จะเกิดอะไรขึ้นถ้า GPS หายไป

การนำทางด้วยดาวเทียมทำให้โลกของเราดำเนินไปในรูปแบบที่หลาย ๆ คนแทบไม่รู้ตัว แต่ก็มีความเสี่ยงมากขึ้นเช่นกัน เราจะใช้อะไรแทนได้บ้าง

เมื่อการนำทางด้วยดาวเทียมติดขัดที่สนามบินBen Gurion ของอิสราเอลเมื่อปีที่แล้วมีเพียงทักษะของผู้ควบคุมการจราจรทางอากาศเท่านั้นที่ป้องกันอุบัติเหตุร้ายแรงได้ เห็นได้ชัดว่าการติดขัดดังกล่าวเกิดขึ้นโดยบังเอิญโดยมีต้นกำเนิดจากกองกำลังรัสเซียต่อสู้ในซีเรีย แต่มันเน้นให้เห็นว่าการหยุดชะงักที่เป็นอันตรายต่อระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกหรือที่รู้จักกันดีในชื่อ GPS นั้นเป็นอย่างไร

“ มีการยอมรับมากขึ้นถึงความจำเป็นในการปกป้องเข้มงวดและเพิ่ม GPS” Todd Humphreys วิศวกรด้านการสื่อสารจากมหาวิทยาลัยเท็กซัสออสตินกล่าว ปัจจุบัน GPS รองรับชีวิตประจำวันของเราอย่างน่าประหลาดใจ ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดจะบอกเราว่าเครื่องรับ GPS อยู่ที่ไหนบนโลก เรามีไว้ในโทรศัพท์มือถือและรถยนต์ ทำให้เรือสามารถเดินเรือผ่านช่องทางและแนวปะการังที่ยากลำบากเช่นประภาคารในยุคปัจจุบัน ขณะนี้บริการฉุกเฉินต้องอาศัย GPS เพื่อค้นหาผู้ที่อยู่ในความทุกข์ยาก

เห็นได้ชัดว่าท่าเรือจะหยุดให้บริการเนื่องจากเครนของพวกเขาต้องการ GPSเพื่อค้นหาตู้คอนเทนเนอร์ที่เหมาะสมในการเคลื่อนย้ายและมีบทบาทสำคัญในการดำเนินการด้านโลจิสติกส์ทำให้ผู้ผลิตรถยนต์และซูเปอร์มาร์เก็ตสามารถใช้ประโยชน์จากระบบการจัดส่งที่ตรงเวลาได้ หากไม่มีชั้นวางของในซูเปอร์มาร์เก็ตของเราก็จะว่างเปล่าและราคาจะสูงขึ้น

อุตสาหกรรมการก่อสร้างใช้ GPS ในการสำรวจและชาวประมงใช้เพื่อปฏิบัติตามกฎระเบียบที่เข้มงวด แต่ GPS ไม่เพียง แต่ระบุตำแหน่งเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับเวลาด้วย

กลุ่มดาวของดาวเทียม 30 ดวงที่อยู่ในวงโคจรรอบโลกล้วนใช้นาฬิกาอะตอมหลายตัวที่แม่นยำมากในการซิงโครไนซ์สัญญาณ ช่วยให้ผู้ใช้กำหนดเวลาได้ภายใน 100 พันล้านวินาที เครือข่ายโทรศัพท์มือถือล้วนใช้เวลา GPS ในการซิงโครไนซ์สถานีฐานในขณะที่สถาบันการเงินและการธนาคารต้องพึ่งพาเครือข่ายดังกล่าวเพื่อให้การซื้อขายและการโอนเกิดขึ้นอย่างถูกต้อง

เราจะหลงทางจริงๆหากไม่มีการนำทางด้วยดาวเทียม แต่มีอะไรที่สามารถแทนที่ได้หรือไม่? และเราจะรับมืออย่างไรหากไม่มีระบบที่แพร่หลายนี้?

