Czy już nadszedł czas na Terrestrial GNSS?

Nawigacja trafiła pod strzechy, a wyznaczenie pozycji w dowolnym miejscu na Ziemi, z dokładnością rzędu kilku metrów, jest dzisiaj w zasięgu większości aplikacji mobilnych, zarówno tych zasilanych z baterii, jak i rozwiązań profesjonalnych w wojsku, przemyśle, transporcie, geodezji. Odbiorniki satelitarne są także bardzo ważnym źródłem sygnału czasu dla wielu systemów finansowych, telekomunikacyjnych i energetycznych.

W ostatnich latach dostępność modułów lokalizacyjnych stale się poprawiała, co przy szybko malejących ich cenach oraz integracji całego rozwiązania w jednym chipie spowodowało, że liczba zastosowań, aplikacji i systemów, które korzystają dzisiaj z GNSS, jest ogromna i nawet trudna do oszacowania. Już w 2011 r. Komisja Europejska szacowała, że 6-7% PKB krajów UE jest zależnych od działania GNSS. Dzisiaj przypuszczalnie są to wartości dwucyfrowe. Można zatem powiedzieć, że obecny świat jest silnie uzależniony od tego, co nadają z kosmosu satelity i gdyby pojawiła się jakaś poważna awaria lub emisja została celowo wyłączona lub złośliwie zakłócona, wywołałoby to ogromny problem w skali zbliżonej do wyłączenia prądu lub Internetu.

Oczywiście to, że mamy już nie tylko GPS, ale też kilka innych systemów nawigacyjnych, zmniejsza ryzyko związane z hipotetyczną awarią, tak samo jak to, że satelitów jest więcej niż niezbędne minimum, dzięki czemu ewentualna awaria jednego z nich nie wyłącza działania usług. Ale zagrożenie związane z celowym złośliwym działaniem obliczonym na wywołanie zakłóceń niestety cały czas rośnie.

Celowe nadużycia mogą dotyczyć drogi radiowej, a więc zagłuszania odbiorników silnymi sygnałami radiowymi, co uniemożliwia im odbiór. Na rynku można bez problemu kupić jammery o mocy wyjściowej nawet 25 W, a wiele bardziej wyrafinowanych urządzeń tego typu pozwala podstawić fałszywe dane i wywołać błąd ustalenia pozycji lub czasu. Druga wrażliwa na ataki część to naziemna infrastruktura związana z zarzadzaniem satelitami i możliwością przekazania do nich błędnych danych oraz AGPS. Do tego dochodzą zagrożenia naturalne związane z niestabilnością propagacji.

Ryzyka te szczegółowo omawia brytyjski raport Królewskiej Akademii Inżynierii (Royal Academy of Engineering), który wylicza słabe punkty i konkluduje, że "społeczeństwo już teraz może być niebezpiecznie nadmiernie zależne od systemów radionawigacji satelitarnej", a "poważna awaria GPS może spowodować jednoczesną awarię wielu usług, w tym wiele uznanych za niezależne od siebie".

Świadomość zagrożeń pozwala chronić się przed problemami, ale faktem jest, że dla części problemów rozwiązania nie ma. Rozbłyski na Słońcu i związane z nimi zakłócenia propagacji fal w jonosferze to jeden z wielu przykładów. Nie były one poważnym problemem dawniej, ale dzisiaj, gdy nawigacja decyduje o kluczowej funkcjonalności, urastają one w randze.

Akademia zaleca wdrożenie szeroko dostępnych usług pozycjonowania, nawigacji i pomiaru czasu jako alternatywy dla GNSS. Jak zauważono, wśród naziemnych opcji zapasowych jest do dyspozycji system radionawigacji eLORAN. Nazywa się też go Terrestrial GNSS i coraz częściej wskazuje jako dobre uzupełnienie systemów satelitarnych np. tam, gdzie okresowo nie widać nieba. To koncepcja znana już od czasu II WŚ, opierająca się na wyznaczaniu pozycji radiolatarni przez pomiar czasu propagacji nadawanych przez nie sygnałów. Okazuje się, że udoskonalony LORAN (z "e" w nazwie) jest w stanie zapewnić dokładność ±8 m, dzięki czemu staje się alternatywą dla GNSS w sytuacji, w których system jest niedostępny. eLORAN przesyła do odbiorników również dodatkowe dane pomocnicze, takie jak poprawki DGPS, dzięki czemu może ograniczyć ryzyko, że nawigacji kiedyś zabraknie.

Robert Magdziak