Navstar è una rete di satelliti statunitensi che forniscono servizi di sistema di posizionamento globale (GPS). Sono utilizzati per la navigazione sia dai militari che dai civili.

Questi 24 satelliti GPS principali orbitano intorno alla Terra ogni 12 ore, inviando un segnale sincronizzato da ogni singolo satellite. Poiché i satelliti si muovono in direzioni diverse, un utente a terra riceve i segnali in tempi leggermente diversi. Quando almeno quattro satelliti entrano in contatto con il ricevitore, quest’ultimo può calcolare dove si trova l’utente – spesso con una precisione di pochi metri, per uso civile.

I segnali GPS erano “degradati” per uso civile, il che significa che erano veramente precisi solo nelle applicazioni militari. Nel 2000, tuttavia, il presidente Bill Clinton ha autorizzato lo spegnimento di questa “disponibilità selettiva”.

Al giorno d’oggi, molte persone danno per scontato i dispositivi Global Positioning System. La maggior parte delle persone ha familiarità con il concetto di usare un sistema GPS (sia come dispositivo autonomo che in un telefono) per trovare la strada. Il GPS può anche identificare la posizione di un utente, il che è utile per l’orientamento e anche per attività divertenti come il geocaching (trovare cache nascoste con l’uso di dispositivi GPS).

Il GPS può anche essere usato per il tracciamento, come l’aggiunta di un tag a un animale per vedere l’estensione del suo territorio. La tecnologia assiste anche nella mappatura, ad esempio aiutando a definire meglio i contorni di un paese. Ci sono probabilmente migliaia di applicazioni per i sistemi GPS, che vanno da tutto ciò che aiuta gli escursionisti a navigare in aree remote, ad assistere gli agricoltori nella semina precisa dei loro campi, ad assistere i droni nel trovare i loro obiettivi.

“L’idea di andare da qualche parte senza il posizionamento satellitare e le mappe a portata di mano – o scattare foto senza i dati di geotagging – può essere estranea alle persone in questi giorni come agganciare un carro per una corsa al negozio di mangimi. È un anacronismo di un’altra epoca”, ha scritto Digital Trends del GPS.

Tenere i sottomarini nella giusta direzione

La marina americana ha sviluppato il primo sistema operativo di navigazione satellitare – chiamato Transit – negli anni ’60. Questi veicoli spaziali “stabilizzati in rotazione” – nel senso che il loro spin manteneva il veicolo spaziale puntato nella stessa direzione – sono stati utilizzati per la prima volta per la navigazione nel 1964 dai sottomarini Polaris.

Anche in quei primi giorni, tuttavia, le persone che hanno costruito il sistema potevano vedere usi scientifici per il GPS.

“Entrambi siamo stati enormemente soddisfatti di alcuni degli usi passati e presenti della navigazione satellitare, tra cui il tracciamento degli uccelli e degli animali migratori e le efficaci tecniche di ricerca e salvataggio che possono individuare i problemi in aree remote in tutto il mondo”, hanno scritto George Weiffenbach e William Guier, che hanno entrambi contribuito alla costruzione di Transit, in un articolo del 1998 per la Johns Hopkins University.

“Naturalmente, abbiamo sottovalutato i progressi dell’elettronica. In particolare, non avevamo previsto l’incredibile misura in cui le dimensioni e i costi sarebbero stati ridotti per le applicazioni quotidiane per il mercato di massa, ad esempio i sistemi di navigazione per le nostre automobili e imbarcazioni da diporto, e persino le unità portatili per gli escursionisti.”

C’erano anche altri primi sistemi, come il satellite Timation della Marina che sperimentava l’uso di orologi precisi nello spazio. Questo è stato un importante predecessore di Navstar, dato che il sistema GPS si basa sulla temporizzazione per mantenere i satelliti sincronizzati.

Generazioni di satelliti

Nel frattempo, altre branche dell’esercito americano stavano lavorando sui propri sistemi di navigazione. Con così tanti sistemi che cercavano di mantenere gli utenti sulla rotta, alla fine i militari si resero conto che poteva valere la pena sviluppare un sistema che tutti i rami potessero usare.

Nel 1973, il Pentagono propose un sistema di posizionamento satellitare globale che oggi è conosciuto come Navstar.

“Le ragioni principali per lo sviluppo del GPS erano la necessità di consegnare armi con precisione sul bersaglio, e di invertire la proliferazione dei sistemi di navigazione nell’esercito degli Stati Uniti.USA”, ha scritto Rick Sturdevant in un libro della NASA del 2007 riguardante lo spazio nelle applicazioni civili.

“Fin dall’inizio, tuttavia, il Dipartimento della Difesa (DOD) ha riconosciuto l’utilità del GPS alla comunità civile mondiale.”

