Μια ωδή στο GPS

Το σημερινό θέμα είναι για όλους όσοι ανήκουν στην κατηγορία των ανθρώπων που δεν ασχολούνται… με λεπτομέρειες, όπως τα ονόματα των δρόμων που διασχίζουν μέχρι να φτάσουν στον -όποιον- προορισμό τους. Που έχουν βρει μια κατεύθυνση, τη διασχίζουν και κάνουν δουλειά. Τι γίνεται όμως, όταν πρέπει να πάνε κάπου όπου δεν έχουν ξαναβρεθεί; Και επιπροσθέτως, δεν έχουν… συντεταγμένη (ένα μαγαζί που έχουν επισκεφτεί, το σπίτι φίλου κλπ);

Παλαιά είχαμε τους χάρτες που δεν θα λέγατε ότι μας έλυναν ακριβώς, τα χέρια, αλλά μια πορεία τη βγάζαμε. Τότε το κατ’ εξοχήν σύστημα της επιτυχίας ήταν η… βοήθεια του κοινού (σταματούσαμε, ρωτούσαμε και πάει λέγοντας). Πλέον, όλα αυτά είναι αχρείαστα. Αρκεί να ενεργοποιήσουμε το GPS (Global Positioning System) ή αλλιώς το Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης. Πριν προχωρήσουμε, μια διευκρίνιση: το Google Maps δεν είναι GPS. Είναι δέκτης GPS. Πάμε τώρα, στο θέμα μας.

Τι είναι όμως, το GPS; Θα αποπειραθούμε να το εξηγήσουμε σε απλά ελληνικά. Πρόκειται για δίκτυο 27 τεχνολογικών δορυφόρων, οι οποίοι περιστρέφονται γύρω από τη γη. Οι 24 είναι ενεργοί και οι 3 εφεδρικοί -σε περίπτωση που κάποιος από τους βασικούς χαλάει. Δημιουργήθηκε από το αμερικανικό Υπουργείο Αμύνης, το 1973, με αποκλειστική χρήση για το στρατό. Την υλοποίηση την ανέλαβε ο Roger Lee Easton, ο οποίος είναι ευρύτερα γνωστός ως “ο πατέρας του GPS”. Ο Αμερικανός επιστήμονας/φυσικός, ο οποίος πέθανε το 2014 σε ηλικία 94 χρόνων, συνεργάστηκε για το project με τους Ivan A. Getting (φυσικός και ηλεκτρολόγος μηχανικός) και Bradford Parkinson (μηχανικός απόφοιτος του ΜΙΤ και εφευρέτης).

Ο Easton είχε επιμεληθεί της πρότασης που κατέθεσε το 1955, για ένα δορυφορικό πρόγραμμα (υπήρχε και ανταγωνισμός, καθώς δυο άλλοι είχαν ανάλογες εμπνεύσεις. Η μια αφορούσε αποκλειστικά τον αμερικανικό στρατό). Δυο χρόνια μετά, ο Easton δημιούργησε το Minitrack (το πρώτο δορυφορικό δίκτυο εντοπισμού) που καθόρισε την τροχιά του Project Vanguard.

Το Project Vanguard ήταν πρόγραμμα που διαχειριζόταν το Ερευνητικό Εργαστήριο του Ναυτικού των ΗΠΑ και είχε ως στόχο την εκτόξευση του πρώτου τεχνητού δορυφόρου, στην τροχιά της γης, με χρήση πυραύλου Vanguard -λειτούργησε ως όχημα τοποθέτησης του δορυφόρου σε τροχιά. Παρεμπιπτόντως, το Minitrack χρησιμοποιήθηκε και στο Sputnik -το πρώτο τεχνητό δορυφόρο της γης που εκτόξευσαν Ρώσοι.

Δορυφόροι στέλνουν προς εμάς δυο πληροφορίες: μια με την ακριβή θέση και μια με την ακριβή ώρα.

Το 1959 ο Easton σχεδίασε το σύστημα Naval Space Surveillance (Ναυτικό Σύστημα Επιτήρησης Διαστήματος), που ήταν το πρώτο το οποίο εντόπιζε και παρακολουθούσε όλων των τύπων τα αντικείμενα που περιστρέφονταν γύρω από γη. Αργότερα, κατοχύρωσε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και για τη συνέχεια ασχολήθηκε με το GPS: ανέπτυξε σύστημα πλοήγησης, βασισμένο στο χρόνο (μεταξύ άλλων δημιούργησε και τοποθέτησε στους δορυφόρους υψηλής ακρίβειας χωροχρονικά ρολόγια).

Η αρχή αφορούσε αποκλειστική χρήση από τον στρατό, τέσσερις πειραματικούς δορυφόρους (1967). Στις 22/2/1978, παρουσιάστηκε το NavStar 1, με τους τέσσερις δορυφόρους να ‘χουν περάσει τα τεστ. Σε επτά χρόνια έγιναν 14, το 1993 είχαν φτάσει τους 24 και σήμερα είναι 31. Από τους πρώτους δεν υπάρχει κανείς, καθώς η διαδικασία εκτόξευσης και καταστροφής είναι συνεχής. Από τη γέννηση της ιδέας στόχος ήταν να καλύπτουν 4 δορυφόροι, ανά πάσα ώρα και στιγμή το όποιο σημείο -όπως στέλνουν σήμα. Για να λειτουργήσει το GPS χρειάζονται συντεταγμένες από τουλάχιστον 3 δορυφόρους και τα στοιχεία του ρολογιού.

