الكاتب معلق علمي

في 17 أكتوبر ، تلقى مراقبو الحركة الجوية في مطار دالاس فورت وورث في تكساس نصيحة مقلقة. تم تحذيرهم من أن تداخل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) يجعل الملاحة غير موثوقة ضمن 40 ميلاً بحريًا من المطار. وكرر الحادث ، الذي أغلق مدرجًا ، عطلًا مشابهًا لنظام تحديد المواقع العالمي في مطار دنفر الدولي في يناير. وفقًا لأحد التقارير ، تم تفادي تصادم في سماء كولورادو في اللحظة الأخيرة فقط.

الطيران هو قطاع واحد فقط يعتمد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، أو بشكل أكثر دقة ، GNSS – النظام العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية ، وهو مصطلح شامل لجميع كوكبات الملاحة عبر الأقمار الصناعية ، والتي تشمل GPS و Galileo – لمعرفة الوقت والموقع. تعتمد القطاعات الأخرى ، بما في ذلك الطاقة والاتصالات والبث ، أيضًا على GNSS للتوقيت ، ويمكن أن تغرق في الفوضى إذا تعطلت الإشارات من الفضاء. ونتيجة لذلك ، فإن المختبر الفيزيائي الوطني ، ضابط الوقت الرسمي في المملكة المتحدة ، يصمم الآن نظام إشارات الوقت الذي سيتجاوز الأقمار الصناعية ، مما يجعله أكثر قوة ضد التداخل العرضي أو المتعمد.

بينما نادرًا ما يفكر معظمنا في الدور الذي يلعبه التوقيت الدقيق في الحياة اليومية – باستثناء ، ربما ، عندما تتغير الساعات بمقدار ساعة واحدة للإشارة إلى التحول في المواسم ، كما سيحدث في معظم أوروبا في عطلة نهاية الأسبوع القادمة – جهود NPL للحماية تؤكد سلامة إشارات الوقت مدى أهمية هذه الأداة غير المرئية.

المعيار العالمي لضبط الوقت المدني هو التوقيت العالمي المنسق أو UTC. وهي مشتقة من البيانات التي تم جمعها من الساعات الذرية المحفوظة في أكثر من 70 معمل توقيت في جميع أنحاء العالم. يتم حساب متوسط ​​البيانات شهريًا ويتم نشرها في نشرة. تُضاف الثواني الكبيسة من حين لآخر لضمان أن الوقت المُقاس بالساعات الذرية لا ينحرف عن المحاذاة مع دوران الأرض. تتم مزامنة سواتل GNSS ، التي تحتوي على ساعات ذرية ، مع التوقيت العالمي المنسق (UTC).

يقول ليون لوبو ، الذي يرأس مركز التوقيت الوطني في NPL ويقود مشروع البنية التحتية للمقياس الزمني المرنة: “تعتمد كل البنية التحتية الرقمية تقريبًا بطريقة ما على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو نظام GNSS للوقت”. لكن هذا الاعتماد يعرض البنية التحتية لثغرة معروفة: الإشارات من الفضاء ضعيفة نسبيًا ويمكن غمرها أو تشويشها بسبب التداخل الإلكتروني.

يمكن أن يأتي التداخل الحميد من مجموعة من المصادر: التدريبات العسكرية المخطط لها التي تشمل المعدات الإلكترونية والعواصف الشمسية وحتى بعض المناطق الحضرية المبنية. يمكن أن تكون المشاكل خبيثة في الأصل. يشتبه في قيام روسيا بالتشويش على إشارات GPS في أوكرانيا ، مما يعيق الملاحة ورسم الخرائط. “الانتحال” هو خطر آخر ، لا سيما في مجال الشحن – يحدث هذا عندما يتم إرسال إشارات مزيفة من أجل تجاوز إشارات GNSS الأصلية ، مما قد يجذب السفن إلى المواقع التي يمكن اختطافها فيها.

سواء أكانت متعمدة أم لا ، فإن الإشارات غير الموثوقة هي أخبار سيئة من جميع النواحي. يمكنهم الرحلات الأرضية ، كما هو الحال في دنفر وتكساس ، وتعطيل خدمات الطوارئ وضرب شبكات الطاقة. تتطلب موازنة الأحمال الكهربائية لتجنب الانقطاعات معرفة التيارات في العقد المختلفة للشبكة مع توقيت دقيق. يوضح لوبو: “يجب مزامنة أجزاء مختلفة من الشبكة ، ويتم ذلك من خلال نظام مراقبة يحصل على إشارات الوقت من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)”. “من المهم حقًا أن تكون قادرًا على حماية البنية التحتية من هذا القبيل [by providing] إشارات الوقت المستقلة عن الأقمار الصناعية. ”

تتمثل إحدى الخطط في بناء عدة مواقع آمنة عبر المملكة المتحدة مرتبطة بشبكة ألياف ضوئية ، والتي تنشر بعد ذلك إشارات الوقت الأرضية في جميع أنحاء البلاد. NPL ، التي تبث إشارة التوقيت الوطني من جهاز إرسال راديو في كمبريا (كانت تُبث سابقًا من لعبة الركبي) ، توفر بالفعل رابطًا مخصصًا للألياف الضوئية إلى مدينة لندن ، مما يتيح إمكانية تحديد معاملات السوق بالطابع الزمني للميكروثانية (تسمح الدقة بتحليل الطب الشرعي لـ صفقات غير عادية). خيار آخر هو استخدام أقمار الاتصالات بدلاً من نظام GNSS. يقول لوبو إن المفتاح هو بناء شبكة توقيت أرضية ذات أنماط تشغيل مختلفة – وبالتالي أنماط فشل مختلفة – لذلك هناك دائمًا نسخة احتياطية.

تريد هيئة الطيران الفيدرالية الأمريكية ، التي لم تبلغ بعد عن سبب الحوادث في دنفر وتكساس ، الابتعاد عن نظام GNSS بحلول عام 2025 ، وهو جدول زمني يصفه لوبو بأنه “عدواني بشكل لا يصدق”. كشفت مراجعة Blackett التي أجرتها حكومة المملكة المتحدة لعام 2018 أن خسارة خدمات GNSS ستكلف الاقتصاد المحلي حوالي مليار جنيه إسترليني يوميًا – ونصحت بإضافتها إلى السجل الوطني للمخاطر.

كان ذلك بالطبع قبل انتشار الوباء. منذ ذلك الحين أصبحت بنيتنا التحتية الرقمية أكثر أهمية. لقد تغير الزمن – ويجب أن تتغير الطريقة التي نصادق بها على الوقت أيضًا.