چرا قطعی GPS جهان را فلج می کند؟

امروزه حملات پارازیت و جعل سیگنال GPS در سراسر جهان در حال افزایش است. در این زمینه، نگرانی هایی نیز در مورد حوادث غم انگیز در رابطه با شکست احتمالی جهانی سیستم GPS وجود دارد. زیرا اگر سیستم ناوبری جهانی که آمریکا به آن متکی است به طور کامل شکست بخورد، جهان وارد هرج و مرج بی سابقه خواهد شد.

ماهواره‌هایی که با سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) کار می‌کنند تقریباً در 20000 کیلومتری بالای ما کار می‌کنند و زمین را بی‌صدا در حرکت نگه می‌دارند. با این حال، تاریک شدن این ماهواره ها می تواند به طور کامل جهان را مختل کند.

اگر جی پی اس خراب شد…

دینا گارد، بنیانگذار بنیاد ناوبری و زمان‌بندی انعطاف‌پذیر (موسسه خیریه‌ای که برای توسعه GPS فعالیت می‌کند)، توضیح داد: با از کار افتادن احتمالی GPS، شاهد ترافیک و تصادفات جاده‌ای بسیار بیشتری خواهیم بود، زیرا اولین و فوری‌ترین تأثیر آن بر سیستم حمل‌ونقل خواهد بود.

در عین حال هزاران هواپیما در آسمان در کنار سیستم های دیگر از GPS برای ناوبری و فرود دقیق استفاده می کنند و اگر این سیستم مختل می شد با عدم قطعیت های بی شماری مواجه می شدند. علاوه بر این، بخش‌های حیاتی جامعه که بر موقعیت‌یابی، ناوبری و زمان‌بندی دقیق (PNT) (از مبادلات مالی گرفته تا سیستم‌های تولید انرژی) متکی هستند نیز آسیب خواهند دید و پالس‌های متناوب GPS ارائه شده توسط سیستم 31 ماهواره‌ای GPS آمریکا در سراسر جهان احساس می‌شوند.

اریک دالر، معاون دفاع، ماهواره‌ها و سیستم‌های فضاپیما سیرا اسپیس توضیح داد: “اگر قطعی GPS در یک چشم به هم زدن اتفاق بیفتد و ما آن را به طور کامل از دست بدهیم، شاهد یک لحظه فاجعه‌بار خواهیم بود: خاموشی جهانی هر چیزی که حرکت می‌کند، هر داده‌ای که حرکت می‌کند و هر فردی که حرکت می‌کند! همه اینها متوقف می‌شوند.”

از دست دادن سیگنال های زمان بندی GPS یکی از تاثیرگذارترین رویدادها خواهد بود. اتصالات تلفن همراه احتمالاً از کار می افتد و میلیاردها دلار به سرعت از مبادلات در میان این اختلال ناپدید می شوند.

خرابی GPS برای آمریکا ویرانگرتر از هر کشور دیگری خواهد بود. زیرا این کشور بیش از حد به سیستم فضایی حاکمیتی خود متکی است و در ساختن سیستم‌های پشتیبانی که می‌تواند تاب‌آوری لازم را برای ادامه فعالیت‌های کشور فراهم کند، دیر عمل کرده است.

هیئت مشورتی ملی فضایی PNT نیز سال گذشته هشدار داد که آمریکا در این موضوع عقب مانده است. از سوی دیگر، چین در سال‌های اخیر سیستم ناوبری ماهواره‌ای مدرن‌تر خود به نام Beidou را با شبکه گسترده‌ای از کابل‌های فیبر نوری و سیگنال‌های رادیویی زمینی توسعه داده است.

چگونه می توان اتصال GPS را قطع کرد؟

به طور طبیعی، شرایط لازم برای فروپاشی کامل کل شبکه GPS به خودی خود عجیب خواهد بود و احتمالاً پیامدهای اجتماعی گسترده تری خواهد داشت. چنین قطعی ممکن است به دلیل پرتاب تسلیحات ضد ماهواره ای چین یا روسیه علیه ماهواره های GPS آمریکایی (شایان ذکر است که ایالات متحده نیز دارای سلاح های ضد ماهواره است) یا یک طوفان ژئومغناطیسی قوی یا افزایش قابلیت های جنگ الکترونیکی باعث اختلال در GPS می شود.

