نخستین قربانی جنگ، حقیقت است. اما سیگنال قابلاعتماد جیپیاس کمی بعد از آن قرار میگیرد. پارازیتانداختن روی سیگنالهای یک سامانه جهانی ناوبری ماهوارهای (GNSS)، مانند جیپیاس آمریکا، آنقدر آسان است که با شروع درگیری رایج شده است. سیگنالهای قویتر از تجهیزات جدیدتر میتوانند پارازیتاندازی را دشوارتر کنند، اما مقیاس بالقوه این تهدید اکنون بسیار بزرگتر از آنچه پیشتر تصور میشد به نظر میرسد. مقالهای که در ژوئن توسط تیمی به سرپرستی تاد هامفریز از دانشگاه تگزاس در آستین منتشر شد، دهها اختلال گسترده جیپیاس را در سراسر اروپا و جاهای دیگر از سال ۲۰۱۹ به بعد به مجموعهای از ماهوارههای روسی نسبت داد. این پژوهش نشان میدهد پارازیت یا حتی تداخل ناخواسته از فضا میتواند یک قاره کامل را تحت تأثیر قرار دهد.
یک جایگزین برای GNSS بهسادگی نصب دوربین روی یک پرنده و استفاده از نرمافزار برای پیگیری عوارض زمین در زیر آن است. اما این روش فقط روی خشکی کار میکند و میتواند با پوشش ابر، غبار یا تاریکی مختل شود. بنابراین دو روش دیگر و کاملاً متفاوت در دست بررسی است. یکی از پدیدههای کوانتومی—تکانه زاویهای فوتونها و اسپین الکترونها—برای دنبالکردن نقشههای مغناطیسی سطح زمین استفاده میکند. دیگری موقعیت یک ناظر را با بهرهگیری از امواج رادیویی محیطی که برای مقاصد دیگر پخش میشوند تعیین میکند. هیچیک از این دو روش هنوز به دقت GNSS نمیرسد، اما هر دو در حال تبدیل شدن به پشتیبانهای معتبری هستند.
بسیاری از سنگها بهطور ضعیف مغناطیسی هستند و توزیع آنها در پوسته زمین به بینظمیهایی در میدان مغناطیسی سیاره منجر میشود. چشمانداز ناهنجاریهای حاصل تقریباً در هر شرایطی و بهیکاندازه روی خشکی و دریا قابل تشخیص است. اگر هواپیمایی به مگنتومتری مجهز شود که بتواند این ناهنجاریها را شناسایی کند و سامانه ناوبری مغناطیسی (MagNav) آنها را با نقشههای موجود تطبیق دهد، موقعیت آن را میتوان بهدقت ترسیم کرد. سال گذشته Q-CTRL، شرکتی استرالیایی، در یک پرواز آزمایشی بر فراز نیو ساوت ولز سامانه MagNav را نمایش داد که از یک جایگزین برجسته جیپیاس دقیقتر بود.
حسگر Q-CTRL شدت محلی میدان را با دستگاهی به نام مگنتومتر نوری (OPM) اندازهگیری میکند. این کار با تاباندن لیزر به ابری از اتمهای روبیدیم انجام میشود. اگر پرتو لیزر بهدرستی تنظیم شود، الکترونهای اتمها به حالتی وارد میشوند که به میدانهای مغناطیسی خارجی بسیار حساساند. سپس میتوان از لیزر دیگری برای پیگیری رفتار الکترونها و محاسبه میدان مغناطیسی محیط استفاده کرد و به نرمافزار سامانه اجازه داد موقعیت خود را روی نقشه مشخص کند.
در همین حال، شرکتهای دیگر روی نوع متفاوتی از حسگر شرط بستهاند که میتواند نهتنها شدت میدان—همانطور که حسگرهای Q-CTRL انجام میدهند—بلکه جهت آن را نیز نشان دهد. آنها باور دارند این حسگرها، اگر برای ناوبری در برابر نقشههای برداری که به تولیدشان کمک میکنند به کار روند، میتوانند به ناظر امکان دهند موقعیت خود را دقیقتر مشخص کند.
یکی از این شرکتها SBQuantum، مجموعهای کانادایی است. دستگاه آن مگنتومتر الماس-NV نام دارد که چنانکه از نامش پیداست، الماسی در قلب خود جای داده است. الماسها معمولاً مغناطیسی نیستند، اما میتوان با ایجاد آنچه مراکز نیتروژن-جایخالی (NV) در شبکههای بلوریشان خوانده میشود، آنها را مغناطیسی کرد. اینها جاهایی هستند که دو اتم کربن شبکه با یک اتم نیتروژن جایگزین میشوند—و حفرهای میگشایند که الکترونها پیرامون آن گرد میآیند. وقتی الماس در میدان مغناطیسی قرار گیرد، نظم شبکهاش یک شبکه سهبعدی فراهم میکند که رفتار الکترونها را میتوان در برابر آن سنجید. سپس میتوان قرائتهای دقیقی از شدت و جهت میدان گرفت.
در حال حاضر، اشکال اصلی هر دو این رویکردها کمبود نقشههای خوب از میدان پوستهای است. نقشههای موجود تمایل دارند با یکدیگر ناسازگار باشند و اغلب دقت لازم برای ناوبری را ندارند. بنابراین برخی شرکتها، از جمله SBQuantum، مأموریتهای نقشهبرداری هوایی انجام میدهند تا نقشههای خود را بسازند، در حالی که دیگران، مانند SandboxAQ، شرکتی کالیفرنیایی، پیشنهاد میکنند نقشههای پراکنده موجود بهبود یابند و بههم متصل شوند. این شرکت در ژوئن مقالهای ارائه کرد که پیشنهاد میداد آژانسهای دولتی، نیروهای مسلح و پژوهشگران آمریکا برای انجام همین کار در مقیاس جهانی همکاری کنند. ممکن است بهزودی خواستهشان برآورده شود. در ژوئن دونالد ترامپ خواستار پیشرفت در حسگری کوانتومی شد و به وزارت جنگ دستور داد کاربردها را بررسی کند.
