Kas yra GPS? Kodėl mums to reikia? Kuo skiriasi skirtingos navigacijos sistemos? Apie viską kalbėsime šiame straipsnyje.
Šiuo metu GPS mums atrodo kasdienis, pažįstamas dalykas, apie kurį visi yra girdėję ir dauguma naudojasi savo kasdieniame gyvenime. Tai vienas iš įrankių, kurį naudojame savo įrenginiuose. Tuo pačiu net nesusimąstome, kaip tai veikia, iš kur atsirado, kiek laiko, pastangų ir pinigų reikėjo investuoti kuriant šią sistemą. Šiandien GPS signalo imtuvai turi ne tik navigatoriai, telefonai, išmanieji telefonai, planšetiniai kompiuteriai, automobiliai, bet net fitneso apyrankės ir „išmanieji“ laikrodžiai, jų duomenys naudojami pramonėje, mėgėjų ir profesionalų sporte, ralyje ir lenktynėse ir žinoma karo pramonėje. Pažvelkime atidžiau į skirtingas navigacijos sistemas.
Palydovinė navigacija arba Global Navigation Satellite System – tai palydovų sistema, perduodanti duomenis apie pasaulinę padėties nustatymą ir tikslų laiką. Informacijai perduoti naudojamos tam tikrų dažnių radijo bangos. Gavęs tokius duomenis, imtuvas juos apskaičiuoja ir parodo mūsų buvimo vietos koordinates, tai yra ilgumą, platumą ir aukštį virš jūros lygio.
Be pagrindinių sistemų (GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo), kosmose yra ir pagalbinių sistemų. Tai vadinamosios palydovinės korekcijos sistemos (SBAS), tokios kaip Global Omnistar ir StarFire, naudojamos žemės ūkyje.
Virš mūsų taip pat yra regioninės paramos sistemos, tokios kaip WAAS JAV, EGNOS ES, MSAC Japonijoje ir GAGAN Indijoje, kurios rūpinasi duomenų patikslinimu mažesnėse pasaulio vietose. Visa tai palaiko žemės komponentai, apie kuriuos kalbėsime vėliau. Sistemoje yra daug apibrėžimų, bet mes nesileisime į detales.
Taip pat skaitykite: Svarbiausios ir įdomiausios kosminės misijos 2021 m
GPS nėra vienintelė šiuo metu prieinama palydovinės navigacijos sistema. Virš mūsų galvų skraido kelių tipų palydovai, atsakingi už įrenginių, kuriuos laikome kišenėse, nešiojame ant riešų ar naudojame navigatoriuose, geografinę padėtį. Kodėl yra kelios sistemos, o ne viena? Esu tikras, kad šį klausimą uždavė dauguma paprastų vartotojų. Faktas yra tas, kad iš pradžių GPS sistema buvo sukurta kariniams poreikiams, o kariuomenė vis dar ją kontroliuoja. Tai reiškia, kad jie kontroliuoja kiekvieno žmogaus padėtį ir visame pasaulyje. Žinoma, daugeliui ši pozicija nepatiko, ne tik oponentams, bet net draugams. Todėl rimti pasaulio žaidėjai nusprendė sukurti savo navigacijos sistemas taip, kad jų kariuomenė galėtų jas valdyti. Netrukus pasaulyje pasirodė GPS analogai, konkuruojantys tarpusavyje dėl geriausio ir tiksliausio rinkoje titulo. Mums, paprastiems vartotojams, tai tik privalumas. Taigi, pabandykime nagrinėti kiekvieną sistemą atskirai.
Tai pirmoji dažniausiai naudojama navigacinė sistema. Kai galvojame apie palydovinę navigaciją, dažniausiai vartojame terminą GPS. Amerikietiška sistema iš pradžių buvo vadinama NAVigation Signal Timing and Ranging Global Positioning System arba sutrumpintai NAVSTAR-GPS.
