El 4 de octubre de 1957 se convirtió en un incentivo importante para los Estados Unidos: después del lanzamiento del primer satélite terrestre artificial en la URSS, los ingenieros estadounidenses decidieron adaptar el espacio para satisfacer las necesidades de navegación (con la practicidad característica de los Yankees). En el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins, los colaboradores WG Guyer y J. C. Wiffenbach estudiaron la señal de radio del Sputnik 1 soviético y llamaron la atención sobre el fuerte cambio de frecuencia Doppler de la señal emitida por un satélite que pasaba. Cuando nuestro primogénito en el espacio se acercó, la frecuencia de la señal aumentó y el que se alejaba emitió señales de radio de frecuencia decreciente. Los investigadores lograron desarrollar un programa de computadora para determinar los parámetros de la órbita de un objeto que pasa a partir de su señal de radio en una sola pasada. Naturalmente, también es posible el principio opuesto: el cálculo de los parámetros ya conocidos de la órbita utilizando el mismo desplazamiento de frecuencia de las coordenadas desconocidas del receptor de radio terrestre. Esta idea le vino a la cabeza al empleado de APL F. T. McClure y él, junto con el director del laboratorio, Richard Kershner, reunió a un grupo de investigadores para trabajar en un proyecto llamado Transit.
Richard Kershner (izquierda) es uno de los padres fundadores del American Global Positioning System. Fuente: gpsworld.com
El submarino nuclear "George Washington" es el primer usuario del sistema de tránsito. Fuente: zonwar.ru
Órbitas operativas de la constelación de Tránsito. Fuente: gpsworld.com
El principal cliente era la Marina de los EE. UU., Que necesitaba herramientas de navegación de precisión para nuevos submarinos equipados con misiles Polaris. La necesidad de determinar con precisión la ubicación de submarinos como "George Washington" era extremadamente necesaria para la novedad de entonces: el lanzamiento de misiles con ojivas nucleares desde cualquier lugar de los océanos.
Equipos de recepción de tránsito para submarinos. Fuente: timeandnavigation.si.edu
En 1958, los estadounidenses pudieron presentar el primer prototipo experimental del satélite Transit, y el 17 de septiembre de 1959 fue enviado al espacio. También se creó la infraestructura terrestre: en el momento del lanzamiento, el complejo del equipo de navegación del usuario, así como las estaciones de seguimiento en tierra, estaban listos.
Los ingenieros de la Universidad de Hopkins ensamblan y prueban la nave espacial Transit. Fuente: timeandnavigation.si.edu
Los estadounidenses trabajaron en un proyecto de navegación por satélite en modo de postcombustión completo: en 1959, habían construido hasta cinco tipos de satélites de tránsito, que luego fueron lanzados y probados. En modo operativo, la navegación estadounidense comenzó a operar en diciembre de 1963, es decir, en menos de cinco años, fue posible crear un sistema viable con buena precisión para su época: el error de raíz cuadrada media (RMS) para un objeto estacionario. fue de 60 m.
Satellite Transit 5A modelo 1970. Fuente: timeandnavigation.si.edu
Un receptor de tránsito instalado en un automóvil utilizado por el geólogo del Smithsonian Ted Maxwell en el desierto egipcio en 1987. El caballo de batalla del investigador resultó ser …
… ¡la "Niva" soviética! Fuente: gpsworld.com [/center]
Determinar las coordenadas de un submarino que se mueve en la superficie fue más problemático: si comete un error con el valor de velocidad en 0.5 km / h, entonces el RMS aumentará a 500 m Por lo tanto, fue más conveniente recurrir al satélite para ayuda en una posición estacionaria de la embarcación, lo que nuevamente no fue fácil. El Tránsito de órbita baja (1100 km de altitud) fue adoptado por la Marina de los EE. UU. A mediados de 64, como parte de cuatro satélites, aumentando aún más la agrupación orbital a siete vehículos, y de 67, la navegación estuvo disponible para simples mortales. Por el momento, la constelación de satélites Transit se utiliza para estudiar la ionosfera. Las desventajas del primer sistema de navegación por satélite del mundo fueron la imposibilidad de determinar la altura de la posición del usuario terrestre, la duración considerable de la observación y la precisión del posicionamiento del objeto, que finalmente se volvió insuficiente. Todo esto dio lugar a nuevas búsquedas en la industria espacial estadounidense.
Temporización de la nave espacial. Fuente: timeandnavigation.si.edu
El segundo sistema de navegación por satélite fue Timation del Laboratorio de Investigación Naval (NRL), dirigido por Roger Easton. En el marco del proyecto, se ensamblaron dos satélites, equipados con relojes ultraprecisos para transmitir señales horarias a los consumidores terrestres y determinar con precisión su propia ubicación.
