Sygnał z Kosmosu

Adam Śliwa

publikacja 22.11.2018 10:46

Pomaga znaleźć drogę, kontrolować przesyłki a zagubionych w górach można łatwo odnaleźć.

Sygnał z Kosmosu roman koszowski /foto gość; J. Huart /ESA/east news; GPS

Trudno dziś wyobrazić sobie szukanie adresu czy poruszanie się po nieznanych ulicach miast bez map w telefonie czy odbiornika GPS. System, który ułatwił życie milionom ludzi, sterowany jest przez Siły Lotnicze USA z niewielkiego pomieszczenia w Kolorado w Ameryce Północnej.

Zagłuszanie sygnału

Początkowo Global Positioning System (GPS) miał naprowadzać rakiety na cel i pomagać w nawigacji okrętom. Z czasem z systemu zaczęli korzystać wszyscy, nie tylko armia, choć jeszcze do niedawna, aby GPS nie był zbyt dokładny, sztucznie zagłuszano sygnał. Pozycję można było określić z dokładnością tylko do ok. 100 metrów. Kilkanaście lat temu zagłuszanie wyłączono, o czym możemy przekonać się sami, kiedy nawigacja w smartfonie doprowadza dokładnie pod drzwi wskazanego adresu. Odbiorniki używane przez geodetów są dokładne nawet do kilku centymetrów. System GPS jest bezpłatny i dostępny dla każdego. Bez niego byłoby trudno i nie chodzi tylko o szukanie drogi. Za pomocą nawigacji GPS kontrolowane są transporty i przesyłki, statki i samoloty bezpiecznie docierają do portów, a zagubionych w górach turystów można łatwo odnaleźć. Nawet rolnicy mogą dokładnie orać pole, kontrolując swoją pozycję sygnałem z Kosmosu.

Pracujący i rezerwowi

Trzymając smartfon w ręku, musimy wiedzieć i pamiętać, że jest on odbiornikiem łączącym się stale z przynajmniej czterema satelitami krążącymi po orbicie Ziemi na wysokości 20 km. W sumie w Kosmosie na sześciu orbitach pracują 24 satelity plus 7 rezerwowych. Każdy okrąża Ziemię dwa razy na dobę. Urządzenie „żyje” co najmniej 7 lat przy starszych modelach, a 12 przy najnowszych. Niedługo wprowadzona zostanie najnowsza generacja satelitów – będą one mogły działać w kosmosie nawet przez 15 lat. Odbiornik GPS odbierający sygnał z minimum czterech satelitów określa pozycję i wysokość na podstawie czasu, jaki upływa między wysłaniem sygnału z satelity a dotarciem do odbiornika, czyli nawigacji. Każdy satelita ma precyzyjny zegar atomowy, dzięki czemu w sygnale zapisany jest dokładny czas wysyłki. Sygnał leci do nas z prędkością zbliżoną do prędkości światła. 

Cały artykuł w grudniowym numerze „Małego Gościa”

Po co cztery?

Pomiar z jednego satelity można zilustrować na przykładzie latarni ulicznej. Jeżeli staniemy w określonej odległości od niej i zaczniemy ją okrążać, zachowując ciągle ten sam dystans, światło latarni będzie biegło do nas w tym samym czasie, niezależnie od tego, w którym miejscu okręgu jesteśmy. Znając czas, z jakim sygnał trafił do nas z satelity, jesteśmy więc w stanie określić naszą odległość względem niego, ale to nie wystarczy do ustalenia naszej pozycji – możemy bowiem być w każdym miejscu stworzonego okręgu. Pora więc dodać drugiego satelitę. Znając naszą odległość od satelity A oraz od satelity B, zmniejszamy obszar poszukiwań jedynie do dwóch miejsc – tych, w których oba okręgi się przecinają. Dopiero sygnał z trzeciego satelity pozwala określić naszą dokładną pozycję – przecięcie wszystkich trzech okręgów jest możliwe tylko w jednym miejscu. Dysponując sygnałem z czterech satelitów, możemy ponadto określić naszą wysokość.

Trzyczęściowy system

Pierwsza część systemu to część kosmiczna, czyli konstelacja satelitów. Druga część to system kontroli, czyli główne centrum w Kolorado, zapasowe centrum, 11 anten i 16 ośrodków monitorujących rozmieszczonych na całym świecie. Najbliżej Polski jest ośrodek w Wielkiej Brytanii. Dzięki naziemnym instalacjom można stamtąd przesyłać polecenia do satelitów, zmieniać ich trasy, a także wgrywać aktualizację. Trzecia część to my, czyli użytkownicy odbiorników GPS w nawigacjach samochodowych czy smartfonach. Nasze urządzenie nanosi pozycję na wgrane mapy. Warto dodać, że my nie możemy niczego wysłać w Kosmos, ale stale jesteśmy na nasłuchu sygnału z satelitów w Kosmosie. Aby uniezależnić się od amerykańskiego systemu, kilka krajów tworzy własne nawigacje, ale to GPS jest niekwestionowanym liderem. Galileo – system Unii Europejskiej z jednym polskim satelitą „Zofia”. Początek pełnego działania planowany jest na rok 2020. Beidou – system chiński. Na razie swoim zasięgiem obejmuje tylko Azję. Pełna operacyjność planowana jest na 2020 r. Glonass – system rosyjski. Uruchamiany od lat 70. XX wieku. Ostatnio znów zaczął działać w 2011 roku. Jego satelity latają nieco niżej niż GPS. System pokrywa cały świat.

Dostępna jest część treści. Chcesz więcej? Zaloguj się i rozpocznij subskrypcję.
 Kup wydanie papierowe lub najnowsze e-wydanie.