GPS
Global Positioning System
Navigare con i satelliti
Fino a poco tempo fa, chiunque si fosse avventurato
in pieno oceano poteva calcolare la propria posizione solo osservando le stelle
o utilizzando bussola e sestante; ora invece, grazie alla moderna tecnologia
satellitare, è possibile effettuare questa operazione molto più facilmente.
Con la semplice pressione di un pulsante su di un piccolo strumento portatile,
il Global Positioning System (Sistema di Posizionamento Globale) o GPS, possiamo
localizzare la nostra posizione con uno scarto di pochi metri. Questa tecnologia
è in commercio per piloti, marinai, alpinisti o chiunque voglia e debba conoscere
la propria posizione con estrema precisione.
Limpiego di satelliti per localizzare
posizioni o per la navigazione non è una nuova pratica; infatti,
già nel 1959 lU.S. Navy (la Marina Statunitense) lanciò
il suo primo satellite Transit, ad uso dei sottomarini
lanciamissili Polaris e delle navi da combattimento di
superficie, per mezzo del quale era possibile ottenere la
posizione con una precisione di 150 metri.
Il Global Positioning System è ancora più
accurato. Sviluppato e controllato dalle forze armate
statunitensi, utilizza una rete di ventiquattro satelliti
Navstar, comprendente ventuno apparati attivi e tre di riserva,
posti su sei piani orbitali che di incrociano tra loro a una
quota di 20.000 km sopra la Terra. il primo di questi satelliti
venne lanciato nel 1978, ma il sistema divenne operativo solo nel
1987, dopo che furono messi in orbita dodici satelliti; nel
novembre 1993 venne completata lintera rete.
Troppo preciso
I dati provenienti dal GPS sono così accurati
che i militari americani cominciarono a preoccuparsi che
potessero essere utilizzati anche dagli avversari. Per
precauzione ogni satellite trasmette simultaneamente due segnali
di posizionamento. Uno, chiamato codice P, è un segnale
crittografato utilizzato dalle forze armate USA in grado di dare
la posizione con una precisione di 15 metri, ma che richiede un
codice speciale che viene cambiato ogni giorno. Laltro,
chiamato codice CA, fornisce la posizione per le aerolinee, la
navigazione commerciale e per altri utenti civili e ha una
precisione di 100 metri.
La procedura per crittografare i segnali venne
introdotta durante la guerra del Golfo de 1990: in
quelloccasione molti scienziati, compresi alcuni geologi
giapponesi che stavano impiegando il GPS per studiare i movimenti
delle placche litosferiche e i terremoti, dovettero interrompere
le loro ricerche. In ogni caso, il segnale civile non venne
interrotto per molto tempo; la domanda di ricevitori militari era
così grande che gli alleati degli Stati Uniti dovettero comprare
ricevitori commerciali in grado di leggere i segnali civili.
La triangolazione
Il sistema di Posizionamento Globale GPS si
basa sul principio della triangolazione. Se sappiamo di trovarci
a 5 km da un determinato posto, a 3 km da un secondo e a 7 da un
terzo, possiamo facilmente stabilire la nostra posizione: è
sufficiente tracciare tre cerchi, ciascuno con il raggio uguale
alla distanza dal punto considerato, e segnare il punto in cui i
tre cerchi si intersecano.
Lo stesso principio viene applicato al sistema
che utilizza segnali provenienti da satelliti, ma in questo caso
sono necessari quattro punti di riferimento anzichè tre, poichè
non è possibile conoscere la distanza dei singoli satelliti. Per
questo, è necessario conoscere il tempo impiegato dal segnale a
raggiungere il ricevitore. Queste informazioni vengono fornite da
un segnale temporizzato emesso dal quarto satellite. Ogni
satellite Navstar è equipaggiato con orologi atomici accurati
entro un miliardesimo di secondo. Il tempo impiegato dal segnale
per arrivare allapparecchio ricevente viene moltiplicato
per la velocità della luce. Il ricevitore calcola così la
distanza tra se e ogni satellite e ottiene la propria posizione
esatta.
