myle.vnreview
Writer
Sự lan tràn của các thiết bị gây nhiễu GPS giá rẻ, mạnh mẽ đã khiến các hãng hàng không, công ty vận tải biển và quân đội phải tìm kiếm các phương án định vị thay thế.
Các quốc gia và cá nhân đang triển khai các hệ thống tác chiến điện tử giá rẻ nhưng ngày càng tinh vi, chủ yếu để ngăn chặn các cuộc tấn công bằng máy bay không người lái và vũ khí thông minh. Một số thiết bị gây nhiễu, làm át đi tín hiệu GPS tương đối yếu từ các vệ tinh ở độ cao gần 20.000 km trên quỹ đạo, có kích thước nhỏ như điện thoại di động và có giá dưới 100 USD.
Việc gây nhiễu đã trở nên phổ biến dọc biên giới Nga-Ukraine, nhưng giờ đây eo biển Hormuz, nơi vận chuyển 20% lượng dầu mỏ của thế giới, đang bị bao vây bởi các cuộc tấn công điện tử như vậy.
“Việc vô hiệu hóa GPS” là một trong nhiều yếu tố khiến tuyến đường thủy này trở nên nguy hiểm, theo Ami Daniel, giám đốc điều hành của công ty tình báo hàng hải Windward.
Ở Bắc Âu, các chuyến bay đã phải quay trở lại khi tín hiệu GPS bị gây nhiễu gần các sân bay. Có trường hợp, một máy bay chở chủ tịch Ủy ban châu Âu đã buộc phải chuyển hướng đến một sân bay khác. Và theo lời khai bằng văn bản đệ trình lên Quốc hội, tỷ lệ bắn trúng của vũ khí dẫn đường bằng vệ tinh của Mỹ đã giảm từ 70% xuống còn 6% ở Ukraine sau khi Nga tiến hành gây nhiễu GPS trên diện rộng. Nga và các quốc gia khác cũng giả mạo GPS, phát sóng các tín hiệu giả để đánh lừa các thiết bị thu.
Việc gây nhiễu GPS ở eo biển Hormuz khiến các tàu chở hàng và tàu chở dầu trong khu vực dường như đang ở trên đất liền.
Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) cũ kỹ - được Mỹ xây dựng trong cuộc chạy đua vũ trụ và phụ thuộc vào các tín hiệu yếu đến mức bất kỳ thiết bị nào có thể phát hiện ra chúng - đang cho thấy sự lỗi thời.
Nhiều nhà cung cấp hệ thống tài chính và viễn thông, vận tải hàng không thương mại và các dịch vụ thiết yếu khác đang tìm kiếm các giải pháp thay thế phù hợp. Các kỹ sư đã nghiên cứu một số giải pháp trong nhiều năm, và trong một số trường hợp là hàng thập kỷ. Một số đã được sử dụng, hoặc đang trên bờ vực thương mại hóa rộng rãi.
Thu nhỏ hệ thống dẫn đường tên lửa
Rất lâu trước khi Mỹ có một cụm 31 vệ tinh GPS bao phủ toàn cầu, Bộ Quốc phòng cần một cách để đảm bảo tên lửa đạn đạo có thể tìm thấy mục tiêu của chúng. Các kỹ sư đã tìm đến các hệ thống dẫn đường quán tính được tìm thấy trên các tên lửa đời đầu.
Hệ thống này sử dụng con quay hồi chuyển để đo gia tốc theo mọi hướng và tích hợp các thay đổi về vận tốc bằng máy tính. Miễn là hệ thống biết vị trí ban đầu của nó trên bản đồ, và tính đến gió và các biến số khác, nó có thể xác định vị trí của mình với độ chính xác cao.
Các phiên bản hiện đại đã thay thế con quay hồi chuyển vật lý bằng quang học. Chúng không thể bị gây nhiễu như GPS, nhưng những hệ thống tốt nhất có thể có giá hàng triệu đô la, vì vậy khách hàng của chúng chủ yếu là quân đội và các nhà khai thác vận tải biển hoặc hàng không.
Mario Paniccia, giám đốc điều hành của Anello Photonics, muốn biến các hệ thống định vị quán tính cồng kềnh và đắt tiền thành các vi mạch rẻ và nhỏ đủ để lắp vào điện thoại.
Thiết bị SiPhOG của Anello sử dụng vi mạch thay vì cáp quang hoặc laser để đạt được khả năng định vị quán tính trên các phương tiện như chiếc thuyền tự hành trong hình.
