Tundra-satelliitit häiritsevät Euroopan GPS:ää

Puhelinta ohjaava GPS-signaali on hämmästyttävän heikko. Kun se on kulkenut 20 000 kilometriä kiertoradalta Maahan, se saapuu vastaanottimeen heikompana kuin tähtien ja auringonvalon lämpökohina. Paikannus toimii, koska vastaanotin tietää täsmälleen, mitä sen pitää kuunnella, ja erottaa kuiskauksen kosmisesta taustamelusta. Jos viereisessä huoneessa joku alkaa huutaa lähes samalla taajuudella, kuiskaus katoaa.

Näin on käynyt Euroopassa Islannista Italiaan ainakin 75 kertaa vuodesta 2019 lähtien. Häiriölähteeksi on jäljitetty venäläisten sotilassatelliittien ryhmä, joka kiertää Maata jopa 45 000 kilometrin korkeudessa.

Satelliitti paikannettiin varjonsa perusteella

Texasin yliopiston tutkijat, professori Todd Humphreysin ja opiskelija Zachary Clementsin johdolla, seurasivat vuosien ajan äkillisiä GPS-signaalin laadun romahduksia eurooppalaisilla mittausasemilla. Jokaisella kerralla navigointisignaali heikkeni noin kymmenesosaan samaan aikaan vastaanottimissa, jotka sijaitsivat tuhansien kilometrien päässä toisistaan. Maanpäällinen häirintälaite ei pysty tuottamaan tällaista kuviota, koska maapallon kaarevuus rajoittaa sen kantamaa.

Lähteeksi paljastuivat Venäjän Tundra-satelliitit. Ne kuuluvat EKS/Kupol-varhaisvaroitusjärjestelmään, jonka tehtävä on havaita ballististen ohjusten laukaisut. Satelliitit kulkevat hyvin soikeilla kiertoradoilla, viipyvät tuntikausia ratansa korkeimmassa kohdassa ja tarkkailevat arktista aluetta sekä Pohjois-Eurooppaa. Päätehtävä on nähdä rakettien pakokaasuvanat. Maa-asemille lähetettävä alaslinkki toimii kuitenkin 1 577,5 megahertsin taajuudella, vain 2,5 megahertsin päässä GPS:n L1-taajuudesta, joka on 1 575 megahertsiä. Kun lähetin on voimakas, energiaa vuotaa GPS-kaistalle samaan tapaan kuin liian kovalle säädetty vahvistin häiritsee viereistä radiokanavaa.

Tutkijat vahvistivat lähteen saapumisaikaeron mittauksella. Ajatus muistuttaa käänteistä kolmiomittausta: mitataan mikrosekunnin tarkkuudella, millä viiveellä häiriöpulssi saavuttaa kaksi kaukana toisistaan olevaa asemaa. Amsterdam ja Trondheim ovat noin 1 500 kilometrin päässä toisistaan. Viive rajaa lähteen avaruudessa kuorimaiselle pinnalle. Kun asemepareja on riittävästi, pinnat leikkaavat yhdessä pisteessä. Siinä pisteessä oli vain yksi satelliitti: Kosmos 2546, enintään 200 metrin poikkeamalla. Espanjalainen teknologiayhtiö GMV vahvisti löydökset riippumattomasti samankaltaisilla menetelmillä.

Taajuus säästää vain GLONASSin

Häiriö sotkee GPS:n eli Yhdysvaltain järjestelmän, Galileon eli Euroopan järjestelmän ja Kiinan BeiDoun signaaleja, mutta jättää Venäjän oman GLONASS-järjestelmän rauhaan. Alaslinkin taajuus näyttää valitulta niin, ettei se häiritse Venäjän omaa paikannusta mutta osuu kilpailijoihin. Tutkijat eivät vielä sano, onko kyse tarkoituksellisesta suunnittelusta vai Venäjän kannalta sopivasta teknisestä ratkaisusta. Yhdysvaltain ilmavoimien tilaisuudessa häiriö tunnustettiin, mutta sen tarkoitusperää ei arvioitu julkisesti.

Yksittäinen häiriö kestää alle kymmenen sekuntia ja ajoittuu satelliitin ylilentoon. Useimmat laitteet palautuvat käyttämällä viimeisintä tunnettua sijaintia. Suurin käytännön vaikutus kohdistuu lentoliikenteeseen. Reittikoneissa on varajärjestelmiä, kuten inertiasuunnistus ja maanpäälliset radiomajakat, mutta GPS:n menetys lisää ohjaamotyötä ja heikentää satelliittipaikannukseen perustuvien nykyaikaisten lähestymismenettelyjen tarkkuutta.

Euroopan puolustuksessa on katve

Euroopan keskeinen vastatoimi on Galileon OSNMA-todennusjärjestelmä, joka on ollut käytössä heinäkuusta 2025. Sen avulla vastaanotin voi varmistaa, että navigointiviesti tulee aidolta satelliitilta. Järjestelmä toimii hyvin harhautusta vastaan, jossa vääriä signaaleja lähetetään Kaliningradin kasvavasta 36 maanpäällisen lähettimen verkosta. OSNMA ei kuitenkaan auta häirintään. Jos voimakas kohina peittää signaalin, todennettavaa viestiä ei enää ole.

Syvempi ongelma on havaitseminen. Eurooppalaiset turvallisuusviranomaiset ovat tähän asti käsitelleet GPS-häiriöitä ennen kaikkea maanpäällisenä uhkana. Avaruudesta tuleva häirintä on ollut analyysin katveessa. Ranska on ainoa Euroopan maa, jolla on kyky havaita häiriölähteitä kiertoradalta: sen vuonna 2023 laukaistu NESS-nanosatelliitti kantaa laitteita, joilla voidaan luonnehtia häiriölähteitä avaruudesta käsin. Saksa aikoo laukaista omat valvontasatelliittinsa syksyllä 2026. Siihen asti Eurooppa nojaa pitkälti yhdysvaltalaisiin tutkijoihin ja maanpäällisten mittausasemien dataan tunnistaakseen uhkia, jotka tulevat 45 000 kilometrin korkeudesta.

Pidemmän aikavälin ratkaisu on eurooppalainen Céleste-matalan kiertoradan navigointijärjestelmä, jonka on tarkoitus lähettää vahvempia ja vaikeammin häirittäviä signaaleja. Se on täydessä toiminnassa aikaisintaan 2030-luvun puolivälissä. Siihen asti Eurooppa tietää, että sen navigointisignaaleja peitetään avaruudesta. Se ei vielä näe riittävän hyvin, kuka lähetintä käyttää.