Navigace Galileo: s přesností jednoho decimetru

Nasednete do auta a spustíte satelitní navigaci. V tom okamžiku máte přehled nejen o tom, jak se dostat k cíli své cesty, ale i o dopravní situaci kdekoliv v Evropě. A co když chcete nasednout, ale ono tam žádné auto není, protože vám ho ukradli? Ani to nemusí být neřešitelný problém, protože družice obratem zjistí, kde se ztracený vůz nachází. Případně zařídí, aby přestalo fungovat jeho zapalování.

To jsou jen malé příklady z možností, které má přinést provoz evropského navigačního systému Galileo.

Ve skutečnosti toho ovšem bude mnohem víc. Třeba přesné řízení letadel ve vzduchu i při rolování na letištích, kontrola přepravovaného zboží či samostatný pohyb robotů. A taky programy, které budou přesně ovládat stroje při zemních pracích nebo umožní nevidomým dokonalou orientaci v jakémkoliv terénu.

Pro Česko je teď Galileo obzvlášť zajímavý. Vláda totiž usiluje o to, aby se Evropský úřad pro dohled nad globálními navigačními družicovými systémy (GSA), který Galilea spravuje, nastěhoval do Prahy. Jde o prestižní záležitost. Pokud by se to povedlo, mohli bychom se prezentovat jako stát, jenž se podílí na provozování nejmodernějších technologií.

"Umístění GSA významně posílí prestiž hostitelské země v odborných i laických kruzích v Evropě i jinde ve světě," uvádí se ve stanovisku Ministerstva dopravy ČR.

Nezávislost na armádě

Leckoho napadne, proč draze budovat nový systém, když už tu je dobře zavedený americký GPS (Global Positioning System). Ten má sice vojenský původ, jenže po skončení studené války byl uvolněn a dnes jej po celém světě využívají i civilisté. Krabičky velikosti mobilu, které kdykoliv prozradí přesnou polohu, se hodí v řadě situací. Mnohé činnosti si už bez nich ani nelze představit.

Někdy se však může stát, že chytré krabičky přestanou fungovat - nebo alespoň přestanou být tak chytré a začnou udávat polohu s mnohem nižší přesností.

Kontrolu nad americkým GPS (stejně jako nad obdobným ruským systémem Glonass) totiž stále drží v rukou vojáci. Ti by v případě bezpečnostní krize pochopitelně neměli žádný zájem na tom, aby jejich drahé a strategicky významné systémy používal nepřítel.

Jenže vyřazení (nebo pouhé rozladění) GPS by mohlo mít v civilních aplikacích katastrofální následky. Dnes se podle přesných údajů ze satelitů řídí například letadla při přistávání za špatné viditelnosti. Velké škody by ale vznikly také například v silniční a námořní dopravě.

Miliardové zisky

Evropská unie proto usiluje o vlastní systém nazvaný Galileo, který bude veskrze civilní, byť v zakódované podobě poslouží také armádám starého kontinentu. Neměl by být jen kopií GPS. Do satelitní navigace přinese větší přesnost i některé nové služby.

Nabídka systému Galileo obsáhne tři kategorie. Zdarma a pro každého bude přístupná služba Open Service s horizontální přesností pod čtyři metry a vertikální pod osm metrů. Zašifrovaná podnikatelská nabídka Commercial Service umožní za úplatu docílit metrové přesnosti. Ve spolupráci s pozemními stanicemi se přesnost ještě může zvětšit až na neuvěřitelných deset centimetrů! Státní služby a vojáci členských států EU dostanou podobně přesné údaje, ovšem s větším zabezpečením a odolností proti případnému rušení.

Další novinkou chystaného systému je možnost nouzového přivolání pomoci. Trosečník vybavený satelitním přijímačem Galileo s příslušnou funkcí bude schopen vyslat nouzový signál, který kosmický systém zachytí a předá speciálnímu středisku pro záchranné operace. To pak zařídí záchrannou akci a zároveň vyšle k nešťastníkovi do jeho přístroje zprávu, že už se o něm ví.

Evropská kosmická agentura (ESA) očekává, že provoz přinese zisky řádově desítek miliard eur a vytvoření nejméně 140 tisíc pracovních míst po celém kontinentu. "Galileo bude představovat nejen další krok k nezávislosti Evropy, ale přinese také komerční využití v nejslibnějších oblastech ekonomiky jedenadvacátého století," řekla komisařka Loyola de Palacio, která je v Evropské komisi odpovědná za dopravu a energii.

