Τι είναι το GPS; Γιατί το χρειαζόμαστε; Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των διαφορετικών συστημάτων πλοήγησης; Θα μιλήσουμε για τα πάντα σε αυτό το άρθρο.
Επί του παρόντος, το GPS μας φαίνεται να είναι ένα καθημερινό, οικείο πράγμα που όλοι έχουν ακούσει και οι περισσότεροι από αυτούς χρησιμοποιούν στην καθημερινότητά τους. Αυτό είναι ένα από τα εργαλεία που χρησιμοποιούμε στις συσκευές μας. Ταυτόχρονα, ούτε καν σκεφτόμαστε πώς λειτουργεί, από πού προήλθε, πόσος χρόνος, κόπος και χρήμα χρειάστηκε να επενδυθεί για τη δημιουργία αυτού του συστήματος. Σήμερα, οι δέκτες σήματος GPS δεν έχουν μόνο πλοηγοί, τηλέφωνα, smartphone, tablet, αυτοκίνητα, αλλά ακόμη και τα βραχιόλια γυμναστικής και τα «έξυπνα» ρολόγια, τα δεδομένα τους χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, στον ερασιτεχνικό και επαγγελματικό αθλητισμό, στα ράλι και στους αγώνες και φυσικά στη στρατιωτική βιομηχανία. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στα διάφορα συστήματα πλοήγησης.
Τι είναι η δορυφορική πλοήγηση;
Η δορυφορική πλοήγηση, ή το παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα πλοήγησης, είναι ένα σύστημα δορυφόρων που μεταδίδει δεδομένα σχετικά με τον παγκόσμιο εντοπισμό θέσης και την ακριβή ώρα. Ραδιοκύματα ορισμένων συχνοτήτων χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση πληροφοριών. Αφού λάβει τέτοια δεδομένα, ο δέκτης τα υπολογίζει και εμφανίζει τις συντεταγμένες της τοποθεσίας μας, δηλαδή γεωγραφικό μήκος, γεωγραφικό πλάτος και υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.
Εκτός από βασικά συστήματα (GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo), υπάρχουν και βοηθητικά συστήματα στο διάστημα. Πρόκειται για τα λεγόμενα δορυφορικά συστήματα διόρθωσης (SBAS), όπως το Global Omnistar και το StarFire, που χρησιμοποιούνται στη γεωργία.
Από πάνω μας βρίσκονται επίσης περιφερειακά συστήματα υποστήριξης όπως το WAAS στις ΗΠΑ, το EGNOS στην ΕΕ, το MSAC στην Ιαπωνία και το GAGAN στην Ινδία, που φροντίζουν για τη βελτίωση των δεδομένων σε μικρότερες περιοχές του πλανήτη. Όλα αυτά υποστηρίζονται από εξαρτήματα γείωσης, για τα οποία θα μιλήσουμε αργότερα. Υπάρχουν πολλοί ορισμοί στο σύστημα, αλλά δεν θα μπούμε σε λεπτομέρειες.
Διαβάστε επίσης: Οι πιο σημαντικές και ενδιαφέρουσες διαστημικές αποστολές το 2021
Τύποι δορυφορικής πλοήγησης
Το GPS δεν είναι το μόνο διαθέσιμο προς το παρόν σύστημα δορυφορικής πλοήγησης. Αρκετοί τύποι δορυφόρων πετούν πάνω από τα κεφάλια μας, υπεύθυνοι για τη γεωγραφική τοποθέτηση συσκευών που κρατάμε στις τσέπες μας, φοράμε στους καρπούς μας ή χρησιμοποιούμε σε πλοηγούς. Γιατί υπάρχουν πολλά συστήματα και όχι ένα; Είμαι βέβαιος ότι αυτή η ερώτηση έγινε από τους περισσότερους από τους μέσους χρήστες. Το γεγονός είναι ότι αρχικά το σύστημα GPS δημιουργήθηκε για στρατιωτικές ανάγκες και ο στρατός εξακολουθεί να έχει τον έλεγχο του. Αυτό σημαίνει ότι ελέγχουν την τοποθέτηση όλων και παντού στον κόσμο. Φυσικά, αυτή η θέση δεν άρεσε σε πολλούς, όχι μόνο σε αντιπάλους, αλλά και σε φίλους. Ως εκ τούτου, σοβαροί παγκόσμιοι παίκτες αποφάσισαν να αναπτύξουν τα συστήματα πλοήγησής τους έτσι ώστε ο στρατός τους να έχει τον έλεγχο πάνω τους. Σύντομα τα ανάλογα GPS εμφανίστηκαν στον κόσμο, που ανταγωνίζονται μεταξύ τους για τον τίτλο του καλύτερου και ακριβέστερου στην αγορά. Για εμάς, τους απλούς χρήστες, αυτό είναι μόνο ένα πλεονέκτημα. Λοιπόν, ας προσπαθήσουμε να αντιμετωπίσουμε κάθε σύστημα ξεχωριστά.
