La Real Academia de Ingeniería del Reino Unido acaba de publicar en febrero de 2013 un informe titulado “Clima Espacial Extremo: Impacto en Sistemas de Ingeniería e Infraestructura”, en el que se analizan desde el punto de vista de la ingeniería los posibles impactos de una supertormenta solar en la red eléctrica, los sistemas satélite, aeronaves, sistemas de radionavegación y sistemas de radiocomunicaciones, entre otros. El informe, que se centra sobre todo en las posibles repercusiones de un evento de este tipo en el Reino Unido, puede descargarse en su versión original en inglés aquí: “Extreme Space Weather: Impact on Engineered Systems and Infrastructure”.

A continuación se ofrece una traducción al español de los puntos clave y de las recomendaciones que se incluyen en el resumen ejecutivo del informe.

PUNTOS CLAVE

Entorno de una supertormenta solar

Las estadísticas sobre la recurrencia de un evento de magnitud e impacto similares a un evento Carrington son escasas, aunque se están mejorando. Varios estudios consideran razonable un periodo de recurrencia de un evento de este tipo cada 100 ó 200 años y en este informe se realizan valoraciones del impacto de ingeniería basadas en un evento de esta magnitud con el citado periodo de retorno. Si estudios posteriores demuestran que pueden ocurrir eventos más severos -quizás en una escala de tiempo mayor- se debería realizar un cambio radical en las valoraciones del impacto de ingeniería. El citado periodo de 100 años no debe ser un motivo para ignorar tales riesgos.

Red eléctrica

El caso peor más razonable podría tener un impacto significativo en la red eléctrica nacional. Las simulaciones indican que alrededor de seis grandes transformadores de red en Inglaterra y Gales y otros siete transformadores en Escocia podrían quedar dañados por perturbaciones geomagnéticas y puestos fuera de servicio. El tiempo de reparación oscilaría entre semanas y meses. Adicionalmente, las estimaciones actuales indican la posibilidad de interrupciones de algunas horas en el suministro eléctrico local. Dado que la mayoría de los nodos disponen de más de un transformador, no todos estos fallos conducirían a un evento de desconexión. No obstante, el análisis de la red nacional indica que en torno a dos nodos en Gran Bretaña podrían quedar desconectados.

Satélites

Algunos satélites pueden quedar expuestos a entornos sobre los niveles de especificación típicos, incrementándose de este modo las tasas de fallos microelectrónicos y creándose riesgos de carga electroestática. Debido a la multiplicidad en el diseño de los satélites utilizados actualmente, existe bastante incertidumbre sobre el comportamiento general de la flota de satélites, aunque la experiencia adquirida durante tormentas más pequeñas indica que se puede anticipar un cierto grado de interrupción en los servicios por satélite. Afortunadamente, se espera que tanto la propia naturaleza conservadora del diseño de satélites como su diversidad limiten la escala del problema. Nuestro mejor juicio de ingeniería, basado en la tormenta de 2003, es que hasta un 10% de los satélites podrían experimentar fallos temporales con una duración comprendida entre horas y días como resultado de un evento extremo, pero es poco probable que estos fallos se extiendan uniformemente por toda la flota, dado que algunos diseños de satélites y constelaciones serán inevitablemente más vulnerables que otros. Adicionalmente, las dosis significativas de radiación acumulada podrían causar el envejecimiento rápido de muchos satélites. Los satélites muy antiguos podrían comenzar a fallar inmediatamente después de la tormenta, mientras que los más modernos sobrevivirían al evento pero con expectativas de mayores riesgos durante tormentas posteriores más moderadas. Consecuentemente, tras una tormenta extrema, todos los propietarios y operadores de satélites necesitatán evaluar cuidadosamente la necesidad de lanzar satélites de repuesto con anterioridad a sus planes iniciales, con el objetivo de mitigar el riesgo de fallos prematuros.

Seguridad de pasajeros y tripulaciones de aeronaves

Los pasajeros y las tripulaciones en vuelo durante un evento extremo podrían quedar expuestas a una dosis adicional de radiación estimada en hasta 20 mSv, valor que excede significativamente el límite anual de 1 mSv de exposiciones planificadas para el público general, siendo el triple de la dosis recibida por una persona en un escáner de pecho. Dichos niveles implican un incremento del 1 por 1000 en el riesgo de cáncer para cada persona expuesta, aunque este hecho ha de considerarse en el contexto del riesgo de cáncer durante toda su vida, que está en torno al 30%. No se espera disponer de métodos prácticos de predicción a corto plazo, dado que las partículas de alta energía más preocupantes llegan a velocidades próximas a la de la luz. Se precisan mejores métodos de monitorización a bordo de las aeronaves para mejorar tanto la mitigación como los análisis posteriores a los eventos. Se considera que un evento de este tipo generaría una preocupación considerable entre la opinión pública.

