O dia 4 de outubro de 1957 tornou-se um importante incentivo para os Estados Unidos - após o lançamento do primeiro satélite artificial da Terra na URSS, os engenheiros americanos decidiram adaptar o espaço para atender às necessidades de navegação (com a praticidade característica dos Yankees). No Laboratório de Física Aplicada (APL) da Universidade Johns Hopkins, os colaboradores WG Guyer e J. C. Wiffenbach estudaram o sinal de rádio do Sputnik 1 soviético e chamaram a atenção para a forte mudança de frequência Doppler do sinal emitido por um satélite que passava. Quando nosso primogênito no espaço se aproximou, a frequência do sinal aumentou e o que se afastou emitiu sinais de rádio de frequência decrescente. Os pesquisadores conseguiram desenvolver um programa de computador para determinar os parâmetros da órbita de um objeto que passa a partir de seu sinal de rádio em uma passagem. Naturalmente, o princípio oposto também é possível - o cálculo dos parâmetros já conhecidos da órbita usando a mesma mudança de frequência das coordenadas desconhecidas do receptor de rádio terrestre. A ideia veio à cabeça do funcionário da APL F. T. McClure e ele, junto com o diretor do laboratório, Richard Kershner, reuniu um grupo de pesquisadores para trabalhar em um projeto chamado Transit.
Richard Kershner (à esquerda) é um dos fundadores do American Global Positioning System. Fonte: gpsworld.com
O submarino nuclear "George Washington" é o primeiro usuário do sistema Transit. Fonte: zonwar.ru
Órbitas operacionais da constelação de trânsito. Fonte: gpsworld.com
O principal cliente era a Marinha dos Estados Unidos, que precisava de ferramentas de navegação de precisão para novos submarinos equipados com mísseis Polaris. A necessidade de determinar com precisão a localização de submarinos como "George Washington" era extremamente necessária para a novidade da época - o lançamento de mísseis com ogivas nucleares de qualquer lugar dos oceanos.
Equipamento de recepção de trânsito para submarinos. Fonte: timeandnavigation.si.edu
Em 1958, os americanos conseguiram apresentar o primeiro protótipo experimental do satélite Transit e, em 17 de setembro de 1959, ele foi enviado ao espaço. A infraestrutura de solo também foi criada - na hora do lançamento, o complexo dos equipamentos de navegação do usuário, bem como as estações de rastreamento em solo estavam prontos.
Engenheiros da Hopkins University montando e testando a espaçonave Transit. Fonte: timeandnavigation.si.edu
Os americanos trabalharam em um projeto de navegação por satélite em modo de pós-combustão total: em 1959, eles haviam construído até cinco tipos de satélites Transit, que mais tarde foram todos lançados e testados. No modo de operação, a navegação americana começou a operar em dezembro de 1963, ou seja, em menos de cinco anos, foi possível criar um sistema viável com boa precisão para a sua época - a raiz quadrada do erro médio (RMS) para um objeto estacionário foi de 60 m.
Satellite Transit 5A modelo 1970. Fonte: timeandnavigation.si.edu
Um receptor Transit instalado em um carro usado pelo geólogo Smithsonian Ted Maxwell no deserto egípcio em 1987. O burro de carga do pesquisador acabou por ser …
… o soviético "Niva"! Fonte: gpsworld.com [/center]
Determinar as coordenadas de um submarino em movimento na superfície foi mais problemático: se você errar com o valor da velocidade em 0,5 km / h, o RMS aumentará para 500 m. Portanto, foi mais conveniente recorrer ao satélite para ajudar em uma posição estacionária do navio, o que novamente não foi fácil. O Trânsito de baixa órbita (1100 km de altitude) foi adotado pela Marinha dos Estados Unidos em meados de 64, como parte de quatro satélites, aumentando ainda mais o agrupamento orbital para sete veículos, e a partir de 67, a navegação passou a ser acessível a meros mortais. No momento, a constelação de satélites Transit é usada para estudar a ionosfera. As desvantagens do primeiro sistema de navegação por satélite do mundo foram a incapacidade de determinar a altura da posição do usuário no solo, a considerável duração da observação e a precisão do posicionamento do objeto, que acabou se tornando insuficiente. Tudo isso levou a novas pesquisas na indústria espacial dos Estados Unidos.
Spacecraft Timation. Fonte: timeandnavigation.si.edu
O segundo sistema de navegação por satélite era o Timation, do Naval Research Laboratory (NRL), dirigido por Roger Easton. No âmbito do projeto, foram montados dois satélites, equipados com relógios ultraprecisos para transmitir os sinais de tempo aos consumidores terrestres e determinar com precisão a sua própria localização.
