Die Starlink-Satelliten von SpaceX könnten die Navigation der US-Armee schwer stören

Blick auf die Erde von Starlink von SpaceX SpaceX

SpaceX hat bereits mehr als 700 Starlink-Satelliten gestartet, und Tausende weitere sollen in den kommenden Jahren online gehen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, Hochgeschwindigkeitsinternet praktisch weltweit bereitzustellen und es auf viele abgelegene Orte auszudehnen, die bisher keinen zuverlässigen Dienst hatten.

Jetzt hat eine von der US-Armee finanzierte Forschung ergeben, dass das Wachstum Mega-Konstellation könnte einen sekundären Zweck haben: die Verdoppelung als kostengünstige, hochgenaue und nahezu störungsfreie Alternative zu GPS. Die neue Methode würde vorhandene Starlink-Satelliten im erdnahen Orbit (LEO) verwenden, um nahezu globale Navigationsdienste bereitzustellen.

In einem nicht von Experten begutachteten Papier , Todd Humphreys und Peter Iannucci von der Radionavigationslabor an der University of Texas in Austin behaupten, ein System entwickelt zu haben, das die gleichen Satelliten verwendet, Huckepack auf traditionelle GPS-Signale, um eine bis zu 10-mal höhere Standortgenauigkeit als GPS zu liefern, in einem System, das viel weniger anfällig für Störungen ist.

Schwache Signale

Das Global Positioning System besteht aus einer Konstellation von rund 30 Satelliten, die 20.000 Kilometer über der Erde kreisen. Jeder Satellit sendet kontinuierlich ein Funksignal, das seine Position und die genaue Zeit von einer sehr genauen Atomuhr an Bord enthält. Empfänger am Boden können dann vergleichen, wie lange es dauert, bis Signale von mehreren Satelliten ankommen, und ihre Position berechnen, normalerweise auf wenige Meter genau.

Das Problem mit GPS ist, dass diese Signale extrem schwach sind, wenn sie die Erde erreichen, und leicht durch versehentliche Interferenzen oder elektronische Kriegsführung überwältigt werden können. In China, mysteriöse GPS-Angriffe haben erfolgreich Schiffe an gefälschten Orten gespooft, während GPS-Signale im östlichen Mittelmeerraum regelmäßig gestört werden.

Das US-Militär ist stark auf GPS angewiesen. Letztes Jahr die US-Armee Futures-Befehl , eine neue Einheit, die sich der Modernisierung ihrer Streitkräfte widmet, besuchte Humphreys Labor, um über ein Startup namens Coherent Navigation zu sprechen, das er 2008 mitbegründet hatte. Coherent, das darauf abzielte, Signale von Iridium-Satelliten als grobe Alternative zu GPS zu verwenden, wurde 2015 von Apple übernommen .

Sie sagten mir, die Armee habe eine Beziehung zu SpaceX [sie hat im Mai eine Vereinbarung zum Testen von Starlink zum Verschieben von Daten über militärische Netzwerke unterzeichnet] und ob ich daran interessiert wäre, mit SpaceX über die Verwendung ihrer Starlink-Satelliten auf die gleiche Weise zu sprechen, wie ich diese alten Iridium verwendet habe Satelliten? sagt Humphreys. Das verschaffte uns eine Audienz bei Leuten bei SpaceX, die es mochten, und die Armee gab uns ein Jahr Zeit, um uns mit dem Problem zu befassen. Futures Command auch stellte mehrere Millionen Dollar an Fördergeldern zur Verfügung .

Das Konzept, LEO-Satelliten für die Navigation zu verwenden, ist nicht neu. Tatsächlich waren einige der ersten US-Raumfahrzeuge, die in den 1960er Jahren gestartet wurden, Transit-Satelliten, die in einer Höhe von 1.100 Kilometern umkreisten und Standortinformationen für Navy-Schiffe und U-Boote lieferten. Der Vorteil einer LEO-Konstellation besteht darin, dass die Signale tausendmal stärker sein können als bei GPS. Der Nachteil ist, dass jeder Satellit nur ein kleines Gebiet darunter bedienen kann, sodass für eine zuverlässige globale Abdeckung Hunderte oder sogar Tausende von Satelliten erforderlich sind.

Upgraden und verbessern

Der Aufbau eines völlig neuen Netzwerks von LEO-Satelliten mit ultragenauen Uhren wäre ein teures Unterfangen. Bay Area-Startup Raum-Raum-Systeme plant, genau das zu tun, mit dem Ziel, in den nächsten sechs Jahren eine Konstellation von mindestens 300 Pulsar-Satelliten zu starten.

Die Idee von Humphreys und Iannucci ist anders: Sie würden ein einfaches Software-Upgrade verwenden, um die Satelliten von Starlink so zu modifizieren, dass ihre Kommunikationsfähigkeiten und vorhandenen GPS-Signale Positions- und Navigationsdienste bereitstellen könnten.

