จีพีเอสคืออะไร? ทำไมเราถึงต้องการมัน? ระบบนำทางต่างกันอย่างไร? เราจะพูดถึงทุกสิ่งในบทความนี้
ปัจจุบัน GPS ดูเหมือนเราจะเป็นสิ่งที่คุ้นเคยในชีวิตประจำวันที่ทุกคนเคยได้ยินและส่วนใหญ่ใช้ในชีวิตประจำวัน นี่เป็นหนึ่งในเครื่องมือที่เราใช้ในอุปกรณ์ของเรา ในเวลาเดียวกัน เราไม่ได้คิดด้วยซ้ำว่ามันทำงานอย่างไร มันมาจากไหน เวลา ความพยายาม และเงินเท่าไหร่ที่ต้องลงทุนเพื่อสร้างระบบนี้ ทุกวันนี้เครื่องรับสัญญาณ GPS ไม่ได้มีเพียงแค่ นักเดินเรือ, โทรศัพท์, สมาร์ทโฟน, แท็บเล็ต, รถยนต์ หรือแม้แต่สร้อยข้อมือฟิตเนสและนาฬิกา "อัจฉริยะ" ข้อมูลของพวกเขาถูกใช้ในอุตสาหกรรม กีฬาสมัครเล่นและอาชีพ แรลลี่และแข่งรถ และแน่นอนในอุตสาหกรรมการทหาร มาดูระบบนำทางต่างๆ กันดีกว่า
ระบบนำทางด้วยดาวเทียมคืออะไร?
ระบบนำทางด้วยดาวเทียม หรือ Global Navigation Satellite System เป็นระบบดาวเทียมที่ส่งข้อมูลตำแหน่งทั่วโลกและเวลาที่แม่นยำ คลื่นวิทยุของความถี่บางอย่างใช้เพื่อส่งข้อมูล หลังจากได้รับข้อมูลดังกล่าวแล้ว ผู้รับจะคำนวณและแสดงพิกัดของตำแหน่งของเรา นั่นคือ ลองจิจูด ละติจูด และระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเล
นอกจากระบบพื้นฐาน (GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo) แล้วยังมีระบบเสริมในอวกาศอีกด้วย สิ่งเหล่านี้เรียกว่าระบบแก้ไขด้วยดาวเทียม (SBAS) เช่น Global Omnistar และ StarFire ที่ใช้ในการเกษตร
ด้านบนเรายังมีระบบสนับสนุนระดับภูมิภาค เช่น WAAS ในสหรัฐอเมริกา EGNOS ในสหภาพยุโรป MSAC ในญี่ปุ่น และ GAGAN ในอินเดีย ซึ่งดูแลการปรับแต่งข้อมูลในพื้นที่ขนาดเล็กของโลก ทั้งหมดนี้ได้รับการสนับสนุนโดยส่วนประกอบภาคพื้นดินซึ่งเราจะพูดถึงในภายหลัง มีคำจำกัดความมากมายในระบบ แต่เราจะไม่ลงรายละเอียด
อ่าน: ภารกิจอวกาศที่สำคัญและน่าสนใจที่สุดในปี 2021
ประเภทของการนำทางด้วยดาวเทียม
GPS ไม่ใช่ระบบนำทางด้วยดาวเทียมเพียงระบบเดียวที่มีอยู่ในปัจจุบัน ดาวเทียมหลายประเภทบินอยู่เหนือศีรษะของเรา ซึ่งมีหน้าที่กำหนดตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของอุปกรณ์ที่เราเก็บไว้ในกระเป๋าเสื้อ สวมบนข้อมือ หรือใช้ในเครื่องนำทาง ทำไมถึงมีหลายระบบแต่ไม่มีระบบเดียว? ฉันแน่ใจว่าคำถามนี้ถูกถามโดยผู้ใช้ทั่วไปส่วนใหญ่ ความจริงก็คือว่าในตอนแรกระบบ GPS ถูกสร้างขึ้นสำหรับความต้องการทางทหาร และกองทัพยังคงควบคุมมันได้ ซึ่งหมายความว่าพวกเขาควบคุมตำแหน่งของทุกคนและทุกที่ในโลก แน่นอนว่าหลายคนไม่ชอบตำแหน่งนี้ ไม่เพียงแต่ฝ่ายตรงข้ามเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเพื่อนด้วย ดังนั้นผู้เล่นระดับโลกที่จริงจังจึงตัดสินใจพัฒนาระบบนำทางเพื่อให้กองทัพของพวกเขาควบคุมได้ ในไม่ช้า GPS อะนาล็อกก็ปรากฏตัวขึ้นในโลกโดยแข่งขันกันเพื่อชิงตำแหน่งที่ดีที่สุดและแม่นยำที่สุดในตลาด สำหรับเรา ผู้ใช้ทั่วไป นี่เป็นเพียงข้อได้เปรียบ เรามาลองจัดการกับแต่ละระบบแยกกัน
GPS อเมริกัน