Bằng cách thay thế cáp quang và laser bằng các thiết bị điện tử quang học dựa trên chip, công ty của ông đã thu nhỏ các hệ thống như vậy đến mức chưa từng có. Thế hệ mới nhất của Anello là một khối lập phương một inch, tiêu thụ rất ít năng lượng đến mức có thể được sử dụng trên máy bay không người lái.
Cảm nhận từ trường Trái Đất
Dưới chân chúng ta, những dị thường khổng lồ làm biến dạng từ trường của hành tinh: những tảng đá kích thước bằng Manhattan, những thiên thạch khổng lồ bị chôn vùi, những mảng vỏ Trái Đất đông cứng lại khi các cực bị đảo ngược.
Tại công ty cảm biến lượng tử SandboxAQ, một công ty con của Alphabet, Luca Ferrara đứng đầu một nhóm phát triển hệ thống có thể giúp tàu thuyền và máy bay điều hướng trong các khu vực không có GPS bằng cách phát hiện các dị thường từ trường đặc trưng của Trái Đất.
Sử dụng các cảm biến từ trường siêu nhạy, dựa trên lượng tử, có thể đọc trường đó giống như kim la bàn và đối chiếu những biến thể đó với các bản đồ đã có sẵn.
Từ trường Trái Đất có những biến đổi rất nhỏ ở các vị trí khác nhau. Bằng cách so sánh các số liệu đo trực tiếp với bản đồ từ trường chi tiết trên máy bay, máy bay có thể xác định vị trí của mình mà không cần GPS.
Các công ty khởi nghiệp khác, bao gồm Q-CTRL ở Úc, đang phát triển các hệ thống tương tự. Chúng có lợi thế là không bị gây nhiễu, và nhược điểm là không chính xác lắm so với GPS. Điều đó có thể ổn đối với tàu thuyền và máy bay, Ferrara nói, hoặc đối với các loại vũ khí thông minh chỉ cần đến đủ gần mục tiêu để có thể chuyển sang sử dụng thị giác máy tính.
Quan sát địa hình bằng camera
Điều hướng bằng hình ảnh, đối chiếu những gì camera nhìn thấy với các địa danh trên bản đồ, đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ. Trong cuộc chiến giữa Nga và Ukraine, việc điều khiển máy bay không người lái bằng con người ngày càng được thay thế bằng nhận dạng mục tiêu và điều hướng bằng hình ảnh dựa trên trí tuệ nhân tạo.
Trong số vô số công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực này, có Vermeer, có trụ sở tại Brooklyn, New York, bắt đầu bằng việc xây dựng hệ thống điều hướng bằng hình ảnh cho máy bay không người lái quay phim. Khi công việc kinh doanh đó gặp khó khăn vào năm 2019, người sáng lập Brian Streem đã có một cuộc gặp gỡ tình cờ với một nhà đầu tư và chuyển hướng sang các ứng dụng quốc phòng. Ông đã dành phần lớn hai năm qua ở Kyiv, Ukraine, và có một số đơn vị thuộc lực lượng vũ trang Mỹ trong số khách hàng của mình.
Streem cho biết, mặc dù tên lửa hành trình đã sử dụng định vị bằng hình ảnh từ những năm 1950, nhưng khả năng xử lý máy tính hiện đại đã làm cho các hệ thống mới mạnh mẽ và tiết kiệm năng lượng hơn rất nhiều. Các thành phần khác cũng đã được cải thiện: “Dữ liệu bản đồ tốt hơn, độ phân giải của camera tốt hơn,” Streem nói. “Mọi thứ đã được tăng lên gấp nghìn lần để hệ thống hoạt động hiệu quả.”
Kết hợp các lựa chọn khác nhau
Vấn đề lớn nhất với tất cả các lựa chọn thay thế này là GPS, khi hoạt động, thì phổ biến và có độ chính xác cao. Không có lựa chọn thay thế nào, tự nó, có thể làm được tất cả những gì GPS làm.
Hãy xem xét hệ thống định vị quán tính. Giống như các thuyền trưởng thời xưa, nếu ước tính hướng đi hoặc tốc độ sai lệch một chút, điều đó có thể dẫn đến định vị ngày càng không chính xác theo thời gian.
