Evropská unie začíná budovat konkurenta GPS

Satelitní navigační systém Galileo se má stát novou, dokonalejší a civilní alternativou GPS již koncem tohoto deseti...


Satelitní navigační systém Galileo se má stát novou, dokonalejší a civilní
alternativou GPS již koncem tohoto desetiletí. Jak bude tento systém fungovat,
jaké jsou jeho technologie a proč vůbec vzniká? Na tyto otázky se pokusíme
odpovědět v dnešní Cover Story.
Po celá staletí určoval člověk svou polohu podle slunce nebo v noci podle
hvězd. Díky jejich rozložení, výšce nad horizontem a dalším charakteristikám
dokázali námořníci s určitou přesností říct nejen to, kde přibližně jsou, ale
také kterým směrem se pohybují. Tyto informace ve spojení s mapami umožňovaly
jednak dopravu na velké vzdálenosti a jednak objevování nových míst.

Proč satelitní navigace?
Ve 20. století se potřeba určit polohu na Zemi rozšířila za hranice
objevitelských plaveb a navíc se výrazně zpřesnila. Stavaři, geodeti, výletníci
a především vojáci využívají dnes nejdokonalejší systém satelitní navigace
americký GPS (Global Positioning System). Ačkoliv, s trochou snahy o alegorii,
můžeme říci, že jeho signály pocházejí také z hvězd, jde o něco zcela jiného
než o určování polohy jen podle nich.
Satelitní systém, respektive jeho přijímač, je schopen za optimálních podmínek
určit svou polohu s přesností na méně než jeden centimetr. Tato poloha je ale
pouze sadou čísel koordinát. Teprve jejich propojením s jinými daty, obvykle
mapou nebo trasovací aplikací, vzniká skutečná užitná hodnota systému. Turista
na horách ví, kde se právě nachází a kam jde, voják v tanku ví, kterým směrem a
jak daleko je od nepřátelské základny.
GPS původně vzniklo jako čistě vojenský systém. Když bylo, v rámci ukázky
"dobrého ducha Ameriky", uvolněno pro civilní použití, existovalo omezení
přesnosti. Systém obsahoval (a někdy ještě stále obsahuje) chybu, která
vyvolávala určitou odchylku v měření přístroji, které pro něj nebyly
konstruovány. Poté, co se podařilo tento systém záměrných chyb obejít (řešení
bylo zkonstruováno v Česku), stalo se GPS "přesným" pro všechny.
Dnes tomuto fungujícímu a odzkoušenému systému roste konkurence. Galileo, zcela
nový satelitní navigační systém v režii Evropské unie a její kosmické agentury
ESA, se má stát zdokonalením, náhražkou a v jistém smyslu i konkurencí
stávajícího systému. Ačkoliv leží zahájení jeho provozu ještě v budoucnu,
složitost, finanční náročnost a další aspekty projektu vyvolávají diskuse již
dnes.

Galileo přichází
Evropský projekt navigačního systému Galileo vychází z několika aspektů.
Stávající GPS sice funguje, ale je mimo jakoukoliv kontrolu svých uživatelů.
Jeho primárním úkolem je stále ještě vojenství a jeho domovskou armádou je ta
ze Spojených států amerických. Neexistuje systém varování před poruchami nebo
nepřesnostmi, o zkreslení signálu se také může uživatel dozvědět až několik
hodin poté, co k němu dojde. Riziko okamžitého vypnutí nebo úplného
znepřístupnění signálů GPS civilním uživatelům sice není díky politice USA
nijak velké, přesto existuje. Chyba nebo instalace odchylky přitom příliš
nevadí turistovi s osobním přijímačem. Může však způsobit problémy v letecké,
námořní, či kamionové dopravě.
Neprůhlednost je mimo jiné také silnou politickou zbraní. V případě mezinárodní
krize je sice vysoce nepravděpodobné, že by prezident USA sáhnul po jaderném
knoflíku, narušení GPS by nicméně bylo také značnou katastrofou. Vždyť
terminály využívají statisíce firem, veřejných institucí i jednotlivců pro
práci, pro tvorbu nových věcí, dopravu, různé služby nebo dokonce pro záchranu
lidských životů.
A tak se EU rozhodla vytvořit civilní alternativu ke GPS Galileo. Systém
využívá podobných technologií jako jeho starší americký bratříček jeho koncepce
je však pochopitelně obohacená o poučení se z chyb. Celý systém by měl být
uveden do komerčního provozu v roce 2008.
Satelitní navigační systém má několik úrovní, přičemž tou poslední je přijímač.
Buďto přenosný, osobní, nebo instalovaný do nějakého zařízení či dopravního
prostředku. Při konstrukci systému Galileo se počítá s tím, že jeho přijímače
budou také schopny zpracovávat signál stávajícího GPS. Tím může teoreticky
vzniknout nejdokonalejší navigační systém na světě za celou dobu historie
lidstva. Navíc v případě výpadků jednoho ze systémů zůstane v provozu ten
druhý. Pokud budou fungovat oba společně, pak budou nejspíše dodávat extrémně
přesné informace.

