Едва ли някой в ежедневието си се пита как точно работи системата GPS. Когато обаче глобалната система за позициониране се срине, това ще се усети на момента и ще се усети тежко.
Причината за това е, че сателитната навигация на практика толкова дълбоко се е интегрирала в днешния свят, че без нея в един момент може да се почувстваме слепи. И не, това не е преувеличение.
Специалистите обаче повдигат въпроса има ли тя алтернатива, тъй като според тях тя става все по-уязвима.
Как работи глобалната система за позициониране (откъдето идва GPS)?
Най-общо GPS ни казва по всяко време в коя точка на земята се намира даден GPS приемник. Такива приемници има например в мобилните телефони, колите и велосипедите. На плавателните съдове глобалната система за позициониране дава възможност да се придвижват през трудни канали и рифове, или иначе казано е нещо като съвременен фар за тях. Спасителните служби също разчитат на GPS, за да открият бедстващи хора.
Без тази технология пристанищата биха спрели работа, тъй като крановете им се нуждаят от GPS, за да намерят точните контейнери. Тя има решаваща роля и в логистичните операции, позволявайки на производителите на автомобили и супермаркетите да се възползват от системите за доставка точно навреме.
С други думи - без GPS системите рафтовете в супермаркетите биха били по-празни, а цените - по-високи.
Строителната индустрия използва GPS за проучвания, а рибарите - за да се съобразят със строгите разпоредби докъде точно могат да плават и да хвърлят мрежите си.
Но GPS не е само за идентифициране на местоположение, а и за време.
"Съзвездие" от 30 спътника в орбитата около Земята използват множество изключително точни атомни часовници, за да синхронизират своите сигнали. Те позволяват на потребителите да определят времето с точност до 100 милиардни секунди.
Всички мобилни телефонни мрежи използват GPS time (непрекъсната времева скала) за синхронизиране на своите базови станции, докато финансовите и банковите институции разчитат на него, за да гарантират, че сделките и трансферите се извършват правилно.
Както виждаме, аспектите, в които системата е от помощ, са много. Оказва се обаче, че прекъсванията на GPS сигнала са изненадващо чести - военните редовно го блокират в определени области, докато тестват оборудване или по време на военни учения.
Правителството на САЩ също редовно извършва тестове и упражнения, които водят до нарушаване на сателитния сигнал, но също така някои технически проблеми водят до нарушения в световен мащаб.
Миналата година сателитната навигация на израелското летище "Бен Гурион" блокира. Тогава само уменията на ръководителите на полетите предотвратиха сериозни инциденти. Предполага се, че заглушаването е било случайно и идвало от руските сили, воюващи в Сирия.
Устройства, които заглушават GPS сигнала, могат да бъдат купени лесно онлайн, а престъпниците ги използват например при кражба на автомобили, за да не могат да бъдат проследявани.
Природните сили също могат да бъдат катастрофални за този тип системи. Така например мащабна магнитна буря като "Карингтън" от 1859 г. има силата да събори цялата GPS сателитна мрежа. Пагубна би могла да бъде да речем и евентуална военна стачка.
А неизправността на системата би коствала огромни щети за икономиките на страните. Например в САЩ биха загубили приблизително от 1 до 1,5 млрд. долара на ден при евентуален проблем.
Разбира се, има и алтернативи. Въпросът е, че има още много работа по тях, защото някои са все още на етап идеи. И изискват много средства, за да се развият до действащи системи.
Глобални навигационни спътникови системи например са руската Glonass, европейската Galileo и китайската BeiDou, които работят на подобна основа на GPS. Но все повече смущения или умишлено заглушаване могат да доведат до прекъсвания в сигналите от сателитите.
Ако GPS и неговите международни "братовчеди" изведнъж изчезнат, към какви алтернативи бихме могли да се обърнем в опит да поддържаме целия свят в движение?
Един от възможните резервни копия за GPS е новата версия на Long Range Navigation (Loran), която е разработена по време на Втората световна война за насочване на съюзнически кораби, докато пресичат Атлантическия океан. Вместо сателити обаче тя се състои от наземни предаватели с високи 200 метра антени, излъчващи радионавигационни сигнали.
Първоначално Loran дава точност до хиляди метри, но през 70-те години е осъвременена да даде местоположение до няколкостотин метра. През 2000-те GPS прави излишни предавателите Loran и в много страни са изведени от експлоатация.
Модерна и подобрена версия eLoran обаче може да бъде толкова точна, колкото и GPS. Тя използва по-усъвършенствани предаватели и приемници от оригиналната версия, заедно с техника, известна като диференциална корекция, където сигналът се наблюдава от референтни станции и се коригира за подобряване на неговата точност.
