سیستم موقعیت‌یاب جهانی در آستانه بروزرسانی بزرگ؛ نسل جدید GPS+عکس

به گزارش جام جم آنلاین به نقل از دیجیاتو، ماهواره GPS III از این فاصله سیگنال‌هایی را در اختیار ما قرار می‌دهد که می‌توانیم توسط آن به مقصد خود برسیم. اگر در مسیر خود بخواهیم از دستگاه ATM پول نقد بگیریم، این سیگنال‌ها به بانک کمک می‌کنند که چنین برداشتی را متوجه شود و حساب ما را بروز کند. تقریبا GPS در تمام بخش‌های زندگی ما نقش دارد.
این سیگنال‌ها از ماهواره GPS III به زمین خواهند رسید که جدیدترین عضو یک «صورت فلکی ماهواره‌ای» است. با این ماهواره نه تنها جعبه‌های جدیدی در آسمان قرار می‌گیرند، بلکه چندین ارتقای مهم هم در سیستم موقعیت‌یاب جهانی اعمالی می‌شوند که زندگی ما را بهبود می‌دهند. ما به این ارتقاها نیاز داریم.
اکثر زیرساخت‌های کشورهای مختلف به GPS وابسته هستند و ما از تمام آن‌ها اطلاع نداریم چرا که بسیاری از آن‌ها پشت صحنه انجام می‌شوند. GPS به ما می‌گوید کجا قرار داریم و برای رسیدن به مقصد به ما کمک می‌کند، اما هسته اصلی این فناوری زمانبندی است. این موضوع نقش مهمی در تراکنش‌های مالی و خرید و فروش سهام، پیش‌بینی وضعیت آب و هوا، نظارت روی زلزله‌ها و حفظ عملکرد شبکه برق دارد.
«تونیا لادویگ»، معاون ریاست بخش سیستم‌های ناوبری فضایی «لاکهید مارتین» که ماهواره جدید را تولید کرده، می‌گوید:
«عملکرد GPS فراتر از مسیرهای رانندگی است.»

 

طبق پژوهشی که سال گذشته انجام شد، GPS روزانه ۱ میلیارد دلار در اقتصاد آمریکا نقش دارد که فوق‌العاده زیاد است. «گرگ میلنر» در کتاب «Pinpoint» در سال ۲۰۱۶ که از چگونگی پیدایش سیستم مبتنی بر فضا و تاثیر آن روی جهان می‌گوید، نوشته:
«اندازه‌گیری ارزش کلی GPS تقریبا غیرممکن است. نمی‌توان ارزش این سیستم را از بخش‌هایی که روی آن‌ها تاثیر گذاشته، جدا کرد..»
GPS در میان چندین «سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی» (GNSS) قرار دارد که شامل «گالیلئو» اروپا، «گلوناس» روسیه و «بیدو» چین می‌شود. GPS در میانه مدرن‌سازی خود قرار دارد که هدف از آن، ارسال بهتر سیگنال‌ها به زمین و مقاوم‌سازی ماهواره‌ها در فضا است.
چنین پیشرفت‌هایی نه تنها برای افراد عادی مانند رانندگان سرویس‌های اشتراک سفر، خلبانان، بانکداران، زمین‌شناسان، کشاورزان و کاربران پهپادها و ماشین‌های خودران یک خبر خوب محسوب می‌شود، بلکه برای ارتش ایالات متحده آمریکا هم از اهمیت بالایی برخوردار است، بخشی که این سیستم را راه‌اندازی کرد.
ارتش آمریکا نه تنها وابستگی زیادی به GPS دارد، بلکه آن را برای تمام افراد در سراسر جهان مدیریت می‌کند.

