Der 4. Oktober 1957 wurde zu einem wichtigen Anreiz für die Vereinigten Staaten - nach dem Start des ersten künstlichen Erdsatelliten in der UdSSR beschlossen amerikanische Ingenieure, den Weltraum an die Navigationsbedürfnisse anzupassen (mit der für die Yankees charakteristischen Praktikabilität). Am Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University untersuchten die Mitarbeiter WG Guyer und J. C. Wiffenbach das Funksignal des sowjetischen Sputnik 1 und machten auf die starke Doppler-Frequenzverschiebung des von einem vorbeifahrenden Satelliten ausgesendeten Signals aufmerksam. Als sich unser Erstgeborener im Weltraum näherte, nahm die Frequenz des Signals zu, und der zurückweichende sendete Radiosignale mit abnehmender Frequenz aus. Den Forschern ist es gelungen, ein Computerprogramm zu entwickeln, das in einem Durchgang die Parameter der Umlaufbahn eines vorbeiziehenden Objekts aus dessen Funksignal bestimmt. Natürlich ist auch das umgekehrte Prinzip möglich - die Berechnung der bereits bekannten Parameter der Umlaufbahn mit der gleichen Frequenzverschiebung der unbekannten Koordinaten des Bodenfunkempfängers. Diese Idee kam dem Leiter des APL-Mitarbeiters F. T. McClure und er stellte zusammen mit dem Direktor des Labors, Richard Kershner, eine Gruppe von Forschern zusammen, die an einem Projekt namens Transit arbeiteten.
Richard Kershner (links) ist einer der Gründerväter des amerikanischen Global Positioning Systems. Quelle: gpsworld.com
Das Atom-U-Boot "George Washington" ist der erste Nutzer des Transit-Systems. Quelle: zonwar.ru
Betriebsbahnen der Transit-Konstellation. Quelle: gpsworld.com
Hauptkunde war die US Navy, die Präzisionsnavigationswerkzeuge für neue mit Polaris-Raketen ausgestattete U-Boote benötigte. Die Notwendigkeit, den Standort von U-Booten wie "George Washington" genau zu bestimmen, war für die damalige Neuheit - den Start von Raketen mit Atomsprengköpfen von überall in den Ozeanen - äußerst notwendig.
Transitempfangsgeräte für U-Boote. Quelle: timeandnavigation.si.edu
1958 konnten die Amerikaner den ersten experimentellen Prototyp des Transit-Satelliten präsentieren, der am 17. September 1959 ins All geschickt wurde. Auch die Bodeninfrastruktur wurde geschaffen - zum Zeitpunkt des Starts waren der Komplex der Navigationsgeräte des Benutzers sowie die Bodenverfolgungsstationen fertig.
Ingenieure der Hopkins University bauen das Raumschiff Transit zusammen und testen es. Quelle: timeandnavigation.si.edu
Im vollen Nachbrenner-Modus arbeiteten die Amerikaner an einem Satellitennavigationsprojekt: Bis 1959 hatten sie bereits fünf Typen von Transit-Satelliten gebaut, die später alle gestartet und getestet wurden. Im Betriebsmodus nahm die amerikanische Navigation im Dezember 1963 ihren Betrieb auf, d war 60m.
Satellitentransit 5A 1970er Modell. Quelle: timeandnavigation.si.edu
Ein Transit-Empfänger, der 1987 in einem Auto des Smithsonian-Geologen Ted Maxwell in der ägyptischen Wüste installiert wurde. Das Arbeitspferd des Forschers erwies sich als …
… die sowjetische "Niva"! Quelle: gpsworld.com[/center]
Die Ermittlung der Koordinaten eines sich an der Oberfläche bewegenden U-Bootes war problematischer: Wenn Sie mit dem Geschwindigkeitswert um 0,5 km / h einen Fehler machen, erhöht sich der RMS auf 500 m. Daher war es zweckmäßiger, sich an den Satelliten zu wenden Hilfe in einer stationären Position des Schiffes, was wiederum nicht einfach war. Der Transit mit niedriger Umlaufbahn (1100 km Höhe) wurde Mitte 64 von der US Navy als Teil von vier Satelliten übernommen, wodurch die Orbitalgruppierung auf sieben Fahrzeuge weiter erhöht wurde, und ab 67 wurde die Navigation für Normalsterbliche verfügbar. Derzeit wird die Satellitenkonstellation Transit verwendet, um die Ionosphäre zu studieren. Die Nachteile des weltweit ersten Satellitennavigationssystems waren die Unfähigkeit, die Höhe der Position des Bodennutzers zu bestimmen, die beträchtliche Dauer der Beobachtung und die Genauigkeit der Objektpositionierung, die schließlich ungenügend wurde. All dies führte zu neuen Suchen in der US-Raumfahrtindustrie.
Raumfahrzeug-Timing. Quelle: timeandnavigation.si.edu
Das zweite Satellitennavigationssystem war Timation vom Naval Research Laboratory (NRL), das von Roger Easton betrieben wurde. Im Rahmen des Projekts wurden zwei Satelliten montiert, die mit ultrapräzisen Uhren ausgestattet sind, um Zeitsignale an terrestrische Verbraucher zu senden und ihren eigenen Standort genau zu bestimmen.
Experimenteller Satellit Timation NTS-3, ausgestattet mit einer Rubidium-Uhr. Quelle: gpsworld.com
Bei Timation wurde das Grundprinzip der zukünftigen GPS-Systeme formuliert: Auf dem Satelliten operierte ein Sender, der ein codiertes Signal aussendete, das den Bodenteilnehmer aufzeichnete und die Verzögerung seines Durchgangs maß. Da sie die genaue Position des Satelliten in der Umlaufbahn kennen, berechnete das Gerät leicht die Entfernung zu ihm und ermittelte anhand dieser Daten seine eigenen Koordinaten (Ephemeriden). Dies erfordert natürlich mindestens drei Satelliten, vorzugsweise vier. Die ersten Timations gingen 1967 ins All und trugen anfangs Quarzuhren und später ultrapräzise Atomuhren - Rubidium und Cäsium.
