2019月9月的一天晚上,正在塞浦路斯海峡航行的一艘载有5000吨乙醇的货轮突然发出紧急求救电话,船长报告说GPS信号突然消失,无法在黑暗中继续航行。

值班引航员Stelios Christoforou立即意识到了问题的严重性。在白天,经验丰富的船长可以使用纸质地图,标记和海岸线作为参照航行。但是到了晚上,GPS变成了在陌生水域中的重要工具,尤其是在北约和俄罗斯军舰漫游的塞浦路斯附近。这艘载有5000吨危险品的船长如果发生事故将是灾难性的。

在塞浦路斯,全球定位系统的不正常现象却已经变得很平常:过去两年的大部分时间里,GPS信号一直不可靠。GPS干扰问题,使得这个小小的地中海国家变成了全球的网红。

此类中断的来源很难追踪。但是导航专家们认为,这种情况正在上升,通常与犯罪或武装冲突有关。不断扩大的干扰已经暴露了GPS和依赖GPS的远洋航运的脆弱性。根据联合国监管机构国际海事组织的说法,该行业承担着全球80%以上的贸易运输。

糟糕的是,GPS的问题不仅只是发生在塞浦路斯海峡。

在过去的四年中,GPS中断在全球范围内逐渐变得越来越普遍。特别是在一些热点地区:

2016年2月:黑海港口

数百艘船报告说他们的GPS位置突然向内陆飘移了数十英里。美国研究人员随后发表的一份报告将许多事件与普京和其他俄罗斯高级官员访问俄罗斯属克里米亚联系起来

2016年3月至4月:韩国

在朝鲜边境附近发生的为期六天故障,影响了1000多架飞机和700艘船。

2017年底至今:苏伊士运河

GPS永久中断困扰着埃及的运输动脉。潜在原因包括附近西奈半岛的叛乱和非法捕鱼活动。

2017年秋季和2018年秋季:俄罗斯-北欧边境

芬兰和挪威当局抱怨说,在北约该地区与俄罗斯交界的军事演习中,GPS信号被干扰和欺骗。俄罗斯官员否认责任。

2018年1月至2019年9月:塞浦路斯和“东地中海”

地中海东部地区零星的停电事故,集中在塞浦路斯附近以及黎巴嫩和以色列附近。塞浦路斯和美国调查人员将破坏与叙利亚的军事活动联系在一起。

2019年6月至7月:以色列

在特拉维夫的本古里安机场起飞和降落的飞行员报告了数周的干扰。以色列官员公开把责任指向俄罗斯。

近年来,GPS已经变得如此可靠和无处不在,以至于大家都忽视了它都存在。事实证明,将GPS系统破坏非常容易。而航运业似乎准备不足,而且无力改变。美国海岸警卫队导航中心GPS信息分析小组负责人里克·汉密尔顿(Rick Hamilton)说,航运业和各国政府都面临一个现实的问题:“您愿意为避免花很多钱而承担多少风险?”

全球定位系统最初是五角大楼的一个军用项目。在上世纪90年代,开放民用,并且在2000年,美国政府停止对民用信号进行降级,使GPS变得更强大,更可靠,并加速了其在全球范围内的应用。

俄罗斯、中国和欧盟都建设自己的类似系统。但是GPS的最大优势是覆盖范围广:在全球至少有24颗实时卫星组成的网络意味着在任何时刻任何位置都至少有4颗,接收机随时都能够对用户的确切位置进行三角测量。

如今,GPS已深植于日常生活中。在商业中:广泛用于运输、农业,采矿和石油钻探等等,每种技术的更新换代都依赖于GPS。

但是随着GPS变得司空见惯,与丢失GPS相关的风险也在增加。美国每30天GPS中断造成的损失为每天10亿美元。由于停运将在港口和航道中造成瓶颈,因此海洋工业将是受灾最严重的行业之一。美国的损失仅占全球影响的一小部分。

