ماذا يحدث إذا فشل GPS؟

وإذا توقفت خدمات GPS ، فقد تتعطل الموانئ ، حيث تعتمد الرافعات على هذه الأنظمة للعثور على الحاوية للتحرك ، وتلعب دورًا حيويًا في العمليات اللوجستية ، مما يسمح لشركات صناعة السيارات ومحلات السوبر ماركت بالاستمتاع بأنظمة التسليم في الوقت المناسب. بدونها كانت أرفف السوبر ماركت فارغة تقريبًا ولارتفعت الأسعار.

تستخدم صناعة البناء نظام الموقع العالمي لإجراء عمليات مسح للأراضي ، ويعتمد عليه الصيادون للالتزام بالقواعد واللوائح الصارمة. لكن نظام الموقع العالمي لا يحد من دوره في تحديد الموقع ، ولكنه أيضًا يقيس الوقت بدقة.

يتكون نظام تحديد المواقع العالمي من كوكبة من 30 قمرا صناعيا تدور حول الأرض ، وتستخدم هذه الأقمار الصناعية مجموعة من الساعات الذرية عالية الدقة التي ترسل إشارات متزامنة. تتيح هذه الأقمار الصناعية للمستخدمين تحديد الوقت بدقة تصل إلى 100 مليار ثانية. تعتمد شبكات الهاتف المحمول على توقيت نظام الموقع العالمي لمزامنة محطاتها الأرضية ، وكذلك المؤسسات المالية والمصرفية لضمان دقة المعاملات والتحويلات.

في الواقع ، لا يمكننا الاستغناء عن أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية. لكن هل هناك أي بديل لهذه الأنظمة ، وكيف نجد طريقنا إلى وجهتنا إذا توقفت خدماتها؟

أشار تقرير صادر عن كلية لندن للاقتصاد إلى حكومة المملكة المتحدة إلى أن تعطيل نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية لمدة خمسة أيام فقط قد يكلف المملكة المتحدة وحدها أكثر من 5.1 مليار جنيه إسترليني. قد يكلف فشل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الاقتصاد الأمريكي حوالي مليار دولار يوميًا.

ومع ذلك ، فإن إيقاف نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ليس أمرًا غير شائع ، حيث غالبًا ما يقطعه الأفراد العسكريون في مناطق معينة أثناء فحص المعدات أو أداء التدريبات العسكرية. تجري حكومة الولايات المتحدة اختبارات وتمارين تؤدي إلى تداخل إشارات الأقمار الصناعية ، ويمكن أن تحدث مشكلات فنية ، مما يؤدي إلى اضطرابات واسعة النطاق.

بصرف النظر عن نظام تحديد المواقع العالمي ، هناك أنظمة ملاحة أخرى عبر الأقمار الصناعية ، مثل “GLONASS” الروسي ، و “Galileo” الأوروبي ، و “Bido” الصيني ، تعمل جميعها بشكل مشابه لنظام تحديد المواقع العالمي.

لكن تشارلي كاري ، الزميل في المعهد الملكي للملاحة ومؤسس شركة كرونوس تكنولوجي ، يقول: “أثار الجيش مخاوف بشأن التدخل المتكرر في نظام تحديد المواقع العالمي”.

هناك أسباب وجيهة لهذه المخاوف. نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية ، الذي طورته وزارة الدفاع الأمريكية ، يعتمد عليه الآن لتوجيه كل شيء من الطائرات بدون طيار والسفن الحربية إلى القنابل الذكية والمشاة. يواجه هذا النظام الآن العديد من التهديدات.

أصبحت أجهزة GPS متاحة على الإنترنت ، وقد يستخدمها المجرمون لتضليل الأنظمة المستخدمة لتتبع السيارات المسروقة ، غير مبالين بتأثير ذلك على المنطقة بأكملها.

يقول همفريز: “لقد أثير القلق أيضًا من أن جميع الأقمار الصناعية التي يعتمد عليها نظام تحديد المواقع العالمي سوف تتعطل في حالة وقوع هجوم مفاجئ على الاقتصاد الأمريكي يستهدف البنية التحتية الحيوية”.

الكوارث الطبيعية ليست أقل خطورة من هجوم عسكري في هذا الصدد ، حيث أن عاصفة شمسية ضخمة شبيهة بحادث كارينغتون في عام 1859 ستدمر شبكة الأقمار الصناعية GPS بأكملها.