Svět v rukou
Základním prvkem navigačního systému Galileo bude síť třiceti družic na střední
oběžné dráze ve třech pásech. Tyto satelity budou svým signálem pokrývat
prakticky celou planetu, přičemž v každém pásu bude jeden, jenž bude sloužit
jako rezerva. Satelity budou ze země "krmeny" velice přesnými časovými údaji ze
speciálního střediska (PTF Precision Timing Facility).
Velice důležitým elementem je také nutnost udržet všechny na jejich přesně
daných místech, tak aby tvořily integrální síť, nebo možná přesněji řečeno
matici. O to se budou starat základny řízení integrity (IPF Integrity
Processing Facilities) a základny řízení satelitů (SCF Satellite Control
Facilities). Kromě toho bude síť na globální úrovni obsahovat také centrální
řídící středisko a pochopitelně ještě další střediska, zabývající se obchodem,
nabídkou navigačních služeb, zajišťováním servisu atd. Prostě vším, co k
poskytování takové služby patří.
Kromě toho budou existovat další zařízení na regionální, a dokonce i na místní
úrovni. Je to proto, že zatímco klasický poziční systém je dostatečný pro
určení polohy čehokoliv v terénu, tak například na letišti je vyžadováno velké
množství různých poloh, a to i vzájemných mezi jednotlivými body. Právě v
takových případech chce projekt Galileo přijít se speciálními centry, jejichž
úlohou bude poskytování ještě přesnějších informací o poloze s větší rychlosti
a spolehlivosti.
Samotný přijímač, v rukou uživatele nebo jako součást složitější konstrukce,
"naslouchá" signálu ze satelitů. Aby byl schopen určit polohu, potřebuje tyto
signály přinejmenším dva. Čím více jich ovšem má, tím přesnější může být.
Navigace funguje, dle současných zkušeností, jen pod širým nebem a navíc ne
vždy.
Přijímač převede známou polohu satelitů a zjištěný čas, který byl potřeba pro
překonání cesty signálu, na koordináty a vloží je do aplikace. Aplikacemi jsou
v současné době, jak již bylo zmíněno, především mapy. Do budoucna jich ovšem
může být mnohem více. Na bázi navigačního systému lze postavit prvky
komunikační sítě. Uvažuje se zejména o GSM a nastupujících UMTS. I když tyto
sítě mohou také, s určitou spolehlivostí, zjistit polohu svých klientů, jejich
integrace s Galileem by přinesla řádově novou kvalitu například na poli
bezpečnosti, turistiky, péče o staré a nemocné lidi, dálkové sledování vězňů či
osob odsouzených k pohybu jen po omezeném území. Tato technologie může být
pochopitelně velice snadno zneužita, což ovšem není problém jejích autorů jako
spíše uživatelů.