GPS چگونه کار می‌کند؟
پوشش ماهواره‌ای باعث می‌شود GPS به یک منبع همیشه در دسترس تبدیل شود. ۳۱ ماهواره در صورت فلکی GPS وجود دارد که ۲۴ مورد برای عملکرد پایه آن درنظر گرفته می‌شوند. این ماهواره‌ها در ۶ صفحه مداری قرار دارند، بنابراین شما در هر لحظه حداقل در دیدرس چهار ماهواره قرار دارید. ۷ ماهواره دیگر در حقیقت اضافه یا یدکی هستند که در صورت نیاز چرخانده می‌شوند.
این ماهواره‌ها بطور مداوم به زمین سیگنال ارسال می‌کنند و شما می‌توانید آن‌ها را به وسیله گوشی هوشمند خود، دستبند هوشمند یا سیستم ناوبری خودرو و کشتی دریافت کنید، البته آن‌ها نمی‌دانند شما در کجا قرار دارید. این ماهواره‌ها مانند یک ایستگاه رادیویی در فضا تنها این سیگنال‌ها را پخش می‌کنند.
«دینا گوارد»، رئیس بنیاد غیرانتفاعی «Resilient Navigation and Timing» اعلام کرده:
«ماهواره‌های GPS در واقع ساعت‌های اتمی بسیار دقیق هستند و به رادیویی که سیگنال زمانی را منتقل می‌کند، متصل شده‌اند.»
روی زمین گیرنده GPS که به لطف تراشه GPS می‌تواند گوشی شما باشد، سیگنال را از ۴ یا تعداد بالاتری ماهواره دریافت می‌کند. با اندازه‌گیری تفاوت‌های جزئی در زمان رسیدن سیگنال‌ها که به چندین نانو ثانیه می‌رسد، این سیستم می‌تواند محل شما را تشخیص دهید و بفهمد در حال حرکت هستید.

 

«اسکات بورگت»، مهندس نرم افزار گارمین موقعیت را یکی از محصولات جانبی نحوه عملکرد این سیستم اعلام می‌کند. بورگت می‌گوید:
«تمام ماهواره‌ها سیگنال‌ها را منتقل می‌کنند و آن‌ها کاملا دقیق همگام‌سازی می‌شوند. با این حال برای اینکه به موقعیت مکانی خود دسترسی پیدا کنید، زمان اهمیت دارد.»
داده‌های زمانبندی به اطلاعات مکانی سه بعدی بسیار دقیق شامل طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع و همچنین سرعت و جهت تبدیل می‌شوند. در اینجا گوگل مپس و اپل مپس و سایر سیستم‌ها وارد عمل می‌شوند. آن‌ها با استفاده از این قابلیت به شما می‌گویند که برای رسیدن به مقصد چه مسیری را دنبال کنید.

نقش نیروی فضایی آمریکا در GPS
نیروی فضایی ایالات متحده آمریکا صورت فلکی ماهواره‌ای GPS را مدیریت و نگهداری می‌کند. هر ماهواره روزی دوبار از دور زمین عبور می‌کند. هرچقدر هم مدارها با دقت برنامه‌ریزی شده باشند، ماهواره‌ها همچنان به مسیرهای پرواز خود نیاز دارند. یکی از فرماندهان‌ دومین اسکادران عملیات‌های فضایی به نام «اندرو جانسون» می‌گوید:
«این وسایل GPS فقط به اندازه‌ای که به آن‌ها دیتا می‌دهیم، دقیق هستند. ما محل قرارگیری ماهواره را می‌دانیم و آن را در یک پیام کوتاه قرار داده و برای آن ارسال می‌کنیم و دستگاه متوجه می‌شود که در همان منطقه قرار دارد. این تغییر در اطلاعات، سیگنال را بطور دقیق تنظیم می‌کند.»
اینکه نیروی فضایی آمریکا که یکسال پیش از نیروی هوایی آمریکا ایجاد شد، ماموریت خود برای GPS را انجام می‌دهد یک موضوع اتفاق نیست چرا که GPS برای میلیون‌ها کسب و کار و شهروندان در کشورهای مختلف حیاتی است.
منشا اصلی GPS به کارهای محرمانه وزارت دفاع آمریکا در دهه ۷۰ میلادی برمی‌گردد که به دنبال هدف‌گیری دقیق بود. هدف این پروژه از زبان معمار ارشد GPS به نام «برد پارکینسون»، رها کردن پنج بمب در یک حفره بود.
در سال ۱۹۸۳ زمانی که یک هواپیمای مسافربری کره‌ای وارد حریم هوایی شوروی شد، هدف قرار گرفت و ۲۶۹ مسافر آن کشته شدند، رئیس جمهور وقت آمریکا یعنی «رونالد ریگان» GPS را از حالت محرمانه خارج کرد و به خطوط هوایی مسافربری اجازه استفاده از سیگنال‌های آن را داد. با وجود استفاده از GPS توسط مردم در سراسر جهان، نیروی فضایی برای انجام ماموریت فضایی همچنان نیازهای نظامی را در صدر اولویت‌ها قرار داده است.