นี่เป็นระบบนำทางระบบแรกที่เราใช้บ่อยที่สุด เมื่อเรานึกถึงการนำทางด้วยดาวเทียม เรามักใช้คำว่า GPS ระบบของอเมริกาแต่เดิมเรียกว่า NAVigation Signal Timing And Ranging Global Positioning System หรือเรียกสั้นๆ ว่า NAVSTAR-GPS
GPS อยู่ในมือของกองทัพสหรัฐฯ หรือมากกว่า US Space Force อุปกรณ์ทั้งหมดได้รับการตรวจสอบเพื่อการทำงานที่เหมาะสมโดย Space Delta 8 ซึ่งตั้งอยู่ที่ฐานทัพอากาศ Shriver ใกล้กับโคโลราโดสปริงส์ และทำงานเป็นส่วนหนึ่งของสำนักงานใหญ่ GPS
ใบสมัครพลเรือนเป็นเพียงส่วนเสริมเล็กน้อยสำหรับการสมัครทางทหาร ซึ่งเลย์เอาต์และความแม่นยำของตำแหน่งสูงสุดมีความสำคัญเป็นอันดับแรก ผู้ใช้พลเรือนจะได้รับเวอร์ชันที่สั้นลงบ้าง แต่ก็ยังดีพอ เราไม่ต้องการความแม่นยำสักสองสามสิบเซนติเมตรเพื่อขับรถหรือวิ่ง แต่จำเป็นต้องมีความแม่นยำมากขึ้น เช่น ในการนำทาง ในการทำแผนที่ ในการเกษตรเพื่อเฝ้าสังเกตในทุ่ง ในบริษัทขนส่งเพื่อติดตามยานพาหนะ และใน พื้นที่อื่น ๆ อีกมากมาย ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่ระบบ GPS จะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา การปรับดาวเทียมให้เหมาะสมกำลังเกิดขึ้น
ระหว่างการใช้งาน ระบบได้รับการเปลี่ยนแปลงและยังคงได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัย ดาวเทียมที่มีความสามารถมากขึ้นจะถูกนำมาใช้ในเครือข่ายเป็นครั้งคราว และดาวเทียมเก่าที่เคยใช้ก่อนหน้านี้จะถูกทำลายไปตามกาลเวลา ส่วนใหญ่เผาไหม้ในชั้นบรรยากาศและบางครั้งเศษซากก็จมลงในมหาสมุทรแปซิฟิก
ความพร้อมอย่างเต็มที่ของระบบ GPS เกิดขึ้นในปี 1993 เมื่อนำดาวเทียมจำนวนที่ต้องการเข้าสู่วงโคจร แต่ย้อนกลับไปในปี 1983 ฝ่ายบริหารของ Ronald Reagan ได้อนุมัติใบอนุญาตสำหรับการใช้ระบบของพลเรือน สิ่งนี้เกิดขึ้นหลังจากสหภาพโซเวียตยิงเครื่องบินพลเรือนเกาหลีที่ละเมิดน่านฟ้าโซเวียตโดยไม่ได้ตั้งใจ อย่างไรก็ตาม ในขั้นต้น ความแม่นยำของระบบสำหรับประชากรพลเรือนจำกัดอยู่ที่ 100 เมตร แต่ในขณะนั้นก็เพียงพอแล้วที่จะหลีกเลี่ยงภัยพิบัติเพิ่มเติม
การทำงานของระบบ GPS จากอวกาศได้รับการสนับสนุนเพิ่มเติมโดยดาวเทียม WAAS (ระบบเสริมพื้นที่กว้าง) ซึ่งให้การแก้ไขข้อมูลที่จำเป็นเพื่อเพิ่มความแม่นยำของระบบ ตั้งอยู่ในอเมริกาเหนือ (และบางส่วนในอเมริกาใต้) และอยู่ภายใต้การดูแลของ FAA (Federal Aviation Administration) WAAS มีวัตถุประสงค์เพื่อสนับสนุนแอปพลิเคชันการนำทางด้วยดาวเทียมของพลเรือน
รัสเซีย GLONASS
GLONASS เป็นตัวย่อของ Global Navigation Satellite System ซึ่งทำงานคล้ายกับ GPS ของอเมริกา GLONASS ประกอบด้วยดาวเทียมที่ทำงานอยู่ 24 ดวง ซึ่งอยู่ห่างจากพื้นโลกประมาณ 19 กิโลเมตร และวงโคจรของดาวเทียมใช้เวลา 100 ชั่วโมง 11 นาที การทดสอบระบบเริ่มขึ้นในปี 15 นั่นคือย้อนกลับไปในสหภาพโซเวียต มันถูกสร้างขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการพัฒนาของอเมริกาซึ่งรู้จักกันดีในประเทศของเราในชื่อ "Star