การสูญเสียการนำทางด้วยดาวเทียมเป็นเวลาห้าวันจะทำให้สหราชอาณาจักรเสียค่าใช้จ่ายมากกว่า 5.1 พันล้านปอนด์ (6.5 พันล้านดอลลาร์)ตามการประเมินของ London School of Economics สำหรับรัฐบาลอังกฤษ ความล้มเหลวของระบบ GPS จะทำให้เศรษฐกิจสหรัฐฯเสียค่าใช้จ่ายประมาณ 1 พันล้านดอลลาร์ (760 ล้านปอนด์) ต่อวันและสูงถึง 1.5 พันล้านดอลลาร์ (1.1 พันล้านปอนด์) ต่อวันหากเกิดขึ้นในช่วงฤดูเพาะปลูกสำหรับเกษตรกรในเดือนเมษายนและพฤษภาคม

แต่การหยุดทำงานของ GPS เป็นเรื่องปกติที่น่าแปลกใจ – ทหารมักจะติดเครื่องในบางพื้นที่ขณะทดสอบอุปกรณ์หรือระหว่างการฝึกซ้อมทางทหาร รัฐบาลสหรัฐยังประจำการดำเนินการทดสอบและการออกกำลังกายที่นำไปสู่การหยุดชะงักของสัญญาณดาวเทียมแต่ยังมีบางปัญหาทางเทคนิคที่นำไปสู่ปัญหาทั่วโลก

แน่นอนว่ามีระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกอื่น ๆ ที่มีอยู่เช่น Russian Glonass, Galileo ของยุโรปและ BeiDou ของจีนล้วนทำงานบนพื้นฐานที่คล้ายคลึงกับ GPS แต่การรบกวนมากขึ้นหรือการติดขัดโดยเจตนาอาจทำให้สัญญาณจากระบบระบุตำแหน่งดาวเทียมหยุดชะงักได้

คุณอาจต้องการ:

นาฬิกาที่ครองโลกของเรา
ทำไมไม่แปลกใจที่เรือชนกัน
เหตุใดทิศเหนือจึงอยู่ที่ด้านบนของแผนที่เสมอ
“ ตอนนี้ทหารกำลังต่อสู้กับการติดขัดค่อนข้างบ่อย” Charley Curry เพื่อนจาก Royal Institute of Navigation และผู้ก่อตั้ง Chronos Technology ซึ่งทำงานในสาขานี้กล่าว

ทหารมีเหตุผลที่ดีเป็นพิเศษที่จะต้องกังวล การนำทางด้วยดาวเทียมเดิมทีได้รับการพัฒนาโดยเพนตากอนและตอนนี้นำทางทุกอย่างตั้งแต่โดรนและเรือรบเชิงกลยุทธ์ไปจนถึงระเบิดอัจฉริยะและทหารเดินเท้า และอยู่ภายใต้การคุกคาม

พายุสุริยะขนาดใหญ่เช่นเดียวกับเหตุการณ์ Carrington ในปี 1859 สามารถทำลายเครือข่ายดาวเทียม GPS ทั้งหมดได้
อาชญากรยังใช้อุปกรณ์ส่งสัญญาณรบกวน GPS ซึ่งซื้อได้ง่ายทางออนไลน์เพื่อปิดกั้นระบบที่ใช้ในการติดตามรถที่ถูกขโมยโดยไม่สนใจว่าใครจะได้รับผลกระทบในพื้นที่โดยรอบ และมีอันตรายที่ใหญ่กว่า

“ นอกจากนี้ยังมีภัยคุกคามระยะไกลที่อาจทำให้กลุ่มดาว GPS ทั้งหมดไม่สามารถใช้งานได้ในการกอบกู้ครั้งแรกของสงครามที่มุ่งเป้าไปที่เศรษฐกิจสหรัฐโดยการโจมตีโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ” ฮัมฟรีย์กล่าว

พลังธรรมชาติอาจเป็นหายนะในทำนองเดียวกัน พายุสุริยะขนาดใหญ่เช่นเดียวกับเหตุการณ์ Carrington ในปี 1859สามารถทำลายเครือข่ายดาวเทียม GPS ทั้งหมดได้เหมือนกับการโจมตีทางทหาร

แต่ถ้า GPS และลูกพี่ลูกน้องระหว่างประเทศต้องหายไปอย่างกะทันหันเราจะหันไปใช้ทางเลือกใดได้บ้างเพื่อพยายามทำให้โลกทั้งหมดของเราก้าวไป