V Česku se už od roku 2001 pracuje na projektu jeho využití na železnici, při silniční dopravě, na letištích a při přepravě nebezpečného nákladu. Ve hře také stále zůstává "satelitní" výběr mýtného na dálnicích.

Atomové hodiny na oběžné dráze

Systém Galileo se skládá ze třiceti satelitů, nad nimiž budou dohlížet dvě pozemní kontrolní střediska (GCC - Galileo Control Centres). Jedno vyroste v německém Oberpfaffenhofenu a druhé v italském Fucinu. Jejich úkolem je vyhodnocovat údaje z dvaceti kontrolních bodů (Galileo Sensor Station) rozmístěných po celém světě. Větší počet družic než u GPS zajistí nejen vyšší přesnost, ale také spolehlivost, protože tři mají záložní funkci a budou připraveny okamžitě nahradit porouchanou "kolegyni". V případě jakýchkoliv potíží systému uživatelé s předstihem dostanou zprávu, takže budou moci včas zareagovat.

Každý ze satelitů Galilea bude nepřetržitě vysílat rádiový signál obsahující informaci o přesném čase a poloze. Na rozdíl od předchozích navigačních systémů mají satelity Galilea na palubě ne jedny, ale dvoje atomové hodiny odlišné konstrukce, což zvýší přesnost.

Přijímač na povrchu Země - ať už samostatná "džípíeska", nebo vestavěný například v automobilu či v mobilním telefonu - bude ze signálu schopen vypočítat, jak daleko se od vysílajícího satelitu nachází. Kombinací této informace a opakováním tohoto postupu s dalšími třemi satelity nad obzorem se určí zeměpisná šířka, délka a nadmořská výška přijímače s mimořádnou přesností.

Galileo je kompatibilní s americkým GPS a ruským Glonass, což zlepší schopnosti všech tří systémů a povede k vytvoření globální navigační sítě GNSS (Global Navigation Satelite System). Do plného provozu by měl Galileo vstoupit roku 2008.

"Jenže lidé blízcí projektu se už nechali slyšet, že budou šokováni, jestli se termín podaří dodržet," zpochybnil časový rozvrh expert Noah Shachtman z internetového časopisu Wired. Zkušenost se stále prodlužovaným zkušebním provozem evropského systému Egnos (viz samostatný článek) mu nejspíš dává za pravdu.

Strýčku Samovi na truc

Někteří evropští politici rádi zdůrazňují, že díky Galileu se Evropa stane nezávislá na americkém systému GPS. Média starého kontinentu pak někdy naznačují, že tato samostatnost je Američanům trnem v oku. Spíš než osamostatnění jim ale vadí ochota otevřít dveře ke špičkové technologii Číně a dalším problematickým zemím.

"Evropané chtějí Galileo ze dvou důvodů," říká Christopher Booker, komentátor britského Sunday Telegraph. "Prvním jsou technologické inovace, druhým vybudování vlastních ozbrojených sil nezávislých na USA. Nevadilo by jim ale ani prodávat technologie obsahující Galileo třeba Číně."

Nepříznivý dojem za Atlantikem jen částečně zmírňuje dohoda mezi USA a ESA o kompatibilitě obou navigačních systémů a opatřeních pro případ, že by hrozilo nebezpečí zneužití, například ze strany teroristů.

Kvůli Galileu to už ve vztazích mezi Evropou a USA zajiskřilo. Letos v červenci prolétly tiskem zprávy o tom, že američtí vědci z Cornellovy univerzity prolomili kódy, které chrání data vysílaná satelity. V podstatě se tak prý stali hackery páchajícími nelegální činnost. Skutečnost však byla poněkud jiná. Podle dohod mezi USA a Evropou měla ESA Američanům dodat kódy sama, ale ani na základě několika žádostí to neučinila. Dokonce ani po vypuštění prvníexperimentální družice Giove-A. Až potom se odborníci z Cornellovy univerzity rozhodli, že si poradí sami. Měli úspěch, a teprve pak Evropané slíbené údaje poskytli.

Incident leccos naznačuje: Galileo je úctyhodný vědeckotechnický projekt, mimochodem největší, který ESA realizuje. Vedle ekonomického přínosu a praktických výhod však při jeho budování hrají velkou roli politické aspekty. Existuje tak riziko, že by se užitečná věc mohla stát dalším klínem mezi Evropou a USA.

