[Перевод] Военные испытания GPS в США угрожают безопасности полётов
Военные испытания, глушащие и подменяющие сигналы GPS — это бомба замедленного действия
В один из дней мая прошлого года ранним утром коммерческий самолёт подлетал к международному аэропорту Эль-Пасо в Западном Техасе. Внезапно на приборной панели появилось предупреждение: «потеряно местоположение по GPS». Пилот связался с центром управления полётами авиалинии, и ему сообщили, что на стрельбище Уайт-Сэндс на юге Нью-Мексико военные в ходе испытаний вмешиваются в работу GPS. «Тогда мы поняли, что дело было не в GPS-устройствах на борту», — писал пилот позже.
Из-за сильного ветра пилот промахнулся мимо взлётно-посадочной полосы, и пошёл на второй заход. «Нам пришлось заходить на 4-ю полосу ещё до наступления рассвета, не имея доступа к приборам вертикального наведения, — писал пилот. — На 4-й полосе был высокий риск столкновения с землёй в управляемом полёте из-за её уклона».
Риск «столкновения с землёй в управляемом полёте» понятен из самого названия этого термина. Пилот даже раздумывал, не уйти ли в аэропорт Альбукерка, расположенный в 370 км, но в итоге решился, и сел на 4-ю полосу, руководствуясь только визуальными ориентирами. Посадка прошла успешно, однако позже пилот описал свои ощущения в системе Aviation Safety Reporting System (ASRS, система отчётов по воздушной безопасности) от НАСА. На этом форуме пилоты могут анонимно делиться впечатлениями о рискованных ситуациях и давать советы по безопасности.
И это далеко не самое страшное сообщение с форума, связанное с глушением GPS-сигналов. В августе 2018 года пассажирский самолёт в Айдахо в условиях задымлённости сообщил о помехах в GPS-сигнале, связанных с военными испытаниями. Ему удалось избежать столкновения с горой в последний момент только благодаря вмешательству авиадиспетчера. «Диспетчеры и пилоты считают, что их оборудование работает, как должно, однако на самом деле оно ведёт их прямо в горный склон — такая ситуация может привести к человеческим жертвам, — писал диспетчер. — Если бы мы этого не заметили, все пассажиры и пилоты самолёта погибли бы. Без сомнений».
За последние восемь лет на форуме ASRS зафиксировано почти 90 случаев, описывающих помехи сигнала GPS в США. Большая часть из них произошли в 2019–2020 годах. А сейчас у редакции появились новые свидетельства того, что нарушение работы GPS, влияющее на коммерческие полёты, происходит гораздо чаще, чем описывается в базе ASRS. Недавно раскрытые данные от Федерального управления гражданской авиации США (FAA) за несколько месяцев 2017 и 2018 годов рассказывают о сотнях случаях потери приёма GPS-сигнала самолётами, оказавшимися вблизи мест проведения военных испытаний. За один только день в марте 2018 года пилоты 21 самолёта сообщили о проблемах с приёмом GPS авиадиспетчерам аэропортов близ Лос-Анджелеса. Среди них были вертолёт скорой помощи, несколько частных самолётов, и десяток коммерческих реактивных самолётов. Часть из них смогла продолжить нормальный полёт, другим потребовалось помощь авиадиспетчеров. Пилоты пяти самолётов сообщили о том, что машина сделала неожиданный поворот или уходит с курса. Вероятно, по всей стране ежегодно происходят сотни, а возможно и тысячи подобных случаев, каждый из которых потенциально может обернуться катастрофой. И подавляющее большинство таких случаев можно связать с американскими военными, которые сегодня регулярно, чуть ли не ежедневно глушат GPS-сигналы на больших территориях.
Военные глушат сигналы GPS в попытках разработать защиту от глушения GPS. Ирония в том, что попытки Пентагона обезопасить солдат и системы оказываются опасными для жизни гражданских пилотов, пассажиров и членов экипажей. В 2013 году военные признались в этом, говоря в опубликованном ими отчёте, что «запланированные электронные атаки периодически вызывают помехи для полётов, полагающихся на GPS, и влияют на эффективность и экономику полётов».
