Navstar est un réseau de satellites américains qui fournissent des services de système de positionnement global (GPS). Ils sont utilisés pour la navigation par les militaires et les civils.

Ces 24 satellites GPS principaux tournent autour de la Terre toutes les 12 heures, envoyant un signal synchronisé depuis chaque satellite individuel. Comme les satellites se déplacent dans des directions différentes, un utilisateur au sol reçoit les signaux à des moments légèrement différents. Lorsqu’au moins quatre satellites entrent en contact avec le récepteur, celui-ci peut calculer l’endroit où se trouve l’utilisateur – souvent avec une précision de quelques pieds seulement, pour un usage civil.

Les signaux GPS étaient autrefois « dégradés » pour un usage civil, ce qui signifie qu’ils n’étaient vraiment précis que dans les applications militaires. En 2000, cependant, le président Bill Clinton a autorisé l’arrêt de cette « disponibilité sélective ».

De nos jours, beaucoup de gens considèrent les appareils du Global Positioning System comme allant de soi. La plupart des gens sont familiers avec le concept d’utilisation d’un système GPS (soit en tant que dispositif autonome, soit dans un téléphone) pour trouver son chemin. Le GPS peut également identifier l’emplacement d’un utilisateur, ce qui est utile pour l’orientation et même pour des activités amusantes comme le géocaching (trouver des caches cachées à l’aide d’appareils GPS.) Mais il existe également d’autres utilisations, outre la localisation et la navigation.

Le GPS peut également être utilisé pour le suivi, par exemple en ajoutant une balise à un animal pour connaître l’étendue de son territoire. La technologie aide également à la cartographie, par exemple en permettant de mieux définir les contours d’un pays. Il existe probablement des milliers d’applications pour les systèmes GPS, allant de tout à l’aide aux randonneurs pour se diriger dans des zones reculées, à l’aide aux agriculteurs pour ensemencer précisément leurs champs, en passant par l’aide aux drones pour trouver leurs cibles.

« L’idée d’aller quelque part sans positionnement par satellite et sans cartes au bout des doigts – ou de prendre des photos sans données de géolocalisation – peut être aussi étrangère aux gens de nos jours que d’atteler un chariot pour aller au magasin d’aliments pour animaux. C’est un anachronisme d’une autre époque », écrit Digital Trends à propos du GPS.

Garder les sous-marins dans la bonne direction

La marine américaine a développé le premier système de navigation par satellite opérationnel – appelé Transit – dans les années 1960. Ces engins spatiaux « stabilisés par rotation » – ce qui signifie que leur rotation maintenait l’engin spatial dans la même direction – ont été utilisés pour la première fois pour la navigation en 1964 par les sous-marins Polaris.

Même à ces débuts, cependant, les personnes qui ont construit le système pouvaient voir des utilisations scientifiques pour le GPS.

« Nous avons tous deux été énormément satisfaits de certaines des utilisations passées et présentes de la navigation par satellite, notamment le suivi des oiseaux et des animaux migrateurs et les techniques de recherche et de sauvetage efficaces qui permettent de localiser les problèmes dans des zones reculées du monde entier », ont écrit George Weiffenbach et William Guier, qui ont tous deux contribué à la construction de Transit, dans un article de 1998 pour l’université Johns Hopkins.

« Bien sûr, nous avons sous-estimé les progrès de l’électronique. En particulier, nous n’avons pas prédit l’incroyable mesure dans laquelle la taille et le coût seraient réduits pour les applications quotidiennes destinées au marché de masse, par exemple les systèmes de navigation pour nos automobiles et nos bateaux de plaisance, et même les unités portatives pour les randonneurs. »

Il y avait aussi d’autres systèmes précoces, comme le satellite Timation de la Marine qui a testé l’utilisation d’horloges précises dans l’espace. Il s’agissait d’un prédécesseur important du Navstar, car ce système GPS repose sur la synchronisation des satellites.

Générations de satellites

Pendant ce temps, d’autres branches de l’armée américaine travaillaient sur leurs propres systèmes de navigation. Avec tant de systèmes essayant de garder les utilisateurs sur la bonne voie, l’armée a fini par réaliser qu’il pourrait être utile de développer un système que toutes les branches pourraient utiliser.

En 1973, le Pentagone a proposé un système de positionnement global par satellite qui est aujourd’hui connu sous le nom de Navstar.

« Les principales raisons du développement du GPS étaient la nécessité de livrer des armes précisément sur la cible, et d’inverser la prolifération des systèmes de navigation dans l’armée américaine.Unis », écrit Rick Sturdevant dans un livre de la NASA de 2007 concernant l’espace dans les applications civiles.

