NEW SCIENTIST ⟩ Kas me saame GPS-i rünnakuid ära hoida?

Lennujuhid peavad ookeani kohal GPS-signaalita lendava lennuki ümber tegema hiiglasliku turvatsooni, kuhu teisi lennukeid ei lasta. See tekitab muudes lennukoridorides aga tihedama liikluse. GPS-i asenduseks otsitakse praegu uusi lahendusi. Vene ja Hiina navigatsioonisüsteemid, mida keegi ei häiri, aga töötavad. Illustreerival pildil on Heathrow lennujuhid. Foto: NATS

• GPS-teenust ei saa enam kuskil iseenesest mõistetavana võtta, asukohta peab määrama ka muul moel.
• Üht ja kindlat asendust pole, Hiina ja teised suurriigid siiski arendavad juba oma tehnoloogiaid.
• Atlandi kohal tekitavad GPS-häired «liiklusummikuid» ja sunnivad lennukeid üksteisest kaugemale.

Euroopa ja Lähis-Ida sõjapiirkondade lähedalt alguse saanud GPS-signaalide häired mõjutavad nüüd ka maailma kõige aktiivsemat ookeani õhuruumi. Iga päev läbib Atlandi ookeani põhjaosa Euroopa ja Põhja-Ameerika vahel üle 1700 transatlantilise lennu. Viimastel kuudel on väike, kuid kasvav arv neid lende kaotanud usaldusväärse GPS-teenuse Euroopa või Lähis-Ida kohal ega suutnudki seda taastada enne ookeani ületamist.

«Saame iga päev teateid õhusõidukite kohta, mis enne ookeani õhuruumi sisenemist kogevad segamist,» ütleb Jane Johnston Ühendkuningriigi peamisest lennujuhtimisteenuste pakkujast NATS, «mõned neist lendudest kogevad GPS-i pidevat halvenemist ka hiljem.»

Kommertslennukid pole ainsad ohvrid – muud transpordiliigid, samuti relvasüsteemid ja isegi teatud rakendused on GPS-i häirete tõttu ohus. Katkestuste vältimiseks uurivad valitsused asukoha määramise varuvõimalusi.

Iga päev tuleb teateid ookeani õhuruumi GPS-häiretest

GPS-i häirete igapäevased juhtumid on suurenenud pärast seda, kui Venemaa 2022. aastal alustas täiemahulist sissetungi Ukrainasse.

NATO ja Euroopa ametnikud on süüdistanud Venemaad käimasolevas GPS-signaalide segamise kampaanias Euroopa õhuruumides alates Läänemerest põhjas kuni Musta mereni lõunas. Varasemates GPS-i häiretes, mis algasid Vahemere idaosas 2018. aastal, on süüdistatud Süürias paiknevaid Vene sõjaväebaase. Hiljuti, 2023. aasta lõpus, alustas ka Iisrael Gaza sõjalise piiramise osana oma kontrollitud territooriumil ja ümbritsevatel aladel GPS-signaalide tahtlikku segamist.

KLM-i Embraer 190 Londoni lähistel. Kui varem maadlesid navigatsioonihäiretega Venemaa või Iisraeli lähedal olevad reisilennukid, siis nüüd on GPS-signaal kadumas ka ookeani kohalt. Pilt on illustreeriv. Foto: IMAGO/Andreas Beil

Sellised häired esinevad kahel kujul. GPS-i segamiseks edastatakse võimsaid signaale, et ületada nõrgemad raadiosignaalid, mis tulevad kosmosest globaalsetelt navigatsioonisatelliitidelt.

Teine sekkumine tähendab aga GPS-signaalide võltsimist, mis eksitab GPS-vastuvõtjaid valekoordinaate andma, nagu asuks GPS seade oma tegelikust asukohast sadade või tuhandete kilomeetrite kaugusel.