ولكن إذا اختفى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وجميع أنظمة الملاحة الأخرى فجأة ، فما هي البدائل التي يمكننا استخدامها حتى لا يصاب العالم بالشلل؟

يمكن تكييف نموذج جديد من نظام لوران للملاحة بعيدة المدى ، تم تطويره خلال الحرب العالمية الثانية ، لتوجيه سفن الحلفاء أثناء عبورهم المحيط الأطلسي. وبدلاً من الأقمار الصناعية ، يتكون نظام “لورين” من أجهزة إرسال أرضية تشمل أبراجًا بطول 200 متر لنقل إشارات الملاحة على الراديو.

حدد النظام اللورينتي في البداية مواقع على بعد أميال قليلة فقط ، ولكن في السبعينيات كان قادرًا على تحديد مواقع في نطاق مئات الأمتار. في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، أخرجت بريطانيا ودول أخرى أجهزة إرسال لورين من الخدمة بعد دخول نظام تحديد المواقع العالمي.

لكن نظام الملاحة طويل المدى الحديث ELoran قد لا يكون أقل دقة من نظام تحديد المواقع العالمي.

يستخدم نظام eLauran أجهزة إرسال واستقبال أكثر تقدمًا ، بالإضافة إلى تقنية تُعرف باسم التصحيح التفاضلي ، والتي تتعقب المحطات وتصحح الإشارات ، لزيادة الدقة.

وتشير نتائج التجارب إلى أن “إي لوران” قادر على تحديد المواقع بدقة تقل عن 10 أمتار ، ويمكنه اختراق المباني والأنفاق ، وهي ميزة لا تتوفر في نظام تحديد المواقع العالمي ، لأنه يعتمد على ترددات أقل مقارنة بإشارات الأقمار الصناعية.

تتميز ELaurent أيضًا بإشاراتها القوية التي يصعب حظرها ولا تعتمد على الأقمار الصناعية المعرضة للخطر ، لكنها لا تزال بحاجة إلى التمويل.

يقول همفريز ، “نظام eLoran رائع وقد يسد الثغرات التي خلفتها أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية في البلدان ، لكنه يحتاج إلى شخص يتولى إعداد وصيانة البنية التحتية”.

قبل اكتشاف إشارات الراديو ، كان البحارة يوضعون في البحر عن طريق الشمس والنجوم ، ويستخدمون الساعة الشمسية لقياس الزوايا بينهم. لم تختف أنظمة الملاحة الفلكية في العصر الحديث ، إذ لا تزال بعض الصواريخ الباليستية ، مثل ترايدنت ، تعتمد على رواد الفضاء أثناء الطيران.

طورت مختبرات درابر جيلًا جديدًا من أنظمة الملاحة الفلكية تسمى Skymark ، والتي تعتمد على تلسكوب أوتوماتيكي صغير لمراقبة الأقمار الصناعية ومحطة الفضاء الدولية والأجسام الأخرى التي تدور حول الأرض.

كلما زادت سرعة وعدد الكائنات ، زادت دقة Skymark لتحديد الموضع. نظرًا لأن Skymark تعتمد على قاعدة بيانات للأقمار الصناعية المرئية ، سواء كانت عاملة أو حطامًا فضائيًا ، يقال إن دقتها تصل إلى 15 مترًا ، مما يعني أنها لا تقل كفاءة عن نظام تحديد المواقع العالمي.

يقول بنجامين لين ، رئيس فريق التطوير لأجهزة GPS المتقدمة والملاحة والجدولة في Draper ، إن نظام Skymark قد يكون أكثر دقة إذا أمكن رؤية المزيد من الأقمار الصناعية بالتوازي.

وقال: “قد يحدد نظام الملاحة السماوية الموقع بدقة تصل إلى مترين ، لكن ذلك يعتمد على حجم الأقمار الصناعية التي يشاهدها”.

هناك عيوب أخرى في نظام “Skymark” ، بما في ذلك حقيقة أنه لا يعمل إلا عندما تكون السماء صافية. على الرغم من أن الأشعة تحت الحمراء التي قد تخترق الضباب والسحب الضوئية قد لا تساعد كثيرًا في تحسين دقة النظام ، إلا أنها قد لا تعمل بشكل فعال في بعض أجزاء من نصفي الكرة الشمالي والجنوبي ، حيث توجد سحب كثيفة وسماء غائمة.

