Trasa se přepočítává

Sedmnáctý listopad byl významným dnem nejen pro Českou republiku, ale i pro evropský navigační systém Galieo - v ten den byl totiž rozšířen o další čtyři navigační satelity. Na oběžnou dráhu, kde už v té době, v nadmořské výšce 23 222 kilometrů, obíhalo dalších čtrnáct satelitů systému Galileo, vynesla drahocenný náklad francouzská raketa Ariane 5. V minulosti bylo možné na oběžnou dráhu dostat maximálně dva satelity najednou.

Důležitých dnů bylo v průběhu vývoje systému Galileo už samozřejmě mnoho a často byl důvod dívat se do budoucnosti optimisticky. Ve zpětném pohledu se však předpovědi ukázaly podobně křehké jako obvinění, která vznášela inkvizice na stejnojmenného patrona evropského projektu před 400 lety. Už jen podívat se na časovou osu tohoto projektu je zajímavé. V roce 1999 Evropská komise zveřejnila strategický dokument vyzývající k vytvoření satelitního navigačního systému - neprodleně! V opačném případě už totiž bylo „příliš pozdě“, protože konkurenční Global Positioning System (GPS) už měl i tak příliš velký náskok.

Následující roky se však systém nebudoval, ale probíhalo množství vyjednávání. Která země si vezme vývoj na starosti? Ve kterém městě bude sídlit administrativní centrum navigačního systému? Jak budou náklady na vybudování rozděleny? V podstatě to byl typický plán Evropské unie.

V roce 2003 bylo rozhodnuto, že půjde o projekt tzv. Partnerství veřejného a soukromého sektoru (PPP - Public Private Partnerships) a že se bude financovat kolektivně na evropské úrovni. V té době už také bylo jasné, že naplánovaný začátek provozu na rok 2008 je pouhou nerealizovatelnou iluzí.

Stále více a více termínů spuštění Galilea

V roce 2007 projekt Partnerství veřejného a soukromého sektoru v podstatě skončil, protože dotčené soukromé společnosti chtěly minimalizovat své riziko a financování přenést pevně na bedra daňových poplatníků. Kormidla se tak pevně ujala Evropská komise. V průběhu výstavby celého projektu, který se skládá z celkem třiceti satelitů, z nichž tři slouží jako záloha, a samozřejmě i pozemních zařízení, se několikrát změnil termín uvedení do komerčního provozu. V současné době se hovoří o roku 2020. Opožděné termíny pochopitelně nejsou pro naše ani evropské daňové poplatníky žádnou novinkou. Vzpomeňme například, že tunel Blanka měl být otevřen v roce 2011, dálnice D8 do Drážďan se staví od roku 1984 a například na berlínském letišti Willyho Brandta měla letadla přistávat už v roce 2011. Nemluvě o tom, jak se některé projekty prodraží.

Tunel Blanka byl přece jen nakonec otevřen a zdá se, že nějaké změny na obzoru jsou i v případě projektu Galileo. Podle Reného Kleessena, vedoucího navigačního oddělení německého střediska Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), plánuje Evropská komise zprovoznit některé služby Galilea už na konci roku 2016 a v Evropské kosmické agentuře (ESA) probíhají v současné době ověřovací zkoušky.