Các hệ thống hiện có trên tàu chở hàng và tàu chở dầu được chế tạo để thay thế GPS trong tối đa một ngày. “Chúng không được thiết kế để hoàn toàn không có GPS trong một hoặc hai tuần,” Daniel của Windward nói.
Mọi chuyên gia mà tôi đã nói chuyện đều cho rằng tương lai của định vị không dùng GPS là nhiều công cụ bổ sung cho nhau.
Vatn Systems, một công ty khởi nghiệp ở Rhode Island, sản xuất các phương tiện tự hành dưới nước có kích thước từ loại cầm tay nặng 22,7 kg đến loại nặng 367 kg dài 6 mét. Nhiệm vụ của chúng bao gồm giám sát dưới nước và vận chuyển chất nổ kiểu ngư lôi.
Công ty đang thử nghiệm hệ thống định vị quán tính của Anello như một cách để tàu ngầm siêu nhỏ của họ di chuyển hàng dặm dưới nước—nơi GPS không hoạt động—và điều hướng trên mặt nước ở những khu vực không có tín hiệu GPS.
Điều quan trọng, theo đồng sáng lập Vatn, Nelson Mills, là sử dụng bất kỳ tín hiệu nào có sẵn và phù hợp, bao gồm cả sonar để định vị mục tiêu, và thậm chí cả việc kỹ thuật viên nhập thủ công dữ liệu vị trí khi bắt đầu hành trình của tàu ngầm. Định vị quán tính luôn là nền tảng, nhưng nó cần được bổ sung, ông nói thêm.
Những giải pháp thay thế mới cho công nghệ GPS này sẽ ngày càng nhỏ gọn và rẻ hơn. Nhưng để được ứng dụng trong lĩnh vực dân sự, không chỉ trong thiết bị điện tử cá nhân mà còn cả máy bay không người lái giao hàng, ô tô tự lái, tàu du lịch và máy bay chở khách, chúng phải trải qua một loạt các bài kiểm tra.
Có thể phải mất nhiều năm nữa các cảm biến từ trường của SandboxAQ mới được đưa vào sử dụng trên các máy bay thương mại, vì chúng cần được phê duyệt theo quy định. Nhưng theo Ferrara, chúng có thể được đưa vào phục vụ trong quân đội chỉ trong vòng 18 tháng.
Chiến tranh, như thường lệ, là cái nôi cho sự phát triển nhanh chóng—và việc áp dụng—các công nghệ mới.
Các quốc gia và cá nhân đang triển khai các hệ thống tác chiến điện tử giá rẻ nhưng ngày càng tinh vi, chủ yếu để ngăn chặn các cuộc tấn công bằng máy bay không người lái và vũ khí thông minh. Một số thiết bị gây nhiễu, làm át đi tín hiệu GPS tương đối yếu từ các vệ tinh ở độ cao gần 20.000 km trên quỹ đạo, có kích thước nhỏ như điện thoại di động và có giá dưới 100 USD.
Việc gây nhiễu đã trở nên phổ biến dọc biên giới Nga-Ukraine, nhưng giờ đây eo biển Hormuz, nơi vận chuyển 20% lượng dầu mỏ của thế giới, đang bị bao vây bởi các cuộc tấn công điện tử như vậy.
“Việc vô hiệu hóa GPS” là một trong nhiều yếu tố khiến tuyến đường thủy này trở nên nguy hiểm, theo Ami Daniel, giám đốc điều hành của công ty tình báo hàng hải Windward.
Ở Bắc Âu, các chuyến bay đã phải quay trở lại khi tín hiệu GPS bị gây nhiễu gần các sân bay. Có trường hợp, một máy bay chở chủ tịch Ủy ban châu Âu đã buộc phải chuyển hướng đến một sân bay khác. Và theo lời khai bằng văn bản đệ trình lên Quốc hội, tỷ lệ bắn trúng của vũ khí dẫn đường bằng vệ tinh của Mỹ đã giảm từ 70% xuống còn 6% ở Ukraine sau khi Nga tiến hành gây nhiễu GPS trên diện rộng. Nga và các quốc gia khác cũng giả mạo GPS, phát sóng các tín hiệu giả để đánh lừa các thiết bị thu.
Việc gây nhiễu GPS ở eo biển Hormuz khiến các tàu chở hàng và tàu chở dầu trong khu vực dường như đang ở trên đất liền.
Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) cũ kỹ - được Mỹ xây dựng trong cuộc chạy đua vũ trụ và phụ thuộc vào các tín hiệu yếu đến mức bất kỳ thiết bị nào có thể phát hiện ra chúng - đang cho thấy sự lỗi thời.
