Una navigazione sovrana: L’imperativo strategico dei sistemi PNT resilienti in un mondo sempre più diviso

Quali sono le applicazioni del PNT nelle grandi industrie ?

In un mondo in cui la sovranità è sempre più vitale, la tecnologia GNSS (Global Navigation Satellite System) – conosciuta con il nome di GPS (Global Positioning System, la versione statunitense del GNSS, e Galileo per l’Europa) – è diventata un elemento essenziale in diversi settori strategici per garantire la sicurezza nazionale, la stabilità economica e il progresso tecnologico. Il GNSS fornisce essenzialmente servizi di posizionamento, navigazione e temporizzazione (PNT), che sono fondamentali per numerose applicazioni. Il posizionamento consente di determinare con precisione le posizioni geografiche, la navigazione permette di pianificare con precisione gli spostamenti e i percorsi, e la temporizzazione assicura la sincronizzazione tra i sistemi. Insieme, questi servizi PNT costituiscono il fondamento della tecnologia GNSS.

In questo articolo, Alcimed analizza il ruolo essenziale della tecnologia GNSS, in particolare le sue capacità PNT, le soluzioni alternative e le sfide associate al mantenimento della sovranità su questi sistemi.

L’importanza dei PNT resilienti per la sovranità

La sovranità in materia di navigazione non è solo una questione tecnica, è anche una questione geopolitica. La sovranità significa più del mantenimento di capacità tecnologiche indipendenti, garantisce che una nazione rimanga al riparo da manipolazioni e perturbazioni esterne, che possono avere gravi conseguenze per le attività militari e civili.

Per i paesi che dipendono da GNSS esteri, la sfida della sovranità diventa più marcata. La maggior parte di essi dipende dal GPS o da altri sistemi globali gestiti da potenze straniere. Ad esempio, in caso di sanzioni o conflitto, l’accesso al GNSS estero potrebbe essere limitato, paralizzando tutto, dalle reti di trasporto ai mercati finanziari, rendendoli vulnerabili alle pressioni economiche e militari.

Le vulnerabilità del GNSS sono una crescente preoccupazione in molti settori

I servizi di navigazione, sempre più interconnessi e integrati digitalmente, rendono le cyber‑attacchi una delle minacce più importanti. Le vulnerabilità del GNSS sono una crescente preoccupazione in molti settori, ognuno di loro dipendendo fortemente dall’affidabilità e dalla sicurezza di questi servizi. Queste debolezze includono la suscettibilità a cyber‑attacchi quali il jamming, una tecnologia usata per interrompere o ostacolare i segnali wireless e le comunicazioni elettroniche, o lo spoofing, una pratica che consiste nell’inviare una comunicazione da una fonte sconosciuta camuffata da fonte nota al destinatario, che possono avere impatti significativi e di ampia portata.

Nel settore della difesa

La suscettibilità di questi sistemi al jamming e allo spoofing costituisce una minaccia seria. Ad esempio, durante l’invasione russa dell’Ucraina, il jamming e lo spoofing del GNSS sono stati usati attivamente per disturbare le operazioni militari ucraine. I droni ucraini hanno subito interferenze in circa il 60 % delle missioni. Ciò evidenzia l’importanza strategica di garantire la sovranità per evitare perturbazioni causate dagli avversari.

Nel settore dell’aviazione

Anche il settore dell’aviazione affronta rischi importanti a causa delle vulnerabilità del GNSS. L’incidente del 2020 che ha coinvolto un cyber‑attacco contro Garmin, che ha causato un blackout generalizzato del GPS, evidenzia la necessità critica di sistemi di navigazione sicuri e resistenti nel settore dell’aviazione. Questo blackout ha causato centinaia di ritardi di voli e sollevato gravi problemi di sicurezza, sottolineando l’importanza di mantenere il controllo dei sistemi di navigazione per garantire l’affidabilità della gestione del traffico aereo mondiale.

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Nel settore marittimo

Nel settore marittimo, le conseguenze delle vulnerabilità del GNSS possono essere altrettanto gravi. Nel 2018, navi nel Mar Nero hanno subito anomalie GPS dovute a interferenze deliberate, che hanno indotto più di 20 navi in errore sulla loro reale posizione per centinaia di chilometri. Sebbene nessuna collisione sia stata direttamente segnalata a seguito di queste interferenze, l’incidente ha sollevato gravi preoccupazioni di sicurezza. Queste interferenze presentano rischi, specialmente nei corridoi di navigazione molto trafficati o stretti. Tali perturbazioni pongono non solo rischi economici e ambientali, ma minacciano anche la sicurezza delle rotte marittime internazionali. È quindi essenziale garantire la sovranità dei sistemi per preservare l’efficienza e la sicurezza del commercio mondiale.

