Ce ar face lumea fara GPS?

Ce ar face lumea fara GPS?

Sistemele de navigatie prin satelit mentin lumea noastra functionand in moduri pe care multi oameni abia le realizeaza, dar sunt si ele din ce in ce mai vulnerabile. Ce am putea folosi in schimb?

W

Cand navigarea prin satelit a fost blocata pe aeroportul Ben Gurion din Israel anul trecut, numai abilitatea controlorilor de trafic aerian a prevenit accidente grave. Blocarea a fost aparent accidentala, provenind din lupta fortelor rusesti din Siria, dar a evidentiat cat de periculoase pot fi intreruperile sistemului global de pozitionare – mai bine cunoscut sub numele de GPS -.

„Exista o recunoastere tot mai mare a necesitatii de a proteja, intari si mari GPS-ul”, spune Todd Humphreys, inginer de comunicatii la Universitatea din Texas, Austin. GPS-ul sta la baza unei cantitati surprinzatoare din viata noastra de zi cu zi. In forma sa cea mai simpla, ne spune unde este pe Pamant in orice moment un receptor GPS. Le avem in telefoanele noastre mobile si in masini. Acestea permit barcilor sa navigheze prin canale dificile si recife, ca un far modern. Serviciile de urgenta se bazeaza acum pe GPS pentru a-i localiza pe cei aflati in dificultate.

Mai putin evident, porturile ar inceta sa functioneze, deoarece macaralele lor au nevoie de GPS pentru a gasi containerul potrivit pentru a se deplasa si joaca un rol crucial in operatiunile logistice, permitand producatorilor de autoturisme si supermarketurilor sa profite de sistemele de livrare la timp. Fara aceasta, rafturile supermarketurilor noastre ar fi mai goale, iar preturile ar fi mai mari.

Industria constructiilor foloseste GPS-ul atunci cand supravegheaza, iar pescarii il folosesc pentru a se conforma reglementarilor stricte, dar GPS-ul nu este doar identificarea locatiilor, ci si timpul.

Constelatia a 30 de sateliti detinute pe orbita in jurul Pamantului utilizeaza toate ceasuri atomice multiple, extrem de precise, pentru a-si sincroniza semnalele. Acestea permit utilizatorilor sa determine timpul pana la 100 de miliarde de secunda.

Array

Toate retelele de telefonie mobila folosesc timpul GPS pentru a sincroniza statiile de baza, in timp ce institutiile financiare si bancare se bazeaza pe acesta pentru a se asigura ca tranzactiile si transferurile au loc corect.

Sistemele de pozitionare globala sunt un instrument important pentru cercetatori atunci cand studiaza miscarile si comportamentul animalelor (Credit: Alamy)

Chiar ne-am pierde fara navigarea prin satelit. Dar exista ceva acolo care sa-l inlocuiasca? Si cum am putea face fata fara acest sistem omniprezent?

O pierdere a navigatiei prin satelit timp de cinci zile ar costa doar Regatului Unit mai mult de 5,1 miliarde de lire sterline (6,5 miliarde de dolari), potrivit unei evaluari a London School of Economics pentru guvernul britanic. Un esec al sistemului GPS ar costa, de asemenea, economiei SUA aproximativ 1 miliard de dolari (760 milioane de lire sterline) pe zi si pana la 1,5 miliarde de dolari (1,1 miliarde de lire sterline) pe zi daca ar avea loc in timpul sezonului de plantare pentru fermieri in aprilie si mai.

Dar intreruperile GPS sunt surprinzator de frecvente – armata il blocheaza in mod regulat in anumite zone in timp ce testeaza echipamente sau in timpul exercitiilor militare. Guvernul SUA efectueaza in mod regulat teste si exercitii care duc la intreruperea semnalului satelit, dar si unele probleme tehnice duc la probleme la nivel mondial.

Exista, desigur, alte sisteme globale de navigatie prin satelit disponibile – Glonassul rus, Galileo din Europa si BeiDou din China functioneaza toate pe o baza similara cu GPS. Dar din ce in ce mai mult, interferentele sau blocarea deliberata pot duce, de asemenea, la intreruperi ale semnalelor de la sistemele de pozitionare prin satelit.

S-ar putea sa-ti placa si:

  • Ceasurile care conduc lumea noastra
  • De ce nu este surprinzator faptul ca navele se ciocnesc
  • De ce nordul este intotdeauna in partea de sus a hartilor

„Armata se confrunta cu blocarea destul de frecventa acum”, spune Charley Curry, membru al Institutului Regal de Navigatie si fondator al Chronos Technology, care lucreaza in acest domeniu.

Armata are motive deosebit de intemeiate sa fie ingrijorata. Navigarea prin satelit a fost initial dezvoltata de Pentagon si acum ghideaza totul, de la drone strategice si nave de razboi pana la bombe inteligente individuale si soldati de picior. Si este amenintat.

