Categories
Технологии

5G легенди и митове

Отскоро любителите на конспиративни теории си имат нова любима тема. Тя е свързана с най-съвременната система за пренос на мобилни данни, известна като 5G. Как ни влияе тя и основателни ли са страховете на някои хора, ще се постараем да ви разкажем тук. Както обикновено, ще се опитаме да разграничим митовете от фактите, а изводите ще оставим на вас.

Но преди всичко…

Какво е 5G?

5G се нарича най-новото пето поколение на системата за безжична клетъчна комуникация. То ще направи възможен по-бързия трансфер на много повече данни, отколкото се пренасят със сега действащото най-усъвършенствано 4G поколение, известно още и като LTE. За тази цел в 5G технологията за първи път се появяват някои принципно нови концепции, които ще разгледаме по-нататък. А на долната графика може да видите сравнение на 5G с 4G/LTE мрежата, демонстрираща революционното в някои отношения превъзходство на 5G.

4G vs 5G. Изображение: statista.com

Имайте предвид, че илюстрации като тази отразяват по-скоро желания, отколкото реалности. 20 Gbps downlink скорост например е изискване според заданието за 5G, но практически то няма да бъде достигнато, поне не и в близко бъдеще.

Все пак ето някои основни преимущества [1],[2]:

  • Downlink скорост до 10 Gbps;
  • Latency (забавяне на данните) до 1 ms;
  • Честотна лента на канал до 100 MHz в обхвата до 6 GHz и до 400 МHz в обхвата над 24 GhZ

Какво ново има в 5G?

5G поколението е проектирано не просто като следваща стъпка в мобилните технологии, а като заявка за хегемония изобщо в безжичните комуникации. Точно така – в близките години се очертава истинска война за пазар с вездесъщия wi-fi протокол за комуникация, чийто водещи позиции днес могат да бъдат сериозно разклатени утре. Защото wi-fi отстъпва на 5G, както по скорост, така и по бързодействие.

За да се издигне така мощно над останалите технологии за безжична комуникация, 5G технологията залага на нещо принципно различно. Досега всички широкодостъпни и конвенционални системи за безжична мобилна комуникация използваха за пренос на данни сигнали с честоти в честотните диапазони от 900 MHz при 2G технологията до 5,2 GHz при LTE. Wi-fi-стандартът пък стандартно се използва в два варианта – класически (на 2,4 GHz) и по-съвременен (на 5 GHz).

5G технологията, от своя страна, ще работи в два честотни обхвата. В началото ще се използват канали до 6 GHz (в най-масовия случай – от 3,3 до 3,8 GHz), което съвпада със сега съществуващите технологии [3]. Но целта е в бъдеще да се впрегнат и сигнали с честоти над 6 GHz в т.нар. милиметров обхват. Очаква се 5G технологията да присвои канали чак до 86 GHz.

Карта с честотите, които ще се използват за целите на 5G в различните държави. Изображение: GSMA/TMG

Голяма работа, може би ще си кажат някои. Ами да,  работата е наистина голяма. Поради две причини:

  1. От гледна точка на преноса на данни, количеството информация, което може да пренесе даден сигнал е правопропорционално на неговата честота. Или с други думи – колкото по-висока е честотата на носещия сигнал, толкова повече информация пренасяме за единица време, т.е. толкова повече скоростта на трансфера на данни е по-висока. Това е причината с напредъка на информационните технологии непрекъснато да се върви към все по-високочестотни сигнали.
  2. От друга страна честотните обхвати до 5 GHz са силно утилизирани канал по канал за най-различни цели – от телекомуникации до радиолокационни измервания. Излъчването на широколентови сигнали тук може да е проблемно заради интерференция от съседни канали или просто защото е твърде скъпо наемането на необходимия радиочестотен ресурс. В този смисъл милиметровият обхват е нещо като Дивия запад за пазара на телекомуникациите. Все още потребителите на тези честоти са малко (предимно военни и системи за връзки със сателити), така че пазарният потенциал е голям.

Тези особености биха направили 5G технологията идеално средство за масовото навлизане на услуги, изискващи  мигновено бързодействие и обработка на голямо количество данни. Тук влизат автономното шофиране и управление на дронове, виртуално изграждане на „добавена реалност“, прогрес на IoT технологиите…

Графика на мобилните услуги, като функция на скоростта на предаване и времезакъснението.

Всъщност милиметровите вълни имат и някои недостатъци. И това не са техническите трудности, които до скоро съществуваха при генерирането на такива сигнали. А една незаобиколима особеност от физиката на тяхното разпространение. Сигналите в милиметровия обхват затихват бързо в атмосферата и се разпространяват на малко разстояние. Особено зле на разпространението на такива сигнали се отразява влагата във въздуха или валежите. Освен това обикновени дървета, стени и сгради на пътя на милиметровите вълни водят до тяхното съществено затихване.

Затихване на вискочестотните сигнали в атмосферата. Определени честоти са особено неподходящи за радиоразпространeние поради висoката абсорбция от някои атмосферни газове. Изображение: rfcafe.com

Или ако трябва да обобщим казаното до тук – 5G технологията, базирана в милиметровия обхват, може да пренася с пъти повече данни много по-бързо от сега наличните безжични технологии. Но това може да става само на малко разстояние (не повече от няколко стотин метра) или при пряка видимост до базовата станция.

Загуби на милиметров сигнал с честота 28 GHz в градска среда. Само за няколкостотин метра сградите практически спират разпространението му. Изображение: qualcomm.com

Което води до следните две особености относно 5G:

  1. Необходимостта от използването на по-ниски честоти, осигуряващи покритие на мобилната мрежа при ниска плътност на базовите станции за единица площ. Или при сложни терени. Или просто за приложения, които не изискват трансфера на големи данни (например обикновена телефония, тракинг на сензори и пр.). Погрешно е да се смята, че 5G поколението е концентрирано единствено в утилизирането на авангардни честотни канали със свръхвисоки честоти. На практика 5G технологията ще обхване и ниски честоти, дори по-ниски от сега използваните в GSM диапазона (около 900 MHz). Европа например трябва да освободи цели 100 MHz „скъпоценна“ честотна лента за 5G канали от 700 MHz нагоре, които към момента са заети предимно за ефирното предаване на цифрова телевизия. Освобождаването им в България е немалък проблем.
  2. За работа в милиметровия обхват са необходими принципно различни базови станции от досега използваните от мобилните оператори. Стърчаща антенна решетка върху покрива на някой блок или върха на хълм не е достатъчна за всички приложения, тъй като, както споменахме, сигналът се разпространява на малко разстояние и е необходима пряка видимост между станцията и нейните ползватели. За да стигне до всеки, 5G мрежата се нуждае от много повече (но и много по-малки като размери) антени, отколкото сме свикнали да виждаме. По-коректно е да си мислим за тях като за рутерите, които използваме за създаване на wi-fi мрежи.

Антени навсякъде – топологията на бъдещето

Ако считате, че днес има твърде много базови станции на мобилните оператори, загрозяващи пейзажа, то в идните години вероятно ще си спомняте с носталгия за това време. В близкото бъдеще клетките за мобилна свързаност ще стават все повече и все по-разнообрaзни като устройство и ще ги откриваме на места, на които не сме свикнали да ги виждаме. Илюстрацията по-долу показва каква концепция ще се търси.