Nel settore agricolo

La dipendenza del settore agricolo dal GNSS per l’agricoltura di precisione lo rende particolarmente vulnerabile alle perturbazioni. Nel 2018, circa cinquanta aziende agricole norvegesi sono state colpite da jamming del GNSS durante esercizi militari della NATO, che hanno provocato sovrapposizione di semine, problemi di irrigazione e ritardi nei raccolti, potendo colpire fino al 20–30 % dei campi. Queste perturbazioni hanno avuto conseguenze economiche dirette e hanno aumentato gli sprechi, illustrando la necessità critica di proteggere le tecnologie di navigazione per garantire la produttività agricola e la sicurezza alimentare.

In tutti questi settori, le vulnerabilità del GNSS sottolineano la necessità urgente di misure di sicurezza robuste e lo sviluppo di soluzioni alternative per mitigare i rischi associati a queste debolezze. Garantire la sovranità del GNSS non è solo una sfida tecnica, ma un imperativo strategico per la salvaguardia degli interessi nazionali e globali.

Come mettere in sicurezza i sistemi PNT ?

La dipendenza globale dal GNSS cresce, così come la necessità di mettere in atto strategie solide per mettere in sicurezza i dati PNT. Questa sezione esplora i diversi approcci per rafforzare la sicurezza dei PNT e garantire che i settori critici siano resilienti.

Misure di cybersicurezza

La minaccia dei cyber‑attacchi è diventata uno dei rischi più importanti per la sicurezza dei PNT, soprattutto a causa della recente tendenza alla digitalizzazione. I governi devono investire in tecnologie di crittografia avanzata, monitoraggio continuo e protocolli di cybersicurezza sofisticati per proteggersi dalle intrusioni digitali. Ad esempio, negli Stati Uniti, il Dipartimento della Difesa (DoD) lavora su misure robuste di crittografia e lotta allo spoofing, mentre il Department of Homeland Security (DHS) si concentra sull’elaborazione di norme di cybersicurezza resilienti per le infrastrutture critiche. In Europa, l’Agenzia GNSS europea (GSA) implementa meccanismi avanzati di crittografia e autenticazione per proteggere i servizi PNT dalle minacce informatiche. La sfida consiste nello sviluppare e implementare tecnologie in grado di contrastare efficacemente queste minacce, restando adattabili all’evoluzione delle tattiche avversarie, poiché possono emergere nuove vulnerabilità man mano che la tecnologia avanza, richiedendo ricerca e adattamento continui.

Nuovi sistemi spaziali

I tradizionali satelliti GNSS operano in orbita terrestre media (MEO), ma lo sviluppo di costellazioni di satelliti in orbita terrestre bassa (LEO) rappresenta un nuovo livello promettente di PNT resilienti. Progetti come FutureNAV dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) o Synchrocube di Syrlinks (Safran) esplorano costellazioni LEO che potrebbero fornire segnali PNT più frequenti e robusti. Questi sistemi utilizzano spesso nuove bande di frequenza, che migliorano non solo la resilienza ma anche la precisione e la penetrazione delle coordinate di posizionamento. Integrati con l’infrastruttura GNSS esistente, i satelliti LEO potrebbero creare un quadro PNT più completo e affidabile. L’elevato numero di satelliti riduce l’impatto della compromissione o del jamming di un singolo satellite, poiché il sistema può fare affidamento sugli altri per ottenere informazioni precise. Inoltre, i tragitti dei segnali più brevi, dovuti alla maggiore vicinanza tra i satelliti e la Terra, riducono il tempo a disposizione di un pirata per intercettare, falsificare o disturbare i segnali. Infine, l’uso di frequenze di segnale più alte rende i satelliti LEO più resistenti ai tentativi di jamming.

Sistemi terrestri

Considerate le vulnerabilità intrinseche alla navigazione satellitare, l’integrazione di alternative terrestri nell’infrastruttura nazionale è essenziale per mantenere la sovranità nei PNT. Sistemi come la navigazione stimata a lunga distanza migliorata (eLORAN) e le balise VOR/DME rappresentano soluzioni di riserva affidabili in caso di perturbazione del GNSS. Questi sistemi sono meno sensibili al jamming e allo spoofing, soprattutto perché si tratta di sistemi locali, offrendo soluzioni stabili e sicure per una copertura nazionale. Creando ridondanza con sistemi terrestri, i paesi possono ridurre significativamente la dipendenza dal GNSS e migliorare la resilienza delle loro capacità PNT.