GPS yra JAV kariuomenės, tiksliau, JAV kosminių pajėgų, rankose. Ar visi įrenginiai tinkamai veikia, tikrina „Space Delta 8“, kuri yra Shriver oro pajėgų bazėje netoli Kolorado Springso ir veikia kaip GPS būstinės dalis.
Civilinės programos yra tik nedidelis karinių programų papildymas, kurių išdėstymas ir didžiausias padėties nustatymo tikslumas yra prioritetas. Civiliniai vartotojai gauna šiek tiek sutrumpintą versiją, tačiau ji vis tiek yra pakankamai gera. Mums nereikia kelių dešimčių centimetrų tikslumo norint vairuoti automobilį ar bėgti, tačiau reikia vis didesnio tikslumo, pavyzdžiui, navigacijoje, kartografijoje, žemės ūkyje stebėti laukus, transporto įmonėse sekti transporto priemones ir daug kitų sričių. Todėl nenuostabu, kad GPS sistema nuolat keičiasi, vyksta palydovų optimizavimas.
Visiška GPS sistemos parengtis buvo pasiekta 1993 metais, kai į orbitą buvo iškeltas reikiamas palydovų skaičius. Tačiau dar 1983 metais Ronaldo Reagano administracija patvirtino leidimą civiliniam naudojimui sistemą. Tai atsitiko po to, kai SSRS numušė Korėjos civilinį lėktuvą, kuris per klaidą pažeidė sovietų oro erdvę. Tačiau iš pradžių sistemos tikslumas civiliams gyventojams buvo ribojamas iki 100 metrų. Bet ir to tuo metu pakako, kad būtų išvengta tolimesnių nelaimių.
GPS sistemos veikimą iš kosmoso papildomai palaiko WAAS (Wide Area Augmentation System) palydovai, kurie užtikrina reikiamą duomenų korekciją sistemos tikslumui padidinti. Jie yra Šiaurės Amerikoje (ir iš dalies Pietų Amerikoje) ir yra prižiūrimi FAA (Federalinės aviacijos administracijos). WAAS skirta palaikyti civilines palydovinės navigacijos programas.
GLONASS yra pasaulinės palydovinės navigacijos sistemos santrumpa, kuri veikia panašiai kaip Amerikos GPS. GLONASS susideda iš 24 aktyvių palydovų, esančių maždaug 19 100 kilometrų virš žemės, o palydovo orbita trunka 11 valandų ir 15 minučių. Sistemos bandymai buvo pradėti 1982 m., tai yra dar SSRS. Jis tikrai buvo sukurtas kaip atsakas į Amerikos įvykius, mūsų šalyje geriau žinomas kaip „Žvaigždžių karai“. Sovietų Sąjunga niekuo nenorėjo nusileisti JAV, bet „Perestroika, glasnost, akceleracija“ padarė savo darbą. Darbai dažniausiai buvo apriboti dėl lėšų stokos. Nors, kaip vėliau paaiškėjo, ne viskas buvo uždaryta. Amerikiečius tikrai nustebino, kai 1993 metais buvo oficialiai paskelbta, kad GLONASS sistema paruošta darbui. 1995 metais rusams pavyko iškelti į orbitą visą 24 palydovų žvaigždyną.
Palydovinės navigacijos sistemą Kinija pradėjo kurti XX amžiaus pabaigoje. 2000 metais jiems pavyko užbaigti pirmąjį BDS-1 kūrimo etapą, kuris geriau žinomas kaip navigacinė palydovinė sistema BeiDou-1. Vykdant šį projektą, Kinija ir artimiausios užsienio šalys buvo aprūpintos padėties nustatymo sistemomis. Kitas žingsnis buvo BDS-2 su palydoviniu tinklu, užtikrinančiu aprėptį Azijos ir Ramiojo vandenyno regione. 2020 m., kaip BDS-3 projekto dalis, BeiDou sistema pradėjo veikti visame pasaulyje.
Kaip ir kiti palydovinės navigacijos sistemų patobulinimai, vietiniai vartotojai moka už paslaugą, tačiau rezultatai išties įspūdingi.
