जीपीएस उपग्रहांची घड्याळे दिवसाला ३८ मायक्रोसेकंद पुढे जातात, यंत्रणा अमेरिकी स्पेस फोर्स चालवते, आणि भारताच्या NavIC कडे फक्त तीन नेव्हिगेशन उपग्रह उरले आहेत

फोन पृथ्वीपासून सुमारे २०,२०० किमी वर असलेल्या उपग्रहांकडून येणाऱ्या रेडिओ संकेतांचा वेळ मोजून आपण कुठे आहोत ते शोधतो, आणि त्यासाठी त्याला किमान चार उपग्रह दिसावे लागतात. प्रत्येक संकेतात उपग्रहाची जागा आणि तो कोणत्या क्षणी पाठवला गेला ते असते. पाठवण्यापासून पोहोचण्यापर्यंतचा विलंब प्रकाशाच्या वेगाने गुणला की अंतर मिळते.

NOAA ची ओशन सर्व्हिस हा वेग प्रति सेकंद १,८६,००० मैल असा देते. त्याप्रमाणे एका मायक्रोसेकंदात, म्हणजे सेकंदाच्या दहा लाखाव्या भागात, संकेत सुमारे ३०० मीटर प्रवास करतो, त्यामुळे एका मायक्रोसेकंदाने वेळ चुकलेला रिसीव्हर सुमारे ३०० मीटरने चुकतो.

चार उपग्रह, तीन निर्देशांक आणि एक चुकीचे घड्याळ

रिसीव्हरचे स्वतःचे घड्याळ अचूक असते तर तीन उपग्रहांपासूनची अंतरे अवकाशातील एक बिंदू निश्चित करायला पुरली असती. ते अचूक नसते, त्यामुळे घड्याळाची चूक चौथा अज्ञात आकडा बनते. त्या चुकीची दुरुस्ती करण्यासाठी चौथा उपग्रह असतो, असे NOAA सांगते.

अमेरिकी सरकारची अधिकृत साइट GPS.gov जीपीएसचे वर्णन अमेरिकेच्या मालकीची, मोफत आणि सर्वांना वापरायला खुली असलेली सेवा असे करते. ती अमेरिकी स्पेस फोर्स चालवते आणि सांभाळते, असे तिथे म्हटले आहे.

रचना २४ जागांची आहे: सहा कक्षीय पातळ्या, प्रत्येकात चार जागा, आणि प्रत्येक उपग्रह दिवसातून दोनदा पृथ्वीभोवती फिरतो. किमान २४ उपग्रह ९५ टक्के वेळ कार्यरत ठेवण्याचे अमेरिकेचे वचन आहे. GPS.gov ने प्रसिद्ध केलेली शेवटची मोजणी, ३ जुलै २०२३ ची, ३१ होती.

अचूकतेबद्दल, GPS.gov म्हणते की मोकळ्या आकाशाखाली स्मार्टफोन सहसा आपली जागा ४.९ मीटर (१६ फूट) च्या आत ठरवतो, आणि ते इन्स्टिट्यूट ऑफ नेव्हिगेशनचा संदर्भ देते. दोन वारंवारता किंवा दुरुस्ती सेवा वापरणारे व्यावसायिक रिसीव्हर प्रत्यक्ष वेळेत काही सेंटिमीटरपर्यंत पोहोचतात. सरकारची औपचारिक बांधिलकी त्याहून संकुचित आहे आणि ती फोनची नसून संकेताची आहे: ९५ टक्के वेळ जागतिक दैनिक सरासरी श्रेणी-त्रुटी २.० मीटर किंवा त्याहून कमी. २० एप्रिल २०२१ रोजी ती ०.६४३ मीटर किंवा त्याहून चांगली मोजली गेली.

घड्याळे मुद्दाम चुकीची लावली जातात

उपग्रहावरचे घड्याळ जमिनीवरच्या घड्याळाच्या गतीने चालत नाही, आणि त्याची दोन कारणे आइन्स्टाइनचे सिद्धांत सांगतात. गती घड्याळ मंद करते, जीपीएस उपग्रहासाठी दिवसाला सुमारे ७ मायक्रोसेकंद. त्या उंचीवरचे कमकुवत गुरुत्वाकर्षण ते वेगवान करते, सुमारे ४५ ने. निव्वळ परिणाम दिवसाला सुमारे ३८ मायक्रोसेकंद पुढे जाणे आहे, असे जीपीएस वर्ल्डमध्ये प्रताप मिश्रा लिहितात.

