Lokalizacja w opałach

Tomasz Rożek

publikacja 07.01.2011 19:31

W ostatnim czasie do Oceanu Spokojnego w okolicach Hawajów spadła rosyjska rakieta z trzema satelitami systemu nawigacji satelitarnej Glonass. Opóźniają się prace nad europejskim systemem lokalizacji Galileo. I tylko stary, dobry, amerykański GPS działa jak należy.

Lokalizacja w opałach AMagill / CC 2.0 Stary dobry GPS...

Wystrzelona z kazachstańskiego kosmodromu Bajkonur rosyjska rakieta Proton nie dotarła na orbitę. Z powodu awarii, której jeszcze nie zidentyfikowano, runęła do wód Oceanu Spokojnego. Wraz z nią zniszczone zostały trzy satelity, które miały wchodzić w skład tworzonego systemu nawigacji satelitarnej Glonass. Rosja chce mieć system niezależny od należącego do amerykańskiej armii GPS-u. Od lat go buduje, ale z różnych powodów nie potrafi dokończyć. Dzisiaj na orbitach geostacjonarnych znajduje się 26 rosyjskich satelitów nawigacyjnych. Ta ilość byłaby wystarczająca, gdyby nie to, że trzy z nich się popsuły. Minimalna ilość satelitów, by system prawidłowo pracował, wynosi 24. Nie wiadomo, kiedy Rosjanie zdecydują się wysłać na orbitę brakujące satelity. Może to potrwać długo i na pewno na wiele lat opóźni uruchomienie systemu.

Europa w polu

Jeszcze większe kłopoty ma europejski system Galileo. Unia Europejska nie chce być uzależniona od amerykańskiego systemu, dlatego od lat próbuje wybudować swój własny. Ma być cywilny i dokładniejszy niż GPS. Tyle że na razie to tylko plany, których realizacja jest coraz droższa i ciągle są odsuwane w czasie. Kilka tygodni temu niemieckojęzyczna wersja ekonomicznej gazety „Financial Times” napisała, że koszty europejskiego systemu Galileo znowu spuchły. Tym razem są większe od planowanych (i już wielokrotnie korygowanych) o ponad 2 miliardy dolarów. Poza tym budowa elementów składowych systemu ciągle się opóźnia. Choć system miał działać już w 2014 r., dzisiaj mówi się raczej o 2017–2018 r. Zdaniem gazety, nawet jak system powstanie, przez lata będzie trzeba do niego dopłacać. I to sporo, bo około 750 mln euro rocznie.

Projekt jest krytykowany (za złe przygotowanie i fatalne zarządzanie), nawet przez wewnętrznych audytorów Unii. W sumie Galileo ma kosztować ponad 20 mld euro. Jest coraz mniej tych, którzy uważają, że warto takie koszty ponosić. System ma być płatny dla tych, którzy chcą mieć dokładność wynoszącą mniej niż metr. Dokładność amerykańskiego GPS wynosi około 5 metrów, a korzystanie z niego jest darmowe. Czy na przykład kierowcy albo turyści, którzy są głównymi odbiorcami sygnału lokalizacji satelitarnej, potrzebują aż takiej dokładności? Galileo oprócz sygnału lokalizacji ma dostarczać swoim klientom informacji pogodowych. Tyle tylko, że te można sprawdzić w sieci za darmo. Czy Galileo nie zbankrutuje zaraz po tym, jak powstanie – zastanawiają się europejscy przywódcy?

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.