Глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин недавно сообщил о возможности отключения GPS для России. Насколько реально это сделать? Что произойдет с Россией и ее жителями в случае отключения глобальной системы позиционирования? И что случится, если весь мир лишится спутниковых систем навигации? Также расскажем, как Эйнштейн связан с этой темой.
Функционирование ГЛОНАСС, GPS и других систем определения местоположения.
Если вам понятна математическая база, можете пропустить этот раздел. Помните, что к нему будем обращаться при дальнейшем изложении материала.
Многие утверждают, что теория Эйнштейна бесполезна. Вряд ли такой человек сможет точно назвать, о какой именно теории идёт речь – Специальной или Общей теории относительности. Лучше всего сказать ему, что миллиарды людей ежедневно пользуются технологиями, функционирующими благодаря учёту Общей теории относительности.
Система позиционирования основывается на простом принципе: запуск спутника, запоминание его орбиты, движение по этой орбите и излучение радиосигнала. Расположение относительно спутника можно определить по скорости получения сигнала. Один спутник указывает сферу возможных точек, два — кольцо, а три — две точки. При учете погрешностей система определяет положение, если «видит» четырёх спутников.
Двадцать четыре космических аппарата глобального позиционирования на орбите достаточны для однократного наблюдения нужного количества спутников (четыре) в любой точке Земли. Возможна запуск меньшего количества спутников, если требуется позиционирование только на ограниченной территории, как это сделала Япония. Но США и Россия (в ближайшем будущем к ним присоединится Европа с проектом) GalileoРешили создавать глобальные системы позиционирования, функционирующие повсеместно, пуская не менее двух десятков спутников. Размышляют и о вспомогательных для большей точности работы.
Алгоритмы обработки данных варьируются от системы к системе, однако обеспечивают точность позиционирования на земной поверхности от полуметра до нескольких метров в горизонтали и около десяти метров по вертикали.
Так можно ли отключить такую систему?
Как отключить GPS
Поскольку мы начали с основ работы GPS, вот еще информация о функционировании этой системы. Спутники определяют свое местоположение, обмениваясь данными с наземными станциями, а затем передают его на двух частотах. Любой пользователь с подходящим оборудованием, которое сейчас продается в широком ассортименте, может принимать этот сигнал. Ранее одна частота использовалась военными для достижения максимальной точности позиционирования. Вторая, гражданская, предназначалась для менее точного позиционирования с погрешностью до сотни метров.
На данный моментГражданские приборы могут использовать обе радиочастоты, и при большом количестве видимых спутников (в открытой местности) точность гражданских приборов не уступает военной. Официально, по крайней мере.
Signal нельзя отключить?
Если сигнал искусственного происхождения, созданный человеком, то человек может его выключить.
Теоретически можно отключить передачу сигнала с спутника или выдавать с него неверные данные о положении при пролёте над определённой территорией. Но каждый спутник обслуживает площадь около 4000 на 4000 километров, поэтому вдобавок к России могут быть «отключены» и соседние страны.
Возможно сохраняется возможность шифрования данных со спутника (подтверждения этому в открытых данных по GPS не нашли). Тогда военные смогут расшифровать сигнал и уточнить свое местоположение. Для гражданского декодирование зашифрованного сигнала недоступно, точность позиционирования будет снижена или могут приходить умышленно искаженные данные. В этом случае координата будет выдаваться с большой погрешностью, как в начале развития GPS, когда военные могли определять свое местоположение с точностью до метров, а гражданские — плюс-минус 200 метров. В этом варианте гражданские пользователи GPS в странах Восточной Европы и Дальнего Востока также пострадают.
Наконец, самым простым способом нарушить работу GPS является создание помех с помощью наземных станций. Это может быть очень тонкой операцией, например, жители Москвы знают, что навигационные программы часто » телепортируютАвтомобили, проезжающие около Кремля, могут быть опасны: в 2019 году Израилю пришлось перенаправлять самолеты, собиравшиеся садиться в аэропорту Тель-Авив, так как в этом районе были. серьезные перебоиС работой системы GPS возникли подозрения, которые дошли даже до России. Некие эксперты предположили, что причиной стала деятельность российских радиоэлектронных систем противодействия (РЭБ) в Сирии.
Отключение GPS в России посредством радиоэлектронной борьбы со стороны зарубежных государств маловероятно. Такой шаг фактически означал бы объявление войны, так как за掩шей помех удобно проводить ракетные удары и налеты боевых машин.
