Spôsob, akým vedci prišli na to, prečo od roku 2019 v Európe pravidelne na pár sekúnd vypadne GPS signál, by vydal na orbitálny detektívny román. Dôkazy a stopy ukazujú na jediného páchateľa: konšteláciu ruských satelitov vysoko na obežnej dráhe.
Výpadky GPS, ktoré od roku 2019 niekoľkokrát do roka zasiahli Európu, vyzerali ako malé technické zakolísania. Navigačné prijímače na niekoľko sekúnd oslepli, vplyvom silného šumu stratili spojenie s GPS satelitmi, ktoré dovtedy plynule sledovali. Následne im trvalo ďalších niekoľko sekúnd, kým znovu prehľadali oblohu, obnovili stratený kontakt a prepočítali svoju presnú polohu.
Bežný človek výpadok na mobile alebo v aute ani nepostrehne: navigácia ho pokryje zotrvačnosťou a dátami z gyroskopu v telefóne. Pre citlivú infraštruktúru, ktorá sa spolieha na mikrosekundovú presnosť, však predstavovali varovný signál, ktorý nebolo možné ignorovať. Vedci si podivné výpadky všimli už pred niekoľkými rokmi a začali pátrať po príčine. Teraz na to s najväčšou pravdepodobnosťou prišli.
Svoje zistenia zverejnil minulý týždeň v rámci štúdie uznávaný odborník na satelitnú komunikáciu Todd E. Humphreys, vedúci Rádionavigačného laboratória na Texaskej univerzite v Austine, so svojím tímom.
Od roku 2019 vedci zaznamenali podľa štúdie 75 takýchto rušení, prevažne počas pracovného času v Európe, a to najčastejšie v utorok a v stredu. Výpadky sa diali na obrovskom území súčasne – zasiahli Európu, Grónsko, ako aj východné pobrežie Kanady.
Aby jeden zdroj dokázal narušiť signál na takej masívnej ploche, nemôže ísť o bežnú pozemnú anténu. Polomer výpadku však nie je taký veľký, aby za ním mohli stáť slnečné erupcie, ktoré majú inak na podobné frekvencie tiež vplyv. Také búrky by totiž zasiahli celú pologuľu natočenú k Slnku.
K výpadkom navyše dochádza opakovane, ale zakaždým len na veľmi krátky okamih, čo nasmerovalo pozornosť vedcov k teórii, že signály sú ľudského pôvodu.
Tím pod vedením profesora Humphreysa preto zhromaždil obrovské množstvo dát z vedeckých aj komerčných monitorovacích staníc po celom svete. Prijímače využili ako gigantickú detekčnú sieť a starostlivo analyzovali presné časy, v ktorých signál vypadol.
Zápletka
Tušíme, že signál je vytváraný umelo a že jeho zdroj sa musí nachádzať niekde na obežnej dráhe Zeme. V súčasnosti okolo nej obieha približne 18-tisíc satelitov: okruh podozrivých je teda potrebné zúžiť. Začnime tým, že vyradíme nefunkčné družice: zostáva nám okolo 15 600 podozrivých.
Systém GPS funguje na princípe presného merania času a vzdialenosti.
Ďalšou stopou je samotný rozsah rušenia. Väčšina z týchto aktívnych satelitov (vrátane obrovskej flotily Starlinkov amerického miliardára Elona Muska) sa nachádza na takzvanej nízkej obežnej dráhe zhruba päťsto kilometrov nad povrchom. Z tejto výšky však zakrivenie planéty fyzicky znemožňuje „vidieť“ niekoľko kontinentov súčasne.
Len vďaka tomuto filtru vedci vyškrtli zo zoznamu drvivú väčšinu podozrivých. Zostali im iba satelity operujúce oveľa vyššie – na stredných, geostacionárnych a vysokoeliptických dráhach. Zostáva teda zhruba osemsto možných páchateľov. Zápletka sa vyostruje.
Zázrak menom GPS
Systém GPS funguje na princípe presného merania času a vzdialenosti. Zem obieha konštelácia zhruba tridsiatich satelitov, ktoré nepretržite vysielajú signály obsahujúce informáciu o ich aktuálnej polohe a presnom čase z palubných atómových hodín. Prijímač na Zemi (napríklad vo vašom telefóne, aute alebo lietadle) tieto signály zachytí a keď „vidí“ aspoň štyri rôzne satelity súčasne, dokáže z nepatrných časových oneskorení týchto signálov vypočítať svoju presnú trojrozmernú polohu.
Aby však celá táto matematická ilúzia fungovala bezchybne, dohliada na ňu sieť pozemných riadiacich staníc. Tieto pozemné antény satelity neustále monitorujú, korigujú ich obežné dráhy a synchronizujú ich hodiny, čím zabezpečujú, že vysielané navigačné dáta zostávajú absolútne presné.
Pomocou verejných databáz satelitných dráh vedci najprv zistili, aké telesá sa v kritickom okamihu nachádzali nad obzorom jednotlivých prijímačov v Európe, Grónsku a Kanade.
Následne tieto virtuálne oblohy pomyselne preložili cez seba a hľadali priesečník – výsek vesmíru, ktorý bol v danom okamihu viditeľný zo všetkých zasiahnutých miest súčasne. Po aplikácii tohto sita zostalo vyšetrovateľom zhruba dvesto hlavných kandidátov.
Na túto zúženú skupinu telies, ktorá spĺňala základný predpoklad priamej viditeľnosti, nasadili výskumníci oveľa ťažší výpočtový kaliber.
Humphreysov tím na toto odhalenie využil metódu nazývanú TDOA (Time-Difference-of-Arrival), teda meranie časových rozdielov príchodu signálu.
Predstavte si to ako obrátené GPS. Keď z neznámeho zdroja vo vesmíre vyletí rádiový impulz, nedorazí na všetky miesta na Zemi v rovnakom okamihu. Stanicu, ktorá je satelitu fyzicky najbližšie, zasiahne o zlomok sekundy skôr ako stanicu na opačnom konci Európy alebo v Kanade.
A posledný detail: keď rádiový impulz letí vesmírnym vákuom, nič ho nespomaľuje. Len čo narazí na obal našej planéty, prostredie sa dramaticky zmení.
Signál musí pred dopadom na anténu preniknúť atmosférou, pričom jej rôzne vrstvy fungujú ako neviditeľné brzdy a šošovky, ktoré rádiové vlny mierne spomaľujú a ohýbajú. Vedci preto do výpočtov zahrnuli aj tieto atmosférické vplyvy.
Rozuzlenie
Orbitálna detektívna práca ukázala, že stopy smerujú k jedinému páchateľovi: ruským vojenským satelitom včasného varovania (systém EKS alias Tundra). Tieto družice, ktorých Rusko od roku 2015 vynieslo do vesmíru celkovo šesť, slúžia primárne na detekciu štartov balistických rakiet.
Pohybujú sa na vysokoeliptickej obežnej dráhe, vďaka čomu dokážu z výšky takmer 40-tisíc kilometrov dlhé hodiny pomyselne visieť nad severnou pologuľou a mať tak v priamej viditeľnosti Európu aj Ameriku súčasne.
Z ich vysielačov nepravidelne vychádzal krátky, no mimoriadne silný rádiový záblesk na frekvencii 1577,5 megahertza. Hoci je to zhruba o dva megahertze vyššie, ako je frekvencia, na ktorej operuje civilné GPS L1, signál bol natoľko intenzívny, že sa na prijímačoch prejavil a spôsobil chvíľkové rušenie.
Za zmienku tiež stojí, že podľa Humphreysa rovnaká ruská konštelácia satelitov ovplyvňuje signály čínskeho navigačného systému BeiDou takmer identickým spôsobom od júna 2020.
Sám Humphreys je podľa svojich slov presvedčený, že rušenie je úmyselné a nejde o hardvérové poruchy ani náhodné emisie. „Vzorec je až príliš konzistentný na to, aby išlo o náhodu. Naše dáta ukazujú, že musí byť úmyselné,“ cituje vedca server Space News.
Prečo by však družice v takom prípade nevysielali priamo na chránenej frekvencii určenej pre GPS? Tím sa domnieva, že ide len o testovanie systému a posun frekvencie o dva megahertze má slúžiť na vyhnutie sa detekcii.
O týchto zisteniach informoval americký denník The New York Times aj ďalšie médiá, objav potom podrobne opísal aj YouTube kanál Veritasium, ktorý sa venuje popularizácii vedy.
Výsledky zistení podporil aj Richard Bowden z navigačnej divízie poprednej španielskej technologickej spoločnosti GMV. Aj on so svojím tímom identifikoval ruské satelity ako pravdepodobných vinníkov.
Bowden však prišiel s trochu odlišnou teóriou, o ktorú sa podelil práve s kanálom Veritasium. Podľa neho nemusí ísť nevyhnutne o cielené rušenie či testovanie elektronických zbraní. Anomálne rádiové záblesky by podľa neho mohli predstavovať len veľmi krátke, vysokovýkonné komunikačné správy odosielané z ruských satelitov.
Úmyselné rušivé signály totiž podľa Bowdena zvyčajne vyzerajú ako náhodný šum, zatiaľ čo tento signál je jasne štruktúrovaný a definovaný.
„Je dôležité, aby sme sa sústredili na to, čo s istotou vieme – tieto signály sú nepochybne úmyselné, sú vysielané priamo na frekvenciách satelitnej navigácie alebo v ich tesnej blízkosti. Majú potenciál narušiť legitímne využívanie služieb satelitnej navigácie, hoci, pokiaľ mi je známe, neexistujú žiadne dôkazy o tom, že by k tomu už skutočne došlo. Minimálne z našej strany si však nemôžeme byť istí, či sú zámerné škodlivé alebo či sú zamýšľané ako zbraň elektronického boja,“ napísal Bowden na svojom profile na LinkedIn.
Tlačové oddelenie ruského veľvyslanectva vo Washingtone v reakcii na zistenia pre The New York Times reagovalo stroho: „Zatiaľ sa k tomu nebudeme vyjadrovať.“
Článok vyšiel pôvodne na českom Forbese a jeho autorom je Adam Hecl.