[*]
Základní údaje o systému Galileo
technické zajištění a provoz: Evropská kosmická agentura
politická odpovědnost: Evropská komise
přesnost neplacené veřejné služby: horizontální pod 4 m, vertikální pod 8 m
počet satelitů: 30 (z toho 3 záložní)
oběžná dráha: kruhová ve výšce 23 616 km
start prvního satelitu: 28. prosince 2005
uvedení do provozu: 2008
celková cena: 3,6 mld. eur
roční provozní náklady: 220 mil. eur
účastnické země: státy EU, Čína, Izrael, Ukrajina, Indie (probíhají jednání s Kanadou, Mexikem a dalšími)

Výhody systému Galileo oproti GPS
větší přesnost
bezpečnější provoz
kvalitnější příjem signálu i mezi budovami
dostupnost ve vyšších zeměpisných šířkách
schopnost rychlého rozpoznání problémů systému
okamžité upozornění uživatelů na případné poruchy
civilní provozovatel

Budou se licence přidělovat v Praze?
Evropský úřad pro dohled nad globálními navigačními systémy (GSA) by se mohl přestěhovat do Prahy. Nová česká vláda potvrdila, že má na jeho umístění na našem území velký zájem. Úřad zatím provizorně pracuje v Bruselu, o jeho definitivním sídle by se mělo rozhodnout do roku 2008.
Česká ministerstva už na využití systému Galileo pracují. "Na ministerstvu působí expertní skupina, spolupracujeme také s Českým vysokým učením technickým," říká Karel Hanzelka z kabinetu ministra dopravy. "Jde především o aplikace související s bezpečností dopravy, záchrannou a vyhledávací službu, krizové řízení a podobně."
Na rozdíl od laických představ není GSA nějakým řídícím střediskem Evropské kosmické agentury (ESA), které by obsahovalo špičkové technologie pro ovládání satelitů. GSA je totiž jedním z mnoha běžných administrativních pracovišť Evropské unie, kde najde práci asi stovka úředníků. Jeho úkoly jsou především politické a ekonomické. Koordinuje činnost zemí a institucí podílejících se na chodu systémů Galileo a Egnos, má na starosti bezpečnostní otázky, spravuje finance a podobně. Z hlediska komerčních uživatelů Galilea je zajímavé především to, že GSA uděluje licence pro využití tohoto systému a dohlíží, aby jejich držitelé plnili sjednané podmínky.
"Centrála v České republice by krom jiného přinesla nové pracovní příležitosti a zajímavé zakázky pro české firmy," tvrdí Karel Hanzelka.
Naděje na umístění GSA v Česku však nelze přeceňovat, protože vážný zájem projevily i další země, například Řecko, Francie, Španělsko, Itálie, Velká Británie a Slovinsko. Mnohé z nich přitom jsou (na rozdíl od Česka) plnoprávnými členy ESA a k budování Galiela významně přispěly.

Egnos zpřesňuje satelitní signál
Jako přechodnou fázi před uvedením Galilea do plného operačního provozu zřídila Evropská kosmická agentura společně s dalšími organizacemi EU satelitní navigační systém Egnos (The European Geostationary Navigation Overlay Service). Jde o síť asi čtyřiceti pozemních stanic rozmístěných na území Evropy, které zpracovávají a vyhodnocují údaje z amerického navigačního systému GPS a ruského Glonass. Zjišťují i nepatrné výkyvy v činnosti jejich atomových hodin, odchylky v dráze, změny šíření signálu a další okolnosti, které ovlivňují přesnost. Údaje pak vysílají zpět do vesmíru na jiné satelity "stojící" na geostacionární dráze nad rovníkem. Uživatel vybavený přijímačem schopným zachytit jejich "poopravený" signál pak díky tomu může znát svou polohu s přesností asi dva metry (oproti patnácti až dvaceti metrům GPS).
Egnos má být evropskou obdobou stejného amerického systému WAAS, který je v provozu od roku 2000. Oba systémy jsou kompatibilní. Pokud tedy máte satelitní přijímač GSP s funkcí WAAS (což je dnes již obvyklé), je schopen také přijímat signál Egnos. Ten však zatím pracuje pouze v nepravidelném testovacím provozu. WASS i Egnos jsou regionální systémy, to znamená, že signál WAAS je dostupný pouze v oblasti USA, zatímco Egnos funguje jen na evropském kontinentu.