NTS-3. Navigation Technology Satellite – 3, czyli GPS po nowemu

Satelity systemu GPS są z nami już tyle lat, że zdążyły się zestarzeć. I nie mówimy tu o tych pierwszych wystrzelonych na orbitę. Tych dawno już nie ma. Zestarzała się kolejna generacja i w związku ze zmieniającymi się uwarunkowaniami na polu walki, potrzeba kolejnych innowacyjnych rozwiązań. Tak oto na scenę wchodzi generacja satelitów NTS-3. Linia Navigation Technology Satellite – 3 ma pozwolić odzyskać nieco blasku technologii GPS, której coraz trudniej funkcjonować w zagłuszanym środowisku. Przyjrzyjmy się zatem bliżej NTS-3.

System GPS nie jest już tym, czym był kiedyś

U swego zarania system GPS był rozwiązaniem wojskowym, ale z czasem doszło do znaczącego przewartościowania i obecnie środek ciężkości przesunął się na zastosowania cywilne. Użycie wojskowe stanowi jedynie ułamek zastosowań globalnych. Kontrola lotów, pozycjonowanie statków, bankowość, rolnictwo i sieci komórkowe to tylko niektóre z obszarów zależnych od poprawnego działania systemu GPS.

 

Zważywszy na poziom uzależnienia od nieprzerwanego odbioru sygnału GPS, system ten stał się potencjalnym celem ataku i słabym ogniwem dla funkcjonowania nie tylko armii, ale i gospodarek. Lokalne zagłuszanie sygnału GPS czyni część precyzyjnego uzbrojenia bezużytecznym oraz potrafi zakłócić funkcjonowanie lotnictwa cywilnego, co obserwowaliśmy w Syrii, czy też flot handlowych, co widzimy na przykładzie Morza Czarnego.

GPS block II-A satellite
Znajdujący się na ekspozycji w San Diego niewystrzelony satelita GPS block II-A. Ostatni z satelitó tego typu został wycofane w kwietniu 2020 roku. Źródło: Wikipedia

NTS-3 ma wnieść system GPS na kolejny poziom

System GPS to nie tylko pozycjonowanie, ale tak naprawdę też nawigowanie oraz co szczególnie istotne dla przemysłu precyzyjny czas (position, navigation, and timing – PNT). Zespół naukowców z Air Force Research Laboratory (AFRL) wraz z partnerami z przemysłu kosmicznego opracowuje rozwiązania mające zapobiec „majstrowaniu” przy danych PNT.

 

W domyśle system ma być odporniejszy na ewentualne zakłócanie lub fałszowanie danych. Choć podaje się tutaj wszystkie obszary takie jak wojskowy, cywilny i przemysłowy, to nikomu nie trzeba chyba tłumaczyć, że najbardziej całe to zakłócanie nie podoba się armii.

schemat satelita NTS-2
Schematyczny rysunek satelitów z rodziny NTS-2. Źródło: National Air and Space Museum

NTS-3. Rok testów i zobaczymy co dalej

Zasadniczo plan, jaki jest realizowany, sprowadza się do wysłania jednego satelity Navigation Technology Satellite – 3 na orbitę  geosynchroniczną i sprawdzeniu w praktyce, jak nowe rozwiązania działają w rzeczywistych warunkach. Sam satelita to jednak nie wszystko. Poza nim testowane będzie nowe naziemne centrum dowodzenia oraz nowe odbiorniki wyposażone w  zwinne oprogramowanie (agile software).

 

Program NTS-3 ma za zadanie eksperymentować z wieloma zintegrowanymi i zaawansowanymi technologiami. W ich skład mają wejść: sterowane elektronicznie anteny ze skanowanie fazowym, elastyczne i bezpieczne przesyłanie sygnałów, nowe odbiorniki sygnału GPS, poszerzona automatyzacja segmentu kontroli naziemnej oraz wykorzystanie jednolitego naziemnego systemu antenowego.

NTS-3 L3Harris
Satelity systemu NTS-3 mają dawać znacznie większe możliwości niż te używane do tej pory. Źródło: L3Harris

Navigation Technology Satellite – 3 zabezpieczy segment PNT?

NTS-3 ma przetestować nowy cyfrowy generator sygnału, który będzie można przeprogramować na orbicie. Pozwoli on na przesyłanie nowych sygnałów, zwiększy możliwości systemu poprzez unikanie i pokonywanie zakłóceń oraz doda sygnatury, co pozwoli zwalczyć systemy podszywające się pod sygnał GPS.

AFRL chce również przetestować różne konfiguracje anten zapewniające odpowiednie pokrycie ziemi oraz regionalne sygnały na wielu częstotliwościach i w wielu rodzajach kodowania.