Wars" สหภาพโซเวียตไม่ต้องการที่จะยอมแพ้ต่อสหรัฐอเมริกาในสิ่งใดๆ แต่ "เปเรสทรอยก้า กลาสนอส เร่งความเร็ว" ทำหน้าที่ของพวกเขา งานส่วนใหญ่ถูกตัดขาดเนื่องจากขาดเงินทุน แม้ว่าเมื่อมันปรากฏออกมาในภายหลังไม่ใช่ทุกอย่างถูกปิด เป็นเรื่องน่าประหลาดใจสำหรับชาวอเมริกันจริงๆ เมื่อในปี 1982 มีการประกาศอย่างเป็นทางการว่าระบบ GLONASS พร้อมสำหรับการใช้งาน ในปี 1993 รัสเซียสามารถจัดกลุ่มดาวบริวารทั้ง 1995 ดวงขึ้นสู่วงโคจรได้
แต่ทุกอย่างก็ไม่ดีตั้งแต่แรก ยุคเยลต์ซินในยุคนั้นก็ส่งผลกระทบต่อโครงการอวกาศเช่นกัน ไม่มีเงินทุน ไม่มีใครสนใจเรื่องอวกาศและการนำทางด้วยดาวเทียม เป็นผลให้ในปี 2002 มีดาวเทียมเพียง 7 ดวงที่ยังคงใช้งานอยู่ อย่างไรก็ตาม ชาวรัสเซียเริ่มทำธุรกิจและเป็นส่วนหนึ่งของโครงการฟื้นฟูในปี 2002-2011 ได้นำดาวเทียม GLONASS-K ที่ปรับปรุงแล้วไปใช้งาน รวมทั้งระบบควบคุมภาคพื้นดินที่ทันสมัย
ในขั้นต่อไปของการปรับปรุงให้ทันสมัย ในปี 2012-2020 ความสนใจหลักคือการปรับปรุงคุณสมบัติของ PNT (การวางตำแหน่ง การนำทาง และการซิงโครไนซ์) เพื่อเพิ่มความปลอดภัยของรัฐและความสามารถของการป้องกันและระบบพลเรือน ขณะนี้งานกำลังดำเนินการเกี่ยวกับดาวเทียมรุ่นต่อไปที่เรียกว่า GLONASS-K2
จีน เป่ยโต่ว
จีนเริ่มพัฒนาระบบนำทางด้วยดาวเทียมเมื่อปลายศตวรรษที่ 2000 ในปี 1 พวกเขาสามารถปิดขั้นตอนแรกของการพัฒนา BDS-1 ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในชื่อระบบดาวเทียมนำทาง BeiDou-2 ในโครงการนี้ จีนและต่างประเทศที่ใกล้ที่สุดได้รับระบบกำหนดตำแหน่ง ขั้นตอนต่อไปคือ BDS-2020 พร้อมเครือข่ายดาวเทียมที่ให้บริการครอบคลุมในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก ในปี 3 ระบบ BeiDou เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ BDS-XNUMX ได้เปิดใช้งานทั่วโลก
ปัจจุบันมีดาวเทียม 35 ดวงในวงโคจร และโดยรวมแล้วโปรแกรมได้ดำเนินการเปิดตัว 59 ลำพร้อมเพย์โหลดที่ทำให้ระบบ BeiDou รุ่นต่อไปเข้าสู่วงโคจร ตามข้อมูลของทางการจีน หน่วยงานมากกว่า 400 แห่ง และนักวิทยาศาสตร์และช่างเทคนิค 300 คน มีส่วนร่วมในการสร้างโปรแกรม BDS-000 เพื่อรองรับกลุ่มดาวดาวเทียมล่าสุด มีการสร้างสถานีภาคพื้นดินมากกว่า 3 แห่งเพื่อตรวจสอบการทำงานที่ถูกต้องของระบบ ความพร้อมใช้งานของระบบทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 40% และสำหรับภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกที่สำคัญนั้นยิ่งสูงขึ้นไปอีก นั่นคือ ทำงานได้เกือบสมบูรณ์แบบที่นั่น นอกจากนี้ ชาวจีนยังใช้ความพยายามอย่างมากในการปรับปรุงความถูกต้องของระบบ
BeiDou ยังอนุญาตข้อความสั้น ๆ ได้ถึง 14 บิต (000 ตัวอักษรจีน) ค่านี้อาจรวมถึงภาพถ่ายหรือการบันทึกเสียงด้วย
เช่นเดียวกับการพัฒนาระบบนำทางด้วยดาวเทียมอื่น ๆ ผู้ใช้ในท้องถิ่นต้องเสียค่าบริการ แต่ผลลัพธ์ก็น่าประทับใจจริงๆ
อ่าน: ประเทศจีนก็กระตือรือร้นที่จะสำรวจอวกาศเช่นกัน แล้วพวกเขาเป็นยังไงบ้าง?