Infractorii folosesc, de asemenea, jammere GPS, usor de cumparat online, pentru a stoarce sistemele utilizate pentru a urmari masinile furate, fara sa le pese cine mai este afectat in zona inconjuratoare.

Si exista pericole mai mari.

„Exista, de asemenea, amenintarea la distanta ca intreaga constelatie GPS ar putea deveni inoperabila in salvarea initiala a unui razboi care vizeaza economia SUA atacand infrastructura critica”, spune Humphreys.

Fortele naturale ar putea fi in mod similar dezastruoase. O furtuna solara masiva, una ca Evenimentul Carrington din 1859, ar putea darama intreaga retea de satelit GPS la fel de sigur ca o greva militara.

Dar daca GPS-ul si verii sai internationali ar disparea brusc – la ce alternative am putea apela, incercand sa mentinem intreaga lume in miscare?

O posibila copie de rezerva pentru GPS este o noua versiune a Long Range Navigation (Loran), care a fost dezvoltata in timpul celui de-al doilea razboi mondial pentru a ghida navele aliate in timp ce traversau Atlanticul. Cu toate acestea, in loc de sateliti, acesta consta din emitatoare de la sol cu ​​catarguri aeriene inalte de 200 de metri care transmit semnale de navigatie radio.

In timp ce hartile bune de moda veche ne pot ajuta sa ne gasim drumul, multe aspecte ale vietii noastre moderne ar inceta sa functioneze fara GPS (Credit: Alamy)

La inceput, Loran era precis doar la cativa kilometri, dar pana in anii 1970 putea oferi o locatie la cateva sute de metri. Marea Britanie si alte tari si-au dezactivat transmitatorii Loran in anii 2000, cand GPS-ul le-a redundat, dar o versiune moderna, imbunatatita, cunoscuta sub numele de eLoran, ar putea fi la fel de precisa ca si GPS-ul. Foloseste emitatoare si receptoare mai avansate decat versiunea originala, impreuna cu o tehnica cunoscuta sub numele de corectie diferentiala – unde semnalul este monitorizat de statiile de referinta si corectat – pentru a-si imbunatati acuratetea. 

Aceasta versiune imbunatatita este capabila sa identifice locatiile la o precizie mai mica de 10m (32 picioare). Spre deosebire de GPS, este, de asemenea, capabil sa patrunda in cladiri si tuneluri – in primul rand pentru ca foloseste o frecventa mai mica si o putere mai mare decat semnalele de satelit. Semnalele puternice eLoran sunt mult mai greu de blocat si nu exista sateliti vulnerabili. Dar cineva ar trebui sa o finanteze.

„ELoran este o tehnologie excelenta care ar putea umple golurile la nivel national”, spune Humphreys, adaugand „daca s-ar fi angajat sa o infiintam si sa o mentinem”.

Alte abordari nu necesita infrastructura suplimentara. Cu mult inainte de radio, marinarii navigau cu ajutorul soarelui si a stelelor, folosind un sextant pentru a masura unghiurile dintre ele. Navigarea celesta a continuat pana in epoca moderna. Si, in mod surprinzator, rachetele balistice precum Trident folosesc in continuare astro-navigatie in timpul zborului. Utilizand corectii de la stele, este posibil sa se identifice o locatie pe Pamant la o mie de metri sau cam asa ceva.

Dar compania americana Draper Laboratory a dezvoltat o noua generatie de navigatie cereasca cunoscuta sub numele de Skymark care foloseste un mic telescop automat pentru a urmari satelitii, Statia Spatiala Internationala si alte obiecte care orbiteaza Pamantul impreuna cu stelele.

A avea un numar mare de obiecte in miscare rapida pentru a obtine rulmenti inseamna ca Skymark poate obtine o precizie mai mare decat era posibil cu stelele cu miscare lenta. Skymark foloseste o baza de date cu sateliti vizibili – atat sateliti de lucru, cat si spatii nedorite – si are o precizie de 15 m (49 ft), ceea ce il face aproape la fel de bun ca GPS. Uneori este capabil de o precizie mai mare, dar acest lucru depinde de cati dintre acesti sateliti pot fi vazuti simultan, spune Benjamin Lane, lider de grup al instrumentelor avansate de pozitie, navigatie si sincronizare de la Draper.

„Cea mai buna precizie pentru navigatia cereasca cu certitudine este la cativa metri”, spune el. „O limita este dimensiunea referintelor satelitului.”

Un alt dezavantaj este ca functioneaza doar cu o vedere clara a cerului. Folosirea luminii in infrarosu, mai degraba decat a luminii vizibile, care poate trece mai usor prin ceata si norul usor, ajuta putin, dar in parti din emisfera nordica si sudica, unde norul gros si cerul gri sunt mai frecvente, este probabil sa fie mai putin util .

