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Los satélites Starlink de Musk podrían destronar al GPS

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La megaconstelación de SpaceX podría actualizarse para ofrecer un sistema de geolocalización mucho más preciso que el actual, bautizado como navegación LEO fusionada. La actualización técnica sería sencilla, pero su uso sería tan caro que, de momento, el Ejército de EE. UU. es el único interesado

  • por Mark Harris | traducido por Ana Milutinovic
  • 02 Octubre, 2020

SpaceX ya ha lanzado más de 700 satélites Starlink, y miles más estarán listos para despegar en los próximos años. Su misión principal consiste en proporcionar internet de alta velocidad prácticamente en todo el mundo, incluidas muchas regiones remotas que hasta ahora carecen de un servicio fiable.

Una investigación financiada por el Ejército de EE. UU. ha llegado a la conclusión de que la creciente megaconstelación de Elon Musk podría tener un segundo objetivo: convertirse en una alternativa al Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de bajo coste, altamente precisa y casi imposible de bloquear. El enfoque utilizaría los existentes satélites Starlink en órbita terrestre baja (LEO) para proporcionar servicios de navegación casi globales. 

En un artículo, que no ha sido revisado por pares, los autores del Laboratorio de radionavegación en la Universidad de Texas en Austin (EE. UU.) Todd Humphreys y Peter Iannucci afirman haber ideado un sistema que utiliza los mismos satélites y aprovecha las señales tradicionales de GPS para ofrecer la ubicación con una precisión hasta 10 veces mejor que el GPS. Además, señalan que su un sistema sería mucho menos propenso a las interferencias. 

Señales débiles

El Sistema de Posicionamiento Global se basa en una constelación de alrededor de 30 satélites que orbitan a 20.000 kilómetros sobre la Tierra. Cada uno emite una señal de radio continuamente que contiene su posición y la hora exacta desde un reloj atómico ultrapreciso de a bordo. Los receptores en la Tierra comparan el tiempo que tardan en llegar las señales de varios satélites para calcular su posición, normalmente a unos pocos metros. 

El problema con el GPS reside en que cuando esas señales llegan a la Tierra están muy debilitadas, lo que las hace muy susceptibles a las interferencias accidentales y las guerras electrónicas. En China, los misteriosos ataques de GPS han "falsificado" las ubicaciones de los barcos para que parezcan estar en un lugar diferente, mientras que las señales de GPS quedan bloqueadas con frecuencia en el Mediterráneo oriental.

El Ejército de Estados Unidos depende mucho del GPS. El año pasado, su Comando de Futuros (Futures Command), una nueva unidad dedicada a modernizar sus fuerzas, visitó el laboratorio de Humphreys para hablar sobre su start-up Coherent Navigation, que cofundó en 2008 con el objetivo era utilizar señales de los satélites Iridium como una alternativa al GPS. La start-up fue adquirida por Apple en 2015. 

De sus conversaciones, Humphreys recuerda: "Me dijeron que el Ejército colaboraba con SpaceX [firmó un acuerdo en mayo para probar Starlink para trasladar los datos a través de las redes militares] y si me interesaría hablar con SpaceX sobre el uso de sus satélites Starlink de la misma manera que usé los viejos satélites Iridium. Así que conseguimos una reunión con la gente de SpaceX, les gustó la idea, y el Ejército nos dio un año para investigar el problema". Futures Command también les proporcionó varios millones de euros en fondos

El concepto de utilizar los satélites LEO para navegación no es nuevo. De hecho, algunas de las primeras naves espaciales estadounidenses lanzadas en la década de 1960 fueron los satélites Transit que orbitaban a 1.100 kilómetros y proporcionaban información sobre la ubicación para barcos y submarinos de la Armada estadounidense. La ventaja de una constelación LEO es que las señales pueden ser 1.000 veces más fuertes que las del GPS. La desventaja es que cada satélite solo puede dar servicio a un área pequeña debajo de él, por lo que una cobertura global fiable requiere cientos o incluso miles de satélites. 

Actualizar y mejorar

Construir una red completamente nueva de satélites LEO con relojes ultraprecisos sería bastante caro. Aun así, ese es el objetivo de la start-up Xona Space Systems, que planea lanzar una constelación de al menos 300 satélites Pulsar durante los próximos seis años.

La idea de Humphreys e Iannucci es diferente: usarían una simple actualización de software para modificar los satélites de Starlink para que sus capacidades de comunicación y las existentes señales del GPS proporcionen los servicios de posicionamiento y navegación.