दुरुस्ती केली नाही तर ही बेरीज झपाट्याने वाढते. कोलोरॅडो विद्यापीठ, बोल्डर येथील भौतिकशास्त्रज्ञ नील ऍशबी यांनी २००२ मध्ये फिजिक्स टुडेमध्ये लिहिले की एका दिवसात साचलेल्या उपग्रह घड्याळाच्या चुकांमुळे नेव्हिगेशनमध्ये ११ किमीपेक्षा जास्त चूक झाली असती.

म्हणून प्रक्षेपणाआधीच घड्याळे चुकीची लावली जातात. ऍशबी निव्वळ दुरुस्ती ऋण, दर दहा अब्जामागे ४.४६४५ भाग, अशी देतात, जी १०.२३ मेगाहर्ट्झच्या मूळ वारंवारतेवर लावली जाते. मिश्रा म्हणतात की घड्याळ १०.२२९९९९९९५४३ मेगाहर्ट्झवर लावले जाते, त्याच्या अगदी थोडे खाली.

उत्तराबद्दल अभियंत्यांना खात्री नव्हती, अशी नोंदही ऍशबी करतात. पहिला उपग्रह उडण्याआधी त्यांना ऑफसेट लागेल हे माहीत होते पण त्याचा आकार आणि चिन्ह दोन्हीबद्दल ते अनिश्चित होते, म्हणून त्यांनी संपूर्ण संभाव्य श्रेणी व्यापू शकणारे सिंथेसायझर बसवले, असे त्यांनी लिहिले. त्या उपग्रहाचे घड्याळ तीन आठवडे चालल्यावर मोजलेला बदल दर दहा अब्जामागे ४.४२५ भाग होता, गणनेच्या १ टक्क्याच्या आत.

चार जागतिक आणि दोन प्रादेशिक यंत्रणा

GPS.gov इतरांची यादी देते. रशियाचे GLONASS रशियन महासंघाच्या मालकीचे आणि चालवलेले आहे आणि त्यात २४ किंवा अधिक उपग्रह आहेत. युरोपीय संघ गॅलिलिओचा मालक आणि चालक आहे, ज्याने २०१६ मध्ये प्राथमिक सेवा जाहीर केल्या. चीनची BeiDou औपचारिकरीत्या २०२० मध्ये कार्यान्वित झाली आणि तिच्या कार्यरत यंत्रणेत ३५ उपग्रह आहेत. GPS.gov या यंत्रणांना पूरक आणि स्वतंत्र म्हणते.

दोन प्रादेशिक आहेत. भारताची NavIC सात उपग्रहांसह नोंदलेली आहे आणि ती भारत आणि मुख्य भूमीपलीकडे १,५०० किमीपर्यंत व्याप्ती देण्यासाठी रचलेली आहे. जपानची QZSS, जी जपान सरकारच्या मालकीची आहे आणि QZS सिस्टम सर्व्हिस नावाची कंपनी चालवते, तिच्याकडे सात किंवा अधिक उपग्रह आहेत आणि ती पूर्व आशिया व ओशनियावरील व्याप्ती सुधारते.

ESA गॅलिलिओचे वर्णन ३० उपग्रहांची यंत्रणा असे करते, त्यातले तीन राखीव, जे जीपीएसपेक्षा उंच, २३,२२२ किमी वर उडतात. प्रत्येकावर चार घड्याळे आहेत, प्रत्येक प्रकारची दोन. मुख्य घड्याळ निष्क्रिय हायड्रोजन मेझर आहे, जे १२ तासांत ०.४५ नॅनोसेकंदांच्या आत वेळ राखते असे ESA म्हणते. राखीव घड्याळ रुबिडियम घड्याळ आहे, जे १२ तासांत १.८ नॅनोसेकंदांच्या आत अचूक आहे.

जॅमिंग संकेत बुडवते, स्पूफिंग खोटे बोलते

युरोपियन युनियन एव्हिएशन सेफ्टी एजन्सी, EASA, दोन्हीची व्याख्या देते. जॅमिंग म्हणजे जाणीवपूर्वक केलेला रेडिओ व्यत्यय जो रिसीव्हरला उपग्रह संकेतांवर लॉक होऊ देत नाही. स्पूफिंग म्हणजे बनावट उपग्रह संकेत प्रसारित करणे, ज्यामुळे रिसीव्हर चुकीची जागा, नेव्हिगेशन किंवा वेळ मोजतो.

