Cum functioneaza sistemul de localizare cu ajutorul satelitilor

Inca din momentul in care oamenii au inceput sa fie preocupati de explorarea spatiului dincolo de salasul lor, ei si-au pus problema sa afle unde sunt si incotro se indreapta. Dar pana foarte recent

Inca din momentul in care oamenii au inceput sa fie preocupati de explorarea spatiului dincolo de salasul lor, ei si-au pus problema sa afle unde sunt si incotro se indreapta. Dar pana foarte recent cele mai bune mijloace de localizare sau pozitionare - bornele naturale, navigatia dupa stele, estimarile ori aproximarile - toate isi aveau neajunsurile lor. Unele erau prea locale ori complicate; altele prea greoaie ori lipsite de precizie. In perioada anilor '50, cand in azi defuncta URSS era pus la punct primul satelit artificial, generalii sovietici au inceput sa se gandeasca daca merita sau nu sa se treaca la construirea unui sistem de navigatie cu ajutorul satelitilor. Agentii KGB trimisi in America sa vada cum stau acolo lucrurile in aceasta privinta au ajuns la concluzia ca americanii nu sunt interesati in construirea unui asemenea sistem - ceea ce era perfect adevarat in acea vreme - si, ca atare, s-a considerat ca planul generalilor nu-si are rostul. Lansarea in 1957 a Sputnikului a fost insa pentru americani un adevarat soc si i-a pus pe jar, intr-o incercare disperata de a recupera timpul pierdut. In cadrul eforturilor generale depuse in aceasta directie au conceput si ideea unui sistem de navigatie cu ajutorul satelitilor denumit sistemul global de pozitionare (sau localizare), pe scurt GPS, care sa rezolve o data pentru totdeauna cum sa-ti stabilesti pozitia oriunde te-ai afla pe glob. O industrie in valoare de 12 miliarde dolari Despre GPS a inceput sa se vorbeasca pe larg in timpul razboiului din Golf, din 1991. Folosind dispozitive de mana, fabricate in serie, trupele americane si cele aliate lor au reusit sa-si stabileasca pozitia in desertul irakian cu o precizie stupefianta. De atunci, tehnologia GPS a intrat in viata de zi cu zi. Astazi, ea este aplicata, cu rezultate exceptionale, in activitati atat de diverse ca explorarea imensitatii boltii ceresti sau localizarea pozitiei intr-un automobil inchiriat prin paienjenisul de cai de rulare si autostrazi din jurul unei metropole ca Los Angeles. Aceasta tehnologie este folosita pentru a afla in ce punct al unei autostrazi se afla o anumita masina sau un convoi de masini sau sa localizeze pe camp tractoarele care se deplaseaza fara conducator; pentru a ajuta pe proprietarii de yachturi care ies, la sfarsit de saptamana, in larg, sa nu se rataceasca; ori pentru a verifica soliditatea unor baraje sau poduri din diverse parti ale lumii. GPS functioneaza si ca un ceas de mare precizie. Activitati in care masurarea exacta a timpului are o importanta deosebita, cum ar fi operatiunile bancare, telecomunicatiile ori sistemele energetice nationale, au ajuns sa depinda in buna parte de GPS. Devenit o industrie globala in valoare de 12 miliarde dolari, GPS este un exemplu de inovatie care se autoreproduce: pe masura ce se imbunatateste, i se gasesc tot mai multe domenii de folosinta. Efectul Doppler, cheia intelegerii modului de functionare Cum a luat fiinta acest sistem? La numai cateva zile dupa lansarea Sputnikului, in octombrie 1957, cercetatorii din lumea intreaga au reusit sa-i determine orbita analizand variatiile de frecventa (efectul Doppler) ale semnalului sau radio in momentul cand trecea deasupra unui anumit punct. Un om de stiinta, Frank McClare, presedintele Laboratorului de Fizica Aplicata, de pe langa Universitatea John Hopkins, din Baltimore, si-a dat seama de posibilitatile ce se deschid in fata navigatiei prin folosirea efectului Doppler constatat in timpul rotirii pe orbita a unui satelit, pentru localizarea pozitiei unui receptor aflat la sol. In anul urmator, pe