Satélite experimental Timation NTS-3, equipado com um relógio de rubídio. Fonte: gpsworld.com
Na Timation, foi formulado o princípio básico dos futuros sistemas GPS: um transmissor estava operando no satélite, emitindo um sinal codificado, que registrava o assinante terrestre e media o atraso de sua passagem. Sabendo a localização exata do satélite em órbita, o equipamento calculou facilmente a distância até ele e, com base nesses dados, determinou suas próprias coordenadas (efemérides). Claro, isso requer pelo menos três satélites e, de preferência, quatro. Os primeiros Timations foram ao espaço em 1967 e, no início, carregavam relógios de quartzo e, mais tarde, relógios atômicos ultraprecisos - rubídio e césio.
A Força Aérea dos Estados Unidos operou independentemente da Marinha em seu próprio sistema de posicionamento global, denominado Força Aérea 621B. A tridimensionalidade se tornou uma importante inovação dessa técnica - agora é possível determinar a latitude, longitude e altura tão esperada de um objeto. Os sinais de satélite foram separados de acordo com um novo princípio de codificação baseado em um sinal semelhante a ruído pseudo-aleatório. O código pseudo-aleatório aumenta a imunidade ao ruído do sinal e resolve o problema de restrição de acesso. Os usuários civis de equipamentos de navegação têm acesso apenas ao código-fonte aberto, que pode ser modificado a partir do centro de controle de solo a qualquer momento. Nesse caso, todos os equipamentos "pacíficos" irão falhar, definindo suas próprias coordenadas com um erro significativo. Os códigos militares bloqueados permanecerão inalterados.
Os testes começaram em 1972 em um local de teste no Novo México, usando transmissores em balões e aviões como simuladores de satélites. O "System 612B" mostrou uma excelente precisão de posicionamento de vários metros e foi nessa época que nasceu o conceito de um sistema de navegação global de órbita média com 16 satélites. Nesta versão, um cluster de quatro satélites (este número é necessário para uma navegação precisa) fornecia cobertura 24 horas por dia em todo o continente. Por alguns anos, o "System 612B" estava na categoria experimental e não estava particularmente interessado no Pentágono. Ao mesmo tempo, vários escritórios nos Estados Unidos estavam trabalhando em um tópico de navegação "quente": o Laboratório de Física Aplicada estava trabalhando em uma modificação do Transit, a Marinha estava "terminando" o Timation e até mesmo as forças terrestres ofereceram o seu próprio SECOR (Correlação Sequencial de Intervalo, cálculo sequencial de intervalos). Isso não deixava de preocupar o Ministério da Defesa, que corria o risco de enfrentar formatos de navegação únicos em cada tipo de tropa. Em determinado momento, um dos guerreiros americanos bateu com a mão na mesa e nasceu um GPS, que incorporava o melhor de seus antecessores. Em meados dos anos 70, sob os auspícios do Departamento de Defesa dos Estados Unidos, foi criado um comitê conjunto tripartido denominado NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), que determinava os parâmetros importantes do futuro sistema - o número de satélites, suas alturas, sinal códigos e métodos de modulação. Quando chegaram ao valor do custo, decidiram criar imediatamente duas opções - militar e comercial com um erro predeterminado na precisão do posicionamento. A Força Aérea desempenhou um papel de liderança neste programa, já que seu Força Aérea 621B era o modelo mais sofisticado do futuro sistema de navegação, do qual o GPS emprestou tecnologia de ruído pseudo-aleatório praticamente inalterada. O sistema de sincronização de sinais foi retirado do projeto Timtation, mas a órbita foi elevada para 20 mil quilômetros, o que proporcionou um período orbital de 12 horas em vez de 8 horas de seu antecessor. Um experiente satélite foi lançado ao espaço já em 1978 e, como sempre, toda a infraestrutura de solo necessária foi preparada com antecedência - apenas sete tipos de equipamentos de recepção foram inventados. Em 1995, o GPS foi implantado na íntegra - cerca de 30 satélites estão constantemente em órbita, apesar do fato de que para operação são suficientes 24. Planos orbitais para satélites são alocados seis, com uma inclinação de 550… No momento, os aplicativos de levantamento GPS permitem que você determine a posição do consumidor com uma precisão de menos de um milímetro! Desde 1996, surgem os satélites Bloco 2R, equipados com o sistema de navegação autônomo AutoNav, que permite ao veículo operar em órbita quando a estação de controle terrestre for destruída por pelo menos 180 dias.
Até o final da década de 1980, o uso de GPS em combate era esporádico e insignificante: determinando as coordenadas dos campos minados no Golfo Pérsico e eliminando imperfeições nos mapas durante a invasão do Panamá. Um batismo de fogo completo aconteceu no Golfo Pérsico em 1990-1991 durante a Tempestade no Deserto. As tropas foram capazes de manobrar ativamente em uma área desértica, onde é difícil encontrar marcos aceitáveis, bem como conduzir fogo de artilharia com alta precisão a qualquer hora do dia em condições de tempestades de areia. Posteriormente, o GPS mostrou-se útil na operação de manutenção da paz na Somália em 1993, no desembarque americano no Haiti em 1994 e, finalmente, nas campanhas do Afeganistão e do Iraque do século XXI.