Häire mõjutab lisaks sõjaväele ka tsiviilelu

Sõjaväelased võivad GPS-signaale segada või võltsida, kuna see tehnoloogia pakub relvasüsteemidele, sealhulgas sõjalennukitele, sõjalaevadele, rakettidele ja droonidele ajastus- ja navigeerimisteenuseid. Kuid samal ajal mõjutab see ka tsiviilteenistusi maal, merel ja õhus.

Näiteks on inimesed sellistes kohtades nagu Küpros ja Liibanon teatanud toidu kohaletoimetamise, sõidu- ja tutvumisäppides näidatud vigasest asukohast. Vahemerel ja Mustal merel sõitvad laevad on tunda saanud, et GPS-vastuvõtjad on valesti teatanud oma asukohast, näidates Liibanoni, Egiptuse või Venemaa lennujaamasid.

Üks levinumaid häirete mõjusid on olnud aga tsiviillennunduses, kus tuhanded lennukid on kogenud GPS-i segamist või võltsimist. Selline segamine on mõnikord sundinud lende enne sihtkohta jõudmist tagasi pöörduma ning see ajendas isegi Soome rahvuslikku lennufirmat Finnair ajutiselt peatama lende Tartu lennujaama.

GPS-segamise ajajoon

Tahtlik GPS-i segamine on toimunud juba aastaid, mõjutades laevandust, lende ja palju muud.

2017. aasta

Analüütikafirma Windward andmetel mõjutas GPS-i võltsimine mitmeid Mustal ja Põhjamerel asuvaid laevu, mistõttu navigatsioonisüsteemid annavad valeandmeid lähedal asuvate Venemaa lennujaamade asukohtadesse.

2019.

Laevade GPS-i asukohamääramine kuvab ekslikult ringikujulise liikumise positsioone maismaal, kui need lähenevad Shanghai sadamalinnale ja teistele Hiina rannikualadele. Keskkonnaalane mittetulundusorganisatsioon SkyTruth avastas GPS-i võltsimise allikaid Hiina valitsusasutuste hoonete ja naftaterminalide juures.

2020.

GPS-i võltsimised mõjutavad paljusid laevu kogu maailmas, Põhjamerest ja Atlandi ookeanist Lõuna-Hiina mereni. Segamismuster paneb laevade navigatsioonisüsteemid teatama valedest positsioonidest tuhandete kilomeetrite kaugusel.

2023.

Arvatavasti Vene päritolu GPS-i segamine laieneb Läänemere piirkonnas detsembris ja häirib navigeerimist tuhandetel lendudel Euroopa kohal järgmistel kuudel.

2024.

Iisraeli korraldatud GPS-i häired, mille eesmärk on tõrjuda droonide ja rakettide rünnakuid, häirivad Liibanonis, Jordaanias ja Küprosel tsiviillennundust – aga ka sõiduteadete, toidu kohaletoimetamise ja isegi tutvumisrakendusi.

Allikas: New Scientist

Samal ajal saavad Kanada ja Ühendkuningriigi lennujuhid, kes jälgivad Põhja-Atlandi õhuruumi, aina rohkem teateid umbes tosinast GPS-i häiretest mõjutatud lennust päevas.

«Kuigi need moodustavad väga väikese osa üldistest Atlandi-ülestest lendudest, on [meie organisatsioon] täheldanud GPS-i häiretest mõjutatud üle Atlandi lendude arvu suurenemist viimase aasta jooksul,» ütleb Maryam Amini Kanada tsiviillennundustegevust korraldavast mittetulundusorganisatsioonist Nav Canada.

Mida GPS-häire ajal teha?

Kõiki halvenenud GPS-teenusega õhusõidukeid võidakse «hoida veidi madalamal kõrgusel nende ookeanikliirensi jaoks, et vältida tiheda liiklusega piirkondi, ja edasised tõusud võivad olla ka muu liikluse tõttu piiratud,» selgitab Johnston.

Samal ajal peavad mõjutatud lennukiga õhuruumi jagavad teised lennukid jääma tavapärasest vahemaast kaugemale – isegi kui see tähendab vähem tõhusat lennutrajektoori.