Modernější
Galileo by měl být modernější systém než GPS. Očekává se, že bude nabízet vyšší
přesnost základního, jednorázového zaměření polohy za kratší čas, než je k tomu
potřeba dnes. Dalším problémem, se kterým se některé aplikace GPS potýkají, je
energetická náročnost na funkci klienta. Ta by měla být u Galilea rovněž lépe
vyřešena. Všechny části systému budou jištěny proti výpadku nebo proti ztrátě
integrity dat. Tím se rozumí porušení vzájemné polohy satelitů, poškození
nosného signálu mezi nimi, ztráta komunikace s řídícím centrem, průnik
"pirátského" nebo poškozeného signálu, napadení počítačového systému a mnoho
dalšího.
První, experimentální satelity by měly být vypuštěny již v roce 2005. Od roku
2006 se očekává postupné nasazování jednotlivých částí sítě. S tím souvisí i
výstavba pozemních center, testování a příprava služby, výroba klientských
zařízení a modulů. V současné době probíhají jednání mezi agenturou ESA,
respektive Evropskou komisí, a vládou USA o využívání některých společných
frekvencí. To by výhledově mohlo zajistit nejen paralelní fungování GPS a
Galilea, ale také určitou vzájemnou kompatibilitu a především mohlo by výrazně
snížit náklady na výrobu přijímačů.
Celý systém má začít fungovat naplno v roce 2008. Zatímco GPS neposkytuje
žádnou garantovanou službu, Galileo ji má umožnit. Správa systému bude ručit za
provoz sice ne bezplatné varianty, ale bezpečnostní/záchranné služby a služby s
vyšším nárokem na přesnost. Ty se budou od sebe lišit počtem a typem
přijímaných signálů. To je také další rozdíl mezi připravovaným Evropským a
stávajícím americkým systémem. Zatímco americký nabízí veřejnosti pouze jediný
signál (i když používá více úrovní) a záleží jen na počtu dosažitelných
satelitů, v případě Evropského jsou obě tyto hodnoty proměnnými, přičemž další
signály bude de facto možné si "předplatit".
Galileo bude nabízet takových signálů celkem deset v rozsahu 1 154-1 215 MHz a
1 215-1 300 MHz. Tyto frekvence jsou voleny tak, aby se předešlo možným
interferencím s jinými civilními, ale především vojenskými systémy. Signály
budou na své cestě šifrovány jednak proto, aby se eliminovalo riziko možnosti
jejich padělání (to je problém, který však hraničí se science fiction, resp.
Jamesem Bondem) a také aby se zajistila jejich integrita a možnost rozlišovat
mezi volnými a "placenými" kanály.

Hvězdy nejsou ve hvězdách
O projektu Galileo, respektive jeho realizaci bylo již rozhodnuto. Momentálně
probíhá přípravná fáze, vývoj a testování technologií. Existují názory, které
tvrdí, že datum uvedení celého systému do chodu je jednak nadhodnocené a jednak
i tak opožděné. Současné GPS nemůže fungovat donekončena. Satelity mají
omezenou životnost, struktura signálu a možnosti systému přestávají být
dostatečnými. Armádní aplikace se navíc potýká i s dalšími problémy. Proto bude
muset být GPS v dohledné době také podstatně vylepšeno.
Američané mohou čerpat ze zkušeností stavby jednoho systému, Evropa má zatím
pouze entuziasmus, potřebu osamostatnit se a poměrně málo času. Od projektu
Galileo si slibuje mimo jiné snížení nehodovosti na silnicích, zlevnění a
urychlení nákladní autodopravy, zvýšení bezpečnosti osob i majetku.
Nakolik jsou všechna tato přání reálná a nakolik se jedná jen o argumenty pro
výstavbu další megalomanské kosmické sítě, se ukáže v nejbližších letech po
uvedení celého systému do provozu. Také konkurenční kooperativní vztah s GPS
není a jen tak nebude zcela vyjasněn zejména v případě, dojde-li opravdu k jeho
razantnímu vylepšení ještě před komerčním startem Galilea, respektive v krátké
periodě po něm. Jak to všechno dopadne, zjistíme asi tak okolo roku 2010. I
když se nám to dnes zdá jako poměrně vzdálená a mlhavá budoucnost, není jí.
Galileo je extrémní projekt extrémně složitý, časově i finančně náročný.
Projekt, který se může pokazit na vysokém počtu různých míst. Z tohoto ohledu
je časový plán tak, jak si jej představuje ESA a Evropská komise, v zásadě
krátkým.