Αμερικανικό GPS
Αυτό είναι το πρώτο σύστημα πλοήγησης που χρησιμοποιούμε πιο συχνά. Όταν σκεφτόμαστε τη δορυφορική πλοήγηση, συνήθως χρησιμοποιούμε τον όρο GPS. Το αμερικανικό σύστημα αρχικά ονομαζόταν NAVigation Signal Timing And Ranging Global Positioning System ή NAVSTAR-GPS για συντομία.
Το GPS βρίσκεται στα χέρια του αμερικανικού στρατού ή μάλλον της αμερικανικής διαστημικής δύναμης. Όλες οι συσκευές ελέγχονται για σωστή λειτουργία από το Space Delta 8, το οποίο εδρεύει στην αεροπορική βάση Shriver κοντά στο Κολοράντο Σπρινγκς και λειτουργεί ως τμήμα του Αρχηγείου GPS.
Οι μη στρατιωτικές εφαρμογές αποτελούν μόνο μια μικρή προσθήκη στις στρατιωτικές εφαρμογές, για τις οποίες η διάταξη και η υψηλότερη ακρίβεια τοποθέτησης αποτελούν προτεραιότητα. Οι μη στρατιωτικοί χρήστες λαμβάνουν μια κάπως περικομμένη έκδοση, αλλά εξακολουθεί να είναι αρκετά καλή. Δεν χρειαζόμαστε ακρίβεια μερικών δεκάδων εκατοστών για να οδηγήσουμε ένα αυτοκίνητο ή να τρέξουμε, αλλά χρειάζεται ολοένα και μεγαλύτερη ακρίβεια, για παράδειγμα, στη πλοήγηση, στη χαρτογραφία, στη γεωργία για την παρακολούθηση χωραφιών, στις εταιρείες μεταφορών για την παρακολούθηση οχημάτων και πολλές άλλες περιοχές. Επομένως, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι το σύστημα GPS αλλάζει συνεχώς, πραγματοποιείται βελτιστοποίηση των δορυφόρων.
Κατά τη χρήση του, το σύστημα έχει υποστεί αλλαγές και εξακολουθεί να εκσυγχρονίζεται, κατά καιρούς εισάγονται στο δίκτυο δορυφόροι με μεγαλύτερες δυνατότητες και οι παλιοί που χρησιμοποιήθηκαν νωρίτερα καταστρέφονται με την πάροδο του χρόνου. Τα περισσότερα από αυτά καίγονται στην ατμόσφαιρα και μερικές φορές τα συντρίμμια βυθίζονται στον Ειρηνικό Ωκεανό.
Η πλήρης ετοιμότητα του συστήματος GPS επιτεύχθηκε το 1993, όταν τέθηκε σε τροχιά ο απαιτούμενος αριθμός δορυφόρων. Όμως το 1983, η κυβέρνηση του Ρόναλντ Ρίγκαν ενέκρινε άδεια για μη στρατιωτική χρήση του συστήματος. Αυτό συνέβη αφού η ΕΣΣΔ κατέρριψε ένα κορεατικό πολιτικό αεροπλάνο που παραβίασε κατά λάθος τον σοβιετικό εναέριο χώρο. Ωστόσο, αρχικά η ακρίβεια του συστήματος για τον άμαχο πληθυσμό περιοριζόταν στα 100 μέτρα. Αλλά και αυτό ήταν αρκετό εκείνη την εποχή για να αποφευχθούν περαιτέρω καταστροφές.
Η λειτουργία του συστήματος GPS από το διάστημα υποστηρίζεται επιπλέον από δορυφόρους WAAS (Wide Area Augmentation System) που παρέχει την απαραίτητη διόρθωση δεδομένων για αύξηση της ακρίβειας του συστήματος. Βρίσκονται στη Βόρεια Αμερική (και εν μέρει στη Νότια Αμερική) και βρίσκονται υπό τη φροντίδα της FAA (Federal Aviation Administration). Το WAAS προορίζεται για την υποστήριξη μη στρατιωτικών εφαρμογών δορυφορικής πλοήγησης.
