Navstar: GPS Satellite Network

Navstar è una rete di satelliti statunitensi che fornisce servizi GPS (Global Positioning System). Sono usati per la navigazione sia dai militari che dai civili.

Questi 24 principali satelliti GPS orbitano attorno alla Terra ogni 12 ore, inviando un segnale sincronizzato da ogni singolo satellite. Poiché i satelliti si muovono in direzioni diverse, un utente a terra riceve i segnali in momenti leggermente diversi. Quando almeno quattro satelliti entrano in contatto con il ricevitore, il ricevitore può calcolare dove si trova spesso l'utente con una precisione di pochi piedi, per uso civile.

I segnali GPS venivano "degradati" per uso civile, il che significa che erano veramente precisi solo nelle applicazioni militari. Nel 2000, tuttavia, il presidente Bill Clinton ha autorizzato lo spegnimento di questa "disponibilità selettiva".

Al giorno d'oggi, molte persone danno per scontati i dispositivi del Global Positioning System. La maggior parte delle persone ha familiarità con il concetto di utilizzare un sistema GPS (come dispositivo autonomo o in un telefono) per orientarsi. Il GPS può anche identificare la posizione di un utente, utile per l'orientamento e anche per attività divertenti come il geocaching (trovare cache nascoste con l'uso di dispositivi GPS). Ma ci sono anche altri usi, oltre alla posizione e alla navigazione.

Il GPS può essere utilizzato anche per il monitoraggio, ad esempio l'aggiunta di un tag a un animale per vedere l'estensione del suo territorio. La tecnologia aiuta anche con la mappatura, aiutando ad esempio a definire meglio i contorni di un paese. Ci sono probabilmente migliaia di applicazioni per i sistemi GPS, che vanno da tutto per aiutare gli escursionisti a navigare in aree remote, per aiutare gli agricoltori a seminare con precisione i loro campi, per aiutare i droni a trovare i loro obiettivi.

"L'idea di andare da qualche parte senza il posizionamento satellitare e le mappe a portata di mano o scattare foto senza geotagging dei dati può essere estranea alle persone di questi tempi come fare l'autostop per una corsa al negozio di feed. È un anacronismo di un'altra epoca", Digital Trends ha scritto di GPS.

Tenere i sottomarini nella giusta direzione

La Marina degli Stati Uniti ha sviluppato il primo sistema di navigazione satellitare operativo chiamato Transit negli anni '60. Questi This Webcraft "stabilizzati in rotazione", il che significa che la loro rotazione teneva il This Webcraft puntato nella stessa direzione, furono usati per la prima volta per la navigazione nel 1964 dai sottomarini Polaris.

Anche in quei primi giorni, tuttavia, le persone che hanno costruito il sistema potevano vedere gli usi scientifici del GPS.

"Entrambi siamo stati enormemente soddisfatti di alcuni degli usi passati e presenti della navigazione satellitare, incluso il monitoraggio di uccelli e animali migratori e tecniche di ricerca e salvataggio efficaci che possono individuare problemi in aree remote del mondo", hanno scritto George Weiffenbach e William Guier , che hanno entrambi contribuito alla creazione di Transit, in un articolo del 1998 per la Johns Hopkins University.

"Ovviamente, abbiamo sottovalutato i progressi nell'elettronica. In particolare, non avevamo previsto l'incredibile misura in cui le dimensioni e i costi sarebbero stati ridotti per le applicazioni quotidiane per il mercato di massa, ad esempio i sistemi di navigazione per le nostre automobili e imbarcazioni da diporto, e persino i palmari unità per escursionisti."

C'erano anche altri primi sistemi, come il satellite Timation della Marina che testava l'uso di orologi accurati in Questo Web. Questo è stato un importante predecessore di Navstar, poiché il sistema GPS si basa sulla tempistica per mantenere sincronizzati i satelliti.

Concept artistico del satellite Navstar-2F GPS (Global Positioning System). (Credito immagine: US Air Force)

Generazioni di satelliti

Nel frattempo, altri rami delle forze armate statunitensi stavano lavorando sui propri sistemi di navigazione. Con così tanti sistemi che cercavano di tenere gli utenti in carreggiata, alla fine i militari si sono resi conto che poteva valere la pena sviluppare un sistema che tutte le filiali potessero utilizzare.

Nel 1973, il Pentagono propose un sistema satellitare di posizionamento globale che oggi è noto come Navstar.

"Le ragioni principali per lo sviluppo del GPS sono state la necessità di consegnare armi precisamente sul bersaglio e di invertire la proliferazione dei sistemi di navigazione nell'esercito americano", ha scritto Rick Sturdevant in un libro della NASA del 2007 su Questo Web nelle applicazioni civili.

"Fin dall'inizio, tuttavia, il Dipartimento della Difesa (DOD) ha riconosciuto l'utilità del GPS per la comunità civile mondiale".