اگرچه از کار افتادن کامل سیستم جی پی اس بسیار بعید است، اما باید توجه داشت که GPS خطاناپذیر نیست و نقاط ضعف خاص خود را دارد.

به گفته دالر، در زندگی روزمره به طور مرتب شاهد خراب شدن، پارگی و تداخل GPS به صورت محلی هستیم. GPS هزاران هواپیما و کشتی هر هفته به خطر می افتد و سیگنال ها در مناطق جنگی به طور مرتب مختل می شوند.

گارد با اشاره به اینکه آمریکا به هیچ وجه آمادگی خوبی ندارد، یادآور شد که باید گام های بیشتری برای ایجاد سیستم های PNT برداشته شود که بتواند از سیگنال های GPS مبتنی بر فضا پشتیبان گیری کند. هیچ آگاهی عمومی وجود ندارد.

جی پی اس چیست و چگونه کار می کند؟

سیستم جی پی اس از 31 ماهواره تشکیل شده است که در طول سال ها به روز رسانی های سخت افزاری مختلفی را دریافت کرده اند. این سیستم در 40 سال گذشته کار کرده است و عموماً با 100٪ در دسترس بودن پخش می شود و داده های مکان دقیق را تا برد 7 متر ارائه می دهد.

ماهواره‌های جی‌پی‌اس تنها یکی از چهار سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) فعال هستند، به علاوه بایدو چین، سیستم گلوناس روسیه و سیستم گالیله اروپا. البته سیگنال های GNSS در نیم دهه گذشته به طور فزاینده ای مورد حمله قرار گرفته اند. زیرا تکنولوژی برای ایجاد اختلال در آنها ارزان تر و پیچیده تر شده است. این قطعی معمولاً در روسیه، اسرائیل، میانمار، دریای چین جنوبی، بخش‌هایی از خاورمیانه و کشورهای بالتیک در اروپا رخ می‌دهد.

حملات به سیگنال های ماهواره ای جهانی

به طور کلی، دو نوع حمله علیه سیگنال های GNSS وجود دارد:

حملات پارازیت و جعل؛ پارازیت شامل مسدود کردن سیگنال‌ها می‌شود تا موقعیت‌یابی ممکن نباشد.

اما حملات جعل شامل ایجاد سیگنال های جعلی است که باعث می شود چیزی در جای دیگری از نقشه ظاهر شود. به عنوان مثال، کشتی‌ها در خشکی یا فرودگاه‌ها نشان داده می‌شوند. یا هواپیماها طوری نشان داده می شوند که انگار در دایره های تنگ در حال پرواز هستند. در ویدئویی که تداخل GPS را نشان می‌دهد، سیستم‌های هواپیما پیام هشدار شیب را پخش می‌کنند در حالی که خلبانان ارتفاع بالاتر از ارتفاع قله اورست را گزارش می‌کنند.

تاد هامفریس، مدیر آزمایشگاه ناوبری رادیویی در دانشگاه تگزاس، گفت: “من بیش از همه به هوانوردی علاقه دارم.” تداخل GNSS علت اصلی حداقل یک سانحه هوایی مرگبار در اروپا است و حمله عمدی به هوانوردی ایالات متحده، بر خلاف حملات ثانویه در اروپا، باعث آسیب اقتصادی خیره کننده خواهد شد.

به گفته مقامات هواپیمایی، تعداد حوادث کلاهبرداری در سال گذشته 500 درصد بیشتر از سال 2023 بوده است.

آسیب های احتمالی و ناآگاهی کاربران

در ایالات متحده، ارتش از تنظیمات GPS قوی‌تری نسبت به برنامه‌های تجاری استفاده می‌کند، اما ردپای داده‌های PNT در تمام زیرساخت‌های حیاتی، از ارتباطات و سیستم‌های نظارت بر سلامت گرفته تا تولید غذا و مدیریت فاضلاب، یافت می‌شود.