ربما يكون الخيار الأكثر شيوعًا في الحياة اليومية هو التنقل بالقصور الذاتي ، باستخدام مقياس التسارع الذي يحسب موقع السيارة بناءً على سرعتها واتجاهها.

تقول كاري: “إذا دخلت سيارتك في نفق وفقدت إشارات GPS الخاصة بها ، فإن الملاحة بالقصور الذاتي هي التي تزودك بالمعلومات التي تحتاجها حول موقعك”.

لكن جهاز الملاحة بالقصور الذاتي في سيارتك قد يفيدك فقط عند فقدان إشارات GPS لفترات قصيرة ، حيث تتراكم الأخطاء بمرور الوقت وبالتالي تقلل من دقتها في حساب الموقع.

يمكن تجنب هذه المشكلة باستخدام أجهزة استشعار كمومية أكثر دقة بآلاف المرات من الأجهزة الموجودة.

في عالم ميكانيكا الكم ، تتصرف الذرات والجسيمات مثل المادة أحيانًا والموجة في أوقات أخرى. يغير التسارع خصائص هذه السلوكيات. وتستخدم شركة “IX Blue” الفرنسية هذه الطريقة لتطوير جهاز متوافق مع نظام تحديد المواقع العالمي من حيث الدقة. عرض فريق من إمبريال كوليدج نموذجًا أوليًا لمقياس تسارع كمومي محمول في عام 2018.

لكن أجهزة الاستشعار الكمومية لم تغادر المختبر بعد وما زالت هناك سنوات في السوق.

ومع ذلك ، قد نعتمد قريبًا على التنقل البصري ، حيث يتم استخدام الأنظمة الآلية المزودة بكاميرات للميزات الرئيسية مثل المباني ومفترق الطرق لتحديد الموقع.

طورت Scientific Systems نظام Image Nav للملاحة المرئية للطائرات لصالح القوات الجوية الأمريكية. يتضمن النظام قاعدة بيانات للمنطقة التي تحلق فيها الطائرة وتعديلها على الصور التي التقطتها كاميرات الفيديو لتحديد الموقع. تم اختبار النظام بنجاح على عدة طائرات ، ويمكن استخدامه أيضًا في المركبات المستقلة.

وتمكنت شركة “أبردرون” السويدية من تنفيذ أول اتصالات تلقائية بين المستشفيات بواسطة طائرات بدون طيار دون استخدام نظام تحديد المواقع العالمي. وحتى النهاية تمامًا مثل نظام تحديد المواقع العالمي.

تعتمد هذه الطريقة على قاعدة بيانات كاملة ودقيقة للمنطقة التي تقوم بفحصها ، والتي قد تحتاج إلى تحديث منتظم ومساحة تخزين كبيرة.

تعمل المملكة المتحدة على تطوير برنامج مركز التوقيت الوطني كبديل لخدمة المزامنة والجدولة التي يوفرها نظام تحديد المواقع العالمي. من المتوقع أن يدخل هذا البرنامج مرحلة العمل في عام 2025 ، وسيعتمد على مجموعة من الساعات الذرية الدقيقة الموزعة في عدة مواقع في جميع أنحاء المملكة المتحدة ، لنقل إشارات التوقيت عبر الراديو والإنترنت.

في الختام ، لا يوجد نظام واحد يمكنه استبدال أنظمة الملاحة باستخدام الأقمار الصناعية ، مثل نظام تحديد المواقع العالمي ، وقد نستخدم عدة حلول للسفن والطائرات والسيارات في المقابل.

تجري وزارة النقل الأمريكية الآن مسابقة لاختيار أفضل البدائل لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في حالة توقف خدماتها.

في الوقت الذي من المتوقع أن تنتشر فيه السيارات ذاتية القيادة والطائرات الشراعية لتوصيل الطرود وسيارات الأجرة الطائرة على طرقنا في العقود المقبلة ، أصبحنا أكثر اعتمادًا من أي وقت مضى على نظام الموقع العالمي.

وتعتقد كاري أن أي شخص لديه جهاز تشويش قوي يمكنه تعطيل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في منطقة بحجم لندن. هذا يعني أن مدن بأكملها قد تتعرض للشلل في المستقبل إذا لم يتم فتح الأنظمة المناسبة لتحل محل نظام الموقع العالمي في حالة فشلها.