与其他信号干扰一样,GPS的干扰也分为压制式和欺骗式两大类。压制式干扰有窄带干扰(瞄准式)、宽带干扰(阻塞式),在干扰作用时间上有连续干扰和脉冲干扰。压制式干扰的优点是技术难度较小,但所需干扰功率较大。欺骗式干扰是发射与GPS信号相类似的干扰信号,误导GPS接收机偏离准确的导航和定位。这种干扰的优点是显而易见的,所需干扰功率小,干扰效果大大好于压制式干扰。当然欺骗式干扰的技术难度要远远大于压制式干扰。

压制式干扰(Jamming)通过发射大功率无线电信号(相对于卫星,通常发射源都更靠近接收源),使得干扰信号覆盖或者破坏GPS卫星信号。

欺骗式干扰(Spoofing)是通过发射欺骗信号模拟几颗卫星的信号。如果信号足够强,就可以使得系统计算错误。

可能不需要特种攻击使GPS完全脱机。其实所有卫星导航系统都很脆弱。当它们从轨道传播到地球时,它们的信号会变弱,常常因为大气干扰或故障设备而意外中断。所以,一般可以通过发射冲突信号来造成中断,这种技术称为“干扰”。通常,冲突信号越强,中断覆盖的范围就越远。

更复杂,更恶意的是“欺骗”,它会产生伪信号,欺骗接收者,比如告诉油轮错误的位置,并且引导油轮偏离航线。

强大的干扰和欺骗通常是军队和情报部门的工作。军舰采用了先进的抗干扰技术;随着制导的导弹和无人驾驶飞机在战斗中的作用日益增强,卫星信号破坏已经必不可少。随着2019年美国和伊朗之间的紧张局势加剧,伊朗和波斯湾国家之间的石油运输关键节点霍尔木兹海峡及其附近发生GPS干扰和欺骗并不奇怪。

但是更令人担忧的是,小规模GPS破坏已成为几乎任何人都可以做的事情。现成的干扰器虽然在美国和许多其他国家是非法的,但很容易在网上找到,价格低至20美元,而且价格随着范围的增加而上涨。毒品走私网络使用干扰机掩盖其活动;非法捕捞活动利用它们掩盖了捕获物的位置。窃取运输集装箱的盗贼会部署干扰器,以阻止隐藏在其中的跟踪器。

也许更加令人不安的是,欺骗也不再特别困难。

2013年,德克萨斯大学奥斯汀分校无线电导航实验室主任托德·汉弗莱斯(Todd Humphreys)成功地欺骗了一艘213英尺,价值8000万美元的游艇的GPS导航。

去年6月,一家名为Regulus的以色列网络安全公司宣布,它欺骗了特斯拉Model3。

随着GPS普及,干扰也随之增加,并且难以追踪甚至无法量化。在2018年,海岸警卫队开始发布有关GPS中断的报告的节选,包括涉及“未知干扰”的部分,其中包括可疑的干扰或欺骗。 欧盟资助的项目Strike3也记录了从2017年12月到2018年10月间的15200个干扰“事件”,其中“数百个”足以破坏卫星导航系统。

从2016年2月开始,刻赤市和黑海沿岸其他港口附近的船只开始出现奇怪的航行故障。在接下来的几个月中,成千上万艘船的GPS位置突然突然加速并向内陆移动了数十英里(通常到机场)。这些“恶作剧”都发生在地缘政治热点附近:刻赤位于克里米亚,俄罗斯于2014年从乌克兰吞并了克里米亚。

另一个特定的地区也成为了焦虑的焦点:地中海东部。

该地区最大的航运管道是苏伊士运河,每月在红海和地中海之间航行着约1,500艘船,其中许多油轮开往亚洲或欧盟。“东地中海”还受到积极交战领域的打击,包括对埃及西奈半岛的沸沸扬扬的叛乱以及叙利亚境内毁灭性的多边冲突。塞浦路斯是这个动荡地区的枢纽,其战略上重要的港口不仅为使用苏伊士运河的船只加油,而且也是在叙利亚水域巡逻的军舰的加油站。