Изображение: emfexplained.info/

Целта е да се постигне хибридна 4G/5G мрежа. Т.нар. макроклетки (големите транспондери по покривите) ще продължат да се използват, както за 4G, така и за 5G. Но освен това микро- и пикоклетките, които досега се използваха по-масово предимно в затворени пространства като зали и тунели, ще получат много по-широко разпространение,  започвайки да работят със свръхвисокочестотните сигнали. За да имаме по-„умни“ самоуправляващи се автомобили, предаващи данни почти в реално време помежду си и с околната среда, ще трябва такива клетки да бъдат разположени през няколкостотин метра около всяка пътна артерия. Те ще се разполагат и на всички публични места – спирки, кафета, градинки, навсякъде където се струпват хора. И за разлика от макроклетките тези малки клетки ще бъдат близо до земята и своите потребители (по аналогия с рутерите например).

Концепция за улична 5G микроклетка. Изображение: http://lavallette-seaside.shorebeat.com/

Антените, с които ще бъдат оборудвани тези малки клетки, ще са изградени по технологията Massive MIMO (Multiple Inputs, Multiple Outputs). Такива антени, макар и неголеми по размери, са изградени от голям брой малки антенни елементи, всеки от които независимо от другите излъчва и приема сигнали. Големият брой антенни елементи в една такива антена обслужва голям брой потребители. Но това не е единственото й предимство. Тази антена е способна да насочи сигнала си към потребителя, който обслужва, вместо да го разпръсква във всички посоки (повече за начина, по който става това, можете да прочетете тук).

Еволюцията на антените при мобилните технологии е не по-малко впечатляваща от еволюцията на самите мобилни апарати. Тенденцията и тук е към по-висока производителност при намаляване на физическите размери и повишаване на икономичността. На тази снимка виждате два типа антени, които вече се използват в 4G мрежите. Продълговата антена вдясно се нарича 8T8R, а вляво от нея има Massive MIMO 64Т64R антенна. 8T8R е доста по-голяма от Massive MIMO антената, но всъщност тя има едва 8 приемни и 8 предавателни антени, спрямо 128 приемни и предавателни антени в Massive MIMO изделието. Резултатът е 3,4 пъти по-висока производителност на Massive MIMO при downlink и 8,9 пъти при uplink. Изображение: Sprint Inc.

5G легенди и митове

Но 5G технологията се прочу не със своята техническа иновативност и предимства. Не – никой освен малцина техно-гийкове не би се впечатлил от това. Тя попадна в прицела на общественото внимание, защото поради някакви причини бе набъркана във всевъзможни теории на конспирацията. По-долу сме избрали най-интригуващите от тях и сме се помъчили да разберем има ли изобщо зрънце истина в тях.

Конспирация №1: 5G е в дъното на пандемията от SARS-CoV-2

Безспорно короната в 5G конспирациите е схващаното, че всъщност тази технология причини глобалната пандемия от COVID-19. Както със сигурност си спомняте, COVID-19 възникна и се разпространи за първи път в китайския град Ухан. Почитателите на конспирацията изтъкват, че същият град е бил избран по-рано за изпитателна площадка на новата 5G технология [6] и там са били инсталирани хиляди антени за тази мрежа. В Европа за същата цел още през 2018 г. били разположени тестови антени в Торино, Италия, който по-късно също стана център на заразата. Самата Италия, изтъкват конспиративно настроените, е единствената държава в Европа (с изключение на Ирландия), която вече е провела тестове със сигнали над 20 GHz [7].

Или с едно изречение – говори се, че има корелация между развитието на 5G мрежите и огнищата на COVID-19. Означава ли това, че има някаква истина в тази конспирация? Че едното е причина за другото?

Ами… не. Трябва да си абсолютен конспиративен екстремист, за да вярваш в подобен налудничав абсурд. Да оставим настрана изтърканата мантра, че корелацията не предполага задължително и каузалност. 5G или която и да е друга комуникационна система, базирана на предаването на електромагнитни вълни, просто няма как да причинява вирусна инфекция. Това е физически, биологически и всякак невъзможно.

СЗО предупреждава – вирусите по хората се предават с кашлица, а не безжично.

5G технологията не би могла да сее директно зарази, но дали все пак тя не спомогна за разпространението на COVID-19? Например, като отслабва имунната система на хората? На тази хипотеза ще се спрем подробно по-долу. Тя звучи малко по-състоятелно (или поне не напълно абсурдно), но отново е съшита с бели конци.

 Защото в действителност няма корелация между появата на 5G мрежи и SARS CoV-2 огнища. Макар и в началото на пандемията технологически слабо развитите държави в Африка и Южна Америка бяха засегнати в по-малка степен от COVID-19, постепенно това се промени и днес там има установени стотици и хиляди случаи, а вероятно и много повече. Тоест, вирусът се разпространява успешно и без 5G. На всичкото отгоре, Китай, който сякаш най-добре се справи с вируса, всъщност и сега усилено продължава с изпитанията на 5G мрежите [8].

Степен на достоверност: абсолютен мит

Конспирация №2: 5G вреди на здравето – отслабва имунитета, причинява рак и пр.

Тази конспирация всъщност е поредната реинкарнация на едно вековно подозрение – че радиовълните изобщо водят до заболявания и смърт. В началото на ХХ век на прицела на конспирациите е било радиото на Маркони и безжичната телеграфия. В по-ново време това са GSM и Wi-Fi мрежите.

Въпросът в каква степен радиосигналите и в частност микровълновите радиосигнали влияят върху нашето здраве е изключително сериозен и комплексен. От десетилетия се провеждат обстойни изследвания и на тяхна основа са изготвени нормативни изисквания, на които средствата, използващи такива сигнали, трябва да отговарят. Обобщено в едно изречение – микровълновите радиосигнали, използвани за комерсиални цели,  нито са напълно безвредни, нито са някакъв страшен източник на заплаха.

Най-горе – температурата на човек, не използващ мобилен телефон. В средата – повишаване на телесната му температура след 5-минутен разговор с мобилен телефон. Най-долу – след 10-минутен разговор. Забележка – това изображение не е меродавно за всички видове мобилни телефони. Изследванията по въпроса доколко се загряват главите ни по време на разговор имат широка дисперсия на резултатите – от 0,2⁰С до 2,9⁰С. [25] Изображение: drrind.com

Степента на въздействието, което ни оказва един електромагнитен сигнал, зависи от енергията, която той пренася. Тази енергия от своя страна се определя от две неща – напрегнатостта на полето в сигнала (тоест амплитудата на магнитната и електрическа компонента у в него) и неговата честота. Колкото по-високи са тези два фактора, толкова по-зле за нашето здраве. Оттук са и притесненията на хората, че с увеличаване на честота на сигналите, нарастването на предавателните мощности на базовите станции и използването на насочени антени рисковете за здравето ни ще набъбнат.

Тъй като 5G мрежите все още не работят на сто процента, а и там, където работят, действието им е от съвсем скоро, засега няма практически изследвания, които да покажат доколко неблагоприятно ни се отразяват те. Но все пак, както се изясни от принципа им на работа, поне частично те много приличат на използваните вече години наред 4G мобилни системи, тъй като работят със сходни честоти, канали и дори антени. Тоест, като отправна точка доколко вредно е 5G, може първо да си изясним до колко вредно е 4G и другите по-долни G-та.