Navstar è progettato per operare con almeno 24 satelliti in orbita. La prima generazione di satelliti Navstar ha iniziato il lancio nel 1978. A parte il fallimento del Navstar 7, nel 1981, che non riuscì a raggiungere l’orbita, circa 10 satelliti costruiti dalla Lockheed Martin andarono nello spazio.

A partire dal 1989, secondo la Space Page di Gunter, furono lanciati i primi satelliti GPS completi. Erano progettati per funzionare 14 giorni senza bisogno di interventi da terra. Nove di questi satelliti furono lanciati in rapida successione tra il 1989 e il 1990.

I sistemi GPS negli Stati Uniti sono passati attraverso sei grandi iterazioni dal 1978. L’ultimo blocco di satelliti, chiamato IIF, è stato lanciato tra il 2010 e il 2016. I 12 satelliti sono tutti progettati per durare 12 anni. Alcune delle loro caratteristiche degne di nota includono la capacità di ricevere upload di software, una migliore resistenza al jamming e il raddoppio della precisione.

Il gruppo di satelliti GPS Block IIIA – il settimo gruppo di satelliti GPS, e il primo gruppo della terza generazione – è prodotto da Lockheed Martin. Il blocco doveva originariamente iniziare il lancio nel 2014. Tuttavia, i ritardi tecnici hanno spinto il primo lancio previsto a maggio 2018. La serie dovrebbe lanciare 10 satelliti, con l’ultimo previsto per il secondo trimestre del 2023.

“I satelliti GPS III di Lockheed Martin avranno una precisione tre volte migliore e capacità anti-jamming fino a otto volte migliori”, ha scritto la società sul suo sito web. “La vita del veicolo spaziale si estenderà a 15 anni, il 25% in più rispetto ai più recenti satelliti GPS in orbita oggi. Il nuovo segnale civile L1C del GPS III lo renderà anche il primo satellite GPS che trasmette un segnale compatibile con altri sistemi internazionali di navigazione satellitare globale, come Galileo, migliorando la connettività per gli utenti civili.”

GPS III è stato in sviluppo dal 1998, con finanziamenti disponibili dal 2000, secondo Digital Trends. La nuova serie di satelliti avrà quattro serie di segnali civili invece di uno standard. Uno di questi nuovi segnali (noto come L2C) ha un segnale più forte che sarà più facile da raccogliere sotto gli alberi, all’interno o in aree difficili come i canyon.

Anche i militari riceveranno un beneficio, con segnali M-code a banda larga disponibili. In alcune aree, questo migliorerà la forza del segnale GPS di 100 volte. Così i militari avranno un segnale più forte che è più difficile da inceppare, fornendo aiuto per i droni o per le squadre che lavorano in aree remote.

Disponibilità selettiva

Il GPS per gli utenti civili ha fatto un balzo in avanti nel 2000 quando Clinton ha autorizzato la fine della “disponibilità selettiva”. In precedenza, i civili ricevevano una visione molto più “grossolana” della loro posizione perché i militari manipolavano fattori come i dati orbitali o la frequenza dell’orologio del satellite.

Non passò molto tempo, tuttavia, prima che i civili temessero che l’opzione potesse essere riattivata. Gli attacchi terroristici dell’11 settembre 2001 al World Trade Center e al Pentagono hanno indotto una serie di nuove misure di sicurezza. Sei giorni dopo gli attacchi, l’Interagency GPS Executive Board dichiarò che non c’erano cambiamenti alla politica degli Stati Uniti: non usare più la disponibilità selettiva.

Nel 2007, il presidente George W. Bush accettò una raccomandazione per fare un passo avanti. Su consiglio del Dipartimento della Difesa, ha diretto che la generazione Navstar III non avrebbe avuto la capacità di fare la disponibilità selettiva a tutti. Con il GPS ora un’industria multimiliardaria, sembrava che le considerazioni commerciali avessero una voce forte a Washington.

“Mentre questa azione non migliorerà materialmente le prestazioni del sistema”, si legge in una dichiarazione del Dipartimento della Difesa, “riflette il forte impegno degli Stati Uniti verso gli utenti, rafforzando che questa utilità globale può essere contata per sostenere applicazioni civili pacifiche in tutto il mondo.”

A differenza dei primi giorni, Navstar affronta la concorrenza di altri sistemi simili al GPS costruiti da altri paesi per uso civile e militare. I russi hanno un sistema chiamato GLONASS, mentre gli europei ne hanno un altro chiamato Galileo che è nelle prime fasi di implementazione.

Con la disponibilità selettiva non inclusa negli ultimi satelliti GPS, i nuovi sistemi possono rintracciare le posizioni per i civili entro un solo piede, secondo The Verge. Un tipico localizzatore GPS oggi può individuare le posizioni dei civili con una precisione da tre a nove metri (da 10 a 16 piedi.)