从2018年开始,北约和美国海岸警卫队记录了东地中海大部分地区的停电情况-北至土耳其,东至黎巴嫩和以色列,南至苏伊士运河的地中海入口,跨度至少65,000平方公里英里。“这是一个非常拥挤的地区,GPS和导航的中断可能会造成毁灭性后果,”希腊海军前副司令,航运咨询公司HudsonAnalytix的海上安全研究员Chronis Kapalidis说。到2019年底,已经向海岸警卫队报告了38次遍及地中海的GPS破坏事件,涉及数百起事件,包括更西端的利比亚和马耳他海岸事件。

与大多数GPS干扰不同,当局认为他们已追踪到其来源的某些East Med干扰。欧洲航空机构Eurocontrol和塞浦路斯电子通信部的调查将停电与叙利亚的干扰信号联系在一起,并得出结论,这是叙利亚冲突的副产品。

2019年3月,得克萨斯州GPS专家汉弗莱(Humphreys)和华盛顿特区研究中心高级防御研究中心(Center for Advanced Defense Studies)的报告进一步推卸了责任。作者追踪到干扰是在叙利亚海岸的Khmeimim空军基地,这是俄罗斯在该国军事行动的“神经中心”,距Vasiliko约137海里。破坏异常强烈和复杂,作者推测它们是为了保护Khmeimim免受导弹和无人机的袭击。同一份报告还指出了俄罗斯在2016年黑海欺骗中的作用。它指出,其中许多事件与俄罗斯最高官员,包括普京总统(Vladimir Putin)的访问相吻合,暗示另一种保护性努力。

俄罗斯一贯否认在GPS中断中发挥作用;俄罗斯当局没有回应《财富》杂志的置评请求。但是专家警告说,俄罗斯成为某些干扰的合理元凶,并不能说明这一现象的频发。在其他热点地区,有关犯罪能力的问题仍然存在。在苏伊士(Suez),各种(和推测性的)中断都归咎于埃及当局与叛乱分子作战和非法捕鱼。

去年12月,与商业托运人合作的北约航运中心说,东地中海继续受到干扰,“有潜在的危险后果”。在瓦西里科(Vasiliko),停电现象最近有所减少。

在政府一级,人们对干扰的关注日益增加,但行动迫在眉睫。去年6月,有14个海事组织致函海岸警卫队,要求其与国际海事组织合作解决GPS中断问题。去年12月,海岸警卫队告诉《财富》杂志,它仍在与国务院进行谈判。

由于国家行为者行动迟缓,责任由船东和船舶管理公司承担。托运人一直不愿公开谈论GPS问题,或者他们为加强防御而正在做的事情。在就此事接触的26家船舶管理公司中,只有两家,塞浦路斯的Lavar Shipping和挪威的威廉森(Wilhelmsen)记录下来承认他们的船受到GPS干扰。

多位运输专家描述了一个正在转型的行业。通常,机长和船员具有应付GPS中断的技能。但是在过去的25年中,更广泛的变化增加了托运人对卫星导航的依赖。船已经变得更大,更快,更自动化,而船员却缩水了。海上基础设施激增,例如海底电缆、水产养殖和风电场,使海洋空间更加拥挤。同时,英国海洋咨询公司NLA International的负责人乔纳森·特纳(Jonathan Turner)说,年轻的水手“正在从对自己技能的依赖转变为对某些机器的依赖,”而年长的船员则担心“技能消退”在没有GPS的情况下为生活做准备的水手。

接受该报道采访的人中,没有人认为中断能胜过GPS的优势:在开阔水域规划路线,提高港口效率以及在紧急情况下营救人员。但是,尽管存在一系列加固选项(包括更强大的抗干扰接收器,陆基后备系统或更多的培训),但这些选项花费大量金钱。例如,军用级抗干扰天线的价格约为普通天线的10倍。

在一个行业中,这种投资似乎令人生畏,该行业在2019年的利润率还不到1%。航运贸易放缓,运力过剩以及新的,昂贵的燃料法规而苦苦挣扎,结果是,船东不会为GPS加固付出高昂的代价,直到发生重大事故为止。

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