Techniek uit WW2 voor GPS backup

GPS satelliet

GPS satellietTechnologie welke ontwikkeld is tijdens de tweede wereldoorlog gaat gebruikt worden als back-up voor GPS. De Engelse General Lighthouse Authorities (GLA) hebben laten weten dat ze een systeem met de naam eLoran geïnstalleerd hebben in zeven havens verspreid over Engeland.

 

De GLA zegt dat veel kritische instrumenten aan boord van schepen gebruik maken van het Global Navigatie Satelliet Systeem, en als die falen zijn de gevolgen niet te overzien.

Het nieuwe systeem, dat gebaseerd is op grondstations in plaats van satellieten, is ontworpen om gebruikt te worden in het geval dat GPS uitvalt.

"Alle schepen die tegenwoordig op zee zijn, zijn zwaar afhankelijk van GPS, " zegt Martin Bransby, onderzoeks- en radio navigatie manager voor de General Lighthouse Authorities van Engeland en Ierland tegen BBC's technology programma Click.

"Het is hun primaire navigatiesysteem – en daarnaast zijn een heleboel andere instrumenten er ook van afhankelijk. Heb je het niet, dan ben je ten dode opgeschreven."

De tests van eLoran hebben plaatsgevonden in Felixstowe, de drukste containerhaven in Engeland.

Elk jaar komen er zo'n drie miljoen containers binnen in de grootste schepen die er op de wereld rondvaren.

Het veilig manoeuvreren met deze schepen in de drukke waterwegen is van vitaal belang, en de enige manier om dit momenteel te doen is met behulp van GPS.

De GLA heeft aan boord van de Galatea, een schip met een lengte van 80m, geprobeerd wat er gebeurt als het satelliet systeem uitvalt.

Martin Bransby demonstreerde een probleem met GPS door de stekker uit de ontvanger van het schip te trekken.

Binnen een paar seconden begonnen overal alarmen af te gaan naarmate de instrumenten één voor één uitvielen.

"Dit is het gyrokompas – die bestuurt het schip – en zoals je ziet stopt die met werken," zei Bransby.

"Lopen we hier naartoe, dan zien we de radar, en die doet het ook niet meer. En hier is de dynamische positionering: die zorgt ervoor dat het schip op zijn plaats blijft, en die is ook gestopt.

"De elektronische weergave van de kaart wordt onbruikbaar. Zelfs de klok aan boord van het schip stopt met werken."

Tijdens een serie testen constateerde de GLA dat bijna elk apparaat aan boort van het schip gebruik maakt van GPS – zelfs het onboard satelliet entertainment systeem.

Bransby zegt: "Moet je je voorstellen dat je de wacht loopt op het schip, het is midden in de nacht, het is donker, mistig, je vaart in het Engelse kanaal en dan gebeurt dit. Wat doe je dan? Feitelijk zit je dan behoorlijk in de shit."

Het GPS signaal kwijtraken is niet slechts een theoretisch probleem. Het systeem werkt met een groot aantal satellieten die om de aarde cirkelen, maar het signaal dat ze uitzenden is zwak en kan makkelijk gestoord worden.

Andere satelliet navigatie systemen – zoals Galileo in Europa en Glonass in Rusland – hebben dezelfde zwakheden, zegt Prof David Last van het Royal Institute of Navigation.

"Een klein beetje vermogen die een jammer uitzendt op de frequentie dat door GPS gebruikt wordt in de buurt van de ontvanger is genoeg om 'm doof te maken, en daardoor kunnen de GPS signalen dan niet meer ontvangen worden," zegt hij.

"Jamming is nu al een reëel probleem in Korea. Er zijn drie gevallen bekend waarbij Noord Korea met hoog vermogen storing heeft veroorzaakt richting Zuid Korea."

Maar ook de zon kan satellietsystemen uit de lucht halen, voegt hij daar aan toe.

"De zon zendt dan zoveel radiostoring uit tijdens zonnestormen, dat óf de verstoring van de atmosfeer grote onzekerheid in de GPS positie veroorzaakt, óf dat GPS zelfs helemaal uitvalt in het door de zon beschenen deel van de aarde."

Tot nu toe is er geen "Plan B" voor als GPS het niet doet, maar volgens de GLA wordt eLoran daar een belangrijk stuk gereedschap in.

De techniek daarvoor werd al ontwikkeld tijdens de tweede wereldoorlog.

Het Long Range Navigation system (Loran) was het kindje van Amerikaanse wetenschappers en werd gebruikt om Amerikaanse oorlogsschepen de weg te wijzen tijdens zeeslagen in de Pacific.

Na het einde van de oorlog werd het geüpdate naar Loran-C, en geïmplementeerd door zeevaarders van over de hele wereld – tot GPS die taak overnam.

En nu is die infrastructuurvoorzien van een nieuwe naam, eLoran, en verbeterd zodat het nauwkeuriger is. Loran maakt een comeback.

Waar de zenders van GPS zich in de ruimte bevinden, bevinden de zenders van eLoran zich op de grond.

Radiostations zenden langegolf signalen uit. Ze gebruiken dezelfde methode als GPS om een positie vast te stellen, maar er zijn belangrijke verschillen.

Professor Last zegt: "Het mooie van het geheel is dit: de radiofrequenties die eLoran uitzendt zijn compleet anders dan die van GPS.

"De vermogens, in plaats van heel laag, zijn heel groot; daarnaast is de propagatie van de signalen totaal verschillend."

Hij voegt daar aan toe: "Alles dat belangrijk is, verschilt van GPS zodat er geen gemeenschappelijke factor is die de werking verhindert. Het resultaat is een plug-and-play vervanging voor GPS."

De General Lighthouse Authorities hebben inmiddels eLoran geïnstalleerd in zeven havens langs de kust van Engeland, waarmee de eerste implementatiefase is afgesloten. Het systeem is actief in Dover, Sheerness, Harwich en Felixstowe, Middleborough, Leith, Humber en Aberdeen.

Aan boord van de Galatea demonstreert Martin Bransby hoe een dual e-Loran en GPS ontvanger werkt.

Hij zegt: "Wat er in deze doos gebeurt is dat zodra we een verstoring van het satelliet signaal zien, een algoritme bepaalt over er overgeschakelt moet worden naar eLoran. En het doet dat zonder onderbreking."

Op dit moment wordt eLoran getest voor de scheepvaart, maar het systeem kan ook een rol spelen op het land bij systemen die nu van GPS afhankelijk zijn.

Volgens Prof Last is een back-up systeem al lang over tijd.

"De meeste mensen denken dat GPS er is voor hun TomTom en om de laten zien waar hun smartphone is," zegt hij.

"Maar er is waarschijnlijk geen enkel gebied binnen de industrie, commercie of telecom dat niet afhankelijk is van GPS. Raken we GPS kwijt, dan raken we dat ook allemaal kwijt."

Dat het systeem wereldwijd gebruikt gaat worden is echter niet waarschijnlijk.

De Amerikaanse kustwacht is de bestaande eLoran infrastructuur juist aan het afbouwen. En in Europa hebben de regeringen van Noorwegen en Frankrijk al laten weten dat ze er volgend jaar mee stoppen.

Er is een kans dat commerciële bedrijven de boel gaan exploiteren, maar zonder steun van een paar van de grootste landen met zeescheepvaart zal eLoran er niet voor iedereen zijn om redding te bieden als het erop aan komt.