Navstar to sieć amerykańskich satelitów, które zapewniają usługi globalnego systemu pozycjonowania (GPS). Są one wykorzystywane do nawigacji zarówno przez wojsko, jak i cywilów.

Te 24 główne satelity GPS okrążają Ziemię co 12 godzin, wysyłając zsynchronizowany sygnał z każdego satelity z osobna. Ponieważ satelity poruszają się w różnych kierunkach, użytkownik na ziemi odbiera sygnały w nieco innym czasie. Gdy co najmniej cztery satelity nawiązują kontakt z odbiornikiem, odbiornik może obliczyć, gdzie znajduje się użytkownik – często z dokładnością do kilku stóp, do użytku cywilnego.

Sygnały GPS były kiedyś „zdegradowane” do użytku cywilnego, co oznacza, że były one naprawdę precyzyjne tylko w zastosowaniach wojskowych. W 2000 roku prezydent Bill Clinton zezwolił jednak na wyłączenie tej „selektywnej dostępności”.”

W dzisiejszych czasach wielu ludzi traktuje urządzenia Globalnego Systemu Pozycjonowania jako coś oczywistego. Większość ludzi zna koncepcję korzystania z systemu GPS (jako samodzielnego urządzenia lub w telefonie), aby znaleźć drogę dookoła. GPS może również identyfikować lokalizację użytkownika, co jest przydatne do orientacji, a nawet do zabawy, takiej jak geocaching (znajdowanie ukrytych skrytek za pomocą urządzeń GPS).

GPS może być również wykorzystywany do śledzenia, np. dodawania znacznika do zwierzęcia, aby zobaczyć zakres jego terytorium. Technologia ta pomaga również w tworzeniu map, np. pomaga lepiej określić kontury kraju. Istnieją prawdopodobnie tysiące zastosowań dla systemów GPS, począwszy od wszystkiego, aby pomóc turystom nawigować w odległych obszarach, do pomocy rolnikom z precyzyjnie siewu ich pól, do pomocy drony z znalezieniem ich cele.

„Pomysł, aby iść gdzieś bez satelitarnego pozycjonowania i map na wyciągnięcie ręki – lub pstrykanie zdjęć bez danych geotagging – może być tak obcy dla ludzi w tych dniach, jak zaprzęgnąć wóz do biegu do sklepu paszowego. To anachronizm z innej epoki” – napisał Digital Trends o GPS.

Prowadzenie okrętów podwodnych we właściwym kierunku

Marynarka wojenna Stanów Zjednoczonych opracowała pierwszy działający system nawigacji satelitarnej – nazwany Transit – w latach 60. Te „stabilizowane spinowo” statki kosmiczne – co oznacza, że ich spin utrzymywał statek kosmiczny skierowany w tym samym kierunku – zostały po raz pierwszy użyte do nawigacji w 1964 roku przez okręty podwodne Polaris.

Już w tych wczesnych dniach, jednakże, ludzie, którzy zbudowali system widzieli naukowe zastosowania dla GPS.

„Obaj byliśmy bardzo zadowoleni z niektórych przeszłych i obecnych zastosowań nawigacji satelitarnej, w tym śledzenia migrujących ptaków i zwierząt oraz skutecznych technik poszukiwawczych i ratowniczych, które mogą wskazać problemy w odległych miejscach na całym świecie” – napisali George Weiffenbach i William Guier, którzy przyczynili się do budowy systemu Transit, w artykule z 1998 r. dla Johns Hopkins University.

„Oczywiście nie doceniliśmy postępu w elektronice. W szczególności nie przewidzieliśmy niewiarygodnego stopnia, w jakim rozmiar i koszt zostaną zredukowane dla codziennych zastosowań na rynku masowym, np. systemów nawigacyjnych dla naszych samochodów i łodzi turystycznych, a nawet podręcznych urządzeń dla turystów.”

Były też inne wczesne systemy, takie jak satelita Timation Marynarki Wojennej, który testował użycie dokładnych zegarów w przestrzeni kosmicznej. Był to ważny poprzednik Navstar, ponieważ system GPS opiera się na zegarach, aby utrzymać synchronizację satelitów.

Generacje satelitów

W międzyczasie inne gałęzie amerykańskiego wojska pracowały nad własnymi systemami nawigacyjnymi. Przy tak wielu systemach próbujących utrzymać użytkowników na właściwej ścieżce, w końcu wojsko zdało sobie sprawę, że warto byłoby opracować system, z którego mogłyby korzystać wszystkie gałęzie.

W 1973 r. Pentagon zaproponował globalny system pozycjonowania satelitarnego, który dziś znany jest jako Navstar.

„Głównymi powodami rozwoju GPS była potrzeba dostarczenia broni dokładnie na cel oraz odwrócenie procesu rozprzestrzeniania się systemów nawigacyjnych w wojsku amerykańskim” – pisze Rick St.USA”, napisał Rick Sturdevant w książce NASA z 2007 roku dotyczącej przestrzeni kosmicznej w zastosowaniach cywilnych.

„Od początku jednak Departament Obrony (DOD) dostrzegał przydatność GPS dla światowej społeczności cywilnej.”

Navstar został zaprojektowany do działania z co najmniej 24 satelitami na orbicie. Pierwsza generacja satelitów Navstar rozpoczęła wystrzeliwanie w 1978 roku. Poza niepowodzeniem Navstar 7 w 1981 roku, który nie dotarł na orbitę, około 10 satelitów zbudowanych przez Lockheed Martin znalazło się w przestrzeni kosmicznej.