กาลิเลโอยุโรป
ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของระบบกาลิเลโอคืออะไร? GPS และ GLONASS ต่างจาก GPS และ GLONASS โดยยังคงอยู่ในมือพลเรือนและไม่ได้เป็นของรัฐบาลใดโดยเฉพาะ เช่นเดียวกับในจีนคอมมิวนิสต์ ระบบนี้สร้างขึ้นโดยคำนึงถึงตลาดพลเรือนเท่านั้น ดังนั้นความต้องการของประชากรจึงมีอิทธิพลต่อการพัฒนาในที่สุด เป็นที่ยอมรับว่ากาลิเลโอเป็นอากาศบริสุทธิ์ท่ามกลางระบบกำหนดตำแหน่งทางทหาร จนถึงตอนนี้ โครงการกาลิเลโอได้เสร็จสิ้นการเปิดตัว 28 ครั้ง และวางดาวเทียม 30 ดวงขึ้นสู่วงโคจร ปัจจุบันระบบใช้กลุ่มดาวบริวารเต็มรูปแบบ แต่อุปกรณ์บางตัวอาจไม่พร้อมใช้งานเสมอไป และบางเครื่องยังรอการกลับมาอยู่ในโกดัง
ส่วนการจัดการภาคพื้นดินตั้งอยู่ในสองศูนย์ - Oberpfaffenhofen ในเยอรมนีและ Fucino ในอิตาลี นอกจากนี้ ระบบยังรวมถึงเครือข่ายทั่วโลกของเซ็นเซอร์ตรวจสอบ สถานีตรวจวัด และการส่งข้อมูล
เนื่องจากวงโคจรของระบบทั้งหมดเหล่านี้เริ่มอิ่มตัวมากขึ้นเรื่อยๆ ดาวเทียมกาลิเลโอจึงตั้งอยู่สูงขึ้นเล็กน้อยที่ระดับความสูง 23 กิโลเมตร (ต่ำสุดคือ GLONASS จากนั้นเป็น GPS, BeiDou ของจีนและที่ด้านบนสุดของปิรามิดกาลิเลโอ ). ดาวเทียมแต่ละดวงใช้เวลาประมาณ 222 ชั่วโมงในการโคจรรอบโลกอย่างสมบูรณ์ สำหรับสถานที่ส่วนใหญ่บนโลก มีดาวเทียมกาลิเลโอ 14 ถึง 6 ดวงพร้อมใช้ตลอดเวลา ซึ่งหมายความว่ามีความแม่นยำสูงมาก ซึ่งในสถานการณ์ส่วนใหญ่จะวัดเป็นหน่วยเซนติเมตรแทนที่จะเป็นเมตร
กาลิเลโอเข้ากันได้กับระบบ GPS ซึ่งช่วยปรับปรุงความแม่นยำของการวัดให้ดียิ่งขึ้น และยังรองรับการทำงานของระบบโดยระบบ EGNOS (European Geostationary Navigation Service) ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบภาคพื้นดินและดาวเทียมที่รับผิดชอบในการปรับปรุงการทำงานและความแม่นยำของระบบนำทางด้วยดาวเทียม .
