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O GPS comanda tudo. E está recebendo uma super atualização em 2020

É muito mais do que apenas instruções de direção. O GPS, administrado pela Força Espacial dos Estados Unidos, está incorporado em todo o mundo de alta tecnologia em que vivemos.

m 5 de novembro, um foguete SpaceX rugiu no céu vindo de Cabo Canaveral, Flórida, carregando um satélite quadrado de 5.000 libras, cravejado de antenas, em direção ao seu destino a 20.500 milhas de distância, no que é conhecido como órbita média da Terra. Desse ponto de vista distante, ele logo enviará sinais que o ajudarão a encontrar o caminho para a nova casa de um amigo nos subúrbios ou um destino de férias seis horas ao longo da costa.

Se você parar em um caixa eletrônico ao longo do caminho para pegar algum dinheiro, esses sinais também ajudarão o banco a saber que seu saque aconteceu depois que o cheque de pagamento de depósito direto atualizou suas finanças. Eles também influenciam se a ligação do seu celular para o seu amigo ou para o agente de aluguel ocorre sem distorção ou desbotamento.

Esses sinais virão de um satélite GPS III, o mais novo membro de uma constelação de satélites que se tornaram uma presença constante e íntima em nossas vidas diárias. Com o GPS III, estamos obtendo não apenas novas caixas no céu, mas uma série de atualizações que ajudarão a tornar o sistema melhor para todos nós aqui na Terra. E vamos precisar disso.

O Sistema de Posicionamento Global se tornou vital para quase todos os setores da infraestrutura crítica do país , com muito de seu trabalho acontecendo nos bastidores e provavelmente em muito mais extensão do que você imagina. O GPS nos diz onde estamos e nos ajuda a chegar aonde estamos indo, mas um aspecto central da tecnologia é quando – o tempo de, bem, mais ou menos um zilhão de coisas. Ele desempenha um papel crítico nas transações financeiras e negociações de ações, prevendo o tempo, monitorando terremotos e mantendo a rede elétrica funcionando.

“É muito mais do que apenas instruções de direção”, diz Tonya Ladwig, vice-presidente interina de sistemas de navegação espacial da Lockheed Martin, que construiu aquele satélite.

De acordo com um estudo encomendado no ano passado pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, o GPS tem cerca de US $ 1 bilhão por dia em impacto econômico nos Estados Unidos. Seu alcance é, simplesmente, alucinante.

“Avaliar o valor geral do GPS é quase impossível”, escreve Greg Milner em Pinpoint , um livro de 2016 sobre como o sistema baseado no espaço surgiu e o efeito que está tendo no mundo. “Tornou-se difícil separar o valor do GPS do valor de tudo .”

Isso é muito para colocar nos ombros de não muito mais do que algumas dúzias de satélites e o que acaba sendo um raio de sinal no momento em que chega ao seu telefone ou um avião chegando para um pouso seguro. É por isso que especialistas e legisladores há muito se preocupam com a suscetibilidade do GPS a interferência e falsificação e a possibilidade de que esse recurso inestimável possa se tornar um ponto único de falha massiva.

O GPS é o serviço principal entre apenas um punhado de sistemas globais de navegação por satélite, ou GNSS , que incluem o Galileo da União Europeia , o Glonass da Rússia e o BeiDou da China. Ele está no meio de uma longa modernização que visa fornecer melhores sinais para as pessoas em terra e tornar os satélites mais robustos no espaço. Isso é uma boa notícia não apenas para motoristas, pilotos, banqueiros, geólogos, fazendeiros que fazem agricultura de precisão e usuários de drones e carros autônomos do Uber, mas também para o setor que deu o primeiro passo para o GPS: os militares dos EUA.

E os militares não são apenas usuários de GPS para serviços pesados. Ele também opera o serviço, para todos nós ao redor do mundo.

Como funciona o GPS

O que torna o GPS um recurso sempre ativo – tão confiável quanto a eletricidade e a água em sua casa – é a cobertura que os satélites fornecem.