Począwszy od 1989 roku, według Gunter’s Space Page, wystrzelono pierwsze pełnoprawne satelity GPS. Zostały one zaprojektowane do działania przez 14 dni bez potrzeby interwencji z ziemi. Dziewięć z tych satelitów wystrzelono w szybkim tempie w latach 1989-1990.

Systemy GPS w Stanach Zjednoczonych przeszły sześć głównych iteracji od 1978 roku. Najnowszy blok satelitów, zwany IIF, wystartował między 2010 a 2016 rokiem. Wszystkie 12 satelitów zostało zaprojektowanych na 12 lat. Niektóre z ich godnych uwagi funkcji obejmują zdolność do odbierania oprogramowania uploads, lepszą odporność na zagłuszanie i podwojenie dokładności.

Zestaw satelitów GPS Block IIIA – siódmy zestaw satelitów GPS, a pierwszy zestaw trzeciej generacji – jest produkowany przez Lockheed Martin. Blok ten miał pierwotnie rozpocząć wystrzeliwanie w 2014 roku. Jednak opóźnienia techniczne spowodowały, że pierwszy planowany start przesunął się na maj 2018 roku. W serii ma wystrzelić 10 satelitów, a ostatni zaplanowano na drugi kwartał 2023 roku.

„Satelity GPS III firmy Lockheed Martin będą miały trzykrotnie lepszą dokładność i do ośmiu razy lepsze możliwości antyzakłóceniowe” – napisała firma na swojej stronie internetowej. „Żywotność statku kosmicznego wydłuży się do 15 lat, o 25 procent dłużej niż najnowsze satelity GPS znajdujące się obecnie na orbicie. Nowy sygnał cywilny L1C GPS III również uczyni go pierwszym satelitą GPS nadającym sygnał zgodny z innymi międzynarodowymi globalnymi systemami nawigacji satelitarnej, takimi jak Galileo, poprawiając łączność dla użytkowników cywilnych.”

GPS III jest w fazie rozwoju od 1998 roku, z finansowaniem dostępnym od 2000 roku, według Digital Trends. Nowy zestaw satelitów będzie miał cztery zestawy cywilnych sygnałów zamiast standardowego jednego. Jeden z tych nowych sygnałów (znany jako L2C) ma silniejszy sygnał, który będzie łatwiejszy do odebrania pod drzewami, wewnątrz lub w trudnych obszarach, takich jak canyons.

Wojsko otrzyma korzyści, jak również, z wysokiej przepustowości M-kod sygnałów dostępnych. W niektórych obszarach, będzie to wzmocnić siłę sygnału GPS 100-krotnie. Więc wojsko będzie miało silniejszy sygnał, który jest trudniejszy do zakleszczenia, zapewniając pomoc dla dronów lub dla zespołów pracujących w odległych obszarach.

Selektywna dostępność

GPS dla użytkowników cywilnych wziął skok do przodu w 2000 roku, kiedy Clinton upoważnił koniec „selektywnej dostępności”. Wcześniej cywile otrzymywali znacznie „zgrubniejszy” obraz swojej pozycji, ponieważ wojsko manipulowało takimi czynnikami jak dane orbitalne czy częstotliwość zegara satelity.

Nie minęło jednak wiele czasu, zanim cywile zaczęli obawiać się, że opcja ta może zostać ponownie włączona. Ataki terrorystyczne z 11 września 2001 r. na World Trade Center i Pentagon spowodowały szereg nowych środków bezpieczeństwa. Sześć dni po atakach, Międzyagencyjny Zarząd GPS stwierdził, że nie było żadnych zmian w polityce Stanów Zjednoczonych: nie używać selektywnej dostępności ponownie.

W 2007 roku, Prezydent George W. Bush zaakceptował zalecenie, aby pójść o krok dalej. Za radą Departamentu Obrony zarządził, że generacja Navstar III nie będzie miała w ogóle możliwości korzystania z selektywnej dostępności. Z GPS obecnie wielomiliardowy przemysł, wydawało się, że względy komercyjne mają silny głos w Waszyngtonie.

„Chociaż to działanie nie będzie istotnie poprawić wydajność systemu,” czytamy w oświadczeniu Departamentu Obrony, „to odzwierciedla silne zobowiązanie Stanów Zjednoczonych do użytkowników poprzez wzmocnienie, że to globalne narzędzie może być liczony na wsparcie pokojowych zastosowań cywilnych na całym świecie.”

Niestety, w przeciwieństwie do wczesnych dni, Navstar stoi w obliczu konkurencji z innymi systemami podobnymi do GPS zbudowanymi przez inne kraje do użytku cywilnego i wojskowego. Rosjanie mają system o nazwie GLONASS, podczas gdy Europejczycy mają inny o nazwie Galileo, który jest we wczesnym stadium wdrażania.

Z selektywnej dostępności nie zawarte na najnowszych satelitów GPS, nowsze systemy mogą śledzić lokalizacje dla cywilów do zaledwie jednej stopy, według The Verge. Typowy lokalizator GPS może dziś wskazywać lokalizacje cywilów z dokładnością od trzech do dziewięciu metrów (10 do 16 stóp).)