«Näiteks võidakse keelduda soovitud lennukõrguse määramisest, kuna lähedalasuval lennukil on vigane GPS-signaal, mille tulemuseks on üldine kütusekulu suurenemine," ütleb Benoit Figuet Šveitsi Zürichi rakenduskõrgkoolist, kes haldab mõjutatud lennukite reaalajas kaarti.

Eesti piiri ääres on ka praegu kõige suuremad GPS-signaali häired, näitab Šveitsis toimetatav GPS-häirete kaart. Foto: ekraanipilt / Live GPS Spoofing Tracker Map

Lennujuhtide määratud suuremad omavahelised kaugused mõjutatud õhusõidukitele võivad olla kuni 145–160 kilomeetrit võrreldes tavaolukorras lubatud 22 kilomeetriga, ütleb Dana Goward Virginias asuvast mittetulundusühingust Resilient Navigation and Timing Foundation. See tähendab, et igal marsruudil on vähem lennukeid, mis võib mõjutada lennugraafikuid ja põhjustada viivitusi.

Vanad lahendused pole nii täpsed

Reisilennukitel on ka mõned varunavigatsioonivahendid, sealhulgas maapealsed raadiomajakad ja lennujuhtimisteenistuste radarite jälgimise võimalus. Kuid need pole saadaval lendudeks suurema osa Atlandi ookeani kohal. Selle asemel peavad GPS-ist ilma jäänud lennukid kasutama inertsiaalseid juhtimissüsteeme, mis arvutavad oma asukoha liikumisandurite ja täpsete kellade andmete põhjal.

«Praegu on meil võimalik kasutada inertsiaalset andurit ja see on tore, sest keegi ei saa seda väliselt segada,» ütleb Okuary Osechas, kes on samuti spetsialist Zürichi rakenduskõrgkoolist. Kuid standardne inertsiaalne navigatsioon ei saa lähedalegi GPS-i täpsusele. Selle parandamiseks on vaja teha teadusuuringuid, teadlaste meeskonnad töötavadki praegu välja aina täpsemaid kvant-liikumise andureid ja aatomkellasid.

Kvantnavigatsioon aitab probleemist üle saada

Maikuus katsetas Ühendkuningriigi valitsus lennu ajal uut kvant-inertsiaalset navigatsioonisüsteemi, mille on välja töötanud kvanttehnoloogiaettevõte Infleqtion koos kosmosetööstuse ettevõtetega BAE Systems ja QinetiQ, mis ühendab nii kvantandureid kui ka optilist aatomkella. Eesmärk on võtta sellised süsteemid lennukite pardal kasutusele alates 2030. aastast.

Eraldi on USA õhujõud, Boeing ja Airbus kulutanud rohkem kui 200 tundi teistsuguseid alternatiivseid navigatsioonisüsteeme katsetades. See kasutab nii kvantandureid kui tehisintellekti, et määrata täpselt kindlaks lennuki hetkeasukoht vastavalt Maa magnetvälja kaardile.

Selle kvantmagnetomeetri tegi juunis kaubanduslikult kättesaadavaks idufirma SandboxAQ, mis tegeleb küberturvalisuse ja kvantarvutuse tehnoloogiaga. Ettevõte eraldus 2022. aastal Google´i emaettevõttest Alphabet.

Täiesti häirekindel tulevikulahendus

Luca Ferrara SandboxAQ-st ütleb, et kvantmagnetomeeter on täiesti segamis- ja võltsimiskindel, kuna see navigeerib vastavalt planeedi magnetväljast tulevatele eristuvatele signaalidele ning sellel on võrdluseks olemas Maa baasjoontega magnetvälja kaardid – kogu andmetöötlus käib seadmes endas ilma interneti- või satelliidiühendusteta. Ta pakub välja, et kvantmagnetomeeter võiks täiendada olemasolevaid inertsiaalseid navigatsioonisüsteeme.

Mis on GPS?