Existem 31 satélites na constelação GPS e 24 são considerados o mínimo para que a constelação central funcione como deveria. Essas duas dúzias estão espalhadas em seis planos orbitais, então você deve estar sempre à vista de pelo menos quatro a qualquer momento. Os sete restantes são essencialmente sobressalentes, para serem alternados conforme necessário. Embora eles estejam continuamente enviando sinais para a Terra que você captará em seu telefone, rastreador de fitness ou dispositivo de navegação por satélite em barco, eles não sabem onde você está. Eles apenas transmitem, como uma estação de rádio no espaço.

“Os satélites GPS são, na verdade, apenas relógios atômicos de alta precisão, ligados a um rádio que transmite um sinal de tempo”, disse Dana Goward, presidente da Resilient Navigation and Timing Foundation, uma organização sem fins lucrativos com sede em Washington, DC.

No solo, seu receptor GPS – que é o que seu celular é, graças a um chip GPS – capta os sinais de quatro ou mais satélites. Medindo pequenas diferenças no tempo de chegada dos sinais, até nanossegundos, ele pode calcular onde você está e se está em movimento.

“[Localização] é um subproduto de como o sistema funciona”, diz Scott Burgett, diretor de GNSS e engenharia de software da Garmin, que fabrica dispositivos, incluindo rastreadores de fitness e smartwatches. “Todos os satélites transmitem sinais e são sincronizados com bastante precisão, mas para realmente obter as informações de posição, é necessário resolver o tempo.”

Os dados de tempo são traduzidos em informações de localização tridimensional altamente precisas – latitude, longitude e altitude – bem como velocidade e direção. É aí que o Google Maps , Apple Maps e outros sistemas de informação geográfica entram em jogo. É assim que chegamos à parte em que você tem um endereço e diz: “Vou colocar isso no meu GPS”, e o Waze avisa para você pegar a Saída 27, seguir 3,5 milhas e virar à esquerda no estacionamento do lanchonete de cerveja e hambúrguer de que você já ouviu falar.

Ou apenas é usado como um registro de data e hora, puro e simples. Pense em transações financeiras, por exemplo.

“O aspecto do tempo disso é provavelmente mais usado do que o aspecto onde você está”, diz Goward.

Relatório da Força Espacial para o serviço

A Força Espacial dos EUA opera e mantém a constelação de GPS. Cada satélite – imagine um contêiner de armazenamento PODS , metálico em vez de branco, com painéis solares se projetando como um par de asas – faz dois trânsitos ao redor do planeta todos os dias. 

Mesmo tão precisamente programados como essas órbitas são, os satélites ainda precisam que suas trajetórias de vôo sejam cuidadas 24 horas por dia. 

“Esses veículos GPS são tão precisos quanto os dados que fornecemos a eles”, diz o 1º Ten Andrew Johnson, comandante da tripulação do 2º Esquadrão de Operações Espaciais, ou 2 SOPS. “Chegamos onde o satélite pensa que está, sabemos onde está o satélite e basicamente transformaremos isso em uma pequena mensagem agradável, enviaremos para o veículo, e ele dirá: ‘OK, estou na verdade, aqui ‘, e essa mudança nas informações ajusta o sinal. “

Johnson e 2 SOPS (pronuncia-se “two sops”) controlam os satélites GPS da Base Aérea Schriever, localizada a leste de Colorado Springs, Colorado. Existem também 16 estações de rastreamento espalhadas pelo mundo.

Não é por acaso que a Força Espacial dos EUA, desmembrada há um ano do Comando Espacial da Força Aérea e continuando sua missão GPS, está lutando contra um serviço que é vital para dispositivos usados ​​por milhões de civis e empresas em todo o mundo. As origens do GPS remontam ao trabalho secreto do Departamento de Defesa na década de 1970, em uma busca por alvos de precisão. Como Milner relata, o arquiteto-chefe da GPS Brad Parkinson resumiu esse objetivo na frase “Jogue cinco bombas no mesmo buraco”.

Em 1983, depois que um jato de passageiros da Korean Air Lines invadiu o espaço aéreo soviético e foi abatido, matando 269 pessoas, o presidente Ronald Reagan desclassificou o GPS para dar às aeronaves civis acesso aos sinais de navegação. Quase uma década depois, o GPS ganhou notoriedade como recurso militar durante a Operação Tempestade no Deserto, quando ajudou a guiar as forças americanas e aliadas nas extensões do deserto para uma vitória rápida sobre o Iraque durante a Guerra do Golfo.

