Satélites Starlink da SpaceX podem dificultar a navegação do Exército dos EUA

Vista da Terra da SpaceX

Vista da Terra do Starlink da SpaceX SpaceX





A SpaceX já lançou mais de 700 satélites Starlink, com milhares a mais para entrar em operação nos próximos anos. Sua principal missão é fornecer internet de alta velocidade virtualmente em todo o mundo, estendendo-a a muitos locais remotos que carecem de serviços confiáveis ​​até o momento.

Agora, uma pesquisa financiada pelo Exército dos EUA concluiu que a crescente mega-constelação poderia ter um propósito secundário: dobrar como uma alternativa de baixo custo, altamente precisa e quase inviolável ao GPS. O novo método usaria os satélites Starlink existentes em órbita terrestre baixa (LEO) para fornecer serviços de navegação quase globais.

Em um não revisado por pares papel , Todd Humphreys e Peter Iannucci do Laboratório de Radionavegação da Universidade do Texas em Austin afirmam ter desenvolvido um sistema que usa os mesmos satélites, pegando carona nos sinais GPS tradicionais, para fornecer precisão de localização até 10 vezes melhor que o GPS, em um sistema muito menos propenso a interferências.



Sinais fracos

O Sistema de Posicionamento Global consiste em uma constelação de cerca de 30 satélites que orbitam 20.000 quilômetros acima da Terra. Cada satélite transmite continuamente um sinal de rádio contendo sua posição e a hora exata de um relógio atômico muito preciso a bordo. Os receptores no solo podem então comparar quanto tempo os sinais de vários satélites demoram para chegar e calcular sua posição, normalmente dentro de alguns metros.

O problema com o GPS é que esses sinais são extremamente fracos quando chegam à Terra e são facilmente sobrecarregados por interferência acidental ou guerra eletrônica. Na China, misteriosos ataques de GPS falsificaram com sucesso navios em locais falsos, enquanto os sinais de GPS são regularmente bloqueados no Mediterrâneo oriental.

Os militares dos EUA dependem muito do GPS. No ano passado, o Exército dos EUA Comando de Futuros , uma nova unidade dedicada a modernizar suas forças, visitou o laboratório de Humphreys para falar sobre uma startup chamada Coherent Navigation que ele cofundou em 2008. A Coherent, que visava usar sinais de satélites Iridium como uma alternativa grosseira ao GPS, foi adquirida pela Apple em 2015 .



Eles me disseram que o Exército tem um relacionamento com a SpaceX [assinou um acordo para testar o Starlink para mover dados pelas redes militares em maio] e eu estaria interessado em conversar com a SpaceX sobre o uso de seus satélites Starlink da mesma maneira que usei esses antigos Iridium satélites? Humphreys diz. Isso nos deu uma audiência com pessoas da SpaceX, que gostaram, e o Exército nos deu um ano para investigar o problema. Comando Futuros também forneceu vários milhões de dólares em financiamento .

O conceito de usar satélites LEO para navegação não é novo. De fato, algumas das primeiras espaçonaves americanas lançadas na década de 1960 eram satélites Transit orbitando a 1.100 quilômetros, fornecendo informações de localização para navios e submarinos da Marinha. A vantagem de uma constelação LEO é que os sinais podem ser mil vezes mais fortes que o GPS. A desvantagem é que cada satélite pode servir apenas uma pequena área abaixo dele, de modo que uma cobertura global confiável requer centenas ou mesmo milhares de satélites.

Atualize e aprimore

Construir uma rede totalmente nova de satélites LEO com relógios ultraprecisos seria um empreendimento caro. Inicialização da área da baía Sistemas de Espaço de Sala planeja fazer exatamente isso, com o objetivo de lançar uma constelação de pelo menos 300 satélites Pulsar nos próximos seis anos.



A ideia de Humphreys e Iannucci é diferente: eles usariam uma simples atualização de software para modificar os satélites da Starlink para que suas habilidades de comunicação e sinais de GPS existentes pudessem fornecer serviços de posição e navegação.