Тази графика представя степента на радиочестотно „замърсяване“ във функция от честота на електромагнитните сигнали. Със зелено е представен естественият електромагнитен фон; с жълто – добавката от човешките технологии през 50-те години на 20-ти век; с оранжево – добавката от 80-те; и с червено – добавката от 2010-те. Най-долната синя линия пък показва допустимото ниво на излъчванията според препоръките на ICNIRP. Изображение: https://www.thelancet.com/journals/lanplh/article/PIIS2542-5196(18)30221-3/fulltext

Ала дори за тях дебатите все още не са затихнали, въпреки че се вихрят отдавна. И все пак според Световната здравна организация безжичните електромагнитни трептения, използвани от мобилните оператори и Wi-Fi мрежите, спадат към Група 2В (потенциално канцерогенни агенти) [9]. Или с други думи – възможно е въздействието на тези мрежи действително да увеличава шанса за развитието на канцерогенно заболяване, макар че това не е доказано към момента. В същата група – 2В – са и неща като хлороформа, оловото, нафталина, отработените газове от бензинови двигатели и туршията. Точно така – туршията… Стреснахте ли се? Не се стряскайте толкова – доказано канцерогенни и по-вредящи на здравето ни според СЗО са много други вещества и дейности, които отдавна сме приели за част от ежедневието. Като алкохола, колбасите, слънцето, дизеловите двигатели, мръсния въздух и дори работата на смени. [10]

Мощността на излъчваните безжични сигнали е регламентирана на държавно ниво, така че да се гарантира с достатъчно голяма сигурност тяхната безопасност. Тук можете да видите допустимите плътности на излъчвателните мощности по държави за най-разпространените GSM обхвати – при 900 и 1800 MHz. Те почти навсякъде са от порядъка на 4,5 W/m2  за 900 MHz и 9 W/m2 за 1800 MHz, което всъщност са лимитите, определени от международния регламент ICNIRP 98.  Някои държави (като България) обаче са определили по-ниски пределни плътности на излъчвателните мощности. В нашия случай допустимата стойност и при двете честоти е едва 0,1 W/m2 .

За още по-високи честоти, като тези, които 5G ще използва,  СЗО e в процес на изготвяне на нов стандарт, който да  регламентира препоръчители граници. Все пак в регламента ICNIRP 98, макар и остaрял, се дефинират пределните плътности чак до 300 GHz. Те не трябва да надвишават 10 W/m2. Може да приемем, че това е безопасната граница на 5G облъчването.

 И сега малко математика. 5G излъчвателите имат максимална излъчвателна мощност от 43 dBm (20 W) [11], a според други източници [12] – до 50 dBm (100 W). Говорим за големите клетки; малките – онези, които ще бъдат сложени по спирки и улици, са с мощност около 0,25 W. Пак според [11] коефициентът на усилване (т.нар. gain) на една Massive MIMO антенна решетка, съставена от 256 елемента е 29 dB. Целта ни сега е да пресметнем какво е безопасното разстояние до една такава антена, на което можем да пребиваваме.

Загубите при разпространение на една антена се оценяват по следната формула:

PL = 20*lg(d) +20*lg(f) + 20*lg(4π/c) – GT

Където: d e разстоянието до антената в метри; f e честотата на сигнала; c e скоростта на светлината; GT е коефициентът на усилване. Използвайки тази формула или направо калкулатор [13] можем да изчислим какви са загубите на мощен 5G предавател (50dBm) при честота да речем 30 GHz (пример за „свръхвисока” 5G  честота) и разстояние до предавателя  30m – нормално отстояние от базовите станции по покривите. Получената на това разстояние мощност е: 50 – (20*lg(10) +20*lg(30.109) + 20*lg(4π/3.108) – 29) = -12,5 dBm, което кореспондира на 0,056 mW. Излиза, че заставайки на 30 m от много мощна 5G антена, мощността  на сигнала, който ще ви облъчи, е само няколко десети от миливата! А плътността на излъчването на квадратен метър  в максимума на лъча на същото разстояние [14] е около 7 W/m2, което е в рамките на границата по ICNIRP 98.

Що се отнася до малките клетки – ако стоите на 1m от една такава клетка (с мощност 0.25W и коефициент на усилване 14 dB за 8 антенни eлемента), то ще получите 5 μW при плътност на мощността 0,5 W/m2.

Тези резултати показват, че експлоатацията на 5G мрежи при сега съществуващите норми за регулация е безопасна. Някой може да възрази, че пресмятаме въздействието на един-единствен предавател, докато в действителност ще има много. Но не забравяйте, че тези предаватели действат насочено и е невъзможно да се окажете под „прицела“ на няколко от тях за дълго време.

В заключение – необходими са много години, за да се докаже вредата или липсата на вреда от разпространението на безжични сигнали – било то 5G или някакви други. Според досегашните изследвания по този въпрос, при спазване на установените норми, няма установено въздействие върху здравето.

Степен на достоверност: възможно е, но е малко вероятно

Конспирация №3: 5G убива птиците и пчелите

Отново притеснение за здравето и живота, но този път с ветеринарен оттенък. Още откакто започнаха опити с 5G мрежи, се появиха съобщения за масови измирания на птички [14] и пчелички [15], които впоследствие бяха свързани с 5G технологията от по-конспиративно настроените.

Птичата конспирация изглежда се е родила към края на 2018 г., когато в Хага, Холандия, за няколко дни измрели 339 гълъба и скорци. Така и не станала ясна причината за този мор, обаче някой предположил, че той е свързан с 5G тестове, провеждани по същото време (и които властите отричат да са правени).  Ала истински тази конспирация се разрази по време на коронавирусната криза в Италия. Тогава се появиха съобщения за множество подобни масови измирания на птици на територията на страната, подкрепени със снимки като тази:

Пернати жертви на 5G в Италия? Всъщност не – това е резултатът от силна буря в околностите на Рим.

Впоследствие се оказа, че доказателствените снимки всъщност нищо не доказват, а заснетите птици са жертви на силни бури, паднали дървета и подобни тривиални причини [16].

Що се отнася до пчелите – ситуацията е подобна. Твърди се, че те измират в близост до 5G клетки. Пример за това е клип от 2019 г., заснет в Калифорния, показващ мъртви пчели около мачта с мобилни предаватели:

Макар и да изглежда убедително, видео като това отново не доказва нищо – заснетите предаватели всъщност са по-скоро част от 4G/LTE мрежа, а самите пчели биха могли да са търтеи, които умират скоро, след като се чифтосат. Въпрос на вкус е коя трактовка ще предпочетете.

Изобщо подозрения като тези се доказват или отхвърлят много трудно. От една страна винаги е имало масови измирания на птици и пчели, които изглеждат необясними, но в действителност имат просто обяснение – отравяне с инсектициди, заболявания, действие на гръмотевични бури, климатични аномалии и т.н. От друга страна обаче има все повече научни изследвания [17] [18] , че новите безжични технологии не се отразяват добре на летящите организми.

Поне някои от тях пречат на способностите им за самонавигиране и ориентиране, на възможностите им за създаване на силни колонии. И доколкото не е съвсем изяснен въпроса как се отразяват безжичните сигнали върху здравето на хората, то още по-неясен е целият спектър от ефекти, които оказват те върху живота на малки организми като птиците и насекомите.