Эффективнее всего подавлять работу GPS с Земли, создавая помехи слабому сигналу спутника с высокой орбиты. Страны могут это делать на своей территории, например, для отклонения ракет противника. Другой вариант — глушить сигнал при помощи средств радиоэлектронной борьбы или более тонкими спуферами, которые передают мощный сигнал с искаженными координатами. Однако дальность такого действия ограничена. Были сообщения о сбоях GPS во время военных действий США в Иране и Югославии, но неясно, являлись ли они умышленными, так как атакуемых стран практически не имело высокоточного оружия, использующего GPS.
ГЛОНАСС всех спасет?
С Дмитрием Рогозиным можно согласиться, что отключение GPS не станет катастрофой для многих россиян. Несмотря на трудности и необходимость времени, в России сформировалась система глобального позиционирования ГЛОНАСС. лучшеGPS функционирует эффективно в северных регионах, поскольку спутники системы оптимально ориентированы для учета местоположения России.
Поддержка ГЛОНАСС предусмотрена в чипах большинства ведущих производителей систем-на-чипе, которые устанавливаются практически во всех смартфонах на российском рынке. Таксисты и курьеров это точно не затронет.
Возникает вопрос: смогут ли изготовители мобильных устройств отключить ГЛОНАСС? Теоретически производители могут исключить поддержку российской системы в прошивке или в обновлениях навигационных сервисов. Важно помнить, что для работы достаточно четырех спутников лишь теоретически. Но зачем это делать?
ГЛОНАСС не получает никакой информации о приемниках, несмотря на то что иногда об этом заявляют даже члены американского Конгресса. не понимаютПоддерживать несколько систем спутникового позиционирования выгодно: чем их больше, тем точнее будет определено местоположение. В городе может не хватать доступных GPS-спутников. ГЛОНАСС увеличивает шансы на более точное определение места вдвое. Сервис ГЛОНАСС не требует оплаты и не собирает данные.
Будет ли Россия страдать? Программное обеспечение можно изменить и вернуть, у нас есть отечественные картографические сервисы. В то время как на территории остального мира без системы навигации ГЛОНАСС работа GPS часто будет хуже. Таким образом, со стороны США и союзников попытка отключения ГЛОНАСС — это стрельба себе в ногу, но к этому уже не привыкать в нашем безумном мире.
Простых пользователей и многочисленных сотрудников логистических служб мы защитили, так как могут обойтись без GPS. США смогут отключить его только в ограниченном регионе, а им достаточно отечественного ГЛОНАСС. С профессиональной техникой ситуация сложнее.
Поддержка ГЛОНАСС имеется на речных и морских судах, но с авиапарком ситуация сложнее. В иностранных самолётах, эксплуатируемых российскими авиакомпаниями, планировалось интегрировать нашу навигационную систему именно в этом году. Naked Science сообщил, что не было данныхОснащение иностранных самолетов ГЛОНАСС может потребовать от пилотов большей внимательности и профессионализма, а также повлиять на деятельность диспетчеров.
Также важно заметить, что отключение GPS приводит к… корректно работатьСовременные энергосистемы Запада, даже при масштабных отключениях электроэнергии, ряд банкоматовПопытки отключить или подавить работу GPS в России могут вызвать непредвиденные трудности в западных странах, граничащих с ней. Некоторые станки (не подлежащие перемещению по условиям поставок) могут выйти из строя.
Мир будущего имени Альберта Эйнштейна
Пример с самолётами в израильском аэропорту – первый показательный случай того, как бы выглядел мир без глобальных навигационных систем. Могут ли самолеты долетать и садиться без GPS? В целом да, ведь регулярные рейсы существовали задолго до спутниковой навигации. Но навигация уменьшает экипаж, увеличивает пассажиропоток, позволяет безопасно садиться и взлетать самолётам по несколько штук за минуту даже в сложных метеоусловиях.
Спутниковая навигация — это не только удобство или точность. скоростьВозможность эффективно функционировать в мире, где необходимо быстро перемещать миллиарды тонн грузов для миллиардов людей.
Опытный летчик посадит самолет без GPS, таксист вспомнит прежние навыки и найдет маршрут по картам, однако спутниковая навигация значительно упрощает процесс и позволяет увеличить количество сотрудников, управляющих такси и самолетами (при этом разница в необходимой подготовке сохраняется).