Bída a lesk satelitů
Zatím stále ještě bohužel platí axiom, že cokoliv na nebi je drahé. Systém GPS
mohl být vytvořen, spuštěn a dodnes provozován právě pro svůj původ v armádě.
Tam se totiž ani tak nehledí na náklady a jejich návratnost, jako spíše na
efektivitu, spolehlivost, rychlost a potřebu být vždy o krok či dva před
potenciálním nepřítelem.
GPS funguje, zatímco jiný, ryze komerční projekt satelitní telekomunikační sítě
Iridium ne, přestože představa snadného telefonování odkudkoliv kamkoliv, bez
zdlouhavé přípravy a čekání na signál, byla lákavá. Ale také těžkopádná a
drahá. Právě proto Iridium skončilo, po obavách z nejhoršího, kdy hrozila
likvidace satelitů shořením v atmosféře, tam, kde se neefektivnímu daří
prakticky opět v rukou armády.
GPS funguje a Galileo vzniká nejen jako jeho zdokonalení, ale také prevence
před hrozbou, jakou by znamenalo jeho vypnutí. Ohromné částky vložené do
navržení GPS, sestavení a uvedení do provozu se nemusejí nikde vracet.
Zadavatelem byla americká armáda, a ta nic akcionářům nevysvětluje.
Galileo je však civilní projekt. Přichází v době, kdy GPS prakticky bez
problémů pracuje. Jeho zadavatelem je EU a koordinuje jej ESA. Ve skutečnosti
se na něm ale bude podílet mnoho soukromých firem.
Ty jej sestaví, uvedou v život a zaplatí. Pak ale budou chtít své peníze zpět
pochopitelně i s úroky. Najde si komerční služba dost uživatelů? Systém nestačí
jen postavit je třeba jej udržovat v chodu 24 hodin denně. To bude také stát
peníze. Bude na to stále dostatek finančních prostředků? To vše jsou otázky
zatím bez odpovědí.

Systém a jak funguje
Galileo bude tvořen třiceti satelity ve třech pásech na střední oběžné dráze
(MEO).
V každém pásu bude jeden satelit plnit funkci "náhradníka". Bude schopen se
přesunout a zaujmout v rámci svého pásu místo poškozeného nebo nefungujícího
kolegy.
Princip satelitní navigace je založen na velice přesném určení času.
Odvysíláním informace o čase lze zjistit, jak daleko se zařízení, které ji
přijalo, nachází od vysílače, známe-li rychlost pohybu vln, které používáme pro
přenos této informace.
Abychom mohli ze vzdálenosti vyvodit polohu, musíme vědět, že informaci vyslal
určitý satelit, který se nachází na unikátním, jasně daném místě. Potřebujeme
také signál z více než jednoho satelitu.
Každá jednotka má přesně daný dosah a jejich signály se protínají v určitých
místech. Díky zjišťování těchto průsečíků jsme schopni vyvozovat polohu.

Zadarmo a za peníze
Služba GPS je bezplatná, postačí mít přijímač a aplikaci.
Základní služba Galilea (Open Service) bude také bezplatná.
Kromě toho Galileo nabídne několik dalších služeb, které již placené budou.
Tyto služby budou určeny aplikacím s vyššími nároky na přesnost nebo rozsah
služby.

Slovníček
GPS (Global Positioning System) - navigační systém původně vyvinutý pro potřeby
armády USA. Dnes se využívá i (především) pro civilní účely.
Galileo - evropský poziční systém; bude fungovat na stejném principu jako GPS,
ale bude modernější. Má odstranit navigační závislost Evropy, ale prakticky
celého světa na GPS.

Klient Galilea
Klientským zařízením Galilea budou klasické osobní přijímače, zařízení
zamontovaná do dopravních prostředků, jiných měřicích přístrojů a podobně.
Satelitní systém je možné již dnes kombinovat s jinými. Jako velmi efektivní se
jeví například kombinace se službami GSM/UMTS(3G), které by v době plné
aktivace Galilea již měly být přinejmenším částečně funkční. Tak by mohlo
vzniknout mnoho nových, zajímavých aplikací.

Domovské www-stránky
Projekt Galileo
http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo
Systém GPS
http://www.gps.gov/gps

Jak bude Galileo použitelný
Nová elektronika bývá obvykle menší než ta stará a v případě navigačního
systému to platí rovněž. Technická specifikace Galilea by měla umožnit vytvářet
menší přijímače, respektive přijímací moduly, než jsou v současnosti. Měly by
mít menší spotřebu energie i menší časovou náročnost a měly by být levnější.
Přijímačem není celé zařízení s LCD displejem, bateriemi apod., ale jen modul.
Ten je aplikovatelný kamkoliv do autoalarmů, obalů pro cenné balíky atd.
současně při snížení ceny na únosnou mez všude tam, kde by současné GPS bylo
sice potenciálně užitečné, ale kde fakticky být nemůže.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.