Tecnología de dispositivos terrestres y aviónica

Las partículas energéticas solares generan carga de forma indirecta en los materiales semiconductores, causando fallos en el equipamiento electrónico. Se ha podido obtener muy poca evidencia documental sobre el impacto de las partículas energéticas solares en la infraestructura terrestre y es por tanto difícil extrapolar lo que sucedería en una supertormenta solar. Se dispone de más evidencias documentales sobre el impacto en la aviónica, sin duda debido a que su entorno operativo está sometido a un flujo mayor de partículas energéticas. Nuestras estimaciones indican que durante una supertormenta solar el nivel de riesgo en la aviónica será ~1,200 veces superior al nivel normal de una época tranquila y que este hecho podría incrementar la carga de trabajo de los pilotos. Se señala que la aviónica está diseñada para mitigar el fallo funcional de sus componentes, equipos y sistemas y que consecuentemente se puede considerar parcialmente robusta frente a las partículas energéticas solares.

Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS)

Asumiendo que los satélites -o un número suficiente de ellos- sobreviven al impacto de las partículas de alta energía, anticipamos que una supertormenta solar puede dejar al GNSS parcial o completamente inoperativo durante un periodo de uno a tres días. Este periodo de indisponibilidad será dependiente de los requerimientos del servicio. Para la infraestructura crítica de temporización es importante que se desplieguen osciladores de respaldo capaces de mantener los requisitos de rendimiento durante estos periodos. Las redes de comunicaciones en el Reino Unido parecen cumplir este requerimiento. Existirán ciertas aplicaciones especializadas en las que la pérdida o degradación de los servicios GNSS puedan provocar problemas operacionales, incluyendo a aeronaves y embarcaciones. Actualmente, el sistema de navegación para aeronaves está bastante respaldado por ayudas terrestres a la navegación; es importante que las ayudas alternativas a la navegación continúen disponibles en el futuro.

Comunicaciones celulares y de emergencia

En este estudio se ha concluído que las redes comerciales de comunicaciones celulares en el Reino Unido son mucho más resistentes a una supertormenta solar que las redes desplegadas en bastantes otros países (incluyendo los Estados Unidos), dado que no son dependientes de la temporización proporcionada por el GNSS. Sucede lo contrario con la implementación en el Reino Unido de las redes de comunicaciones de emergencia TETRA (Terrestrial European Trunked Radio Access), que sí son dependientes del GNSS. Consecuentemente, son necesarias estrategias de mitigación, que ya parecen estar siendo implementadas.

Comunicaciones en HF

Durante una supertormenta solar, es probable que las comunicaciones en HF queden inoperativas durante varios días. Este tipo de comunicaciones se usan mucho menos que en el pasado; no obstante, siguen proporcionando comunicaciones primarias de larga distancia para aeronaves (no todos los aviones disponen de comunicaciones vía satélite y además esta tecnología también podría fallar durante un evento extremo). Para los aviones que se encuentren en vuelo al inicio de un evento, ya existen procedimientos bien definidos a seguir en caso de pérdida de las comunicaciones. No obstante, en el caso de una pérdida persistente de comunicaciones en un área extensa, podría ser necesario cancelar las operaciones de despegue. En este caso extremo, parece no existir un mecanismo definido para cerrar y reabrir el espacio aéreo una vez que se hayan recuperado las comunicaciones.

Comunicaciones móviles por satélite

Durante un evento extremo del clima espacial, las comunicaciones por satélite en banda L (en torno a 1,5 GHz) podrían quedar inoperativas o con degradación en la calidad del servicio durante uno a tres días, debido al fenómeno de centelleo (scintillation). En general, la vulnerabilidad de los sistemas satélite en banda L ante el centelleo provocado por una supertormenta será específica de cada sistema concreto. Para los usuarios aeronáuticos, el impacto operativo en las comunicaciones vía satélite será similar al de las comunicaciones en HF.

Radiodifusión terrestre

La radiodifusión terrestre podría ser vulnerable a algunos efectos secundarios como la pérdida de suministro eléctrico o de temporización GNSS.

