Бүкіл әлемді бір түймемен өшіріңіз: егер GPS жұмысын тоқтатса не болады

Спутниктік навигация заманауи әлемнің жұмыс істеуіне жауап береді. Біздің көпшілігіміз оны пайдаланудың барлық (көптеген!) нұсқаларын білмейміз. Сонымен қатар, бұл жүйе өте осал - және ол неғұрлым осал болса, соғұрлым жетілдірілген. Егер бірдеңе болса, оны не алмастыра алады? Айтып береді Әуе күштері.

Сурет: Shutterstock

2019 жылдың жазында Тель-Авивтегі Бен Гурион әуежайында кенеттен GPS ақаулығы пайда бола бастағанда, әуе диспетчерлерінің шеберлігі ғана ауыр апаттардың алдын алуға көмектесті. Үш аптаның ішінде ұшуларға қиындықтар тудырған кедергі Израильдің қорғаныс күштерінің пікірінше, Ресейдің Сирияда қолданған электронды соғыс жабдықтарының жұмысына байланысты туындады.

Израильдің халықаралық әуежайына қатысты бұл, әрине, байқаусызда болған, бірақ бұл GPS сияқты баршаға белгілі жаһандық позициялау жүйесіндегі мұндай сәтсіздіктердің қаншалықты қауіпті болатынын көрсетеді.

Остиндегі Техас университетінің (АҚШ) спутниктік байланыс жүйелері инженері Тодд Хамфрис: «Біз GPS-ті қорғау, күшейту және кеңейту керек екенін көбірек түсінеміз», - дейді.

Біздің күнделікті міндеттеріміздің көбі GPS-ке байланысты.

Ең қарапайым түрде жүйе бізге GPS қабылдағышы планетаның қай жерде орналасқанын нақты айтады - күннің немесе түннің кез келген уақытында. Мұндай қабылдағыштар ұялы телефондарымыз бен көліктерімізде кездеседі. Олар заманауи маяктың рөлін атқара отырып, кемелерге рифтер мен қиын арналар арасындағы маршрут бойынша жүруге мүмкіндік береді.

Төтенше жағдайлар қызметтері қиындыққа тап болғандарды табу үшін GPS және ұқсас ұлттық жүйелерге (мысалы, Ресейдің ГЛОНАСС, Еуропаның Галилео немесе Қытайдың Бейдоу) сүйенеді.

Бірақ бұл туралы бәрі біле бермейтін қосымша: порттар спутниктік навигациясыз жұмыс істей алмайтын еді, өйткені олардың крандарына дұрыс контейнер табу үшін GPS қажет.

Спутниктік навигация жүйелері тауарлар мен қызметтерді дәл және уақытында жеткізуге көмектесе отырып, логистикалық операцияларда маңызды рөл атқарады. Бұл жүйелер болмаса, дүкен сөрелері тез босап, бағалар көтерілер еді.

Құрылыс индустриясы құрылыс алаңдарын зерттеу үшін GPS пайдаланады, ал балықшылар оны қатаң балық аулау ережелерін сақтау үшін пайдаланады.

Дегенмен, GPS, кез келген басқа спутниктік навигация сияқты, нақты орынды ғана емес, сонымен қатар нақты уақытты анықтауға арналған. Сигналдарды синхрондау үшін өте дәл атомдық сағаттарды қолданатын Жер орбитасын айналып өтетін 30 спутник бар. Бұл спутниктер пайдаланушыларға секундтың 100 миллиардтан бір бөлігіне дейін уақытты анықтауға көмектеседі.

Барлық мобильді желілер өздерінің жердегі станцияларын синхрондау үшін GPS уақытын пайдаланады, ал қаржы институттары мен банктері өз жұмысында оған сенеді.

Көріп отырғаныңыздай, спутниктік навигация болмаса, біздің өміріміз тоқтап қалады. Бірақ сол GPS-ті алмастыратын нәрсе бар ма? Біз онсыз жасай алар ма едік?

Ұлыбритания үкіметінің тапсырысы бойынша Лондон экономикалық мектебінің мәліметі бойынша, бес күндік спутниктік навигациясыз елге 5,1 миллиард фунт стерлингтен (6,5 миллиард доллар) көп шығын келеді.

GPS жүйесінің істен шығуына байланысты американдық экономика, сарапшылардың пікірінше, күніне бір миллиард доллар жоғалтады, ал егер бұл фермерлер егін егіп жатқан сәуір мен мамыр айларында орын алса, онда күніне бір жарым миллиардқа дейін.