Но може ли 5G да причини мигновената им смърт? Отговорът тук е – със сигурност не. 5G клетките не са машини за убиване от фантастичен филм. Микровълновото излъчване, което отдават, е способно единствено да загрее тъканите до известна степен. Но е необходима голяма концентрирана мощност, за да се постигне някакъв осезаем ефект. Например, загряване с около половин градус на кожата, съпроводено с болка,  ще се постигне за кратко време при лъчение с честота 5,8 GHz и плътност на мощността 300 W/m2 [18]! Забележете – това е 30 пъти повече от нормално допустимото. Антените на мобилните оператори не са микровълнови печки, така че дори някой малък организъм, залепен за тях, би оцелял поне известно време.

Тази заплашително изглеждаща машина е оръжие за поразяване с микровълнови лъчи на U.S. Department of Defense. Нарича се Active Denial System и излъчва насочен лъч с честота 95 GHz и плътност на мощността 10 kW/m^2, което причинява загряване на кожата до около 50°С и в редки случаи изгаряния втора степен. Дори този мастодонт обаче е далеч от това да убива директно. Изображение: Airman st Class Gina Chiaverotti / Air combat command

Степен на достоверност: мит

Конспирация №4: 5G е система за шпиониране

Нека оставим най-сетне здравната тематика, за да отдадем заслуженото и на други сюжети. Класическа черта на конспиративните теории е параноидното им отношение към силите на властта. И историите за 5G не правят изключение от правилото. Интересното тук е, че параноята избива по два параграфа:

  • Съществуват опасения, че 5G технологията би могла да се използва за шпиониране от чужди корпорации и държави и в нея са заложени специални средства, чрез които това да става;
  • Други пък се страхуват, че 5G технологията е податлива към злонамерени атаки и  че с възхода на Интернет на нещата огромен обем потребителска информация ще бъде достъпен за трети лица в реално време.

Първото твърдение постепенно добива очертанията на шпионски скандал в добрите традиции на Студената война. В основата му стои все по-изострящият се конфликт между САЩ и Китай. Както може би ви е известно, най-високо развитие в областта на 5G технологиите в света постигна именно китайският технологичен гигант Хуауей. Това обстоятелство никак не се харесва на САЩ . Щатите поведоха истинска война срещу компнията, забранявайки купуването на китайско телекомуникационно оборудване и възможността на американските корпорации да търгуват с Хуауей. САЩ дори приложиха натиск към европейските държави да постъпят по същия начин (засега по-скоро неуспешен). Самият президент на САЩ Доналд Тръмп практически обяви Хуауей за маша на китайското разузнаване.

Карта на държавите, забранили в някаква степен използването на продукти с марката Хуауей. Към настоящия момент това са САЩ, Великобритания, Австралия, Нова Зеландия, Япония и Тайван.

Конкретни обвинения и доказателства обаче все още не са представени. В официалната преса на САЩ се появиха публикации [19] , че Хуауей разполага с технологията за шпиониране от десетилетие (т.е. става дума още за 4G телекомуникационно оборудване). Тези „вратички“ (backdoors, както ги наричат в оригинал) са вложени в технологията на антените и базовите станции на Хуауей и позволяват на компанията да достъпва  конфиденциални данни, постъпили в съответната мобилна мрежа. Разбира се, от Хуауей отричат подобни обвинения и контраатакуват, че това всъщност са практики, които използват американските корпорации.

Aла все пак съществуват и други петна върху репутацията на компанията, които не идват от Америка. Така например през 2018 г. във френския вестник Le Monde се появи информация, че Хуауей е имала неправомерен достъп към конфиденциални данни в сървъри, доставени от Хуауей в щаба на Африканския съюз и точенето на тези данни е продължило пет години. Което също беше отречено от Китай. [20]

Дали наистина съществуват или не „вратички“ в технологията на 5G е въпрос с отворен отговор в полето на спекулациите. Но ако някоя компания действително си позволи да използва тайно подобни средства за достъпване на лични данни, тя рискува страшно много. Първо – рискува репутацията си, когато „вратичките“ бъдат открити от нейните клиенти. И второ – по този начин тя изобщо допуска умишлено вградена слабост в технологията си, която може да бъде използвана за хакване от злонамерени трети лица.

Тази карикатура добре илюстрира големия риск от отслабване на сигурността на данните при умишлено вграждане на „вратички“ за достъп към такива данни. И обяснява защо най-големите корпорации отказват да ги използват. ФБР например многократно е изисквало от Apple достъп към информацията в айфони на заподозрени. В един случай, добил известност преди няколко години [21], Apple отказа да разработи софтуер по молба на Бюрото, с който да хакне специален защитен софтуер в един от продуктите си. Мотивите на компанията се подразбират от илюстрацията – след като бъде изработена „вратичка“ за ФБР, тя ще бъде използвана и от всякакви други злонамерени елементи. Изображение: Signe Wilkinson

И всички тези размисли относно евентуалната уязвимост на 5G ни водят към другия по-глобален аспект на опасенията – всъщност надеждна ли е тази технология за личните данни на потребителите?

Тези критики не са безпочвени. 5G технологията предшества един тотално свързан свят, в който четката ви за зъби има IP адрес и може да бъде достъпена в Мрежата. Свят, в който колата ви се управлява от невидими алгоритми и приема информация за света от 5G мрежата. Дори да допуснем, че сигурността на 5G технологията е също толкова висока, колкото досега, рискът в този нов свят е неимоверно по-висок. Потенциалните цели за хакерски атаки ще са неизброимо повече, отколкото са сега, а последствията от тях могат да са и животозастрашаващи, ако, да речем, автономен автомобил бъде хакнат.

Може би най-същественият риск за поверителността на мобилните потребители е обусловен от факта, че 5G клетките ще бъдат гъсто разположени и като цяло обхватът им  не е голям. Това означава, че много по-точно, отколкото е сега, би могло да се определи местоположението ви. А ако съпоставите това обстоятелство с наблюдението, че дори и сега в Китай например на всяка крачка в мегаполисите има камери с лицево разпознаване [22], не е трудно да си представим, че 5G технологията има потенциала да ни доближи до сюжета на 1984.

Като протокол за сигурност, 5G мрежата, макар и по-съвършена от 4G, със сигурност не e неуязвима. Експерти по киберсигурност вече са демонстрирали успешни атаки на 5G устройства, при които неоторизирани лица научават специфики за свързаните джажди посредством снифинг, влошават функциите им  и намаляват живота на батерията им [23] [24].

Значи ли всичко това, че 5G технологията ще изложи живота ни на показ? Не е задължително. Повечето гореописани проблеми на сигурността се споделят и от сега съществуващите мрежови и компютърни технологии, с които вече сме свикнали. Хората трябва да разберат, че целта на IT компаниите не е безогледното шпиониране, а да направят преноса и съхранението на данните им  максимално защитени. Така че не е нужно е да бягаме далеч от техническия прогрес, но пък и малко повече бдителност от наша страна не би била излишна.

Степен на достоверност: възможно е, но е рано да се каже доколко основателни са страховете.

Стига толкова конспирации…

Това бяха фактите относно най-популярните 5G теории на конспирацията и нашата интерпретация, с която не е необходимо да се съгласявате. За пореден път се потвърждава, че страховете на хората растат там, където все още има определена неяснота, недоверие и  предразсъдъци. Нашият съвет, както обикновено е – осведомявайте се и четете повече. Но не жълти медии и фейсбук.

