„SpaceX“ „Starlink“ palydovai gali apsunkinti JAV armijos navigaciją

Žemės vaizdas iš „SpaceX“ „Starlink“. SpaceX

„SpaceX“ jau paleido daugiau nei 700 „Starlink“ palydovų, o artimiausiais metais bus prijungti tūkstančiai palydovų. Jų pagrindinė misija yra teikti didelės spartos internetą praktiškai visame pasaulyje, išplečiant jį daugelyje atokių vietų, kuriose iki šiol trūko patikimų paslaugų.

Dabar JAV armijos finansuoti tyrimai padarė išvadą, kad auga mega žvaigždynas gali turėti antrinį tikslą: padvigubinti kaip pigią, labai tikslią ir beveik netrukdomą GPS alternatyvą. Taikant naują metodą būtų naudojami esami Starlink palydovai žemoje Žemės orbitoje (LEO), kad būtų teikiamos beveik pasaulinės navigacijos paslaugos.

Nerecenzuotame leidinyje popierius , Toddas Humphreysas ir Peteris Iannucci iš Radionavigacijos laboratorija Teksaso universitete Ostine tvirtina, kad jie sukūrė sistemą, kuri naudoja tuos pačius palydovus, tradicinius GPS signalus, kad būtų galima nustatyti iki 10 kartų didesnį vietos nustatymo tikslumą nei GPS, o sistemoje, kuri yra daug mažiau linkusi į trikdžius.

Silpni signalai

Pasaulinę padėties nustatymo sistemą sudaro maždaug 30 palydovų, besisukančių 20 000 kilometrų virš Žemės, žvaigždynas. Kiekvienas palydovas nuolat transliuoja radijo signalą, kuriame nurodoma jo padėtis ir tikslus laikas iš labai tikslaus laivo atominio laikrodžio. Tada ant žemės esantys imtuvai gali palyginti, kiek užtrunka signalai iš kelių palydovų, ir apskaičiuoti jų padėtį, paprastai kelių metrų tikslumu.

GPS problema yra ta, kad tie signalai yra labai silpni, kai pasiekia Žemę, ir yra lengvai užvaldomi dėl atsitiktinių trukdžių arba elektroninio karo. Kinijoje, paslaptingos GPS atakos sėkmingai apgaudinėjo laivus netikrose vietose, o GPS signalai nuolat stringa rytinėje Viduržemio jūros dalyje.

JAV kariuomenė labai priklauso nuo GPS. Praėjusiais metais JAV armija Ateities komanda , naujas padalinys, skirtas savo pajėgų modernizavimui, apsilankė Humphreyso laboratorijoje ir papasakojo apie startuolį, pavadintą „Coherent Navigation“, kurį jis įkūrė 2008 m. „Coherent“, kurio tikslas buvo naudoti Iridium palydovų signalus kaip grubią GPS alternatyvą, „Apple“ įsigijo 2015 m. .

Jie man pasakė, kad armija palaiko ryšius su SpaceX [ji pasirašė susitarimą išbandyti Starlink, kad būtų galima perkelti duomenis per karinius tinklus] ir ar man būtų įdomu pasikalbėti su SpaceX apie jų Starlink palydovų naudojimą taip pat, kaip aš naudojau šiuos senus Iridium palydovai? Humphreysas sako. Taip susirinkome su „SpaceX“ žmonėmis, kuriems tai patiko, o kariuomenė davė mums metus panagrinėti problemą. Futures komanda taip pat skyrė kelių milijonų dolerių finansavimą .

LEO palydovų naudojimo navigacijai koncepcija nėra nauja. Tiesą sakant, kai kurie iš pirmųjų JAV erdvėlaivių, paleistų septintajame dešimtmetyje, buvo „Transit“ palydovai, skriejantys 1100 kilometrų atstumu, teikdami informaciją apie karinio jūrų laivyno laivų ir povandeninių laivų buvimo vietą. LEO žvaigždyno pranašumas yra tas, kad signalai gali būti tūkstantį kartų stipresni nei GPS. Trūkumas yra tas, kad kiekvienas palydovas gali aptarnauti tik nedidelį plotą po juo, todėl patikimai pasaulinei aprėpčiai reikia šimtų ar net tūkstančių palydovų.

Atnaujinkite ir patobulinkite

Visiškai naujo LEO palydovų tinklo su itin tiksliais laikrodžiais sukūrimas būtų brangus darbas. Bay Area startas Kambario erdvės sistemos planuoja tai padaryti, siekdamas per ateinančius šešerius metus paleisti mažiausiai 300 Pulsar palydovų žvaigždyną.

Humphreyso ir Iannucci idėja skiriasi: jie naudotų paprastą programinės įrangos atnaujinimą, kad modifikuotų Starlink palydovus, kad jų ryšio galimybės ir esami GPS signalai galėtų teikti padėties ir navigacijos paslaugas.

Jie teigia, kad jų naujoji sistema netgi gali, priešingai, daugeliui vartotojų užtikrinti didesnį tikslumą nei GPS technologija, kuria ji remiasi. Taip yra todėl, kad kiekvieno Starlink palydovo GPS imtuvas naudoja algoritmus, kurie retai sutinkami plataus vartojimo gaminiuose, kad nustatytų jo vietą vos kelių centimetrų atstumu. Šios technologijos išnaudoja fizines GPS radijo signalo savybes ir jo kodavimą, kad pagerintų vietos skaičiavimo tikslumą. Iš esmės „Starlink“ palydovai gali atlikti sunkų skaičiavimo darbą savo naudotojams žemiau.

„Starlink“ palydovai taip pat iš esmės yra interneto maršrutizatoriai erdvėje, galintys pasiekti 100 megabitų per sekundę. Kita vertus, GPS palydovai bendrauja mažiau nei 100 bitų per sekundę

GPS perdavimui yra tiek mažai bitų per sekundę, kad jie negali sau leisti įtraukti naujų, labai tikslių duomenų apie tai, kur iš tikrųjų yra palydovai, sako Iannucci. Jei turite milijoną kartų daugiau galimybių siųsti informaciją iš savo palydovo, duomenys gali būti daug arčiau tiesos.

Jis apskaičiavo, kad naujoji sistema, kurią Humphreysas vadina sulieta LEO navigacija, naudos momentinius orbitos ir laikrodžio skaičiavimus, kad nustatytų naudotojų vietą 70 centimetrų tikslumu. Palyginimui, dauguma GPS sistemų išmaniuosiuose telefonuose, laikrodžiuose ir automobiliuose yra tik kelių metrų tikslumo.

Tačiau pagrindinis Pentagono pranašumas yra tas, kad sulietą LEO navigaciją turėtų būti daug sunkiau užstrigti ar apgauti. Jo signalai yra ne tik daug stipresni žemės lygyje, bet ir mikrobangų dažnių antenos yra maždaug 10 kartų kryptingesnės nei GPS antenos. Tai reiškia, kad turėtų būti lengviau paimti tikrus palydovo signalus, o ne signalus iš trukdžių. Bent jau tokia viltis, sako Humphreysas.

Remiantis Humphreyso ir Iannucci skaičiavimais, jų sujungta LEO navigacijos sistema galėtų teikti nuolatines navigacijos paslaugas 99,8% pasaulio gyventojų, naudodama mažiau nei 1% Starlink nukreipimo pajėgumų ir mažiau nei 0,5% energijos pajėgumų.

Manau, kad tai galėtų būti patikimesnis ir tikslesnis sprendimas nei vien GPS, sako Toddas Walteris iš Stanfordo universiteto GPS laboratorijos, kuris nedalyvavo tyrime. Ir jei jums nereikia keisti Starlink palydovų, tai tikrai greitas ir paprastas būdas.

Taip pat navigacijos technologija neapsiriboja tik „SpaceX“ palydovais. Bankrutuojanti „OneWeb“ konsteliacija, kurią perka JK vyriausybė, taip pat galėtų būti a naminė navigacinė sistema , sako Iannucci, nors Starlink šiuo metu yra „pole“ pozicijoje.

Tačiau „Fused LEO“ navigacija turi trūkumų. Manoma, kad pradinis „Starlink“ megažvaigždynas veiks ne aukščiau 60 laipsnių platumos, o tai reiškia, kad Helsinkio gyventojai, kaip ir kariai bet kuriuose būsimuose ginčytinuose Arkties ar Antarkties regionuose, gali prarasti jo teikiamą naudą.

Sistemos naudojimas ant žemės taip pat reikštų pasikliauti „SpaceX“ „Starlink“ antena, kurią generalinis direktorius Elonas Muskas apibūdino kaip NSO ant pagaliuko , ir tikriausiai labai brangūs, o ne pigūs GPS lustai, kurie gali tilpti į išmaniuosius telefonus ir laikrodžius. Bet kuri būsima sujungta LEO navigacijos paslauga, skirtingai nei GPS, taip pat turės didelę kainą, ypač dėl to, kad „SpaceX“ turi pradėti matyti savo milžiniškų investicijų į „Starlink“ grąžą. . Dėl šių priežasčių ne visi mano, kad tai yra kelias į priekį.

Jau seniai žiūrėjome į šį metodą, tačiau nei komercinės, nei techninės galimybės iš tikrųjų neturėjo prasmės, todėl dirbame su nepriklausoma konsteliacija, sako Xona generalinis direktorius Brianas Manningas.

Nei JAV armijos ateities komanda, nei SpaceX neatsakė į prašymus pakomentuoti, tačiau UT mokslininkai tikisi, kad Muskas pamatys naujosios technologijos vertę. Čia yra potencialas iš tikrųjų pakeisti navigaciją visame pasaulyje, sako Iannucci.

Pataisymas: pataisėme antraštę .

paslėpti