Co To Jest GPS

15:59:25

Nazwa: Global Positioning System – NAVigation Signal Timing And Ranging (NAVSTAR-GPS)
Kraj rozwijający system: Stany Zjednoczone
Aktualna liczba satelitów: 32 (6 IIA, 12 IIR, 7 IIR-M, 9 IIF – stan na 2 kwietnia 2015 r.)
Docelowa liczba satelitów: 32 (z czego 24 aktywne)
Liczba orbit: 6
Inklinacja orbity: 55°
Wysokość orbity: 20 183 km
Okres obiegu Ziemi: 11 godzin 58 minut
Ogłoszenie pełnej operacyjności: 17 lipca 1995 r.
Zajmowane częstotliwości: L1 (1575,42 MHz), L2 (1227,60 MHz), L5 (1176,45 MHz)

Historia

W 1968 r. Departament Obrony USA zdecydował o utworzeniu komitetu składającego się z reprezentantów każdej ze służb armii amerykańskiej (NAVSEG – Navigation Satellite Executive Group), który miał pokierować całością prac i określić jedną wspólną koncepcję systemu nawigacji satelitarnej.

Po pięciu latach badań, w 1973 r., zadecydowano, że wiodącą instytucją będzie US Air Force, która wkrótce przedstawiła założenia nowego systemu. Połączył on elementy z niezależnie prowadzonych do tej pory projektów. Jego cechą podstawową jest transmisja precyzyjnego sygnału czasu. W grudniu tego samego roku program zatwierdzono do realizacji. Po kolejnych pięciu latach testów i badań, 22 lutego 1978 r., wystrzelono pierwszego satelitę z tzw. bloku I (składającego się z 6 satelitów krążących na trzech orbitach o nachyleniu 63° do płaszczyzny równika).

 

Tak zrodził się NAVSTAR GPS (Navigation System with Time And Ranging), popularnie zwany GPS, składający się dzisiaj z 24 operacyjnych satelitów poruszających się po sześciu orbitach na wysokości ponad 20 tys. km i okrążających Ziemię w ciągu niespełna 12 godzin. W ramach eksperymentalnego bloku I w latach 1978-85 pracowało łącznie 11 satelitów. Dla satelitów GPS przewidziano też inną rolę. Poza aparaturą do celów nawigacyjnych od kwietnia 1980 r. zabierają one w kosmos również czujniki promieni X, radiometry optyczne i detektory fal radiowych, umożliwiające rejestrowanie wybuchów nuklearnych na Ziemi i w atmosferze.

 

W następnych latach Amerykanie umieszczali na orbitach kolejne generacje satelitów w ramach bloków: II, IIA (od 1993) i IIR (od 1999), wymieniając zużyte satelity na coraz to doskonalsze i powiększając ich liczbę. Całkowitą zdolność operacyjną system osiągnął jednak dopiero w 1995 r., gdy w kosmosie znalazły się 24 satelity Bloku II i IIA. Tym samym dobiegał końca nawigacyjny żywot dopplerowskiego TRANSITA (1996 r.).

Kolejną przełomową datą był 2 maja 2000 roku, kiedy decyzją ówczesnego prezydenta USA Billa Clintona wyłączono zakłócanie sygnału GPS zwane selektywną dostępnością (Selected Availability – SA). Dzięki temu dokładność systemu dla użytkowników cywilnych wzrosła z około 100 m do 3-5 metrów.

Od 2005 roku rozpoczęto wystrzeliwanie aparatów generacji IIR-M. Wyróżniała je przede wszystkim emisja drugiego kanału cywilnego (L2C), który przy pomiarach dwuczęstotliwościowych znacząco ułatwiał wyznaczanie opóźnienia jonosferycznego. Nowością były także dwa bardziej odporne na zakłócanie kanały wojskowe – L1M i L2M. Ostatni satelita generacji IIR-M, oznaczony jako SVN-49, od połowy 2009 roku rozpoczął także nadawanie demonstracyjnej wersji trzeciego sygnału cywilnego przeznaczonego głównie dla lotnictwa, czyli L5.

 

Satelita generacji IIF

 

W pełni sprawny L5 emitowany jest natomiast od sierpnia 2010 roku przez pierwszy aparat generacji IIF (SVN-62, na zdjęciu powyżej). Blok ten wyróżnia ponadto dłuższa żywotność satelitów (12 zamiast dotychczasowych 10 lat) oraz możliwość lokalnego zwiększania mocy sygnału wojskowego.

W latach 2010-11 przeprowadzono rekonfigurację satelitów GPS do tzw. konstelacji Expandable 24. Efektem jej wprowadzenia jest polepszenie widoczności satelitów, a więc m.in. lepsze wskaźniki DOP. Operację tę przeprowadzono z myślą o amerykańskich wojskach stacjonujacych w górzystym Afganistanie. Skutki jej wprowadzenia odczuli także użytkownicy cywilni na całym świecie.

Przyszłość

W ciągu najbliższych kilku lat firma Boeing ma zbudować łącznie 12 satelitów IIF. Tym samym z roku na rok systematycznie zwiększać się będzie dostępność sygnałów L2C i L5. Globalne pokrycie tego pierwszego ma zostać osiągnięte w 2018 roku, a L5 – w 2021 r.

Zwieńczeniem modernizacji systemu GPS ma być wystrzelenie satelitów generacji IIIA, IIIB i IIIC. Łącznie Lockheed Martin zbuduje 32 takie aparaty. Pierwszy ma wystartować w marcu 2017 r. (pierwotnie zakładano, że uda się to jeszcze w roku 2014). Nową generację ma wyróżniać przede wszystkim nadawanie czwartego sygnału cywilnego oznaczonego L1C. Ma on umożliwić wyznaczanie pozycji z dokładnością sięgająca nawet 1,5 metra (na poziomie prawdopodobieństwa 95%). Jego zaletą będzie także większa zgodność z europejskim systemem Galieo. Globalna dostępność L1C ma zostać osiągnięta w roku 2026. Trzecią generację mają także charakteryzować dokładniejsze zegary atomowe oraz zwiększona odporność na zakłócenia. By skorzystać ze wszystkich zalet nowych satelitów konieczna jest jednak budowa segmentu naziemnego nowej generacji oznaczonego jako OCX (obecny – OCS). Zadanie to ma zrealizować za 1,5 mld dolarów firma Raytheon. Termin ogłoszenia pełnej operacyjności segmentu OCX planowany jest na rok 2017.

 

Satelita generacji IIIA