Czy GPS może zostać nagle wyłączony?

Wiele obcojęzycznych portali internetowych komentuje na bieżąco wydarzenia związane rozwojem technik satelitarnych oraz technologii kosmicznych. Ta tematyka w ostatnich latach znalazła szerokie grono odbiorców również w naszym kraju. Poza ograniczoną liczbą portali branżowych oraz innych zajmujących się ogólnie rozumianą popularyzacją nauki, wiele informacji przekazywanych jest przez przedstawicieli mediów wielotematycznych.

W czerwcu 2014 roku część polskich i zagranicznych środków przekazu, powołując się na wypowiedź wicepremiera Rosji, Dmitrija Rogozina podało do informacji, iż "Rosja wyłącza GPS na swoim terytorium". Niektóre ze źródeł mówiły o tym, że "Kreml wydał rozkaz wyłączenia 11 satelitów GPS". Nałożenie się błędów w interpretacji faktów było czynnikiem mogącym spowodować powstanie pewnego rodzaju niepokoju wśród społeczeństwa (co częściowo zaistniało). Faktycznie, wicepremier Rosji, nadzorujący krajowy sektor kosmiczny, poinformował o wyłączeniu 11 stacji naziemnych systemu GPS znajdujących się na terytorium Federacji Rosyjskiej. Należy w tym miejscu przypomnieć, iż 2014 był rokiem kryzysu krymskiego oraz czasem, kiedy państwa zachodnie nakładały sankcję na Rosję, co często spotykało się z działaniami odwetowymi. Deklaracja wyłączenia stacji miała być odpowiedzią na brak zgody Stanów Zjednoczonych na instalację stacji monitorujących rosyjskiego systemu GLONASS na terytorium USA.

Pozostaje jedynie uszczegółowić jedną, bardzo ważną kwestię, a mianowicie: do jakich stacji tak naprawdę Rogozin nawiązywał w swojej wypowiedzi? Na segment naziemny (kontrolny) systemu GPS składa się kilkanaście globalnie rozlokowanych stacji monitorujących (nadzorujących), jednakowoż żadna z nich nie była i nie jest położona na terytorium Rosji. W rzeczywistości wyłączeniu miało podlegać 11 stacji zarządzanych nie przez Amerykanów, lecz przez Rosjan, które są częścią sieci stacji referencyjnych IGS (ang. International GNSS Service).

IGS jest międzynarodową federacją zrzeszającą dobrowolnie zgłoszonych członków, m.in. takich jak uniwersytety, czy agencje rządowe. Jej celem jest dostarczanie międzynarodowej społeczności naukowej danych wykorzystywanych m.in. do: monitorowania deformacji skorupy ziemskiej, badań jonosfery i troposfery, wyznaczania parametrów ruchu obrotowego Ziemi czy definiowania ziemskich układów odniesienia. Wyłączenie wspomnianych stacji nie wpłynęłoby destrukcyjnie na działanie systemu GPS. Rosyjska Agencja Kosmiczna Roskosmos sfinalizowała tę sprawę notatką zamieszczoną na oficjalnej stronie internetowej, mówiącą o tym, iż zgodnie z instrukcjami Rządu Federacji Rosyjskiej od 1 czerwca wdrożono odpowiednie środki w celu uniknięcia wykorzystania informacji pochodzących ze stacji ulokowanych na terytorium Rosji do celów innych niż objęte dotychczasowymi porozumieniami, włączając w to zastosowania militarne.

Wyłączenie satelitów systemów nawigacji satelitarnej, a dokładniej przerwanie transmitowania przez nie sygnałów jest możliwe. Takie zadania realizowane są przez segment naziemny systemów GNSS. W przypadku europejskiego systemu Galileo wyróżniamy segment kontroli satelitów GCS (Ground Control System) mający kontrolować stan techniczny satelitów oraz naziemny system kontroli funkcjonowania całego systemu satelitarnego GMS (Galileo Mission System). Centra zarządzające misją mają możliwość zdalnego sterowania pracą poszczególnych podzespołów satelity (m.in. zmiana parametrów pracy pasywnych maserów wodorowych na satelitach Galileo). Takie działania, obok modyfikacji zegarów znajdujących się na ziemi, były podejmowane przez ESA m.in. w związku z zauważonymi w styczniu 2017 roku anomaliami pracy zegarów atomowych satelitów Galileo. Należy zwrócić tutaj uwagę, iż przerwanie przez satelitę nadawania sygnałów wiąże się z uniemożliwieniem wykorzystania go do celów nawigacji w skali globalnej.

Kolejnym aspektem związanym z ograniczeniem korzystania z sygnałów GNSS są ataki typu jamming oraz spoofing. Zagadnienia związane z celowym zagłuszaniem (jamming) oraz emitowaniem fałszywych sygnałów (spoofing) są na tyle obszerne, iż dyskusja mogłaby objąć kilka podobnych artykułów. O zdolnościach do zagłuszania i fałszowania sygnałów GNSS w obszarze konfliktów zbrojnych możemy przeczytać w raporcie opublikowanym przez estońskie ministerstwo obrony narodowej oraz w raporcie opublikowanym przez amerykańską jednostkę wojskową Asymmetric Warfare Group.