Ρωσικό GLONASS
Το GLONASS είναι μια συντομογραφία του Global Navigation Satellite System, το οποίο λειτουργεί παρόμοια με το αμερικανικό GPS. Το GLONASS αποτελείται από 24 ενεργούς δορυφόρους που βρίσκονται περίπου 19 χιλιόμετρα πάνω από τη γη και η τροχιά του δορυφόρου διαρκεί 100 ώρες και 11 λεπτά. Οι δοκιμές του συστήματος ξεκίνησαν το 15, δηλαδή πίσω στην ΕΣΣΔ. Πραγματικά δημιουργήθηκε ως απάντηση στις αμερικανικές εξελίξεις, πιο γνωστό στη χώρα μας ως «Star Wars». Η Σοβιετική Ένωση δεν ήθελε με τίποτα να υποχωρήσει στις ΗΠΑ, αλλά «Περεστρόικα, γκλάσνοστ, επιτάχυνση» έκαναν τη δουλειά τους. Οι εργασίες περιορίστηκαν κυρίως λόγω έλλειψης κονδυλίων. Αν και, όπως αποδείχθηκε αργότερα, δεν ήταν όλα κλειστά. Ήταν πραγματικά μια έκπληξη για τους Αμερικανούς όταν το 1982 ανακοινώθηκε επίσημα ότι το σύστημα GLONASS ήταν έτοιμο για λειτουργία. Το 1993, οι Ρώσοι κατάφεραν να βάλουν σε τροχιά έναν ολόκληρο αστερισμό 1995 δορυφόρων.
Όμως δεν ήταν όλα τόσο καλά από την αρχή. Η εποχή του Γέλτσιν της δεκαετίας του '2002 επηρέασε επίσης τα διαστημικά προγράμματα. Δεν υπήρχε χρηματοδότηση, κανείς δεν ενδιαφερόταν για το διάστημα και τη δορυφορική πλοήγηση. Ως αποτέλεσμα, το 7 μόνο 2002 δορυφόροι εξακολουθούσαν να λειτουργούν. Ωστόσο, οι Ρώσοι άρχισαν να δουλεύουν και, στο πλαίσιο του προγράμματος ανάκαμψης 2011-XNUMX, έθεσαν σε λειτουργία τους βελτιωμένους δορυφόρους GLONASS-K, καθώς και τα συνοδευτικά σύγχρονα συστήματα ελέγχου εδάφους.
Στο επόμενο στάδιο του εκσυγχρονισμού, το 2012-2020, η κύρια προσοχή δόθηκε στη βελτίωση των ιδιοτήτων του PNT (τοποθέτηση, πλοήγηση και συγχρονισμός) προκειμένου να αυξηθεί η ασφάλεια του κράτους και οι δυνατότητες των αμυντικών και πολιτικών συστημάτων του. Επί του παρόντος βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες για την επόμενη γενιά δορυφόρων, γνωστών ως GLONASS-K2.
κινέζικο BeiDou
Η Κίνα άρχισε να αναπτύσσει ένα σύστημα δορυφορικής πλοήγησης στα τέλη του 2000ου αιώνα. Το 1 κατάφεραν να κλείσουν το πρώτο στάδιο ανάπτυξης του BDS-1, το οποίο είναι περισσότερο γνωστό ως το δορυφορικό σύστημα πλοήγησης BeiDou-2. Ως μέρος αυτού του έργου, στην Κίνα και στις πλησιέστερες ξένες χώρες παρασχέθηκαν συστήματα εντοπισμού θέσης. Το επόμενο βήμα ήταν το BDS-2020 με ένα δορυφορικό δίκτυο που παρέχει κάλυψη στην περιοχή Ασίας-Ειρηνικού. Το 3, ως μέρος του έργου BDS-XNUMX, το σύστημα BeiDou τέθηκε σε λειτουργία παγκοσμίως.
Επί του παρόντος, υπάρχουν 35 δορυφόροι σε τροχιά και συνολικά, το πρόγραμμα έχει ήδη πραγματοποιήσει 59 εκτοξεύσεις με ωφέλιμο φορτίο που φέρνουν τις επόμενες γενιές του συστήματος BeiDou σε τροχιά. Σύμφωνα με τις κινεζικές αρχές, περισσότεροι από 400 φορείς και 300 επιστήμονες και τεχνικοί συμμετείχαν στη δημιουργία του προγράμματος BDS-000. Για την υποστήριξη του πιο πρόσφατου αστερισμού δορυφόρων, έχουν δημιουργηθεί περισσότεροι από 3 επίγειοι σταθμοί για την παρακολούθηση της σωστής λειτουργίας του συστήματος. Η παγκόσμια διαθεσιμότητα του συστήματος υπολογίζεται στο 40% και για τη βασική περιοχή Ασίας-Ειρηνικού είναι ακόμη υψηλότερη, δηλαδή λειτουργεί σχεδόν τέλεια εκεί. Επίσης, οι Κινέζοι κατέβαλαν πολλές προσπάθειες για να βελτιώσουν την ακρίβεια του συστήματος.
