تصاویر؛ همه‌چیز درباره بیدو؛ آیا نسخه‌ چینی مسیریاب‌ها می‌تواند جایگزین GPS شود؟

وقتی در اپلیکیشن مسیریاب به‌دنبال بهترین راه فرار از ترافیک می‌گردید یا منتظرید تاکسی اسنپ یا تپسی سر برسد، شاید ندانید که در حال استفاده از یک زیرساخت نظامی چند میلیارد دلاری هستید که دهه‌ها پیش متولد شده است؛ سیستم موقعیت‌یابی که با نام GPS در بین ما جا افتاده، اما درواقع ترکیبی از سیگنال‌های سیستم‌های GNSS متشکل از چند سرویس موقعیت‌یابی جهانی دیگر است که GPS صرفا یکی از آن‌هاست.

البته بی‌دلیل نیست که نام GPS اینقدر مشهور شده، چون اولین سیستم موقعیت‌یاب جهانی بود که به‌طور گسترده دردسترس عموم قرار گرفت. اما این‌روزها، نام یک سامانه‌ی دیگر هم مرتب به گوش می‌رسد:‌ سیستم بیدو (BeiDou) متعلق به چین که می‌گویند شاید بخواهد در ایران جایگزین GPS شود.

اما بیدو دقیقا چیست، چین چطور توانست سیستم موقعیت‌یاب خودش را داشته باشد و آیا این سامانه توانایی رقابت با GPS را دارد؟ با ما همراه شوید.

در دهه‌ی ۱۹۹۰، ایالات متحده با GPS (مخفف Global Positioning System به‌معنی سامانه موقعیت‌یاب جهانی) بر بازار جهانی تسلط داشت. در همان زمان، چین در تمرینات نظامی تنگه‌ی تایوان با مشکلاتی روبه‌رو شد. دلیل اصلی این مشکل، وابستگی به سیگنال‌های GPS ایالات متحده بود که به‌طور ناگهانی قطع شدند. همین اتفاق، نقطه‌ی عطفی بود که چین را به فکر ایجاد یک سیستم موقعیت‌یاب مستقل انداخت.

چین برای توسعه‌ی سامانه‌ی بیدو رویکردی مستقل را در پیش گرفت. این پروژه در دوره‌ای آغاز شد که دولت چین با چالش‌های مالی روبرو بود؛ با این وجود، فرآیند ساخت و توسعه‌ی این سامانه ادامه پیدا کرد.

پس از راه‌اندازی اولین ماهواره‌های سیستم بیدو، مشکلات و موانع جدیدی سر راه چینی‌ها قرار گرفت. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها زمانی بود که چین با اتحادیه‌ی اروپا برای همکاری در پروژه‌ی گالیله وارد مذاکره شد. در این پروژه، چینی‌ها متوجه شدند که اطلاعات کلیدی و فناوری‌های مهم که برای پیشرفت سیستم مسیریابی نیاز داشتند، به آن‌ها داده نمی‌شود. این تجربه نه‌تنها به ناامیدی چین از همکاری‌های بین‌المللی منجر شد، بلکه آن‌ها را به فکر یک راه‌حل مستقل انداخت و باعث شد که چین مصمم‌تر از قبل به توسعه‌ی سیستم خود ادامه دهد و نهایتاً بیدو را به یک رقیب جدی برای GPS تبدیل کند.

برای آشنایی با سیستم بیدو، ابتدا باید مفهوم «سیستم ناوبری جهانی ماهواره‌ای» (Global Navigation Satellite System یا GNSS) را درک کنیم. GNSS به مجموعه‌ای از ماهواره‌ها گفته می‌شود که خدمات موقعیت‌یابی، ناوبری و زمان‌سنجی را به‌صورت جهانی ارائه می‌دهند. این سیستم شامل تمام سیستم‌های ماهواره‌ای است که برای تعیین موقعیت جغرافیایی از ماهواره‌ها استفاده می‌کنند.

یکی از شناخته‌شده‌ترین این سیستم‌ها، GPS است که نخستین‌بار در سال ۱۹۷۸ از سوی ایالات‌متحده راه‌اندازی شد. البته GNSS تنها به GPS محدود نمی‌شود، بلکه کشورهای مختلف، سیستم‌های موقعیت‌یابی دیگری نیز ساخته‌اند که وظیفه‌ی مشابهی دارند؛ ازجمله گلوناس (GLONASS) برای روسیه، گالیلئو (Galileo) برای اتحادیه اروپا، ناوبک (NavIC) برای هند، کیوزد‌اس‌اس (QZSS) برای ژاپن و البته بیدو (BeiDou) برای چین.

