Mất tín hiệu GPS: đời sống phụ thuộc vệ tinh định vị đến đâu

Đời sống hiện đại phụ thuộc vào vệ tinh định vị nhiều hơn ta tưởng: không chỉ bản đồ trên điện thoại, xe công nghệ, giao hàng, mà cả việc đồng bộ thời gian cho mạng di động, lưới điện, giao dịch tài chính. Mất tín hiệu GPS trên diện rộng là hiếm và thường ngắn, vì điện thoại ngày nay dùng nhiều hệ vệ tinh cùng lúc và có các nguồn định vị khác; nhưng một sự cố kéo dài sẽ lộ ra những chỗ phụ thuộc mà ít ai để ý.

GPS hoạt động thế nào, và nó không chỉ là bản đồ

GPS là hệ thống định vị vệ tinh của Mỹ, do Lực lượng Không gian Mỹ vận hành, với khoảng ba mươi vệ tinh bay ở độ cao khoảng 20.200 km. Mỗi vệ tinh mang đồng hồ nguyên tử và liên tục phát tín hiệu cho biết "tôi đang ở đâu, bây giờ là mấy giờ". Máy thu trên mặt đất đo thời gian tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh tới nơi, từ đó tính ra vị trí của mình.

Điểm hay bị bỏ qua: để tính vị trí, máy thu cũng phải tính ra thời gian cực kỳ chính xác. Vì thế GPS đồng thời là một chiếc đồng hồ toàn cầu miễn phí, chính xác tới phần tỷ giây — và rất nhiều hệ thống đã dựa vào chiếc đồng hồ ấy.

Ngoài GPS còn có các hệ thống khác, gọi chung là GNSS (hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu):

Hầu hết điện thoại thông minh hiện nay thu được nhiều hệ cùng lúc. Một hệ gặp sự cố, máy tự dùng hệ khác — đó là lý do người dùng điện thoại thường không nhận ra khi một hệ trục trặc.

Những gì đang phụ thuộc vào vệ tinh định vị

• Đi lại, giao vận: bản đồ điện thoại, xe công nghệ, giao hàng, quản lý đội xe, thiết bị giám sát hành trình ô tô kinh doanh vận tải.
• Hàng hải, nghề cá: tàu thuyền định vị, tàu cá xa bờ ở Việt Nam phải lắp thiết bị giám sát hành trình dựa trên định vị vệ tinh theo Luật Thuỷ sản.
• Hàng không: phương thức bay, tiếp cận hạ cánh dựa trên vệ tinh, bên cạnh các đài dẫn đường mặt đất.
• Mạng di động: nhiều trạm phát sóng dùng tín hiệu thời gian từ vệ tinh để đồng bộ với nhau.
• Lưới điện: thiết bị đo đồng bộ pha gắn dấu thời gian chính xác để giám sát lưới.
• Tài chính: gắn dấu thời gian cho giao dịch, nhiều nơi có quy định bắt buộc về độ chính xác.
• Nông nghiệp, đo đạc, xây dựng: máy kéo tự lái, đo đạc địa chính, giám sát công trình.

Một nghiên cứu do chính phủ Anh đặt hàng năm 2017 ước tính nếu GNSS gián đoạn năm ngày, thiệt hại cho riêng nền kinh tế Anh có thể lên tới hàng tỷ bảng — phần lớn ở giao vận đường bộ và hàng hải.

Những lần vệ tinh định vị trục trặc thật

Bão Mặt Trời mạnh cũng có thể làm giảm độ chính xác định vị trong vài giờ do nhiễu tầng điện ly — chủ đề được bàn ở danh mục hiểm hoạ từ vũ trụ.

Gây nhiễu và giả mạo: khác nhau thế nào

• Gây nhiễu (jamming): phát sóng mạnh trùng tần số để máy thu không nghe được vệ tinh. Kết quả: mất định vị. Tín hiệu vệ tinh khi tới mặt đất rất yếu, nên một thiết bị nhỏ cũng có thể gây nhiễu trong phạm vi hẹp.
• Giả mạo (spoofing): phát tín hiệu giả giống vệ tinh để máy thu tưởng mình ở chỗ khác. Nguy hiểm hơn vì máy không báo lỗi.

Ở hầu hết các nước, kể cả Việt Nam, việc dùng thiết bị gây nhiễu sóng vô tuyến trái phép là vi phạm pháp luật. Một số tài xế mua thiết bị "chống định vị" để né giám sát hành trình, vô tình làm nhiễu cả định vị của xe xung quanh và hệ thống ở sân bay, cảng biển gần đó.

Thế giới dự phòng ra sao

• Dùng nhiều hệ GNSS cùng lúc — đã là chuẩn trên điện thoại.
• Định vị bằng mạng: điện thoại ước tính vị trí từ trạm phát sóng và Wi-Fi xung quanh, kém chính xác hơn nhưng vẫn dùng được trong thành phố.
• Đồng hồ nguyên tử mặt đất và mạng thời gian cáp quang cho viễn thông, tài chính, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào vệ tinh.
• Định vị quán tính trên máy bay, tàu biển: tự tính vị trí từ gia tốc và hướng đi trong một thời gian.
• Hệ dẫn đường vô tuyến mặt đất như eLoran, được một số nước nghiên cứu hoặc duy trì làm phương án dự phòng.

Người bình thường nên chuẩn bị gì

Với đa số người dùng, mất định vị vệ tinh hoàn toàn trên diện rộng là kịch bản rất ít khả năng xảy ra. Những việc nhỏ dưới đây có ích trong cả những tình huống thường gặp hơn — điện thoại hết pin, vào vùng sóng yếu, ứng dụng lỗi:

• Tải bản đồ ngoại tuyến của thành phố mình và nơi sắp đến.
• Nhớ vài tuyến đường chính từ nhà tới nơi làm, trường của con, bệnh viện gần nhất — không phụ thuộc hoàn toàn vào chỉ đường từng ngã rẽ.
• Nhận biết mốc: sông, cầu, đại lộ, công trình lớn. Kỹ năng đọc bản đồ giấy, dùng la bàn là chủ đề riêng, đáng học thêm.
• Người làm nghề phụ thuộc định vị (tài xế, giao hàng, ngư dân) nên hỏi doanh nghiệp, hợp tác xã về quy trình khi thiết bị mất tín hiệu.

Góc nhìn hôm nay: một hạ tầng vô hình

Vệ tinh định vị là ví dụ điển hình của hạ tầng "vô hình": không ai trả tiền trực tiếp, ai cũng dùng, và vì nó quá ổn định nên ta quên rằng nó tồn tại. Hiểu về nó không để lo sợ, mà để biết phương án B của chính mình — và để không vô tình góp phần gây nhiễu bằng thiết bị trôi nổi.

Muốn tìm hiểu thêm: trang gps.gov của chính phủ Mỹ giải thích cách hệ thống hoạt động và các ứng dụng dân sự; trang của Cơ quan Chương trình Không gian Liên minh châu Âu (EUSPA) về Galileo; và các tài liệu phổ thông về thời gian chuẩn quốc gia của Viện Đo lường Việt Nam.