Υπάρχουν και πέντε επίγειοι σταθμοί (παρακολούθησης που εγγυώνται πως οι δορυφόροι είναι εκεί που πρέπει). Oι δορυφόροι GPS εκπέμπουν διαρκώς ηλεκτρομαγνητικό σήμα που δέχεται αδιάκοπτα το -ας πούμε- το GPS του smart phones σας. Αυτό το σήμα -που ταξιδεύει στην ταχύτητα του φωτός- λέει στο τηλέφωνο σας τη θέση του δορυφόρου από το δικό σας σημείο, το οποίο υπολογίζεται από την απόσταση, αλλά και τη διαφορά της ώρας μεταξύ αποστολής του σήματος και λήψης.

Γεγονός που επιτρέπει στο δέκτη να υπολογίσει πόσο μακριά είναι από το δορυφόρο (απόσταση=ταχύτητα+χρόνος). Κάθε δορυφόρος μας λέει πού βρισκόμαστε, μέσα σε κάποια συγκεκριμένα χιλιόμετρα. Όταν οι πληροφορίες προκύπτουν από τέσσερις δορυφόρους μας επιτρέπουν να ξέρουμε ακριβώς πού βρισκόμαστε -στον πλανήτη-, αφού συνδυάζονται όλα τα δεδομένα και οι μηχανές καταλήγουν στο πού διασταυρώνεται το σήμα των δορυφόρων. Το σύστημα που χρησιμοποιείται λέγεται trilateration. Είναι μαθηματική αρχή, ελληνικά λέγεται τριπλευρισμός, μετρά αποστάσεις και… είναι αυτό.

Θυμίζει τον εντοπισμό θέσης, σε χάρτη, με τη βοήθεια διαβήτη, όταν γνωρίζετε την ακριβή απόσταση από τρία διαφορετικά ορόσημα. Το σημείο αλληλοκάλυψης των τριών κύκλων (που έχουν στο επίκεντρο το κάθε ορόσημο) είναι η θέση σας. Εάν υπάρχει εντοπισμός και από τέταρτο δορυφόρο, τότε υπάρχει και επιβεβαίωση των μετρήσεων. Όλα αυτά βέβαια, γίνονται πολύ γρήγορα.

Το να ξέρεις την ακριβή ώρα που φεύγει το σήμα, είναι εξόχως σημαντικό για να έχουμε ακριβές αποτέλεσμα. Ακόμα και ένα νανοδευτερόλεπτο μπορεί να κάνει ανακριβή την ένδειξη. Για αυτό και κάθε δορυφόρος διαθέτει ατομικό ρολόι (χάνει μόνο ένα δευτερόλεπτο ανά 100 εκατομμύρια χρόνια). Το μέγεθος και το κόστος δεν επιτρέπει την ενσωμάτωση τους στα τηλέφωνα, εξ ου και οι εταιρίες κάνουν διαρκή updates στην ώρα.

Πότε ο στρατός διέθεσε δωρεάν το GPS και γιατί

Ο αμερικανικός στρατός ξόδεψε στο project 12 δισεκατομμύρια και το 1995 το Υπουργείο Αμύνης το παρέδωσε δωρεάν… στο λαό. Καλά, όχι ακριβώς δωρεάν, καθώς οι Αμερικανοί φορολογούμενοι πληρώνουν 10 εκατ. δολ. την ημέρα για να λειτουργεί (και να συντηρείται) το σύστημα. Κρατήστε ότι ο Bill Clinton ήταν εκείνος που έθεσε θέμα χρήσης του GPS από πολίτες και καθιέρωσε σχετική επιτροπή, που θα το διαχειριζόταν ως εθνικό περιουσιακό στοιχείο.

Το 2004 οι ΗΠΑ υπέγραψαν συμφωνία με την Ευρωπαϊκή Ένωση, για να καθιερώσουν τη συνεργασία μεταξύ του GPS και του ευρωπαϊκού σχετικού συστήματος που λέγεται “Galileo” και υπολογίζεται να είναι καθ’ όλα έτοιμο το 2020. Διαφημίζεται ως “η απάντηση της Ευρώπης στο GPS” και οι πρώτες υπηρεσίες διατέθηκαν στις 15/12 του 2016 -τις υποστηρίζουν τα προϊόντα της Apple. Θα ‘χει 30 δορυφόρους -προς το παρόν έχει 10- και για να καταλάβετε το κόστος, να σας πούμε πως οι δυο πρώτοι στοίχισαν 1.5 δισ. δολάρια.

Για την ιστορία, η Ρωσία έχει το Glonass, η Κίνα το Beidou (στόχος είναι οι 35 δορυφόροι και στην παρούσα βρίσκονται στους 20), η Ινδία, το Πακιστάν και το Αφγανιστάν είναι στη δημιουργία του IRNSS και η Ιαπωνία το Quasi-Zenith. Η Κίνα και η συνεργασία της Μέσης Ανατολής ασχολούνται μόνο με την κάλυψη των δικών τους περιοχών. Το Νοέμβριο του 2004 ανακοινώθηκαν οι πρώτες επιτυχημένες δοκιμές, σε κινητά τηλέφωναμ και το Φλεβάρη του 2010 η αμερικανική αεροπορία υπέγραψε συμβόλαιο με συγκεκριμένη εταιρία για να ετοιμάσει και να παραδώσει την πλέον βελτιωμένη έκδοση του GPS.