أصبح 4 أكتوبر 1957 حافزًا مهمًا للولايات المتحدة - بعد إطلاق أول قمر صناعي أرضي في الاتحاد السوفيتي ، قرر المهندسون الأمريكيون تكييف الفضاء لتلبية احتياجات الملاحة (مع الخصائص العملية لليانكيز). في مختبر الفيزياء التطبيقية (APL) بجامعة جونز هوبكنز ، درس المتعاونان WG Guyer و JC Wiffenbach إشارة الراديو من السوفيتي سبوتنيك 1 ولفت الانتباه إلى التحول القوي في تردد دوبلر للإشارة المنبعثة من قمر صناعي عابر. عندما اقترب أولادنا في الفضاء ، زاد تردد الإشارة ، وأصدر الشخص المتراجع إشارات راديوية بتردد متناقص. تمكن الباحثون من تطوير برنامج كمبيوتر لتحديد معلمات مدار جسم عابر من إشارة الراديو الخاصة به في مسار واحد. وبطبيعة الحال ، فإن المبدأ المعاكس ممكن أيضًا - حساب المعلمات المعروفة بالفعل للمدار باستخدام نفس إزاحة التردد للإحداثيات غير المعروفة لمستقبل الراديو الأرضي. جاءت هذه الفكرة إلى رئيس موظف APL F.
ريتشارد كيرشنر (إلى اليسار) هو أحد الآباء المؤسسين لنظام تحديد المواقع العالمي الأمريكي. المصدر: gpsworld.com
الغواصة النووية "جورج واشنطن" هي أول مستخدم لنظام ترانزيت. المصدر: zonwar.ru
المدارات التشغيلية لكوكبة العبور. المصدر: gpsworld.com
كان العميل الرئيسي هو البحرية الأمريكية ، التي كانت بحاجة إلى أدوات ملاحة دقيقة للغواصات الجديدة المجهزة بصواريخ بولاريس. كانت الحاجة إلى تحديد موقع الغواصات بدقة مثل "جورج واشنطن" ضرورية للغاية بالنسبة للحداثة آنذاك - إطلاق صواريخ برؤوس حربية نووية من أي مكان في المحيطات.
معدات استقبال الترانزيت للغواصات. المصدر: timeandnavigation.si.edu
بحلول عام 1958 ، كان الأمريكيون قادرين على تقديم أول نموذج تجريبي للقمر الصناعي Transit ، وفي 17 سبتمبر 1959 ، تم إرساله إلى الفضاء. تم أيضًا إنشاء البنية التحتية الأرضية - بحلول وقت الإطلاق ، كان مجمع معدات الملاحة الخاصة بالمستخدم ، بالإضافة إلى محطات التتبع الأرضية جاهزة.
قام مهندسو جامعة هوبكنز بتجميع واختبار مركبة الفضاء العابرة. المصدر: timeandnavigation.si.edu
عمل الأمريكيون في مشروع ملاحة عبر الأقمار الصناعية في وضع الاحتراق الكامل: بحلول عام 1959 ، قاموا ببناء ما يصل إلى خمسة أنواع من الأقمار الصناعية العابرة ، والتي تم إطلاقها جميعًا واختبارها لاحقًا. في وضع التشغيل ، بدأت الملاحة الأمريكية بالعمل في ديسمبر 1963 ، أي في أقل من خمس سنوات ، كان من الممكن إنشاء نظام عملي بدقة جيدة لوقته - خطأ جذر متوسط مربع (RMS) لكائن ثابت كان 60 م.