Zdá se, že orientaci ztratili i projektanti systému Galilea ve finančním oddělení. V roce 1999 Evropská komise předpokládala, že celý projekt bude stát něco mezi 2,2 a 2,95 miliardy eur. O tři roky později musela ESA a Evropská komise k tomuto číslu přihodit několik miliard. Ve společném dokumentu bylo tehdy uvedeno: „Systém Galileo není drahý. Náklady na vývoj, výstavbu a zahájení provozu třiceti družic a zřízení množství pozemních stanic bude stát 3,2 až 3,4 miliardy eur.“ S odstupem času lze říci, že tato částka byla úplně mimo realitu. Podle vedoucího navigačního oddělení Reného Kleessena, kterého jsme v této souvislosti kontaktovali, je přehled nákladů následující: „Až do roku 2013 měl systém Galileo a doplňkový navigační systém EGNOS k dispozici částku ve výši 0,75 miliardy eur z agentury ESA a celkem 3,6 miliardy eur z Evropské unie. Dalších sedm miliard pak je k dispozici na období v rozmezí let 2014 až 2020.“ Vzhledem k tomu, že systém má být plně v provozu nejdříve v roce 2020, je z uvedených údajů jasné, že náklady na projekt Galileo a doplňkový systém EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), který například zpřesňuje jeho výsledky a poskytuje spolehlivější údaje, se vyšplhají na více než 11 miliard eur. Alespoň z dnešního pohledu.

Navzdory všem zpožděním a překročením nákladů je třeba připustit, že družicová navigace je klíčovou technologií 21. století, a existuje mnoho argumentů, které mohou být použity pro obhajobu rozvoje evropské alternativy systému amerického systému GPS. Podle vyjádření pracovníků GSA (Galileo Supervising Authority) není dopravní odvětví zdaleka jediné, které bude moct navigační systém Galileo využít. Bude samozřejmě podporovat i autonomní dopravu a inovativní aplikace. Důležitá infrastruktura související s dodávkami elektřiny, finanční služby a telekomunikace, které spoléhají na vysoce přesné časové signály, zatím nemají jinou možnost, než se spolehnout na čas poskytovaný systémem GPS. Udávat tempo v tomto odvětví by měl v budoucnu právě systém Galileo.

Místo a čas jdou ruku v ruce

Všechny navigační systémy používají k určení polohy atomové hodiny. Čas pro přenos signálu, který pochází z různých satelitů, je důležitý pro určení přesné polohy na Zemi. Podle principu triangulace může být poloha zjištěna, pokud je známa vzdálenost mezi pozicí a dalšími třemi pozicemi (v tomto případě družicemi). Přijímací (navigační) zařízení využívá pro výpočet přesné polohy kombinaci tří tranzitních časů. Nicméně při těchto výpočtech může docházet k určitým nepřesnostem, které jsou způsobené tím, že satelity a přijímací zařízení používají trochu jiný čas. Kromě časového posunu totiž hrají roli i další aspekty. Relativně vzato, hodiny ve vesmíru běží rychleji než časoměřiče v navigačním systému na Zemi. Proto je pro určení přesné polohy potřebný ještě čtvrtý signál ze satelitu, který hodiny synchronizuje.

Každá družice systému Galileo obsahuje čtvery atomové hodiny - dvoje hlavní jsou typu Maser (akronym z anglického „Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, tj. zesilování mikrovln pomocí stimulované emise záření) a dvoje jsou s rubidiovým oscilátorem. Maser hodiny využívají vodíkové atomy a jejich přesnost je taková, že se mohou předcházet nebo zpožďovat asi o jednu sekundu až za tři miliony let. Záložní rubidiové hodiny využívají odpařeného rubidia a vykazují rozdíl až jedné sekundy za dobu provozu 760 000 let. Extrémně přesné atomové hodiny se používají i u serverů například pro časová razítka při provedení časově kritických operací ve finančnictví. Za normálních okolností by měly přijímače systému Galileo přijímat signál z více než čtyř satelitů.

To vede k větší přesnosti, rychlosti i dostupnosti. Zpravidla je pak také systém v režimu otevřených služeb (který budou využívat například motoristé nebo uživatelé chytrých telefonů) schopen určit polohu s přesností na čtyři metry. Podle měření, která prováděla agentura ESA, by však měla být přesnost Galilea v praxi ještě vyšší. Jak nám řekl René Kleessen: „V průměru pracuje polohovací služba systému Galileo s přesností na jeden metr, a občas dokonce ještě pod touto úrovní.“ Ti, které autonavigace poslala na víceproudé dálnici do špatného pruhu, už dobře vědí, že přesnost je někdy skutečně důležitá. Systém Galileo by měl být schopen po uvedení do plného provozu měřit vertikální i horizontální pozici s přesností jednoho metru, a to i ve vyšších nadmořských výškách.