Το BeiDou επιτρέπει επίσης σύντομα μηνύματα κειμένου έως και 14 bit (000 κινεζικοί χαρακτήρες). Αυτή η τιμή μπορεί επίσης να περιλαμβάνει φωτογραφίες ή ηχογραφήσεις.
Όπως και με άλλες εξελίξεις στα συστήματα δορυφορικής πλοήγησης, οι τοπικοί χρήστες πληρώνουν για την υπηρεσία, αλλά τα αποτελέσματα είναι πραγματικά εντυπωσιακά.
Διαβάστε επίσης: Η Κίνα είναι επίσης πρόθυμη να εξερευνήσει το διάστημα. Πώς τα πάνε λοιπόν;
Ευρωπαϊκό Galileo
Ποιο είναι το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του συστήματος Galileo; Σε αντίθεση με το GPS και το GLONASS, παραμένει σε χέρια πολιτών και δεν ανήκει σε καμία συγκεκριμένη κυβέρνηση, όπως συμβαίνει στην κομμουνιστική Κίνα. Το σύστημα χτίστηκε μόνο με γνώμονα την πολιτική αγορά, και ως εκ τούτου οι ανάγκες του πληθυσμού επηρεάζουν τελικά την ανάπτυξή του. Ομολογουμένως, το Galileo είναι μια ανάσα φρέσκου αέρα μεταξύ των στρατιωτικοποιημένων συστημάτων εντοπισμού θέσης. Μέχρι στιγμής, το πρόγραμμα Galileo έχει ολοκληρώσει 28 εκτοξεύσεις και έχει θέσει 30 δορυφόρους σε τροχιά. Επί του παρόντος, το σύστημα χρησιμοποιεί έναν πλήρη αστερισμό δορυφόρων, αλλά δεν είναι πάντα διαθέσιμες όλες οι συσκευές και ορισμένες από αυτές εξακολουθούν να περιμένουν τη σειρά τους στις αποθήκες.
Το τμήμα εξυπηρέτησης εδάφους βρίσκεται σε δύο κέντρα - το Oberpfaffenhofen στη Γερμανία και το Fucino στην Ιταλία. Επιπλέον, το σύστημα περιλαμβάνει ένα παγκόσμιο δίκτυο αισθητήρων παρακολούθησης, σταθμών μέτρησης και μετάδοσης δεδομένων.
Λόγω του γεγονότος ότι οι τροχιές όλων αυτών των συστημάτων γίνονται όλο και πιο κορεσμένοι, οι δορυφόροι Galileo βρίσκονται λίγο ψηλότερα, σε υψόμετρο 23 χιλιομέτρων (το χαμηλότερο είναι το GLONASS, μετά το GPS, το BeiDou της Κίνας και στην κορυφή της πυραμίδας Galileo ). Χρειάζονται περίπου 222 ώρες για κάθε δορυφόρο να περιστραφεί πλήρως γύρω από τη γη. Για τα περισσότερα μέρη στη γη, 14 έως 6 δορυφόροι Galileo είναι διαθέσιμοι ανά πάσα στιγμή, πράγμα που σημαίνει πολύ υψηλή ακρίβεια, η οποία στις περισσότερες περιπτώσεις μετριέται σε εκατοστά και όχι σε μέτρα.
Το Galileo είναι συμβατό με το σύστημα GPS, το οποίο βελτιώνει περαιτέρω την ακρίβεια των μετρήσεων και η λειτουργία του υποστηρίζεται επίσης από το σύστημα EGNOS (European Geostationary Navigation Service), που αποτελείται από επίγεια στοιχεία και δορυφόρους που είναι υπεύθυνοι για τη βελτίωση της λειτουργίας και της ακρίβειας των συστημάτων δορυφορικής πλοήγησης .
Ιαπωνικά MICHIBIKI (Michibiki)
Για να διασφαλίσει την ακρίβεια της πλοήγησης στη δική της επικράτεια, η Ιαπωνία δημιούργησε έναν μικρό αστερισμό δορυφόρων που ονομάζεται Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) ή Michibiki. Σε ορεινές ή βαριά αστικοποιημένες περιοχές, το GPS από μόνο του είναι συχνά ανεπαρκές λόγω πάρα πολλών εμποδίων. 4 δορυφόροι σε λειτουργία από τον Νοέμβριο του 2018 εξαλείφουν αυτό το πρόβλημα. Τρεις από αυτούς εξακολουθούν να βρίσκονται στην περιοχή της Ασίας και της Ωκεανίας. Το 2024, σχεδιάζεται να φτάσει σε έναν δορυφορικό αστερισμό που αποτελείται από 7 μονάδες. Αυτό θα βελτιώσει περαιτέρω τη συνολική απόδοση του συστήματος και θα το καταστήσει ανεξάρτητο από το GPS. Έτσι, η Ιαπωνία θα εξασφαλίσει πλήρη αυτονομία στο έδαφός της.