ГЛОНАСС, GPS и подобные системы — самый распространенный пример использования теории относительности. Для точного определения местоположения требуется не только сигнал от спутника и его координаты, но и вычисление времени прохождения сигнала. Скорость света, с которой движутся радиоволны, оказывается недостаточно высокой для этого. Разница во времени между наблюдателем и системой отсчета, связанной со спутником, порождает ошибку в определении координат в десять километров в день. Без учета эффектов ОТО спутники GPS были бы бесполезны.
Точности можно помочь с помощью технологии A-GPS, которая позволяет программам быстрее получать данные о траекториях спутников и повышает точность геопозиционирования до десятков сантиметров. Вышки дифференциальной коррекции GPS уменьшают погрешность до сантиметров. Это важно как для геодезистов, так и для многих современных технологий. Роботы-доставщики, дроны и другая новейшая робототехника часто не могут себе позволить ошибку на 10 см и при этом не всегда могут ориентироваться «по картинке». Например, автомобиль на автопилоте едет по разметкам и знакам. Но может оказаться в плохих погодных условиях или на дороге без разметки, и ему будут совершенно необходимы координаты от GPS. Автомобилю не позволительны ошибки в 2 метра (средняя точность GPS): например, в Австралии уже обсуждается опасность ошибок автопилотов из-за… дрейфа континента!
Вы не представляете, насколько тесно связана ОТО с GPS. одно из понятий теории относительности — интервал, в формуле которого соединяются координаты, время и скорость света. В итоге мы можем не только измерять координаты, зная скорость света и время распространения сигнала, но и наоборот. Базовые станции сотовой связи знают свои точные координаты, их местоположение используют для того, чтобы по спутникам очень точно отсчитывать время.
Это нужно для синхронизации потоков информации в разных каналах и недопускания наложения. Так же как скорость, производительность и пропускная способность необходимы нашему миру — голосовой связи GPS на вышках сотовой связи не требовалось.
Мир без систем глобального позиционирования просуществует, но будет испытывать трудности при поиске им альтернатив.
Ведь системы значительно ускоряют жизнь: обеспечивают быстрый интернет, сервисы с минимальной задержкой и сокращают время ожидания физических перемещений. Правда, иногда курьер, которого вы ожидаете, может потеряться даже с приложением-картой в смартфоне — это не вина ГЛОНАСС.
Глобальные спутниковые системы — путеводители в будущее, мирное и светлое.
Мир без глобальных систем позиционирования
Если GPS и ГЛОНАСС легко блокировать, то зачем их военным? Враг может не иметь действенных средств радиоэлектронной борьбы или маневры могут проходить на больших расстояниях от помех. Поэтому спутниковая навигация всё же полезна. Шифрование сигнала и его обработка позволяют выявить воздействие РЭБ и перейти на другие способы наведения.
Крылатые ракеты ориентируются по рельефу местности. Баллистические могут иметь датчик ориентации по звёздам, как у Р7, и уточнять маршрут по ним, подобно первым мореплавателям. Инерциальные системы не теряют актуальности, а совершенствуются, повышая точность. Карта мира хорошо известна, маршрут можно рассчитать заранее, а гироскопы помогут отслеживать правильность полета. Конечно, точности GPS или ГЛОНАСС такая система не достигнет, но зато её отключить можно только вместе с ракетой.
Система межзвездной навигации
Геопозиционирование основывается на теориях Эйнштейна. В то же время Россия разрабатывает межзвездную навигацию. На расстоянии полутора миллионов километров от Земли функционирует российская обсерватория «Спектр-РГ». В её состав входят российский и немецкий телескопы, создавшие наиболее полную карту неба в рентгеновском диапазоне.
Как уже рассказывал Naked Science, немецкий телескоп сейчас временно отключенИз-за этого российские учёные обратились к программе ART-XC Legacy Program. В частности, по ней российский рентгеновский телескоп ART-XC изучает миллисекундные рентгеновские пульсары. Скорее всего, это нейтронные звезды, активно поглощающие вещество из окружающего их аккреционного диска. Высокая интенсивность и стабильность периода излучения позволяют использовать их как «маяки». Учёные ИКИ РАН заявили, что на основе таких «маяков» научились определятьТочность определения местоположения аппарата — десять километров.
За десять километров погоня за точностью выходит за пределы Земли, даже если объект расположен в полумиллионах километров от нас.