Navstar è progettato per operare con almeno 24 satelliti in orbita. La prima generazione di satelliti Navstar iniziò a essere lanciata nel 1978. A parte il fallimento del Navstar 7, nel 1981, che non riuscì a raggiungere l'orbita, circa 10 satelliti costruiti da Lockheed Martin entrarono in This Web.

A partire dal 1989, secondo questa pagina Web di Gunter, furono lanciati i primi satelliti GPS a tutti gli effetti. Sono stati progettati per funzionare 14 giorni senza la necessità di interventi a terra. Nove di questi satelliti sono stati lanciati in rapida successione tra il 1989 e il 1990.

I sistemi GPS negli Stati Uniti hanno subito sei importanti iterazioni dal 1978. L'ultimo blocco di satelliti, chiamato IIF, è stato lanciato tra il 2010 e il 2016. I 12 satelliti sono tutti progettati per durare 12 anni. Alcune delle loro caratteristiche degne di nota includono la possibilità di ricevere caricamenti di software, una migliore resistenza ai disturbi e una precisione di raddoppio.

Il set di satelliti GPS Block IIIA è il settimo set di satelliti GPS e il primo set di terza generazione è prodotto da Lockheed Martin. Inizialmente il lancio del blocco doveva iniziare nel 2014. Tuttavia, i ritardi tecnici hanno spinto il primo lancio previsto a maggio 2018. La serie dovrebbe lanciare 10 satelliti, con l'ultimo previsto per il secondo trimestre del 2023.

"I satelliti GPS III di Lockheed Martin avranno una precisione tre volte migliore e capacità anti-jamming fino a otto volte migliorate", ha scritto la società sul suo sito web. "La vita del veicolo spaziale si estenderà a 15 anni, il 25% in più rispetto ai più recenti satelliti GPS in orbita oggi. Il nuovo segnale civile L1C di GPS III lo renderà anche il primo satellite GPS a trasmettere un segnale compatibile con altri sistemi satellitari di navigazione globali internazionali, come Galileo , migliorando la connettività per gli utenti civili."

GPS III è in sviluppo dal 1998, con finanziamenti disponibili dal 2000, secondo Digital Trends. Il nuovo set di satelliti avrà quattro set di segnali civili invece di quello standard. Uno di questi nuovi segnali (noto come L2C) ha un segnale più forte che sarà più facile da raccogliere sotto gli alberi, all'interno o in aree difficili come i canyon.

Anche i militari riceveranno un vantaggio, con segnali M-code ad alta larghezza di banda disponibili. In alcune aree, ciò aumenterà di 100 volte la potenza del segnale GPS. Quindi i militari avranno un segnale più forte che è più difficile da bloccare, fornendo aiuto ai droni o alle squadre che lavorano in aree remote.

Disponibilità selettiva

Il GPS per utenti civili ha fatto un balzo in avanti nel 2000, quando Clinton ha autorizzato la fine della "disponibilità selettiva". In precedenza, i civili ricevevano una visione molto "più grossolana" della loro posizione perché i militari manipolavano fattori come i dati orbitali o la frequenza dell'orologio del satellite.

Non passò molto tempo, tuttavia, prima che i civili temessero che l'opzione potesse essere riattivata. Gli attacchi terroristici dell'11 settembre 2001 al World Trade Center e al Pentagono hanno provocato una serie di nuove misure di sicurezza. Sei giorni dopo gli attacchi, l'Interagency GPS Executive Board ha dichiarato che non vi era alcun cambiamento nella politica degli Stati Uniti: non utilizzare più la disponibilità selettiva.

Nel 2007, il presidente George W. Bush ha accettato una raccomandazione di fare un ulteriore passo avanti. Su consiglio del Dipartimento della Difesa, ha ordinato che la generazione Navstar III non avrebbe affatto la capacità di fare disponibilità selettiva. Con il GPS ora un'industria multimiliardaria, sembrava che le considerazioni commerciali avessero una voce forte a Washington.

"Sebbene questa azione non migliorerà materialmente le prestazioni del sistema", si legge in una dichiarazione del Dipartimento della Difesa, "rispecchia il forte impegno degli Stati Uniti nei confronti degli utenti, rafforzando il fatto che si può contare su questa utilità globale per sostenere pacifici applicazioni in tutto il mondo."

A differenza dei primi tempi, Navstar deve affrontare la concorrenza di altri sistemi simili a GPS costruiti da altri paesi per uso civile e militare. I russi hanno un sistema chiamato GLONASS, mentre gli europei ne hanno un altro chiamato Galileo che è nelle prime fasi del dispiegamento.

Con la disponibilità selettiva non inclusa negli ultimi satelliti GPS, i sistemi più recenti potrebbero rintracciare posizioni per i civili entro un solo piede, secondo The Verge. Un tipico localizzatore GPS oggi può individuare posizioni civili con una precisione da tre a nove metri (da 10 a 16 piedi).

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