Nacido hace 30 años para uso militar, el GPS se hace mayor. EEUU ya trabaja en actualizarlos con tres nuevas tecnologías que prometen renovar por completo este sistema
Desde que entró en funcionamiento, hace apenas 30 años, y sobre todo desde que se abrió al uso civil pleno, el GPS (Global Positioning System) se ha convertido en una herramienta económica de primer orden. Según un estudio oficial de 2011, en aquel año sólo en EEUU más de 3,3 millones de empleos y 96.000 millones de dólares anuales de ingresos directos se podían atribuir al efecto de este sistema de posicionamiento y navegación, y desde entonces el uso no ha parado de crecer. El último ejemplo: no hay más que ver el éxito del juego Pokémon Go, que no existiría sin GPS.
Diseñado para el ámbito militar, donde se ha convertido en imprescindible en múltiples funciones, el GPS ha creado escuela y estimulado la aparición y extensión de sistemas análogos como el ruso GLONASS, el europeo Galileo, el chino BeiDou-2tf y el indio IRNSS. Pero los años se notan, y la tecnología se está quedando obsoleta. Hace falta un sustituto. Y el gobierno de EEUU ya trabaja en ello.
Como sabe cualquiera que haya usado el móvil (o cualquier otro navegador) para llegar a un sitio, el GPS puede ser un amigo caprichoso. El punto que nos representa puede aparecer en mitad de los edificios a un lado de la carretera que transitamos, o saltar bruscamente de un sitio a otro sin previo aviso modificando la ruta que estábamos siguiendo cuando ya es demasiado tarde. Dentro de los edificios habitualmente no funciona, e incluso en ciudades con bloques altos (cañones urbanos) o en valles profundos, simplemente nos deja tirados cuando más lo necesitamos. Y si esto es un problema en el mundo civil, imagine en el militar. Que, al fin y al cabo, fue el que desarrolló este sistema de localización y navegación, para sus propios fines: guiar vehículos y munición.
Los satélites GPS llevan a bordo un reloj atómico ultrapreciso y emiten cada 30 segundos un mensaje con la hora y posición exacta
Para una unidad militar perderse puede ser mucho más que una molestia. Pero puede ser incluso peor: el GPS ya está integrado íntimamente en el modo mismo de hacer la guerra de las fuerzas armadas estadounidenses, como demuestra una somera comparación entre la Primera y la Segunda Guerra de Irak. En 1991 la inmensa mayoría de las bombas lanzadas contra las tropas de Sadam fueron de la variedad ‘tonta’, aunque el puñado de armas ‘inteligentes’ utilizadas coparan las imágenes de televisión y los comentarios. Sin embargo en 2003 la mayoría de las armas usaban sistemas de guiado, muchos de ellos basados en las señales de la constelación GPS, para obtener niveles de precisión en los ataques nunca antes imaginados. El mundo, y sobre todo los posibles adversarios futuros de EEUU, tomaron nota, y comenzaron a trabajar en sistemas para inutilizar o degradar esa ventaja. Y también para copiarla.
24 satélites a 20.200 kilómetros
El sistema GPS consiste en unas decenas de satélites (24, con algunos de reserva) que orbitan el planeta a 20.200 kilómetros de distancia dando una vuelta cada casi 12 horas; sus planos orbitales están inclinados 55 grados respecto al Ecuador. Esto asegura una cobertura global, aunque el número de satélites visible desde un punto concreto del planeta varía con el tiempo.
Cada satélite lleva a bordo un reloj atómico ultrapreciso, y emite una señal portadora identificativa y cada 30 segundos un mensaje de apenas 1.500 bites que contiene la hora exacta y la posición del satélite en ese momento. El receptor de GPS identifica el satélite y determina cuánto tiempo ha tardado en llegar la señal hasta su posición: integrando las medidas de 4 satélites diferentes se puede calcular dónde está el receptor sobre la superficie terrestre (longitud, latitud y altitud) con una precisión de hasta 15 metros.
En realidad los satélites emiten dos señales diferentes, una de uso civil menos precisa (L1) y otra de uso militar que tiene mayor precisión (L2). Ambas van encriptadas y los mensajes llevan códigos de identificación para prevenir errores. Los receptores son relativamente simples y económicos, y si se mantienen en operación de modo continuo pueden refinar la posición calculada y reducir el error de posición. Habitualmente los receptores civiles incluyen mapas sobre los que se proyecta la posición calculada; los receptores militares pueden ser utilizados como mapas o bien para guiar la caída de proyectiles, como las bombas de aviación de la familia JDAM.
