Il Global Positioning System o GPS è diventato fondamentale per la nostra società. Si tratta di una tecnologia radicata nella nostra quotidianità, ma che non si utilizza solo per avere indicazioni stradali o per tenere traccia dei propri allenamenti su smartphone e smartwatch. Ogni giorno il GPS ci consente di eseguire transazioni finanziarie, negoziare azioni, eseguire previsioni del tempo e monitorare terremoti.
Una tecnologia che col tempo è stata affinata e migliorata, tanto da arrivare al lancio del GPS III, che funziona grazie ad una "costellazione" di satelliti in orbita a circa 20mila chilometri di altezza dal suolo, in quella zona del cielo chiamato "orbita media" terrestre. A portare nel cielo lo scorso 5 novembre un nuovo satellite del GPS II, costruito dalla Lockheed Martin, è stato un razzo di SpaceX, partito dalla base di Cape Canaveral in Florida.
La tecnologia GPS ha un impatto economico di 1 miliardo di dollari al giorno solo negli Stati Uniti, secondo uno studio del National Institute of Standards and Technology. Il GPS è diventato negli anni un servizio essenziale che dipende da una manciata di satelliti in orbita che fanno parte dei sistemi satellitari di navigazione globale, o GNSS, che includono il sistema europeo Galileo, quello cinese BeiDou e il russo Glonass. Per questo motivo è necessario preservare questa tecnologia e garantire che i satelliti continuino a funzionare. Ma anche migliorare la tecnologia, per offrire nuove possibilità all'economia globale.
Sostanzialmente, i satelliti GPS sono degli orologi atomici ad alta precisione che orbitano intorno alla terra e sono collegati a una radio che trasmette un segnale orario. I sistemi equipaggiati con GPS a terra, come uno smartphone o semplicemente uno smartwatch, grazie a un chip sono in grado di ricevere il segnale proveniente da quattro o più satelliti contemporaneamente e di misurarne le minime differenze nel tempo di arrivo, fino all'ordine del miliardesimo di secondo (cioè del nanosecondo), calcolando così la posizione anche di un oggetto che è in movimento.
Più è accurata la sincronizzazione dei satelliti, più saranno accurate le informazioni sulla posizione che si vuole calcolare a terra: i dati sul tempo vengono elaborati e tradotti in coordinate precise (latitudine, longitudine e altitudine) per determinare la velocità e la direzione. Proprio su questi dati si basano i moderni sistemi di navigazione come Google Maps, Waze o Apple Maps.
Il primo satellite della nuova generazione di GPS è stato lanciato in orbita nel dicembre 2018 ed è diventato operativo a gennaio 2020, mentre il secondo è partito da Cape Canaveral il 5 novembre ed entrerà in servizio entro la fine del 2021. Il contratto firmato da Lockheed Martin con gli Stati Uniti è solo all'inizio del progetto, che prevede la fornitura per 10 satelliti GPS III a un prezzo di 529 milioni di dollari ciascuno. Nel prossimo decennio l'azienda potrebbe produrne ancora per portare a termine la creazione della "costellazione".
Una caratteristica particolarmente importante dei satelliti del GPS III è la modularità, che consentirà in futuro di apportare riparazioni e upgrade tempestivamente, semplicemente sostituendo un modulo danneggiato o inviandone uno nuovo con software aggiornati. Il GPS III comprende anche una nuova frequenza civile, detta L1C, che oltre a dare maggiore potenza al segnale è compatibile con il sistema europeo Galileo. Una soluzione importante, che segue l'autorizzazione nel novembre 2018 da parte della FCC della ricezione dei segnali di Galileo anche negli Stati Uniti.
Avere a disposizione un maggior numero di satelliti nel proprio sistema è molto importante, perché consente di elaborare il segnale in modo più preciso e accurato. I militari statunitensi stanno lavorando per utilizzare sui nuovi satelliti la crittografia M-Code, che promette di incrementare la protezione del sistema dalle interferenze del jamming e dallo spoofing, con cui malintenzionati potrebbero cercare di prendere il controllo di auto e veicoli attraverso il segnale GPS. Queste migliorie garantirebbero un maggior raggio di azione nelle zone di guerra e in futuro, aggiungendo un retro-riflettore laser sui satelliti, si potrà anche perfezionarne il posizionamento in orbita misurandone con estrema precisione la distanza tramite impulsi laser emessi da terra.
Risolvere le vulnerabilità riscontrate non è semplice e richiederà tempo. Una delle soluzioni potrebbe essere una sorta di backup, realizzando un servizio GPS a terra che però potrebbe non essere altrettanto efficace. Intanto non resta che procedere alla modernizzazione del sistema di satelliti già esistente, portando a termine lo "switch off" dal GPS II al GPS III.