سیستم موقعیت‌یاب بیدو برای ارائه‌ی خدمات ناوبری و زمان‌سنجی دقیق، بر پایه‌ی سه بخش اصلی عمل می‌کند:

• بخش فضایی (ماهواره‌ها): مجموعه‌ای از ماهواره‌ها که در مدارهای دقیق به دور زمین می‌چرخند و به‌طور مداوم سیگنال‌های زمانی و فاصله‌ای ارسال می‌کنند. عملکرد صحیح سیستم به قرارگیری این ماهواره‌ها در مکان و زمان کاملاً مشخص وابسته است. این ماهواره‌ها عمر مفیدی در حدود ۱۰ سال دارند و ماهواره‌های پشتیبان نیز برای مواقع اضطراری آماده هستند.
• بخش زمینی (ایستگاه‌ها): ایستگاه‌های کنترل زمینی با استفاده از رادار، به‌صورت ۲۴ ساعته موقعیت ماهواره‌ها را رصد می‌کنند تا از قرارگیری آن‌ها در مدار صحیح مطمئن شوند و هرگونه انحراف را اصلاح کنند.
• بخش کاربری (گیرنده‌ها): دستگاه‌هایی مانند گوشی هوشمند یا مسیریاب خودرو که با دریافت سیگنال از ماهواره‌ها، فاصله‌ی خود را تا هر یک از آن‌ها محاسبه می‌کنند.

فرایند موقعیت‌یابی در هر شرایط آب‌وهوایی با استفاده از روشی به نام سه‌ضلع‌سنجی (Trilateration) انجام می‌شود. این فرایند به دو صورت دوبعدی و سه‌بعدی قابل توضیح است:

• سه‌ضلع‌سنجی دوبعدی (موقعیت روی نقشه): برای یافتن موقعیت روی یک سطح صاف (عرض و طول جغرافیایی)، گیرنده حداقل به سه ماهواره نیاز دارد.

• سه‌ضلع‌سنجی سه‌بعدی (موقعیت در دنیای واقعی): ازآنجاکه موقعیت‌یابی واقعی به تعیین ارتفاع نیز نیاز دارد، این فرایند به‌صورت سه‌بعدی و با استفاده از کره‌های فرضی انجام می‌شود. به همین دلیل، گیرنده نیازمند حداقل چهار ماهواره است.

به‌طور کلی، هرچه تعداد ماهواره‌هایی که گیرنده به آن‌ها متصل است بیشتر باشد، دقت محاسبات افزایش یافته و خطای موقعیت‌یابی کمتر می‌شود.

ماهواره‌های بیدو اطلاعات موقعیت و زمان دقیق خود را به گیرنده‌ها ارسال می‌کنند. گیرنده‌ها دو عامل مهم را از این سیگنال‌ها محاسبه می‌کنند: موقعیت حداقل سه ماهواره که بالای شما در فضا قرار دارند و فاصله‌ی شما تا آن ماهواره‌ها. امواج رادیویی با سرعت نور حرکت می‌کنند، پس گیرنده زمان لازم برای رسیدن سیگنال از فضا به زمین را اندازه‌گیری و بر اساس آن، فاصله را محاسبه می‌کند.

این محاسبات آنقدرها هم ساده نیستند. ماهواره‌های بیدو برای حفظ دقت زمانی بالا از ساعت‌های اتمی بسیار دقیق استفاده می‌کنند؛ اما نصب چنین ساعت‌هایی در هر گیرنده (مثلاً گوشی موبایل یا دستگاه مسیریابی) عملی نیست، چون هم بسیار گران هستند و هم از نظر ابعاد و مصرف انرژی بصرفه نیستند. به‌ همین دلیل، گیرنده‌ها معمولاً به ساعت‌های کوارتز ساده مجهز می‌شوند. این ساعت‌ها دقت کمتری دارند، اما به‌طور مداوم با داده‌های زمانی دریافت‌شده از ماهواره‌ها همگام‌سازی می‌شوند تا بتوانند زمان را با دقت کافی تصحیح کنند و محاسبه‌ی موقعیت دقیق‌تر انجام شود.

یکی از چالش‌های مهم در سیستم‌های موقعیت‌یابی مانند بیدو، اثرات نسبیتی زمان است. طبق نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین، هرچه جسمی از میدان گرانشی دورتر باشد، زمان برای آن سریع‌تر می‌گذرد. ماهواره‌های بیدو که در مدار زمین قرار دارند، دقیقاً همین وضعیت را دارند. ساعت‌های اتمی آن‌ها هر روز حدود ۳۸ میکروثانیه جلوتر از ساعت‌های زمینی حرکت می‌کنند. شاید این عدد کوچک به‌نظر برسد، اما اگر این اختلاف جبران نشود، می‌تواند باعث شود مکان شما روی نقشه تا حدود ۱۰ کیلومتر اشتباه نمایش داده شود. این حالت مشابه زمانی است که ساعت شما هر روز چند ثانیه جلو برود؛ بیدو این اختلاف را جبران می‌کند تا خطایی در مکان‌یابی ایجاد نشود.

برای محاسبه‌ی دقیق موقعیت کاربر، دانستن فاصله‌ی گیرنده از ماهواره‌ها کافی نیست؛ باید موقعیت دقیق خود ماهواره‌ها نیز مشخص باشد. خوشبختانه ماهواره‌های ناوبری مانند بیدو در مدارهایی نسبتاً پایدار و قابل‌ پیش‌بینی مانند مدار زمین‌ایستا (Geostationary Earth Orbit یا GEO)، مدار میانی زمین (Medium Earth Orbit یا MEO) و مدار زمان‌همگام (Inclined Geosynchronous Orbit یا IGSO) حرکت می‌کنند، بنابراین تعیین موقعیت آن‌ها در زمان‌های مختلف چندان دشوار نیست.