В ранние дни авиации пилоты днём ориентировались по картам дорог, а ночами — по кострам и прожекторам. К моменту начала Второй мировой войны уже достаточно популярными стали радиомаяки. С конца 1940-х наземные станции начали вещание всенаправленных VHF-сигналов, по которым могли ориентироваться самолёты, а системы более ближнего действия показывали пилотам безопасные траектории посадки. На пике популярности в 2000-м году в США было более тысячи навигационных станций с VHF-сигналом. Однако там, где станции стояли редко, пилотам приходилось летать зигзагами, от одной станции до другой, а принимаемый сигнал могли ослаблять холмы и здания.
Всё изменилось с развитием глобальных систем навигации, впервые разработанных военными США в 1960-х. Когда в середине 1990-х появилась гражданская версия этой технологии, система глобального позиционирования (Global Positioning System, GPS), самолёты смогли ориентироваться по спутникам и перемещаться от одной точки к другой по прямым. Также данные по местоположению и высоте с GPS были достаточно точными для того, чтобы самолёты могли садиться по ним.
FAA находится в процессе внедрения системы NextGen, которая должна сделать полёты более безопасными и эффективными, полностью переключившись с наземной навигации по радиомаякам и прочему на спутниковую. Параллельно с этим агентство лет десять назад начало отключать станции VHF-навигации. Сеть наземной поддержки полётов в США уже скоро сократится до минимума из 600 резервных наземных станций.
Из-за того, что пилоты всё больше полагаются на GPS, это меняет практики полётов и их привычки. GPS-приёмники становятся всё дешевле, меньше и функциональнее, в связи с чем их всё чаще используют и интегрируют. В большинстве самолётов сегодня используется автоматическое зависимое наблюдение-вещание АЗН-В. Работающие по этой технологии транспондеры используют GPS для подсчёта и трансляции своей высоты, курса и скорости. Пилоты частных самолётов используют цифровые карты на планшетных компьютерах. Данные, полученные от GPS, лежат в основе автопилотов и полётных компьютеров. Теоретически пилоты и сейчас должны иметь возможность ориентироваться, летать и приземляться без GPS, используя существующие радиосистемы и визуальные ориентиры. На коммерческих самолётах есть целый ряд резервных технологий. Но поскольку GPS так широко распространён и надёжен, пилотам грозит опасность забыть эти «ручные» технологии.
Когда в июне 2019 года пассажирский реактивный самолёт внезапно потерял сигнал GPS над Солт-Лейк-Сити, пилот «достаточно сильно запутался», как писал он потом в отчёте для ASRS. «Сказать, что мне недоставало навыков ориентирования по необработанным данным, будет преуменьшением! Я никогда не делал этого в Airbus и не помню, чтобы вообще занимался этим за последние 25 лет».
«Не виню пилотов за то, что они так подсели на GPS», — говорит Тодд. И. Хамфрис, директор Радионавигационной лаборатории техасского университета в Остине. «Когда что-то хорошо работает 99,99% времени, люди не очень бдительно готовятся к той 0,01% времени, когда оно откажет».
И полная потеря GPS — не самое худшее, что может произойти. Гораздо опаснее, когда точные данные GPS тихо меняют на ложные. В базе данных ASRS есть много примеров того, как пилоты слишком поздно осознали, что их автопилоты, использующие GPS, завели их на многие километры в сторону от курса, в запрещённые для полётов военные зоны, или подвели опасно близко к другим воздушным судам.
В декабре 2012 года авиадиспетчер заметил, что направляющийся на запад пассажирский самолёт, находящийся близ Рино, Невада, на 16 км отклонился от курса. Диспетчер убедился, что виновником происшествия были военные, глушившие GPS, и передал пилоту новое направление. Позднее он отмечал: «Если бы пилот заметил, что он ушёл с курса, до того, как это сделал я, и провёл бы корректировку, самолёт из-за этого повернулся бы в обратном направлении, на восток».
Почему же военные с такой регулярностью вмешиваются в работу важнейшей для безопасности системы? Хотя большинство GPS-приёмников сегодня стоит в смартфонах, GPS разрабатывали американские военные исключительно для своих целей. Пентагон всецело полагается на GPS для определения местонахождения и передвижения своих самолётов, кораблей, танков и пехоты.