Taip pat skaitykite: Kinija taip pat nori tyrinėti kosmosą. Taigi kaip jiems sekasi?
Koks yra didžiausias „Galileo“ sistemos pranašumas? Skirtingai nuo GPS ir GLONASS, jis lieka civilių rankose ir nepriklauso jokiai konkrečiai vyriausybei, kaip yra komunistinėje Kinijoje. Sistema buvo sukurta tik atsižvelgiant į civilinę rinką, todėl gyventojų poreikiai galiausiai daro įtaką jos plėtrai. Reikia pripažinti, kad „Galileo“ yra gaivaus oro gurkšnis tarp militarizuotų padėties nustatymo sistemų. Iki šiol „Galileo“ programa baigė 28 paleidimus ir į orbitą iškėlė 30 palydovų. Šiuo metu sistema naudoja visą palydovų žvaigždyną, tačiau ne visi įrenginiai visada yra prieinami, o kai kurie jų vis dar laukia savo eilės sandėliuose.
Antžeminio aptarnavimo segmentas yra dviejuose centruose – Oberpfaffenhofen Vokietijoje ir Fucino Italijoje. Be to, sistema apima pasaulinį stebėjimo jutiklių, matavimo ir duomenų perdavimo stočių tinklą.
Siekdama užtikrinti navigacijos tikslumą savo teritorijoje, Japonija sukūrė nedidelį palydovų žvaigždyną, vadinamą Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) arba Michibiki. Kalnuotose arba labai urbanizuotose vietovėse vien GPS dažnai nepakanka dėl per daug kliūčių. Šią problemą pašalina 4 palydovai, veikiantys nuo 2018 m. lapkričio mėn. Trys iš jų vis dar yra Azijos ir Okeanijos regione. 2024 metais planuojama pasiekti palydovų žvaigždyną, susidedantį iš 7 vienetų. Tai dar labiau pagerins bendrą sistemos efektyvumą ir taps nepriklausoma nuo GPS. Taigi Japonija užtikrins visišką autonomiją savo teritorijoje.
Be to, Japonija taip pat turi GPS/Michibiki tikslumo palaikymo sistemą, vadinamą MTSAT Satellite Augmentation System (MSAS). Jį sudaro 2 palydovai, kurie, be kita ko, teikia oro duomenis.
NavIC (navigacija su Indijos žvaigždynu) yra Indijos GPS analogas, kuris taip pat vadinamas Indijos regionine palydovine navigacijos sistema (IRNSS). Sistema, pasiekusi visas savo galimybes, savo veikimu bus panaši į japoniškąją. Šiuo metu Indijoje ir iki 7 kilometrų atstumu nuo šalies sienų yra orbitoje 1500 palydovai, teikiantys padėties nustatymą. Sistema nepriklauso nuo GPS.
Apibūdindami atskiras sistemas, paminėjome ir regionines paramos sistemas. Tačiau palydovinės navigacijos veikimas už regionų ribų taip pat gali palaikyti pasaulines pagalbos sistemas. Šiuo metu galima išskirti du iš jų. Tai Omnistar ir StarFire. Abi jos turi palydovinės navigacijos palaikymą, kuri dažniausiai naudojama šiuolaikinio tiksliojo ūkininkavimo poreikiams. Jų naudojimui reikalingi specialūs imtuvai, kurių dėka ūkininkas, judėdamas savo laukais, gali dirbti iki 5-10 centimetrų tikslumu (rekordinės palaikymo sistemos suteikia 1-2 centimetrų tikslumą). Toks tikslus padėties nustatymas yra teikiamas kaip paslauga ir reikalauja papildomų mokesčių, tiesiogiai mokamų už sistemos duomenų pristatymą.