Дегенмен, GPS ақаулары жиі кездеседі. Әскери әлемнің кейбір бөліктерінде көбінесе жаңа техниканы сынау немесе жаттығулар өткізу кезінде кінәлі. АҚШ үкіметі сонымен қатар спутниктік сигналдардың жоғалуына әкелетін сынақтар мен жаттығулар үнемі өткізеді. Кейбір техникалық ақаулар спутниктік жүйелердің жұмысына да әсер етеді.

Әрине, GPS-тен басқа, біз жоғарыда айтқан басқа да ұқсас жүйелер бар - олардың барлығы GPS сияқты бір негізде жұмыс істейді. Сонымен қатар, технологияның дамуымен біреудің бұл жүйелердің жұмысына кедергі келтіру және әдейі кедергі жасау, тіпті оны толығымен өшіру ықтималдығы артады.

Әскерилер бұл мәселеге ерекше алаңдаулы, дейді Корольдік навигация институтының зерттеушісі және британдық Chronos Technology компаниясының негізін қалаушы профессор Чарли Карри, спутниктік навигация жүйелеріндегі синхрондау проблемаларымен айналысады.

Әскерилерді алаңдататын нәрсе көп. Спутниктік навигацияны алғашында Пентагон әзірлеген және қазір әскери кемелерден бастап бақылау дрондарына дейін, ақылды бомбалардан бастап жаяу әскерлерге дейін қолданылады. Ал бұл жүйеге қауіп төніп тұр.

GPS бөгегіштерін онлайн сатып алу оңай. Қылмыскерлер оларды ұрланған көліктерді бақылау жүйелерін өшіру үшін пайдалана алады - одан басқа кім зардап шегетінін ойламай-ақ.

Тақырып бойынша: 5 ең ірі және ең қымбат технологиялық стартаптар сәтсіздікке ұшырады

Бірақ одан да қауіпті жағдайлар бар.

«GPS спутниктерінің бүкіл желісі соғыстың қарсаңында, инфрақұрылымның маңызды бөлігіне, АҚШ экономикасына шабуыл ретінде өшірілуі мүмкін деген қашықтан қауіп бар», - деп ескертеді Хамфрис.

Бірақ табиғат күштері дәл сондай қауіпті болуы мүмкін. 1859 жылы тіркелген тарихтағы ең қуатты геомагниттік дауыл - Каррингтон оқиғасы бүкіл GPS спутниктік желісін өшіруі мүмкін.

Сонымен, GPS және оның спутниктері кенеттен істен шықса, бізде қандай балама бар? Біздің әлем қайтадан жұмыс істей бастауға не көмектеседі?

Ықтимал резервтік жүйе – Атлант мұхитынан өтіп бара жатқан одақтас кемелерді басқаруға көмектесу үшін Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде әзірленген LORAN (Ұзақ қашықтықты навигация) жердегі радионавигациялық жүйесінің жаңа нұсқасы. Спутниктердің орнына олар радионавигациялық сигналдарды тарататын 200 метр биіктіктегі мачталарда антенналары бар жердегі таратқыштарды пайдаланды.

Бастапқыда, LORAN бірнеше мильдік қашықтықта дәл болған, ал 1970-ші жылдары ол бірнеше жүз метрлік дәлдікті қамтамасыз ете алды.

2000 жылдары, GPS LORAN-ды қажетсіз еткенде, оның таратқыштары Ұлыбританияда және басқа елдерде бөлшектелген, бірақ eLoran деп аталатын қазіргі заманғы нұсқасы GPS сияқты дәл болуы мүмкін. Мұнда жетілдірілген таратқыштар мен қабылдағыштар, сондай-ақ дифференциалды теңестіру қолданылады.

Бұл нұсқа 10 м немесе одан да жақсырақ дәлдікпен орынды анықтауға қабілетті деп айтылады. GPS-тен айырмашылығы, оның сигналдары құрылыс қабырғалары мен туннельдерге еніп кетуі мүмкін, себебі жүйе спутниктік сигналдарға қарағанда көбірек қуатпен төмен жиілікті пайдаланады.

eLoran сигналдарына кедергі жасау әлдеқайда қиын және ол осал жерсеріктерге сенбейді. Жалғыз мәселе - оны орналастыруды біреу қаржыландыруы керек.

