22.2.2018 07:00 | Navigácia (GPS)

Pred 40 rokmi Zem opustil prvý GPS satelit a spôsobil revolúciu

Pred 40 rokmi Zem opustil prvý GPS satelit a spôsobil revolúciu.
Pred 40 rokmi Zem opustil prvý GPS satelit a spôsobil revolúciu. Zdroj: iStock

Z armádnej technológie je v súčasnosti najrozšírenejší navigačný systém na svete.

Dnes už málokto na orientáciu v neznámom prostredí používa mapu. Väčšina z nás radšej siahne po omnoho pohodlnejšom prostriedku – GPS navigácii. Tento technický zázrak funguje vďaka umelým družiciam. Prvá, nazvaná Navstar 1, začala svoju činnosť pred 40 rokmi - presne 22. februára 1978.

Používate GPS? Údaje o vašej aktuálnej polohe pochádzajú z vesmírnej družice. fotogaléria / 5
Používate GPS? Údaje o vašej aktuálnej polohe pochádzajú z vesmírnej družice. Zdroj: army.mil

Fungovanie globálneho lokalizačného systému, viacej známeho pod skratkou GPS, umožňuje dnes celkovo 21 satelitov. O ich chod sa stará hlavná riadiaca stanica s podporou štyroch monitorovacích pozemných staníc umiestnených v rôznych častiach sveta.

Na to, aby ste dokázali určiť presne svoju polohu, je potrebné prijať signál zo štyroch družíc.

Navigácia pre armádu

Základný princíp systému GPS vznikol viac-menej náhodou, keď vedci William Guier a George Weiffenbach z Univerzity Johnsa Hopkinsa zaznamenávali rádiové signály z prvej sovietskej družice Sputnik 1. Tá zo Zeme odštartovala začiatkom októbra roku 1957.

Výskumníci zistili, že analýzou Dopplerovho javu, teda zmien rádiového signálu vyvolaných dôsledkom pohybu družice, môžu určiť jej polohu.

„Počuli sme signály pochádzajúce zo Sputnika. Boli jasné a zreteľné. Uvedomili sme si, že by sme ich mali zaznamenať, možno pre budúce pokolenia, a identifikovať posun na záznamoch,“ uvádzajú výskumníci v správe pre univerzitu.

Vedci čoskoro zistili, že rovnako tak pri poznaní presnej polohy družice možno stanoviť pozíciu prijímača na Zemi. Poznatky zúročili pri navrhovaní prvého navigačného vesmírneho systému nazvaného Transit. Jeho ústrednú zložku tvorilo šesť satelitov.

Transit prvýkrát použilo Americké námorníctvo v roku 1964 na navigáciu ponoriek nesúcich jadrové strely.

Satelit Transit. fotogaléria / 5
Satelit Transit. Zdroj: Americké námorníctvo

Technológia čoskoro našla uplatnenie aj v iných odvetviach. „Oboch nás nesmierne potešilo, že satelitná navigácia môže slúžiť aj ďalším oblastiam. Umožňuje napríklad sledovať migrácie vtákov a zvierat, alebo uľahčuje vyhľadávanie a záchranu v odľahlých oblastiach,“ uviedli Weiffenbach a Guier v článku pre Univerzitu Johnsa Hopkinsa, ktorý bol publikovaný v roku 1998.

Kto prišiel s myšlienkou satelitnej navigácie?

O využití umelých družíc na navigáciu písal už známy sci-fi autor Arthur C. Clarke v roku 1956, teda vyše roka pred vypustením Sputnika. Princíp fungovania systému načrtol v liste pre vtedajšieho prezidenta spoločnosti American Rocket Society Andrewa Haleyho. Opis zakončuje slovami: „Budem pokračovať vo svojom sci-fi, no očakávam, že raz vyhlásim : Povedal som ti to!“

Rozšírenie systému

Začiatkom 70. rokov minulého storočia vlastné navigačné techniky vyvíjali aj iné pobočky americkej armády. Vláda si čoskoro uvedomila, že ich spojením možno vybudovať jednotný a dokonalejší systém dostupnú pre všetky odvetvia.

Výsledkom bol NAVSTAR Global Positioning System, v súčasnosti známy ako GPS. Systém dodnes prevádzkujú Vzdušné sily Spojených štátov (USAF).

„Hlavnými dôvodmi vývoja GPS bola potreba navádzania zbraní presne na cieľ a zabránenie zbytočného šírenia odlišných navigačných systémov v americkej armáde,“ spomína bývalý námestník veliteľa Vzdušných síl Spojených štátov Rick Sturdevant v knihe Societal Impact of Space Flight , ktorú je možné nájsť na stránkach NASA.

Príbeh prvého GPS satelitu

Prvý GPS satelit s kódovým menom OPS 5111, označovaný aj Navstar 1, vyrobila americká spoločnosť Rockwell. Išlo o jeden z jedenástich satelitov prvej série navigačných satelitov súhrnne nazvaných Blok 1.

Navstar 1 pred štartom. fotogaléria / 5
Navstar 1 pred štartom. Zdroj: USAF

Navstar 1 do vesmíru vyniesla raketa Atlas 22. februára 1978. Štartovala z leteckej základne Vandenberg. Po umiestnení na obežnú dráhu satelit začal svoju činnosť o 23:44 svetového času. Do konca roku 1978 letectvo USA do vesmíru vyslalo ešte ďalšie tri navigačné družice.

Navstar 1 mal podľa plánov vysielať 5 rokov. Napokon ale ostal v prevádzke o dva a pol roka dlhšie. Americké letectvo jeho misiu ukončilo až 17. júla 1985.