Sie behaupten, dass ihr neues System für die meisten Benutzer entgegen der Intuition sogar eine bessere Genauigkeit liefern kann als die GPS-Technologie, auf die es sich stützt. Das liegt daran, dass der GPS-Empfänger auf jedem Starlink-Satelliten Algorithmen verwendet, die in Verbraucherprodukten selten zu finden sind, um seinen Standort auf nur wenige Zentimeter genau zu bestimmen. Diese Technologien nutzen die physikalischen Eigenschaften des GPS-Funksignals und seine Codierung, um die Genauigkeit der Standortberechnungen zu verbessern. Im Wesentlichen können die Starlink-Satelliten die schwere Rechenleistung für ihre Benutzer unten übernehmen.

Die Starlink-Satelliten sind im Wesentlichen auch Internet-Router im Weltraum, die 100 Megabit pro Sekunde erreichen können. GPS-Satelliten hingegen kommunizieren mit weniger als 100 Bit pro Sekunde

Für GPS-Übertragungen stehen so wenige Bits pro Sekunde zur Verfügung, dass sie es sich nicht leisten können, frische, hochgenaue Daten darüber aufzunehmen, wo sich die Satelliten tatsächlich befinden, sagt Iannucci. Wenn Sie millionenfach mehr Möglichkeiten haben, Informationen von Ihrem Satelliten nach unten zu senden, können die Daten der Wahrheit viel näher kommen.

Das neue System, das Humphreys fusionierte LEO-Navigation nennt, wird sofortige Orbit- und Uhrenberechnungen verwenden, um Benutzer auf 70 Zentimeter genau zu lokalisieren, schätzt er. Zum Vergleich: Die meisten GPS-Systeme in Smartphones, Uhren und Autos sind nur auf wenige Meter genau.

Der entscheidende Vorteil für das Pentagon besteht jedoch darin, dass die fusionierte LEO-Navigation wesentlich schwieriger zu stören oder zu manipulieren sein sollte. Seine Signale sind nicht nur in Bodennähe viel stärker, sondern die Antennen für seine Mikrowellenfrequenzen sind etwa 10-mal stärker gerichtet als GPS-Antennen. Das bedeutet, dass es einfacher sein sollte, die echten Satellitensignale aufzunehmen, als die von einem Störsender. Das ist zumindest die Hoffnung, sagt Humphreys.

Nach den Berechnungen von Humphreys und Iannucci könnte ihr fusioniertes LEO-Navigationssystem 99,8 % der Weltbevölkerung einen kontinuierlichen Navigationsdienst bieten und dabei weniger als 1 % der Downlink-Kapazität von Starlink und weniger als 0,5 % seiner Energiekapazität verbrauchen.

Ich denke, dies könnte zu einer robusteren und genaueren Lösung führen als GPS allein, sagt Todd Walter vom GPS Lab der Stanford University, der nicht an der Forschung beteiligt war. Und wenn Sie die Satelliten von Starlink nicht modifizieren müssen, ist dies sicherlich ein schneller und einfacher Weg.

Die Navigationstechnologie ist auch nicht nur auf die Satelliten von SpaceX beschränkt. Die bankrotte OneWeb-Konstellation, die die britische Regierung kauft, könnte auch als eine dienen selbstgebautes Navigationssystem , sagt Iannucci, obwohl Starlink gerade in der Pole Position ist.

Fused LEO-Navigation hat jedoch ihre Nachteile. Es wird nicht erwartet, dass die anfängliche Starlink-Megakonstellation über dem 60. Breitengrad betrieben wird, was bedeutet, dass die Bewohner von Helsinki ihre Vorteile verpassen könnten, ebenso wie Soldaten in zukünftigen umstrittenen arktischen oder antarktischen Regionen.

Die Nutzung des Systems am Boden würde auch bedeuten, sich auf die eigene Starlink-Antenne von SpaceX zu verlassen – die von CEO Elon Musk als aussehend beschrieben wird UFO auf einem Stock , und wahrscheinlich sehr teuer – eher als billige GPS-Chips, die in Smartphones und Uhren passen. Jeder zukünftige fusionierte LEO-Navigationsdienst würde im Gegensatz zu GPS auch mit einem erheblichen Preisschild verbunden sein, nicht zuletzt, weil SpaceX anfangen muss, eine Rendite für seine enorme Investition in Starlink zu erzielen . Aus diesen Gründen denken nicht alle, dass dies der richtige Weg ist.

Wir haben uns diesen Ansatz schon vor längerer Zeit angesehen, und weder die kommerziellen noch die technischen Möglichkeiten machten wirklich Sinn, weshalb wir an einer eigenständigen Konstellation arbeiten, sagt Xona-CEO Brian Manning.

Weder das US Army Futures Command noch SpaceX reagierten auf Anfragen nach Kommentaren, aber die UT-Forscher hoffen, dass Musk den Wert der neuen Technologie erkennen wird. Hier besteht das Potenzial, die Navigation weltweit wirklich zu verändern, sagt Iannucci.

Korrektur: Wir haben die Überschrift geändert .

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