Imagine cuánto habrían pagado Julio César, Vasco da Gama o el general George S. Patton por un sistema de posicionamiento global (GPS) funcional. Gracias a un flujo constante de señales de radio provenientes de docenas de satélites que circundan el planeta, un dispositivo manual, del tamaño de una calculadora de bolsillo, puede indicarle su posición precisa en la Tierra, dentro de un radio de unos pocos metros. También le dirá con gran precisión la velocidad y dirección a las que está desplazándose.

 

Y lo mejor de todo: el sistema GPS es gratis. Desarrollado por contrato para  el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, la Sincronización y Alcance de Señales de Navegación de los EE.UU. (Navstar), fue inicialmente manejado por el Departamento de Defensa de los EE.UU., pero actualmente es administrado por el Observatorio Naval de los EE.UU.  Este sistema fue lanzado en 1978, cuando Rockwell International empezó a poner en órbita el primero de los once satélites construidos con fines específicos. Estos satélites Block I eran experimentales y ya no están en uso. Sin embargo, en 1993, cuando un grupo de 24 satélites Block II estaba en órbita, el sistema se tornó operativo.

 

El sistema GPS tiene muchas aplicaciones, la más vital de las cuales es ayudar a las embarcaciones y aeronaves civiles a situar sus posiciones y determinar la dirección de viaje. Los receptores GPS de mano, que se venden a partir de 100 dólares, ofrecen los mismos beneficios a los excursionistas; algunos automóviles tienen también  receptores incorporados que incluyen mapas electrónicos de calles. El sistema también transmite la hora del día con la precisión de 340 nanosegundos.

 

En un comienzo, el Departamento de Defensa fabricó este sistema con fines militares. Los satélites de GPS en realidad transmiten dos conjuntos de señales, de búsqueda de dirección y de hora del día: una codificada para el uso militar y la otra para el uso civil. Hasta mayo pasado, las señales civiles eran degradadas intencionalmente con errores fortuitos, lo que reducía la precisión a 100 metros o más. El gobierno todavía se reserva el derecho de bajar la exactitud de las señales civiles en caso de emergencia nacional.

 

LEYENDO LAS ESTRELLAS
El sistema Navstar consta de tres partes: receptores de radio, satélites y sistemas de control en tierra. Un receptor GPS determina su posición mediante la escucha de  transmisiones de cuatro satélites del Navstar. Para que el servicio funcione en cualquier lugar del planeta, el sistema GPS siempre tiene que tener un mínimo de 24 satélites en órbita. Este conjunto de satélites se conoce como la constelación  Navstar. Los mismos circundan el planeta por seis vías diferentes, cada una de las cuales está a 12,550 millas (ca. 18,850 km) por encima de la superficie de la Tierra. Cada vía contiene cuatro satélites separados por la misma distancia dentro la órbita. Y cada satélite circunda la Tierra en un poco menos de 12 horas.

 

 

Cada satélite de 2,000 libras (ca. 870 kg) transmite una potente onda de radio que contiene un mensaje exclusivo de navegación de datos. La señal sirve como una especie de firma, al proporcionar la hora exacta del día así como también la identidad del satélite de transmisión. Cada pocos minutos, cada uno de los satélites transmite las efemérides astronómicas de la constelación -posición y velocidad orbital de cada satélite en el sistema GPS. Asimismo, todos los satélites transmiten también sus señales en dos frecuencias distintas y en forma simultánea (1227.60 MHz y 1575.42 MHz) a fin de disminuir posibles interferencias. Cinco estaciones en tierra controlan los satélites, estando el control principal ubicado en la Base de la Fuerza Aérea Schriever en Colorado Springs, Colorado.

 

Al retornar a la Tierra, un receptor GPS consulta a su propia copia de efemérides para determinar cuáles satélites deberían ser "visibles" o estar en el horizonte. Escucha las señales provenientes de esos satélites,  que son  bastante débiles después de pasar por la atmósfera. Las señales pueden quedar fácilmente bloqueadas por ruidos electrónicos, planchas metálicas o inclusive por el agua que se encuentre en un follaje de hojas espeso.

 

Una vez que el receptor ha captado una señal, decodifica el mensaje de navegación de datos. Mediante el uso de su reloj interno y comparando la hora en que el satélite envió el mensaje con la hora en que el receptor lo captó, el receptor puede calcular el tiempo de tránsito del mensaje, determinando así la distancia respecto del satélite. Asimismo, el receptor GPS escucha si existen otras señales. Una vez que ha recibido los mensajes de datos navegación desde los tres satélites, el receptor puede determinar aproximadamente dónde se encuentra, pero no la posición exacta.

 

Eso es así debido a que el cálculo de la posición exacta utilizando las demoras es en realidad una ecuación con cuatro incógnitas: latitud, longitud, altitud y hora. Un cuarto satélite proporciona al ordenador incorporado al receptor GPS los datos necesarios para compensar las demoras de propagación de señal a medida que pasan a través de la atmósfera terrestre, así como también las inexactitudes en el reloj interno del receptor. Con cuatro satélites, el receptor puede determinar su posición, generalmente hasta dentro de un radio de 72 pies (ca. 43 metros) horizontalmente y 90 pies (ca. 27 metros) verticalmente. Esos no son datos lo suficientemente precisos como para aterrizar un avión en una pista, pero son más que apropiados asegurarse que el avión transita en la dirección correcta.

 

Navstar lleva a cabo mejoras continuas. Aún cuando cada satélite tenga una vida útil estimada de siete años y medio, el plan es mantener en órbita 28 satélites totalmente operativos en todo momento, a fin de asegurar su rendimiento.

 

En noviembre de 2000, el sistema Navstar ingresó a una nueva etapa, cuando el gobierno le otorgó un contrato de $16 millones a Boeing (NYSE :BA) y Lockheed para diseñar el sistema Block III GPS de próxima generación. Se espera que el estudio del diseño esté terminado hacia el mes de noviembre, y está dirigido a bajar el costo operativo del sistema, a la vez que agrega nuevas características y seguridad a las transmisiones de Navstar.

 

Todos los días aparecen nuevos usos del sistema Navstar. Las empresas emplean las señales de GPS para calibrar los relojes de sus ordenadores y transmitir la posición de sus radios móviles. Cuando se emplea junto con transmisores GPS diferenciales especiales (DGPS) -con frecuencia situados cerca de puertos y aeropuertos- la exactitud del sistema puede estar dentro de un radio de 10 pies (ca. 3 metros). Los supervisores emplean los DGPS para trazar los mapas de grandes terrenos. Considerando que el sistema Navstar fue fabricado por los militares, no se puede obtener nada más civil que aquel.

 

Alan Zeichick es analista director en tecnología en Camden Associates y editor de BZ Media's SD Times. Escriba a alan@bzmedia.com.

 

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