Παρά το μικρό του μέγεθος σε σύγκριση με άλλα συστήματα, το QZSS ανταποκρίνεται σε όλες τις προσδοκίες του ιαπωνικού πληθυσμού και επιπλέον υποστηρίζει τη ναυτιλία σε όλες εκείνες τις χώρες που βρίσκονται στους μεσημβρινούς που διέρχονται από την επικράτεια της Ιαπωνίας.
Επιπλέον, η Ιαπωνία διαθέτει επίσης ένα σύστημα υποστήριξης ακριβείας GPS/Michibiki που ονομάζεται MTSAT Satellite Augmentation System (MSAS). Αποτελείται από 2 δορυφόρους, οι οποίοι, μεταξύ άλλων, παρέχουν δεδομένα καιρού.
Το NavIC (NAVigation with Indian Constellation) είναι το ινδικό ανάλογο του GPS, το οποίο ονομάζεται επίσης Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS). Το σύστημα, αφού φτάσει σε όλες τις δυνατότητές του, θα είναι παρόμοιο στη λειτουργία του με το ιαπωνικό. Επί του παρόντος, υπάρχουν 7 δορυφόροι σε τροχιά που παρέχουν εντοπισμό θέσης στην Ινδία και σε απόσταση έως και 1500 χιλιομέτρων από τα σύνορα της χώρας. Το σύστημα δεν εξαρτάται από το GPS.
Το NavIC υποστηρίζεται από το GAGAN (Geosynchronous Augmented Navigation System with GPS), το οποίο αποτελείται από τρεις επιπλέον δορυφόρους και υποδομές εδάφους. Με την εισαγωγή στην υπηρεσία, το χάσμα μεταξύ των συστημάτων EGNOS και MSAS έχει γεφυρωθεί, ενισχύοντας περαιτέρω το επίπεδο ασφάλειας της πολιτικής αεροπορίας.
Παγκόσμια συστήματα βοήθειας
Κατά την περιγραφή μεμονωμένων συστημάτων, αναφέραμε επίσης περιφερειακά συστήματα υποστήριξης. Ωστόσο, η λειτουργία δορυφορικής πλοήγησης πέρα από τα περιφερειακά όρια μπορεί επίσης να υποστηρίξει παγκόσμια συστήματα βοήθειας. Επί του παρόντος, δύο από αυτά μπορούν να διακριθούν. Αυτά είναι το Omnistar και το StarFire. Και οι δύο διαθέτουν υποστήριξη για δορυφορική πλοήγηση, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για τις ανάγκες της σύγχρονης γεωργίας ακριβείας. Η χρήση τους απαιτεί ειδικούς δέκτες, χάρη στους οποίους ο αγρότης, μετακινούμενος στα χωράφια του, μπορεί να εργαστεί με ακρίβεια έως και 5-10 εκατοστά (τα συστήματα υποστήριξης εγγραφής δίνουν ακρίβεια 1-2 εκατοστών). Αυτή η ακριβής τοποθέτηση παρέχεται ως υπηρεσία και απαιτεί πρόσθετες χρεώσεις που καταβάλλονται απευθείας για την παράδοση των δεδομένων του συστήματος.
Η υπηρεσία βασίζεται στο Διαφορικό Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (DGPS) και συνοψίζεται στη χρήση ενός βασικού δέκτη που βρίσκεται σε μια καθορισμένη τοποθεσία. Ο δέκτης του αυτοκινήτου, εκτός από το δορυφορικό σήμα, λαμβάνει και διορθώσεις από τον σταθερό δέκτη βάσης.
Η Omnistar είναι μια ανεξάρτητη εταιρεία και οι πομποί της μπορούν να αγοραστούν για μια ποικιλία μηχανημάτων, ενώ το σύστημα StarFire προέρχεται από τον κατασκευαστή αγροτικού εξοπλισμού John Deere, ο οποίος προσφέρει ενσωματωμένα ή εξωτερικά συστήματα με ακρίβεια ±3 cm και λειτουργούν με GPS και GLONASS.
Πώς λειτουργεί το GPS;
Σε αυτή την ενότητα, θα περιγράψουμε τη λειτουργία του GPS χρησιμοποιώντας την αρχική, δηλαδή την αμερικανική έκδοση, επειδή αυτή τη στιγμή έχουμε τα περισσότερα διαθέσιμα δεδομένα σε αυτό. Άλλοι λειτουργούν παρόμοια.