Parametre prvého GPS satelitu

Navstar 1 krúžil okolo Zeme vo výške okolo 20 000 km, pričom jeden obeh trval takmer 12 hodín. Satelit obsahoval prijímač, ktorý zachytával signály z riadiaceho centra na Zemi a zariadenie umožňujúce komunikáciu medzi ďalšími družicami Navstar. Dodávku energie zabezpečovali dva solárne panely. Celý satelit vážil 759 kg.

Súčasnosť a budúcnosť

O takmer štyri roky neskôr prvú sériu Navstarov vystriedalo deväť nových satelitov s označením Initial Blok 2. Išlo o prvé plnohodnotné GPS satelity, ktoré vyžadovali zásah z riadiaceho centra iba každých 14 dní. No hlavne priniesli možnosti presnejšieho určenia polohy.

V 90. rokoch tento systém fungoval dostatočne spoľahlivo na to, aby sa od neho odvíjali najdôležitejšie strategické kroky počas prvej vojny v Perzskom zálive. „Spojenecké jednotky sa do veľkej miery spoliehali na GPS. Bez neho by sa nemohli pohybovať v arabskej púšti,“ uviedli predstavitelia USAF.

Odvtedy americká armáda vypustila ďalšie štyri série satelitov patriace do Bloku 2. Posledná družica z konečnej série Blok 2F začala pracovať začiatkom roku 2016. Očakávaná prevádzková doba činí 15 rokov.

Ďalšie, ešte presnejšie satelity nového Bloku 3 plánuje americké letectvo vypustiť v máji tohto roku. Následne v rozmedzí rokov 2026 až 2034 ich plánuje nahradiť novými.

Dva signály – civilný a armádny

Satelity GPS vysielajú dva signály - jeden pre vojenské a druhý pre civilné účely. Americká armáda systém GPS sprístupnila verejnosti v roku 1983. Spočiatku ale civilný signál zámerne znehodnocovala, oficiálne z dôvodu národnej bezpečnosti. Výsledkom bolo, že civilný signál umožňoval určiť presnú polohu s odchýlkou niekoľkých metrov až desiatok metrov. Nebol teda použiteľný napríklad na navigovanie v aute.

Na nátlak verejnosti prezident Bill Clinton v roku 2000 nariadil zrušenie tohto selektívneho prístupu. „Rozhodnutie prezidenta Clintona sprístupniť signál GPS bolo katalyzátorom, ktorý spustil rozšírenie navigačného systému do dnešnej podoby,“ povedal viceprezident spoločnosti Navigon Johannes Angenvoort.

No aj napriek skutočnosti, že oba signály sú dnes rovnako presné, stále existuje rozdiel medzi civilným a vojenským GPS. Väčšina súčasných komerčne dostupných zariadení totiž používa iba jednu frekvenciu, zatiaľ čo vojenské prijímače spravidla dve frekvencie.

Spojenie dvoch frekvencií zvyšuje presnosť tým, že koriguje narušenia signálov spôsobené atmosférou Zeme. Aj komerčne si je možné zaobstarať dvojfrekvenčné zariadenia GPS. Tie sú ale príliš nákladné a oveľa väčšie. Preto ich väčšinou používajú len vedci počas výskumov.

V súčasnosti okolo Zeme obieha 24 GPS satelitov, z čoho tri slúžia ako záložné. fotogaléria / 5
V súčasnosti okolo Zeme obieha 24 GPS satelitov, z čoho tri slúžia ako záložné. Zdroj: US Government)

Americký, ruský, čínsky... aj európsky

Americké GPS predstavuje najrozšírenejší satelitný navigačný systém na svete a v bežnej reči sa dokonca stal synonymom pre navigačné systémy. No nie je jedinou vesmírnou sieťou určenou na navigovanie či určovanie polohy. Dnes ich už je dokonca niekoľko.

V druhej polovici 70. rokov Sovietsky zväz začal vyvíjať svoj vlastný satelitný navigačný systém zvaný GLONASS. Jeho vývoj a sprevádzkovanie však bolo strastiplné a globálne pokrytie poskytuje až od októbra 2011.

Ruská navigácia používa o tri satelity viac než americké GPS. Preto podľa Štátnej korporácie pre kozmickú činnosť, ktorá GLONASS prevádzkuje, dokáže systém pracovať presnejšie a to najmä v zastavaných oblastiach. Navyše navigačné satelity plánuje do roku 2020 nahradiť za novšie.

Satelitné pokrytie poskytuje aj čínsky navigačný systém Beidou, ktorý funguje od roku 2000. Ten je v súčasnosti prístupný iba pre obyvateľov Ázie a Tichomoria. Čína ale plánuje do roku 2020 systém rozšíriť do celého sveta.

Vlastnú navigačnú sieť zvanú Galileo v roku 2011 spustila aj Európska únia v spolupráci s Európskou vesmírnou agentúrou (ESA). Vďaka sústave 22 satelitov vie pokryť celý svet. Do roku 2020 má dôjsť k rozšíreniu až na 30 družíc.

Cieľom programu Galileo je poskytnúť nezávislý systém, aby sa európske krajiny nemuseli spoliehať na americké GPS, ruský GLONASS alebo čínske Beidou. Dôvodom je, že ich operátori ich môžu kedykoľvek znefunkčniť. Z rovnakých príčin svoj vlastný navigačný satelitný systém buduje aj Japonsko a India.

Diskusia 23 Príspevkov