocidad de propagación del fuego, intensidad, calidad del aire y manejo del suelo operaciones de mitigación de incendios basadas en el aire
Energía: La producción, generación, demanda y transmisión de energía son muy sensibles al clima. La energía eólica, solar e hidroeléctrica requieren información precisa sobre la velocidad y dirección del viento, nubes, radiación solar entrante y precipitación. Reducciones en la precisión de la predicción debido a la pérdida de datos meteorológicos detectados a distancia debido a la interferencia de frecuencia aumentará la incertidumbre en la predicción de energía eólica y solar y, por lo tanto, hace la integración de generación variable de energía en la red eléctrica más desafiante y arriesgado.
Seguridad y Defensa Nacional: La información y los pronósticos meteorológicos precisos son fundamentales para nuestros servicios armados que llevan a cabo operaciones terrestres, marítimas y aéreas en todo el mundo, incluidas las misiones especiales, por lo que se necesita información precisa sobre el techo, la visibilidad, el clima severo, la cizalladura del viento, turbulencia y condiciones marinas. En un momento de creciente vulnerabilidad a las amenazas meteorológicas debido al cambio climático y cambios demográficos, es imperativo que las observaciones críticas de la Tierra estén protegidas de interferencias.
El proceso de asignación de frecuencia debe adoptar una postura de "no hacer daño" que requiera evidencia de que las actividades comerciales no interfieran con las observaciones críticas de la Tierra.
Preocupaciones sobre la interferencia del espectro. El uso compartido del espectro puede crear desafíos importantes porque los receptores y transmisores deben poder distinguir entre señales significativas, antecedentes, ruido y señales no deseadas. En algunos casos, las zonas protectoras ubicadas alrededor de satélites críticos, estaciones receptoras de enlace descendente (es decir, áreas donde los usuarios comerciales de telecomunicaciones tienen prohibido actuar, interfieren con los usos científicos y operativos) pueden adaptarse a los usos comerciales del radioespectro mientras se mantienen operaciones federales críticas. Sin embargo, las zonas protegidas no siempre es adecuado para proteger a todos los usuarios y no ayudar a la gran población de usuarios que se distribuyen por todo el país y se ubican fuera de las zonas protegidas.
Hay agencias que utilizan estaciones receptoras de enlace descendente GOES que pueden no ser consideradas para protección en zonas de manera similar a la NOAA, el principal interesado. Los usuarios no federales incluyen la industria meteorológica del sector privado de la nación que proporciona advertencias y condiciones meteorológicas críticas adaptadas al usuario de información al manejo de emergencias estatales y locales, servicios públicos, administradores de agua, operadores de carga, industria de camiones, funcionarios de transporte y muchos más usuarios finales.
Hay una preocupación significativa de que el enlace descendente de los datos del GOES se contaminará por interferencias si la banda de 1675-1680 MHz no está protegida. La interferencia podría tener un impacto desastroso tanto en el gobierno y la industria meteorológica comercial y sus partes interesadas. Una de las principales preocupaciones de las comunidades del clima, el agua y el clima de EE.UU. es el potencial de interferencia en las radiofrecuencias específicas para las que no es posible la sustitución.
Tiempo imperfecto, puede haber formas de mitigar la interferencia en otras frecuencias, pero las leyes de la física hace que sea imposible encontrar sustitutos para frecuencias específicas de absorción atmosférica como la banda de espectro de 23,6-24 GHZ. La banda de espectro de 23,6-24 GHz se utiliza para detección remota basada en sensores de microondas de los niveles atmosféricos de vapor de agua, que es el único tipo de datos más impactante para pronosticar con precisión el clima y los peligros climáticos y es fundamental para la investigación de la ciencia atmosférica destinada a mejorar la comprensión y la previsibilidad del Sistema terrestre. Estos instrumentos pasivos son, por necesidad, sensibles a señales extremadamente débiles que emitida naturalmente por la atmósfera terrestre, incluidas las señales emitidas a 23,8 GHz. Los sensores son aún más vulnerables a las interferencias de radiofrecuencia, ya que tienen una huella mucho mayor y utilizar un ancho de banda más amplio. Las emisiones de microondas atmosféricas en el espectro del Servicio de Exploración de la Tierra-Satélite son un recurso natural único de la Tierra. Las emisiones naturales de microondas de la Tierra pueden reducirse contaminado incluso por un ligero ruido en la banda. Una potencia combinada total superior a 0,1 vatios de todas las fuentes terrestres contaminarán las mediciones.
La Tecnología inalámbrica 5G abarca un amplio espectro. Se proyecta que más del 50% de la transferencia de datos en 5G tomará ventaja de Wi-Fi. La intensidad de la señal de Wi-Fi (Pico Watt) es diez veces más fuerte que la más débil señal detectada por radar y receptores de satélite. Por lo tanto, la interferencia de radiofrecuencia degradan significativamente o inutilizan las señales de satélite y radar. Subproductos no deseados de una señal 5G que cae dentro del rango de frecuencia detectado por el satélite meteorológico aumentaría el ruido de fondo o confundir el sensor.
No existe un método para separar la señal 5G no deseada dela señal natural deseada, que simplemente mide la potencia total detectada, lo que significa que no sería posible saber que los datos ambientales habían sido contaminados. Los estudios preliminares han indicado que la proliferación de sistemas terrestres 5G que utilizan frecuencias de 24 GHz hará tecnologías emergentes y su impacto esperado en la demanda de espectro no federal.
Los datos actuales y futuros son menos precisos, o incluso inutilizables, a menos que el 5G se implemente rigurosamente de tal forma que proteja el espectro adyacente del Servicio de Exploración de la Tierra por Satélite.
Gracias por darme la oportunidad de testificar ante este comité.
VÍDEO DE LA SESIÓN EN EL CONGRESO DE LOS EE.UU
FUENTE OFICIAL:
https://www.gao.gov/products/gao-21-474