«eLoran - навигациядағы барлық бос орындарды толтыратын тамаша технология», - дейді Хамфри. «Егер оны орналастыруға және оны жұмыс тәртібінде ұстауға елеулі ниеттер болса.»

Қосымша инфрақұрылымды қажет етпейтін басқа да тәсілдер бар. Радионы ойлап тапқанға дейін көп уақыт бұрын теңізшілер күн мен жұлдыздарды аңдып, мұхит арқылы жол тапты - олар географиялық координаттарын білу үшін Күннің және басқа ғарыш объектілерінің көкжиек үстіндегі биіктігін анықтау үшін секстантты пайдаланды.

Жұлдыздар арқылы навигация бүгінгі күнге дейін тірі. Сіз таң қалуыңыз мүмкін, бірақ американдық Trident сияқты баллистикалық зымырандар ұшу кезінде навигацияның бұл түрін әлі де пайдаланады.

Жұлдыздар сіздің планетада орналасқан жеріңізді жүз метрлік дәлдікпен анықтауға көмектеседі. Бірақ американдық Draper Laboratory компаниясы Skymark деп аталатын жұлдызды навигациялық жүйенің жаңа буынын әзірледі - ол (жұлдыздардан басқа) спутниктерді, ХҒС және Жерді айналып өтетін басқа объектілерді бақылау үшін шағын автоматты телескопты пайдаланады.

Қазір мұндай жылдам қозғалатын нысандар өте көп болғандықтан, Skymark «баяу» жұлдыздарға қарағанда әлдеқайда жоғары дәлдікке қол жеткізе алады.

Skymark көзге көрінетін Жер серіктерінің дерекқорын пайдаланады - жұмыс және ғарыш қалдықтары. Жасаушылар жүйенің дәлдігі 15 метр, бұл GPS нәтижелеріне жақын деп мәлімдейді.

Кейде дәлдік одан да жоғары болуы мүмкін, бірақ бұл бір уақытта көрінетін жер серіктерінің санына, олардың мөлшеріне байланысты, деп баса айтады Draper компаниясынан Бенджамин Лейн.

Skymark-тың бір кемшілігі оның ашық аспанда жұмыс істеуі. Әрине, бұлт пен тұман арқылы оңай өтетін инфрақызыл сәулелерді пайдалану көмектеседі, бірақ көп емес. Қалың бұлттар жиі кездесетін солтүстік және оңтүстік жарты шарлардың кейбір аймақтарында жүйе соншалықты пайдалы емес.

Тиімді пайдаланудың басталуына инерциалды навигация жақындау керек, онда акселерометрлер мен гироскопиялық құрылғылар дәл жылдамдықты, қозғалыс бағытын анықтайды және позицияны есептейді.

Бұл жүйенің кейбір негізгі нұсқалары бұрыннан қолданыста. «Көлігіңіз туннельде жоғалып кеткенде және сіз GPS сигналын жоғалтқанда, бұл инерциялық навигация сізді бағыттауды жалғастырады», - деп түсіндіреді Карри.

Бұл навигациядағы мәселе оның «тайғақ» болуы - қателер жинақталған сайын есептелген позиция азырақ және дәлдігі азаяды, сондықтан сіздің көлігіңіздегі инерциялық навигатор GPS сигналының жоғалуының қысқа кезеңдерінде ғана пайдалы.

Қолданыстағы құрылғыларға қарағанда мыңдаған есе сезімтал кванттық сенсорлар «тайғақ» мәселесін шешеді.

Француздық iXBlue компаниясы оларды GPS-ке дәлдікпен қарсылас құрылғы жасау үшін пайдаланады, ал Лондон Империал Колледжінің ғалымдары M Squared компаниясының лазер мамандарымен бірлесіп 2018 жылы портативті кванттық акселерометрдің прототипін көрсетті.

Мұндай кванттық датчиктер тек зертханаларда ғана бар, және олар дайын өнімге айналғанға дейін бірнеше жыл қажет болады.

Жердегі бағдарларды қолданатын бейнекамераларды пайдаланатын оптикалық навигация жүйесі (мысалы, ғимараттар немесе жол айырықтары) жақын арада пайдалануға берілуі мүмкін. Бірінші нұсқасы - Digital Scene Matching (рельефті рельефтік дисплейдің анықтамалық картографиялау бағдарламасымен корреляциясы) басқарылатын (қанатты) зымырандарға арналған.

