Megmutatjuk, mihez kezdhetne a világ akkor, ha nem lenne GPS

http://www.dreamstime.com/stock-image-gps-navigation-travel-tourism-concept-mobile-macro-view-modern-black-glossy-touchscreen-smartphone-image33718711

Bármennyire is közhelyes megállapításnak tűnik, a műholdas navigációs rendszerek úgy működtetik a világot, hogy alig vesszük észre jelenlétüket, közben viszont a kitettség irányukba folyamatosan nő. Ráadásul elvitathatatlan tény: ezek a rendszerek nagyon sérülékenyek, és komoly gondokat okozna az, ha globálisan nem állna rendelkezésre mindaz, amit közismert rövidítéssel GPS-nek hívunk. Vannak azonban más megoldások is arra az esetre, ha valamiért rövidebb-hosszabb időre, de búcsút kellene mondanunk a fejünk felett keringő műholdak nyújtotta szolgáltatásoknak.

A világkereskedelm is más lenne GPS nélkül

Volt már arra példa, hogy a műholdas navigáció jelentette biztonság egycsapásra megszűnt: tavaly nyáron az izraeli Ben Gurion repülőtéren a légiforgalmi irányítók ügyességén és rátermettségén múlt, hogy nem történt akár emberéletekbe is kerülő baleset akkor, amikor a GPS-jelek összezavarodtak. A probléma mögött vélhetően puszta véletlen állt, a rendszerzavart vélhetően a Szíria területén zajló katonai műveletek okozhatták.

Illusztráció dreamstime

De ennél jóval szélesebb az a kör, amelyben egyre több minden múlik a GPS-en. Autóvezetők és gyalogosok éppúgy tájékozódnak annak segítségével, ahogy tengerjáró hajók is. Utóbbiaknál amellett, hogy a kapitányoknak még a zátonyokat is segít kikerülni, lehetővé teszi a hajók helyének pontos azonosítását is, tartózkodjanak bárhol az óceánokon. Ám a navigációnak szerep jut például a tengeren bonyolított kereskedelemben és a logisztikában is:

a darukezelőknek a GPS segít abban, hogy pontosan a kívánt helyre tegyék le a konténereket egy-egy óriási kikötőben.

Az atomórákkal szinkronizált műholdak GPS-idejét használják a mobil bázisállomások is, sőt, a nemzetközi pénzügyi tranzakciók elektronikus végrehajtásánál is nagy jelentőségük van a megbízható GPS-jeleknek. (Az Origo ebben a cikkében írt arról, milyen kényes helyzetet teremtett az, amikor 2017-ben leálltak az atomórák az Európai Unió saját műholdas rendszerének, a Galielónak néhány szatellitjén.) Ahogy például - egy eltérő területről hozott példával élve - a vadállatok mozgásának nyomon követésénél is nagy szerep jut a GPS-nek, lényegesen megkönnyítve az élővilág kutatásával vagy a veszélyeztetett fajok védelmével foglalkozók munkáját.

A GPS-nek nagy szerep jut a veszélyeztetett állatok nyomon követésében is (illusztráció) Forrás: MTI/EPA/PAP/Grzegorz Michalowski

Vagyonokba kerülne néhány napos kiesés is

A műholdas navigáció annyira mélyen integrálódott a gazdaságba, hogy nagyon komoly veszteségre kell készülni, ha az nem áll rendelkezésre. Például kiszámolták, hogy

öt napos GPS-kiesés a brit gazdaságban mintegy 5 milliárd fontnyi (közel 1900 milliárd forintnyi) kárt okozna.

Az USA pedig naponta 1 milliárd dollárt veszítne a kimaradáson, ami könnyen 1,5 milliárd dollárra nőhet, ha április-május hónapokban, a mezőgazdasági munkák kezdetén történik meg.