GPS ehk globaalne positsioneerimissüsteem on satelliitnavigatsioonisüsteem, mida kasutatakse asukoha määramiseks kõikjal Maal. GPS-i töö põhineb umbes 30 satelliidil, mis tiirlevad ümber Maa ja saadavad pidevalt raadiosignaale. GPS-vastuvõtjad, nagu näiteks autos või telefonis olevad GPS-seadmed, võtavad need signaalid vastu ja arvutavad nende abil vastuvõtja täpse asukoha.

GPS-süsteem loodi algselt USA sõjaväe kaitseotstarbeks, kuid on nüüd laialdaselt kasutusel ka tsiviilrakendustes, sealhulgas navigatsioonis, kaardistamises, ajastamises ja jälgimises. GPS-i täpsus võib ulatuda mõnest meetrist kuni mõne sentimeetrini, olenevalt kasutatavast seadmete kvaliteedist ja kasutatavatest täpsustehnikatest.

GPS-i eelised on järgmised:

• Globaalne kättesaadavus. GPS-signaalid on kättesaadavad kogu maailmas.
• Täpsus. GPS suudab pakkuda väga täpset positsioneerimist, eriti diferentsiaal-GPS-i (DGPS) kasutamisel.
• Järjepidevus ja usaldusväärsus: GPS on väga usaldusväärne, pakkudes pidevat asukohaandmete voogu.

Lisaks USA GPS-ile on olemas ka teisi süsteeme, nagu Venemaa GLONASS, Euroopa Galileo ja Hiina BeiDou, mis pakuvad sarnaseid navigatsiooniteenuseid.

Mõned valitsused on arendanud ka lahendust, mida Goward kirjeldab kui «vastupidavuse triaadi», et tagada sõjaväelastele, sidevõrkudele ja finantskeskustele usaldusväärne kella sünkroonimine ja asukohapõhised navigatsiooniteenused – isegi kui toimub GPS-i segamine või võltsimine. See kolmik hõlmab globaalseid navigatsioonisatelliitide süsteeme nagu GPS, teise maailmasõja aegsete maapealsete raadiomastide võrgu kaasaegset versiooni, mida tuntakse kui Lorani tehnoloogiat ning kolmandana fiiberoptilist andmesidevõrku signaalide saatmiseks kaablite kaudu, mitte juhtmevabalt.

Hiina on selle steroididel navigatsiooni kontseptsiooni juba kasutusele võtnud, ütleb Goward, neil on selleks käivitatud oma BeiDou navigatsioonisatelliitide süsteem, mis toetub ka täiustatud Lorani (eLoran) raadiomastide süsteemile ja paigaldatud on ka rohkem kui 19 000 kilomeetrit fiiberoptilisi kaableid.

Ühtset lahendust ei pruugi olla

Lõuna-Korea on astunud sarnaseid samme vastuseks Põhja-Koreast lähtuvale pidevalt püsivale sõjalisele ohule.

Ühendkuningriigi valitsus koostas oma vastupanuvõime kava 2023. aasta oktoobris, märkides, et globaalsete navigatsiooni satelliitsüsteemide 24-tunnine katkestus võib Ühendkuningriigi majandusele kaasa tuua 1,4 miljardi naela suuruse kahju.

Kuigi USA on rahastanud erinevaid GPS-i alternatiive, ei ole aga selle valitsus veel vastupanuvõime plaanile pühendunud.

«Navigatsiooni kogukonnas valitseb arusaamine, et praegu pole ühtegi süsteemi, mis suudaks pakkuda sama jõudlust kõigis samades valdkondades, ilma et see oleks järjekordne GPS-i kloon,» ütleb Osechas.

See annab tunnistust GPS-i praegusest üliolulisest rollist paljudes ajamääramise- ja navigeerimisrakendustes, kuid nagu hiljutised häired näitavad, ei saa me seda teenust enam iseenesestmõistetavana võtta.

Algselt populaarteaduslikus ajakirjas New Scientist avaldatud artikkel ilmub Postimehes väljaande loal. Inglise keelest tõlkis kaido Einama.