القمر الصناعي العابر 5A موديل 1970. المصدر: timeandnavigation.si.edu
جهاز استقبال ترانزيت تم تركيبه في سيارة استخدمها عالم الجيولوجيا سميثسونيان تيد ماكسويل في الصحراء المصرية عام 1987. تبين أن العمود الفقري للباحث …
.. "نيفا" السوفيتية! المصدر: gpsworld.com [/center]
كان تحديد إحداثيات غواصة تتحرك على السطح أكثر صعوبة: إذا أخطأت في قيمة السرعة بمقدار 0.5 كم / ساعة ، فإن RMS سيرتفع إلى 500 متر ، لذلك كان من الأفضل اللجوء إلى القمر الصناعي من أجل المساعدة في وضع ثابت للسفينة ، وهو الأمر الذي لم يكن سهلاً مرة أخرى.تم اعتماد العبور المنخفض المدار (ارتفاع 1100 كم) من قبل البحرية الأمريكية في منتصف 64 ، كجزء من أربعة أقمار صناعية ، مما زاد من المجموعة المدارية إلى سبع مركبات ، ومن 67 ، أصبحت الملاحة متاحة للبشر فقط. في الوقت الحالي ، تُستخدم كوكبة Transit الساتلية لدراسة الأيونوسفير. كانت عيوب أول نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية في العالم هي عدم القدرة على تحديد ارتفاع موقع المستخدم الأرضي ، والمدة الكبيرة للرصد ودقة تحديد موقع الكائن ، والتي أصبحت في النهاية غير كافية. كل هذا أدى إلى عمليات بحث جديدة في صناعة الفضاء الأمريكية.
توقيت المركبة الفضائية. المصدر: timeandnavigation.si.edu
كان نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية الثاني هو Timation من مختبر الأبحاث البحرية (NRL) ، والذي كان يديره روجر إيستون. في إطار المشروع ، تم تجميع قمرين صناعيين ، مجهزين بساعات فائقة الدقة لبث إشارات الوقت للمستهلكين الأرضيين وتحديد موقعهم بدقة.
القمر الصناعي التجريبي Timation NTS-3 ، مزود بساعة من الروبيديوم. المصدر: gpsworld.com
في Timation ، تمت صياغة المبدأ الأساسي لأنظمة GPS المستقبلية: كان المرسل يعمل على القمر الصناعي ، ويصدر إشارة مشفرة ، تسجل المشترك الأرضي وقياس تأخير مروره. من خلال معرفة الموقع الدقيق للقمر الصناعي في المدار ، تمكنت المعدات بسهولة من حساب المسافة إليه ، وبناءً على هذه البيانات ، حددت إحداثياتها (التقويم الفلكي). بالطبع ، هذا يتطلب ثلاثة أقمار صناعية على الأقل ، ويفضل أربعة. دخلت التوقيتات الأولى إلى الفضاء في عام 1967 وحملت ساعات كوارتز في البداية ، ثم لاحقًا ساعات ذرية فائقة الدقة - الروبيديوم والسيزيوم.
عملت القوات الجوية الأمريكية بشكل مستقل عن البحرية على نظام تحديد المواقع العالمي الخاص بها المسمى Air Force 621B. أصبحت الأبعاد الثلاثة ابتكارًا مهمًا لهذه التقنية - الآن من الممكن تحديد خط العرض وخط الطول والارتفاع الذي طال انتظاره لجسم ما. تم فصل إشارات الأقمار الصناعية وفقًا لمبدأ تشفير جديد يعتمد على إشارة شبه عشوائية تشبه الضوضاء. يزيد الكود العشوائي الزائف من مناعة الضوضاء للإشارة ويحل مشكلة تقييد الوصول. يمكن للمستخدمين المدنيين لمعدات الملاحة الوصول فقط إلى كود المصدر المفتوح ، والذي يمكن تعديله من مركز التحكم الأرضي في أي وقت. في هذه الحالة ، ستفشل جميع المعدات "السلمية" ، مما يؤدي إلى تحديد إحداثياتها بخطأ كبير. ستبقى الرموز العسكرية المقفلة دون تغيير.