Il sistema GPS venne realizzato per il
Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti allo scopo di fornire
dati per la navigazione delle forze armate USA. Oggi costituisce
un indispensabile strumento per numerosissimi utenti civili
sparsi per tutto il mondo, in particolare per chi opera a vario
titolo nei trasporti e per gli scienziati. Tra gli altri
impieghi, è stato utilizzato per allineare il Tunnel della
Manica e per aggiornare carte geografiche di tutto il mondo.
In conflitto con le aerolinee
Presto scaturì una disputa anche tra i
Dipartimento della Difesa e le autorità dellaviazione
civile. Queste volevano un sistema di posizionamento più
accurato per limpiego da parte degli aerei di linea,
poichè il normale segnale civile non è sufficiente per gli
atterraggi di precisione.
LInternational Civil Aviation
Organisation (Organizzazione Internazionale dellAviazione
Civile) ha dichiarato nel 1991 che nel XXI secolo i satelliti
saranno indispensabili per la navigazione degli aerei di linea e
il governo degli Stati Uniti si è impegnato a soddisfare la
richiesta, annunciando che il GPS sarebbe stato disponibile per
gli utenti di tutto il mondo per dieci anni almeno.
Alla fine del 1993, inoltre, il Dipartimento
della Difesa Statunitense ha accettato la gestione congiunta del
sistema con i Dipartimento dei Trasporti. Nonostante ciò, ancora
oggi il GPS è gestito principalmente dai militari, che hanno
tuttora la capacità di crittografare i segnali. Le stazioni di
terra, la cui posizione è conosciuta esattamente, possono però
aggirare lostacolo trasmettendo a certi ricevitori le
correzioni relative alle posizioni indagate, aumentando la
precisione fino a tre metri !
Ultimamente è stata proposta
listallazione di un sistema satellitare di navigazione
globale, o GNSS (Global Navigation Satellite System), controllato
da unautorità dellAviazione Civile e basato su
alcuni differenti sistemi satellitari. Esso dovrebbe includere il
GPS americano, il Sistema Satellitare di Navigazione Globale
russo (GLONASS), 66 satelliti Iridium, e il sistema Inmarsat,
dellInternational Maritime Organisation (Organizzazione
Marittima Internazionale).
Salvataggio Internazionale
Il programma Cospas-Sarsat è un sistema
internazionale di ricerca e salvataggio gestito da Stati Uniti,
Francia, Canada e Russia. Esso utilizza quattro satelliti posti
in orbite quasi polari a unaltezza compresa tra gli 800 e i
1000 km. Ogni satellite porta unapparecchiatura
appositamente concepita per ritrasmettere i segnali emessi dai
radiofari di emergenza.
Navi e aerei in difficoltà che si trovano in
località sperdute possono impiegare questo sistema per
facilitare il compito di ricerca dei soccorritori. A 121,5 Mhz i
segnali continui di richiesta di soccorso vengono trasmessi via
satellite a una stazione a terra. Grazie ad essi è possibile
calcolare la posizione di chi è in pericolo con
unaccuratezza di 5-10 km. A 406 Mhz, il segnale invia un
codice che identifica il mezzo in difficoltà. Le radioboe che
emettono a questa frequenza possono essere localizzate con una
precisione di 3 km.
DATI GPS NAVSTAR
Peso al lancio: Block 1 (prima versione)
773 kg; Block 2 (seconda versione) 1715 kg
Larghezza (compresi i pannelli solari):
5,33 metri
Orbita: orbite circolari su sei piani.
Quattro satelliti in ogni piano. I satelliti sono posizionati in
modo che se siano sempre visibili almeno quattro da qualunque
punto della Terra
Inclinazione: 55 gradi
Periodo orbitale: 12 ore
Altezza: 20.000 km
Data primo lancio: 22 febbraio 1978
Stato attuale: ventiquattro satelliti in
orbita, compresi tre di riserva
Vettore di lancio dei Navstat: Atlas-F
per il Block 1 e Delta 2 per il Block 2
By
Dr Coco