มิจิบิกิญี่ปุ่น (มิจิบิกิ)
เพื่อให้แน่ใจว่าการนำทางในอาณาเขตของตนมีความแม่นยำ ญี่ปุ่นจึงได้สร้างกลุ่มดาวบริวารขนาดเล็กที่เรียกว่าระบบดาวเทียม Quasi-Zenith (QZSS) หรือมิชิบิกิ ในพื้นที่ภูเขาหรือพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น GPS เพียงอย่างเดียวมักไม่เพียงพอเนื่องจากมีอุปสรรคมากเกินไป ดาวเทียม 4 ดวงที่เปิดใช้งานตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน 2018 ขจัดปัญหานี้ สามคนยังคงอยู่ในภูมิภาคเอเชียและโอเชียเนีย ในปี พ.ศ. 2024 มีการวางแผนที่จะไปถึงกลุ่มดาวดาวเทียมจำนวน 7 ดวง สิ่งนี้จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบและทำให้เป็นอิสระจาก GPS ดังนั้น ญี่ปุ่นจะรับรองเอกราชในอาณาเขตของตนอย่างเต็มที่
แม้จะมีขนาดที่เล็กเมื่อเทียบกับระบบอื่น QZSS ก็ตอบสนองความคาดหวังทั้งหมดของประชากรญี่ปุ่น และยังสนับสนุนการขนส่งในทุกประเทศที่ตั้งอยู่บนเส้นเมอริเดียนที่ผ่านอาณาเขตของญี่ปุ่นอีกด้วย
นอกจากนี้ ญี่ปุ่นยังมีระบบสนับสนุนความแม่นยำของ GPS/Michibiki ที่เรียกว่า MTSAT Satellite Augmentation System (MSAS) ประกอบด้วยดาวเทียม 2 ดวงซึ่งให้ข้อมูลสภาพอากาศ
NavIC (NAVigation with Indian Constellation) เป็นอะนาล็อกของอินเดียของ GPS ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS) ระบบหลังจากบรรลุความสามารถทั้งหมดแล้วจะคล้ายกับการทำงานกับระบบภาษาญี่ปุ่น ปัจจุบันมีดาวเทียมจำนวน 7 ดวงในวงโคจรที่กำหนดตำแหน่งในอินเดียและอยู่ห่างจากชายแดนของประเทศถึง 1500 กิโลเมตร ระบบไม่ขึ้นอยู่กับ GPS
NavIC รองรับโดย GAGAN (Geosynchronous Augmented Navigation System พร้อม GPS) ซึ่งประกอบด้วยดาวเทียมเพิ่มเติมสามดวงและโครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดิน ด้วยการแนะนำการบริการ ช่องว่างระหว่างระบบ EGNOS และ MSAS ได้ถูกเชื่อมเข้าด้วยกัน ช่วยเพิ่มระดับของความปลอดภัยในการบินพลเรือน
ระบบช่วยเหลือทั่วโลก
ในขณะที่อธิบายแต่ละระบบ เรายังกล่าวถึงระบบสนับสนุนระดับภูมิภาคด้วย อย่างไรก็ตาม การทำงานของระบบนำทางด้วยดาวเทียมที่เกินขอบเขตภูมิภาคยังสามารถรองรับระบบช่วยเหลือทั่วโลกได้ ปัจจุบันสามารถแยกแยะได้สองคน เหล่านี้คือ Omnistar และ StarFire ทั้งสองรุ่นรองรับระบบนำทางด้วยดาวเทียมซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับความต้องการของเกษตรกรรมสมัยใหม่ที่แม่นยำ การใช้งานต้องใช้เครื่องรับพิเศษซึ่งเกษตรกรสามารถเคลื่อนที่ผ่านทุ่งนาได้อย่างแม่นยำถึง 5-10 เซนติเมตร (ระบบสนับสนุนการบันทึกให้ความแม่นยำ 1-2 เซนติเมตร) การจัดตำแหน่งที่แม่นยำดังกล่าวมีไว้เป็นบริการและต้องชำระค่าธรรมเนียมเพิ่มเติมโดยตรงสำหรับการส่งมอบข้อมูลระบบ
บริการนี้ใช้ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลกที่แตกต่างกัน (DGPS) และใช้ตัวรับฐานที่อยู่ในตำแหน่งที่ระบุ เครื่องรับบนรถนอกเหนือจากสัญญาณดาวเทียมแล้วยังได้รับการแก้ไขจากเครื่องรับฐานแบบอยู่กับที่
Omnistar เป็นบริษัทอิสระและสามารถซื้อเครื่องส่งสัญญาณสำหรับเครื่องจักรได้หลากหลาย ในขณะที่ระบบ StarFire มาจากผู้ผลิตอุปกรณ์การเกษตร John Deere ซึ่งมีระบบในตัวหรือภายนอกที่มีความแม่นยำ ±3 ซม. และทำงานร่วมกับ GPS และ GLONASS
GPS ทำงานอย่างไร?