Urmarirea satelitilor in miscare rapida, cum ar fi Statia Spatiala Internationala, a contribuit la imbunatatirea preciziei navigatiei ceresti (Credit: Alamy)

Poate ca o optiune mai zilnica ar putea fi navigarea inertiala, care foloseste un set de accelerometre pentru a stabili viteza si directia exacta in care se deplaseaza un vehicul pentru a-si calcula pozitia. Versiunile de baza sunt deja in uz comun.

„Cand masina ta intra intr-un tunel si pierzi semnalul GPS, navigarea inertiala iti mentine pozitia actualizata”, spune Curry.

Problema cu navigatia inertiala este „deriva” – pozitia calculata devine mai putin precisa in timp, pe masura ce se acumuleaza erori, astfel incat navigatorul inertial din masina dvs. este util numai pentru intreruperile GPS scurte.

Deriva ar putea fi depasita cu senzori cuantici de mii de ori mai sensibili decat dispozitivele existente. In lumea cuantica, atomii si particulele incep sa se comporte atat ca materie cat si ca unde, iar acceleratia modifica proprietatile acestui comportament. Compania franceza iXBlue foloseste aceasta tehnica pentru a construi un dispozitiv care sa rivalizeze cu precizia GPS, iar o echipa de la Imperial College din Londra, care a lucrat cu specialistii in laser M Squared, a demonstrat un prototip de accelerometru cuantic portabil in 2018.

Astfel de senzori cuantici sunt inca limitati la laboratoare si sunt la cativa ani distanta de un produs final utilizabil.

Navigarea optica, in care sistemele automate cu camere utilizeaza repere precum cladirile si intersectiile rutiere, poate fi cu noi mult mai devreme. O versiune timpurie, cunoscuta sub numele de Digital Scene Matching, a fost dezvoltata pentru rachetele de croaziera.

ImageNav, dezvoltat de Scientific Systems pentru Fortele Aeriene ale SUA, este un sistem modern de navigatie optica pentru avioane. Are o baza de date de teren a zonei navigate si o combina cu intrarea de la camerele video pentru a-si stabili locatia. ImageNav a fost testat cu succes pe o serie de aeronave, dar ar putea gasi si utilizari la vehiculele cu conducere automata.

Compania suedeza Everdrone a efectuat recent si prima livrare de drone intre spitale fara a utiliza GPS. Sistemul lor foloseste o combinatie de flux optic – masurarea vitezei in functie de rata pe care trece peisajul de mai jos – si identificarea reperului pentru a-si gasi drumul de la punct la punct cu precizie de tip GPS. Desigur, aceasta metoda se bazeaza pe o baza de date completa si exacta a imaginii din zona pe care o navigati, care va necesita probabil multa memorie si actualizari frecvente.

Navigarea inertiala este cea care preia atunci cand dispozitivele de navigatie din masina pierd semnalul GPS in interiorul tunelurilor (Credit: Alamy)

Marea Britanie dezvolta un sistem de rezerva pentru serviciile de sincronizare de sincronizare pe care GPS le ofera sub forma programului The National Timing Center, primul astfel de serviciu national din lume. Cand va deveni operational in 2025, va implica seturi de ceasuri atomice precise in locatii distribuite si sigure din Marea Britanie, oferind semnale de sincronizare prin cablu si servicii radio. Ideea este ca, daca semnalele de satelit scad, nu exista un singur centru vulnerabil care ar putea fi doborat de un accident, de o eroare tehnica sau de un atac cibernetic.

In cele din urma, niciun sistem unic nu poate inlocui puterea sistemelor de navigatie prin satelit, cum ar fi GPS, si am putea ajunge la o combinatie de solutii diferite pentru nave, avioane si masini. Departamentul Transporturilor din SUA organizeaza acum un concurs pentru selectarea posibilelor copii de rezerva pentru GPS. Exista insa o intrebare reala asupra faptului daca va exista o alternativa suficient de curand.

„Exista acum o constientizare a problemei, dar lucrurile se misca inca cu viteza glaciara”, spune Curry.

Devenim din ce in ce mai dependenti de navigarea precisa. Se asteapta ca masinile cu conducere automata, dronele de livrare si taxiurile zburatoare sa apara pe drumurile noastre si deasupra acestora in urmatorul deceniu. Toate vor depinde de GPS.

Dupa cum remarca Curry, o persoana cu un jammer puternic intr-un dispozitiv ar putea bate GPS-ul intr-o zona de dimensiunea Londrei din locul potrivit. Daca nu sunt dezvoltate sisteme adecvate de rezerva, in viitor orasele intregi ar putea sa se opreasca la simpla apasare a unui comutator.

Alaturati-va unui milion de fani Viitor placandu-ne pe  Facebook sau urmati-ne pe  Twitter  sau  Instagram .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Lista esentiala”. O selectie selectata de povesti de la  BBC FutureCultureWorklife si  Travel , livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.