بدأت الاختبارات في عام 1972 في موقع اختبار في نيو مكسيكو ، باستخدام أجهزة إرسال على البالونات والطائرات كمحاكاة للأقمار الصناعية. أظهر "System 612B" دقة تحديد المواقع المتميزة بعدة أمتار ، وفي ذلك الوقت وُلد مفهوم نظام الملاحة العالمي ذي المدار المتوسط مع 16 قمراً صناعياً. في هذا الإصدار ، قدمت مجموعة من أربعة أقمار صناعية (هذا الرقم ضروري للملاحة الدقيقة) تغطية على مدار 24 ساعة للقارة بأكملها. لمدة عامين ، كان "النظام 612 بي" في المرتبة التجريبية ولم يكن مهتمًا بشكل خاص بالبنتاغون. في الوقت نفسه ، كانت عدة مكاتب في الولايات المتحدة تعمل على موضوع ملاحي "ساخن": كان مختبر الفيزياء التطبيقية يعمل على تعديل العبور ، وكانت البحرية "تنهي" التوقيت ، وحتى القوات البرية عرضت SECOR (الارتباط المتسلسل للمدى ، الحساب المتسلسل للنطاقات). هذا لا يمكن إلا أن يقلق وزارة الدفاع ، التي كانت معرضة لخطر مواجهة تنسيقات ملاحة فريدة في كل نوع من القوات. في لحظة معينة ، قام أحد المحاربين الأمريكيين بضرب يده على الطاولة وولد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، يضم أفضل ما سبقه. في منتصف السبعينيات ، تحت رعاية وزارة الدفاع الأمريكية ، تم إنشاء لجنة ثلاثية مشتركة تسمى NAVSEG (مجموعة تنفيذية للملاحة الفضائية) ، والتي حددت المعلمات المهمة للنظام المستقبلي - عدد الأقمار الصناعية ، ارتفاعاتها ، إشارة رموز وطرق التعديل.عندما وصلوا إلى رقم التكلفة ، قرروا إنشاء خيارين على الفور - عسكري وتجاري مع وجود خطأ محدد مسبقًا في دقة تحديد المواقع. لعب سلاح الجو دورًا رائدًا في هذا البرنامج ، حيث كان سلاح الجو 621B هو النموذج الأكثر تعقيدًا لنظام الملاحة المستقبلي ، والذي استعار منه نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تقنية الضوضاء شبه العشوائية غير المتغيرة عمليًا. تم أخذ نظام تزامن الإشارة من مشروع Timtation ، ولكن تم رفع المدار إلى 20 ألف كيلومتر ، مما وفر فترة مدارية مدتها 12 ساعة بدلاً من 8 ساعات من سابقتها. تم إطلاق قمر صناعي ذي خبرة في الفضاء بالفعل في عام 1978 ، وكالعادة ، تم إعداد جميع البنية التحتية الأرضية اللازمة مسبقًا - تم اختراع سبعة أنواع فقط من معدات الاستقبال. في عام 1995 ، تم نشر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بالكامل - يوجد حوالي 30 قمراً صناعياً في المدار باستمرار ، على الرغم من حقيقة أن هناك ما يكفي للتشغيل. تم تخصيص ستة طائرات مدارية للأقمار الصناعية ، بميل 550… في الوقت الحالي ، تتيح لك تطبيقات مسح GPS تحديد موقع المستهلك بدقة تقل عن ملليمتر واحد! منذ عام 1996 ، ظهرت الأقمار الصناعية Block 2R ، مزودة بنظام الملاحة AutoNav المستقل ، والذي يسمح للمركبة بالعمل في المدار عند تدمير محطة التحكم الأرضية لمدة 180 يومًا على الأقل.
حتى أواخر الثمانينيات ، كان الاستخدام القتالي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) متقطعًا وغير مهم: تحديد إحداثيات حقول الألغام في الخليج الفارسي والقضاء على العيوب في الخرائط أثناء غزو بنما. حدثت معمودية كاملة بالنار في الخليج الفارسي في 1990-1991 أثناء عاصفة الصحراء. تمكنت القوات من المناورة بنشاط في منطقة صحراوية ، حيث يصعب العثور على معالم مقبولة ، وكذلك إطلاق نيران المدفعية بدقة عالية في أي وقت من اليوم في ظروف العواصف الرملية. في وقت لاحق ، أثبت نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) فائدته في عملية حفظ السلام في الصومال عام 1993 ، وفي الإنزال الأمريكي في هايتي عام 1994 ، وأخيراً في الحملات الأفغانية والعراقية في القرن الحادي والعشرين.
