Ciekawe Tematyarchiwum Geodetywiadomościnewsletterkontaktreklama
Najnowsze wydarzenia z dziedziny geodezji, nawigacji satelitarnej, GIS, katastru, teledetekcji, kartografii. Nowości rynkowe, technologiczne, prawne, wydawnicze. Konferencje, targi, administracja.
blog

Systemy nawigacyjne


Z chwilą wystrzelenia radzieckiego Sputnika (pierwszy sztuczny satelita Ziemi – 1957 r.) rozpoczęły się badania nad wykorzystaniem satelitów do określenia pozycji obiektów znajdujących się na Ziemi.

MINITRACK

gpsPierwsze amerykańskie doświadczenia w dziedzinie nawigacji satelitarnej (przełom lat 50. i 60.) związane były ze śledzeniem orbit radzieckich satelitów. Do określania ich pozycji stworzono pasywny naziemny system MINITRACK (uruchomiony w 1958 r.), który wykorzystywał sygnały radiowe emitowane przez same satelity. W 1961 r. przemianowany został na NAVSPASUR (Naval Space Surveillance System), który funkcjonuje do dzisiaj, będąc jednym z podstawowych systemów kontrolujących przestrzeń nad Stanami Zjednoczonymi.

TRANSIT

gps17 września 1959 r. wystrzelono na orbitę pierwszego satelitę nawigacyjnego systemu TRANSIT (NavSat – Navy Navigation Satellite System), umożliwiającego określenie pozycji obiektów w dwóch wymiarach (długość i szerokość geograficzna). System ten wykorzystywany był przez amerykańską marynarkę i lotnictwo m.in. do określania pozycji rakiet balistycznych wystrzeliwanych z łodzi podwodnych i składał się (docelowo) z siedmiu satelitów krążących na niskich, okołobiegunowych orbitach oraz naziemnych stacji kontrolnych. Pozycję obiektu określano, wykorzystując przy pomiarze sygnałów nadawanych przez satelity zjawisko opisane już w 1842 r. przez fizyka Christiana Dopplera. Nowe praktyczne zastosowanie dla tej teorii odkryli naukowcy z Applied Propulsion Laboratory (USA) podczas śledzenia radzieckiego Sputnika. Zasada działania systemu sprowadzała się do wysyłania przez satelity sygnałów o stałych częstotliwościach w ściśle określonych interwałach czasu. Odbiornik na Ziemi zliczał różnice częstotliwości pomiędzy falą odbieraną z przemieszczającego się satelity a generowaną przez jego własny oscylator. Metoda ta pozwalała na początku lat 60. na wyznaczenie pozycji obiektu z dokładnością kilkuset metrów. W okresie późniejszym można było uzyskać dokładności rzędu 10-30 m, rejestrując dane z przelotu jednego satelity. Satelity krążyły na wysokości ok. 1075 km, na której efekt Dopplera jest najwyraźniejszy.
Pierwsza (i to nieudana) próba wystrzelenia satelity w ramach programu TRANSIT miała miejsce 17 września 1959 r. Po niej nastąpiło kilka podobnych. Dopiero w 1964 roku konstelacja składająca się z 4 satelitów umożliwiała marynarce wojennej USA precyzyjne pozycjonowanie łodzi podwodnych wyposażonych w atomowe pociski POLARIS. Waga każdego z satelitów wynosiła tylko ok. 60 kg. W ramach programu TRANSIT umieszczono również na orbicie satelity serii TRIAD (1972, 1975), TIP (1976) i NOVA (1981, 1984, 1988), których zadaniem było m.in. testowanie silników rakietowych umożliwiających manewrowanie pojazdem na orbicie. Ostatniego TRANSITA (oznaczonego O-25) wystrzelono w sierpniu 1988 r. W końcu 1996 r. satelity tej serii przestały służyć do nawigacji i były wykorzystywane do monitoringu jonosfery.
W roku 1960, gdy trwały pierwsze próby TRANSITA, korporacja Raytheon (USA) zaproponowała armii amerykańskiej budowę systemu nawigacyjnego umożliwiającego w pełni trójwymiarowe pozycjonowanie obiektów. Projekt o nazwie MOSAIC (Mobile System for Accurate ICBM) nie wszedł jednak do realizacji. Jego utworzenie związane było bowiem z programem budowy ruchomych wyrzutni rakiet balistycznych Minuteman, który zarzucono rok później.

CYKLON

Powstanie tego dopplerowskiego systemu, podobnie jak w przypadku TRANSITA, zdeterminowane było potrzebami armii - tym razem radzieckiej, także dysponującej atomowymi łodziami podwodnymi. W 1962 r. gotowy był zarys projektu eksperymentalnego satelity nawigacyjnego określonego nazwą CYKLON. Start pierwszego satelity tej serii nastąpił 15 maja 1967 r. Testy przeprowadzone na Morzu Czarnym nie dały jednak zadowalających rezultatów. Pozycję można było wyznaczyć zaledwie z dokładnością 3 km. Potrzebne były lepsze modele opisujące trajektorię satelitów i dokładne mapy anomalii pola grawitacyjnego Ziemi. W 1969 roku osiągnięto już precyzję rzędu 100 m. Fazę testowania operacyjnego rozpoczęto dopiero w 1974 r. Ostatniego satelitę tej serii (ważącego 920 kg) wyniesiono na orbitę 27 lutego 1978 r.

