De wereld draait op tijd. Maar dan moeten we wel exact weten hoe laat het is

Onze maatschappij draait op een cruciale en onzichtbare grondstof: tijd.

Nauwkeurige, gelijkgeschakelde, overal beschikbare tijd.

Zonder tijd hebben we bijvoorbeeld geen elektriciteit. Ons elektriciteitsnetwerk werkt namelijk met wisselstroom: per seconde wisselen negatieve en positieve spanning elkaar vijftig keer af.^* Die golf moet overal in het net gelijk zijn, anders riskeer je een stroomstoring.^*

Daarom meten elektriciteitsbedrijven die golf op verschillende punten in het netwerk. En om die metingen met elkaar te vergelijken, moet je tot op de microseconde precies weten op welk moment die metingen zijn gedaan.^* Daarvoor heb je nauwkeurige tijd nodig, tijd die overal hetzelfde is.

Zonder tijd zou ook ons financiële systeem niet werken.

Financiële transacties moeten immers in de goede volgorde worden afgewikkeld, anders heeft dat serieuze gevolgen. Denk aan aandelen: bij flitshandel worden aandelen in een fractie van een seconde verhandeld – dus je moet precies weten wie een aandeel op een bepaald moment had, en wat de prijs op dat moment was.^*

Die synchronisatie is zelfs zo belangrijk dat ze is geregeld in de wet: handelaren op de beurs moeten de beursklokken waarmee zij handelsopdrachten geven exact gelijkstellen, in sommige gevallen tot zelfs op een fractie van een seconde nauwkeurig.^*

En zonder tijd zou je dit artikel niet kunnen lezen, want ook mobiel internet functioneert niet zonder hoogwaardige tijd.

Omdat de zendmast die contact maakt met jouw telefoon niet goed tegelijkertijd kan zenden en ontvangen, sturen die twee om de beurt data naar elkaar toe – vele keren per seconde. Maar als de ene kant al begint te zenden terwijl de andere kant nog niet klaar is, dan krijg je storing. Daarom is het belangrijk dat telefoon en zendmast gelijkgeschakeld zijn met dezelfde, nauwkeurige klok.

Elektriciteit, handel en communicatie: het is slechts een greep uit een breed scala aan maatschappelijke processen die afhankelijk zijn van tijd. Ook transport, waterzuivering, wetenschappelijk onderzoek, luchtverkeer en zelfs de digitale overheid kunnen niet zonder.^*

Maar hoe weet je hoe laat het precies is?

De fabriek van tijd zweeft in de lucht

Want het mobieltje in je hand, de beurs in Amsterdam, het verdeelstation in Groningen, de elektriciteitscentrale in Spanje: ze moeten allemaal dezelfde tijd gebruiken.

Waar halen al deze maatschappelijke processen die nauwkeurige, gelijkgeschakelde, overal beschikbare tijd vandaan?

Een optie is het van het internet halen. Er zijn servers die online tijd leveren, op de milliseconde nauwkeurig. Maar gewone internetverbindingen waarmee die tijd wordt verzonden hebben soms een behoorlijke vertraging, en dat is voor veel toepassingen niet nauwkeurig genoeg.^*

Het liefst haal je tijd uit een atoomklok: een apparaatje dat aan de hand van de frequentie waarmee bepaalde atomen elektromagnetische straling uitzenden de tijd bepaalt. Dit is de nauwkeurigste bron van tijd die we kennen – zo nauwkeurig dat de lengte van de seconde zelfs is gedefinieerd aan de hand van zo’n klok.^* Het probleem is dat een atoomklok minstens duizend euro kost.^*

Dat kunnen we niet in ieder mobieltje inbouwen.

Gelukkig zweeft er in de lucht een fabriek die hoogwaardige tijd produceert, zonder dat je ervoor hoeft te betalen.

Op 20.000 kilometer hoogte cirkelen tientallen navigatiesatellieten rond de aarde die dat soort tijd uitzenden. De gewone mens gebruikt deze satellieten niet als klok, maar om zijn locatie te bepalen. Het global positioning system (gps) is de Amerikaanse variant, maar inmiddels is er ook een Europees systeem (Galileo), een Russisch systeem (GLONASS) en een Chinees systeem (BeiDou).^*

Al deze navigatiesatellieten werken in essentie hetzelfde: je kunt je locatie berekenen door het tijdsignaal van verschillende satellieten met elkaar te vergelijken. Dat tijdsignaal genereren die satellieten met een atoomklok, en dat signaal is ook nog eens vrij beschikbaar.