Αστερισμός δορυφόρων GPS
Ένα αρκετά πυκνό δίκτυο δορυφόρων είναι απαραίτητο για τη σωστή λειτουργία σε όλο τον κόσμο. Στην περίπτωση ενός αστερισμού 24 δορυφόρων, μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι ανά πάσα στιγμή και σε οποιοδήποτε σημείο της Γης βρισκόμαστε εντός εμβέλειας τεσσάρων από αυτούς. Οι Αμερικανοί υποσχέθηκαν γενικά ότι τουλάχιστον 24 θα ήταν διαθέσιμα το 95% του χρόνου. Επί του παρόντος, το σύστημα υποστηρίζεται από 31 δορυφόρους. Η γη χωρίζεται σε 6 ίσες ζώνες μέσα από τις οποίες κινούνται οι δορυφόροι και καθεμία από αυτές έχει 4 πεδία να καλύψει.
Τον Ιούνιο του 2011 εκτοξεύτηκε μια τροποποίηση που ονομάζεται Expendable 24. Τρεις από τους 24 δορυφόρους, και επομένως τα πεδία που ελέγχουν, ενισχύθηκαν από έναν επιπλέον δορυφόρο προκειμένου να επιτευχθεί ταχύτερη λήψη σήματος και καλύτερη ακρίβεια σε δύσκολες συνθήκες εδάφους. Έγιναν επίσης ορισμένες αλλαγές για να καταστεί ολόκληρο το δίκτυο των 27 δορυφόρων όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικό.
Οι δορυφόροι GPS κινούνται σε μια προβλέψιμη τροχιά MEO (Mean Earth Orbit) σε υψόμετρο περίπου 20 km, ώστε να γνωρίζετε πάντα πού βρίσκονται. Επιπλέον, η θέση τους ελέγχεται με τη χρήση ραδιοτηλεσκοπίων. Το δίκτυο ελέγχου εδάφους αποτελείται από ένα κύριο κέντρο ελέγχου, ένα εφεδρικό κέντρο ελέγχου, 200 κεραίες εντολών και ελέγχου και 11 σταθμούς παρατήρησης, επομένως η θέση των δορυφόρων είναι πάντα γνωστή. Μια περιστροφή κάθε δορυφόρου γύρω από τη Γη διαρκεί 16 ώρες.
Πώς λειτουργούν όλα στην πράξη;
Ένας δορυφόρος σε τροχιά εκπέμπει συνεχώς ραδιοφωνικά σήματα που λαμβάνονται από τον εξοπλισμό μας που διαθέτει τους κατάλληλους δέκτες. Κάθε δορυφόρος αναφέρει τη θέση του και τον χρόνο μετάδοσης. Γνωρίζοντας επιπλέον πόσο γρήγορα ταξιδεύουν τα ραδιοκύματα, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση από αυτόν τον δορυφόρο. Εάν λάβουμε επιπλέον δεδομένα από τρεις ακόμη δορυφόρους και πραγματοποιήσουμε λήψη δεδομένων από τέσσερις ταυτόχρονα, η συσκευή θα υπολογίσει τη θέση μας στη διασταύρωση των δεδομένων που προέρχονται από όλους τους δορυφόρους.
Για να κάνουμε τα πράγματα να λειτουργούν ομαλά και με ακρίβεια, χρειαζόμαστε ακόμα ακριβείς μετρήσεις του χρόνου αποστολής του σήματος. Πώς επιτεύχθηκε αυτό; Καθένας από τους δορυφόρους φέρει ένα ατομικό ρολόι - το πιο ακριβές χρονόμετρο που εφευρέθηκε ποτέ από τον άνθρωπο. Ποια είναι η ακρίβεια ενός τέτοιου ρολογιού; Ο χρόνος μετριέται με το πλησιέστερο εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου!
Η συσκευή λήψης χρησιμοποιεί όλα αυτά τα δεδομένα για να υπολογίσει αποτελεσματικά τη θέση μας. Αλλά ολόκληρο το σύστημα πρέπει επίσης να λάβει υπόψη θέματα όπως η ειδική θεωρία της σχετικότητας, η οποία γράφτηκε από έναν κύριο ευρέως γνωστό ως Άλμπερτ Αϊνστάιν. Όσο πιο μακριά είναι το αντικείμενο από την πηγή της βαρύτητας, τόσο πιο γρήγορα περνάει ο χρόνος πάνω του, επομένως είναι απαραίτητος ο επανυπολογισμός σε κάθε δορυφόρο. Εν ολίγοις, όλα είναι αρκετά περίπλοκα, αλλά ευτυχώς χρησιμοποιούμε αυτό το σύστημα χρόνια τώρα και έχουμε διαπιστώσει ότι λειτουργεί και λειτουργεί αρκετά καλά.