Будучи таким важным ресурсом, GPS очень сильно подвержена атакам. Когда сигналы спутников доходят до земли, они оказываются уже настолько слабыми, что легко могут потонуть в помехах, намеренных или случайных. При этом собрать электронное устройство для нарушения этих слабых сигналов тривиально, говорит Хамфрис. «Расстройте излучатель в микроволновке, и получите сверхмощную глушилку, работающую на многие километры». Нелегальные устройства для глушения сигнала GPS вовсю продаются на чёрном рынке, и многие позиционируются специально для профессиональных водителей, которые не хотят, чтобы за ними следили.
Другие системы глобального позиционирования — ГЛОНАСС в России, BeiDou в Китае и Galileo в Европе — используют немного другие частоты, но обладают схожими уязвимостями, в зависимости от того, кто именно проводит атаку. В Китае были случаи, когда загадочные атаки смогли направить корабли с GPS-приёмниками по ложному курсу, не повлияв при этом на суда с приёмниками BeiDou. Сигналы GPS регулярно глушат на востоке Средиземноморья, в Норвегии и Финляндии, а система Galileo при этом работает без сбоев.
Для проверки того, как войска ведут себя в отсутствии сигнала GPS, Пентагон использует удалённые военные базы, по большей части на западе страны. Предполагается, что параллельно военные разрабатывают собственные системы для ведения электронных боёв, а также контрмеры. Точно известен, по меньшей мере, один случай испытания системы подмены GPS-сигнала в США, во время которого, как говорят, были приняты все меры для того, чтобы не повлиять на гражданские самолёты.
Несмотря на это, во многих случаях, описанных на форуме ASRS, GPS-приёмники выдавали неверное местоположение, а не просто отказывались работать. Однако такое бывает также и в случаях сильного ухудшения спутниковых сигналов. Какой бы ни была природа этих испытаний, глушение сигнала GPS военными может привести к нарушению работы гражданских служб, в особенности коммерческих авиалиний, работающих на больших высотах, даже когда самолёты находятся на значительном расстоянии от полигона.
Специально для пилотов военные распространяют Notices to Airmen (NOTAM, уведомления для лётчиков), в которых предупреждают пилотов о планирующихся испытаниях. Во многих из этих уведомлений упоминаются территории размером в сотни тысяч квадратных километров. Бывают уведомления о том, что работа GPS будет нарушена, к примеру, над всем штатом Техас, или даже над всем юго-западом США. Подобное уведомление не означает, что работа GPS будет полностью парализована над всей упомянутой территорией — только то, что GPS кое-где на этой территории может работать нестабильно. И подобная неопределённость сама создаёт проблемы.
В 2017 году FAA дала указания некоммерческой Радиотехнической комиссии по аэронавтике (RTCA) изучить, как намеренное наведение помех на GPS влияет на гражданские самолёты. В следующем году комиссия выпустила отчёт, где описала, что количество военных испытаний, связанных с работой GPS, почти утроилось в 2012 по 2017. Неудивительно, что количество отзывов о безопасности ASRS, связанных с глушением сигнала GPS, также возросло. За один 2019 год было упомянуто 38 подобных случаев — почти в 10 раз больше, чем в 2018.
Распределение проблем с GPS по видам воздушных судов с февраля по июль 2017:
— коммерческие самолёты
— частные воздушные суда
— малые коммерческие реактивные самолёты
— коммерческие грузовые воздушные суда
— неопределённый тип
— вертолёты скорой помощи
— воздушные шары
— воздушная служба спасения животных
В редакцию IEEE Spectrum попали новые, ранее не публиковавшиеся материалы от FAA. Судя по ним, сообщения с ASRS — это только верхушка айсберга. В этих данных содержатся отчёты пилотов о нарушении работы GPS в центре управления воздушным трафиком Лос-Анджелеса — одном из 22 центров управления США. Работающие там авиадиспетчеры контролируют воздушный трафик над центральной и южной Калифорнией, северной Невадой, юго-западной Ютой, западной Аризоной и частью Тихого океана. Во всех этих областях идут активные военные испытания.