Zo kan het gebeuren dat een belangrijk deel van onze kritieke infrastructuur draait op informatie die je gewoon uit de lucht kunt plukken. Dat is fantastisch – een mooi voorbeeld van een common, een hulpbron waar iedereen baat bij heeft en die iedereen met de juiste apparatuur kan gebruiken.

Maar die hulpbron is ook erg kwetsbaar en ligt steeds vaker onder vuur. Want die satellieten spelen ook een belangrijke rol in oorlogen.

Verstoren, vervalsen en hacken

Als je raketten, drones en vliegtuigen op je vijand af wilt sturen, gebruik je namelijk de locatiebepaling van navigatiesatellieten om het doel te bereiken. Wil je je verdedigen tegen aanvallen met dit soort wapens, dan kun je dus rommelen met dat signaal. En dat doen legers.

Ten eerste kun je de radiogolven die de tijdsignalen communiceren eenvoudig verstoren door er andere, sterkere signalen doorheen te zenden. Omdat deze radiogolven vanuit de ruimte verzonden worden, zijn ze niet zo sterk, dus met een kleine zender kun je zo’n signaal al flink in de war schoppen.

Deze soort verstoringen gebeuren aan de lopende band. Toen Oekraïense drones in december 2022 bijvoorbeeld diep in Rusland aanvielen, werd gps-jamming gedetecteerd rond Moskou en drie legerbases, zodat de drones niet wisten waar hun doel was.^* Op de website gpsjam.org worden dit soort verstoringen wereldwijd en in real time bijgehouden, onder andere door het vliegverkeer.

Je ziet op het kaartje dat de regio’s die aan Rusland grenzen eigenlijk continu last hebben van storingen. Maar het gebeurt op veel meer plekken, zo vaak zelfs dat ook passagiersvliegtuigen het merken.^* Barend Lubbers, universitair docent Navigatietechnologie aan de Nederlandse Defensie Academie, is er duidelijk over: ‘Je moet er rekening mee houden dat ook NAVO-legers te maken zullen krijgen met dit soort storingen als ze betrokken raken bij een conflict.’

Toch is het verstoren van signalen in een bepaald gebied nog te overzien, want het is makkelijk te detecteren. Maar je kunt als leger ook iets veel listigers doen: valse signalen versturen die sterker zijn dan het echte satellietsignaal. Bij onbeveiligde signalen kun je dat zo subtiel doen dat het niet kan worden gedetecteerd.

En ook dat gebeurt. Zo kan het dat schepen in de Zwarte Zee volgens de navigatiesoftware op land zouden zijn. Of dat tienduizenden vliegtuigen zich allemaal opeens in Caïro of Beiroet zouden bevinden. Deze soort incidenten met valse gps-signalen namen de afgelopen jaren toe.^* Nu hebben moderne satellietsystemen zoals het Europese Galileo hiertegen wel beveiliging ingebouwd, maar je moet maar net een ontvanger hebben die dat ondersteunt – en die zijn er niet veel.

De meest verregaande aanval, die het hele systeem platlegt, is het aanvallen van de satellieten zelf. Dat gebeurt gelukkig nog niet, maar we weten dat Rusland de afgelopen jaren wel al andere soorten satellieten heeft gesaboteerd. Zo werden kijkers van BabyTV, verzonden via de satelliet, minutenlang op Russische propaganda getrakteerd. Dat bleek echter bijvangst van een grotere Russische sabotageactie gericht op satellieten.

De Verenigde Staten maken zich dan ook zorgen over gehackte satellieten die op afstand uit hun baan kunnen worden gebracht.^* En ook het Europees Ruimteagentschap (ESA) houdt er rekening mee dat Europese satellieten het doelwit kunnen worden van een cyberaanval.^*

Maar zelfs als de satellieten niet worden gehackt, kunnen ze het instrument worden van een geopolitieke strijd. De ESA sluit niet uit dat toegang tot de Russische en Chinese signalen in de toekomst zal worden beperkt als spanningen tussen de economische blokken verder oplopen.