Corea del Norte ha interferido varias veces en el sistema GPS de Corea del Sur, obligando a regresar a otros sistemas de modo puntual
El problema es que las señales del GPS pueden ser interferidas, haciendo imposible que el receptor las escuche, o bien reemplazadas ('spoofing'), sustituyéndolas por otras falsas. Además los elementos del sistema (satélites, estaciones de control de tierra y receptores) pueden ser sometidos a ataques de tipo cibernético. Y no se trata de problemas imaginarios: potenciales enemigos de EEUU cuentan con equipos diseñados específicamente para evitar el uso del GPS en una zona o para engañar a sus usuarios. Esos equipos (como el ruso R-330ZH Zhitel) funcionan, y están en el mercado internacional de armas al alcance de muchos países.
Así, por ejemplo, Corea del Norte ha realizado varios intentos desde 2010 de perturbar el sistema GPS en Corea del Sur mediante interferencia, que en alguna ocasión ha obligado a vehículos civiles (barcos, aviones) a regresar a otros sistemas de navegación alternativos de modo puntual. Según algunas alegaciones, Irán empleó la técnica del ‘spoofing’ de señales GPS (demostrada en una prueba de concepto por estudiantes estadounidenses en 2013) para capturar un avión espía sin piloto RQ-170 Sentinel sobre su territorio en 2011, aunque fuentes estadounidenses negaron esta posibilidad aclarando que Sentinel usa un sistema de navegación mixto GPS-Inercial que le permite volar sin las señales de los satélites de geolocalización. Las estaciones de control desde tierra de la flota espacial también han sido sometidas a ciberataques.
Tres nuevas tecnologías en una
De modo que la necesidad de reemplazar el sistema es imperiosa, desde hace tiempo. Y hay una iniciativa coordinada para mejorarlo mediante la incorporación de tres nuevos elementos, cada uno de ellos en una etapa clave del conjunto: el nuevo sistema de control GPS OCX, los satélites GPS III y los receptores MGUE (Military Gps User Equipment, equipo militar de usuario de GPS). El objetivo es aumentar la precisión del sistema y al mismo tiempo hacerlo menos susceptible a ataques cibernéticos, interferencias y ‘spoofing’, con una nueva encriptación de alto nivel para los usuarios militares (denominada M-code) y una resolución temporal aumentada para permitir su uso en el control del tráfico aéreo.
El programa GPS OCX pretende renovar toda la infraestructura en tierra de control del sistema para hacerlo mucho menos vulnerable a ataques de cualquier tipo y al mismo tiempo más robusto y preciso. Para ello Raytheon, la empresa encargada de su desarrollo, está reemplazando todo el 'software' utilizado por otro que tiene en su núcleo un Filtro de Kalman, un algoritmo matemático diseñado para sacar el máximo partido de la recepción de radio en entornos ruidosos para aumentar la sensibilidad y reducir la posibilidad de ‘spoofing’. Además, todas las comunicaciones internas están encriptadas y firmadas para que el conjunto sea a prueba de interferencia. OCX está retrasado al menos 2 años y su precio ha subido hasta superar los 4.200 millones de dólares.
El mismo tipo de problemas han tenido los nuevos satélites GPS III que trabajarán con el software OCX para conseguir las nuevas capacidades previstas. Componentes defectuosos y otros que no resistieron las pruebas han provocado un retraso de 28 meses; los primeros estaban previstos para 2014 pero ahora el primer lanzamiento será en 2017 y no se prevé que estén en órbita y plenamente operativos hasta 2019.
Para cuando la nueva versión del GPS se quede obsoleta, EEUU ya trabaja en conceptos que combinan satélites y sistemas inerciales
Por su parte la empresa Mayflower ha sido designada contratista principal del programa MGUE, para el que desarrollará un módulo receptor común de avanzadas prestaciones que será el corazón de los nuevos receptores militares. El nuevo objetivo es que para 2020 todos los componentes del nuevo GPS estén en su sitio y a pleno rendimiento, lo que en principio resolverá buena parte de los problemas del sistema actual.
¿Y después? Pues para cuando esta nueva versión del GPS se quede obsoleta el departamento de ideas locas del Pentágono (DARPA) ya trabaja en conceptos como servicios de posicionamiento mixtos que combinan satélites y sistemas inerciales (que pueden ‘recordar’ el trazado realizado por un objeto móvil), e incluso capaces de usar para la localización señales de radio ajenas como ondas de radio comercial, de televisión o incluso de wifi; el llamado ASPN (All Source Positioning and Navigation posicionamiento y navegación de toda fuente). Para mediados de siglo es posible que el geoposicionamiento que hoy conocemos sea tan obsoleto como una catapulta medieval.
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