EASA ने या विषयावरचे आपले बुलेटिन पहिल्यांदा १७ मार्च २०२२ रोजी प्रसिद्ध केले आणि ज्याला त्याने अलीकडच्या जॅमिंग आणि स्पूफिंग घटनांचे विश्लेषण म्हटले त्यानंतर ३ जुलै २०२६ रोजी त्याची चौथी सुधारित आवृत्ती काढली. त्याच्या वेबपानावर भूमध्य समुद्र, काळा समुद्र, मध्य पूर्व, बाल्टिक समुद्र आणि आर्क्टिक ही संवेदनशील क्षेत्रे म्हणून नाव घेतली आहेत आणि बाधित फ्लाइट इन्फॉर्मेशन क्षेत्रांची यादी साप्ताहिक अद्ययावत केली जाते. GPS.gov, आपल्या बाजूने, रेडिओ व्यत्यय आणि जॅमिंगला जीपीएसच्या खराब अचूकतेच्या कमी आढळणाऱ्या कारणांत ठेवते, अडलेले दृश्य आणि परावर्तित संकेत यांच्या मागे.

समुद्रात स्पूफिंग किती सोपे आहे हे एका विद्यापीठाने दाखवले आहे. जून २०१३ मध्ये टॉड हम्फ्रीजच्या नेतृत्वाखालील ऑस्टिन येथील टेक्सास विद्यापीठाच्या चमूने इटलीपासून सुमारे ३० मैलांवर असलेल्या २१३ फूट लांबीच्या व्हाइट रोझ ऑफ ड्रॅक्स या नौकेवर ब्रीफकेसएवढे उपकरण वापरले. खोट्या नागरी जीपीएस संकेतांनी खऱ्या संकेतांवर मात केली आणि कोणताही गजर न वाजता जहाजाचे नेव्हिगेशन ताब्यात घेतले. नौका आपल्या नियोजित मार्गापासून काही शे मीटर अंतरावरच्या समांतर मार्गावर पोहोचली. जहाज वळले आणि कर्मचाऱ्यांना ते जाणवले, पण नकाशाच्या पडद्यावर फक्त सरळ रेषा दिसत होती, असे हम्फ्रीज म्हणाले.

दिल्लीजवळची विमाने, प्लोव्हदिवजवळचे एक विमान

असोसिएटेड प्रेसने १ सप्टेंबर २०२५ रोजी वृत्त दिले की युरोपीय आयोगाच्या अध्यक्षा उर्सुला फॉन डेर लायेन यांना घेऊन जाणारे विमान बल्गेरियातील प्लोव्हदिवजवळ येत असताना जीपीएस गेले. बल्गेरियाच्या नागरी विमानवाहतूक प्राधिकरणाने वैमानिकांना पर्यायी साधनांच्या मदतीने उतरायला सांगितले, आणि विमान सुरक्षित उतरले. आयोगाच्या प्रवक्त्या अरियाना पोदेस्ता यांनी जीपीएस जॅमिंगला दुजोरा दिला आणि सांगितले की बल्गेरियन अधिकाऱ्यांना “रशियाकडून झालेला उघड हस्तक्षेप” असल्याचा संशय आहे. बल्गेरियाच्या स्वतःच्या निवेदनात फक्त उपग्रह संकेतात व्यत्यय आला असे म्हटले होते.

जबाबदारी कोणाची यावर वाद आहे. ४ सप्टेंबर २०२५ रोजी रशियन परराष्ट्र मंत्रालयाच्या प्रवक्त्या मारिया झाखारोवा यांनी हा आरोप “हास्यास्पद” आणि “१००% खोटा” म्हटला, आणि फ्लाइटरडार२४ च्या आकडेवारीनुसार विमानाने उड्डाणापासून उतरण्यापर्यंत चांगल्या जीपीएस संकेत गुणवत्तेची नोंद केली, असे सांगितले. त्याच एपी वृत्तात म्हटले आहे की लाटव्हियाच्या इलेक्ट्रॉनिक कम्युनिकेशन्स ऑफिसने ऑगस्ट २०२५ मध्ये रशियन सीमेवर किमान तीन जॅमिंग हॉट स्पॉट ओळखले होते.

