В результате боевых действий в Европе и на Ближнем Востоке начались сбои одной из наиболее критических технологий — сигналов GPS. Эти сбои теперь влияют на самое загруженное океанское воздушное пространство в мире. Более 1700 трансатлантических рейсов ежедневно пересекают Северную Атлантику между Европой и Северной Америкой. В последние месяцы небольшое, но растущее количество этих рейсов потеряло надежный сигнал GPS над Европой или Ближним Востоком и не смогло восстановить ее до пересечения океана.
«Мы получаем ежедневные отчеты о самолетах, в которых возникают препятствия перед входом в океанское воздушное пространство, — говорит Джейн Джонстон из NATS, основного британского поставщика услуг управления воздушным движением. – Некоторые из этих рейсов постоянно чувствуют ухудшенную работу GPS».
Коммерческие авиалайнеры не единственные жертвы – другие виды транспорта, а также системы вооружения и даже некоторые программы подвергаются риску из-за помех GPS. Чтобы предотвратить сбои, правительства изучают резервные варианты с определением местоположения.
Ежедневные случаи вмешательства в работу GPS выросли после того, как Россия начала полномасштабное вторжение в Украину в 2022 году. НАТО и европейские чиновники обвинили Россию в продолжающейся кампании искажения сигналов GPS в европейском воздушном пространстве от Балтийского моря на севере до Черного моря на юго-восток.
Предварительные перебои в работе GPS, начавшиеся в восточном Средиземноморье в 2018 году, приписывают российским военным силам, дислоцированным в Сирии. Совсем недавно, в конце 2023 года, Израиль начал собственное умышленное нарушение сигналов GPS на контролируемой им территории и близлежащих регионах в рамках военной осады Газа.
Такое вмешательство имеет две формы. Глушение GPS передает мощные сигналы, чтобы заглушить более слабые радиосигналы от глобальных навигационных спутников в космосе. Другое вмешательство предполагает подделку сигналов GPS, вводящих GPS-приемники в заблуждение, заставляя их ложно сообщать, что они находятся в сотнях или тысячах киометров от своего фактического местонахождения.
Влияние помех
Военные могут глушить или подрабатывать сигналы GPS, поскольку эта технология предоставляет услуги синхронизации и навигации системам вооружения, включая самолеты, военные корабли, ракеты и беспилотники. Но это вмешательство также оказывает влияние на гражданские службы на земле, на море и в воздухе.
Например, люди в таких местах, как Кипр и Ливан, сообщили об ошибочных результатах определения местоположения в своих приложениях для доставки еды, заказа поездок и знакомств. Корабли в Средиземном и Черном морях сталкивались с GPS-приемниками, ошибочно сообщали об их местонахождении в аэропортах Ливана, Египта или России.
Одно из самых распространенных влияний произошло в гражданской авиации, когда тысячи самолетов испытали помехи GPS или подделки. Такие препятствия иногда заставляли рейсы возвращаться, и это даже побудило национальную авиакомпанию Финляндии Finnair временно приостановить рейсы в аэропорт в Эстонии.
Тем временем канадские и британские диспетчеры воздушного движения, контролирующие воздушное пространство Северной Атлантики, получают уведомления о десятке рейсов в день, пострадавших от помех GPS.
«Хотя они составляют очень небольшую долю общих трансатлантических рейсов, [наша организация] наблюдала увеличение количества трансатлантических рейсов, на которые влияют помехи GPS, в течение последнего года», — говорит Марьям Амини из Nav Canada, некоммерческой организации, руководящей гражданскими канадскими службами . аэронавигационная система.
На этой карте показаны регионы, где 10 июля возникли потенциальные помехи GPS.
Любые самолеты с ухудшенной работой GPS могут «удерживаться на чуть меньшей высоте во избежание океана, во избежание зон с загруженным транспортом, а дальнейшие подъемы также могут быть ограничены из-за другого трафика», — говорит Джонстон.
В то же время самолеты, которые делят воздушное пространство с пострадавшим самолетом, должны держаться дальше обычного, даже если это означает менее эффективную траекторию полета.
«Например, полету может быть отказано в заданном уровне полета, поскольку соседний самолет имеет неисправный GPS, что приводит к увеличению потребления топлива», — говорит Бенуа Фиге из Цюрихского университета прикладных наук в Швейцарии, который поддерживает живую карту пострадавших самолетов. из-за помех GPS.
Большее расстояние, предназначенное диспетчерами воздушного движения для пострадавшего самолета, может составлять от 145 до 160 километров по сравнению с лишь 22 километрами при обычных обстоятельствах, говорит Дана Говард из Resilient Navigation and Timing Foundation, некоммерческой организации по защите и расширению GPS из штата Вирджиния. Это означает меньше самолетов на каждом маршруте, что может повлиять на расписание рейсов и вызвать задержки, говорит она.
Хронология инцидентов
Умышленные сбои в работе GPS происходят годами, влияя на судоходство, авиарейсы и т.д.
