4 octombrie 1957 a devenit un stimulent important pentru Statele Unite - după lansarea primului satelit artificial al Pământului în URSS, inginerii americani au decis să adapteze spațiul pentru a îndeplini nevoile de navigație (cu caracterul practic caracteristic Yankees). La Laboratorul de Fizică Aplicată (APL) al Universității Johns Hopkins, colaboratorii WG Guyer și J. C. Wiffenbach au studiat semnalul radio de la Sputnik 1 sovietic și au atras atenția asupra schimbării puternice a frecvenței Doppler a semnalului emis de un satelit care trece. Când s-a apropiat primul nostru născut din spațiu, frecvența semnalului a crescut, iar cel care se retragea a emis semnale radio cu frecvență descrescătoare. Cercetătorii au reușit să dezvolte un program de computer pentru a determina parametrii orbitei unui obiect care trece de la semnalul său radio într-o singură trecere. Bineînțeles, este posibil și principiul opus - calcularea parametrilor deja cunoscuți ai orbitei utilizând aceeași deplasare a frecvenței coordonatelor necunoscute ale receptorului radio la sol. Această idee a venit la șeful angajatului APL F. T. McClure și el, împreună cu directorul laboratorului, Richard Kershner, au reunit un grup de cercetători pentru a lucra la un proiect numit Transit.
Richard Kershner (stânga) este unul dintre părinții fondatori ai sistemului global de poziționare globală. Sursa: gpsworld.com
Submarinul nuclear „George Washington” este primul utilizator al sistemului de tranzit. Sursa: zonwar.ru
Orbite operaționale ale constelației de tranzit. Sursa: gpsworld.com
Principalul client a fost Marina SUA, care avea nevoie de instrumente de navigație de precizie pentru submarinele noi echipate cu rachete Polaris. Necesitatea de a determina cu exactitate locația submarinelor precum „George Washington” a fost extrem de necesară pentru noutatea de atunci - lansarea rachetelor cu focoase nucleare de oriunde din oceane.
Echipament de primire a tranzitului pentru submarine. Sursa: timeandnavigation.si.edu
Până în 1958, americanii au putut prezenta primul prototip experimental al satelitului Transit, iar pe 17 septembrie 1959, a fost trimis în spațiu. A fost creată și infrastructura la sol - până la momentul lansării, complexul echipamentului de navigație al utilizatorului, precum și stațiile de urmărire a solului erau gata.
Inginerii Universității Hopkins care au asamblat și testat nava spațială Transit. Sursa: timeandnavigation.si.edu
Americanii au lucrat la un proiect de navigație prin satelit în modul complet post-arzător: până în 1959, au construit până la cinci tipuri de sateliți de tranzit, care au fost ulterior lansați și testați. În modul de funcționare, navigația americană a început să funcționeze în decembrie 1963, adică, în mai puțin de cinci ani, a fost posibil să se creeze un sistem funcțional cu o precizie bună pentru timpul său - eroarea rădăcină-pătrat-medie (RMS) pentru un obiect staționar a fost de 60 m.
Modelul Satellite Transit 5A 1970. Sursa: timeandnavigation.si.edu
Un receptor de tranzit instalat într-o mașină folosită de geologul Smithsonian Ted Maxwell în deșertul egiptean în 1987. Calul de muncă al cercetătorului s-a dovedit a fi …
… „Niva” sovietica! Sursa: gpsworld.com [/center]
Determinarea coordonatelor unui submarin care se mișca la suprafață a fost mai problematică: dacă faceți o greșeală cu valoarea vitezei cu 0,5 km / h, atunci RMS va crește la 500 m. Prin urmare, a fost mai oportun să vă întoarceți la satelit pentru ajuta într-o poziție staționară a navei, ceea ce din nou nu a fost ușor. Tranzitul pe orbită mică (1100 km altitudine) a fost adoptat de Marina SUA la mijlocul anului 64, ca parte a patru sateliți, mărind în continuare gruparea orbitală la șapte vehicule, iar de la 67, navigația a devenit disponibilă doar pentru muritori. În acest moment, constelația satelitului Transit este utilizată pentru a studia ionosfera. Dezavantajele primului sistem de navigație prin satelit din lume au fost incapacitatea de a determina înălțimea poziției utilizatorului de la sol, durata considerabilă a observației și acuratețea poziționării obiectului, care în cele din urmă a devenit insuficientă. Toate acestea au dus la noi căutări în industria spațială americană.
Timpul navei spațiale. Sursa: timeandnavigation.si.edu
Al doilea sistem de navigație prin satelit a fost Timation from the Naval Research Laboratory (NRL), care a fost condus de Roger Easton. În cadrul proiectului, au fost asamblați doi sateliți, echipați cu ceasuri ultra-precise pentru a transmite semnale de timp către consumatorii terestri și pentru a determina cu exactitate propria locație.