« Dès le début, cependant, le ministère de la Défense (DOD) a reconnu l’utilité du GPS pour la communauté civile mondiale. »

Navstar est conçu pour fonctionner avec au moins 24 satellites en orbite. La première génération de satellites Navstar a commencé à être lancée en 1978. Mis à part l’échec de Navstar 7, en 1981, qui n’a pas réussi à atteindre l’orbite, une dizaine de satellites construits par Lockheed Martin sont allés dans l’espace.

À partir de 1989, selon la page spatiale de Gunter, les premiers satellites GPS à part entière ont été lancés. Ils étaient conçus pour fonctionner 14 jours sans nécessiter d’intervention pour le sol. Neuf de ces satellites ont été lancés en succession rapide entre 1989 et 1990.

Les systèmes GPS aux États-Unis ont connu six itérations majeures depuis 1978. Le dernier bloc de satellites, appelé IIF, a été lancé entre 2010 et 2016. Les 12 satellites sont tous conçus pour durer 12 ans. Certaines de leurs caractéristiques notables incluent la capacité de recevoir des téléchargements de logiciels, une meilleure résistance au brouillage et le doublement de la précision.

L’ensemble de satellites GPS Block IIIA – le septième ensemble de satellites GPS, et le premier ensemble de la troisième génération – est fabriqué par Lockheed Martin. Le bloc était initialement censé commencer à être lancé en 2014. Toutefois, des retards techniques ont repoussé le premier lancement prévu à mai 2018. La série devrait lancer 10 satellites, le dernier étant prévu pour le deuxième trimestre de 2023.

« Les satellites GPS III de Lockheed Martin auront une précision trois fois supérieure et des capacités anti-brouillage jusqu’à huit fois supérieures », écrit l’entreprise sur son site internet. « La durée de vie des engins spatiaux sera portée à 15 ans, soit 25 % de plus que les plus récents satellites GPS en orbite aujourd’hui. Le nouveau signal civil L1C du GPS III en fera également le premier satellite GPS diffusant un signal compatible avec d’autres systèmes mondiaux de navigation par satellite internationaux, comme Galileo, améliorant ainsi la connectivité pour les utilisateurs civils. »

Le GPS III est en développement depuis 1998, avec un financement disponible depuis 2000, selon Digital Trends. Le nouvel ensemble de satellites aura quatre ensembles de signaux civils au lieu d’un seul standard. L’un de ces nouveaux signaux (connu sous le nom de L2C) a un signal plus fort qui sera plus facile à capter sous les arbres, à l’intérieur ou dans des zones difficiles comme les canyons.

Les militaires recevront également un avantage, avec des signaux de code M à large bande passante disponibles. Dans certaines zones, cela permettra de multiplier par 100 la puissance du signal GPS. Les militaires disposeront donc d’un signal plus fort et plus difficile à brouiller, ce qui constitue une aide pour les drones ou pour les équipes travaillant dans des zones reculées.

Disponibilité sélective

Le GPS pour les utilisateurs civils a fait un bond en avant en 2000 lorsque Clinton a autorisé la fin de la « disponibilité sélective ». Auparavant, les civils recevaient une vue beaucoup plus « grossière » de leur position car les militaires manipulaient des facteurs tels que les données orbitales ou la fréquence de l’horloge du satellite.

Il n’a cependant pas fallu longtemps pour que les civils craignent que l’option ne soit à nouveau activée. Les attaques terroristes du 11 septembre 2001 contre le World Trade Center et le Pentagone ont suscité un ensemble de nouvelles mesures de sécurité. Six jours après les attaques, l’Interagency GPS Executive Board a déclaré qu’il n’y avait aucun changement dans la politique des États-Unis : ne plus utiliser la disponibilité sélective.

En 2007, le président George W. Bush a accepté une recommandation d’aller un peu plus loin. Sur les conseils du ministère de la Défense, il a ordonné que la génération Navstar III n’aurait pas du tout la capacité de faire de la disponibilité sélective. Le GPS étant désormais une industrie de plusieurs milliards de dollars, il semblait que les considérations commerciales avaient une voix forte à Washington.

« Bien que cette action n’améliorera pas matériellement les performances du système », peut-on lire dans un communiqué du ministère de la Défense, « elle reflète l’engagement fort des États-Unis envers les utilisateurs en renforçant le fait que l’on peut compter sur cette utilité mondiale pour soutenir des applications civiles pacifiques dans le monde entier. »

Comme aux premiers jours, Navstar doit faire face à la concurrence d’autres systèmes de type GPS construits par d’autres pays pour un usage civil et militaire. Les Russes disposent d’un système appelé GLONASS, tandis que les Européens en ont un autre appelé Galileo qui en est aux premiers stades de son déploiement.

La disponibilité sélective n’étant pas incluse sur les derniers satellites GPS, les systèmes plus récents peuvent localiser les emplacements pour les civils à un pied près, selon The Verge. Aujourd’hui, un localisateur GPS typique peut repérer des emplacements civils avec une précision de trois à neuf mètres (10 à 16 pieds).)

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