Nhiều nhà cung cấp hệ thống tài chính và viễn thông, vận tải hàng không thương mại và các dịch vụ thiết yếu khác đang tìm kiếm các giải pháp thay thế phù hợp. Các kỹ sư đã nghiên cứu một số giải pháp trong nhiều năm, và trong một số trường hợp là hàng thập kỷ. Một số đã được sử dụng, hoặc đang trên bờ vực thương mại hóa rộng rãi.
Thu nhỏ hệ thống dẫn đường tên lửa
Rất lâu trước khi Mỹ có một cụm 31 vệ tinh GPS bao phủ toàn cầu, Bộ Quốc phòng cần một cách để đảm bảo tên lửa đạn đạo có thể tìm thấy mục tiêu của chúng. Các kỹ sư đã tìm đến các hệ thống dẫn đường quán tính được tìm thấy trên các tên lửa đời đầu.
Hệ thống này sử dụng con quay hồi chuyển để đo gia tốc theo mọi hướng và tích hợp các thay đổi về vận tốc bằng máy tính. Miễn là hệ thống biết vị trí ban đầu của nó trên bản đồ, và tính đến gió và các biến số khác, nó có thể xác định vị trí của mình với độ chính xác cao.
Các phiên bản hiện đại đã thay thế con quay hồi chuyển vật lý bằng quang học. Chúng không thể bị gây nhiễu như GPS, nhưng những hệ thống tốt nhất có thể có giá hàng triệu đô la, vì vậy khách hàng của chúng chủ yếu là quân đội và các nhà khai thác vận tải biển hoặc hàng không.
Mario Paniccia, giám đốc điều hành của Anello Photonics, muốn biến các hệ thống định vị quán tính cồng kềnh và đắt tiền thành các vi mạch rẻ và nhỏ đủ để lắp vào điện thoại.
Thiết bị SiPhOG của Anello sử dụng vi mạch thay vì cáp quang hoặc laser để đạt được khả năng định vị quán tính trên các phương tiện như chiếc thuyền tự hành trong hình.
Bằng cách thay thế cáp quang và laser bằng các thiết bị điện tử quang học dựa trên chip, công ty của ông đã thu nhỏ các hệ thống như vậy đến mức chưa từng có. Thế hệ mới nhất của Anello là một khối lập phương một inch, tiêu thụ rất ít năng lượng đến mức có thể được sử dụng trên máy bay không người lái.
Cảm nhận từ trường Trái Đất
Dưới chân chúng ta, những dị thường khổng lồ làm biến dạng từ trường của hành tinh: những tảng đá kích thước bằng Manhattan, những thiên thạch khổng lồ bị chôn vùi, những mảng vỏ Trái Đất đông cứng lại khi các cực bị đảo ngược.
Tại công ty cảm biến lượng tử SandboxAQ, một công ty con của Alphabet, Luca Ferrara đứng đầu một nhóm phát triển hệ thống có thể giúp tàu thuyền và máy bay điều hướng trong các khu vực không có GPS bằng cách phát hiện các dị thường từ trường đặc trưng của Trái Đất.
Sử dụng các cảm biến từ trường siêu nhạy, dựa trên lượng tử, có thể đọc trường đó giống như kim la bàn và đối chiếu những biến thể đó với các bản đồ đã có sẵn.
Từ trường Trái Đất có những biến đổi rất nhỏ ở các vị trí khác nhau. Bằng cách so sánh các số liệu đo trực tiếp với bản đồ từ trường chi tiết trên máy bay, máy bay có thể xác định vị trí của mình mà không cần GPS.
Các công ty khởi nghiệp khác, bao gồm Q-CTRL ở Úc, đang phát triển các hệ thống tương tự. Chúng có lợi thế là không bị gây nhiễu, và nhược điểm là không chính xác lắm so với GPS. Điều đó có thể ổn đối với tàu thuyền và máy bay, Ferrara nói, hoặc đối với các loại vũ khí thông minh chỉ cần đến đủ gần mục tiêu để có thể chuyển sang sử dụng thị giác máy tính.
Quan sát địa hình bằng camera
Điều hướng bằng hình ảnh, đối chiếu những gì camera nhìn thấy với các địa danh trên bản đồ, đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ. Trong cuộc chiến giữa Nga và Ukraine, việc điều khiển máy bay không người lái bằng con người ngày càng được thay thế bằng nhận dạng mục tiêu và điều hướng bằng hình ảnh dựa trên trí tuệ nhân tạo.
