Ende April wurde das Global Positioning System (GPS) 25 Jahre alt. GPS ist in unserem Leben so tief verwurzelt, dass wir seine Rolle in unserer Gesellschaft leicht vergessen. Es ist jedoch von entscheidender Bedeutung für unsere kritischen Infrastrukturen, unser Militär und unser tägliches Leben.
Wie die US Space Force erklärt, ist GPS ein Netzwerk von 31 Satelliten, die Signale senden, mit denen Empfangsgeräte einen geografischen Standort durch Trilateration bestimmen.
GPS bestimmt unseren geografischen Standort und eine kritische vierte Dimension, die vielen nicht bekannt ist - die Zeit. Jeder GPS-Satellit enthält mehrere Atomuhren, die äußerst genaue Zeitdaten an Empfänger senden. Die Empfänger decodieren diese Informationen, so dass ein elektronisches Zeitgerät die richtige Zeit innerhalb von 100 Milliardstel Sekunden bestimmen kann.
GPS und kritische Infrastrukturen
Die GPS-Timing-Komponente ist laut dem Department of Homeland Security von entscheidender Bedeutung, da sie in allen 16 unserer kritischen Infrastruktursektoren eine Komponente darstellt. In der Richtlinie 21 des Präsidenten (PPD-21) sind folgende kritische Infrastrukturen aufgeführt:
Chemischer Sektor
Sektor der gewerblichen Einrichtungen
Kommunikationssektor
Kritischer Fertigungssektor
Staudammsektor
Industrie-Verteidigungsbasissektor
Notdienstsektor
Energie Sektor
Finanzdienstleistungssektor
Ernährungs- und Landwirtschaftssektor
Sektor der staatlichen Einrichtungen
Gesundheitswesen und öffentlicher Gesundheitssektor
Sektor Informationstechnologie
Kernreaktoren, Materialien und Abfallwirtschaft
Sektor Verkehrssysteme
Sektor Wasser- und Abwassersysteme
Ein Fehler in Mikrosekunden kritischer Infrastrukturen kann zu Kaskadenfehlern führen und das gesamte Netzwerk ausschalten.
Todd Humphreys, außerordentlicher Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der Universität von Texas in Austin, sagte gegenüber Scientific American, dass der US-amerikanische Beirat für weltraumgestützte Positionierung, Navigation und Timing (PNT) befürchtet, „dass ein ausländischer Gegner oder eine terroristische Gruppe mehrere Störungen koordinieren könnte Spoofing-Angriffe gegen GPS-Empfänger und eine erhebliche Beeinträchtigung der Funktionalität des Stromnetzes, der Mobilfunknetze, der Aktienmärkte, der Krankenhäuser, Flughäfen und mehr - alles auf einmal, ohne dass dies erkannt wird."
Das Verteidigungsministerium macht sich Sorgen über ausländische Bedrohungen für US-GPS
Das Verteidigungsministerium ist auch besorgt - und das schon seit Jahren - über die Verbreitung und zunehmende Fähigkeit von Störsystemen, vor allem in China und Russland.
Russland hat bereits seine Fähigkeit bewiesen, das über sein Territorium fliegende Global Navigation Satellite System (GNSS) zu stören. Es wird auch verdächtigt, Nachbarländer zu stören. GNSS ist ein generischer Name für die verschiedenen Satelliten, die Positions- und Zeitdaten senden. Unser GPS ist nur einer der vielen verschiedenen Satellitensätze, die diese Daten liefern können.
Bereits 2016 schien China bereit zu sein, sich in unsere Militärdrohnen einzumischen, als die USA Überwachungsmissionen auf den Spratly-Inseln im Südchinesischen Meer durchführten.
Experten glauben auch, dass der Iran und Nordkorea möglicherweise GPS-Signale stören können.
Amerikanische zivile Verwendung von GPS-Störsender ebenfalls ein Problem
Es gibt auch eine inländische GPS-Störsender-Bedrohung. Während die Federal Communications Commission (FCC) GPS-Störsender in den USA illegal gemacht hat, existieren sie immer noch.
Im Jahr 2015 berichteten Piloten, die in den Flughafen Nordost-Philadelphia flogen, dass sie ihre GPS-Navigationssignale verloren hatten, als sie sich der Landebahn näherten. Der Schuldige war ein LKW-Fahrer, der auf einem nahe gelegenen Parkplatz geparkt war und ein Ortungsgerät im Fahrzeug mit einem von ihm gekauften GPS-Störsender deaktivierte.