Eles afirmam que seu novo sistema pode até, contra-intuitivamente, fornecer melhor precisão para a maioria dos usuários do que a tecnologia GPS da qual ele depende. Isso ocorre porque o receptor GPS em cada satélite Starlink usa algoritmos raramente encontrados em produtos de consumo, para identificar sua localização em apenas alguns centímetros. Essas tecnologias exploram as propriedades físicas do sinal de rádio GPS e sua codificação para melhorar a precisão dos cálculos de localização. Essencialmente, os satélites Starlink podem fazer o trabalho computacional pesado para seus usuários abaixo.

Os satélites Starlink também são essencialmente roteadores de internet no espaço, capazes de atingir 100 megabits por segundo. Os satélites GPS, por outro lado, se comunicam a menos de 100 bits por segundo



Há tão poucos bits por segundo disponíveis para transmissões de GPS que eles não podem incluir dados novos e altamente precisos sobre onde os satélites realmente estão, diz Iannucci. Se você tiver um milhão de vezes mais oportunidades de enviar informações do seu satélite, os dados podem estar muito mais próximos da verdade.

O novo sistema, que Humphreys chama de navegação LEO fundida, usará cálculos instantâneos de órbita e relógio para localizar usuários dentro de 70 centímetros, estima ele. A maioria dos sistemas de GPS em smartphones, relógios e carros, para comparação, tem precisão de apenas alguns metros.

Mas a principal vantagem para o Pentágono é que a navegação LEO fundida deve ser significativamente mais difícil de bloquear ou falsificar. Não apenas seus sinais são muito mais fortes no nível do solo, mas as antenas para suas frequências de micro-ondas são cerca de 10 vezes mais direcionais do que as antenas de GPS. Isso significa que deve ser mais fácil captar os verdadeiros sinais de satélite do que os de um jammer. Pelo menos essa é a esperança, diz Humphreys.

De acordo com os cálculos de Humphreys e Iannucci, seu sistema de navegação LEO fundido poderia fornecer serviço de navegação contínuo para 99,8% da população mundial, usando menos de 1% da capacidade de downlink da Starlink e menos de 0,5% de sua capacidade de energia.

Acho que isso pode levar a uma solução mais robusta e precisa do que o GPS sozinho, diz Todd Walter, do Laboratório de GPS da Universidade de Stanford, que não esteve envolvido na pesquisa. E se você não precisa modificar os satélites do Starlink, certamente é um caminho rápido e simples.

A tecnologia de navegação também não se limita apenas aos satélites da SpaceX. A constelação OneWeb falida que o governo do Reino Unido está comprando também pode servir como um sistema de navegação caseiro , diz Iannucci, embora Starlink esteja na pole position agora.

A navegação LEO fundido tem suas desvantagens, no entanto. A mega-constelação Starlink inicial não deve operar acima de 60 graus de latitude, o que significa que os moradores de Helsinque podem perder seus benefícios, assim como os soldados em qualquer futura região disputada do Ártico ou da Antártida.

Usar o sistema no solo também significaria confiar na própria antena Starlink da SpaceX – descrita pelo CEO Elon Musk como parecendo um OVNI em uma vara , e provavelmente muito caro - em vez de chips GPS baratos que podem caber em smartphones e relógios. Qualquer futuro serviço de navegação LEO fundido, ao contrário do GPS, também teria um preço significativo, principalmente porque a SpaceX precisa começar a ver um retorno de seu enorme investimento na Starlink . Por essas razões, nem todos pensam que é o caminho a seguir.

Analisamos essa abordagem há muito tempo e nem os recursos comerciais nem técnicos faziam sentido, e é por isso que estamos trabalhando em uma constelação independente, diz o CEO da Xona, Brian Manning.

Nem o Comando Futuro do Exército dos EUA nem a SpaceX responderam aos pedidos de comentários, mas os pesquisadores da UT esperam que Musk veja o valor da nova tecnologia. Há um potencial aqui para realmente mudar a navegação em todo o mundo, diz Iannucci.

Correção: alteramos o título .

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