Източници:

[1] https://www.gemalto.com/brochures-site/download-site/Documents/tel-5G-networks-QandA.pdf

[2] https://www.digitaltrends.com/mobile/5g-vs-4g/

[3] http://www.emfexplained.info/?ID=25916#5G%20Spectrum

[4] https://www.5gworldpro.com/5g-knowledge/60-benefits-of-5g-massive-mimo.html

[5] https://www.allaboutcircuits.com/news/sprints-bid-to-have-5g-in-2019-using-massive-mimo/

[6] https://www.naturalscience.org/news/2020/03/coronavirus-and-5g/

[7] https://5gobservatory.eu/5g-spectrum/national-5g-spectrum-assignment/#1549379848113-e71527cb-a1c0

[8] https://www.developingtelecoms.com/telecom-business/9466-pandemic-hits-chinese-subscriber-figures-but-5g-growth-continues.html

[9] https://www.iarc.fr/wp-content/uploads/2018/07/pr208_E.pdf

[10] https://www.cancercareontario.ca/en/cancer-facts/putting-carcinogens

[11] https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7983335

[12] https://www.grandmetric.com/2019/03/26/5g-health-issues-explained/

[13] https://www.everythingrf.com/rf-calculators/free-space-path-loss-calculator

[14] https://www.roamingbuzz.com/are-5g-experiments-killing-birds-is-this-a-conspiracy/

[15] https://macdailynews.com/2019/08/02/hundreds-of-bees-drop-dead-around-5g-towers-in-california/

[16] https://apnews.com/afs:Content:8755920560

[17] https://www.nature.com/news/electronics-noise-disorients-migratory-birds-1.15176#/b2

[18] Hitchcock, R.T.; Patterson, R.M. (1995). Radio-Frequency and ELF Electromagnetic Energies: A Handbook for Health Professionals. Wiley. p. 208. ISBN 9780471284543.

[19] https://www.wsj.com/articles/u-s-officials-say-huawei-can-covertly-access-telecom-networks-11581452256

[20] https://www.reuters.com/article/us-africanunion-summit-china/china-denies-report-it-hacked-african-union-headquarters-idUSKBN1FI2I5

[21] https://www.businessinsider.com/fbi-wants-apple-help-unlocking-iphone-florida-gunman-2020-1?r=US&IR=T

[22] https://telecoms.com/501785/china-telecom-celebrates-the-state-surveillance-potential-of-5g/

[23] https://threatpost.com/5g-security-flaw-mitm-targeted-attacks/147073/

[24] https://www.cs.purdue.edu/news/articles/2019/5g-reasoner.html

[25] https://www.researchgate.net/publication/326525777

Categories
Прогрес Технологии

Новата космическа надпревара

Мнозина днес си мислят, че златните години на космическа надпревара, белязали покоряването на космоса през ХХ век, са отишли безвъзвратно в историята. Ала това е вярно само на пръв поглед. Всъщност космическата надпревара е жива тук и сега. Само че тя вече има ново, корпоративно, а не национално лице. И ако преди битката беше за Луната, то днес тя е за това кой ще създаде първата в света ракета за многократно използване.

Categories
Образование Технологии

Колко точен е GPS?

След като предишния път се опитахме да разберем какво стои в основата на системата GPS и спътниковата навигация, сега ще продължим темата, като обсъдим друг въпрос, около който витаят доста противоречия – въпросът за точността на GPS.

Categories
Образование Технологии

Как работи спътниковата навигация?

GPS устройствата, са още един пример за нещо, което всеки използва, но почти никой няма ни най-малка представа как работи. И както си му е редът, в литературата и в интернет изобилства с повърхността информация, която ни зарива с излишни подробности и дори би могла да създаде погрешна представа у човека, задал си въпроса от заглавието. Не зная дали и аз ще успея да отговоря на него. Мога само да кажа, че съм натрупал известен опит при практическата работа с устройства за спътникова навигация, който може би бил от полза на някого… Така че в този и следващия материал ще се опитам да споделя най-базовото от него.

По-общо за навигацията

Вероятно най-добрият подход при представянето на работата на нещо сложно като системата за глобална спътникова навигация, е да започнем от по-общото към конкретното. Само така ще успеем да си обясним защо тя е такава, каквато е. И така, ако се позамислим, ще се окаже, че пред една система за глобална навигация, независимо от реалното й изпълнение, има редица конкретни изисквания. Тя трябва:

– да осигурява глобално покритие на цялата планета;

– да работи непрекъснато;

– да работи стабилно и точно.

Още тук на първо място трябва дебело да подчертаем, че колкото и сложна да е конкретната реализация на GPS, ГЛОНАСС, Galileo и подобните тям навигационни системи, всички те се подчиняват на един основен и доволно прост принцип:

В равномерна среда електромагнитните лъчи се разпространяват праволинейно и с известна скорост (скоростта на светлината).

Този принцип има важни следствия. Да речем, че аз нямам идея къде съм, но някъде там има навигационна точка с известна за мен позиция, излъчваща радиосигнал, който мога да засека. Тогава, благодарение на горния принцип,  аз имам две опции.

Вариант 1

Ако засека посоката спрямо магнитния север, от която идва сигналът, то мога да заключа, че на картата аз се намирам някъде на правата, излизаща от навигационната точка в посока, противоположна на тази, която съм засякъл (тази права се нарича пеленг на наблюдателя). Пример: засичам сигнал точно от север – значи на картата аз се падам някъде на правата, спускаща се в посока юг от навигационната точка.

Позицията ми в този случай е някъде върху линията, излизаща от радиостанцията, в посока, обратна на тази, от която аз засичам сигнала й

Вариант 2

Ако засека времето, за което е дошъл сигналът от навигационната точка до мен, мога да изчисля пътя, който е изминал (скоростта на светлината по времето), и да кажа че аз се намирам в някоя точка от въображаемата сферична повърхност с радиус, равен на този път. Пример: засичам, че даден сигнал е стигнал за 1 милисекунда от навигационната точка до мен – значи аз се намирам на 300 km от навигационната точка, но неизвестно в каква посока.

Позицията ми в този случай е някъде по повърхността на сферата с център радиостанцията и радиус – пътят на сигнала, който засичам. В двуизмерно пространство, мога да огранича възможното си местоположение до окръжност.

Сега нека си представим, че имаме не една, а две навигационни точки. По методиката, описана във вариант 1, аз вече мога да определя точното си местоположение на картата – това е пресечната точка на двата пеленга от навигационните точки. Забележете обаче, че това е в сила само, ако знам посоката на магнитния север и съм допуснал, че се намирам в една равнина с навигационните точки.

Ако пък използвам методиката на вариант 2 ще се окаже, че се намирам някъде по окръжността, получаваща се при пресичането на двете въображаеми сфери с център двете навигационни точки. А ако добавя и още една, трета, навигационна точка, едва тогава мога да определя точното си местоположение като пресечната точка на трите сфери (всъщност пресечните точки в общия случай са две, но реално тази нееднозначност не създава проблем).

Тази рисунка помага донякъде да си представим пресичането на трите сфери. Изображение: www.montana.edu

Три навигационни точки (фактически четири, но за това по-нататък) и засичане на времето, за което сигналите им стигат до нас – това е начинът, по който работи GPS и всяка друга спътникова навигационни система. Забележете – трябват ни три точки, които да се виждат непрекъснато от всяка кътче на Земята. От тук следва, че навигационните точки няма как да са на земната повърхност – в този случай би трябвало да се изгради мрежа, подобна на клетъчната система на мобилните оператори и невъзможна в глобален мащаб. Така че навигационните точки трябва да бъдат високо в небето, на орбита около Земята. Няма друг начин.