„Omnistar“ yra nepriklausoma įmonė ir jos siųstuvus galima įsigyti įvairioms mašinoms, o „StarFire“ sistema yra žemės ūkio įrangos gamintojo „John Deere“, kuris siūlo įmontuotas arba išorines sistemas, kurių tikslumas yra ±3 cm ir kurios veikia su GPS ir GLONASS.
Šioje dalyje apibūdinsime GPS veikimą naudodami originalią, tai yra amerikietišką versiją, nes šiuo metu apie ją turime daugiausiai turimų duomenų. Kiti dirba panašiai.
Norint tinkamai veikti visame pasaulyje, būtinas gana tankus palydovų tinklas. 24 palydovų žvaigždyno atveju galime būti tikri, kad bet kuriuo metu ir bet kuriame Žemės taške esame keturių iš jų diapazone. Amerikiečiai paprastai žadėjo, kad bent 24 bus pasiekiami 95% laiko. Šiuo metu sistemą palaiko 31 palydovas. Žemė yra padalinta į 6 lygias zonas, per kurias juda palydovai, ir kiekvienoje iš jų yra 4 laukai.
Orbitoje skriejantis palydovas nuolat perduoda radijo signalus, kuriuos paima mūsų įranga, turinti atitinkamus imtuvus. Kiekvienas palydovas praneša savo padėtį ir perdavimo laiką. Papildomai žinodami, kaip greitai sklinda radijo bangos, galime apskaičiuoti atstumą nuo šio palydovo. Jei gausime papildomų duomenų iš dar trijų palydovų ir atsiųsime duomenis iš keturių iš karto, įrenginys apskaičiuos mūsų buvimo vietą visų palydovų gaunamų duomenų sankirtoje.
Kad viskas veiktų sklandžiai ir tiksliai, vis tiek reikia tiksliai išmatuoti signalo siuntimo laiką. Kaip tai buvo pasiekta? Kiekviename iš palydovų yra atominis laikrodis – tiksliausias kada nors žmogaus išrastas chronometras. Koks tokio laikrodžio tikslumas? Laikas matuojamas artimiausios milijoninės sekundės dalies tikslumu!
Priimantis įrenginys naudoja visus šiuos duomenis, kad efektyviai apskaičiuotų mūsų padėtį. Tačiau visa sistema taip pat turi atsižvelgti į tokius klausimus kaip specialioji reliatyvumo teorija, kurią parašė džentelmenas, plačiai žinomas kaip Albertas Einšteinas. Kuo toliau objektas yra nuo gravitacijos šaltinio, tuo laikas juo greičiau slenka, todėl kiekviename palydove reikia perskaičiuoti. Trumpai tariant, viskas yra gana sudėtinga, bet, laimei, mes naudojame šią sistemą jau daugelį metų ir nustatėme, kad ji veikia ir veikia gana gerai.
Žinoma, normaliam sistemos veikimui reikalingas aukštos kvalifikacijos personalo dalyvavimas, kurio paruošimo lygį galima palyginti su Kosminių skrydžių valdymo centrų.
Išskridęs į orbitą palydovas ten neveiks amžinai. Senesnių versijų gyvavimo ciklas yra 7,5 metų, naujesnės versijos – 12 metų, o naujausia GPS III/IIIF sistema turėtų likti orbitoje 15 metų (JAV sistemos versijos duomenys). Praėjus šiam laikui, aparatas turi būti pakeistas, todėl steriliomis sąlygomis turi būti pastatytas naujas pavyzdys ir tik tada šis meno kūrinys gali iškeliauti į orbitą.
Be įrangos erdvėje, taip pat yra stebėjimo įranga ant žemės ir aukštos kvalifikacijos personalas, atsakingas už sistemos valdymą. Taip pat vyksta antžeminio komponento tobulinimo darbai, daugiausia dėmesio skiriant naujai naujos kartos operacijų valdymo sistemai (OCX) ir susijusioms posistemėms. Pakeitimai įvedami palaipsniui, kad nebūtų sutrikdytas visos GPS sistemos darbas.