 

در حقیقت هدف اصلی نیروی فضایی آمریکا از انجام این ماموریت، ارائه قابلیت‌های پایدار و قابل اعتماد GPS به نیروهای آمریکایی است. با این حال این سیستم علاوه بر افراد نظامی، برای شهروندان نیز بهبود پیدا می‌کند.
در حالی که بودجه این ماموریت که در سال ۲۰۲۰ به ۱.۷۱ میلیارد دلار می‌رسد توسط پنتاگون تامین می‌شود، روی این سیستم نظارت غیرنظامی نیز وجود دارد. وزارت دفاع و وزارت حمل و نقل ایالات متحده آمریکا بطور مشترک ریاست کمیته ملی اجرایی دولت برای موقعیت‌یاب فضایی، ناوبری و زمانبندی را برعهده دارند. این کمیته کارهای مربوط به GPS را میان آژانس‌های فدرال و نمایندگانی از بوئینگ، گارمین، گوگل، ایالت اوهایو و استنفورد هماهنگ می‌کند.
به کلمات کلیدی نام این کمیته توجه کنید: موقعیت‌یاب، ناوبری و زمانبندی. این کلمات به معنای آن است که در کجا قرار دارید، به کجا می‌روید و چه زمانی سیگنال با گیرنده برخورد می‌کند.

GPS III چه توانایی‌هایی دارد؟
مانند تمام سیستم‌ها، GPS هم بطور مداوم نیاز به بروزرسانی دارد که حالا نوبت به GPS III رسیده است. این ماهواره‌ها یا فناوری توانایی‌های بیشتری در اختیار ما قرار می‌دهند که شامل سه برابر قدرت بالاتر سیگنال‌ها و ۸ برابر توانایی بالاتر در مقابله با پارازیت است. پیش‌بینی شده عمر این ماهواره‌ها ۱۵ سال باشد که دو برابر بیشتر از نسل قبلی است، البته انتظار می‌رود ماهواره‌های قبلی برای مدت زمان طولانی‌تر فعالیت کنند.
این ماهواره‌ها طراحی ماژولار دارند یعنی ساده‌تر از گذشته می‌توان در آن‌ها تغییرات ایجاد کرد. علاوه بر این، یک فرکانس غیرنظامی جدید به نام «L1C» نیز در آن وجود دارد. این فرکانس علاوه بر کمک به قدرت سیگنال، با همتای اروپایی خود یعنی گالیلئو هم سازگار است.
در نوامبر ۲۰۱۸ کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) مجوز دریافت سیگنال‌های گالیلئو در آمریکا را صادر کرد. این موضوع باعث می‌شود شهروندان آمریکا در معرض دید ماهواره‌های بیشتری قرار بگیرند. حالا با سیگنال L1C ماهواره‌های GPS III وضعیت را بهتر از قبل می‌کنند.

 

بورگت می‌گوید:
«اگر ماهواره‌های بیشتری داشته باشید، به سیگنال‌های دید مستقیم بیشتری دسترسی خواهید داشت و  ثبات بهتری را تجربه خواهید کرد.»
ارتش در کنار این مزیت‌ها به کد رمزگذاری شده M هم دسترسی پیدا می‌کند که کلید بهبود قابلیت‌های ضد پارازیت و ضد جعل است. علاوه بر این، قابلیت پرتوی نقطه‌ای برای سیگنال‌های متمرکز در مناطق جنگی نیز بهبود پیدا می‌کند.
افزودن یک آرایه بازتابنده لیزری به این ماهواره‌ها هم به افراد اجازه می‌دهد که موقعیت آن‌ها را با لیزرهای زمینی اصلاح کنند.
اولین نسل از ماهواره‌های GPS III که بطور کامل توسط لاکهید مارتین ساخته می‌شوند، دسامبر ۲۰۱۸ پرتاب شد و در ژانویه سال جاری میلادی عملیاتی شد. ماهواره اخیر که ۱۵ آبان توسط اسپیس ایکس روانه فضا شد، چهارمین ماهواره در این مجموعه بود و باید پیش از پایان سال ۲۰۲۱ عملیاتی شود.
لاکهید مارتین قراردادی برای تحویل ۱۰ ماهواره GPS III دارد که هزینه میانگین هرکدام از آن‌ها به ۵۲۹ میلیون دلار می‌رسد. با این حال این کمپانی اعلام کرده هزینه ساخت دو مورد آخر به ۲۰۰ میلیون دلار می‌رسد.
زمانی که ساخت این ماهواره‌ها به پایان برسد، ۲۲ ماهواره دیگر در دهه پیش‌رو روانه فضا می‌شوند تا جایگزین مدل‌های قبلی شوند.

