GPS można zagłuszyć. Pola magnetycznego Ziemi już nie tak łatwo
Oferowane przez firmę Q-CTRL rozwiązanie o nazwie Ironstone Opal ma pozwalać samolotom i dronom określać położenie bez GPS, Galileo oraz jakiegokolwiek innego sygnału z satelity. Zamiast patrzeć w niebo, system zwraca się ku samej Ziemi. System ten zostanie zaprezentowany podczas Farnborough International Airshow (20-24 lipca 2026 roku), a Q-CTRL określa go jako pierwszy kwantowy system nawigacyjny stanowiący zapas dla GPS, który uzyskał kwalifikację zgodną ze standardem lotniczym RTCA DO-160.
Kwantowy system nawigacji jest gotowy do wejścia na pokład samolotów
Naturalnie sam certyfikat nie oznacza jeszcze, że urządzenie od jutra zacznie trafiać do samolotów pasażerskich. Standard DO-160 potwierdza przede wszystkim to, że elektronika może działać w warunkach typowych dla lotnictwa, a więc jest odporna m.in. na drgania, zmiany temperatury, problemy z zasilaniem i zakłócenia elektromagnetyczne. Nadal potrzebne będą testy integracyjne, zgody regulatorów oraz współpraca z producentami konkretnych maszyn.
Mimo tego wszystkiego trudno zignorować znaczenie tej chwili. Jeszcze niedawno kwantowa nawigacja była jednym z tych pomysłów, które świetnie wyglądały na papierze oraz w specyficznych testach, ale znacznie gorzej po zamontowaniu w prawdziwym sprzęcie. Ironstone Opal przeszedł już jednak próby na samolotach załogowych, helikopterach, dronach, pojazdach lądowych i jednostkach morskich. Firma rozwija zresztą swoją technologię również we współpracy z Airbusem, a zainteresowanie mają wykazywać producenci lotniczy, firmy zbrojeniowe oraz instytucje rządowe. Mam więc wrażenie, że nie patrzymy już na eksperyment naukowy, lecz na początek budowania rzeczywistego produktu.
Samolot może znaleźć swoją pozycję dzięki skałom pod ziemią
Ironstone Opal wykorzystuje magnetometry kwantowe do mierzenia bardzo niewielkich zmian pola magnetycznego Ziemi. Następnie porównuje odczyty z cyfrową mapą anomalii magnetycznych i na tej podstawie ustala położenie samolotu. Kluczem do tego rozwiązania jest fakt, że pole magnetyczne naszej planety nie jest bowiem wszędzie identyczne. Różny skład skał, zawartość żelaza i lokalna budowa skorupy ziemskiej sprawiają, że poszczególne obszary mają charakterystyczny magnetyczny “podpis”. Można porównać go do niewidzialnego krajobrazu, który ciągnie się pod samolotem niezależnie od pogody, pory dnia oraz dostępu do sieci.
System nie musi odbierać zewnętrznego sygnału radiowego. Nie pyta satelitów o swoje współrzędne, lecz mierzy to, co znajduje się w jego bezpośrednim otoczeniu. Dzięki temu klasyczne zagłuszanie GPS nie powinno mieć na niego wpływu. Równie ważna jest odporność na spoofing, czyli podsuwanie odbiornikowi fałszywej pozycji. Takie działanie bywa niebezpieczniejsze od zwykłego zagłuszenia, bo system nadal pokazuje współrzędne i może sprawiać wrażenie sprawnego. Dane są jednak nieprawdziwe, przez co samolot, statek lub dron może stopniowo zbaczać z trasy.
Pisałem już o podobnym problemie przy systemie wykrywającym fałszowanie GPS w czasie rzeczywistym . Ironstone Opal idzie o krok dalej, bo zamiast próbować oceniać wiarygodność satelitarnego sygnału, może całkowicie się bez niego obejść.
Nawigacja bez GPS działa, ale nie jest pozbawiona ograniczeń
Q-CTRL twierdzi, że system potrafi utrzymywać pozycję bez narastającego błędu typowego dla nawigacji inercyjnej. Klasyczne układy inercyjne obliczają położenie na podstawie przyspieszeń i obrotów, ale każda drobna niedokładność czujnika jest dodawana do poprzedniej. Im dłużej trwa lot, tym większa może być różnica między pozycją wyliczoną a rzeczywistą. Mapa magnetyczna zapewnia z kolei dodatkowy punkt odniesienia. Podczas testów Ironstone Opal miał utrzymywać standard RNP 0.3 przez 95 procent czasu lotu. Oznacza to dokładność mieszczącą się w granicy około 556 metrów, wymaganej podczas określonych operacji lotniczych.