ในส่วนนี้ เราจะอธิบายการทำงานของ GPS โดยใช้ต้นฉบับ นั่นคือ เวอร์ชันอเมริกัน เนื่องจากขณะนี้เรามีข้อมูลที่มีอยู่มากที่สุด คนอื่นทำงานคล้ายกัน
กลุ่มดาวดาวเทียม GPS
เครือข่ายดาวเทียมที่ค่อนข้างหนาแน่นเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่เหมาะสมทั่วโลก ในกรณีของกลุ่มดาวบริวารจำนวน 24 ดวง เราสามารถมั่นใจได้ว่าเมื่อใดก็ได้และ ณ จุดใด ๆ บนโลก เราอยู่ภายในขอบเขตสี่ดวง ชาวอเมริกันโดยทั่วไปสัญญาว่าอย่างน้อย 24 จะพร้อมใช้งาน 95% ของเวลา ปัจจุบันระบบรองรับดาวเทียม 31 ดวง โลกถูกแบ่งออกเป็น 6 โซนเท่าๆ กันที่ดาวเทียมเคลื่อนผ่าน และแต่ละโซนมี 4 เขตให้ครอบคลุม
ในเดือนมิถุนายน 2011 มีการเปิดตัวการดัดแปลงที่เรียกว่า Expendable 24 ดาวเทียมสามดวงจาก 24 ดวงและด้วยเหตุนี้พื้นที่ที่พวกเขาควบคุมจึงถูกเสริมด้วยดาวเทียมเพิ่มเติมเพื่อให้ได้สัญญาณที่เร็วขึ้นและความแม่นยำที่ดีขึ้นในสภาพภูมิประเทศที่ยากลำบาก มีการเปลี่ยนแปลงบางอย่างเพื่อทำให้เครือข่ายดาวเทียมทั้ง 27 ดวงมีประสิทธิภาพมากที่สุด
ดาวเทียม GPS เคลื่อนที่ในวงโคจร MEO (Mean Earth Orbit) ที่คาดการณ์ได้ที่ระดับความสูงประมาณ 20 กม. ดังนั้นคุณจึงรู้อยู่เสมอว่าอยู่ที่ไหน นอกจากนี้ ตำแหน่งของพวกเขาจะถูกตรวจสอบโดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ เครือข่ายการควบคุมภาคพื้นดินประกอบด้วยศูนย์ควบคุมหลัก, ศูนย์ควบคุมสำรอง, เสาอากาศสั่งการและควบคุม 200 เสา และสถานีสังเกตการณ์ 11 แห่ง ดังนั้นจึงทราบตำแหน่งของดาวเทียมอยู่เสมอ การหมุนของดาวเทียมแต่ละดวงรอบโลกหนึ่งครั้งใช้เวลา 16 ชั่วโมง
มันทำงานอย่างไรในทางปฏิบัติ?
ดาวเทียมที่โคจรอยู่จะส่งสัญญาณวิทยุที่อุปกรณ์ของเรารับซึ่งมีเครื่องรับที่เหมาะสมอยู่ตลอดเวลา ดาวเทียมแต่ละดวงรายงานตำแหน่งและเวลาส่ง เมื่อทราบเพิ่มเติมว่าคลื่นวิทยุเคลื่อนที่ได้เร็วเพียงใด เราสามารถคำนวณระยะทางจากดาวเทียมดวงนี้ได้ หากเราได้รับข้อมูลเพิ่มเติมจากดาวเทียมอีกสามดวงและดาวน์โหลดข้อมูลจากสี่ดวงพร้อมกัน อุปกรณ์จะคำนวณตำแหน่งของเราที่จุดตัดของข้อมูลที่มาจากดาวเทียมทุกดวง
เพื่อให้สิ่งต่าง ๆ ทำงานได้อย่างราบรื่นและแม่นยำ เรายังต้องการการวัดที่แม่นยำของเวลาที่ส่งสัญญาณ สิ่งนี้ประสบความสำเร็จได้อย่างไร? ดาวเทียมแต่ละดวงมีนาฬิกาอะตอม ซึ่งเป็นเครื่องวัดความเที่ยงตรงที่เที่ยงตรงที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยประดิษฐ์ขึ้น ความถูกต้องของนาฬิกาดังกล่าวคืออะไร? เวลาถูกวัดเป็นล้านที่ใกล้ที่สุดของวินาที!