Тақырып бойынша: Таңдау мен қорқыныш елесі: технология өндірушілері бізді қалай басқарады

АҚШ Әуе күштері үшін Scientific Systems жасаған ImageNav — ұшақтарға арналған жетілдірілген оптикалық навигациялық жүйе. Орынды анықтау үшін ол жер бедерінің деректер базасына кіріп, оны бейнекамералардан алынған ақпаратпен салыстырады. ImageNav әртүрлі ұшақтарда сәтті сынақтан өтті, бірақ ол, мысалы, өздігінен жүретін көліктер үшін қолайлы болуы мүмкін.

Жақында швед компаниясы Everdrone GPS-ті қолданбай алғашқы дронды жеткізуді жүзеге асырды. Олардың жүйесі оптикалық навигацияны (жердегі ландшафттың қаншалықты тез өзгеретініне байланысты жылдамдықты өлшеу) және жердегі объектілерді идентификациялауды қолданады, GPS дәлдігімен нүктеден нүктеге маршрут жасайды.

Әрине, бұл әдіс жер бедерінің кескіндерінің толық және дәл негізіне сүйенеді, бұл құрылғының жадын көп қажет етеді және жиі жаңартады.

Ұлыбританияда «Ұлттық уақыт орталығы» бағдарламасы әзірленуде - бұл уақытты синхрондау мәселесінде GPS жүйесін қолдауға арналған әлемдегі алғашқы ұлттық қызмет.

Ол 2025 жылы қолданысқа енгізілгенде, бүкіл Ұлыбритания бойынша күзетілетін жерлерде орналасқан, кабельдік және радио арқылы нақты уақыт сигналдарын беретін әртүрлі жоғары дәлдіктегі атом сағаттарын қолданады.

Идея мынада: егер спутниктік сигнал үзілсе, онда резервтік жүйеде кездейсоқ немесе техникалық ақаудың салдарынан немесе кибер шабуыл арқылы өшіруге болатын бірыңғай, сондықтан осал орталық болмайды.

Үлкен схемада GPS сияқты қуатты навигациялық жүйені бірде-бір жүйе алмастыра алмайды және біз әртүрлі жағдайларға - кемелер, ұшақтар, автомобильдер үшін әртүрлі балама шешімдерді қолданатын шығармыз.

АҚШ Көлік министрлігі GPS-тің ең жақсы резервтік нұсқасына конкурс жариялады. Бірақ мұндай альтернатива тез жұмыс істей ала ма деген сұрақ туындайды.

«Біз мәселе бар екенін білеміз, бірақ біз ұлу қарқынымен қозғаламыз», - дейді Карри.

Біз нақты навигацияға тәуелді бола түсеміз. Өздігінен басқарылатын машиналар, ұшқышсыз жеткізілім, ұшатын таксилер алдағы онжылдықта жер бетіндегі және аспан ландшафттарының таныс бөлігі болады деп күтілуде. Олардың барлығы GPS-ке сенетін болады.

Карри қуатты спутниктік джеммері бар бір адам, егер ол дұрыс жерден қолданылса, Лондон өлшеміндегі ауданда GPS қызметін өшіре алатындығын айтады.

Сәйкес резервтік жүйелер дамымайынша, бүкіл мегаполистегі тіршілікті нұқу арқылы сөзбе-сөз тоқтатуға болады.

Форум күнін де оқыңыз:

Қара тесіктер мен ДНҚ қайшылары: сол үшін олар физика мен химия бойынша Нобель сыйлығына ие болды

Электр немесе бензин: қай көлікке қызмет көрсету арзан

Марста суы бар үш жер асты көлдері табылды: бұл өмірдің белгісі бола ала ма

Бай адамдар планетаға жаман әсер етеді: олар Жерге қалай зиян тигізеді

Сіз АҚШ-тағы өмір және Америкаға иммиграция туралы маңызды және қызықты жаңалықтарды алғыңыз келе ме? — бізді қолда садақа бер! Сондай-ақ біздің парақшаға жазылыңыз Facebook. «Дисплейдегі басымдық» опциясын таңдап, алдымен бізді оқыңыз. Сондай-ақ, біздің сайтқа жазылуды ұмытпаңыз Telegram каналы  мен Instagram- Онда қызық көп. Және мыңдаған оқырмандарға қосылыңыз ФорумДүниежүзілік Нью-Йорк — онда сіз мегаполистің өмірі туралы көптеген қызықты және жағымды ақпаратты таба аласыз.