А колко високо? Ако орбитата на навигационните сателити е ниска (т.нар. LEO орбита), отново е в сила съображението, че са нужни множество сателити, така че три сателита да са видими по всяко време. Например системата за глобална спътникова комуникация Iridium, чийто сателити орбитират на височина 780 km, се състои от 72 сателита. При това, за осъществяване на комуникационна сесия, е необходимо от дадена точка да е видим само един сателит, не повече. Ала другият по-сериозен проблем на LEO сателитите е, че ъгловата скорост на такива сателити на небето е много голяма – те прелитат само за около две минути над нас. Това силно би затруднило позиционирането с тях, тъй като за целта е необходимо известно време, често по-голямо от тези две минути, през което навигационният приемник непрекъснато трябва да получава сигнал от един и същ сателит.

Тогава да разположим сателитите в геостационарна орбита? В такъв случай те биха били неподвижни спрямо земната повърхност (спътниците на тази орбита орбитират със същата ъглова скорост, с която Земята се върти около оста си), така че няма да имаме никакви проблеми с проследяването на сигналите. Плюс това височината на геостационарната орбита е достатъчно голяма (36 000 km), за да се изгради система от едва 10-на сателита, които биха могли да осигурят спътниковото позициониране. Уловката този път е, че от геостационарна орбита сателитите няма да покриват полярните области на Земята и освен това, ще трябва да имат доста висока излъчвателна мощност, за да може сигналът им да се възприема от наземни приемници с прости, слабонасочени антени.

В действителност орбитите на навигационните сателити заемат междинно положение между горните два варианта. Всички системи за глобално спътниково позициониране използват орбити с височина 19-24 000 km с орбитален период около 12 часа. Така с относително малък брой сателити (поне 24 са изчислили хората), разпределени в няколко орбитални равнини, се постига пълно покритие на Земята, а гореизброените недостатъци са преодолени до голяма степен. Основният проблем на тази височина е повишената концентрация на високоенергийни частици, идващи от Слънцето, във втория радиационен пояс на Ван Алън. С подходящо екраниране на сателитите това не е чак такава болка за умиране, но запомнете, че рискът GPS да излезе от строя при едно по-мощно слънчево изригване далеч не е за подценяване.

На тази рисунка виждате разпределението на GPS спътниците в орбита и както сами можете да се убедите, иска се доста въображение, за да си го представите триизмерно. GPS спътниците се разполагат в 6 орбити, отклонени на 60 градуса една от друга, като на една орбита има поне четири спътника. Изображение: Smithsonian National Air and Space Museum

И тъй стигнахме до извода, че за да имаме глобална навигация, ни трябват минимум 24 сателита в средна околоземна орбита – всички други варианти отпаднаха като напълно неприемливи. Чудесно, само че това ни изправя пред цяла гора от нови проблеми, най-важните от които са:

Проблем 1:

Стана ясно, че сателитите играят ролята на навигационни точки с известно местоположение. Ако то е неизвестно, нищо не правим. Въпросът е как така местоположението им е известно, при условие че всички те непрекъснато се движат и то със скорости от порядъка на 14 000 km/h!? И откъде наземният потребител научава местоположението им?

Проблем 2:

Стана ясно, че за да изчислим собственото си местоположение, първо трябва да сметнем разстоянията до три сателита, на база на времето, което изминава някакъв сигнал от сателитите до нас. Е, хубаво де – ние ще засечем кога сме получили сигнала, но откъде да знаем, кога той е бил излъчен?

Има и още, но нека първо изясним тези два въпроса, защото е важно да им отговорим, ако наистина искаме да разберем как функционира GPS.

Функция на навигационното съобщение и навигационния сигнал в системите за спътникова навигация

Двата отговора се крият в структурата на навигационното съобщение и начинът, по който то достига до нас. Ала преди това нека изясним нещо, за което достатъчно много хора не си дават сметка. Може да ви се стори идиотско, но трябва да съм сигурен, че знаете това – вашето GPS устройство, интегрирано в смартфона ви или в отделен модул не излъчва никакъв сигнал, който да спомага навигацията му. То е напълно пасивно, т.е. то работи единствено чрез приемане на сигнали от GPS спътници и нищо повече.

В сигналите, които изпращат навигационните спътници е кодирано съобщение, съдържащо доста неща, включително и т.нар. ефемеридна информация. „Ефемеридна информация” означава информация за орбиталните параметри на спътника, който излъчва сигнала. Тази информация е изключително точна и позволява на навигационния приемник да научи местоположението на спътника спрямо референтен геодезически модел, записан в паметта му, с точност от няколко метра. Ефемеридните данни, излъчвани от всеки спътник за себе си, се изчисляват в наземни центрове, изпращат се от тези центрове към сателитите и се обновяват на всеки няколко часа, защото след повече време неточността се увеличава. Ето така наземният ви приемник разбира точното местоположение на навигационните си точки. Тази ефемеридна информация се излъчва от спътника за 18 секунди на всеки 30 секунди в случая на GPS и това е минималното време за първоначално позициониране при идеални условия, щом като включите приемника си (т.нар. cold start). Тук ще отбележим и че освен тези точни ефемериди, всеки спътник излъчва и по-неточна информация за орбиталните параметри на всички останали спътници от системата (нарича се алманах), която помага на приемника ви по-бързо да ги открие и му позволява почти мигновено позициониране, в случай че загуби сигнал със спътниците за няколко минути (т.нар. warm start).

Да продължим нататък. Как засичаме времето, за което сигналът стига от сателита до нас? С часовник 🙂 Само че тук идва нов проблем – за да имаме метрова точност на позиционирането със спътникова навигация, ние трябва да знаем времето, за което сигналът е стигнал до нас с точност от 20-30 наносекунди. Такава точност за продължително време може да се постигне единствено с атомен часовник. Атомен часовник, какъвто най-вероятно не бихте искали/могли/позволили да носите в джоба си. За сметка на това всеки навигационен спътник има на борда си такъв часовник (всъщност три броя в най-новите спътници, тъй като това са ресурсни компоненти), от който приемникът ви сверява времето на своя обикновен кварцов часовник. И тъй като в първия момент вашият приемник не знае с колко неговият часовник избързва или изостава от сателитното системно врeме (то също се излъчва в навигационното съобщение), това означава, че в задачата му се набърква още едно неизвестно и неизвестните стават общо четири – географска височина, географска дължина, височина и времева грешка. За да даде отговор на тази задача с четири неизвeстни, приемникът ви решава система от четири уравнения (броят на уравненията винаги трябва да е равен на броя на неизвестните), за която са необходими четири сателита, а не три както твърдях по-горе. За вас, любители на математиката, тази система изглежда така:

Тук ρ е „разстоянието” от приемника до сателита, с големи букви са координатите на всеки i сателит, с малки – на приемника, а сτ е грешката на часовника. „Разстояние” е в кавички, защото изчислената от приемника стойност съдържа грешка и поради тази причина то всъщност се нарича псевдоразстояние. Но това е отделна тема, с която засега няма да ви занимавам.

