Starlink

По данным нового исследования, широкополосная сеть Илона Маска может работать как альтернатива GPS для беспрепятственной навигации.

Компания SpaceX уже запустила более 700 спутников Starlink, еще тысячи будут запущены в ближайшие годы. Их основная миссия — предоставить высокоскоростной интернет практически по всему миру, распространив его на многие труднодоступные регионы, где до сих пор не было надежного покрытия.

Однако, согласно результатам проведенного по заказу Вооруженных сил США исследования, растущее мегасозвездие Илона Маска можно с успехом использовать в качестве недорогой, высокоточной и практически безупречной альтернативы системы спутниковой навигации GPS, пишет MIT Technology Review. Новый метод будет использовать существующие спутники Starlink на низкой околоземной орбите (LEO) для предоставления навигационных услуг практически по всему миру. 

Исследователи Тодд Хамфрис и Питер Яннуччи из  Радионавигационной лаборатории Техасского университета в Остине в своей статье утверждают, что разработали систему, использующую те же спутники, для обеспечения точности определения местоположения до 10 раза лучше, чем GPS. При этом сама система гораздо менее подвержена помехам. 

Глобальная система определения местоположения состоит из 30 спутников, находящихся на орбите на высоте 20 тысяч километров над Землей. Каждый спутник непрерывно передает радиосигнал, содержащий информацию о его местоположении и точном времени по прецизионным атомным часам на борту. Затем наземные приемники сравнивают время, необходимое для прибытия сигналов от нескольких спутников, и вычисляют свое местоположение, обычно с точностью до нескольких метров. 

Проблема с GPS заключается в том, что его сигналы, к тому времени, пока достигают Земли, становятся чрезвычайно слабыми и легко подавляются случайными помехами или средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ). 

Военные США в значительной степени полагаются на GPS. В прошлом году командование подразделения, занимающееся модернизацией вооруженных сил, посетило лабораторию Хамфриса, чтобы рассказать о стартапе под названием Coherent Navigation, который он основал в 2008 году. Coherent, целью которого было использование сигналов со спутников Iridium в качестве грубой альтернативы GPS, была приобретена Apple в 2015 году. 

По словам Хамфриса, ему сообщили, что армия поддерживает отношения со SpaceX. В частности, было подписано соглашение о тестировании системы Starlink для передачи данных по военным сетям в мае.

Концепция использования спутников LEO для навигации не нова. Фактически, некоторые из первых космических аппаратов США, запущенных в 1960-х годах, были спутниками Transit, вращавшимися на орбите на высоте 1100 километров, предоставляя информацию о местоположении кораблей и подводных лодок ВМФ. Преимущество созвездия LEO состоит в том, что сигналы могут быть в тысячу раз сильнее, чем сигналы GPS. Недостатком является то, что каждый спутник может обслуживать только небольшую область под ним, поэтому для надежного глобального покрытия требуются сотни или даже тысячи спутников. 

Создание совершенно новой сети спутников LEO со сверхточными часами было бы дорогостоящим мероприятием. Однако стартап Xona Space Systems из Бэй Эреа именно это планирует сделать, планируя запустить не менее 300 спутников Pulsar в течение следующих 6 лет.

Идея Хамфриса и Яннуччи отличается: они использовали бы простое обновление программного обеспечения, чтобы модифицировать спутники Starlink, улучшив их коммуникационные возможности. После объединения данных с них с существующим сигналом GPS система сможет предоставлять качественные услуги позиционирования и навигации, говорят исследователи.

Они утверждают, что новая система может даже, как это ни парадоксально, обеспечить лучшую точность для большинства пользователей, чем GPS, на которой она базируется. Это связано с тем, что приемник GPS на каждом спутнике Starlink использует алгоритмы, которые встречаются в потребительских товарах для определения их местоположения с точностью до нескольких сантиметров. Эти технологии используют физические свойства радиосигнала GPS и его кодирование для повышения точности вычислений местоположения. По сути, говорят ученые, спутники Starlink способны выполнять тяжелую вычислительную работу. 

Дополнительным преимуществом является тот факт, что спутники Starlink по сути являются космическими интернет-маршрутизаторами со скоростью передачи данных до 100 мегабит в секунду. Спутники GPS при этом обмениваются данными со скоростью менее 100 бит в секунду.

 «Если у вас в миллион раз больше возможностей отправить информацию со своего спутника, данные могут быть намного ближе к истине», — говорит Яннуччи. 

По его оценкам, новая система, которую Хамфрис называет «плавной навигацией на НОО», будет использовать мгновенные вычисления орбиты и часов для определения местоположения пользователей с точностью до 70 сантиметров. Для сравнения, большинство GPS-систем в смартфонах, часах и автомобилях имеют точность до нескольких метров. 

Но ключевым преимуществом для Пентагона является то, что объединенную навигацию LEO будет значительно труднее заблокировать или обмануть. Мало того, что его сигналы намного сильнее на уровне земли, но и антенны для его микроволновых частот примерно в 10 раз более направленные, чем антенны GPS. Это означает, что будет легче уловить истинные спутниковые сигналы, чем сигналы от глушителя. «По крайней мере, это надежда», — говорит Хамфрис.

Согласно расчетам Хамфриса и Яннуччи, их объединенная навигационная система LEO может обеспечить непрерывное навигационное обслуживание 99,8% населения мира, используя менее 1% мощности нисходящей линии связи Starlink и менее 0,5% ее энергетической емкости.

При этом технология навигации не ограничивается только спутниками SpaceX. Созвездие обанкротившихся OneWeb, которое покупает правительство Великобритании, также может служить в качестве отечественной навигационной системы, говорит Яннуччи, «хотя Starlink сейчас в более выигрышном положении».

Однако у встроенной навигации LEO есть свои недостатки. Первоначальная мега-группировка Starlink, как ожидается, не будет действовать выше 60 градусов широты, а это означает, что жители Хельсинки могут упустить ее преимущества, как и военные в любых возможных спорных арктических или антарктических регионах. Кроме того, использование системы подразумевает использование на земле антенны Starlink SpaceX, которая значительно дороже дешевых GPS-чипов в часах или смартфонах.