Sicherung unserer GPS-Funktionen
Im Jahr 2018 verabschiedete der Kongress das National Timing Resilience and Security Act (NTRSA), um bis Ende 2020 ein Backup-System für unser GPS zu schaffen. Präsident Trump unterzeichnete das Gesetz im Dezember, nur wenige Monate bevor Diana Furchtgott-Roth sein Amt antrat Stellvertretender stellvertretender Sekretär für Forschung und Technologie (OST-R) im Verkehrsministerium (DOT).
Seit Furchtgott-Roth im Februar 2019 dem DOT beigetreten ist, hat sie daran gearbeitet, die Anforderungen der NTRSA zu erfüllen. Dazu gehört die Notwendigkeit, ein komplementäres und Backup-System einzurichten, auf das Benutzer zugreifen können, wenn das GPS nicht verfügbar ist oder wenn Signale verstärkt werden müssen. Die Notwendigkeit einer solchen Maßnahme war eine Anforderung der DOT-Präsidentschaftspolitik, seit Präsident George W. Bush 2004 eine Präsidialrichtlinie über weltraumgestützte Positionierung, Navigation und Timing in den USA unterzeichnet hat.
Im selben Monat erließ Trump eine Verordnung zur Stärkung der nationalen Widerstandsfähigkeit durch verantwortungsvollen Einsatz von Positionierungs-, Navigations- und Zeitmessdiensten.
Furchtgott-Roth sagte gegenüber GPS World: "Wir können nicht dafür sorgen, dass GPS-Signale ein einziger Fehlerpunkt für den Transport und andere kritische Infrastruktursektoren sind."
Ihre erste Hürde war, dass die Kongressfinanzierung für die Schaffung eines Backup-GPS-Systems stattdessen an das Verteidigungsministerium ging, obwohl Transportation die federführende Agentur war. Dies führte zu einer Verzögerung der Demonstration von Positionierung, Navigation und Timing (PNT) bis März 2020.
PNT-Demonstration
Elf Unternehmen haben ihre Backup-Systeme demonstriert und warten auf die Gelegenheit, ihre Anfragen nach Vorschlägen (RFPs) einzureichen. Diese Unternehmen und ihre Spezialitäten sind:
TRX, Positionierung über eine Trägheitsmesseinheit Technologien
Skyhook, Positionierung über Wi-Fi, Mobilfunk und eine sehr große proprietäre Datenbank mit Standorttechnologien
OPNT, Timing über Timing Fibre & White Rabbit-Protokolltechnologien
Sieben Lösungen, Timing über Timing Fibre & White Rabbit-Protokolltechnologien
NextNav, Positionierung und Timing über Metropolitan Beacons-Technologien
Globalstar-Echo Ridge, Positionierung und Timing mithilfe der Global Star LEO-Konstellation von 24 Satelliten
PhasorLab, Positionierung über feste Referenzknoten oder ein Ad-hoc-Mobilfunknetz
Hellen Systems, Timing über eLoran und proprietäre Empfänger- und Referenzsysteme
UrsaNav, Timing über eLoran-Signalübertragungen
Serco, Timing über eLoran-Signalübertragungen
Satelles, Positionierung über der Iridium-Konstellation
Für Furchtgott-Roth ist das Timing alles und wird die erste Komponente unseres GPS-Backups sein. Sie sagte jedoch: „Es wird keine belastbare Positionierung und Navigation für Drohnen, autonome Fahrzeuge und all unsere anderen Transportbedürfnisse bieten. Amerika muss über eine Kombination von Systemen verfügen, die zusammen sehr schwer zu stören sind."
Karen Van Dyke, die die PNT-Bemühungen in Furchtgott-Roths Büro leitet, sagte gegenüber GPS World: „GPS ist zu einem unsichtbaren Dienstprogramm geworden, von dem so viele unserer Technologien abhängen. Durch die Bereitstellung einer ergänzenden und / oder Backup-Funktion wird sichergestellt, dass Benutzer über PNT verfügen, auch wenn das GPS gestört ist. Dies kann auch dazu beitragen, die Signale selbst zu schützen, indem böswillige Akteure abgeschreckt werden, die andernfalls GPS stören oder fälschen möchten."