Φυσικά, η κανονική λειτουργία του συστήματος προϋποθέτει τη συμμετοχή υψηλά καταρτισμένου προσωπικού, το επίπεδο εκπαίδευσης του οποίου μπορεί να συγκριθεί με αυτό των Κέντρων Ελέγχου Διαστημικών Πτήσεων.
GPS: δισεκατομμύρια σε κόστος προγράμματος
Μετά την εκτόξευση σε τροχιά, ο δορυφόρος δεν θα λειτουργεί εκεί για πάντα. Οι παλαιότερες εκδόσεις έχουν κύκλο ζωής 7,5 ετών, οι νεότερες εκδόσεις 12 χρόνια και το πιο πρόσφατο σύστημα GPS III/IIIF αναμένεται να παραμείνει σε τροχιά για 15 χρόνια (στοιχεία για την αμερικανική έκδοση του συστήματος). Μετά από αυτό το διάστημα, η συσκευή πρέπει να αντικατασταθεί, επομένως ένα νέο δείγμα πρέπει να κατασκευαστεί σε αποστειρωμένες συνθήκες και μόνο τότε αυτό το έργο τέχνης μπορεί να τεθεί σε τροχιά.
Εκτός από τον εξοπλισμό στο διάστημα, υπάρχει επίσης εξοπλισμός παρακολούθησης στο έδαφος και άριστα εκπαιδευμένο προσωπικό υπεύθυνο για τον έλεγχο του συστήματος. Οι εργασίες για τη βελτίωση του στοιχείου εδάφους βρίσκονται επίσης σε εξέλιξη, με μεγάλη εστίαση τώρα στο νέο Σύστημα Λειτουργικού Ελέγχου επόμενης γενιάς (OCX) και σε συναφή υποσυστήματα. Οι αλλαγές εισάγονται σταδιακά, ώστε να μην διαταραχθεί η λειτουργία ολόκληρου του συστήματος GPS.
Περίπου 1,7 δισεκατομμύρια δολάρια (οικονομικό έτος 2020) δαπανώνται για την υποστήριξη ολόκληρου του συστήματος. Για το οικονομικό έτος 2021, οι προγραμματιστές ζήτησαν από το Κογκρέσο των ΗΠΑ 1,8 δισεκατομμύρια δολάρια για το κόστος συντήρησης του συστήματος GPS. Επομένως, με αυτά τα ποσά, μόνο οι μεγαλύτερες χώρες μπορούν να αντέξουν οικονομικά να διατηρήσουν ένα αυτόνομο σύστημα και οι υπόλοιπες πρέπει να χρησιμοποιήσουν τα υπάρχοντα. Για να δείξουμε πώς αυξάνεται το κόστος του προγράμματος, μπορούμε μόνο να πούμε ότι το 2012 ήταν 750 εκατομμύρια δολάρια (δεν λαμβάνουμε καν υπόψη τον πληθωρισμό, τη μεθοδολογία υπολογισμού και το επίπεδό του εδώ).
Είναι εύκολο να μπλοκάρεις το GPS;
Ξεχνιούνται σιγά σιγά οι χρυσές μέρες του συστήματος GPS στις ένοπλες δυνάμεις. Η εξασθένηση και η εμπλοκή των δορυφορικών σημάτων γίνονται ολοένα και πιο συνηθισμένα, και ως εκ τούτου, τα όπλα ακριβείας που βασίζονται αποκλειστικά σε διαστημικά δεδομένα δεν είναι πλέον τόσο αποτελεσματικά όσο παλιά. Το πρόβλημα δεν επηρεάζει μόνο τα ίδια τα όπλα, αλλά και τα αεροσκάφη, τα πλοία, τα χερσαία οχήματα και οποιαδήποτε άλλη συσκευή είναι εξοπλισμένη με δέκτη GPS.
Έχουμε δει περισσότερες από μία φορές παραδείγματα μπλοκαρίσματος του σήματος GPS σε «καυτά» σημεία στη Γη. Συνέβη τεράστια πλοία στο λιμάνι ή που πλέουν, για παράδειγμα, στη Μαύρη Θάλασσα, ξαφνικά εξαφανίστηκαν από τους χάρτες και εμφανίστηκαν σε αυτούς 30 χιλιόμετρα μακριά, και αυτό συνδέεται με τις ενέργειες των Ρώσων σε αυτήν την περιοχή. Συνεχίζοντας αυτό το θέμα, πρέπει να πούμε ότι παρόμοια μέτρα λαμβάνονται συχνά στη Συρία για να διασφαλιστεί η λειτουργία των ρωσικών βάσεων στην περιοχή. Ακόμη και το Ισραήλ υποφέρει από αυτού του είδους τις παρεμβολές, όπου το GPS μερικές φορές λειτουργεί χειρότερα, και αυτό είναι ένα σοβαρό πρόβλημα, για παράδειγμα για την πολιτική εναέρια κυκλοφορία.