Ecco una panoramica delle soluzioni possibili, classificate secondo il loro livello di maturità, dal più elevato al meno elevato :

Sistemi accelerometrici e giroscopici

• Sistemi di navigazione inerziale (INS): i sistemi inerziali sono attualmente una delle alternative più affidabili al GNSS, specialmente in scenari in cui i segnali sono jammati o spoofati. Utilizzano accelerometri e giroscopi per misurare velocità e orientamento di un veicolo, permettendogli di calcolare la posizione sulla base delle coordinate iniziali. Il punto di forza principale degli INS risiede nella loro indipendenza da segnali esterni, rendendoli insensibili al jamming e allo spoofing. È il caso del sistema INS TopAxyz di Thales o del sistema Geonyx di Safran. Tuttavia, la precisione dell’INS può degradarsi nel tempo a causa dell’accumulo di piccoli errori, e il costo elevato della tecnologia INS avanzata può costituire un ostacolo significativo. Sebbene il sistema INS fornisca uno strato critico di resilienza, la sua capacità di mantenere la continuità operativa in ambienti ad alta intensità di jamming è ancora in fase di test.
• Giroscopi di navigazione quantica: lo sviluppo di giroscopi di navigazione quantica costituisce un progresso rivoluzionario. Questi sistemi funzionano secondo principi simili alla navigazione inerziale tradizionale, ma utilizzano fasci laser deviati per manipolare atomi a temperature vicine allo zero assoluto, creando onde misurabili con estrema precisione. La navigazione quantica ha il potenziale di offrire una precisione molto superiore a quella dei sistemi INS attuali, eliminando potenzialmente il bisogno del GNSS. Tuttavia, questa tecnologia è ancora agli inizi e la sua implementazione pratica e generalizzata potrebbe richiedere ancora una decina di anni, ma attori come Honeywell Aerospace e Vector Atomic vi stanno lavorando attivamente.

Navigazione radar

La navigazione radar utilizza segnali radar per determinare posizione e velocità di un oggetto misurando il ritardo e lo spostamento di frequenza dei segnali riflessi. È per esempio il caso del SMART‑S Mk2 di Thales, un radar di sorveglianza 3D a medio raggio progettato per navi da guerra, capace di tracciare obiettivi aerei e di superficie e di aiutare la navigazione. Questo metodo è particolarmente utile in ambienti dove i segnali visivi o GNSS sono ostruiti, come foreste dense, canyon urbani, nebbia, ecc. I radar sono robusti e affidabili, ma necessitano di un’elevata potenza e possono essere influenzati da contromisure elettroniche, rendendoli una tecnologia complementare piuttosto che una soluzione autonoma.

Navigazione ottica

I sistemi di navigazione ottica, basati su telecamere per identificare visivamente il terreno e i punti di riferimento, sono usati da molti anni, specialmente nelle operazioni di droni. Questi sistemi offrono un’alternativa quando il GNSS non è disponibile, ma hanno limiti. L’efficacia di questi sistemi dipende fortemente da fattori ambientali quali condizioni atmosferiche, caratteristiche del terreno e condizioni di illuminazione. Inoltre, i sistemi ottici attuali spesso richiedono un operatore umano, rendendo la completa automazione una sfida complessa che richiederebbe probabilmente progressi nell’intelligenza artificiale. Questa tecnologia è quindi più adatta come soluzione complementare al GNSS a causa della sua dipendenza da fattori ambientali, portata e copertura limitate (all’interno del campo visivo) e sfide nell’automazione. Optics 1 Inc, filiale di Safran Electronics & Defense, è il leader mondiale americano dei sistemi elettro‑ottici.

Tecnologie anti‑jamming

Per proteggere meglio i sistemi contro il jamming, sono in sviluppo tecnologie anti‑jamming. Questi sistemi mirano a minimizzare l’impatto degli sforzi di jamming nemico riducendo l’area interessata e migliorando le prestazioni dei sistemi di navigazione in modalità degradata. Queste tecnologie sono essenziali per mantenere capacità operative in ambienti contestati. Il TopShield dell’ACRP (antenne a diagramma di radiazione controllato) di Thales è un esempio di queste tecnologie che contribuiscono ad attenuare il jamming del GNSS ottimizzando il rapporto segnale/rumore del GNSS, assicurando la disponibilità del segnale a una distanza 100 volte inferiore a quella della fonte di jamming.

Tecnologie anti‑spoofing

Per proteggere i sistemi di navigazione contro lo spoofing, che inganna i ricevitori con falsi segnali GNSS, si stanno sviluppando tecnologie anti‑spoofing per rilevare e mitigare questi attacchi. Questi sistemi verificano l’autenticità dei segnali GNSS e individuano irregolarità nei modelli di segnale che possono indicare spoofing. Le misure anti‑spoofing includono l’autenticazione dei segnali, segnali GNSS crittografati e verifica incrociata con altre metodi come navigazione inerziale o radar. TopStar M di Thales è un esempio di questa tecnologia. Utilizza dati criptati per assicurare che i segnali ricevuti siano autentici e non falsati.