FCC-Aktion bedroht unser GPS
Ende April genehmigte die FCC Ligados "Antrag auf Bereitstellung eines landesweiten terrestrischen Netzwerks mit geringem Stromverbrauch im L-Band, das hauptsächlich 5G- und Internet of Things-Dienste unterstützt".
Ligado ist ein amerikanisches Satellitenkommunikationsunternehmen, das früher bei LightSquared bekannt war und die SkyTerra 1-Satelliten betreibt. Das Unternehmen entwickelt ein satellitengestütztes terrestrisches Netzwerk zur Unterstützung des aufstrebenden 5G-Marktes und der Internet of Things (IoT) -Anwendungen. Der SkyTerra 1-Satellit von Ligado wurde speziell für die Bereitstellung einer robusten mobilen Konnektivität für kleine Geräte mit geringem Stromverbrauch in ganz Nordamerika entwickelt. Als Teil der 5G-Zukunft wird unser Satellitennetz die kritischen IoT-Anforderungen hinsichtlich Service-Allgegenwart, Service-Kontinuität und Service-Skalierbarkeit erfüllen. “
Ligado wird die Bänder 1526-1536 MHz, 1627,5-1637,5 MHz und 1646,5-1656,5 MHz verwenden.
GPS-Satelliten übertragen Daten auf den Frequenzen 1227,60 und 1575,42 MHz. Es besteht erhebliche Besorgnis darüber, dass die Verwendung von 1526-1536 MHz- und 1627,5-1637,5-MHz-Bändern die GPS-Frequenz beeinträchtigen könnte. Die FCC-Genehmigung enthält mehrere Punkte, die Ligado in Bezug auf die Platzierung seiner Bodenstandorte und deren Nutzung der Frequenzen tun muss. Es gibt immer noch Bedenken hinsichtlich der Verwendung dieser Bänder.
Esper spricht sich gegen die Ligado-Lizenz aus
Im vergangenen November sprach sich Verteidigungsminister Mark Esper gegen die Ligado-Lizenz aus und erklärte: „Es gibt zu viele Unbekannte und die Risiken sind für Bundesoperationen viel zu groß, um das von Ligado vorgeschlagene System fortzusetzen. Alle unabhängigen und wissenschaftlich gültigen Tests und technischen Daten zeigen das Potenzial für eine weitverbreitete Störung und Verschlechterung der GPS-Dienste durch das vorgeschlagene Ligado-System. Dies könnte sich sowohl in Friedens- als auch in Kriegszeiten erheblich negativ auf militärische Operationen auswirken."
General David Goldfein, Stabschef der US-Luftwaffe, sagte, er sei besorgt über diese Genehmigung, da dies zu Störungen des GPS-Systems führen werde. Goldfein erwähnte auch, dass er das Thema mit General John Raymond, dem Chef der Raumfahrtoperationen und dem Kommandeur des US-Raumfahrtkommandos, besprochen hatte, der ebenfalls besorgt war.
Das Department of Homeland Security sprach sich ebenfalls gegen die FCC-Aktion aus. Das DHS “empfahl der FCC, die Ligado-Lizenz zu verweigern, und ist weiterhin besorgt darüber, dass eine Genehmigung ein hohes Maß an Unsicherheit für unsere Partner im öffentlichen und privaten Sektor schafft, von denen viele zusammen mit den Abteilungen für innere Sicherheit, Verteidigung und Transport auf präzise und ununterbrochene Sicherheit angewiesen sind Positions-, Navigations- und Zeitdaten (PNT) vom GPS, um die Sicherheit und Ausfallsicherheit ihrer Infrastruktur zu gewährleisten."
Die meisten anderen Bundesabteilungen sprachen sich ebenfalls gegen die Verwendung der L-Band-Frequenzen durch Ligado aus. Nachdem die FCC Ligado die Verwendung der drei Frequenzbänder gewährt hat, hängt es von den Entscheidungen der GPS-Community ab, welche Entscheidungen die Community trifft, nachdem die Mitglieder verschiedene Minderungsschritte geprüft haben, um sicherzustellen, dass die GPS-Signale nicht gestört werden. Welche Schritte sie dann unternehmen können, bleibt unbekannt.