การสำรองข้อมูลที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งสำหรับ GPS คือการนำทางระยะไกล ( Loran)เวอร์ชันใหม่ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองเพื่อนำทางเรือของพันธมิตรในขณะที่พวกเขากำลังข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก อย่างไรก็ตามแทนที่จะเป็นดาวเทียมมันประกอบด้วยเครื่องส่งสัญญาณภาคพื้นดินที่มีเสากระโดงอากาศสูง 200 เมตร (660 ฟุต) ที่กระจายสัญญาณวิทยุนำทาง

ในตอนแรก Loran มีความแม่นยำเพียงไม่กี่ไมล์ แต่ในปี 1970 มันสามารถให้ตำแหน่งภายในไม่กี่ร้อยเมตร สหราชอาณาจักรและประเทศอื่น ๆ เลิกใช้เครื่องส่งสัญญาณ Loran ในช่วงปี 2000 เมื่อ GPS ทำให้เครื่องส่งสัญญาณซ้ำซ้อน แต่รุ่นปรับปรุงใหม่ที่ทันสมัยหรือที่เรียกว่า eLoran อาจมีความแม่นยำเท่ากับ GPS มันใช้เครื่องส่งและตัวรับขั้นสูงมากกว่ารุ่นเดิมพร้อมกับเทคนิคที่เรียกว่าการแก้ไขความแตกต่างซึ่งสัญญาณจะถูกตรวจสอบโดยสถานีอ้างอิงและแก้ไข – เพื่อปรับปรุงความแม่นยำ

รุ่นนี้เพิ่มขึ้นเป็นข่าวความสามารถในการระบุตำแหน่งสถานที่ไปยังความถูกต้องของน้อยกว่า 10 เมตร (32 ฟุต) แตกต่างจาก GPS ตรงที่สามารถเจาะทะลุอาคารและอุโมงค์ได้โดยส่วนใหญ่เป็นเพราะใช้ความถี่ต่ำและพลังงานสูงกว่าสัญญาณดาวเทียม สัญญาณ eLoran ที่มีประสิทธิภาพนั้นติดขัดยากกว่ามากและไม่มีดาวเทียมที่มีช่องโหว่ แต่ใครบางคนจะต้องให้ทุน

“ eLoran เป็นเทคโนโลยีที่ยอดเยี่ยมที่สามารถเติมเต็มช่องว่างทั่วประเทศได้” Humphreys กล่าวและเสริมว่า“ หากมีความมุ่งมั่นที่จะสร้างและดูแลรักษามัน”

แนวทางอื่นไม่จำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานเพิ่มเติม ก่อนหน้าที่จะมีวิทยุนักเดินเรือเดินเรือด้วยความช่วยเหลือของดวงอาทิตย์และดวงดาวโดยใช้ sextant เพื่อวัดมุมระหว่างพวกเขา การนำทางบนท้องฟ้ายังคงดำเนินต่อไปในยุคใหม่ และที่น่าแปลกใจก็คือขีปนาวุธเช่นตรีศูลยังคงใช้การนำทางด้วยดวงดาวในระหว่างการบิน ด้วยการใช้การแก้ไขจากดวงดาวทำให้สามารถระบุตำแหน่งบนโลกได้ในระยะไม่เกินหนึ่งพันเมตร

การมีวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วจำนวนมากเพื่อรับตลับลูกปืนหมายความว่า Skymark สามารถบรรลุความแม่นยำได้มากกว่าที่เป็นไปได้กับดาวที่เคลื่อนที่ช้า
แต่ บริษัท Draper Laboratory ของสหรัฐฯได้พัฒนาระบบนำทางบนท้องฟ้ารุ่นใหม่ที่เรียกว่าSkymarkซึ่งใช้กล้องโทรทรรศน์อัตโนมัติขนาดเล็กในการติดตามดาวเทียมสถานีอวกาศนานาชาติและวัตถุอื่น ๆ ที่โคจรรอบโลกพร้อมกับดวงดาว

การมีวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วจำนวนมากเพื่อรับตลับลูกปืนหมายความว่า Skymark สามารถบรรลุความแม่นยำได้มากกว่าที่เป็นไปได้กับดาวที่เคลื่อนที่ช้า Skymark ใช้ฐานข้อมูลของดาวเทียมที่มองเห็นได้ – ทั้งดาวเทียมที่ใช้งานได้และขยะอวกาศและมีความแม่นยำที่อ้างถึง 15 เมตร (49 ฟุต) ทำให้เกือบจะดีพอ ๆ กับ GPS ในบางครั้งมันมีความแม่นยำมากขึ้น แต่ขึ้นอยู่กับจำนวนดาวเทียมเหล่านี้ที่สามารถมองเห็นได้ในคราวเดียว Benjamin Lane หัวหน้ากลุ่มตำแหน่งขั้นสูงการนำทางและเครื่องมือวัดเวลาที่ Draper กล่าว

“ ความแม่นยำที่ดีที่สุดสำหรับการนำทางบนท้องฟ้าที่แน่นอนอยู่ในระยะไม่กี่เมตร” เขากล่าว “ ข้อ จำกัด อย่างหนึ่งคือขนาดของการอ้างอิงดาวเทียม”

ข้อเสียเปรียบอีกประการหนึ่งคือใช้งานได้เฉพาะกับท้องฟ้าที่ชัดเจนเท่านั้น การใช้แสงอินฟราเรดแทนที่จะเป็นแสงที่มองเห็นได้ซึ่งสามารถผ่านหมอกควันและเมฆเบาบางได้ง่ายขึ้นช่วยได้เล็กน้อย แต่ในบางส่วนของซีกโลกเหนือและใต้ซึ่งมีเมฆหนาและท้องฟ้าสีเทาอยู่ทั่วไปก็มีประโยชน์น้อยกว่า

บางทีตัวเลือกที่เพิ่มขึ้นในแต่ละวันอาจเป็นการนำทางเฉื่อยซึ่งใช้ชุดเครื่องวัดความเร่งเพื่อคำนวณความเร็วและทิศทางที่แน่นอนที่ยานพาหนะกำลังเดินทางไปเพื่อคำนวณตำแหน่ง เวอร์ชันพื้นฐานมีการใช้งานทั่วไปอยู่แล้ว

“ เมื่อรถของคุณเข้าไปในอุโมงค์และคุณสูญเสียสัญญาณ GPS ระบบนำทางแบบเฉื่อยจะช่วยให้ตำแหน่งของคุณอัปเดตอยู่เสมอ” Curry กล่าว

ปัญหาในการนำทางเฉื่อยคือ “การลอย” – ตำแหน่งที่คำนวณจะมีความแม่นยำน้อยลงเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากข้อผิดพลาดเกิดขึ้นดังนั้นตัวนำทางเฉื่อยในรถของคุณจึงมีประโยชน์สำหรับการหยุดชะงักของ GPS ในระยะสั้นเท่านั้น

Drift สามารถเอาชนะได้ด้วยเซ็นเซอร์ควอนตัมที่ไวกว่าอุปกรณ์ที่มีอยู่หลายพันเท่า ในโลกควอนตัมอะตอมและอนุภาคเริ่มมีพฤติกรรมเป็นทั้งสสารและคลื่นและความเร่งจะเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพฤติกรรมนี้ บริษัท iXBlue ของฝรั่งเศสใช้เทคนิคนี้ในการสร้างอุปกรณ์เพื่อแข่งขันกับความแม่นยำของ GPSและทีมงานจาก Imperial College London ซึ่งทำงานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญด้านเลเซอร์ M Squared ได้สาธิตเครื่องวัดความเร่งควอนตัมแบบพกพาในปี 2018

ขณะนี้กระทรวงคมนาคมของสหรัฐอเมริกากำลังจัดการแข่งขันเพื่อเลือกการสำรองข้อมูลที่เป็นไปได้สำหรับ GPS
เซ็นเซอร์ควอนตัมดังกล่าวยังคงถูก จำกัด อยู่ในห้องปฏิบัติการและอยู่ห่างจากผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ใช้งานได้หลายปี

การนำทางด้วยแสงซึ่งระบบอัตโนมัติที่มีกล้องใช้จุดสังเกตเช่นอาคารและทางแยกบนถนนอาจอยู่กับเราเร็วกว่ามาก เวอร์ชันแรกที่เรียกว่าDigital Scene Matchingได้รับการพัฒนาสำหรับขีปนาวุธล่องเรือ