در همین حال، دیگران در حال توسعه روشهایی برای استخراج موقعیت از سیگنالهای رادیویی ماهوارهای هستند که از پیش وجود دارند. کمیسیون ارتباطات فدرال آمریکا بر کار بیشتر روی این «سیگنالهای فرصت» فشار آورده است و چند تیم در حال تلاشاند. یک تکنیک اندازهگیری جابهجاییهای دوپلر است. هنگامی که ماهوارهای نزدیک و سپس دور میشود، فرکانس ارسالهایش بهنظر میرسد بالا و سپس پایین میرود، بسیار شبیه سوت قطاری در حال عبور. هرچه ناظر به مسیر ماهواره نزدیکتر باشد، تغییر فرکانس سریعتر است. سپس میتوان اطلاعات مربوط به مدارهای ماهواره را با اندازهگیریهای فرکانس ترکیب کرد تا موقعیت را تخمین زد.
یکی از پیشگامان، آزمایشگاه ASPIN، مجموعهای پژوهشی در دانشگاه ایالتی اوهایو است. در نمایشی روی یک کشتی تفریحی در غرب گرینلند در ۲۴ اوت ۲۰۲۴، سامانه آن به نام Matrix ارسالهای ۲۱ ماهواره اینترنتی استارلینک و وانوب را که از بالای سر میگذشتند پردازش کرد. با داشتن موقعیت و سرعت آغازین، Matrix کشتی را تنها ۲۷ متر از موقعیت واقعیاش قرار داد.
با این حال، موقعیتیابی با دوپلر یک کاستی چشمگیر دارد: ماهوارهها میتوانند از مسیر منحرف شوند یا برای پرهیز از برخوردهای احتمالی مانور داده شوند. این بهنوبه خود میتواند تخمینهای موقعیت گیرنده را که از جابهجاییهای دوپلر محاسبه شدهاند مختل کند. استفانو توماسین، کارشناس دانشگاه پادوآ در ایتالیا، میگوید خطاهای بین ۱۰۰ متر تا بیش از یک کیلومتر رایج است.
با این حال، دقت باید بهبود یابد. اسپیسایکس، مالک استارلینک، اکنون پیشبینیهایی برای مدارهای بیش از ۱۱٬۰۰۰ ماهوارهاش منتشر میکند. برخلاف دادههای ردیابی تولیدشده توسط نیروی فضایی آمریکا، اینها مانورهای برنامهریزیشده را در نظر میگیرند. دکتر هامفریز میگوید پیشبینیهای اسپیسایکس تمایل دارند تنها تا چند متر از موقعیت واقعی ماهوارهها دقیق باشند. این باید به گیرندهها امکان دهد جابهجاییهای دوپلری که مشاهده میکنند را بهتر تفسیر کنند.
مسیر دیگری برای دقت بیشتر را مارک پیسیاکی از ویرجینیا تک دنبال میکند. او میگوید ترفند این است که یک گیرنده اصلی در موقعیتی معلوم قرار گیرد تا جابهجاییهای دوپلری مورد انتظار از مسیر پیشبینیشده ماهواره را با آنچه واقعاً مشاهده میکند مقایسه کند و تصحیحها را به گیرندههای در موقعیتهای نامعلوم پخش کند. او با بودجه وزارت حملونقل آمریکا یکی از این گیرندهها را توسعه میدهد و امیدوار است موقعیتیابی دقیق تا حدود ده متر را به دست دهد.
گیرنده اصلی دکتر پیسیاکی میتواند راه دیگری برای بهرهگیری از سیگنالهای فرصت را نیز تسهیل کند: محاسبه مدت زمانی که یک سیگنال از منبع تا گیرنده طی میکند. او میگوید ایده این است که از موقعیت معلوم گیرنده اصلی و موقعیت پیشبینیشده یک ماهواره استارلینک توسط اسپیسایکس استفاده شود تا مشخص گردد سیگنال چه زمانی ارسال شده است. سپس زمان خروج آن سیگنال میتواند به گیرندههای در موقعیتهای نامعلوم پخش شود. این به هر گیرنده امکان میدهد تعیین کند همان سیگنال چه مدت طول کشیده تا به موقعیتش برسد و بنابراین فاصلهاش از ماهواره چقدر است. دکتر پیسیاکی میگوید با ترکیب اندازهگیریهای فاصله از چهار ماهواره استارلینک با دادههای دوپلر، گیرنده باید بتواند موقعیت خود را تا فقط دو متر تعیین کند.
این جستوجو حتی به ارسالهای برجهای مخابراتی نیز گسترش یافته است. در آزمونهایی با نیروی هوایی آمریکا، آزمایشگاه ASPIN از Matrix برای ناوبری یک هواگرد با پیگیری جابهجاییهای کوچک در سیگنالهای پخششده توسط برجهای تلفن همراه استفاده کرده است. زک کاساس، مدیر این آزمایشگاه، میگوید Matrix به شرکتها و کاربران نظامی مجوز داده شده است و انتظار دارد این تجهیزات ظرف دو سال آماده عرضه به بازار شود. بنابراین، ناوبری قابلاعتمادتر ممکن است همین حالا در سیگنالهای طبیعی و ساختبشری که پیرامون ما را گرفتهاند در دسترس باشد. ¦