อุปกรณ์รับจะใช้ข้อมูลทั้งหมดนี้เพื่อคำนวณตำแหน่งของเราอย่างมีประสิทธิภาพ แต่ทั้งระบบยังต้องคำนึงถึงประเด็นต่างๆ เช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ซึ่งเขียนโดยสุภาพบุรุษที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในชื่ออัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ยิ่งวัตถุอยู่ไกลจากแหล่งกำเนิดแรงโน้มถ่วงมากเท่าใด เวลาก็ยิ่งผ่านไปเร็วขึ้นเท่านั้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องคำนวณใหม่บนดาวเทียมแต่ละดวง กล่าวโดยย่อ มันค่อนข้างซับซ้อน แต่โชคดีที่เราใช้ระบบนี้มาหลายปีแล้ว และพบว่ามันใช้งานได้ และทำงานได้ดีทีเดียว
แน่นอนว่าการทำงานปกติของระบบต้องการการมีส่วนร่วมของบุคลากรที่มีคุณสมบัติสูง ระดับการฝึกอบรมสามารถเทียบได้กับระดับของศูนย์ควบคุมการบินในอวกาศ
GPS: ค่าใช้จ่ายโปรแกรมนับพันล้าน
หลังจากปล่อยสู่วงโคจรแล้ว ดาวเทียมจะไม่ทำงานที่นั่นตลอดไป เวอร์ชันเก่ามีวงจรชีวิต 7,5 ปี เวอร์ชันใหม่กว่า 12 ปี และระบบ GPS III/IIIF ล่าสุดคาดว่าจะอยู่ในวงโคจรเป็นเวลา 15 ปี (ข้อมูลสำหรับระบบเวอร์ชันสหรัฐอเมริกา) หลังจากเวลานี้จะต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ดังนั้นจะต้องสร้างตัวอย่างใหม่ในสภาพปลอดเชื้อและงานศิลปะนี้สามารถเข้าสู่วงโคจรได้
นอกจากอุปกรณ์ในอวกาศแล้ว ยังมีอุปกรณ์ตรวจสอบบนพื้นดินและบุคลากรที่ได้รับการฝึกอบรมมาอย่างดีซึ่งรับผิดชอบในการควบคุมระบบ งานเพื่อปรับปรุงส่วนประกอบภาคพื้นดินยังดำเนินอยู่ โดยเน้นที่ระบบควบคุมการทำงาน (OCX) รุ่นใหม่และระบบย่อยที่เกี่ยวข้องในขณะนี้ มีการแนะนำการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยเพื่อไม่ให้รบกวนการทำงานของระบบ GPS ทั้งหมด
ใช้เงินประมาณ 1,7 พันล้านดอลลาร์ (ปีงบประมาณ 2020) เพื่อรองรับทั้งระบบ สำหรับปีงบประมาณ 2021 นักพัฒนาได้ขอให้รัฐสภาคองเกรสแห่งสหรัฐอเมริกาเป็นเงิน 1,8 พันล้านดอลลาร์สำหรับค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาระบบ GPS ดังนั้น ด้วยจำนวนเงินดังกล่าว เฉพาะประเทศที่ใหญ่ที่สุดเท่านั้นที่สามารถรักษาระบบปกครองตนเองได้ และส่วนที่เหลือจะต้องใช้ระบบที่มีอยู่ เพื่อแสดงให้เห็นว่าค่าใช้จ่ายของโปรแกรมเพิ่มขึ้นอย่างไร เราสามารถพูดได้เพียงว่าในปี 2012 มีมูลค่า 750 ล้านดอลลาร์ (เราไม่ได้คำนึงถึงอัตราเงินเฟ้อ วิธีการคำนวณ และระดับของโปรแกรมที่นี่)
บล็อก GPS ง่ายไหม?