Satélite experimental Timation NTS-3, equipado con un reloj de rubidio. Fuente: gpsworld.com
En Timation, se formuló el principio básico de los futuros sistemas GPS: un transmisor estaba operando en el satélite, emitiendo una señal codificada, que registraba el abonado terrestre y medía el retraso de su paso. Conociendo la ubicación exacta del satélite en órbita, el equipo calculó fácilmente la distancia al mismo y, en base a estos datos, determinó sus propias coordenadas (efemérides). Por supuesto, esto requiere al menos tres satélites, y preferiblemente cuatro. Las primeras Timations salieron al espacio en 1967 y al principio llevaban relojes de cuarzo, y más tarde relojes atómicos ultraprecisos: rubidio y cesio.
La Fuerza Aérea de los Estados Unidos operó independientemente de la Armada en su propio sistema de posicionamiento global llamado Air Force 621B. La tridimensionalidad se ha convertido en una innovación importante de esta técnica; ahora es posible determinar la latitud, la longitud y la altura tan esperada de un objeto. Las señales de satélite se separaron de acuerdo con un nuevo principio de codificación basado en una señal pseudoaleatoria similar a un ruido. El código pseudoaleatorio aumenta la inmunidad al ruido de la señal y resuelve el problema de restringir el acceso. Los usuarios civiles de equipos de navegación solo tienen acceso al código fuente abierto, que se puede modificar desde el centro de control terrestre en cualquier momento. En este caso, todo equipo "pacífico" fallará, definiendo sus propias coordenadas con un error significativo. Los códigos militares bloqueados permanecerán sin cambios.
Las pruebas comenzaron en 1972 en un sitio de pruebas en Nuevo México, utilizando transmisores en globos y aviones como simuladores de satélites. El "Sistema 612B" mostró una precisión de posicionamiento excepcional de varios metros y fue en ese momento cuando nació el concepto de un sistema de navegación global de órbita media con 16 satélites. En esta versión, un grupo de cuatro satélites (este número es necesario para una navegación precisa) proporcionó una cobertura de 24 horas de todo el continente. Durante un par de años, el "Sistema 612B" estuvo en el rango experimental y no estaba particularmente interesado en el Pentágono. Al mismo tiempo, varias oficinas en los Estados Unidos estaban trabajando en un tema de navegación "candente": el Laboratorio de Física Aplicada estaba trabajando en una modificación del Tránsito, la Armada estaba "terminando" el Cronometraje, e incluso las fuerzas terrestres ofrecieron su propio SECOR (Correlación secuencial de rango, cálculo secuencial de rangos). Esto no podía dejar de preocupar al Ministerio de Defensa, que corría el riesgo de enfrentarse a formatos de navegación únicos en cada tipo de tropas. En un momento determinado, uno de los guerreros estadounidenses golpeó la mesa con la mano y nació un GPS, incorporando todo lo mejor de sus antecesores. A mediados de los años 70, bajo los auspicios del Departamento de Defensa de los EE. UU., Se creó un comité conjunto tripartito llamado NAVSEG (Grupo Ejecutivo de Satélites de Navegación), que determinó los parámetros importantes del sistema futuro: el número de satélites, sus alturas, señal códigos y métodos de modulación. Cuando llegaron a la cifra de costos, decidieron crear inmediatamente dos opciones: militar y comercial con un error predeterminado en la precisión del posicionamiento. La Fuerza Aérea jugó un papel de liderazgo en este programa, ya que su Air Force 621B era el modelo más sofisticado del futuro sistema de navegación, del cual GPS tomó prestada tecnología de ruido pseudoaleatorio prácticamente sin cambios. El sistema de sincronización de señales se tomó del proyecto Timtation, pero la órbita se elevó a 20 mil kilómetros, lo que proporcionó un período orbital de 12 horas en lugar del de 8 horas de su predecesor. Ya en 1978 se lanzó al espacio un satélite experimentado y, como de costumbre, se preparó de antemano toda la infraestructura terrestre necesaria: solo se inventaron siete tipos de equipos de recepción. En 1995, el GPS se implementó en su totalidad: alrededor de 30 satélites están constantemente en órbita, a pesar de que para el funcionamiento hay suficientes 24. Los planos orbitales para satélites tienen asignados seis, con una inclinación de 550… Por el momento, las aplicaciones de topografía GPS le permiten determinar la posición del consumidor con una precisión de menos de un milímetro. Desde 1996, han aparecido los satélites Block 2R, equipados con el sistema de navegación autónoma AutoNav, que permite que el vehículo opere en órbita cuando la estación de control terrestre es destruida durante al menos 180 días.
Hasta finales de la década de 1980, el uso de GPS en combate era esporádico e insignificante: determinando las coordenadas de los campos minados en el Golfo Pérsico y eliminando imperfecciones en los mapas durante la invasión de Panamá. Un bautismo de fuego en toda regla ocurrió en el Golfo Pérsico en 1990-1991 durante la Tormenta del Desierto. Las tropas pudieron maniobrar activamente en un área desértica, donde es difícil encontrar puntos de referencia aceptables, así como realizar fuego de artillería con alta precisión en cualquier momento del día en condiciones de tormentas de arena. Posteriormente, el GPS resultó útil en la operación de mantenimiento de la paz en Somalia en 1993, en el desembarco estadounidense en Haití en 1994 y, finalmente, en las campañas afganas e iraquíes del siglo XXI.