baza finantarii din partea Pentagonului, oamenii de stiinta de la laboratorul amintit de fizica aplicata au inceput sa dezvolte un sistem de navigatie in ajutorul satelitilor denumit Transit. Marina militara americana care era interesata in lansarea cat mai precisa a rachetelor balistice de la bordul submarinelor nucleare si-a asumat raspunderea punerii la punct a sistemului Transit. In decurs de sase ani, sistemul a devenit functional. Ulterior si alte segmente ale structurilor Pentagonului - este cazul aviatiei militare - s-au implicat in proiectul navigatiei cu ajutorul satelitilor. Prin analizarea efectului Doppler in cazul semnalelor emise de cei sase sateliti cati numara sistemul Transit s-a reusit ca un submarin aflat in larg sa-si stabileasca pozitia cu o aproximatie de numai 25 metri. Pentru aceasta era nevoie insa de un rastimp de la un sfert de ora pana la o ora intreaga si, in plus, stabilirea pozitiei nu se desfasura ca un proces continuu. In 1973, Ministerul Apararii a propus contopirea diferitelor proiecte de navigare prin satelit intr-unul singur, care sa imbine partile cele mai bune ale tuturor. Dupa unele pertractari initiale, conceptul GPS a fost pus la punct in timpul unui week-end. Vazduhul impanzit de sateliti Astazi, GPS consista din 28 de sateliti care se rotesc pe orbita la o inaltime de 10.900 mile nautice (o mila nautica = 1853 metri) deasupra Pamantului. Sistemul se extinde continuu, prin includerea de noi sateliti. O retea de urmarire alcatuita din statii terestre, din insulele Hawaii din Pacific si pana in insula Ascension in Atlanticul de Sud, inregistreaza in permanenta deplasarea pe orbita a satelitilor si semnalele radio emise de acestia. In esenta, GPS functioneaza prin masurarea timpului care se scurge pana cand semnalul radio emis de la bordul unui satelit este receptionat la sol. Fiecare satelit emite continuu un semnal care ii indica pozitia si ora respectiva. Receptorul de la sol compara ora receptiei semnalului cu ora emiterii sale de la bordul satelitului si foloseste diferenta pentru a calcula distanta. Semnalul emis de satelit ajunge la receptorul de la sol in mai putin de o zecime de secunda, de aceea masurarea cu precizie maxima a timpului are o importanta capitala. Prin masurarea diferentei de timp a semnalelor emise de patru sateliti se pot stabili latitudinea, longitudinea si altitudinea si se pot corecta erorile de cronometrare, care nu este atat de precisa la sol cum este la bordul satelitilor. Totul se rezuma la o problema simpla de geometrie: gasirea punctului de intersectie a patru sfere, fiecare avand in centru unul din sateliti. Folosirea a patru semnale este mai eficienta decat folosirea doar a trei: cu cat numarul semnalelor este mai mare, cu atat mai bine. Receptorii moderni GPS pot capta un numar apreciabil de semnale. O formidabila performanta tehnologica Intr-o perioada cand rachetele americane se incapatanau inca sa se desprinda de rampele de lansare, ideea de a folosi sateliti in scopul facilitarii navigatiei a aparut pe cat de cutezatoare, pe atat de ingenioasa. A porni de la zero si apoi, in decurs de cateva decenii, a trimite in spatiu o adevarata constelatie de sateliti reprezinta o formidabila performanta tehnologica. GPS constituie, in acelasi timp, un exemplu clasic de evolutie a tehnicii. Plecand de la semnalele lansate de Sputnik s-a ajuns la Transit, primul sistem de navigatie din lume cu ajutorul satelitilor. La randul sau, sistemul Transit a declansat o competitie pentru dezvoltarea unor sisteme de navigatie mai perfectionate. Aceasta a determinat Pentagonul sa imbine toate proiectele intr-un unic efort la scara internationala, desi finantat cu fonduri americane. Si astfel a luat nastere GPS. E indoielnic ca industria pozitionarii globale ar fi unde se afla astazi daca Pentagonul nu ar fi actionat pe post de moasa...