Nem légből kapott félelem a GPS összezavarodása

Márpedig - ahogy a fenti, repülőtéri példa is mutatja - egyáltalán nem zárható ki, hogy például katonai hadműveleteknek, sőt, épp ilyen célú, katonai zavarási gyakorlatoknak köszönhetően, zavar lép fel a rendszerekben. Ennek tükrében különösen érdekes, hogy a Pentagon, mely eredetileg a műholdas navigáció fejlesztője volt, szinte minden komoly hadászati eszközénél alkalmazza a GPS-t, stratégiai erőitől kezdve hadihajóin át a bombázókig, sőt, a gyalogsági egységekig bezárólag. Ugyanakkor egy potenciális zavar az űrből is érkezhet: a Carrington-eseményként hivatkozott, valaha feljegyzett legerősebb geomágneses vihar 1859-ben az elmúlt 500 év legnagyobb kitörése volt, nagyságrendekkel nagyobb az 1989-es hatalmas áramszünet okozójánál. Egy ilyen geomágneses vihar minden valószínűség szerint teljesen haszálhatatlanná tenné a műholdas navigációs rendszereket.

Persze vanak egyéb globális navigációs műholdas rendszerek: az orosz Glonass, az európai Galileo és a kínai BeiDou mind hasonló elveken működnek, mint a GPS. Ebből következik viszont, hogy azok is éppolyan sérülékenyek és érzékenyek az interferenciára vagy a jelek szándékos megzavarására. Éppen ezért lehet érdemes számba venni, milyen alternatívák jöhetnek szóba a tájékozódás és a helymeghatározás globális mértékű igényeit tekintve.

A Glonass egyik műholdjának modellje Forrás: RIA Novosti/Vladimir Baranov

A következőkben bemutatunk néhány olyan lehetséges megoldást, melyek jó alternatívái lehetnek a GPS-nek.

Ha nem működnének a műholdak

Vissza a rádióhullámokhoz

Egyik lehetséges megoldás lehet a GPS kiváltására a Loran (Long Range Navigation), pontosabban annak felújítása. A megoldást eredetileg a második világháborúban dolgozták ki, és azt a célt szolgálta, hogy segítse a szövetséges hajók Atlanti-óceánon való átkelését. A rendszerben földi alapú rádióállomások kaptak szerepet, pontosságuk pedig sokat fejlődött az évek folyamán. Állomások épültek végig az Egyesült Államok és Kanada keleti partján, továbbá telepítettek még Grönlandra, Izlandra, a Feröer-szigetekre és a Hebridákra. Ezáltal folyamatos lefedettséget biztosítottak az egész Észak-Atlanti óceánon. A második világháború végére 72 Loran-állomás, és több mint 75.000 vevőkészülék volt használatban. A koncepció mentén kiépített rendszert 1990-ben még használták Kínában.

Szövetséges konvoj úton az Atlanti-óceánon a háború idején Forrás: Wikimedia Commons

Bár a GPS végleg parkolópályára küldte a Lorant, sokan úgy vélik, érdemes lenne a hajózás biztonságának növelése érdekében modern utódjának, az eLoran-nak, nagyob figyelmet szentelni. Az eLoran előnye a GPS-hez képest, hogy átlagos jele 1,3 milliószor erősebb a GPS-jelénél, így sokkal nehezebb megzavarni. Ugyanakkor működtetéséhez nagyon erős transzmitterekre, nagy antennákra van szükség, és igen energiaigényes a használata. Ennek ellenére sokak szerint megérné a kiépítése,

mivel a hajók jelenleg egyetlen rendszertől, a GPS-től függenek, ez pedig technológiailag, biztonságilag tarthatatlan állapot.