ImageNavซึ่งพัฒนาโดย Scientific Systems สำหรับกองทัพอากาศสหรัฐฯเป็นระบบนำทางด้วยแสงที่ทันสมัยสำหรับเครื่องบิน มีฐานข้อมูลภูมิประเทศของพื้นที่ที่กำลังนำทางและจับคู่กับอินพุตจากกล้องวิดีโอเพื่อหาตำแหน่งของมัน ImageNav ได้รับการทดสอบประสบความสำเร็จในเครื่องบินหลายรุ่น แต่ยังสามารถใช้ในยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยตนเองได้

บริษัทEverdroneของสวีเดนเพิ่งดำเนินการจัดส่งโดรนครั้งแรกระหว่างโรงพยาบาลโดยไม่ใช้ GPS ระบบของพวกเขาใช้การรวมกันของการไหลของแสง – การวัดความเร็วตามอัตราที่ทิวทัศน์ผ่านด้านล่างและการระบุจุดสังเกตเพื่อค้นหาเส้นทางจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งด้วยความแม่นยำเหมือน GPS แน่นอนว่าวิธีนี้ต้องอาศัยฐานข้อมูลภาพที่สมบูรณ์และถูกต้องของพื้นที่ที่คุณกำลังนำทางซึ่งอาจต้องใช้หน่วยความจำจำนวนมากและการอัปเดตบ่อยๆ

สหราชอาณาจักรกำลังพัฒนาระบบสำรองสำหรับบริการซิงโครไนซ์เวลาที่ GPS ให้บริการในรูปแบบของโปรแกรม The National Timing Centerซึ่งเป็นบริการระดับชาติแห่งแรกในโลก เมื่อเริ่มใช้งานได้ในปี 2568 จะเกี่ยวข้องกับชุดนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำในสถานที่ที่มีการกระจายและปลอดภัยทั่วสหราชอาณาจักรโดยให้สัญญาณบอกเวลาผ่านบริการเคเบิลและวิทยุ แนวคิดก็คือหากสัญญาณดาวเทียมหยุดทำงานจะไม่มีศูนย์ที่มีช่องโหว่เพียงแห่งเดียวที่อาจถูกทำลายลงจากอุบัติเหตุความผิดพลาดทางเทคนิคหรือการโจมตีทางอินเทอร์เน็ต

ท้ายที่สุดแล้วไม่มีระบบใดระบบหนึ่งที่สามารถแทนที่พลังของระบบนำทางด้วยดาวเทียมเช่น GPS ได้และเราอาจลงเอยด้วยการผสมผสานโซลูชันต่างๆสำหรับเรือเครื่องบินและรถยนต์ ขณะนี้กระทรวงคมนาคมของสหรัฐอเมริกากำลังจัดการแข่งขันเพื่อเลือกการสำรองข้อมูลที่เป็นไปได้สำหรับ GPS มีคำถามที่แท้จริงว่าทางเลือกอื่นจะเกิดขึ้นเร็วพอหรือไม่

“ ตอนนี้มีการตระหนักถึงปัญหา แต่สิ่งต่างๆยังคงเคลื่อนไหวด้วยความเร็วน้ำแข็ง” Curry กล่าว

เราพึ่งพาการนำทางที่แม่นยำมากขึ้นเรื่อย ๆ รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองโดรนส่งของและแท็กซี่ที่บินได้คาดว่าจะปรากฏบนและเหนือถนนของเราในทศวรรษหน้า ทั้งหมดนี้จะขึ้นอยู่กับ GPS

ดังที่ Curry ตั้งข้อสังเกตว่าคนคนหนึ่งที่มีเครื่องกีดขวางที่มีประสิทธิภาพสามารถทำให้ GPS ไปทั่วพื้นที่ขนาดเท่าลอนดอนได้จากที่ที่ถูกต้อง เว้นแต่จะมีการพัฒนาระบบสำรองข้อมูลอย่างเพียงพอในอนาคตทั้งเมืองอาจหยุดชะงักลงเพียงแค่กดสวิตช์