Najlepszy ujawniony rezultat jest jednak znacznie lepszy. W jednym z testów końcowy błąd wyniósł 22 metry po przebyciu 365 kilometrów. System był testowany m.in. na pokładzie samolotu Cessna 208B Grand Caravan, który wykonywał loty na wysokości sięgającej około 5,8 kilometra. Nie uznawałbym jednak tych liczb za dowód, że GPS stał się zbędny. Dokładność zależy od jakości map magnetycznych, wysokości lotu, rodzaju terenu oraz zakłóceń wytwarzanych przez samą maszynę. Silniki, przewody elektryczne, stalowe elementy konstrukcji i pokładowa elektronika również tworzą własne pole magnetyczne. Algorytmy muszą więc je odfiltrować, zanim zaczną szukać znacznie słabszego sygnału pochodzącego od skał.
Właśnie dlatego Q-CTRL nie traktuje Ironstone Opal jako samodzielnego zamiennika całej współczesnej awioniki. System ma być kolejnym źródłem informacji, które można połączyć z GPS, nawigacją inercyjną, radarami oraz kamerami rozpoznającymi teren. Tego typu podejście widać przy systemie Theseus, który pozwolił dronowi pokonać ponad 560 kilometrów bez GPS . Tam położenie było określane za pomocą kamer i analizy obrazu. Rozwiązanie magnetyczne ma tę przewagę, że nie potrzebuje dobrej widoczności, światła słonecznego ani wyraźnych obiektów na powierzchni.
Nie zabrakło wersji dla dronów. Dziś to szczególnie ważne
Q-CTRL opracowało kilka wariantów Ironstone Opal przeznaczonych dla różnych platform. Oprócz urządzeń dla samolotów załogowych powstała również wersja ważąca mniej niż kilogram, którą można zamontować na bezzałogowcu. W kontekście współczesnych konfliktów właśnie ten wariant może mieć największe znaczenie. Dron pozbawiony GPS często traci część autonomicznych funkcji, dokładność nawigacji albo możliwość powrotu do operatora. System niezależny od sygnałów satelitarnych mógłby pozwolić maszynie dalej realizować zadanie w środowisku pełnym zakłóceń elektronicznych.
Nie chodzi jednak wyłącznie o wojsko. Z podobnego zabezpieczenia mogą skorzystać autonomiczne samoloty transportowe, drony wykonujące inspekcje infrastruktury, statki, pojazdy lądowe oraz przyszłe taksówki powietrzne. Im więcej decyzji oddajemy maszynom, tym mniej możemy pozwolić sobie na sytuację, w której jeden zagłuszony sygnał odbiera im orientację. Jest to o tyle ważne, że Europa już doświadcza wojny z nawigacją satelitarną.
Problem zakłócania GPS nie jest odległym zagrożeniem dotyczącym wyłącznie Bliskiego Wschodu lub aktywnych frontów. Europejska Agencja Bezpieczeństwa Lotniczego regularnie ostrzega przed rosnącą liczbą przypadków zakłócania i fałszowania GNSS nad Morzem Bałtyckim, Morzem Czarnym, wschodnią częścią Morza Śródziemnego oraz Arktyką. Skutkiem tego mogą być rozbieżności w pozycji, błędne ostrzeżenia pokładowe, nieprawidłowe wskazania czasu oraz problemy systemów łączących dane satelitarne z nawigacją inercyjną. Problem dotyczy również polskiej przestrzeni powietrznej.
GPS odpowiada nie tylko za prowadzenie pojazdów. Dostarcza również dokładnego czasu wykorzystywanego przez telekomunikację, bankowość, energetykę, transport oraz infrastrukturę cyfrową. Jego awaria nie sprawiłaby więc jedynie, że mapa w smartfonie przestałaby działać.
Satelity pozostaną, ale przestaną być jedyną odpowiedzią
Ironstone Opal nie zastąpi GPS w smartfonach, samochodach ani większości samolotów. Nawigacja satelitarna jest zbyt tania, wygodna i dokładna, aby świat nagle z niej zrezygnował. Kończy się jednak czas, w którym dostęp do satelity można było traktować jak pewnik. Samoloty przyszłości będą prawdopodobnie porównywać dane z kilku niezależnych systemów. Kiedy GPS poda błędną pozycję, czujniki inercyjne, kamery, radar i mapa magnetyczna będą mogły wykryć rozbieżność.
Zdjęcie poglądowe Podobny cel przyświeca pracom nad precyzyjnymi zegarami umożliwiającymi nawigację bez ciągłego dostępu do satelitów oraz kryształami rozwijanymi z myślą o nowej generacji systemów pozycjonowania . Dla mnie najważniejsza zmiana dotyczy więc nie samego czujnika, lecz sposobu myślenia o nawigacji. Przyszła maszyna nie może tylko znać swojej pozycji. Musi również wiedzieć, czy źródło tej informacji nie próbuje jej właśnie oszukać, a GPS można zbyt łatwo zagłuszyć albo podrobić. Magnetycznego krajobrazu całej Ziemi nie da się zmienić równie łatwo i dlatego technologia, która robi z tego użytek, może wkrótce stać się jednym z podstawowych zabezpieczeń lotnictwa.
Źródła: Q-CTRL