CYKADA
System nawigacyjny drugiej generacji powstał w wyniku współpracy marynarki wojennej, Akademii Nauk i Ministerstwa Żeglugi ZSRR na bazie dopplerowskiego CYKLONA. Prace rozpoczęto w 1974 r. 15 grudnia 1976 r. pierwszy testowy satelita (o wadze 810 kg) został umieszczony na orbicie o perygeum 952 km i apogeum 1003 km. Kilkanaście miesięcy później (31 marca 1978 r.) wystrzelono pierwszego satelitę operacyjnego tej serii (Kosmos 1000). W 1979 roku zezwolono na korzystanie z serwisu nawigacyjnego marynarce wojennej i statkom rybackim (w ramach COSPAS-SARSAT). Jednak dopiero od 1987 r. możliwe było wykorzystywanie systemu przez statki handlowe i rybackie na terenie całego globu. Ogółem umieszczono na orbicie 22 satelity CYKADA, ostatni – 5 lutego 1995 r.

TIMATION

Znaczny krok w rozwoju nawigacji satelitarnej zrobiono w maju 1967 r., gdy w kosmosie znalazły się satelity serii TIMATION (Time Navigation). Nowy system zbudowany został przez amerykańską marynarkę i również pozwalał na określenie pozycji w dwóch wymiarach. W satelitach tych do generowania sygnałów o bardzo stabilnej częstotliwości zastosowano oscylator kwarcowy, a w dwóch ostatnich (NTS-I – 1974 r., NTS-II – 1977 r.) [FH_NTS_Ig.jpg] po raz pierwszy wypróbowano generatory kwarcowe, rubidowe i cezowe. Do idei, na jakiej oparto działanie systemu GPS, był tylko krok.

621 B, SECOR
gpsDo stworzenia satelitarnego systemu nawigacyjnego obejmującego cały świat, zmierzała nie tylko marynarka wojenna USA, ale i lotnictwo. Równolegle z TIMATION powstała więc koncepcja rozwiązania o nazwie System 621B. Zakładała ona utworzenie globalnego systemu pozwalającego na wyznaczenie trzech współrzędnych obiektu. Własne prace prowadziły również siły lądowe USA. W 1962 r. umieściły one na orbicie pierwszego geodezyjnego satelitę (Anna-1B) systemu SECOR (Sequential Correlation of Range). W latach 1964-69 wystrzelono 13 kolejnych satelitów (o wadze 17-20 kg). System funkcjonował do lat 70.

NAVSTAR GPS

gpsW 1968 r. Departament Obrony USA zdecydował o utworzeniu komitetu składającego się z reprezentantów każdej ze służb (NAVSEG - Navigation Satellite Executive Group), który miał pokierować całością prac i określić jedną wspólną koncepcję.
Po pięciu latach badań, w 1973 r., zadecydowano, że wiodącą instytucją będzie Air Force, która wkrótce przedstawiła założenia nowego systemu. Połączył on elementy z niezależnie prowadzonych projektów. Jego cechą podstawową jest transmisja precyzyjnego sygnału czasu. W grudniu tego samego roku program zatwierdzono do realizacji. Po kolejnych pięciu latach testów i badań, 22 lutego 1978 r., wystrzelono pierwszego satelitę z tzw. Bloku I (składającego się z 6 satelitów krążących na trzech orbitach o nachyleniu 63° do płaszczyzny równika).
Tak zrodził się NAVSTAR GPS (Navigation System with Time And Ranging), popularnie zwany GPS, składający się dzisiaj z 24 operacyjnych satelitów poruszających się po sześciu orbitach na wysokości ponad 20 tys. km i okrążających Ziemię w ciągu niespełna 12 godzin. W ramach Bloku I (eksperymentalnego) w latach 1978-85 pracowało łącznie 11 satelitów. Dla satelitów GPS przewidziano też inną rolę. Poza aparaturą do celów nawigacyjnych, od kwietnia 1980 r. zabierają one w kosmos również czujniki promieni X, radiometry optyczne i detektory fal radiowych, umożliwiające zarejestrowanie wybuchów nuklearnych na Ziemi i w atmosferze.

W następnych latach Amerykanie umieszczali na orbitach kolejne generacje satelitów w ramach Bloków: II, IIA (od 1993) i IIR (od 1999), wymieniając zużyte satelity na coraz to doskonalsze i powiększając ich liczbę. Całkowitą zdolność operacyjną system osiągnął jednak dopiero w 1995 r., gdy w kosmosie znalazły się 24 satelity Bloku II i IIA. Tym samym dobiegał końca nawigacyjny żywot dopplerowskiego TRANSITA (1996 r.).