В данных упоминается 173 случая полной потери сигнала GPS или его прерывистой работы за период в 6 месяцев 2017 года и ещё 60 случаев, происшедших в начале 2018. Деталей указано меньше, чем в базе ASRS, однако там есть случаи ухода воздушных судов с курса, случайного входа в военное воздушное пространство, потери возможности маневрировать, и возможности ориентироваться при приближении к другому воздушному судну. Многим пилотам потребовалась помощь авиадиспетчеров для продолжения полёта. В перечень судов, испытывавших проблемы, попали самолёт службы спасения животных, воздушный шар, медицинские суда и множество частных и пассажирских реактивных самолётов.
В некоторых случаях потеря GPS стала чрезвычайным происшествием. Пилоты пяти судов, включая рейс компании Southwest Airlines из Лас-Вегаса в Чикаго, отправили сигнал аварийного останова — запрос военным на немедленное прекращение глушение сигнала, передаваемый через диспетчерскую. Представители ассоциации пилотов и владельцев воздушных судов говорят, что такой запрос пилот должен использовать только в случаях, представляющих реальную опасность для полёта.
Конечно, множество случаев, описанных в данных FAA, не были катастрофичными. К примеру, в начале марта 2017 года Джим Йодер управлял реактивным самолётом Cessna, принадлежащим предпринимателю и космическому туристу Деннису Тито, совершая перелёт из Лас-Вегаса в Палм-Спрингс, Калифорния. В какой-то момент оба имевшихся на борту устройства для работы с GPS перестали нормально функционировать. «Это был единственный случай, когда у меня отключился GPS, и это было довольно интересно, поскольку я особенно об этом не задумывался, — рассказал нам Йодер. — Я спросил авиадиспетчеров, что происходит, но они, по-видимому, не знали. Однако мы не потеряли возможность ориентироваться, и даже, по-моему, с курса не сбились».
Одним из заключений RTCA стало то, что частью проблемы является структура уведомлений для лётчиков: из-за того, что у большинства пилотов, пролетавших через указанные там области, не возникло никаких проблем, они начинают игнорировать подобные предупреждения.
«Мы называем эти уведомления ''Цыплёнок Цыпа'' [персонаж сказки, которому показалось, что ему на голову упало небо / прим. пер.], — говорит Рун Дьюк, бывший одним из членов комиссии RTCA. — Нам говорят, что на больших территориях небо упадёт на землю, и это звучит нереалистично. Горы и всякие другие препятствия не дадут помехам сигналу GPS распространиться на 500 морских миль [926 км] от того места, где стоит оборудование, нарушающее его работу».
Пропадёт сигнал GPS, или нет — это зависит от характера местности, высоты и положения воздушного судна, направления полёта, расстояния от центра излучения интерферирующих сигналов, угла по отношению к лучу, исходящему из этого центра, находящегося на борту оборудования, и множества других факторов. Такое заключение вынесла рабочая группа, в которую входили представители FAA, авиалиний, пилоты, производители самолётов и военные. Одно судно может потерять сигнал GPS в то время, как находящееся поблизости не испытает никаких проблем. Одно испытание может пройти незамеченным, а другое — вызвать в небе хаос.
У такой ненадёжной системы есть последствия. В 2014 году пассажирскому самолёту на подлёте к Эль-Пасо пришлось отменить посадку из-за потери сигнала GPS. «Впервые за мою карьеру лётчика я испытал на себе и даже вообще услышал о глушении сигналов GPS, — писал на форуме ASRS пилот. — Хотя военные и выпускали уведомление, меня эта ситуация все равно застала врасплох, поскольку мы не ожидали полностью потерять все сигналы GPS. Хорошо, что погода была хорошей, или ситуация могла бы превратиться в серьёзную».
Иногда авиадиспетчеры не знают о происходящем так же, как пилоты. «Они — наша последняя линия защиты, — рассказал нам Дьюк. — Но во многих случаях диспетчеры даже не в курсе того, что кто-то глушит сигнал GPS».