En de Nederlandse overheid houdt er volgens een rapportage uit 2022 rekening mee dat zelfs de Verenigde Staten ‘het gebruik van gps kunnen gaan inperken of anderszins controleren’.^* En dat zou een probleem zijn – de Europese navigatiesatellieten vielen in de opstartfase ook een week uit, maar toen konden apparaten overschakelen op gps;^* als gps niet meer beschikbaar is, dan kan dat niet meer. En dan werkt niet alleen navigatie niet meer, maar is ook het tijdsignaal niet meer beschikbaar.

De vraag is dus: wat gebeurt er eigenlijk als we door deze verstoringen niet meer precies weten hoe laat het is?

Van tijd afhankelijk

Eerst het goede nieuws: het verstoren of vervalsen van dit soort signalen betekent niet meteen dat ook de systemen die hiervan afhankelijk zijn niet meer werken. Je kunt maatregelen nemen om een verstoring tegen te gaan. Als je een tijdje een paar meetpunten in het elektriciteitsnetwerk mist of wanneer die punten uit de pas lopen, dan blijft het net waarschijnlijk werken. De meeste financiële bedrijven hebben bovendien een back-upklok.^* Een storing in het mobiele netwerk zal waarschijnlijk vooral leiden tot langzamer internet, niet tot het helemaal uitvallen ervan.

Maar dat vereist wel dat iedereen zich bewust is van de afhankelijkheid van die satellieten, en dat we maatregelen treffen voor als het misgaat. En dat is nou net niet vanzelfsprekend, weten we uit onderzoek van de Nederlandse overheid.

Die heeft dit soort tijdsbepaling namelijk aangemerkt als onderdeel van de vitale infrastructuur.^* De overheid heeft daarom onderzoek laten doen naar het bewustzijn bij bedrijven die dit soort infrastructuur leveren (denk aan banken, waterbedrijven, elektriciteitsbedrijven) over de afhankelijkheid van deze signalen.

De onderzoekers winden er geen doekjes om: ze noemen het ‘een zeer zorgelijk beeld van de potentiële risico’s die breed in de verschillende gebruikerssectoren kunnen bestaan’.^* Organisaties die nadenken over hoe hun systemen afhankelijk zijn, die alternatieven hebben en een beleid hebben om om te gaan met verstoringen, zijn ‘eerder uitzondering dan regel’.

En als je niet goed voorbereid bent, dan kan het behoorlijk misgaan.

Bijvoorbeeld: Eens in de twintig jaar wordt de tijd in gps-satellieten opnieuw ingesteld. De laatste keer was in 2019. Hoewel deze aanpassing ruim van tevoren was aangekondigd, was het draadloze netwerk van gemeentelijke instanties in New York hier niet op voorbereid.^* En het crashte.

De aankomsttijden in busstations en de synchronisatie van stoplichten werkten niet meer.^* Benzinestations van de gemeentediensten konden niet meer doorgeven hoeveel er werd getankt, verkeerscamera’s gaven geen beelden meer door en kentekenscanners werkten niet meer.^* Het duurde tien dagen om het netwerk weer aan de praat te krijgen.

Of neem 26 januari 2016, toen gps-signalen 13,7 microseconden uit de pas liepen doordat een satelliet uit de roulatie werd genomen. Over de hele wereld gingen duizenden alarmen af bij telecomnetwerken^* en de BBC kon niet meer via digitale radio uitzenden.^*

Het is een van de redenen dat de Europese Unie onderzoekt welke alternatieven er zijn voor satellieten als tijdsbron.^* En ook de ESA stelt dat er moet worden geïnvesteerd in alternatieve systemen voor het verzenden van tijd – bijvoorbeeld via netwerken op aarde.^*

Gelukkig maar. Want nauwkeurige tijd moet niet alleen overal beschikbaar zijn, het moet ook altijd beschikbaar zijn. Laten we die alternatieve tijdsbronnen daarom snel ontwikkelen.

Voordat het te laat is.

De archiefbeelden bij dit verhaal zijn samengesteld door filmmaker Joysi Olijhoek en afkomstig uit de Stock Footage Collection en de Prelinger Archives.^*