Nicméně i konkurenční systémy, ke kterým kromě GPS patří i ruský GLONASS či čínské BeiDou, pracují s podobnou přesností. Galileo může mít chvíli konkurenční výhodu, ale ostatní nakonec „závod“ v přesnosti systémů doženou. Dokonce i dnes, za použití dalších zdrojů, jako jsou telekomunikační data, diferenciální techniky a senzory, lze použít systém GPS s přesností do jednoho metru.

Komerční služby Galilea (Commercial Services - CS) mají být ještě mnohem přesnější než volně dostupné služby (Open Services - OS). Cílem komerčních služeb je totiž trvale poskytovat úroveň přesnosti menší než jeden metr. V reálném provozu by tak mohlo být i možné určování polohy s přesností na centimetry. Tyto placené služby by pak měly být vhodné i pro takové aplikace, jako je automatizace zemědělství, autonomní doprava a veřejná doprava, a použít by se mohly i v letectví.

Systém Galileo by ale měl zajišťovat i další zajímavou službu, a to vyhledávací a záchrannou (Search and Rescue Service - SAR). Bude tedy pomáhat při vyhledávání lidí, plavidel a letadel v nouzových situacích a měl by dokázat zjistit jejich polohu. Tento systém bude rovněž uživatelům v nouzi vysílat odpovědní signál s informací, že zachránce je s jejich situací seznámen a že pomoc je na cestě. To je pokrok oproti existujícím systémům, jako je GPS, které neposkytují žádnou zpětnou vazbu.

Co se týká celého systému Galileo, přesnost není jediným kritériem kvality navigačního systému. Důležitým faktorem je totiž i dostupnost. Vzhledem k tomu, že bude spolupracovat i s konkurenčními systémy, bude k dispozici mnohem více satelitů pro zjištění polohy. Když vše půjde, jak má, budou mít uživatelé na oběžné dráze k dispozici více než padesát aktivních satelitů - GPS i Galileo. To samozřejmě přispěje k dostupnosti a rychlosti služeb. V budoucnu by měly být k dispozici hybridní družicové navigační systémy. Například smartphone Aquaris X5 Plus, který vyrábí španělská společnost BQ a který stojí asi 300 eur, je schopen využít satelity Galilea, GPS i GLONASS. Galileo bude mít navíc výhodu i v tom, že nejde o vojenský systém, který může být pro civilní účely kdykoli vypnut.

Chybné signály

Satelitní systém GPS byl vyvinut ministerstvem obrany Spojených států. Jde tedy především o vojenský systém, který byl sice uvolněn i pro civilní použití, ale USA mohou v podstatě kdykoli začít signál rušit, aby jeho navigační služby nebyly v případě válečného konfliktu k dispozici nepřátelům. Americké síly přesto budou moct jeho služeb využívat. To se nakonec ukázalo i v případě irácké kampaně nebo ve válečném konfliktu v bývalé Jugoslávii. Pentagon uměle udržoval špatnou kvalitu signálu do roku 2000. Definitivní zrušení selektivní dostupnosti nastalo 1. května 2000 a od té doby byl otevřený signál narušen právě jen v průběhu vojenských operací a jen v krizových oblastech.

Nejistoty spojené s využitím GPS představovaly jeden z důvodů (ale ne z rozhodujících důvodů), proč se Evropa rozhodla pro vytvoření vlastního civilního navigačního systému. Téměř v každém příspěvku EU se však dá najít, že v rámci navigace půjde o systém „nezávislý a spolehlivý“. V roce 2008 pak Evropský parlament rozhodl, že na samostatné šifrované frekvenci (Public Regulated Service, PRS) bude Galileo rovněž otevřen pro vojenské účely. Kritici v tomto rozhodnutí spatřovali důkaz, že Evropa se systémem Galileo sleduje nejen civilní cíle, ale i cíle geostrategické.