Aseguran que su nuevo sistema podría incluso, de manera contradictoria, ofrecer a la mayoría de usuarios una mejor precisión que la tecnología GPS en la que se basa. Esto se debe a que, para identificar su ubicación con un margen de unos pocos centímetros, el receptor GPS de cada satélite Starlink utiliza unos algoritmos que no suelen encontrarse en los productos de consumo. Estas tecnologías usan las propiedades físicas de la señal de radio GPS y su codificación para mejorar la precisión de los cálculos de ubicación. Básicamente, los satélites Starlink pueden llevar a cabo el trabajo duro computacional para sus usuarios en la Tierra. 

Los satélites Starlink también son routers de internet en el espacio, capaces de alcanzar 100 megabits por segundo. Por su parte, los satélites GPS se comunican a una velocidad inferior a 100 bits por segundo.

"Hay tan pocos bits por segundo disponibles para las transmisiones de GPS que no pueden permitirse el lujo de incluir datos nuevos y más precisos sobre dónde están realmente los satélites. Si las oportunidades de enviar información desde un satélite son un millón de veces mayores, los datos serán mucho más fiables", explica Iannucci.

El nuevo sistema, que Humphreys denomina como navegación LEO fusionada, utilizará cálculos instantáneos de órbita y reloj para ubicar a los usuarios con un margen de uno 70 centímetros, estima. A modo de comparación, la mayoría de los sistemas GPS en teléfonos inteligentes, relojes y coches tienen una precisión de solo unos metros. 

Pero la ventaja clave para el Pentágono es que la navegación LEO fusionada debería ser significativamente más difícil de interferir o falsificar.  Sus señales no solo llegan con mucha más intensidad hasta el suelo, sino que las antenas para sus frecuencias de microondas son aproximadamente 10 veces más direccionales que las del GPS. Eso significa que debería ser más fácil captar las verdaderas señales del satélite en lugar de las de una interferencia. "Al menos esa es la esperanza", señala Humphreys.

Según los cálculos de Humphreys e Iannucci, su sistema de navegación LEO fusionada podría proporcionar un servicio continuo de navegación al 99,8 % de la población mundial, utilizando menos del 1 % de la capacidad de enlace descendente de Starlink y menos del 0,5 % de su capacidad energética.

"Creo que esto podría conducir a una solución más sólida y precisa que el GPS por sí solo. Y si no hace falta modificar los satélites de Starlink, sin duda sería una forma rápida y sencilla de llevarlo a cabo", opina el investigador del Laboratorio de GPS de la Universidad de Stanford (EE. UU.) Todd Walter, que no participó en la investigación.

La tecnología de navegación no se limita a los satélites de SpaceX. La constelación de la empresa OneWeb, que acabó en quiebra pero que será adquirida por el Gobierno de Reino Unido, también podría servir como un sistema de navegación de cosecha propia, destaca Iannucci, "aunque Starlink va en cabeza en este momento".

No obstante, la navegación LEO fusionada tiene sus inconvenientes. No se espera que la megaconstelación inicial de Starlink que opere por encima de los 60 grados de latitud, lo que significa que los residentes de Helsinki (Finlandia) podrían perderse sus ventajas, al igual que los soldados en cualquier región ártica o antártica en futura disputa.  

Usar el sistema terrestre también significaría depender de la propia antena Starlink de SpaceX, descrita por el CEO Elon Musk como un OVNI en un palo, algo probablemente muy costoso frente a los baratos chips de GPS que caben en un teléfono inteligente. Además, a diferencia del GPS, cualquier futuro servicio de navegación LEO fusionada también tendría un coste elevado, principalmente porque SpaceX necesita comenzar a ver alguna rentabilidad de su enorme inversión en Starlink. Por estas razones, no todo el mundo está de acuerdo en que este sea el mejor camino a seguir.

El CEO de Xona, Brian Manning, admite: "Hace poco empezamos a considerar este enfoque, pero en seguida nos dimos cuenta de que sus capacidades comerciales técnicas no tenían demasiado sentido, y por eso estamos trabajando en una constelación independiente".

Ni el Comando de Futuros del Ejército de EE. UU. ni SpaceX respondieron a las solicitudes de comentarios, pero Humphreys e Iannucci esperan que Musk vea el valor de la nueva tecnología. "Aquí hay potencial para cambiar radicalmente la navegación en todo el mundo", concluye Iannucci.

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