نبرد در مدار؛ بیدو دربرابر جی‌پی‌اس

سامانه‌ی GPS از سال ۱۹۷۳ آغاز شد و در سال ۱۹۹۳ به‌طور رسمی به بهره‌برداری کامل رسید. در مقابل، بیدو، یک فناوری تازه‌نفس است که در سال ۲۰۲۰ به‌طور کامل عملیاتی شد.

ماهواره‌های GPS در ارتفاع حدود ۲۰٬۱۸۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارند و هر دور کامل آن‌ها به‌ دور زمین، نزدیک به ۱۱٫۹۷ ساعت طول می‌کشد. در مقابل، ماهواره‌های بیدو کمی بالاتر و در ارتفاع حدود ۲۱٬۱۵۰ کیلومتری قرار دارند و برای پیمودن یک دور کامل، حدود ۱۲٫۶۳ ساعت زمان نیاز دارند.

یکی از تفاوت‌های مهم این دو سیستم، فرکانس‌های استفاده‌شده برای ارتباط است. GPS فقط از یک فرکانس استفاده می‌کند، اما بیدو از دو فرکانس به‌طور هم‌زمان بهره می‌برد که این ویژگی باعث می‌شود بیدو در برابر اختلالات مقاوم‌تر باشد.

از نظر دقت، بیدو عملکرد بهتری دارد و می‌تواند موقعیت را با دقتی کمتر از یک متر تعیین کند، درحالی‌که دقت GPS حدود ۴٫۹ متر است. البته این دقت به نوع اندازه‌گیری بستگی دارد؛ بیدو در دقت افقی بهتر است، ولی در دقت عمودی کمی از GPS پایین‌تر است.

همچنین، دقت ۲٫۵ متری که معمولاً برای بیدو ذکر می‌شود، به میانگین دقت آن در کاربردهای روزمره اشاره دارد، درحالی‌که دقت کمتر از یک متر، مربوط به شرایط فنی خاص یا استفاده از گیرنده‌های پیشرفته‌تر است.

آمریکا برای دهه‌ها با ارائه خدمات رایگان و قابل‌اعتماد GPS در سراسر جهان، آمریکا توانسته است وابستگی فناورانه و استراتژیک بسیاری از کشورها را به خود جلب کند. این وابستگی، به ویژه در حوزه نظامی و زیرساخت‌های حیاتی، به آمریکا اهرم فشاری قابل‌توجهی می‌دهد.

درمقابل، چین با ارائه وام، کمک‌های فنی و قراردادهای تجاری، کشورهای در حال توسعه، به‌ویژه در آسیا، آفریقا و آمریکای لاتین را تشویق به استفاده از بیدو می‌کند. این استراتژی به چین اجازه می‌دهد تا نفوذ خود را در این مناطق گسترش داده و وابستگی آن‌ها به فناوری آمریکایی را کاهش دهد. تاکنون بیش از ۱۴۰ کشور به شبکه‌ی بیدو پیوسته‌اند.

از سوی دیگر، جی‌پی‌اس به دلیل قدمت و حضور طولانی‌مدت، در بازار مصرف‌کننده کاملاً ریشه‌ دوانده است. تقریباً تمام گوشی‌های هوشمند، خودروها و دستگاه‌های ناوبری در سراسر جهان به طور پیش‌فرض از جی‌پی‌اس پشتیبانی می‌کنند. این تسلط بر بازار، یک مزیت بزرگ برای شرکت‌های آمریکایی و اکوسیستم فناوری مرتبط با آن است.

درمقابل، بسیاری از تولیدکنندگان چینی گوشی‌های هوشمند مانند هواوی و شیائومی، اکنون از تراشه‌هایی با پشتیبانی از بیدو استفاده می‌کنند. به‌ گزارش رسانه‌های چینی، در سال ۲۰۲۴، ارزش اقتصادی بیدو در چین به تنهایی به حدود ۸۰ میلیارد دلار رسید که نشان‌دهنده‌ی رشد سریع آن است.

بحث‌‌ها در مورد تمایل ایران برای استفاده از سامانه مسیریابی بیدو چین و حتی جایگزینی کامل GPS آمریکا، این روزها داغ‌تر از همیشه است. جایگزینی GPS با بیدو به‌صورت کامل و فوری، از نظر فنی ممکن است، اما در عمل به این سادگی نیست؛ چراکه بسیاری از دستگاه‌ها، نرم‌افزارها و زیرساخت‌های ارتباطی و صنعتی در جهان، به‌صورت پیش‌فرض برای کار با GPS طراحی شده‌اند.

گوشی من از بیدو پشتیبانی می‌کند، پس مشکل کجاست؟

سناریوی هوشمندانه: ادغام، نه جایگزینی