भारताचीही स्वतःची नोंद आहे. १ डिसेंबर २०२५ रोजी राज्यसभेला दिलेल्या लेखी उत्तरात नागरी विमानवाहतूक मंत्री के. राममोहन नायडू म्हणाले की दिल्लीच्या इंदिरा गांधी आंतरराष्ट्रीय विमानतळावरील धावपट्टी १० कडे येणाऱ्या विमानांनी जीपीएस स्पूफिंगची नोंद केली आणि आकस्मिक कार्यपद्धती वापरल्या. पारंपरिक नेव्हिगेशन साधनांवर अवलंबून असलेल्या धावपट्टीच्या इतर टोकांवरील विमानांना फटका बसला नाही. त्यांनी जोडले की GNSS व्यत्ययाची वृत्ते कोलकाता, अमृतसर, मुंबई, हैदराबाद, बेंगळुरू आणि चेन्नई येथून येत होती. दिल्ली विमानतळाभोवतीच्या अशा घटनांची प्रत्यक्ष वेळेत नोंद करण्यासाठी नागरी विमानवाहतूक महासंचालनालयाने आदल्या महिन्यात एक कार्यपद्धती जारी केली होती. उत्तराबद्दलच्या ऑल इंडिया रेडिओच्या वृत्तात संकेतांचा स्रोत सांगितलेला नाही.

भारताची प्रादेशिक यंत्रणा, आणि तिला ज्या उपग्रहाची प्रतीक्षा आहे

इस्रोचे कार्यक्रम पान NavIC ला भारत विकसित करत असलेली स्वतंत्र प्रादेशिक यंत्रणा म्हणते, ज्याचे प्राथमिक सेवा क्षेत्र भारताच्या सीमेपलीकडे १,५०० किमीपर्यंत पोहोचते. तिथे अपेक्षित स्थान अचूकता २० मीटरपेक्षा चांगली आहे, आणि सर्व वापरकर्त्यांसाठी खुल्या सेवेला अधिकृत वापरकर्त्यांसाठीची एनक्रिप्टेड प्रतिबंधित सेवा जोडलेली आहे, असे ते सांगते. २९ सप्टेंबर २०२६ रोजी वृत्त देताना द वीक १९९९ च्या कारगिल संघर्षादरम्यान भारताचे परदेशी मालकीच्या उपग्रह नेव्हिगेशनवरील अवलंबित्व हा त्यामागचा धडा म्हणून मांडते.

दोन अडथळ्यांनी संख्या कमी केली. २९ जानेवारी २०२५ रोजी प्रक्षेपित झालेला NVS-02 आपल्या कार्यकारी कक्षेत पोहोचला नाही: इस्रोचे मोहीम पान सांगते की कक्षा उंचावणाऱ्या थ्रस्टरमध्ये ऑक्सिडायझर सोडणारे वाल्व उघडले नाहीत, आणि निरोगी उपग्रह लंबवर्तुळाकार कक्षेत राहिला. इस्रोचा हवाला देणाऱ्या इनसाइड GNSS नुसार, मार्च २०२६ मध्ये IRNSS-1F वरचे अणुघड्याळ बंद पडले. उपग्रह एकतर्फी संदेशासारख्या मर्यादित सेवांसाठी वापरण्याजोगा राहतो, पण अचूक ऑनबोर्ड वेळेवर अवलंबून असलेल्या मानक नेव्हिगेशनला तो आता आधार देत नाही.

त्यामुळे NavIC चे तीन वापरण्याजोगे उपग्रह उरतात: IRNSS-1B, IRNSS-1I आणि NVS-01, असे द वीक सांगते. स्वतंत्र स्थान ठरवण्यासाठी चार लागतात. द वीकने उद्धृत केलेले अवकाश आणि संरक्षण विश्लेषक गिरीश लिंगण्णा यांनी ते असे मांडले: “चार अज्ञात आकड्यांना चार उपग्रह लागतात.” इस्रोकडे NVS-03 ऑगस्ट २०२६ पासून श्रीहरिकोटा प्रक्षेपण स्थळी आहे, आणि द वीकच्या वृत्तानुसार ऑक्टोबर २०२६ च्या मध्यावर GSLV Mk II वरून त्याचे प्रक्षेपण नियोजित आहे. NVS-04 आणि NVS-05 प्रगत विकासात आहेत, असे अवकाश राज्यमंत्री जितेंद्र सिंह यांनी जुलैमध्ये लोकसभेला सांगितले.

NVS-03 वर रुबिडियम अणुघड्याळे आहेत, भारतीय बनावटीची आणि आयात केलेली अशी मिश्र, आणि ते सामान्य जीपीएस रिसीव्हर आधीच वापरत असलेल्या L1 बँडमध्ये प्रसारण करते. भारताचे पहिले स्वदेशी अणुघड्याळ मे २०२३ मध्ये NVS-01 वर उडाले. NVS-03 आपल्या जागी पोहोचले की द वीक NavIC चे चार कार्यरत उपग्रह मोजते.