Satelit experimental Timment NTS-3, echipat cu un ceas cu rubidiu. Sursa: gpsworld.com
La Timation, a fost formulat principiul de bază al viitoarelor sisteme GPS: un emițător funcționa pe satelit, emitând un semnal codat, care înregistra abonatul la sol și măsura întârzierea trecerii acestuia. Cunoscând locația exactă a satelitului pe orbită, echipamentul a calculat cu ușurință distanța până la acesta și, pe baza acestor date, și-a determinat propriile coordonate (efemeride). Desigur, acest lucru necesită cel puțin trei sateliți și, de preferință, patru. Primele timări au intrat în spațiu în 1967 și au purtat ceasuri de cuarț la început, iar mai târziu ceasuri atomice ultra-precise - rubidiu și cesiu.
Forțele Aeriene ale Statelor Unite au funcționat independent de Marina cu propriul sistem de poziționare globală numit Air Force 621B. Tridimensionalitatea a devenit o inovație importantă a acestei tehnici - acum este posibil să se determine latitudinea, longitudinea și înălțimea mult așteptată a unui obiect. Semnalele satelitului au fost separate conform unui nou principiu de codificare bazat pe un semnal pseudo-aleatoriu asemănător zgomotului. Codul pseudo-aleator crește imunitatea la zgomot a semnalului și rezolvă problema restricționării accesului. Utilizatorii civili de echipamente de navigație au acces doar la cod sursă deschisă, care poate fi modificat în orice moment de la centrul de control la sol. În acest caz, toate echipamentele „pașnice” vor eșua, definindu-și propriile coordonate cu o eroare semnificativă. Codurile blocate militare vor rămâne neschimbate.
Testele au început în 1972 la un loc de testare din New Mexico, folosind emițătoare pe baloane și avioane ca simulatoare de sateliți. „Sistemul 612B” a arătat o precizie remarcabilă de poziționare de câțiva metri și în acel moment s-a născut conceptul unui sistem global de navigație pe orbită medie cu 16 sateliți. În această versiune, un grup de patru sateliți (acest număr este necesar pentru o navigație precisă) a asigurat o acoperire de 24 de ore a întregului continent. De câțiva ani, „Sistemul 612B” a fost în rang experimental și nu a fost interesat în mod deosebit de Pentagon. În același timp, mai multe birouri din Statele Unite lucrau la un subiect de navigație "fierbinte": Laboratorul de Fizică Aplicată lucra la o modificare a tranzitului, Marina "termina" Timation și chiar forțele terestre au oferit propriul lor SECOR (Corelarea secvențială a intervalului, calculul secvențial al intervalelor). Acest lucru nu putea decât să-și îngrijoreze Ministerul Apărării, care risca să se confrunte cu formate de navigație unice în fiecare tip de trupă. La un moment dat, unul dintre războinicii americani a trântit mâna pe masă și s-a născut un GPS, încorporând tot ce-i mai bun din predecesorii săi. La mijlocul anilor 70, sub auspiciile Departamentului Apărării al SUA, a fost creat un comitet mixt tripartit numit NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), care a determinat parametrii importanți ai viitorului sistem - numărul de sateliți, înălțimile lor, semnalul coduri și metode de modulare. Când au ajuns la cifra de cost, au decis să creeze imediat două opțiuni - militare și comerciale cu o eroare prestabilită în precizia de poziționare. Air Force a jucat un rol de lider în acest program, deoarece Air Force 621B a fost cel mai sofisticat model al viitorului sistem de navigație, de la care GPS-ul a împrumutat tehnologie de zgomot pseudo-aleatorie practic neschimbată. Sistemul de sincronizare a semnalului a fost preluat din proiectul Timtation, dar orbita a fost ridicată la 20 de mii de kilometri, ceea ce a asigurat o perioadă orbitală de 12 ore în locul celei de 8 ore a predecesorului său. Un satelit cu experiență a fost lansat în spațiu deja în 1978 și, ca de obicei, toată infrastructura terestră necesară a fost pregătită în avans - au fost inventate doar șapte tipuri de echipamente receptoare. În 1995, GPS-ul a fost implementat în totalitate - aproximativ 30 de sateliți sunt în permanență pe orbită, în ciuda faptului că pentru operare sunt suficiente 24. Avioanele orbitale pentru sateliți sunt alocate șase, cu o înclinație de 550… În acest moment, aplicațiile de topografie GPS vă permit să determinați poziția consumatorului cu o precizie mai mică de un milimetru! Din 1996 au apărut sateliții Block 2R, echipați cu sistemul de navigație autonom AutoNav, care permite vehiculului să funcționeze pe orbită atunci când stația de control la sol este distrusă timp de cel puțin 180 de zile.
Până la sfârșitul anilor 1980, utilizarea GPS în luptă a fost sporadică și nesemnificativă: determinarea coordonatelor câmpurilor minate din Golful Persic și eliminarea imperfecțiunilor din hărți în timpul invaziei Panama. Un botez de foc cu drepturi depline s-a întâmplat în Golful Persic în 1990-1991 în timpul Furtunii din deșert. Trupele au reușit să manevreze activ într-o zonă deșertică, unde este dificil să se găsească repere acceptabile, precum și să efectueze focuri de artilerie cu o precizie ridicată în orice moment al zilei în condiții de furtuni de nisip. Mai târziu, GPS-ul s-a dovedit util în operațiunea de menținere a păcii din Somalia în 1993, în aterizarea americană în Haiti în 1994 și, în cele din urmă, în campaniile afgane și irakiene din secolul XXI.
