211service.com
De Starlink-satellieten van SpaceX kunnen de navigatie van het Amerikaanse leger moeilijk te blokkeren
Uitzicht op de aarde vanaf Starlink van SpaceX SpaceX
SpaceX heeft al meer dan 700 Starlink-satellieten gelanceerd, en de komende jaren zullen er nog duizenden online komen. Hun belangrijkste missie is om vrijwel wereldwijd snel internet aan te bieden, en dit uit te breiden naar veel afgelegen locaties die tot nu toe geen betrouwbare service hadden.
Onderzoek gefinancierd door het Amerikaanse leger heeft nu geconcludeerd dat de groeiende mega-constellatie zou een secundair doel kunnen hebben: verdubbelen als een goedkoop, zeer nauwkeurig en bijna onbreekbaar alternatief voor GPS. De nieuwe methode zou bestaande Starlink-satellieten in een lage baan om de aarde (LEO) gebruiken om bijna wereldwijde navigatiediensten te bieden.
In een niet-peer-reviewed papier , Todd Humphreys en Peter Iannucci van de Radionavigatie Laboratorium aan de Universiteit van Texas in Austin beweren een systeem te hebben bedacht dat dezelfde satellieten gebruikt, meeliftend op traditionele GPS-signalen, om de locatieprecisie tot 10 keer zo goed te leveren als GPS, in een systeem dat veel minder storingsgevoelig is.
Zwakke signalen
Het Global Positioning System bestaat uit een constellatie van ongeveer 30 satellieten die 20.000 kilometer boven de aarde cirkelen. Elke satelliet zendt continu een radiosignaal uit met zijn positie en de exacte tijd van een zeer nauwkeurige atoomklok aan boord. Ontvangers op de grond kunnen dan vergelijken hoe lang het duurt voordat signalen van meerdere satellieten aankomen en hun positie berekenen, doorgaans tot op enkele meters.
Het probleem met GPS is dat die signalen extreem zwak zijn tegen de tijd dat ze de aarde bereiken, en gemakkelijk overweldigd worden door toevallige interferentie of elektronische oorlogsvoering. In China, mysterieuze GPS-aanvallen hebben met succes schepen vervalst op neplocaties, terwijl GPS-signalen regelmatig worden geblokkeerd in de oostelijke Middellandse Zee.
Het Amerikaanse leger leunt zwaar op GPS. Vorig jaar heeft het Amerikaanse leger Toekomstopdracht , een nieuwe eenheid die zich toelegt op het moderniseren van zijn troepen, bezocht het laboratorium van Humphreys om te praten over een startup genaamd Coherent Navigation die hij in 2008 mede had opgericht. Coherent, dat tot doel had signalen van Iridium-satellieten te gebruiken als een ruw alternatief voor GPS, werd in 2015 door Apple overgenomen .
Ze vertelden me dat het leger een relatie heeft met SpaceX [het heeft in mei een overeenkomst getekend om Starlink te testen om gegevens over militaire netwerken te verplaatsen] en zou ik geïnteresseerd zijn om met SpaceX te praten over het gebruik van hun Starlink-satellieten op dezelfde manier als ik deze oude Iridium gebruikte satellieten? zegt Humphreys. Dat leverde ons een publiek op met mensen bij SpaceX, die het leuk vonden, en het leger gaf ons een jaar om het probleem te onderzoeken. Futures Command ook verstrekte enkele miljoenen dollars aan financiering .
Het concept om LEO-satellieten te gebruiken voor navigatie is niet nieuw. In feite waren enkele van de eerste Amerikaanse ruimtevaartuigen die in de jaren zestig werden gelanceerd, Transit-satellieten die op 1.100 kilometer in een baan om de aarde cirkelden en locatie-informatie verschaften voor marineschepen en onderzeeërs. Het voordeel van een LEO-constellatie is dat de signalen duizend keer sterker kunnen zijn dan GPS. Het nadeel is dat elke satelliet slechts een klein gebied eronder kan bedienen, zodat voor een betrouwbare wereldwijde dekking honderden of zelfs duizenden satellieten nodig zijn.
Upgraden en verbeteren
Het bouwen van een heel nieuw netwerk van LEO-satellieten met ultranauwkeurige klokken zou een dure onderneming zijn. Bay Area opstarten Ruimtesystemen is van plan om precies dat te doen, met als doel de lancering van een constellatie van ten minste 300 Pulsar-satellieten in de komende zes jaar.
Het idee van Humphreys en Iannucci is anders: ze zouden een eenvoudige software-upgrade gebruiken om de satellieten van Starlink aan te passen, zodat hun communicatiemogelijkheden en bestaande GPS-signalen positie- en navigatiediensten zouden kunnen leveren.
Ze beweren dat hun nieuwe systeem zelfs, contra-intuïtief, voor de meeste gebruikers een betere nauwkeurigheid kan bieden dan de GPS-technologie waarop het vertrouwt. Dat komt omdat de GPS-ontvanger op elke Starlink-satelliet algoritmen gebruikt die zelden worden aangetroffen in consumentenproducten, om de locatie binnen slechts enkele centimeters te bepalen. Deze technologieën maken gebruik van de fysieke eigenschappen van het GPS-radiosignaal en de codering ervan om de nauwkeurigheid van locatieberekeningen te verbeteren. In wezen kunnen de Starlink-satellieten het zware rekenwerk doen voor hun onderstaande gebruikers.
De Starlink-satellieten zijn in wezen ook internetrouters in de ruimte, die 100 megabits per seconde kunnen halen. GPS-satellieten daarentegen communiceren met minder dan 100 bits per seconde
Er zijn zo weinig bits per seconde beschikbaar voor GPS-uitzendingen dat ze het zich niet kunnen veroorloven om nieuwe, zeer nauwkeurige gegevens op te nemen over waar de satellieten zich daadwerkelijk bevinden, zegt Iannucci. Als je een miljoen keer meer kans hebt om informatie vanaf je satelliet naar beneden te sturen, kunnen de gegevens veel dichter bij de waarheid komen.
Het nieuwe systeem, dat Humphreys gefuseerde LEO-navigatie noemt, zal gebruik maken van directe baan- en klokberekeningen om gebruikers tot op 70 centimeter te lokaliseren, schat hij. De meeste GPS-systemen in smartphones, horloges en auto's zijn ter vergelijking slechts tot op enkele meters nauwkeurig.
Maar het belangrijkste voordeel voor het Pentagon is dat gefuseerde LEO-navigatie aanzienlijk moeilijker te blokkeren of te vervalsen zou moeten zijn. Niet alleen zijn zijn signalen veel sterker op grondniveau, maar de antennes voor zijn microgolffrequenties zijn ongeveer 10 keer meer directioneel dan GPS-antennes. Dat betekent dat het gemakkelijker moet zijn om de echte satellietsignalen op te pikken in plaats van die van een stoorzender. Dat is tenminste de hoop, zegt Humphreys.
Volgens de berekeningen van Humphreys en Iannucci zou hun gefuseerde LEO-navigatiesysteem 99,8% van de wereldbevolking continu kunnen navigeren, met minder dan 1% van de downlinkcapaciteit van Starlink en minder dan 0,5% van zijn energiecapaciteit.
Ik denk dat dit zou kunnen leiden tot een robuustere en nauwkeurigere oplossing dan alleen GPS, zegt Todd Walter van het GPS Lab van Stanford University, die niet bij het onderzoek betrokken was. En als u de satellieten van Starlink niet hoeft aan te passen, is dit zeker een snelle, eenvoudige manier om te gaan.
Ook is de navigatietechnologie niet beperkt tot alleen de satellieten van SpaceX. De failliete OneWeb-constellatie die de Britse regering koopt, kan ook dienen als een: navigatiesysteem van eigen bodem , zegt Iannucci, hoewel Starlink nu op pole position staat.
Fused LEO-navigatie heeft echter zijn nadelen. De oorspronkelijke Starlink-megaconstellatie zal naar verwachting niet opereren boven de 60 graden noorderbreedte, wat betekent dat inwoners van Helsinki de voordelen ervan zouden kunnen missen, net als soldaten in toekomstige betwiste Arctische of Antarctische gebieden.
Het systeem op de grond gebruiken zou ook betekenen dat we moeten vertrouwen op de eigen Starlink-antenne van SpaceX, die door CEO Elon Musk wordt beschreven als een UFO op een stokje , en waarschijnlijk erg duur, in plaats van goedkope GPS-chips die in smartphones en horloges passen. Elke toekomstige gefuseerde LEO-navigatieservice zou, in tegenstelling tot GPS, ook een aanzienlijk prijskaartje hebben, niet in de laatste plaats omdat SpaceX zijn enorme investering in Starlink moet gaan terugverdienen . Om deze redenen denkt niet iedereen dat dit de weg vooruit is.
We hebben lang geleden naar deze aanpak gekeken, en noch de commerciële noch de technische mogelijkheden waren echt logisch, daarom werken we aan een onafhankelijke constellatie, zegt Xona-CEO Brian Manning.
Noch het US Army Futures Command noch SpaceX reageerden op verzoeken om commentaar, maar de UT-onderzoekers hopen dat Musk de waarde van de nieuwe technologie inziet. Er is hier een potentieel om de navigatie wereldwijd echt te veranderen, zegt Iannucci.
Correctie: we hebben de kop aangepast .