Kolejną nowością ma być funkcja „bounce-back”. W związku z coraz większym zagęszczeniem sygnałów w przestrzeni kosmicznej coraz większą liczbą satelitów oraz czynnikami naturalnymi następuje sukcesywna degradacja sygnałów. Chodzi zatem o możliwie szybkie przywracanie systemu do działania, wprowadzenie opcji zautomatyzowanego operowania w przypadku sytuacji „lights-out” w którymś z centrów dowodzenia i automatycznym zastępowaniu tychże centrów. Pokładowe systemy satelitów będą monitorować dokładność zegarów oraz parametry orbity. Jak podaje AFRL, ma to zapobiec błędom i informować użytkowników o potencjalnych zagrożeniach.

Kluczowe w całej sprawie jest utrzymywanie ciągłej wiedzy na temat czasu, jak i pozycji satelitów zwłaszcza w przypadku utraty kontaktu z centrum kontroli. Chodzi również o zachowanie precyzji lokalizacji dla samych użytkowników w przypadku manewrów satelitów na orbicie. Nowy system ma również wykrywać i korygować anomalie czasu i sygnału.

Porównanie satelitów systemu GPS. Od lewej: NTS-1, NTS-2 i koncepcyjny NTS-3. Źródło: AFRL

Nowa era w centrach kontroli satelitów Navigation Technology Satellite – 3

NTS-3 poza nowymi satelitami na orbicie ma również przynieść nową jakość w obszarze centrów dowodzenia. System ma być kompatybilny z architekturę Enterprise Ground Services (EGS) opracowywaną przez Space and Missile Systems Center (SMC). Chodzi o przygotowanie jednego systemu, który połączy się ze wszystkimi satelitami US Air Force i Space Force. Ma to przynieść milionowe oszczędności w obszarze szkolenia i późniejszego operowania.

 

W skrócie ESG ma czerpać z technologii big data i łatwiej dzielić się danymi, oraz cechować się większą świadomością sytuacyjną i większymi możliwościami współpracy. Co istotne system GCS dla NTS-3 będzie wstecznie kompatybilny z wcześniejszymi stacjami kontroli.

satelita NTS-3 wizualizacja
Dzięki NTS-3 funkcjonowanie systemu GPS ma być bardziej odporne na zakłócanie. Pożyjemy zobaczymy... Źródło: AFRL/ 2d Lt Jacob Lutz

A co w praktyce oznaczają prace nad systemem NTS-3?

W poprzednich akapitach padło tyle „buzz words”, że aż trudno uwierzyć. Niestety, ale tak dzisiaj pisane są oficjalne dokumenty, projekty, opisy i relacje. Im więcej napchane jest słów kluczy aktualnie trendujących w świecie technologii, tym cały tekst wygląda lepiej. Warto więc to wszystko przełożyć z polsko-angielskiego na nasze.

 

W skrócie. Rosjanom, Chińczykom i innym potencjalnym przeciwnikom USA ma być po wprowadzeniu NTS-3 znacznie trudniej zakłócać sygnał systemu GPS. Ma się to przełożyć na zachowanie możliwości wykorzystywania uzbrojenia naprowadzanego przez GPS również w środowisku, w którym działa przeciwnik i blokuj nasz sygnał. Nie wiemy, jakie modyfikacje wojskowe zostaną wprowadzone na satelitach i jak one wpłyną na utrzymanie potencjału broni precyzyjnej. Te kwestie są ściśle tajne, ale można założyć, że jeśli zostały odpowiednio przemyślane, to dadzą Amerykanom znów kilka lat przewagi.

 

Gdy przeciwnicy znów nauczą się blokować lub fałszować sygnały, dojdzie do kolejnej modernizacji, być może bez wymian satelitów, ale w warstwie oprogramowania. Mówimy tutaj o horyzoncie 5-10 lat. Trudno jednoznacznie wyrokować jak cała sprawa się potoczy.

 

Dla nas, czyli użytkowników cywilnych, korzyści wynikające z nowego rodzaju satelitów będą najpewniej niezauważalne. NTS-3 może przydać się przemysłowi, podnosząc w jakimś stopniu jego odporność na ewentualne zagrożenia wynikające z majstrowania przy sygnale satelitów. Nie ma co się jednak oszukiwać i łudzić, że Navigation Technology Satellite – 3 będzie niczym mityczny szwajcarski scyzoryk MacGyvera, którym załatwimy wszystkie problemy. Co najwyżej odsuniemy je w czasie do momentu,  aż przeciwnik odbije piłeczkę.

Źródło:
  • https://afresearchlab.com/technology/space-vehicles/successstories/nts-3