نقاط ضعف GPS
شاید فکر کنید هرموقع که به GPS نیاز داشته باشید، به آن دسترسی پیدا خواهید کرد اما این سیستم بیش از آنچه تصور می‌کنید آسیب‌پذیر است. اگر در شهری زندگی می‌کنید که ساختمان‌های بلندی دارد، باید مدت زمان بیشتری برای رسیدن سرویس اشتراک سفر صبر کنید. ساختمان‌های بلند سیگنال‌های ماهواره را مسدود می‌کنند.
این مشکل مربوط به خط دید می‌شود و اغلب با حرکت برطرف می‌شود. باید در منطقه‌ای قرار بگیرید که دید بهتری دارد. دولت آمریکا اعلام کرده که گوشی‌های هوشمند مجهز به GPS معمولا در شعاع ۵ متری زیر آسمان باز عملکرد دقیقی دارند.
علاوه بر این موضوع، با اختلال نیز مواجه هستیم که سیگنال‌های قوی‌تری نسبت به سیگنال‌های GPS هستند و نویزهای رادیویی زیادی تولید می‌کنند. گوارد می‌گوید:
«از آنجایی که با سیگنال‌های ضعیفی روبه‌ هستیم، به راحتی می‌توان آن را مسدود کرد. تقریبا هر نویز در فرکانس خاصی باعث می‌شود شما به سیگنال GPS دسترسی نداشته باشید.»

 

اگرچه این نویزها و اختلالات می‌توانند برای مردم عادی دردسر ایجاد کنند، اما مشکل اصلی مربوط به اقدامات نظامی می‌شود. دشمن می‌تواند در عملکرد GPS اختلال ایجاد کند یا با جعل سیگنال‌ها، حرکت نیروهای نظامی را مخفی نگه دارد یا مانع از رسیدن نیروهای خودی به مقصد مشخصی شود.
برخی کشورها خارج از مناطق جنگی با اختلالات GPS مکان افراد را پنهان می‌کنند و مجرمان برای سرقت‌های خود دست به چنین کاری می‌زنند.
یکی دیگر از مشکلات مربوط به پروژه جدیدی می‌شود. چندین ماه پیش پنتاگون و سایر آژانس‌های دولتی از تصمیم FCC مبنی بر تایید پروژه جنجالی یک کمپانی به نام «Ligado» برای ایجاد یک شبکه 5G سراسری تعجب کردند و شوکه شدند. فرکانس‌های مورد استفاده توسط Ligado بسیار نزدیک به فرکانس‌هایی است که GPS استفاده می‌کند. اگرچه Ligado اعلام کرده این موضوع مشکلی در عملکرد سیستم موقعیت‌یاب جهانی ایجاد نمی‌کند، وزارت دفاع از عوامل ناشناخته و خطرات بسیار زیاد می‌گوید.
آسیب‌پذیری سیگنال‌های ماهواره‌ای از مدت‌ها قبل تبدیل به یک نگرانی برای جامعه GPS شده و به دنبال رفع این مشکلات هستند. علاوه بر این موضوع، این سیستم نیاز به پشتیبان دارد. ایده اصلی ایجاد یک سرویس زمینی است که اگرچه شاید عملکرد پایین‌تری در مقایسه با GPS داشته باشد، اما در صورت وقوع مشکل می‌توان از آن استفاده کرد. قرار بود این سیستم امسال راه‌اندازی شود که فعلا خبری از آن نیست.
در سال‌های آینده راکت‌های بیشتری حاوی ماهواره‌های GPS III لاکهید مارتین روانه فضا می‌شوند و مدرن‌سازی صورت فلکی ماهواره‌ای ادامه پیدا می‌کند. با این کار کاربردهای بیشتری برای سیستم موقعیت‌یاب جهانی پیدا می‌شود و انتظار می‌رود وابستگی ما به آن بیشتر از امروز شود.
اکثر ما نمی‌دانیم که زندگی روزانه‌مان تا اندازه به GPS وابسته است، البته اگر روزی به آن دسترسی نداشته باشیم به چنین موضوعی پی‌ می‌بریم. بهبود در عملکرد آن روی زندگی ما تاثیر می‌گذارد و آسیب به آن می‌تواند یک روز بد را برای اکثر ما رقم بزند.