В отчёте комиссии было сделано множество рекомендаций. Министерство обороны может улучшить координацию действий с FAA, и может воздержаться от испытаний, связанных с GPS, когда воздушный трафик достаточно плотный. FAA может тщательно изучить имеющиеся данные и анализ, сопоставить отчёты с форумов с цифровыми данными, улучшить документацию по неблагоприятным событиям. Можно упростить интерпретацию системы уведомлений для пилотов, и сделать так, чтобы предупреждения точнее описывали возможные проблемы для пилотов и диспетчеров.
Стоит отметить, что до выхода отчёта FAA рекомендовало пилотам сообщать об аномальном поведении GPS только тогда, когда им понадобилась помощь диспетчеров. «Было трудно набрать нужные данные, поскольку мы не одобряли подачу отчётов, — говорит Дьюк. — Из-за этого FAA считала, что большой проблемы с этим нет».
Теперь в уведомлениях для лётчиков указано, что пилотам стоит сообщать обо всех проблемах с GPS, однако многие другие рекомендации комиссии застревают в коридорах отделения расследования происшествий и их предотвращения FAA.
Новые тенденции лишь усугубляют эту проблему. Проект NextGen ускоряет переход коммерческих самолётов на спутниковую навигацию. Автономные летательные аппараты, дроны и воздушные такси, ещё сильнее будут опираться на ненадёжные плечи GPS.
Внедрение любого нового воздушного судна несёт с собой новые вызовы для системы. К примеру, Embraer EMB-505 Phenom 300 встал в строй в 2009 году, и с тех пор стал самым продаваемым лёгким реактивным самолётом в мире. В 2016 году FAA предупредила, что в случае ненадёжного сигнала GPS или полного его отсутствия Phenom 300 рискует начать колебания типа «голландский шаг». Это сложная комбинация из рыскания, изменения крена и тангажа, которая может привести к потере управляемости. FAA порекомендовала пилотам Phenom 300 избегать областей, в которых есть помехи для сигнала GPS. Компания Embraer объявила, что исправила эту проблему в 2017-м.
Чем активнее используется GPS, тем больше ею интересуются военные. «С течением времени потребность военных в испытании технологий создания помех GPS растёт, — говорит Дьюк. — В 2019 она опять возросла, в частности из-за активизации разработок технологии противодействия беспилотникам. Теперь они мешают работе GPS в таких местах, где раньше такого не было — к примеру, в Мичигане, в Висконсине, в обеих Дакотах. Это добавляет реализма в испытания».
То есть, растёт количество испытаний глушения GPS, летательных аппаратов, использующих спутники, и пилотов, полагающихся на спутниковую навигацию. Эта петля с обратной связью постоянно повышает шансы того, что один из случаев отказов оборудования или запросов на прекращение помех закончится катастрофически.
В ответ на просьбу прокомментировать ситуацию в FAA заявили, что создали инфраструктуру для навигации и наблюдения, достаточно надёжную для того, чтобы воздушные суда были в безопасности на время отключения GPS. К этой системе причисляются радиомаяки и радары. Также в FAA отметили, что они вместе с другими агентствами работают над созданием долгосрочной резервной системы для GPS, которая будет обеспечивать определение местоположения, навигацию и сигналы точного времени, минимизируя последствия потери GPS.
Однако в отчёте для конгресса в апреле 2020 года министерство внутренней безопасности США, отвечающее за координацию этих задач, писало: «МВБ рекомендует возложить ответственность за решение проблем, связанных с временным отключением сервиса GPS, на отдельных пользователей, а не на федеральное правительство». Проще говоря, проблема помех GPS никуда не денется.
В сентябре 2019 года пилот небольшого реактивного самолёта столкнулся с активным подавлением спутникового сигнала во время рейса на Нью-Мексико. Посредством связи он слышал, что соседние с ним воздушные суда также испытывали эту проблему, и некоторым пришлось снизить высоту из соображений безопасности. «Поскольку FAA избавляется от наземных станций, страхующих нас по радиосвязи, мы начинаем зависеть от ненадёжной навигационной системы, — написал пилот после приземления. — Подобные помехи критически важной GPS-навигации, возникающие чрезвычайно часто, представляют значительную угрозу безопасности полётов. Эти помехи нужно прекращать».
Возвращаясь домой, этот же пилот вновь столкнулся с глушением сигнала GPS.