Ако часовникът на приемника ви също беше с атомна точност, щяха да са нужни само три сателита за позициониране. В реалността ни трябват четири. Хубаво е да знаете обаче, че има навигационни приемници, които могат да работят и само с три спътника (лично аз съм срещал такива), при условие че вече е направено първоначално позициониране и след това по някаква причина е изгубен един от четирите спътника. В такъв случай приемникът не изчислява една от координатите (обикновено височината), като в логовете се дава последната валидна стойност за отпадналата координата.

Получаването на навигационните съобщения от спътниците никак не е проста задача. Сигналите им се приемат от наземните приемници с изключително ниска мощност – около 1 х 10^-16 W. Всъщност мощността на навигационния сигнал е толкова ниска, че в честотната лента, в която е разпределен спектъра му, той се намира далеч под мощността на шума. Т.е. ако включите обикновен радиоприемник, настроен на навигационна GPS честота, ще чуете само шум и нищо повече. За да може да работи с толкова ниска мощност, вашият навигационен приемник използва съвсем различен подход от стандартния радиоприемник. Тъй като радиошумът се изменя по случаен закон, а фазата на навигационния сигнал се изменя по известен (за приемника) закон, всичко, което приемникът трябва да направи, е да изчака известно време през което да се натрупа полезен сигнал, така че той да изпъкне на фона на шума. Една далечна аналогия на този процес е снимането на слаби светлини (луна, звезди) през нощта. За да изпъкнат те, блендата на фотоапарата стои отворена продължително време, наричано експозиция, през което се събира светлина. После на снимката вие виждате повече неща, отколкото сте могли да забележите с очите си.

Млечният път не е нещо, което можете да видите толкова ясно дори и при идеални условия, но с увеличаване на времето на експозиция на снимката започват да изпъкват всички тези детайли, които личат тук. Снимка: Dave Morrow

Разбира се реалната теория в случая на GPS е по-сложна, но няма да задълбаем в нея, тъй като тази статия  ще заприлича на учебник по физика. По-скоро ще се опитам да ви създам една груба представа за това как стоят нещата. На първо място трябва да осъзнаете, че всеки навигационен сигнал, който приема приемникът, е кодиран с двоичен код наред с навигационното съобщение и то с такъв код, който е предварително известен на приемника. В тази част различните навигационни системи се различават, но принципът е общ. Например сателитите от американската GPS излъчват навигационните си съобщения на една и съща общодостъпна носеща честота (наречена L1 = 1 575,42 MHz) и за да ги откроява приемникът един от друг, те са модулирани с уникални кодове. Всеки сателит си има собствен уникален код. Този метод на мултиплексиране (наслагване на множество сигнали в един честотен канал) е стандартен за телекомуникацията, нарича се CDMA (Code Division Multiple Access) и се използва и в мобилните телефони. Основният конкурент на GPS – руската система ГЛОНАСС разчита на малко по-различен подход. Спътниците излъчват на различни честотни канали (от 1 593 до 1 610 MHz), като сигналите им са кодирани от общ код. Методът тук се нарича FDMA (Frequency Division Multiple Access), той също е широкоразпространен и макар да изисква повече ресурс (честотите са ресурс) има някои предимства пред CDMA. Както и да е, важното е, че при всички случаи навигационният приемник разполага с кодовете, кодиращи сигналите.

Да разгледаме работата на един обикновен GPS приемник. Неговата антена е специализирана за работа около носещата честота L1 и действа като филтър за честотите под и над нея. Приетият от нея сигнал+шум отива след някои преобразувания в десетина (поне) отделни канала на приемника. Във всеки един от тези канали приемникът извършва нещо наречено корелация – той сравнява получения сигнал със сигнал, модулиран от код-реплика и генериран – забележете –  от самия приемник. Този код-реплика е същият код, който се използва от един от 30-ната GPS сателити в орбита. В съответния канал приемникът пробва различни комбинации – отмества във времето кода-реплика и променя фазата му, така че да се отчете всяко времезакъснение между евентуално приетия код от сателита и генерираната от приемника реплика, както и Доплеровия ефект, породен от движението на приемника/сателита. Сравнявайки известно време двата сигнала, ако те имат еднакви характеристики (кодирани са от един и същ код), на изхода на канала, корелаторът ще отчете максимум. Бинго! Приемникът вече знае, че е „уловил” сигнал, може да го „захване”, така че да поддържа минимална разлика между получения код и кода-реплика, и да пристъпи към следващата стъпка – декодирането на навигационното съобщение. След като извърши същото в поне още три канала, приемникът може да разреши навигационната си задача и да каже къде сме. И всичко това за по-малко от минута! Ако искате да се запознаете по-обстойно с този процес, то прочетете това – http://www.navipedia.net/index.php/Correlators

Практически приемникът работи с повече спътници, като по този начин подобрява точността на позиционирането си. Нормално един GPS спътник използва около 7-8 спътника в даден момент, а комбинирани приемници GPS+ГЛОНАСС могат да работят и с повече от 15 спътника едновременно.

Подробности

Картинката в действителност е по-сложна предвид факта, че и GPS, и ГЛОНАСС са възникнали като военни технологии, които не са предназначени за простолюдието. Макар това вече да се променило, дори и днес тези системи са запазили част от „секретността” си. Все още не сме коментирали това (може би следващия път ще развия по-подробно този въпрос), но точността на позициониране би се подобрила съществено, ако приемникът получава навигационен сигнал от сателита на две носещи честоти или повече, не на една. И това всъщност е факт! Втората честота, по която GPS спътник изпраща подобно навигационно съобщение като това, изпратено на L1, e 1 227,6 MHz (L2), ГЛОНАСС спътниците пък са си резервирали честотите около 1 246 MHz. Само че данните от съобщението на втората честота не са достъпни за нас, обикновените хора. А не са достъпни, защото са кодирани от секретен код (известен като P(Y) код), много по-сложен и дълъг от ония кодове (известни като C/A кодове), за които говорихме по-горе. Този P(Y) код е неизвестен на приемника и без него той не може да направи нищо с втория сигнал (макар че хората са измислили някои хитрини за заобикаляне на проблема). Всъщност P(Y) кодът кодира и честотата L1, без да пречи на разкодирането на свободния C/A код. Т.е. ако сте внимавали досега излиза, че носещата честота L1 се кодира от три неща – C/A код, P(Y) код и навигационното съобщение. Объркахте ли се? Ако да, то долната схема може би ще ви помогне да си представите нагледно как се получават навигационните сигнали на GPS.

На тази схема виждате как се получават двата GPS навигационни сигнала. На нея има и някои неща, които не сме коментирали, тъй като са по-маловажни (кодовите честоти, логиката при комбинирането на цифровите данни с кодовете, както и начинът на модулиране на носещата честота – Bipolar Phase Shift Keying)

Логиката да се използва секретен код и на двете честоти е следната. Свободният С/А код може да бъде сменен по всяко време от US Department of Defence, под чието командване все още е програмата GPS. В такъв случай обикновените граждански приемници ще спрат да работят, без това да засегне позиционирането на военните потребители, оторизирани от САЩ. Тези военни приемници могат да работят и само с P(Y) кода, макар позиционирането в този случай да става по-бавно. Въпреки че от GPS твърдят, че това никога не е било правено досега, няма гаранция, че нещо подобно няма да се случи в бъдеще. В този ред на мисли – до 2000г. в навигационното съобщение, кодирано със свободния С/А код се вкарваше умишлено грешка, която водеше до неточност на позиционирането от порядъка на 100 m. Този метод на изкуствено влошаване на позиционирането за неоторизирани потребители, наречен service availability, на теория би могъл да бъде активиран отново само за няколко часа, макар от GPS обещават да не правят такива пакости.

