Všichni při svých cestách spoléháme na satelitní navigaci. Vynalezli to vojáci, ale teď se ukazuje, že už ji nemůžou používat. Pokračování Tim se ptá: Proč a jak funguje vesmír, co se na papír nevešlo.

Drahý Time,

v minulém článku jsem se podívali na to, jak vlastně GPS funguje. Probrali jsme, jak se na GPS podepisují vlivy speciální a obecné teorie relativity, tedy jak si gravitace pohrává s plynutím času. Satelitní navigace je veskrze užitečná věc, původně vynalezena vojáky, kteří na ní ve válce opravdu spoléhají. Ale teď se ukazuje, že se budou muset vrátit zase k mapě a buzole.

Rušíme signál GPS

Samotné zarušení signálu GPS není vůbec složité. Družice jsou 20 200 km vysoko a jejich palubní energie je omezena. Tudíž síla signálu, který zachytáváme na Zemi, je opravdu velmi slabá, je to 10-16 W. To je jako kdybys chtěl poslouchat mluvenou řeč na vzdálenost 900 km. GPS družice vysílají na Zemi paprsek asi 60° široký a nejnovější generace družic má výkon vysílače 50W. To je zhruba stejná síla, jakou mají vysílače základnových stanic pro mobilní telefony.

Takže si dokážeš celkem snadno představit, že zarušit takto slabý signál je velmi snadné. Když si zadáš do vyhledávače „Rušička GPS signálu“, tak toho najde spoustu, s cenami od 250 Kč. Jako velice zlomyslné řešení mne napadá umístit tu rušičku někde poblíž geocache, ať to nemají cacheři tak snadné, dosah je od 100 do 500 m, to už by byla zábava, co říkáš?

Ale pozor: Rušení signálu je v rozporu s § 100 zákona o elektronických komunikacích, pokuta je až 100 000 Kč.

To ovšem platí pro mírový stav, ve válce, třeba na Ukrajině, rušení GPS signálu používají obě strany velice intenzivně. Což je špatná zpráva hlavně pro technicky mnohem vyspělejší zbraně západní provenience. Spousta druhů chytrých bomb a řízených střel při navádění na cíl spoléhá hlavně na přesnou GPS. Je to pozůstatek z doby, kdy vyrobit vysílač v GPS pásmu bylo drahé a náročné a ne jako dnes si ho koupit za pár stovek na netu. A nejde jenom o zbraně, i navigace vojáků poblíž fronty je zase otázkou mapy a buzoly. Což v rozstříleném městě bez výraznějších orientačních bodů může být celkem ořech, ne jenom oříšek. Takže kromě zbraní bude ještě potřeba změnit metodiku výcviku a vrátit se k tomu, co se osvědčilo v džunglích jihovýchodní Asie.

Zkuste to bez GPS

Na lepší si člověk rychle zvykne, že ano? Je jednoduché mít v kapse krabičku, která Ti pořád ukazuje, kde právě jsi. Naštěstí se ale navigovat začalo už dávno před příchodem GPS a teď se k tomu vracíme. Jedná se především o inerciální navigační systém. V podstatě se jedná o roztočený setrvačník, který se snaží držet svoji polohu, když hýbeš zbytkem zařízení. Potom měříš sílu, kterou setrvačník vzdoruje změně a máš změnu polohy v jedné ose. Těch setrvačníků máš pro každou osu pohybu jeden nebo více, aby bylo přesnější měření. První bojová raketa, která měla tento systém navigace, byla německá V2 na konci Druhé světové války. Výhodou je, že k měření nepotřebuješ žádnou interakci s okolím. Problém ale je třeba snos větru, nebo vodní proudy, tedy pokud se pohybuje celé Tvoje okolí.

Proto tu máme doplňky. Třeba americká střela BGM-109 Tomahawk používá optické porovnání terénu. Po většinu času letí na inerciální navigaci, ale v klíčových bodech se orientuje podle podoby terénu a zpřesňuje tím svoji polohu. Samozřejmě že dnes využívá i GPS, ale obejde se i bez ní, do služby vstoupil v roce 1983. Na podobném principu navigace pracuje i nová střela české provenience - Narwhal.

Ale nejsou to jenom střely. Třeba takové oblíbené FPV drony musí navigovat podle orientačních bodů v krajině, pokud jim nefunguje GPS. To platí i pro drony ovládané přes optické vlákno, k jejich navigaci potřebujete skvělou orientaci v krajině, jinak můžete zasáhnout vlastní jednotky.

GPS Spoofing

Zarušení GPS ale není to nejhorší, co se Ti může stát. Může dojít k tomu, že Ti GPS signál podvrhnou a Tvoje navigace potom místo Černého moře ukazuje pozici poblíž Kyjeva. Jak je to možné? Nezapomínej, že GPS jsou jenom velice přesné hodiny a přenášený signál je všem známý. Potom stačí na Zemi zprovoznit vysílač, který se tváří jako že je GPS družice a vysílá falešný signál. A to je spoofing.

Nutno podotknout, že vojenské verze GPS mají proti tomuto ochranu, především přes šifrování a potom přes časovou autentizaci. Stručně řečeno, pokud nemáš správný klíč a nevysíláš podle přesného časového harmonogramu, jsi jenom šum a přijímač Tě ignoruje. Pokud tedy někdo tvrdí, že stačí signál z družice prohánět přes zpomalovací smyčku a vysílat jej místo pravého a tím oblbne i vojenskou GPS, tak kecá. Samozřejmě, kdyby se někomu povedlo hacknout vojenskou GPS, Glonass nebo Beidou, byla by to taková bomba, že by to prostě nešlo utajit. Obzvlášť v open source komunitě. Navíc evropský systém Galileo je první navigační systém, kde se družice na oběžné dráze představí přijímači na Zemi. Přijímač a družice si vymění zprávy, říká se tomu OSNMA, potom máš jistotu, že si povídáš s tou správnou družicí.

Vážení čtenáři, rádi bychom Vám s Timem popřáli požehnané a radostiplné Vánoce, pokoj a pohodu a všechno nejlepší do roku 2026

___________________________________________________________________________________

Vážený čtenáři, máš před sebou knihu „Tim se ptá: Proč a jak funguje vesmír“. Je to kniha odpovědí na otázky z moderní fyziky, kosmologie, ale také třeba o tom, jak fungují atomové elektrárny, výlet do historie, jak vznikala moderní fyzika a kdo byli její zakladatalé. Věnujeme se i současné kosmonautice, potřebám kolonizace vesmíru a jsou tam i pikaktní detaily, jak kosmonauti chodí na záchod, zdaleka nejčtenější část knihy. Tedy hned po kapitole, jak Jára Cimrman přispěl ke vzniku kvantové mechaniky.
Kniha je určená jak pro děti, ale i z části pro jejich rodiče, pro každého, kdo se laicky zajímá o fyziku a potřebuje zjednodušení složitých odpovědí. Předmluvu ke knize mi napsal Ondřej Neff, na faktickou správnost dohlížel profesor Jiří Chýla z Ústavu fyziky Akademie Věd.Stručně řečeno, Tim se ptal, abyste se už nemuseli ptát Vy :)Cena je 199 Kč + poštovné.
Objednat je možno na martin.tuma@smartblue.net,