Die United States Air Force operierte unabhängig von der Navy auf ihrem eigenen globalen Positionierungssystem namens Air Force 621B. Die Dreidimensionalität ist zu einer wichtigen Innovation dieser Technik geworden – jetzt ist es möglich, den Breitengrad, Längengrad und die lang erwartete Höhe eines Objekts zu bestimmen. Die Satellitensignale wurden nach einem neuen Kodierungsprinzip auf der Grundlage eines pseudozufälligen rauschähnlichen Signals getrennt. Der Pseudozufallscode erhöht die Störfestigkeit des Signals und löst das Problem der Zugangsbeschränkung. Zivile Nutzer von Navigationsgeräten haben nur Zugang zu Open Source Code, der jederzeit von der Bodenleitstelle aus geändert werden kann. In diesem Fall versagen alle "friedlichen" Geräte und definieren ihre eigenen Koordinaten mit einem erheblichen Fehler. Militärisch gesperrte Codes bleiben unverändert.
Die Tests begannen 1972 auf einem Testgelände in New Mexico mit Sendern an Ballons und Flugzeugen als Simulatoren von Satelliten. "System 612B" zeigte eine hervorragende Positionsgenauigkeit von mehreren Metern und zu dieser Zeit wurde das Konzept eines globalen Navigationssystems mit mittlerer Umlaufbahn mit 16 Satelliten geboren. In dieser Version lieferte ein Cluster von vier Satelliten (diese Anzahl ist für eine genaue Navigation erforderlich) eine 24-Stunden-Abdeckung des gesamten Kontinents. Das "System 612B" befand sich einige Jahre im experimentellen Rang und interessierte sich nicht besonders für das Pentagon. Zur gleichen Zeit arbeiteten mehrere Büros in den USA an einem "heißen" Navigationsthema: Das Applied Physics Laboratory arbeitete an einer Modifikation des Transits, die Navy "fertigte" Timation und sogar die Bodentruppen boten ihre eigenen an SECOR (Sequential Correlation of Range, sequentielle Berechnung von Reichweiten). Dies musste das Verteidigungsministerium beunruhigen, das in Gefahr war, bei jeder Art von Truppen mit einzigartigen Navigationsformaten konfrontiert zu werden. In einem bestimmten Moment schlug einer der amerikanischen Krieger mit der Hand auf den Tisch und ein GPS war geboren, das das Beste seiner Vorgänger enthielt. Mitte der 70er Jahre wurde unter der Schirmherrschaft des US-Verteidigungsministeriums ein dreigliedriges gemeinsames Komitee namens NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group) gegründet, das die wichtigen Parameter des zukünftigen Systems festlegte - die Anzahl der Satelliten, ihre Höhen, Signal Codes und Modulationsverfahren. Als sie zu den Kosten kamen, entschieden sie sich, sofort zwei Optionen zu entwickeln - militärische und kommerzielle mit einem vorbestimmten Fehler in der Positionierungsgenauigkeit. Die Air Force spielte in diesem Programm eine führende Rolle, denn ihre Air Force 621B war das ausgereifteste Modell des zukünftigen Navigationssystems, von dem GPS praktisch unveränderte Pseudo-Random-Noise-Technologie übernommen hatte. Das Signalsynchronisationssystem wurde aus dem Timtation-Projekt übernommen, aber die Umlaufbahn wurde auf 20.000 Kilometer angehoben, was eine 12-Stunden-Umlaufzeit anstelle der 8-Stunden seines Vorgängers vorsah. Bereits 1978 wurde ein erfahrener Satellit ins All geschossen und wie üblich die notwendige Bodeninfrastruktur im Voraus vorbereitet - nur sieben Arten von Empfangsgeräten wurden erfunden. 1995 wurde GPS vollständig eingesetzt - etwa 30 Satelliten befinden sich ständig im Orbit, obwohl für den Betrieb 24 genug vorhanden sind. Orbitalflugzeuge für Satelliten sind sechs mit einer Neigung von 55. zugewiesen0… Derzeit können Sie mit GPS-Vermessungsanwendungen die Position des Verbrauchers mit einer Genauigkeit von weniger als einem Millimeter bestimmen! Seit 1996 sind Block 2R-Satelliten erschienen, die mit dem autonomen Navigationssystem AutoNav ausgestattet sind, das es dem Fahrzeug ermöglicht, im Orbit zu operieren, wenn die Bodenkontrollstation mindestens 180 Tage lang zerstört ist.
Bis Ende der 1980er Jahre war der Kampfeinsatz von GPS sporadisch und unbedeutend: die Bestimmung der Koordinaten von Minenfeldern im Persischen Golf und die Beseitigung von Unvollkommenheiten in Karten während der Invasion von Panama. Eine vollwertige Feuertaufe fand 1990-1991 während des Wüstensturms im Persischen Golf statt. Die Truppen konnten aktiv in einem Wüstengebiet manövrieren, in dem es schwierig ist, akzeptable Orientierungspunkte zu finden, sowie zu jeder Tageszeit bei Sandstürmen Artilleriefeuer mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Später erwies sich GPS bei der Friedensoperation in Somalia 1993, bei der amerikanischen Landung in Haiti 1994 und schließlich bei den afghanischen und irakischen Kampagnen des 21. Jahrhunderts als nützlich.