Dalo by se tedy říct, že z původního plánu na nezávislost systému mnoho nezůstalo. Systém Galileo měl původně pracovat se systémem kódování širokopásmového kanálu, který by překryl vojenský signál Američanů. V takovém případě by byla v případě problémů systému Galileo ovlivněna i americká vojenská verze GPS. Po 11. září 2001 se Pentagon snažil zbavit techniky rozprostřeného spektra. V prosinci 2001 americký časopis Space Daily publikoval informace o tom, že americký náměstek ministra obrany Paul Wolfowitz napsal dopis svému protějšku v EU a varoval ho před konfliktem vyplývajícím z interference GPS M-kódu (vojenský kód Military Code), který je přístupný jen autorizovaným uživatelům. Jeho intervence byla úspěšná. Evropa se rozhodla upustit od technologie rozprostřeného spektra. To znamená, že Američané nyní mohou používat tzv. GPS-Jammery, tedy rušičky GPS signálu, i pro rušení nevojenského úzkopásmového signálu Galilea, aniž by výrazně oslabili vlastní širokopásmový vojenský signál GPS.

Nové cíle pro systém Galileo

Záměr vybudovat zcela nezávislý evropský systém, který bude k dispozici neustále a bez rušení, tak ustoupil do pozadí. René Kleessen však říká: „Dokud nevzniknou žádné krizové situace, očekává se, že bude systém Galileo fungovat bez omezení.“ To má sice možná pravdu, ale původně neměl tento satelitní systém fungovat jen v době klidu a jeho hlavní výhodou mělo být právě to, že bude odolávat všem změnám politického klimatu. Podle Kleessena mohou být signály narušeny v krizových oblastech na celém světě. „Nicméně jednání mezi USA a EU ohledně společného využití GPS a PRS (Public Regulated Service) již probíhají, a to i v rámci NATO. To, že bude mít Evropa svůj vlastní nezávislý systém, ji staví do pozice, kdy může se Spojenými státy jednat jako rovný s rovným a může přispět se svým projektem PRS do systému kolektivní bezpečnosti.“

Za léta budování navigace Galileo se nejen několikrát změnily termíny dokončení a několikrát došlo i k překročení rozpočtu, ale v podstatě se změnil i původní záměr: místo toho, aby Evropa měla svůj vlastní, na krizích a dalších problémech nezávislý systém, buduje multivrstevný a potenciálně zranitelný satelitní navigační systém s vojenskou složkou, který poslouží jako záloha GPS pro NATO v případě krizových situací.

***

Transport do vesmíru
Dne 17. listopadu vynesla raketa Ariane 5 na oběžnou dráhu celkem čtyři družice. Ve vesmíru je jich tedy už osmnáct. Když 733 kg vážící satelit rozloží svoje solární panely, je sotva větší než šatník.

Navigace pro Evropu
Galileo má být plně funkční v roce 2020. Ve výšce 23 222 km se bude na třech drahách pohybovat vždy devět družic a jedna rezervní. Celkem jich tedy bude 30. Na každém místě planety by měl být k dispozici signál ze šesti až osmi satelitů. „Musíme udržet signály Galilea mimo GPS M-kód.“ Paul Wolfowitz, náměstek ministra obrany USA v roce 2001

Foto popis| Hybridní přijímač dokáže přijmout signál z několika satelitních systémů. BQ Aquaris X5 Plus je prvním smartphonem, který je kompatibilní se systémy GPS, Galileo a GLONASS.
Foto popis| Časově kritické finanční transakce využívají ultrapřesných časových razítek. Přesný čas zajistí atomové hodiny Galilea.
Foto popis| Přesnost Družice Galilea v sobě mají MASER hodiny (atomové) s přesností na úrovni kolem jedné nanosekundy (miliardtina sekundy) za 24 hodin.