Naukowcy testują nawigację magnetyczną, aby chronić statki powietrzne przed zakłócaniem i fałszowaniem sygnału GPS

Zakłócanie (jamming) i fałszowanie (spoofing) sygnału GPS stanowią rosnące zagrożenie dla lotnictwa, ponieważ blokują sygnały satelitarne lub dostarczają statkom powietrznym błędne informacje o położeniu, co może spowodować niebezpieczne zboczenie z kursu. Obecnie naukowcy testują metodę nawigacji umożliwiającą działanie mimo tych zakłóceń; polega ona na odczytywaniu drobnych zmian w polu magnetycznym Ziemi i porównywaniu ich ze zmapowanymi wzorcami magnetycznymi.

Rozwiązanie to wykorzystuje bardzo czułe czujniki kwantowe do wykrywania wzorców magnetycznych wytwarzanych przez skały w skorupie ziemskiej. Dzięki dopasowaniu tych wzorców do zapisanej mapy system może pomóc w określeniu pozycji statku powietrznego bez użycia GPS.

Firmy Honeywell Aerospace oraz australijska spółka technologiczna Q-CTRL prowadzą niezależne prace rozwojowe. Honeywell niedawno zaprezentował technologię opracowywaną we współpracy z jednostką Pentagonu o nazwie Defense Innovation Unit (DIU), natomiast Q-CTRL współpracuje z Airbusem nad testowaniem i oceną podobnego rozwiązania.

Zagrożenie związane z zakłócaniem i fałszowaniem sygnału GPS gwałtownie wzrosło. Międzynarodowe Zrzeszenie Przewoźników Powietrznych (IATA) odnotowało w ramach swojego programu analizy danych lotniczych wzrost liczby przypadków utraty sygnału GPS o 220% w latach 2021–2024. We wspólnej ocenie opublikowanej 18 czerwca 2025 r. IATA oraz Agencja Unii Europejskiej ds. Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA) poinformowały o nasileniu zjawisk zakłócania i fałszowania sygnału w Europie Wschodniej i na Bliskim Wschodzie, a także o wzroście liczby takich incydentów w innych częściach świata.

Organizacje te ostrzegły, że zakłócenia stają się coraz częstsze i bardziej złożone. Zaapelowały o wprowadzenie skuteczniejszych systemów nawigacji zapasowej, lepsze procedury zgłaszania zakłóceń oraz rozwiązania techniczne dla problemów takich jak fałszywe ostrzeżenia o ukształtowaniu terenu czy trudności w przywróceniu działania urządzeń GPS po ustąpieniu zakłóceń.

Odczytywanie magnetycznych „odcisków palców” Ziemi

Nowa technologia, określana mianem nawigacji magnetycznej z wykorzystaniem czujników kwantowych, pozwala obejść ten problem. Rozwiązanie to szuka punktów odniesienia na mapie, z tą różnicą, że punkty te stanowią wzorce magnetyczne wytwarzane przez skały w skorupie ziemskiej.

Wzorce te są wykrywane przez czułe przyrządy zwane magnetometrami kwantowymi. Oprogramowanie porównuje wyniki pomiarów z zapisaną mapą magnetyczną, co pozwala ustalić położenie statku powietrznego. Kompas wskazuje kierunek północny. Metoda ta umożliwia określenie pozycji maszyny z zaskakującą dokładnością.

Określenie „kwantowy” odnosi się do zastosowanych czujników. Przyrządy firmy Q-CTRL wykorzystują reakcję atomów rubidu do pomiaru pól magnetycznych. Jednak obliczenia nawigacyjne są wykonywane przez konwencjonalne procesory, więc w przedziale awioniki nie znajduje się komputer kwantowy. W publikacji technicznej firmy opisano zasadę działania tego urządzenia.

Testy nawigacji magnetycznej

Firmy Honeywell oraz Defense Innovation Unit (DIU) przy Pentagonie przeprowadziły niedawno demonstrację systemu nawigacji magnetycznej na pokładzie samolotu testowego Embraer 170. Według informacji DIU, podczas trwającego 4 godziny i 23 minuty lotu testowego, odbywającego się bez użycia GPS, maszyna przeleciała nad Pacyfikiem z rejonu Puget Sound w kierunku południowej Alaski i z powrotem.

Agencja ogłosiła wyniki 4 września 2026 r.  nie podając jednak dokładnej daty lotu. Poinformowano o poprawie dokładności określania pozycji o 89% w porównaniu z tradycyjnymi, zapasowymi metodami nawigacji. Piloci otrzymywali dane nawigacyjne z eksperymentalnego systemu na standardowych tabletach.

Istnieją już metody nawigacji lotniczej niewymagające korzystania z satelitów. Bezwładnościowe systemy nawigacyjne (INS) śledzą ruch maszyny od znanego punktu początkowego, jednak z biegiem czasu kumulują się w nich drobne błędy pomiarowe. Bez zewnętrznej aktualizacji danych o położeniu, wyliczana przez system lokalizacja samolotu stopniowo odbiega od jego rzeczywistej pozycji.

Nawigacja magnetyczna pozwala na wprowadzanie takich korekt bez udziału GPS. Testowany system firmy Q-CTRL łączył pomiary magnetyczne z konwencjonalną nawigacją bezwładnościową oraz danymi o prędkości. Technologie te współpracują ze sobą, zapobiegając „dryfowaniu” szacowanej pozycji.

Firma Q-CTRL współpracuje z Airbusem od 2024 r. , prowadząc testy i ocenę rozwiązań z zakresu nawigacji kwantowej pod kątem zastosowań w lotnictwie komercyjnym.

14 lipca 2026 r. firma ogłosiła, że ​​jej system Ironstone Opal uzyskał certyfikat bezpieczeństwa lotu zgodny z normą RTCA DO-160. Poinformowano również o wynikach prób w locie, które wykazały dokładność pozycjonowania lepszą niż 0,3 mili morskiej przez 95% czasu trwania lotu.

Potencjalne obszary zastosowań wykraczają poza samoloty pasażerskie i luksusowe odrzutowce biznesowe. Q-CTRL przetestowała swoje urządzenia na pokładzie samolotu Cessna Grand Caravan i opracowała mniejszą wersję przeznaczoną dla dronów. Żadna z firm nie ujawniła ceny kompletnego systemu instalowanego na pokładzie statku powietrznego.

Wciąż istnieją jednak przeszkody natury praktycznej. Statki powietrzne generują własne zakłócenia magnetyczne, które oprogramowanie musi odseparować od sygnałów docierających z Ziemi. Zdaniem badaczy przypomina to nieco próbę usłyszenia cichej rozmowy w pobliżu pracującego silnika.

Mapy muszą również zapewniać odpowiednią jakość, by mogły służyć do nawigacji. W opublikowanym w czerwcu 2026 r. preprincie (wstępnej wersji publikacji naukowej) wskazano na braki w szczegółowości i spójności istniejących map magnetycznych, co mogłoby utrudnić ich szersze zastosowanie.

Firmy Honeywell i DIU planują kolejną demonstrację technologii na pokładzie wojskowego samolotu transportowego C-17 Globemaster III w dalszej części 2026 r. Celem jest zapewnienie załogom niezawodnego sposobu określania pozycji w sytuacjach, gdy nawigacja satelitarna stanie się niedostępna lub niewiarygodna.