RECOMENDACIONES

En cada capítulo del informe se incluyen bastantes recomendaciones, citándose a continuación las más importantes. Resulta de vital importancia identificar a un departamento u órgano gubernamental que esté al cargo de cada una de las recomendaciones.

Política

En el informe se realizan las dos siguientes recomendaciones clave:

• Se debe poner en marcha un Comité sobre el Clima Espacial a nivel gubernamental en el Reino Unido, que proporcione liderazgo en las actividades relacionadas con el clima espacial en el país. Este Comité ha de tener la capacidad de mantener una visión de la estrategia sobre el clima espacial de forma transversal al resto de departamentos implicados.

• El Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC) debería asegurar que sus propios programas reconocen la importancia de la mitigación del clima espacial extremo. El EPSRC debería estar completamente integrado en la estrategia de cualquier consejo de investigación.

Entorno de las supertormentas solares

• El Reino Unido debería trabajar con sus socios internacionales para refinar aún más las especificaciones ambientales de los eventos solares extremos y en la medida de lo posible, extender dichos estudios para proporcionar de forma progresiva mejores estimaciones de un caso peor razonable de supertormenta solar en escalas de tiempo superiores a unos 200 años.

Red eléctrica

• Debe continuarse con la estrategia actual de mitigación en la Red Nacional. Esta estrategia combina predicciones adecuadas, ingeniería y procedimientos operativos. Debería incluirse un incremento de las reservas tanto de potencia activa como de potencia reactiva para reducir la carga en transformadores individuales y para compensar el incremento de consumo de potencia reactiva en los mismos.

Satélites

• Debe realizarse una evaluación con mayor profundidad sobre los riesgos de las tormentas extremas para los sistemas espaciales que sean críticos para la cohesión social y económica del país (lo que probablemente incluya a los sistemas de navegación por satélite). Los usuarios de los servicios por satélite que necesiten operar durante una supertormenta deberían plantear a sus proveedores de servicios que determinen su nivel de supervivencia y que establezcan planes de acciones de mitigación en casos de fallos en los satélites (p.ej. diversificación en las redes).

Seguridad de pasajeros y tripulaciones de aeronaves

• Se debe considerar la clasificación de las supertormentas solares como emergencias de radiación, en el contexto de los pasajeros y las tripulaciones de aeronaves. Si dicha clasificación se considera apropiada, debe ponerse en marcha un plan de emergencia para cubrir dichos eventos. Aunque las posibilidades de reducción de las dosis pueden ser limitadas, deben considerarse y establecerse niveles de referencia adecuados.

Tecnología de dispositivos terrestres y aviónica

• Se deben proporcionar alertas de radiación derivadas tanto de tierra como del espacio a las autoridades y operadores aeronáuticos. Las autoridades responsables de aviación y la propia industria del sector deberían trabajar conjuntamente para determinar si la monitorización a bordo de aeronaves sería beneficiosa en los vuelos. Se deberían desarrollar conceptos de operación a este respecto, para definir acciones subsecuentes; esto podría incluso comprender la reducción en la altitud de vuelo, si se considera beneficiosa y es efectiva en costes.

Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS)

• Tanto toda la infraestructura crítica como los sistemas críticos de seguridad que requieran una temporización precisa derivada del GNSS, deberían diseñarse para poder operar con tecnología de respaldo durante un periodo de hasta tres días.

Redes de comunicaciones móviles terrestres

• Todas las redes de comunicaciones móviles terrestres con requerimientos críticos de resiliencia también deberían ser capaces de operar sin temporización GNSS durante periodos de hasta tres días. Específicamente, esto debería incluir la realización de actualizaciones en las redes, incluyendo las asociadas con las nuevas licencias 4G cuando éstas sean utilizadas en misiones críticas, así como actualizaciones en las redes de comunicaciones de los servicios de emergencia.

 Comunicaciones en HF

• La industria y las autoridades aeronáuticas deberían considerar la realización de modernizaciones en los módems de HF (similares a los usados en el entorno militar), para posibilitar el mantenimiento de las comunicaciones en los entornos más severamente perturbados. Esta aproximación podría reducir significativamente el tiempo de pérdida de servicio en las comunicaciones durante una supertormenta y sería además beneficioso en líneas generales.

Radiodifusión terrestre

• En los supuestos en los que la radiodifusión terrestre se requiera para operaciones civiles en casos de contingencia, deben realizarse evaluaciones de las vulnerabilidades que supondría la pérdida de temporización GNSS.