Η παρεμβολή σε ένα σήμα GPS δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Ένας ραδιοπομπός της κατάλληλης ισχύος και συχνότητας τοποθετημένος κοντά σε έναν προστατευμένο στόχο εμποδίζει τους δέκτες GPS να λαμβάνουν τα σωστά δεδομένα. Οι κατασκευαστές δορυφόρων προσπαθούν να το καταπολεμήσουν αναπτύσσοντας ολοένα και πιο ανθεκτικά σε παρεμβολές σήματα, τα οποία είναι εξοπλισμένα με τις πιο πρόσφατες εκδόσεις του εξοπλισμού. Ωστόσο, αυτό είναι ένα παιχνίδι γάτας και ποντικιού, και το πλεονέκτημα είναι στην πλευρά των καταστροφέων. Μπορούν να ανταποκριθούν στις αλλαγές γρηγορότερα με χαμηλότερο κόστος και μεγαλύτερες δυνατότητες. Άλλωστε, οι δορυφόροι δεν αλλάζουν σε μια εβδομάδα.
Εκτός από ύπουλους σκοπούς, χρησιμοποιούνται και μέθοδοι αποκλεισμού GPS για την προστασία των αρχηγών κρατών. Δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι οι Ρώσοι αγαπούν ιδιαίτερα τέτοια εργαλεία. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τις κινήσεις του Πούτιν, τις οποίες προσπαθούν τόσο πολύ να κρύψουν ότι στην περιοχή στην οποία βρίσκεται, όλα τα συστήματα πλοήγησης μπορεί να μην λειτουργούν καθόλου για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Οι Ρώσοι προστατεύουν τη διαδρομή του προέδρου τους όσο το δυνατόν περισσότερο, επομένως μπλοκάροντας τα συστήματα πλοήγησης προσπαθούν, τουλάχιστον εν μέρει, να αποκλείσουν μια επίθεση με drone.
Παρά τα προαναφερθέντα προβλήματα και ελλείψεις, δεν πρέπει να περιμένουμε από τον στρατό να εγκαταλείψει το σύστημα GPS. Αντίθετα, θα ενταθεί η καταπολέμηση των συστημάτων εμπλοκής και θα προστεθούν επιπλέον συστήματα σε εξοπλισμό και όπλα που θα αποτρέψουν την εμπλοκή του σήματος GPS.
Η αδρανειακή πλοήγηση θα συνεχίσει να βελτιώνεται και τα όπλα ακριβείας θα έχουν πάντα μια άλλη, εξίσου αποτελεσματική μέθοδο σκόπευσης στην εφεδρεία. Επί του παρόντος, γίνεται εντατική εργασία για τέτοιες λύσεις. Γίνεται λόγος για πλοήγηση εικόνων, αστροπλοήγηση (γυρίζοντας πίσω στο χρόνο;) και πλοήγηση με μαγνητικές ανωμαλίες. ΥΨΗΛΗ τεχνολογια! Επομένως, έχουμε ακόμα πολλά ενδιαφέροντα πράγματα να μας περιμένουν.
Δορυφορική πλοήγηση για πολιτικούς σκοπούς
Αλλά ο μέσος χρήστης δεν ενδιαφέρεται πολύ για το τι έχει ο στρατός εκεί. Θέλουμε το GPS να μας βοηθά να εντοπίσουμε την τοποθεσία μας έτσι ώστε πλοηγός χάραξε σωστά τη διαδρομή πεζοπορίας στα βουνά ή πρωινού τρεξίματος ή κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού με αυτοκίνητο. Τώρα είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τη ζωή ενός σύγχρονου ανθρώπου χωρίς αυτές τις ανέσεις.
Καταρχήν, μπορούμε να πούμε ότι ακόμα κι αν δεν χρησιμοποιούμε απευθείας το GPS, δηλαδή δεν ανάβουμε μόνοι μας τον δέκτη, μπορούμε να τον χρησιμοποιήσουμε. Το σύστημα λειτουργεί ανεξάρτητα, έχει γίνει ένα οικείο, βολικό και απαραίτητο μέρος της ζωής μας.
Διαβάστε επίσης: