Wat als gps niet meer werkt?

Eind april steeg een vliegtuig op uit Helsinki voor een vlucht van 45 minuten naar Tartu in Estland. Het toestel maakte halverwege de vlucht rechtsomkeert en zou de bestemming niet bereiken. De reden was dat het toestel voor de landing in Estland afhankelijk was van het satellietnavigatiesysteem gps en er die avond geen betrouwbare plaatsbepaling mogelijk was.

De afgelopen maanden waren er geregeld verstoringen van het gps-signaal in de Baltische staten, Polen en het zuiden van Scandinavië. Dieptepunt was een onderbreking van 47 uur, begin maart. Als gevolg van de verstoringen besloot luchtvaartmaatschappij Finnair om de gehele maand mei geen vluchten meer naar Tartu uit te voeren. In die tijd wordt er gewerkt aan een alternatief systeem waarmee vliegtuigen alsnog kunnen landen op de luchthaven.

Maar waarom was er geen bruikbaar gps-signaal meer? Experts wijzen naar Rusland. Verstoringen concentreren zich namelijk in gebieden niet ver van dat land en met name rondom Kaliningrad, een tussen Litouwen en Polen liggende Russische exclave. Het kan dat hier systemen staan opgesteld die signalen van het gps-systeem in de regio bewust verstoren. Gps-verstoringen zijn in feite bijna net zo oud als het van oorsprong militaire gps-systeem zelf. Maar nu satellietnavigatie ook veel civiele doeleinden dient, zijn de gevolgen van dit soort onderbrekingen groot. Hoe werkt het verstoren van gps? Wie wordt erdoor geraakt en waarom zou Rusland het op onze satellietnavigatie hebben gemunt?

Ver weg

Waar je ook ter wereld bent: je haalt je mobiel uit de broekzak, opent een navigatie-app en je weet binnen enkele seconden waar je bent, tot enkele meters nauwkeurig. De navigatie op je telefoon werkt niet zonder een netwerk van tientallen satellieten, die op grote hoogte om de aarde draaien. Aan de hand van signalen van verschillende satellieten bepaalt een gps-ontvanger de afstand tot elk van die satellieten en zo zijn positie.

Kwetsbaar

Satellietnavigatie is kwetsbaar. Dat zit hem vooral in het feit dat de satellieten ver weg zijn (minimaal op 20.000 kilometer) en dat hun signalen daarom zwak zijn. Barend Lubbers, universitair docent aan de Nederlandse Defensie Academie, zegt dat gps-satellieten een zendvermogen hebben van 30 tot 40 watt. Dit wordt efficiënt op de aarde gericht, maar als het signaal bij je mobiele telefoon aankomt, dan is daar nog maar 10^-16 watt van over. Ter vergelijking: je mobiele telefoon kan zenden met een vermogen van zo’n 2 watt.

Die zwakke signalen maken het systeem gevoelig voor verstoringen. Met een niet erg sterke zender kun je de gps-service overstemmen. Dat zogeheten jammen lijkt nu te gebeuren in Oost-Europa. “Het gps-systeem is ontworpen om met interferentie te kunnen omgaan”, zegt Lubbers, “maar als het verstorende signaal zo’n duizend tot tienduizend keer sterker is dan het satellietsignaal, dan werkt het niet meer. Militaire systemen die op een aanhanger passen, kunnen met een flink zendvermogen van een paar kilowatt satellietnavigatie tot op honderden kilometers afstand verstoren.”

Ideale baan

Wie heeft er vooral last van het wegvallen van plaatsbepaling per satelliet? In ieder geval dus het vliegverkeer. Toch kun je vliegen zónder satellieten. Luchtvaartdeksundige Joris Melkert van de TU Delft zegt dat vliegtuigen doorgaans alternatieven hebben voor het bepalen van hun plaats, zeker in de buurt van vliegvelden.

Bijna alle grote vliegvelden hebben een zogenoemd instrument landing system, dat via radiobakens op de grond bepaalt of het vliegtuig de ideale baan naar het begin van de landingsbaan volgt. En als er geen signalen van buitenaf zijn, dan weet het vliegtuig min of meer waar het is op basis van de snelheden en versnellingen die het gedurende de vlucht registreert. Als een toestel toch verdwaald raakt, dan kan het zijn positie vragen aan de verkeersleiding, die vliegtuigen met radar in de gaten houdt. Ondanks al deze alternatieven ziet Melkert dat vliegtuigen in toenemende mate leunen op satellietnavigatie.

Kaart en kompas

Voor de scheepvaart geldt min of meer hetzelfde: vroeger werden de wereldzeeën bevaren zonder gps, maar inmiddels leunt de scheepvaart zwaar op satellieten. Wat zijn de alternatieven? “Ouderwets met kaart en kompas is niet zo nauwkeurig, maar je komt er wel. In de buurt van de kust kun je de positie visueel bepalen, maar dat gebeurt in de commerciële scheepvaart niet zo veel meer”, vertelt Lubbers. “Mensen zijn er daarom niet zo goed meer in, waardoor de kans op fouten toeneemt én de werkdruk omhooggaat.”

Ook op het wegennet speelt satellietnavigatie een belangrijke rol. Dat gaat verder dan alleen maar je bestemming vinden. Lubbers zegt gps de capaciteit van onze wegen vergroot. “Op het moment dat een weg verstopt, dan zie je dat routeplanners andere routes voorstellen. Het verkeer wordt zo beter verdeeld over de wegen.”

Bij de tijd

Je kunt allerlei toepassingen bedenken waar het wegvallen van satellietnavigatie tot problemen leidt. Van de online supermarkt die zijn bezorgers niet de meest ideale route voorschotelt, tot een online taxidienst die niet weet waar zijn chauffeurs zijn. Precisielandbouw, waarbij een boer zijn machines per gps stuurt, is lastig. En een kwijtgeraakte telefoon of een gestolen e-bike is lastiger te vinden. Dat is vervelend, maar niet ontwrichtend voor de maatschappij.

Toch kan het wegvallen van gps grotere gevolgen hebben. Want waarvoor wordt gps het meest gebruikt in de civiele wereld? Je verwacht het misschien niet, maar dit is de bepaling van de tijd, zegt Lubbers. Elke navigatiesatelliet heeft namelijk een precieze atoomklok aan boord, nodig voor de plaatsbepaling (in feite meet een gps-ontvanger de reistijd van satellietsignalen). Dat is handig, want als gps-gebruiker krijg je die nauwkeurige tijd er zo ‘gratis’ bij. “Gps is de goedkoopste manier om de tijd tot op een tiental nanoseconden nauwkeurig te krijgen”, aldus Lubbers.

Precieze timing is essentieel voor veel systemen en ook daar kan het wegvallen van satellietnavigatie gevolgen hebben. Zo heeft iedere financiële transactie een exacte tijdstempel, belangrijk om ervoor te zorgen dat een euro maar een keer wordt uitgegeven. Of om de koers van een aandeel te bepalen op het moment van aankoop. En leveringen van grote energiecentrales in ons elektriciteitsnetwerk zijn nauwkeurig op elkaar afgestemd, om het netwerk in balans te houden. Ook bij draadloze communicatie is het belangrijk dat klokken gelijk lopen.

Naïef

Van maatschappelijke ontwrichting door het ontbreken van satellietnavigatie lijkt in het oosten van Europa op dit moment geen sprake. Lubbers: “De metingen die verstoringen laten zien, zijn gebaseerd op metingen van vliegtuigen hoog in de lucht. Het kan zijn dat je er op de grond minder last van hebt.”

Kúnnen we iets doen tegen dit soort verstoringen? De bijna per definitie zwakke satellietsignalen zijn nu eenmaal kwetsbaar voor verstoring, aldus Lubbers. Zijn we een beetje naïef geweest over onze afhankelijkheid van een systeem dat zo makkelijk te verstoren is? Lubbers vindt van wel. “Er zijn mensen geweest die hiervoor hebben gewaarschuwd, maar gps deed het tot nu toe vrijwel altijd. Bovendien zijn de alternatieven duur, waardoor niemand de neiging had hier in te investeren. We hebben het simpelweg nooit als een probleem gezien.”