Auksinės GPS sistemos ginkluotosiose pajėgose dienos pamažu pamirštamos. Palydovinių signalų slopinimas ir trukdymas tampa vis dažnesnis, todėl tiksli ginkluotė, pagrįsta vien tik kosminiais duomenimis, nebėra tokia efektyvi kaip anksčiau. Problema paliečia ne tik pačius ginklus, bet ir orlaivius, laivus, sausumos transporto priemones ir bet kokį kitą įrenginį, kuris turi GPS imtuvą.
Ne kartą matėme GPS signalo blokavimo „karštuosiuose“ Žemės taškuose pavyzdžių. Pasitaikydavo, kad didžiuliai laivai uoste ar plaukioję, pavyzdžiui, Juodojoje jūroje, staiga dingdavo iš žemėlapių ir atsirasdavo juose už 30 kilometrų, ir tai siejama su rusų veiksmais šiame regione. Tęsiant šią temą, reikia pasakyti, kad panašios priemonės dažnai taikomos Sirijoje, siekiant užtikrinti Rusijos bazių veiklą regione. Net Izraelis kenčia nuo tokių trukdžių, kai GPS kartais veikia prasčiau, ir tai yra rimta problema, pavyzdžiui, civilinio oro eismui.
Sutrukdyti GPS signalą nėra ypač sunku. Tinkamos galios ir dažnio radijo siųstuvas, esantis šalia saugomo taikinio, neleidžia GPS imtuvams priimti teisingų duomenų. Palydovų gamintojai bando su tuo kovoti kurdami vis labiau atsparius trikdžiams signalus, kuriuose sumontuotos naujausios įrangos versijos. Tačiau tai yra katės ir pelės žaidimas, o pranašumas yra naikintojų pusėje. Jie gali greičiau reaguoti į pokyčius su mažesnėmis sąnaudomis ir didesnėmis galimybėmis. Juk per savaitę palydovai nepasikeičia.
Be klastingų tikslų, valstybės vadovų apsaugai naudojami ir GPS blokavimo metodai. Nenuostabu, kad tokius įrankius ypač mėgsta rusai. Tai ypač pasakytina apie V. Putino judesius, kuriuos jie taip stengiasi nuslėpti, kad regione, kuriame jis yra, tam tikrą laiką visos navigacinės sistemos gali visai neveikti. Rusai kaip įmanydami saugo savo prezidento kelionės maršrutą, todėl blokuodami navigacines sistemas bando bent iš dalies atmesti dronų ataką.
Nepaisant minėtų problemų ir trūkumų, nereikėtų tikėtis, kad kariškiai atsisakys GPS sistemos. Priešingai, bus suaktyvinta kova su trukdančiomis sistemomis, o įranga ir ginklai bus papildyti papildomomis sistemomis, kurios neleis trukdyti GPS signalui.
Inercinė navigacija ir toliau tobulės, o tikslieji ginklai visada turės kitą, ne mažiau efektyvų taikymo būdą. Šiuo metu prie tokių sprendimų intensyviai dirbama. Kalbama apie vaizdo navigaciją, astronavigaciją (grįžti laiku atgal?) ir magnetinių anomalijų navigaciją. Aukštosios technologijos! Todėl mūsų dar laukia daug įdomių dalykų.
Tačiau paprastam vartotojui nelabai įdomu, ką ten turi kariuomenė. Norime, kad GPS padėtų mums tiksliai nustatyti mūsų buvimo vietą navigatorius teisingai suplanuotas žygio į kalnus maršrutas arba rytinis bėgimas ar kelionės automobiliu metu. Dabar sunku įsivaizduoti šiuolaikinio žmogaus gyvenimą be šių patogumų.
Iš principo galima teigti, kad net ir nenaudodami GPS tiesiogiai, tai yra patys neįsijungiame imtuvo, vis tiek galime juo naudotis. Sistema veikia savarankiškai, tapo pažįstama, patogia ir reikalinga mūsų gyvenimo dalimi.
Taip pat skaitykite:
Palikti atsakymą