Сами разбирате, че нещо подобно създава зависимост от САЩ и това е причината всяка що-годе напреднала и достатъчно богата държава да се опита да създаде собствена глобална навигационна система. За Русия това е ГЛОНАСС – единствената навигационна спътникова система освен GPS, която към днешна дата има глобално покритие. За ЕС това е Galileo – система, която вече трябваше да е напълно изградена, но заради евробюрокрацията е все още в твърде начален етап. За Китай това е BeiDou (Компас) – система, която засега осигурява непрекъснато покритие само над Азия, но е близо до до осигуряване и на глобално покритие.

Надявам се, че вече разбирате по-добре как работи спътниковата навигация. Спестих доста детайли, които обаче е въпрос на добро желание сами да си набавите. Най-добрият и актуален on-line ресурс по въпросите на GPS и другите системи е www.navipedia.net. На българси достатъчно изчерпателен е учебникът Основи на приложението на GPS в геодезията, който можете да прочетете свободно тук – http://uacg.bg/filebank/att_2805.pdf. А иначе препоръчителна литература, ако наистина имате желание да дълбаете навътре, са книгите:

Hofmann – Wellenhof, B., Lichtenegger, H., Wasle. E. GNSS – Global navigation satellite systems GPS, GLONASS, Galileo and more. Springer.

Groves, P. Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, 2nd Edition. Artech House.

и особено:

Kaplan, E. Understanding GPS: Principles and Applications, Second Edition. Artech House,

които можете да закупите… или да откриете в специализираните сайтове…

Следващият път ще разгледаме от какво зависи точността на спътниковата навигация.

Categories
Прогрес Технологии

Мястото на България в Европейската космическа агенция

Веднъж вече писахме за участието на България в Европейската космическа агенция (ЕКА) преди повече от 2 години, статията може да намерите тук. Миналия месец (април 2015 година) се случиха две събитития, които промениха отношенията между нашата страна и ЕКА. Настоящата статия има за цел да обобщи къде се намираме, какви възможности ни се откриват и какво още ни предстои.

На 8 април 2015 година България и ЕКА подписаха споразумение за кооперираща държава, новини за това събитие може да намерите на сайта на Министерството на икономиката (тук), както и на сайта на ЕКА (тук). На 29 април 2015 година българското ведомство и ЕКА организираха, и проведоха информационен ден за компании, академични, и изследователски организации за участие в първата покана за представяне на предложения за тръжна процедура. Имах възможността да присъствам на първата половина от това представяне и накратко ще споделя с вас какво е развитието на членството на България в Европейската космическа агенция.

Споразумението

Подписаното споразумение между България и ЕКА е за европейска кооперираща държава (European cooperating state, ECS) – последен етап от подготовката за пълноправно членство. Европейската кооперираща държава участва непряко в дейността на агенцията, като за нея трябва да се приеме 5-годишен план (Plan for ECS, PECS) за развитие, съгласуван между участващата страна и агенцията.

Какво е развитието на България като кооперираща държава след подписването на споразумението? Засега сме съвсем в началото на процеса, като следните неща трябва да се случат:

1. Ратификация на подписаното споразумение от парламента на Република България.

2. Приемане на плана за кооперираща държава (PECS), което трябва да стане най-много година след подписването на споразумението или преди 8 април 2016 година.

3. До месец след приемането на плана България трябва да заплати членския си внос в Европейската космическа агенция.

Въпреки че процесът по присъединяване на нашата страна към космическата агенция като кооперираща държава не е приключил, съвместната дейност започва съвсем скоро. Проведеният наскоро информационен ден имаше за цел да представи на българските компании, академични и изследовaтелски организации начинът на работа и изискванията към нея на ЕКА

Възможностите

Достъпът до процедурите и ресурсите на ЕКА става изключително и само през официална електронна система. Регистрацията е задължителна и не особено сложна – няма да описвам в подробности системата, може да се запознаете с нея в презентацията, с която представителите на агенцията запознаха участниците на информационния ден.

Първата тръжна процедура се очаква да бъде публикувана на 11 май 2015 година. Времето за подаване на проектите обикновено е 6 седмици, но за първата процедура има бонус от 2 седмици, което означава, че крайният срок за подаване на предложенията е 6 юли 2015 година. Отново няма да навлизам в подробности, които може да намерите в презентацията.

Тръжните процедури за първите 5 години докато сме кооперираща държава са само за български компании и институции (регистрирани в България), бюджетът за тях е отделен само за нашата страна и се определя от членския ни внос. След приемането на България за член на ЕКА, ще бъде предоставен достъп и до общите тръжни процедури наравно с всички останали членове на агенцията.

Оценяването на проектите е по няколко критерии, като за всеки от тях е задължително да бъде оценен поне като приемлив. В противен случай предложението се отхвърля. Представителите на ЕКА изрично уточниха, че най-големият брой отхвърлени проекти се дължи на идеи и предложения, които не са необходими на агенцията. Или с други думи, може да имате уникална идея с революционно изпълнение, но ако всичко това не върши работа на ЕКА, вашето предложение ще бъде отхвърлено и няма да сключите договор.

Обикновено продължителността на сключените договори с одобрените предложения е 2 години, тъй като бюджетът се разпределя за толкова време. Възможни са обаче и изключения при по-специални случаи.

Заключение

Българските компании и институции имат на разположение 5 години да проверят къде се намират и евентуално да се адаптират в сферата на съвременните космически изследвания и технологии. Този период е наистина доста кратък, но за сметка на това липсва конкуренцията на големите европейски компании, консорциуми и институти, които несъмнено вече имат и огромен опит в работата си с ЕКА. Да се надяваме България успешно да се включи в дейността на ЕКА и да има принос за успехи като този.

Categories
Прогрес Технологии

Летящите коли са тук, но на кого му пука?

AeroMobil 3.0  е словашка летяща лека кола, която прави точно това, което се очаква от една летяща кола. Можете да я шофирате по пътната инфраструктура и да я паркирате в гаража си, като обикновен лек автомобил, а ако ви омръзне да пъплите по земята, е достатъчно само да си намерите дълъг прав участък, за да се понесете във въздуха като малък самолет.

Categories
Event Horizon Прогрес Технологии

Ракетите: ІV част – нови технологии

В заключителната статия за ракетните технологии ще се опитам да ви запозная бегло с най-иновативните съвременни концепции за ракети, граничещи малко или много с фантастика.

Categories
Технологии

Ракетите: ІІІ част – ракетни двигатели

Днес ще се върнем към темата за ракетите, като ви разкажа за техния най-важен елемент – ракетния двигател.

Categories
Прогрес Технологии

Космически електроцентрали

Нека се абстрахираме замалко от времето навън и си представим, че е хубав и ясен ден, а слънцето грее високо в небето. В един такъв прекрасен ден всяка секунда на всеки квадратен метър от земята около нас падат около 1 360 J чиста енергия от слънчевите лъчи.

Categories
Прогрес Технологии

Ще изчисти ли Япония космическия боклук?

Напоследък всички говорят какъв сериозен проблем са космическите отпадъци около Земята, но  реални стъпки за справянето с тях липсват. И докато мнозина предлагат различни футуристични концепции, то Японската космическа агенция JAXA вече осъщестява на практика една от тях.