Jednym z najbardziej medialnych przypadków sfałszowania wskazań cywilnego odbiornika GNSS jest eksperyment przeprowadzony przez grupę naukowców pod przewodnictwem Todd E. Humphreys’a, polegający na kontrolowanej zmianie kursu jachtu wartego 80 mln dolarów . Zagłuszanie cywilnych odbiorników GNSS dostępnych na rynku jest stosunkowo łatwe z uwagi na bardzo niski poziom mocy sygnału satelitów nawigacyjnych docierającego na Ziemię (ok 10­^-16 W). Dostępność urządzeń zagłuszających (tzw. jammerów) oraz ich niska cena są przyczyną coraz częstszych aktów zagłuszania.

Brytyjska Agencja Innowacji od 2008r. zlecała wiele badań związanych z monitorowaniem aktów zagłuszania GNSS. W ramach jednego z projektów, od 2016r., zbierane są dane z 30 stacji monitorujących w 23 krajach. Zanotowano ponad 570 zakłóceń na jedno urządzenie miesięcznie. Badania prowadzone w ramach innego projektu w 2013 wykazały ok. 100 aktów zakłóceń sygnałów GNSS miesięcznie, natomiast w 2014 już ok. 150. Na tej podstawie można wnioskować, iż skala zjawiska rośnie. W Polsce, jak w innych krajach europejskich istnieją uwarunkowania prawne zabraniające używania i wprowadzania do obrotu jammerów GNSS, które zostały uregulowane w ramach dyrektywy Parlamentu Europejskiego (Dyrektywa PE i Rady, nr 1999/5/WE), zaimplementowane do polskiego systemu prawnego m.in. ustawą Prawo Telekomunikacyjne (Ustawa z 16.07.2004 - Prawo telekomunikacyjne). Za doraźne egzekwowanie prawa odpowiedzialny jest Urząd Komunikacji Elektronicznej.

Na wymienione wyżej ataki w pewnym stopniu uodpornione są sygnały systemów nawigacji satelitarnej wykorzystujące techniki kryptograficzne, do których dostęp mają autoryzowani użytkownicy. W przypadku systemu GPS "wojskowy" sygnał jest emitowany w ramach PPS (ang. Precise Positioning Service) z wykorzystaniem kodu P(Y). Z uwagi, iż Galileo jest z założenia systemem cywilnym, analogiczny serwis nazwano usługą publiczna o regulowanym dostępie (Public Regulated Service - PRS). Analogią tych dwóch serwisów jest ściśle ograniczona dystrybucja sprzętowych kluczy kryptograficznych. Pomimo zobowiązań operatorów systemów GNSS do ciągłości świadczenia usług pozycjonowania, nawigacji i synchronizacji czasu, należy mieć na uwadze iż istnieje uzasadniona tylko w szczególnych przypadkach (konflikt zbrojny) możliwość generowania jedynie szyfrowanych sygnałów wojskowych (sygnałów o regulowanym dostępie).

Duża część społeczeństwa utożsamia pojęcie "GPS" bezpośrednio z odbiornikiem sygnałów GNSS funkcjonującym jako element składowy nawigacji samochodowej (w zasadzie jest to pojęcie niepoprawne, stanowiące skrót myślowy). Dlatego, w ramach podsumowania pozwolę sobie jednym zdaniem odpowiedzieć na pytanie zawarte w tytule niniejszego artykułu: "Naciśnij i przytrzymaj przycisk POWER, a następnie wybierz Tak, aby wyłączyć urządzenie...".

P.S. Od kiedy dostawcy oprogramowania dla urządzeń służących do nawigacji samochodowej wzbogacają zakres prezentowanych na mapach danych o informacje np. o natężeniu ruchu, lub aktualnych przeszkodach na drodze, korzystanie z nawigacji jest ekonomicznie uzasadnione i zalecane nawet w przypadkach, kiedy dobrze znamy optymalną trasę przejazdu. Proces nawigowania nie jest wyłącznie zależny od dokładności wyznaczenia i wiarygodności pozycji pojazdu oraz celu, ale także od umiejętności osób obsługujących przyrządy i urządzenia. Automatyzacja procedur obsługi nawigacji samochodowej może prowadzić do częstych pomyłek, a o spektakularnych efektach ślepego zawierzenia wskazaniom nawigacji samochodowej dowiadujemy się z mediów. Częściowe uniezależnienie się od technologii często wpływa na poprawę relacji międzyludzkich (np. rozmowy ze współpasażerami). Zresztą, często jest tak, że nasz partner/partnerka wie lepiej jak dojechać do celu, więc po co nam nawigacja?