ยุคทองของระบบ GPS ในกองทัพกำลังถูกลืมไปอย่างช้าๆ การลดทอนและการรบกวนของสัญญาณดาวเทียมเริ่มเกิดขึ้นบ่อยขึ้นเรื่อยๆ และด้วยเหตุนี้ อาวุธที่แม่นยำซึ่งอาศัยข้อมูลอวกาศเพียงอย่างเดียวจึงไม่มีประสิทธิภาพอย่างที่เคยเป็นมาอีกต่อไป ปัญหาไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบต่ออาวุธเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องบิน เรือ ยานพาหนะทางบก และอุปกรณ์อื่นๆ ที่ติดตั้งเครื่องรับ GPS
เราได้เห็นตัวอย่างการปิดกั้นสัญญาณ GPS ในจุดที่ "ร้อน" บนโลกมาแล้วหลายครั้ง มันเกิดขึ้นที่เรือขนาดใหญ่ในท่าเรือหรือการเดินเรือ เช่น ในทะเลดำ จู่ๆ ก็หายไปจากแผนที่และปรากฏบนพวกมันห่างออกไป 30 กิโลเมตร และสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการกระทำของรัสเซียในภูมิภาคนี้ ต่อจากหัวข้อนี้ ควรจะกล่าวว่า มาตรการที่คล้ายคลึงกันนี้มักจัดขึ้นในซีเรียเพื่อให้แน่ใจว่าฐานปฏิบัติการของรัสเซียในภูมิภาคนี้มีการดำเนินการ แม้แต่อิสราเอลก็ยังประสบปัญหาการรบกวนประเภทนี้ ซึ่งบางครั้ง GPS ก็ทำงานได้แย่กว่าเดิม และนี่เป็นปัญหาร้ายแรง ตัวอย่างเช่น การจราจรทางอากาศของพลเรือน
การรบกวนสัญญาณ GPS นั้นไม่ยากเป็นพิเศษ เครื่องส่งสัญญาณวิทยุที่มีกำลังและความถี่ที่เหมาะสมซึ่งวางไว้ใกล้กับเป้าหมายที่ได้รับการป้องกันจะป้องกันไม่ให้เครื่องรับ GPS ได้รับข้อมูลที่ถูกต้อง ผู้ผลิตดาวเทียมพยายามต่อสู้กับสิ่งนี้โดยพัฒนาสัญญาณที่ต้านทานการรบกวนได้มากขึ้น ซึ่งติดตั้งอุปกรณ์เวอร์ชันล่าสุด อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเกมของแมวและเมาส์ และข้อดีอยู่ที่ด้านข้างของเรือพิฆาต พวกเขาสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงได้เร็วขึ้นด้วยต้นทุนที่ต่ำลงและความสามารถที่มากขึ้น ท้ายที่สุดแล้ว ดาวเทียมจะไม่เปลี่ยนแปลงในหนึ่งสัปดาห์
นอกจากวัตถุประสงค์ที่ร้ายกาจแล้ว วิธีการปิดกั้น GPS ยังใช้เพื่อปกป้องประมุขแห่งรัฐอีกด้วย ไม่น่าแปลกใจที่ชาวรัสเซียชื่นชอบเครื่องมือดังกล่าวเป็นพิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเคลื่อนไหวของปูตินซึ่งพวกเขาพยายามอย่างมากที่จะซ่อนว่าในภูมิภาคที่เขาตั้งอยู่ ระบบนำทางทั้งหมดอาจไม่ทำงานเลยในบางช่วงเวลา รัสเซียปกป้องเส้นทางการเดินทางของประธานาธิบดีให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นโดยการปิดกั้นระบบนำทาง พวกเขากำลังพยายามอย่างน้อยบางส่วนเพื่อแยกการโจมตีด้วยโดรน
แม้จะมีปัญหาและข้อบกพร่องที่กล่าวไว้ข้างต้น เราก็ไม่ควรคาดหวังให้กองทัพละทิ้งระบบ GPS ในทางตรงกันข้าม การต่อสู้กับระบบติดขัดจะรุนแรงขึ้น และจะเพิ่มระบบเพิ่มเติมในอุปกรณ์และอาวุธที่จะป้องกันการติดขัดของสัญญาณ GPS
การนำทางเฉื่อยจะพัฒนาต่อไป และอาวุธที่มีความแม่นยำจะมีวิธีการเล็งสำรองที่มีประสิทธิภาพเท่าเทียมกันเสมอ ขณะนี้กำลังดำเนินการแก้ไขปัญหาดังกล่าวอย่างเข้มข้น มีการพูดถึงการนำทางด้วยภาพ ดาราศาสตร์ (ย้อนเวลา?) และการนำทางผิดปกติของแม่เหล็ก เทคโนโลยีขั้นสูง! ดังนั้นเราจึงยังมีสิ่งที่น่าสนใจมากมายรอเราอยู่
การนำทางด้วยดาวเทียมเพื่อวัตถุประสงค์ทางแพ่ง
แต่ผู้ใช้ทั่วไปไม่ค่อยสนใจในสิ่งที่กองทัพมีอยู่ เราต้องการให้ GPS ช่วยระบุตำแหน่งของเราเพื่อที่ เนวิเกเตอร์ วางเส้นทางเดินป่าบนภูเขาหรือวิ่งตอนเช้าหรือระหว่างการเดินทางด้วยรถยนต์อย่างถูกต้อง ตอนนี้เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงชีวิตของคนทันสมัยโดยปราศจากสิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้
โดยหลักการแล้ว เราสามารถพูดได้ว่าแม้เราจะไม่ได้ใช้ GPS โดยตรง นั่นคือ เราไม่เปิดเครื่องรับเอง เรายังสามารถใช้งานได้ ระบบทำงานอย่างอิสระกลายเป็นส่วนที่คุ้นเคย สะดวก และจำเป็นในชีวิตของเรา
อ่าน: