Вне зоны доступа: почему мы теряем связь с космосом и чем это грозит
На прошлой неделе СМИ активно обсуждали отмену рейсов финской Finnair из Хельсинки в эстонский город Тарту. Решение стало следствием того, что два самолета финской авиакомпании потеряли по пути навигационный сигнал GPS и были вынуждены вернуться в аэропорт вылета. На самом деле это только часть глобальной проблемы: из-за политической нестабильности и вооруженных конфликтов случаи глушения GPS становятся все более массовыми по всему миру, что угрожает не только гражданской авиации.
«Эта страна – не Америка, это Африка!»
Цитата из популярного фильма по мотивам романа Жюля Верна «Пятнадцатилетний капитан» наглядно иллюстрирует масштаб навигационных проблем, с которыми пришлось иметь дело человечеству, когда оно вышло в открытое море.
И в самом деле — видимых ориентиров вокруг нет, остановиться и спросить дорогу тоже не у кого. Куда плыть, чтобы попасть куда нужно? Люди с самого начала обратили свои взоры в космос, учились ориентироваться по солнцу и звездам. Но точность таких измерений оставляла желать много лучшего, а, кроме того, им могла воспрепятствовать пасмурная погода. Поэтому человеческая мысль искала другие методы ориентирования. Недаром одно из древнейших сооружений, о которых до нас дошли легенды, — это маяк, сооруженный на острове Фарос, у входа в порт города Александрии (современный Египет) в 285 г до нашей эры.
Позднее появились береговые маяки, которые предупреждали корабли о приближении к опасным отмелям. Всего в мире, по некоторым оценкам, было построено около 50 тыс. маяков, и, кстати, многие из них, оснащенные солнечными батареями и экономичными светодиодными лампами, до сих пор работают как резервная система на случай сбоя более современных средств навигации.
С появлением в начале XX века авиации навигационные проблемы начались и у летчиков, особенно ночью. Например, в США почтовые самолеты поначалу летали вдоль железных дорог («по железному компасу», как это называли пилоты). Вечером им приходилось садиться около станций и перегружать почту на поезда, потому что ночью железнодорожные пути не видно. Чтобы решить эту проблему, Министерство торговли США в 1927 г. начало строить наземную систему навигационных маяков, для наглядности дополненных выкрашенными в яркий цвет 20-метровыми стрелками из бетона, которые указывали на следующий маяк. Впрочем, с развитием средств радиосвязи эта система быстро устарела и в 1931 г. программа была прекращена.
Постепенно на смену световым маякам пришли радиомаяки, которые позволяли судам и самолетам определять свое местоположение по радиосигналу. Кроме того, были созданы инерционные навигаторы — это сложная система гироскопов, которая позволяет фиксировать скорость и углы поворота самолета (или корабля), и таким образом, зная еще и время, довольно точно вычислить точку, в которой он окажется после серии маневров. А потом появились спутники.
Мне сверху видно все
Первый искусственный спутник Земли был запущен СССР в 1957 году, издавая свой знаменитый радиосигнал «бип-бип-бип». Уже тогда ученые обратили внимание, что если спутник приближается к приемной станции, частота сигнала растет, а если удаляется — уменьшается, это называется эффектом Доплера. Измеряя эффект, можно вычислить положение спутника на орбите, а зная его положение — решить обратную задачу: вычислить положение приемной станции на Земле. Как и многие другие технологии, первая система глобального спутникового позиционирования на основе эффекта Доплера под названием Transit разрабатывалась в США для нужд военных, а именно — для точного определения координат атомных подводных лодок Polaris. Система Transit из 36 навигационных спутников была запущена в 1968 г. и проработала 28 лет до 1996 г., когда ей на смену пришла система глобального позиционирования GPS, вычисляющая координаты быстрее, точнее и при этом полностью покрывающая всю поверхность Земли.
Очень упрощенно говоря, космическая часть системы GPS состоит из 24 спутников (плюс несколько запасных), облетающих Землю по орбитам на высоте 20 200 км с таким расчетом, чтобы в каждой точке земной поверхности были одновременно «видны» (в радиодиапазоне) как минимум 4 спутника. Все они излучают сигнал, содержащий данные об их положении в пространстве и точном времени. Приемное устройство GPS по задержке радиосигнала (который распространяется со скоростью 300 тыс. км в секунду) определяет расстояние до каждого спутника и таким образом может вычислить собственное положение в трехмерном пространстве — не только место на карте, но и высоту, что принципиально важно для самолетов. Недаром основатель американской аэрокосмической госкорпорации Aerospace Айван Геттинг называл спутники «маяками в небе».
В 1983 г. президент США Рональд Рейган разрешил применять GPS в гражданской авиации, а в 2000 г. правительство США сняло ограничения на использование технологии в гражданских приложениях, что мгновенно повысило эффективность работы системы примерно в 10 раз — положение приемника стало возможно определять с точностью до 2 метров (а с использованием различных улучшений – до 60 см). Стоимость приемника к этому времени снизилась в 2 000 раз — с $3 тыс. до $1,5.
С этим США не прогадали — по их оценке, суммарный экономический эффект от гражданского применения GPS составил с 1983 г. $1,4 трлн.
Справедливости ради стоит отметить, что, хотя термин GPS и стал синонимом для спутниковой системы глобальной навигации, это чисто американская технология. В современном мире существуют еще несколько национальных систем: китайская BeiDou, европейская Galileo, российская ГЛОНАСС, индийская NavIC и японская QZSS.
Миллиард ущерба в день
Согласно подсчетам аналитической компании RTI International, один день глобального сбоя в работе GPS (при условии исправной работы альтернативных систем) обошелся бы экономике примерно в $1 млрд.
Неудивительно, что в Европе встревожились, когда самолеты начали возвращаться в аэропорты. И дело не только в отмене рейса Finnair в Тарту, проблема гораздо масштабнее. По данным независимого аналитика, пишущего в сети X под псевдонимом Markus Jonsson, в конце марта сбой GPS над Европой продолжался 47 часов подряд и затронул 1614 самолетов, в основном гражданскую авиацию.
Британская The Sun также пишет о тысячах рейсов, испытавших проблемы с навигацией: «За восемь месяцев до конца марта 2309 рейсов Ryanair и 1368 самолетов Wizz Air зафиксировали проблемы со спутниковой навигацией в Балтийском регионе. Также пострадали 82 рейса British Airways , семь рейсов Jet2, четыре рейса EasyJet и семь рейсов TUI». Газета указала, что считает источником помех Россию. С аналогичным заявлением выступила Эстония. Российские власти эти подозрения не комментировали.
Чтобы не нагнетать панику, отмечу, что перебои в работе системы GPS не делают полеты невозможными, в конце концов, летали же и до ее изобретения. Та же Finnair обещает через месяц возобновить рейсы в Тарту, когда в аэропорту будет установлено независимое от GPS навигационное оборудование.
Журнал Wired в подробной статье разъясняет, что помехи GPS бывают двух типов — глушение сигнала и так называемый спуфинг — подмена местоположения, когда приемник GPS «видит» себя совсем не в том месте, где фактически находится – за десятки, а иногда и сотни километров от реальной позиции. Карту спуфинга можно посмотреть здесь.
«За последние шесть месяцев количество случаев спуфинга возросло многократно, — говорит Зак Клементс из Техасского университета (г. Остин, США). — Впервые мы видим такое широкое воздействие на гражданскую авиацию, особенно в Восточном Средиземноморье, на Балтике и на Ближнем Востоке. В предыдущие годы спуфингу подвергались в основном морские суда, а не авиация».
На Ближнем Востоке, напоминает Wired, тоже идет военный конфликт, так что связь нарушений работы GPS с военными действиями довольно очевидна.
Впрочем, экспертов беспокоит не только ситуация с авиацией и судоходством. Спутники GPS, оснащенные сверхточными атомными часами, являются также глобальной системой точного времени, которая за последние годы стала очень важной для множества отраслей.
«Многие не осознают, что глобальные навигационные системы используются не только в вашем мобильном телефоне для навигации, но также являются основным источником синхронизации времени для жизненно важной инфраструктуры: энергосистем, центров обработки данных, систем автоматического управления поездами, систем связи, особенно 5G, финансовых сервисов и любых других распределенных систем управления и контроля», -– цитирует Wired Максима Бародзку, генерального директора компании GPSPatron. – То, что происходит с этой инфраструктурой, широко не освещается в открытом доступе».
Таким образом, влияние мировой политической нестабильности на глобальную технологическую инфраструктуру может, к сожалению, оказаться шире и глубже, чем кажется на первый взгляд.