Trong số vô số công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực này, có Vermeer, có trụ sở tại Brooklyn, New York, bắt đầu bằng việc xây dựng hệ thống điều hướng bằng hình ảnh cho máy bay không người lái quay phim. Khi công việc kinh doanh đó gặp khó khăn vào năm 2019, người sáng lập Brian Streem đã có một cuộc gặp gỡ tình cờ với một nhà đầu tư và chuyển hướng sang các ứng dụng quốc phòng. Ông đã dành phần lớn hai năm qua ở Kyiv, Ukraine, và có một số đơn vị thuộc lực lượng vũ trang Mỹ trong số khách hàng của mình.
Streem cho biết, mặc dù tên lửa hành trình đã sử dụng định vị bằng hình ảnh từ những năm 1950, nhưng khả năng xử lý máy tính hiện đại đã làm cho các hệ thống mới mạnh mẽ và tiết kiệm năng lượng hơn rất nhiều. Các thành phần khác cũng đã được cải thiện: “Dữ liệu bản đồ tốt hơn, độ phân giải của camera tốt hơn,” Streem nói. “Mọi thứ đã được tăng lên gấp nghìn lần để hệ thống hoạt động hiệu quả.”
Kết hợp các lựa chọn khác nhau
Vấn đề lớn nhất với tất cả các lựa chọn thay thế này là GPS, khi hoạt động, thì phổ biến và có độ chính xác cao. Không có lựa chọn thay thế nào, tự nó, có thể làm được tất cả những gì GPS làm.
Hãy xem xét hệ thống định vị quán tính. Giống như các thuyền trưởng thời xưa, nếu ước tính hướng đi hoặc tốc độ sai lệch một chút, điều đó có thể dẫn đến định vị ngày càng không chính xác theo thời gian.
Các hệ thống hiện có trên tàu chở hàng và tàu chở dầu được chế tạo để thay thế GPS trong tối đa một ngày. “Chúng không được thiết kế để hoàn toàn không có GPS trong một hoặc hai tuần,” Daniel của Windward nói.
Mọi chuyên gia mà tôi đã nói chuyện đều cho rằng tương lai của định vị không dùng GPS là nhiều công cụ bổ sung cho nhau.
Vatn Systems, một công ty khởi nghiệp ở Rhode Island, sản xuất các phương tiện tự hành dưới nước có kích thước từ loại cầm tay nặng 22,7 kg đến loại nặng 367 kg dài 6 mét. Nhiệm vụ của chúng bao gồm giám sát dưới nước và vận chuyển chất nổ kiểu ngư lôi.
Công ty đang thử nghiệm hệ thống định vị quán tính của Anello như một cách để tàu ngầm siêu nhỏ của họ di chuyển hàng dặm dưới nước—nơi GPS không hoạt động—và điều hướng trên mặt nước ở những khu vực không có tín hiệu GPS.
Điều quan trọng, theo đồng sáng lập Vatn, Nelson Mills, là sử dụng bất kỳ tín hiệu nào có sẵn và phù hợp, bao gồm cả sonar để định vị mục tiêu, và thậm chí cả việc kỹ thuật viên nhập thủ công dữ liệu vị trí khi bắt đầu hành trình của tàu ngầm. Định vị quán tính luôn là nền tảng, nhưng nó cần được bổ sung, ông nói thêm.
Những giải pháp thay thế mới cho công nghệ GPS này sẽ ngày càng nhỏ gọn và rẻ hơn. Nhưng để được ứng dụng trong lĩnh vực dân sự, không chỉ trong thiết bị điện tử cá nhân mà còn cả máy bay không người lái giao hàng, ô tô tự lái, tàu du lịch và máy bay chở khách, chúng phải trải qua một loạt các bài kiểm tra.
Có thể phải mất nhiều năm nữa các cảm biến từ trường của SandboxAQ mới được đưa vào sử dụng trên các máy bay thương mại, vì chúng cần được phê duyệt theo quy định. Nhưng theo Ferrara, chúng có thể được đưa vào phục vụ trong quân đội chỉ trong vòng 18 tháng.
Chiến tranh, như thường lệ, là cái nôi cho sự phát triển nhanh chóng—và việc áp dụng—các công nghệ mới.
