Lokalizacja w opałach

Zegary w kosmosie

Jak działa lokalizacja satelitarna? Wysoko nad naszymi głowami zawieszona jest flotylla satelitów (w systemie GPS jest ich 24), na pokładach których zamontowane są zegary. Położenie odbiornika (samochodu, piechura w górach czy samolotu) określane jest przez porównanie czasu dotarcia do niego sygnału radiowego, wysyłanego z pokładu wspomnianych satelitów. Skomplikowane? W żadnym wypadku. Znana jest prędkość rozchodzenia się sygnału radiowego, z kolei czas, jaki ten sygnał potrzebuje na dotarcie z nadajnika na orbicie do odbiornika np. w jadącym samochodzie, zostaje zmierzony. I tak właściwie to wszystko. Teraz wystarczy zastosować gimnazjalny wzór fizyczny (droga równa się prędkość razy czas) i już wiemy, jak daleko od satelity znajduje się nasz samochód. Ten sam pomiar powtarzany jest dla kilku satelitów (przynajmniej dla trzech, co nazywa się triangulacją) i położenie odbiornika jest znane z dokładnością do kilkudziesięciu centymetrów.

Jak to możliwe, że taką precyzję da się osiągnąć, korzystając z satelitów zawieszonych aż 20 tys. kilometrów nad głowami i poruszających się 14 000 km/h? Sekret tkwi w dokładnych zegarach, jakie są sercem każdego satelity GPS. Zegarach atomowych, bo ich „wahadłem” są drgające atomy cezu. Nie wchodząc w szczegóły, to najdokładniejszy dzisiaj znany przez człowieka sposób pomiaru czasu. W porównaniu z zegarami atomowymi, które badacze konstruują w laboratoriach, te w kosmosie są i tak mało dokładne. O jakiej precyzji mowa? O precyzji rzędu 1012, a to znaczy, że po upływie 1012 sekund (albo inaczej 32 tys. lat) – ich wskazania będą myliły się zaledwie o sekundę. Sekundowe opóźnienie (albo przyspieszenie) to ogromnie dużo. Różnice we wskazaniach zegarów dochodzące do kilkudziesięciu części sekundy na milion powodowałyby niedokładność pomiaru pozycji o więcej niż 11 km na dobę! W drugim dniu błąd wynosiłby już ponad 22 km! Tymczasem dokładność systemu GPS dla celów cywilnych dochodzi do 4 m, a dla wojskowych jest dużo lepsza.

Swój system lokalizacji satelitarnej budują też Chińczycy (ma nosić nazwę Beidou Navigation System), ale brakuje informacji na temat jego dokładności i dostępności.