کیتلین دورکوویچ، یک مقام سابق امنیت ملی و کارشناس زیرساخت‌های حیاتی، توضیح داد: “هیچ اداره‌ای وجود ندارد که از GPS استفاده نکند و برخی بیش از دیگران به آن وابسته هستند. اما کاربران این قطعات از خطرات مرتبط با وابستگی خود به آن و راه‌هایی که این امر می‌تواند منجر به تخریب یا تضعیف سیستم شود، بی‌اطلاع هستند.”

به گفته کارشناسان، توسعه یک رویکرد “چند لایه” می تواند به کاهش آسیب پذیری GPS در برابر حملات کمک کند.

مقایسه GPS با رقبای بین المللی

هر دو سیستم گالیله اروپا و بایدو چین جدیدتر و از جهاتی قوی تر از GPS هستند.

در حالی که ماهواره‌های GPS فقط در مدار متوسط ​​زمین مستقر هستند، بایدو ماهواره‌هایی در مدارهای متعدد دارد و در قرار دادن آنها در مدار پایین زمین پیشرفته‌تر است. چین همچنین دارای یک شبکه پخش رادیویی زمینی به نام eLoran است و ساختاری برای پخش جایگزین با گذاشتن 20000 کیلومتر کابل فیبر نوری که به 295 مرکز زمان بندی متصل می شود، طراحی کرده است.

تلاش برای ارتقای GPS

بنابراین مقامات مربوطه در ایالات متحده خواستار یک رویکرد سازگارتر برای مدیریت PNT شده اند و امیدوارند که GPS به طور خاص به عنوان “زیرساخت حیاتی” تعیین شود.

گارد گفت: “ما می خواهیم یک معماری ملی هسته ای PNT را ببینیم.” به همین دلیل است که ما نوعی شبکه فیبر و پخش زمینی را توصیه می کنیم. دیدگاه ما این است که این یک عامل بازدارنده قابل توجه است و در واقع سیستم‌های فضایی را ایمن‌تر می‌کند، زیرا افراد کمتری تمایل به دخالت دارند.»

جرمی بنینگتون، معاون تضمین PNT در Spirent Communications نیز توضیح داد: “این به این معنی نیست که آمریکا زیرساخت برنامه ریزی قوی ندارد، در واقع بسیار قوی است. اما بسیاری از آن در موسسات تجاری پراکنده است که به وضوح با رویکرد ملی چین متفاوت است. من فکر می کنم که در نهایت به این رویکرد چند لایه کمک خواهد کرد.”

راه های مختلفی برای افزایش دوام بیشتر و ارتقاء سیستم GPS موجود وجود دارد. در واقع، ماهواره‌های جی‌پی‌اس را می‌توان به مدارهای دیگر اضافه کرد تا سیگنال‌های قوی‌تری ارائه کند، زیرا راه‌هایی برای کاهش تداخل و اثرات جعل جستجو می‌شود.

لیزا دایر، مدیر اجرایی اتحاد نوآوری GPS، همچنین خاطرنشان کرد که GPS همچنین می‌تواند قابلیت‌های احراز هویت را برای تأیید صحت سیگنال‌های شرکت‌هایی مانند گالیله و بایدو اضافه کند. به گفته وی، در عین حال، ارائه سیگنال جدیدتر L5 می تواند محافظت بیشتری برای هواپیما و هوانوردی ایجاد کند.

به روز رسانی های سخت افزاری نیز در راه است. نیروی فضایی ایالات متحده اخیراً چندین شرکت را برای توسعه سیستم‌های ماهواره‌ای GPS در مدار پایین زمین و پرتاب سریع این سیستم‌ها به فضا تأمین کرده است.

علاوه بر مدیریت بهتر دولتی GPS، بنینگتون معتقد است که سازمان‌ها باید در ارتقای سیستم‌ها و حفاظت‌های خود سرمایه‌گذاری کنند: «اگر پارازیت یا جعل GPS در هر فرودگاه بزرگی اتفاق می‌افتد، تنها در عرض چند ساعت، لغو پروازها، تاخیرها و هزینه‌های خطوط هوایی از هزینه ارتقاء ناوگان آنها بیشتر می‌شود.»