A Força Espacial ainda tem os usuários militares em mente enquanto realiza sua missão GPS. 

“Para nós, é fornecer recursos de GPS sustentáveis ​​e confiáveis ​​para os combatentes da América”, disse a Maj. General DeAnna Burt , diretor de operações e comunicações do quartel-general da Força Espacial na Base Aérea de Peterson, Colorado. A Força Espacial também trabalha em estreita colaboração com parceiros civis e comerciais para manter as coisas funcionando perfeitamente, ela me disse. “Estamos sempre procurando melhorar não apenas nossas capacidades militares, mas também nossas capacidades civis.”

Embora o financiamento para manter as coisas funcionando vá para o Pentágono – o programa GPS da Força Espacial teve um orçamento de US $ 1,71 bilhão para o ano fiscal de 2020 – há supervisão civil também. O Departamento de Defesa e o Departamento de Transporte co-presidem o Comitê Executivo Nacional para Posicionamento, Navegação e Tempo baseados no espaço do governo dos EUA, que coordena assuntos relacionados a GPS em agências federais e inclui representantes da Boeing, Garmin , Google , Ohio State e Stanford.

Observe as palavras-chave no nome do comitê: posicionamento, navegação e tempo ou PNT. Onde você está, para onde está indo e quando os sinais atingem um receptor. É um termo inevitável quando você está conversando com pessoas que vivem e respiram GPS.

O que GPS III traz

Como qualquer tecnologia de certa época – o Comando Espacial da Força Aérea declarou capacidade operacional total para GPS em abril de 1995 – o sistema precisa ser atualizado regularmente, e o que isso significa agora é GPS III.

Aqui está o que o GPS III promete: os sinais serão três vezes mais fortes e terão oito vezes a capacidade anti-bloqueio. Os satélites são projetados para ter uma vida útil de 15 anos, o dobro dos da primeira parte da geração anterior, embora os mais antigos tendam a permanecer no mercado por mais tempo do que o esperado. Um design modular significa que é mais fácil fazer mudanças oportunas na linha de montagem ou enviar uploads de software para os satélites em órbita.

Há também uma nova frequência civil, chamada L1C. Além de ajudar na força do sinal, é compatível com o Galileo, o homólogo europeu do GPS. 

Em novembro de 2018, a FCC autorizou o recebimento de sinais do Galileo nos Estados Unidos, o que tornou muito mais provável que você tenha vários satélites em vista – mesmo em dígitos duplos, quando tecnicamente você só precisa de quatro para obter um bom, localização precisa. A adição do sinal L1C ao GPS III provavelmente tornará as coisas ainda melhores. 

“Se você tiver mais satélites”, diz Burgett da Garmin, “você pode ter sinais de linha de visão mais diretos disponíveis para você e pode obter uma correção melhor.”  

Os militares, enquanto isso, estão obtendo, entre outras coisas, o Código M criptografado que é a chave para as capacidades aprimoradas de anti-jamming e anti-spoofing, bem como a capacidade de feixe pontual para sinais focados em áreas de combate.

Um pouco mais adiante, a adição de um conjunto retro-refletor a laser permitirá que o posicionamento dos satélites seja refinado via laser terrestre.

O primeiro da geração GPS III de satélites, todos construídos pela Lockheed Martin em sua instalação em Littleton, Colorado, decolou em dezembro de 2018 e tornou-se operacional em janeiro deste ano. O que decolou em 5 de novembro é o quarto da série e deve estar pronto para funcionar antes de entrarmos muito fundo em 2021.

A Lockheed Martin tem um contrato para entregar um total de 10 satélites GPS III, a um custo médio relatado de US $ 529 milhões cada , mas a empresa diz que os dois últimos deles chegarão a cerca de US $ 200 milhões cada. Quando isso for feito, ele seguirá em frente com um lote chamado GPS III F, mais 22 satélites para continuar substituindo os modelos mais antigos, ao longo da próxima década. 

“Leva muito tempo para reabastecer a constelação de GPS”, diz Burgett. “Leva anos.”

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