Przekształcili satelity Starlink w system nawigacji. Muskowi się to nie podoba...

W 2020 r. Todd Humphreys i jego zespół z Laboratorium Radionawigacji na Uniwersytecie Teksańskim przedstawili SpaceX ciekawą ofertę. Dzięki kilku modyfikacjom oprogramowania konstelacja Starlink może również oferować precyzyjną pozycję, nawigację i synchronizację, które mogą służyć jako wsparcie dla systemu GPS armii.

Początkowo dyrektorzy SpaceX byli otwarci na ten pomysł, ale potem „Elon powiedział liderom, z którymi rozmawialiśmy: każda inna sieć komunikacyjna LEO [niska orbita okołoziemska] zbankrutowała” – powiedział Humphreys dla MIT Technology Review. „Więc my [SpaceX] musimy całkowicie skoncentrować się na unikaniu bankructwa. Nie możemy sobie pozwolić na żadne rozpraszanie”. To nie powstrzymało Humphreysa, który przez ostatnie dwa lata przetwarzał sygnały wysyłane z tysięcy satelitów internetowych Starlink na niskiej orbicie okołoziemskiej do odbiorników naziemnych. Teraz naukowiec twierdzi, że jego zespół odkrył system, w którym regularne sygnały nawigacyjne z konstelacji mogą stanowić podstawę użytecznego systemu nawigacyjnego bez żadnego wkładu ze strony SpaceX.

Elon Musk odrzucił ich propozycję, więc sami dokonali inżynierii wstecznej sygnałów z satelitów Starlink i stworzyli podstawę użytecznego systemu nawigacyjnego, alternatywnego dla GPS i odpowiedników. Co najważniejsze, dokonali tego bez żadnej pomocy ze strony SpaceX. 

„Sygnał systemu Starlink jest ściśle strzeżoną tajemnicą” — powiedział Humphreys. „Nawet w naszych wczesnych dyskusjach, kiedy SpaceX było bardziej skłonne do współpracy, nie ujawnili nam żadnej struktury sygnału. Musieliśmy zacząć od zera, budując w zasadzie mały radioteleskop, aby podsłuchiwać ich sygnały”. W artykule opublikowanym na arXiv, Humphreys twierdzi, że dostarczył najbardziej kompletną charakterystykę sygnałów Starlink do tej pory. Te informacje są pierwszym krokiem w kierunku opracowania nowej globalnej technologii nawigacyjnej, która działałaby niezależnie od GPS lub jego europejskich, rosyjskich i chińskich odpowiedników. 

Kluczem było tutaj to, że naukowcy z UT Austin nie próbowali złamać szyfrowania Starlink, ale zamiast tego skupili się na sekwencjach synchronizacji. Humphreys powiedział, że byli w stanie wykryć takie sekwencje, ale „byliśmy mile zaskoczeni, gdy odkryliśmy, że [mają] więcej sekwencji synchronizacji, niż jest to ściśle wymagane”. Aby rozpocząć projekt, UT Austin nabył terminal Starlink i wykorzystał go do strumieniowego przesyłania filmów z rozgrywek tenisisty Rafaela Nadala z YouTube. Zapewniło to stałe źródło sygnałów Starlink, które mogłaby nasłuchiwać oddzielna pobliska antena.

Humphreys szybko zdał sobie sprawę, że Starlink opiera się na technologii zwanej multipleksowaniem z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM). OFDM to wydajna metoda kodowania transmisji cyfrowych, pierwotnie opracowana w Bell Labs w latach 60. XX wieku, a obecnie stosowana w Wi-Fi i 5G. „OFDM to krzyk mody”, mówi Mark Psiaki, ekspert ds. GPS i profesor lotnictwa w Virginia Tech. „To sposób na spakowanie największej liczby bitów na sekundę w danej przepustowości”.  Każda sekwencja zawiera również wskazówki dotyczące odległości i prędkości satelity. 

„Jeśli odbiornik naziemny ma dobre pojęcie o ruchach satelitów – które SpaceX udostępnia online, aby zmniejszyć ryzyko kolizji orbitalnych – może wykorzystać regularność sekwencji, aby ustalić, z którego satelity pochodzą, a następnie obliczyć odległość do tego satelity. Powtarzając ten proces dla wielu satelitów, odbiornik może zlokalizować się z dokładnością do około 30 metrów”, wyjaśnia MIT Technology Review.

Gdyby SpaceX później zdecydowało się na współpracę, włączając dodatkowe dane o dokładnej pozycji każdego satelity w swoich łączach, ta dokładność mogłaby teoretycznie wzrosnąć do mniej niż metra – czyniąc go konkurencyjnym w stosunku do GPS.