- Согласно аналитической компании Windward, подделка GPS влияет на несколько судов в Черном и Северном морях, заставляя навигационные системы ошибочно сообщать о местонахождении ближайших российских аэропортов.
- Местоположения кораблей с помощью GPS ошибочно появляются в кольце позиций на суше каждый раз, когда они приближаются к портовому городу Шанхай и другим прибрежным местам Китая. Экологическая некоммерческая организация SkyTruth отслеживает источники подделки GPS к китайским правительственным зданиям и нефтяным терминалам.
- Инциденты подделки GPS касаются нескольких судов по всему миру, от Северного моря и Атлантического океана до Южно-Китайского моря. Шаблон спуфинга заставляет навигационные системы судов сообщать ошибочные позиции за тысячи миль.
- Препятствия GPS, вероятно, российского происхождения, усиливаются в регионе Балтийского моря в декабре и мешают навигации для тысяч полетов над Европой в последующие месяцы.
- Израильское вмешательство в GPS, предназначенное для предотвращения атак беспилотников и ракет, нарушает работу гражданской авиации, а также приложения для вызова поездок, доставки еды и даже свиданий в Ливане, Иордании и Кипре.
Альтернативы GPS
Коммерческие пассажирские самолеты обладают некоторыми резервными средствами навигации, включая наземные радиомаяки и радиолокационное отслеживание от служб управления воздушным движением. Но они недоступны для полетов над большей частью Атлантического океана. Самолеты, лишенные GPS, должны использовать инерциальные системы наведения, которые вычисляют их местонахождение на основе информации от датчиков движения и часов.
«То, что мы сейчас имеем — это инерционный датчик, и это хорошо, потому что никто не может вмешиваться в него извне», — говорит Окуари Осечас, сотрудник Цюрихского университета прикладных наук. Но стандартная инерциальная навигация не может сравниться с точностью GPS. Чтобы улучшить его, исследовательские группы разрабатывают более точные квантовые датчики движения и атомные часы.
В мае правительство Великобритании опробовало новую квантовую инерциальную навигационную систему, разработанную компанией квантовых технологий Infleqtion вместе с аэрокосмическими компаниями BAE Systems и QinetiQ, которая сочетает в себе как квантовые датчики, так и оптические атомные часы. Целью является развертывание таких систем на борту самолетов до 2030 года.
Отдельно ВВС США, Boeing и Airbus потратили более 200 часов на испытание другой навигационной системы. Она использует квантовые датчики и искусственный интеллект, чтобы точно определить текущее местонахождение самолета в соответствии с картой магнитного поля Земли. Этот квантовый магнитометр стал коммерчески доступен в июне от разработчика SandboxAQ, занимающегося кибербезопасностью и квантовым, отделившегося от материнской компании Google Alphabet в 2022 году.
Этот квантовый магнитометр устойчив к помехам или подделке, поскольку он ориентируется в соответствии с характерными сигналами от магнитного поля планеты и имеет базовые магнитные карты для справки, говорит Лука Феррара из SandboxAQ – все вычисления работают на устройстве без подключения к интернету или спутнику. Он предполагает, что квантовый магнитометр мог бы дополнить существующие инерциальные навигационные системы.
Некоторые правительства также разрабатывают то, что Говард описывает как «триаду устойчивости», чтобы гарантировать, что их военные, коммуникационные сети и финансовые центры имеют надежную синхронизацию и навигационные службы на основе местоположения, даже если происходят помехи или подделка GPS. Эта триада включает в себя глобальные навигационные спутниковые системы, такие как GPS, современную версию наземной сети радиобашен времен Второй мировой войны, известной как технология Loran, и волоконно-оптическую сеть для передачи сигналов через кабели вместо беспроводной связи.
Китай уже принял эту концепцию на стероидах, говорит Говард, запустив собственную навигационную спутниковую систему BeiDou, установив усовершенствованную систему радиобашен Loran (eLoran) и проложив более 19 000 километров волоконно-оптических кабелей. Южная Корея сделала аналогичные ответные шаги на постоянную военную угрозу со стороны Северной Кореи. В октябре 2023 года правительство Великобритании изложило собственный план устойчивости, отметив, что 24-часовой сбой сигналов глобальных навигационных спутниковых систем может нанести экономике Великобритании удар на 1,4 миллиарда фунтов стерлингов. Несмотря на то, что США финансируют разные альтернативы GPS, правительство не обязалось разработать план устойчивости.
Единого решения может не быть. «Сообщество навигаторов согласилось, что пока не существует ни одной системы, которая могла бы обеспечить одинаковый уровень производительности во всех тех же местах, не являясь еще одним клоном GPS», — говорит Осечас.
Это свидетельствует о решающей роли GPS во многих программах определения времени и навигации – даже если последние сбои показывают, что мы больше не можем воспринимать это как должное.
По материалам: New Scientist