GLONASS

gpsW czasie, gdy testowano dopiero system CYKADA (1968-69), w ZSRR zdecydowano o stworzeniu jednego satelitarnego systemu nawigacyjnego, umożliwiającego precyzyjniejsze i natychmiastowe wyznaczenie pozycji (czego nie zapewniała CYKADA). Do prac koncepcyjnych zaangażowano instytuty naukowe marynarki wojennej, Ministerstwa Obrony i Akademii Nauk. Mniej więcej w tym samym czasie nad tym samym problemem pracowały więc dwa sztaby naukowców po obu stronach Atlantyku. W grudniu 1976 roku wystartował pierwszy testowy satelita nowego systemu o nazwie GLONASS. Zarys projektu budowy gotowy był dwa lata później. Zakładano wypuszczenie najpierw 4-6 prototypowych satelitów, następnie (do 1984 roku) umieszczenie w kosmosie konstelacji 10-12 satelitów i pełną zdolność operacyjną (z 24 satelitami) w 1987 r.
W październiku 1982 r. rakieta Proton wyniosła na orbitę pierwsze trzy satelity (Kosmos 1413-15) systemu będącego odpowiednikiem GPS. Do października 1986 r. umieszczono w kosmosie 25 satelitów. I chociaż żywot ich nie był zbyt długi (od kilku dni do 2,5 lat), a trudności finansowe uniemożliwiały planowe wystrzeliwanie kolejnych rakiet, prace nad jego rozwojem trwają. Faktem jednak pozostaje, że do dzisiaj GLONASS nie osiągnął zaplanowanej liczby (24) satelitów. W grudniu 2004 r. konstelacja składała się z 14 operacyjnych satelitów. Waga pierwszych satelitów wynosiła 1250 kg i krążyły 19 100 km nad powierzchnią globu w płaszczyźnie nachylonej pod kątem 65° do równika.

GALILEO
gpsW latach 90. Europa zaczęła sobie zdawać sprawę z tego, jak ważne są technologie satelitarne. Przyczyniło się to do opracowania założeń polityki kosmicznej dla Europy. Jednym z jej elementów jest system wspomagania satelitarnego EGNOS, a drugim Galileo.
Galileo to system cywilny tworzony przez Europejską Agencję Kosmiczną oraz Komisję Europejską. Kontrolę nad nim sprawować będzie międzynarodowe grono specjalistów. Nadzór nad rozwojem technicznym i operacyjnym systemu zostanie przekazany w ręce prywatne na zasadzie partnerstwa publiczno-prywatnego. Za budowę systemu i umieszczanie na orbitach kolejnych satelitów odpowiedzialny pozostanie sektor publiczny.
System będzie składał się z 30 satelitów (w tym trzech rezerwowych) krążących na wysokości 23 222 km nad Ziemią na trzech kołowych orbitach nachylonych do płaszczyzny równika pod kątem 56°. Pierwszy testowy satelita – GIOVE-A – został wystrzelony na orbitę 28 grudnia 2005 roku. Prowadzone są również rozmowy i podpisywane są umowy z państwami spoza Europy.

Opracowanie Jerzy Królikowski, 2010



dodaj komentarz

KOMENTARZE Komentarze są wyłącznie opiniami osób je zamieszczających i nie odzwierciedlają stanowiska redakcji Geoforum. Zabrania się zamieszczania linków i adresów stron internetowych, reklam oraz tekstów wulgarnych, oszczerczych, rasistowskich, szerzących nienawiść, zawierających groźby i innych, które mogą być sprzeczne z prawem. W przypadku niezachowania powyższych reguł oraz elementarnych zasad kultury wypowiedzi administrator zastrzega sobie prawo do kasowania całych wpisów. Użytkownik portalu Geoforum.pl ponosi wyłączną odpowiedzialność za zamieszczane przez siebie komentarze, w szczególności jest odpowiedzialny za ewentualne naruszenie praw lub dóbr osób trzecich oraz szkody wynikłe z tego tytułu.

ładowanie komentarzy

Studenci inwentaryzują budynek AGH
czy wiesz, że...
© 2023 - 2024 Geo-System Sp. z o.o.

O nas

Geoforum.pl jest portalem internetowym i obszernym kompendium wiedzy na tematy związane z geodezją, kartografią, katastrem, GIS-em, fotogrametrią i teledetekcją, nawigacją satelitarną itp.

Historia

Portal Geoforum.pl został uruchomiony przez redakcję miesięcznika GEODETA w 2005 r. i był prowadzony do 2023 r. przez Geodeta Sp. z o.o.
Od 2 maja 2023 roku serwis prowadzony jest przez Geo-System Sp. z o.o.

Reklama

Zapraszamy do kontaktu na adres
redakcji:

Kontakt

Redaktor prowadzący:
Damian Czekaj
Sekretarz redakcji:
Oliwia Horbaczewska
prześlij newsa

facebook twitter linkedIn Instagram RSS