Компания SpaceX предложила Федеральной комиссии по связи США (Federal Communications Commission, FCC) использовать спутники Starlink в качестве альтернативы традиционной системе GPS. Об этом говорится в письме, направленном регулятору 8 мая 2025 года в рамках обсуждения перспективных решений для систем позиционирования, навигации и синхронизации времени (PNT).

Источник изображения: Unsplash, capnsnap

По данным SpaceX, компания уже ведёт работу над интеграцией технологии PNT в свой сервис Starlink, который предоставляет широкополосный доступ в интернет и мобильную связь через спутниковую группировку на низкой околоземной орбите. Запуск сервиса с поддержкой сотовых сетей намечен на июль 2025 года совместно с оператором T-Mobile.

В письме FCC SpaceX подчеркнула, что её спутники Starlink могут эффективно дополнить возможности GPS, которая исторически управляется одним поставщиком — Министерством обороны США. Компания обозначила такую альтернативу как «особенно привлекательную возможность, позволяющую быстро развернуть спутниковые группировки нового поколения с низкой задержкой передачи данных и повсеместной мобильной связью, одновременно обеспечивая услуги позиционирования и навигации».

В письме SpaceX не уточнила детали технической реализации публичного доступа к PNT через Starlink, однако заявила о готовности сыграть ключевую роль в создании более устойчивой и защищённой инфраструктуры позиционирования и навигации не только для США, но и для более чем 130 стран, где действует её сервис.

Разработка альтернативных решений PNT актуальна в контексте усиливающейся уязвимости единой системы GPS и необходимости поддержания технологического лидерства США в этой сфере.

Космическая погода и состояние ионосферы Земли вносят ошибки в работу систем глобального позиционирования. Для их коррекции наземная сеть станций несколько раз в сутки создаёт карту поправок для работы спутниковых систем GPS. Карта не всегда успевает за динамикой изменений космической погоды, что может иметь последствия, например, для работы систем автопилота.

Оранжевым показана работа специальных станций, синим — смартфонов. Источник изображения: Nature 2024

Ионосфера нашей планеты начинается примерно с 50 км над уровнем моря и простирается до 1500 км. Она состоит из слабо заряженных (ионизированных) частиц, находящихся в магнитном поле планеты. В зависимости от активности Солнца объём ионизированной плазмы может увеличиваться или уменьшаться, причём эта неоднородность отличается от одной местности к другой и изменяется в реальном времени. Таким образом, динамика ионосферы постоянно вносит погрешности в данные GPS, что сказывается на точности определения координат приёмниками, например, смартфонами.

Регулярно обновляемые карты позволяют частично корректировать эти погрешности, как это делает алгоритм в смартфоне. Однако полностью устранить ошибки невозможно, так как специализированные станции не следят за ионосферой постоянно и расположены далеко не повсеместно. Учёные из Университета штата Колорадо в Боулдере (CU Boulder) совместно со специалистами Google придумали использовать для наблюдения за ионосферой миллионы обычных смартфонов. По точности сбора данных они уступают дорогостоящему научному оборудованию, но компенсируют это числом и покрытием. Подключив к программе 40 миллионов смартфонов по всему миру, исследователи смогли следить за ионосферой планеты с небывалой ранее точностью и в режиме реального времени.

Специальные станции глобального позиционирования охватывают лишь 14 % ионосферы. Использование смартфонов на добровольной и анонимной основе позволило увеличить этот показатель до 21 %. Исследователи смогли наблюдать явления в ионосфере, которые ранее не были видны в таком масштабе: движение ионосферных «пузырей» вверх и вниз, подобно воску в лавовой лампе, прогиб ионосферы над Европой и её возмущения над Северной Америкой. Учёные уверены, что перспективы такого подхода к наблюдению за ионосферой огромны, и он поможет значительно повысить точность работы систем глобального позиционирования.

Работа смартфонов в этой программе заключается в регистрации уровня замедления сигнала на приёмнике глобального позиционирования. Это достигается благодаря использованию штатного двухдиапазонного приёмника. На более длинных волнах сигнал замедляется сильнее, чем на коротких. Разница в измерениях позволяет определить плотность ионосферы на линии связи со спутниками. Учёные считают это колоссальным и пока недостаточно используемым инструментом для изучения ионосферы нашей планеты.