Tuesday, January 17, 2006

Del Sputnik al GPS

Es curioso los giros que va dando la ciencia y como se ha llegado a los actuales logros. Una de esas historias la contaban en clase de GPS esta mañana, de como el Sputnik fue el principio de los sitemas de posicionamiento via satelite.

Como todo el mundo sabe los primeros en poner un satelite en órbita fueron los rusos, el Sputnik era un satelite en órbita baja que tenía un simple transmisor que emitía de manera continua.

Observando las ondas emitidas por el Sputnik, los americanos se dieron cuenta de que, tal y como era de esperar en un objeto en movimiento, presentaban efecto Doppler.
Lo que es el efecto Doppler lo podeis encontrar en la wikipedia aqui, aunque la explicación en ingles esta mucho mejor. El efecto doppler no es mas que un cambio en la frecuencia que ve el receptor debido a una velocidad relativa entre transmisor y receptor (mayor frecuencia si se acercan, menor si se alejan). El típico ejemplo es el del tren, que cuando se acerca lo oyes más agudo, y cuando se aleja menos. La siguiente imagen, que muestra esto nos va a servir para continuar la explicación:



Como veis, cuando se acerca la frecuencia es mayor, justo cuando la velocidad es ortogonal (es decir que esta quieto respecto al receptor) no hay efecto doppler, y al alejarse la frecuencia es menor. Ahora con esto vayamos de nuevo al Sputnik. Cuando en su órbita se acercaba hacia el observatorio, la frecuencia era mayor, cuando estaba ortogonal, era la nominal, y luego menor, de manera que observando esto podian saber cuando Sputnik pasaba por allí.
No solo eso, sino que observando la pendiente de como varia la frecuencia podían saber como de lejos estaban, tal y como muestra la imagen del tren.

Entonces se dieron cuenta que con esa simple medición realizada desde algunos puntos podían calcular la órbita del Sputnik. En ese momento, algun listo se dió cuenta de que una vez que supieran la órbita podían seguir el camino contrario, hacer esa medición, sabiendo donde esta el satélite y a raiz de el cruze por 0 y la pendiente calcular tu propia posición. Pero hacer eso con Sputnik que era un único satelite y que no controlaban no era viable. Y así nació Transit.

Transit fue el primer sistema de posicionamiento por satelite americano. Se utilizo durante bastantes años para posicionamiento global de submarinos. Era un sistema de entre 4 y 7 satelites en órbita polar a 1100Km que emitían a 150MHz y a 400MHz. En un momento dado solo se veía un satelite, se almacenaba el desplazamiento doppler a lo largo del tiempo y cuando había un cruce por 0 sabían que el satelite estaba en su latitud, y segun la pendiente calculaban la distancia. La posición del satelite se calculaba con tablas y así uno calculaba su propia posición.

En aquella epoca, los relojes no tenían suficiente precisión para un sistema como GPS, que se basa en medición de tiempos de propagación, y tampoco se tenía tanto control sobre las órbitas. Fue a raiz de estas mejoras técnicas y científicas, como los relojes atómicos, cuando se empezó a hacer posible la medición precisa de tiempos, y a raiz de ello crear sistemas muco más robustos y precisos como GPS. Pero Transit fue un pionero de su tiempo para USA (los rusos también tuvieron su propio sistema de manera simultanea), demostró la utilidad de los sistemas via satelite, y se puso en funcionamiento en un tiempo record de solo 6 años.

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