Emlékezetes, hogy az elmúlt években Ázsia délkeleti térségében is előfordult, hogy megzavarodtak a GPS-jelek, ezek hátterében van, aki egyenesen Észak-Korea szándékos akcióját sejti. Az eLoran pedig akár 10 méteres pontossággal is képes lehet a helyzetmeghatározásra, műholdak nélkül.

null

null

Csillagokkal tájékozódó modern romboló rakéták és követett műholdak

Érdemes azt is megemlíteni, hogy nem minden alternatív megoldás igényel újabb infrastruktúrát. A csillagok segítségével való navigáció tudományának évezredes története van, de a jelenben például az asztronavigációra támaszkodnak a Trident-rakéták egyes típusai is. Az amerikai Draper Laboratory nevű vállalat pedig kifejlesztett egy olyan megoldást. amely egy kicsiny, lényegében automatizált teleszkóppal követi a Föld körüli pályán keringő objektumokat, az aktív vagy már hulladékként keringő műholdakat egyaránt és a Nemzetközi Űrállomást a csillagokkal együtt. A Skymark annál pontosabb, minél több mozgó tárgyat észlel, a háttérben pedig egy adatbázis segíti a folyamatot: a rendszer akár 15 méteres pontosságú meghatározásra is képes, de ha elég nagyszámú műholdat lát, még ennél is pontosabb lehet.

null

null

Tehetetlenségi navigáció

Már alkalmazásban lévő megoldást jelent a tehetetlenségi (inerciális) navigációs rendszer. Ez a hordozóeszköz helyzetét és sebességét annak gyorsulásából határozza meg, folyamatos méréssel és számítással. Értelemszerűen olyan helyeken is használható, ahol nincs GPS-jel, például alagutakban. Könnyű belátni, hogy ezeknek a rendszereknek óriási jelentősége lehet a gépkocsik navigációs megoldásainál, de a koncepciót felhasználják hajókon és űreszközöknél is. Jelenleg hátránya viszont, hogy a helyzetmeghatározásban a háttérben futó számítások miatt, van egy időbeni csúszás, így autókban például inkább csak rövid ideig, kisebb GPS-kimaradások esetén érdemes használni.

Optikai navigáció

Ennél a megoldásnál automata kamerarendszereken van a hangsúly, amelyek tereptárgyakat (épületeket, útjelző táblákat stb.) érzékelnek, és ezek egymáshoz viszonyított helyzetét használják fel a helymeghatározáshoz. A koncepció korai verzióját Digital Scene Matching-nek hívták, és eredetileg rakéták számára fejlesztették. Egy újabb optikai megoldás az ImageNav, mely kifejezetten az amerikai légierő számára készült, és a külső kamerák közvetítette képet egy nagy, a terepviszonyokat és a területi sajátosságokat tartalmazó adatbázissal vetik össze navigálás során. A rendszer egy átalakított változatban már néhány önvezető járműben is megjelent.

null

null

A svéd Everdrone pedig hasonló elveken - a sebesség és a terep adatainak felhasználásával - működteti drónjait, lényegében GPS-pontosságú navigációval - az előfeltétel persze ehhez az, hogy rengeteg memória álljon rendelkezésre a műveletekhez és gyakran frissüljön a kérdéses terepről az adatbázis.

Valódi kérdés tehát az, mennyiben lehet képes a világ talpon maradni a helymeghatározásban GPS nélkül a jövőben.

A problémát látjuk, de a megoldások egyelőre csak lassan körvonalazódnak"

- mondja Charley Curry, a Royal Institute of Navigation intézet munkatársa.

A figyelem ugyanakkor egyre nagyobb mértékben irányul a GPS-alternatív megoldásokra.

Az amerikai Közlekedési Minisztérium például nyílt versenyfelhívást tett közzé azért, hogy jobban megismerhessék, milyen koncepciókkal képzelik el tehetséges mérnökök és kutatók a jövő helymeghatározási és navigációs megoldásait, ha történetesen nem állnának rendelkezésre a műholdak.

Összeállításunk elsődleges forrásaként a BBC Future áttekintését használtuk, további forrásként az Elektro-Net portált.