Signals opportunity (SOOP)

La navigazione SOOP rappresenta un approccio innovativo che sfrutta segnali esistenti da satelliti LEO, torri di comunicazione, Wi‑Fi, Bluetooth o persino segnali di radiodiffusione. Questo metodo non dipende dal GNSS, ma utilizza questi “segnali opportunisti” per triangolare la posizione. È il caso di LocataNet, un sistema SOOP che potrà essere usato in ambienti ostruiti o per applicazioni militari in zone vietate al GNSS. Sebbene promettente, il SOOP richiede un investimento sostanziale in infrastrutture e sviluppo tecnologico. Inoltre, i costi elevati e la complessità dell’implementazione di un sistema SOOP nazionale significano che non tutti possono permetterselo, il che potrebbe comportare perdita di sovranità. Il successo del SOOP dipende fortemente dalla costruzione e manutenzione di infrastrutture in grado di generare e trasmettere segnali adeguati, ma anche dall’estensione all’utilizzo di vari segnali da fonti diverse per migliorare affidabilità e precisione.

Ricalibrazione magnetica e stellare

La ricalibrazione magnetica utilizza il campo magnetico terrestre come riferimento di navigazione, una tecnica ancora agli inizi. Questo metodo ha il potenziale di essere universalmente applicabile, offrendo una soluzione che teoricamente non subisce vincoli operativi. Tuttavia, il suo sviluppo è tutt’altro che completato e le applicazioni pratiche sono limitate al momento. La ricalibrazione stellare, invece, utilizza le posizioni delle stelle come punti di riferimento, una tecnica con precedenti storici nella navigazione celeste. I progressi moderni mirano a automatizzare questo processo con algoritmi e sensori sofisticati, come quelli proposti nel progetto Vision, volto a creare un sistema discreto, privo di emissioni, immune a jamming e spoofing. Anche questa tecnologia è ancora in fase iniziale e la sua applicazione alla navigazione aerea rimane limitata.

In conclusione, se il GNSS rimane la pietra angolare della navigazione moderna, lo sviluppo di sistemi alternativi è essenziale per garantire resilienza operativa di fronte alle crescenti minacce. Nessuna tecnologia può da sola affrontare le sfide poste dalle perturbazioni del GNSS, da qui l’importanza di un approccio multilivello. Combinando più tecnologie, nazioni e industrie possono costruire un quadro robusto e sicuro. Man mano che queste tecnologie raggiungeranno la maturità, svolgeranno un ruolo essenziale nel completare e, in alcuni casi, potenzialmente sostituire i sistemi GNSS tradizionali, aprendo così la strada a soluzioni più sicure e affidabili in futuro.

In un’epoca segnata da tensioni geopolitiche e rapidi avanzamenti tecnologici, la messa in sicurezza della sovranità nella navigazione è diventata un imperativo strategico per le nazioni di tutto il mondo. Il controllo di sistemi quali GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou è essenziale non solo per la precisione militare e la sicurezza nazionale, ma anche per la stabilità delle funzioni civili essenziali, tra cui il commercio mondiale, i trasporti e gli interventi di emergenza. Le crescenti minacce di cyber‑attacchi e perturbazioni dei segnali sottolineano l’urgenza per le nazioni di proteggere questi asset vitali e garantire la loro resilienza di fronte a manipolazioni esterne.

Man mano che la dipendenza da tali sistemi aumenta, diventa necessario adottare un approccio multilivello che integri soluzioni terrestri o spaziali. Il futuro della sicurezza della navigazione non risiede in un sistema unico e monolitico, ma in un ecosistema diversificato di tecnologie complementari.

Oltre alla diversificazione delle infrastrutture, esiste un bisogno critico di sistemi scalabili, capaci di adattarsi rapidamente a un panorama di minacce in continua evoluzione. Le cyberminacce, le tecnologie di jamming e spoofing evolvono rapidamente, superando spesso le difese statiche. Pertanto, i futuri sistemi devono essere progettati con una flessibilità integrata, che consenta loro di rispondere rapidamente alle minacce emergenti tramite aggiornamenti in tempo reale, patch software o persino cambiamenti nelle capacità hardware.

Favorendo un ecosistema di tecnologie continuamente aggiornate e adattabili, le nazioni possono mantenersi un passo avanti rispetto alle tattiche avversarie, garantendo così la resilienza dei sistemi di navigazione.

Presso Alcimed, continuiamo a esplorare la questione della sovranità e il campo dei sistemi PNT per individuare soluzioni innovative e fornire orientamenti strategici chiave ai nostri clienti. Se desiderate discutere di questi temi, non esitate a contattare il nostro team !

Informazioni sull’autore,

Alexandre, Consultant presso il team Defence Aeronautique et Spatial di Alcimed in Francia