Тази подобрена версия може да определя местоположения с точност, по-малка от 10 метра. За разлика от GPS, тя може да прониква в сгради и тунели, най-вече защото е с по-ниска честота и по-голяма мощност от сателитните сигнали. Мощните eLoran сигнали ще са и по-трудни за заглушаване и няма уязвими сателити.
Въпросът, е че някой трябва да финансира допълнителната инфраструктура, за да заработи тази алтернатива.
Другите подходи не изискват допълнителна инфраструктура. Много преди радио сигналите, моряците са се придвижвали с помощта на слънцето и звездите, използвайки секстант за измерване на ъгъла между тях.
Астронавигация продължава да се използва и в съвременната епоха. И колкото и изненадващо да звучи, балистични ракети като Trident все още я използват по време на полет. С този метод е възможно да се определи местоположение на Земята с точност до хиляда метра.
Американската компания Draper Laboratory е разработила ново поколение астронавигация, известна като Skymark, която използва малък автоматизиран телескоп за проследяване на спътници, на Международната космическа станция (МКС) и на други обекти, обикалящи около Земята.
Новото при нея е, че използвайки бързо движещи се обекти за ориентир, Skymark може да постигне по-голяма точност, отколкото е било възможно при бавно движещите се звезди.
Skymark използва база данни от видими от земята сателити, а заявената точност е до 15 метра, което го прави почти толкова добър, колкото GPS. Понякога той е в състояние да постигне по-голяма точност, но зависи от това колко от сателитите могат да се видят едновременно.
Недостатъкът е, че работи само с ясна видимост към небето. Използването на инфрачервена светлина, която може да премине по-лесно през мъгла или облак, помага донякъде, но в части от северното и южното полукълбо, където слоестите облаци и сивото небе са по-чести, вероятно ще бъде по-малко ефективно.
Може би по-ежедневна опция е инерционната навигация, която и днес се ползва.
Ако колата ви влезе в тунел и загубите GPS сигнала, се включва инерционна навигация, която поддържа позицията ви актуализирана. Тя обаче е полезна само за кратки GPS прекъсвания. Този недостатък може да бъде преодолян с квантови сензори, хиляди пъти по-чувствителни от съществуващите устройства.
Френската компания iXBlue работи с устройства, базирани на този метод, за да изгради устройство, което да съперничи на GPS прецизността, а екип от Имперския колеж в Лондон демонстрира прототип на преносим квантов акселерометър (уред, чрез който се измерва ускорението на движещи се обекти) през 2018 г. Години обаче делят тези квантови сензори от евентуален краен продукт.
По-рано може да е достъпна за ползване оптичната навигация, при която автоматизирани системи с камери използват забележителности или големи пътни възли за ориентир. Нейна ранна версия - Digital Scene Matching, вече е разработена за крилати ракети.
Модерна оптична навигационна система за самолети - ImageNav, е разработена и от Scientific Systems за военно въздушните сили на САЩ. Тествана е успешно на редица самолети, но може да намери приложение и в самоуправляващи се превозни средства.
Шведската компания Everdrone пък наскоро извърши първата доставка с дрон между две болници, без да използва GPS.
Тяхната система използва комбинация от оптичен поток, измерване на скоростта и идентификация на ориентир, за да намери пътя си от точка А до точка Б с подобна на GPS точност. Иначе казано, този метод разчита на пълна и точна база данни с изображения на зоната, в която се движите, което вероятно ще изисква много памет и чести актуализации.
Великобритания пък разработва бекъп система за услугите за синхронизация на времето, които GPS предоставя под формата на програма The National Timing Center - първата такава национална услуга в света.
Очаква се да започне да функционира през 2025 г. и да включва набор от точни атомни часовници, разпределени на достатъчно сигурни места на Острова и предоставящи синхронизиращи сигнали чрез кабелни и радио услуги. Идеята е, че ако сателитните сигнали паднат, няма да има уязвими центрове, които да бъдат свалени от авария, технически проблем или кибератака.
Въпросът при всички тези алтернативи е ще бъдат ли налице достатъчно скоро, предвид, че разчитаме на точната навигация все повече.
И можем ли да сме сигурни, че няма опасност човек със заглушител от правилното място да прекъсне сигнала в цял град. Особено в десетилетието на възхода на самоуправляващите се коли, безпилотните летателни апарати или летящите таксита, които зависят от глобалната система за позициониране.
