Россия может глушить GPS. Ученые предложили альтернативы, оборонка уже использует некоторые из них, со временем они могут распространиться и на обычную жизнь

Среди вариантов есть как квантовые технологии, так и системы, корни которых уходят ко временам Второй мировой войны.

GPS-навигатор в кабине самолета. Спутниковая навигация стала неотъемлемой частью авиации, но ее сигнал можно заглушить или подменить. Фото: Vecteezy

За последние десятилетия GPS стал настолько привычным, что его работу мы почти не замечаем. Спутниковая навигация нужна не только смартфонам и автомобилям. От нее зависят авиация, судоходство, телекоммуникации, электросети и даже финансовые рынки.

Но у системы есть принципиальная слабость: приемник должен получать радиосигналы со спутников. Их можно заглушить или подменить так, чтобы устройство показывало неправильное местонахождение.

Война в Украине продемонстрировала, насколько уязвимой может быть спутниковая навигация. Радиоэлектронные помехи снизили эффективность некоторых вооружений, ориентирующихся с помощью GPS, в том числе высокоточных артиллерийских снарядов Excalibur и ракетных систем HIMARS.

Но последствия глушения GPS ощущают уже не только военные. По данным европейских авиационных органов, с помехами в работе GPS сталкивается около 40% воздушного движения в Европе. Особенно часто это происходит в Восточной Европе, районе Черного моря и восточной части Средиземноморья. Самолеты могут терять спутниковый сигнал или получать ложные координаты.

Поэтому разработчики все чаще исходят из простого принципа: нужно быть готовым к тому, что GPS в нужный момент не будет. Альтернативы ему описала Financial Times.

Квантовый датчик

Один из наиболее необычных вариантов испытывают с помощью квантовой физики.

В 2024 году над югом Англии состоялся экспериментальный полет британского военного самолета. На борту находилось устройство размером примерно с чемодан, внутри которого атомы охладили до температуры всего на несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля.

Охлажденные почти до абсолютного нуля атомы чрезвычайно чувствительно реагируют на ускорение. Лазеры позволяют зафиксировать даже очень малые изменения их движения и по ним определить ускорение самолета. Зная начальные координаты, компьютер может рассчитывать, как изменяются скорость и положение самолета, и так определять его местонахождение без GPS.

Подобным образом определяет местонахождение и обычная инерциальная навигация, использующая акселерометры и гироскопы. Но небольшие ошибки измерения со временем накапливаются, поэтому рассчитанное местонахождение все больше отклоняется от истинного. Квантовые датчики позволяют делать такие измерения значительно точнее. При этом система работает автономно, поэтому заглушить ее радиопомехами, как GPS, невозможно.

Пока, однако, есть существенный недостаток — цена. Предполагаемая стоимость системы американской компании Infleqtion составляет около миллиона долларов. Это приемлемо для дорогого самолета, корабля или подводной лодки, но не для дешевого беспилотника, который может быть потерян после одного вылета.

Квантовый магнитометр

Другой подход заключается в использовании квантовых магнитометров. Эти приборы позволяют ориентироваться по магнитному полю Земли, не обращаясь к спутниковым сигналам.

Магнитное поле не везде одинаково. Небольшие местные отклонения создают своеобразный магнитный ландшафт, по которому при наличии достаточно точной карты можно определять местоположение.

Такую систему разрабатывает канадский стартап SBQuantum. Ее квантовый магнитометр измеряет небольшие изменения магнитного поля и сопоставляет их с картой. Подобный принцип ориентации в природе, как полагают ученые, используют некоторые перелетные птицы, морские черепахи и киты.

Разработчики рассчитывают, что первое поколение системы сможет определять местонахождение с точностью примерно до 100 метров на протяжении всего полета. Ее предполагаемая стоимость — около $25 тысяч. Такие цена и точность делают технологию потенциально пригодной для больших беспилотников, самолетов и автономных подводных аппаратов, но для высокоточных ракет и снарядов такой точности недостаточно.

Навигация с помощью камер

Есть и гораздо более простой способ понять, где находится летательный аппарат: посмотреть на землю.

Камера снимает местность под самолетом или беспилотником, а компьютер сравнивает изображение с заранее загруженными картами и спутниковыми снимками.

Ранее такая технология была доступна только для самых современных крылатых ракет. Теперь она стала достаточно дешевой, чтобы использовать ее и на беспилотниках.

Возвращение технологий прошлого

В поиске альтернативы GPS разработчики обращаются не только к новым технологиям. Вновь востребованными становятся и системы, существовавшие задолго до спутниковой навигации.

Великобритания, например, развивает систему eLoran с наземными радиопередатчиками. Она происходит от системы Loran, которая впервые использовалась еще во время Второй мировой войны, а позже долгое время помогала ориентироваться кораблям.

Одно из преимуществ eLoran — мощный наземный сигнал. Чтобы эффективно заглушить или подменить его, нужны большие мощные передатчики, которые легче обнаружить. В мае британское правительство выделило 6 миллионов фунтов на дальнейшую разработку eLoran.

Еще один путь — не отказываться от спутников вообще, а использовать другие их группировки. Низкоорбитальные спутники, в том числе системы Iridium и Starlink, могут давать более сильный сигнал, который сложнее заглушить.

Не одна система, а несколько

Все эти варианты имеют свои преимущества и недостатки. Поэтому вместо того, чтобы искать одну полноценную замену GPS, разработчики все чаще пытаются объединить несколько способов навигации в одной системе. Если один из них перестает работать, другой может его подстраховать.

Например, немецко-американская компания Auterion разрабатывает системы для боевых беспилотников, которые одновременно используют спутниковую навигацию, инерциальные датчики и направленную вниз камеру. Она непрерывно сравнивает изображение местности с цифровыми картами, поэтому при проблемах со спутниковым сигналом аппарат может ориентироваться другим способом. Весь такой комплекс увеличивает стоимость беспилотника на несколько десятков тысяч долларов.

Подобный подход уже используется и в современных крылатых ракетах. Последние версии Tomahawk сочетают GPS с инерциальной навигацией, ориентированием по рельефу и сопоставлением изображений местности. Если один способ недоступен, его может заменить другой.

А 9 сентября американская Sandbox AQ продемонстрировала еще одну комбинацию. На одноразовом ударном беспилотнике Northrop Grumman испытали магнитную навигацию на основе квантовых датчиков вместе с визуальной.

Так меняется сам подход к навигации. Если раньше GPS воспринимался как сигнал, который будет доступен всегда, то теперь технику все чаще проектируют с расчетом на то, что в нужный момент его может не быть.

Комментарии к статье