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Cómo funcionan los GPS

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Cómo funcionan los GPS

 

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Los satélites de GPS orbitan a una altura de aproximadamente 20.200 kilómetros (en órbita terrestre media), provocando que completen un giro completo alrededor del planeta en 11 horas y 58 minutos. Realizan por lo tanto dos vueltas completas en 23 horas y 56 minutos (a eso se le denomina un día sidéreo, o sea el lapso transcurrido entre dos pasos sucesivos del Primer punto de Aries por el mismo punto del cielo. El día sidéreo es casi 4 minutos más corto que el día solar medio que equivale a 24 horas).

Los satélites GPS forman una constelación (conjunto) de 31 satélites (hacia junio de 2019), que están colocados en órbitas que logran que desde cualquier punto del planeta siempre se puedan "ver" en línea recta por lo menos seis satélites en un momento determinado. De los 31 satélites, 24 son necesarios para el funcionamiento del sistema, colocando 6 órbitas de 4 satélites en cada una. Los siete satélites adicionales sirven para datos complementarios que entregan mayor precisión a los cálculos de posicionamiento realizados por el receptor GPS.

Cada una de estas 6 órbitas se encuentran separadas por 60° (dando entre las seis 360°), y los cuatro satélites de cada una no se encuentran separados entre sí por ángulos iguales de 90° sino que por ángulos de 30°, 105°, 120°, y 105° (si se suman los cuatro ángulos da un total de 360°, o sea una circunferencia u órbita completa). Mediante esta configuración se ha logrado que en un punto cualquiera del planeta siempre se puedan recibir las señales de por lo menos seis satélites.

Pero con los 7 satélites adicionales que aumentan al número de unidades satelitales de 24 a 31, se puede lograr que en un determinado momento desde cualquier punto del planeta se puedan recibir señales de 7, 8, 9 ó incluso 10 satélites simultáneamente, garantizando así que se cubra el mínimo de 4 satélites necesarios para ubicar la posición de un receptor GPS y que nunca un punto cualquiera de la Tierra se encuentre cubierto por menos de 4 satélites. Los satélites adicionales a los 4 necesarios, sirven para confirmar de forma redundante la precisión de los cálculos de posicionamiento.

El proyecto del sistema GPS fue desarrollado en 1973 por el Departamento de Defensa de Estados Unidos de América para superar las limitaciones de los sistemas de navegación utilizados hasta ese entonces. Sus inventores son Bradford Parkinson, Roger L. Easton e Ivan A. Getting. Los satélites llevan el nombre de NAVSTAR (Navigation System Using Timing and Ranging - Sistema de Navegación que Utiliza Tiempo y Distancia).

Rockwell International fue la empresa estadounidense concesionaria encargada de la fabricación del primer bloque de satélites (Bloque I). El primero (NAVSTAR 1) fue lanzado en 1978 desde la Base Aérea Vandemberg en California. En esta primera etapa se desarrollaron 11 satélites, de los que 10 se lanzaron exitosamente y uno falló (el NAVSTAR 7). El último satélite de este primer bloque se lanzó el 9 de octubre de 1985. Este último satélite del Bloque I fue retirado de servicio el 18 de noviembre de 1995, superando por mucho sus cinco años de vida útil pronosticada.

En 1983, un avión interceptor militar soviético derribó a un avión de pasajeros de Korean Airlines que entró en espacio aéreo prohibido por errores del sistema de navegación, dejando un saldo de 269 personas muertas que iban a bordo. Esta fatalidad propició que el entonces Presidente de Estados Unidos de América, Ronald Reagan, anunciara que el sistema GPS sería puesto a disposición de la población civil del mundo una vez que se haya completado la colocación de los 24 satélites necesarios para su total funcionamiento en todas partes del planeta.

Entre el 14 de febrero de 1989 y el 1 de octubre de 1990 se lanzaron los nueve satélites del Bloque II, que formaban un conjunto más moderno y de mayor potencia. Fueron construidos también por Rockwell International y el último de ellos dejó de operar el 15 de marzo de 2007, superando por muchos años a su expectativa de vida útil pronosticada en 7 años y medio.

Durante todo ese tiempo, el sistema GPS solamente estaba disponible en determinadas zonas y no durante todo el día, ya que el mínimo necesario de cuatro satélites "visibles" desde un punto cualquiera en todo momento no se cubría por el hecho de haber menos de 24 satélites de GPS orbitando. Recién en diciembre de 1993 obtuvo total capacidad operacional, cuando se logró completar la constelación de 24 satélites necesarios orbitando con la configuración o formación que se describió anteriormente.

En 1996, reconociendo la importancia que tendría el uso del sistema GPS para actividades civiles, el Presidente de Estados Unidos de América, Bill Clinton, puso al sistema completamente a disposición del público, obteniendo así un doble uso, tanto militar como civil.

Entre 1990 y 1997 se lanzaron 19 satélites NAVSTAR del bloque IIA (de los que hacia abril de 2019 solamente quedaba 1 operando). Estos satélites del bloque IIA fueron construidos por la empresa estadounidense Lockheed Martin.

Entre 1997 y 2004 se lanzaron 12 satélites NAVSTAR (Bloque IIR), también construidos por Lockheed Martin, para mantener vivo al sistema GPS y cubrir a los satélites más viejos que quedaron inoperativos, de ahí el nombre del Bloque IIR, siendo la R por "replenishment" (reabastecimiento). Por abril de 2019 quedaban 11 satélites operativos del Bloque IIR.

Entre 2005 y 2009 se lanzaron 8 satélites nuevos de mayor potencia. A este conjunto se le dio el nombre de Bloque IIR-M. Los satélites del Bloque IIR-M también fueron construidos por Lockheed Martin y hacia abril de 2019 quedaban operativos 7 satélites de esta tanda.

A partir de 2010 comenzó una nueva etapa de construcción y lanzamiento de satélites, llamada Bloque IIF, cuya construcción quedó a cargo de la empresa estadounidense de tecnología aeroespacial Boeing. Hasta el año 2016 se lanzaron 12 satélites del Bloque IIF. Por abril de 2019, los 12 satélites de esta serie estaban operativos.

En la actualidad se encuentran en desarrollo el bloque de satélites IIIA diseñados por Lockheed Martin. El primer satélite de este nuevo bloque se lanzó en 2018. Dicha camada cuenta con satélites de mayor potencia y vida útil de más de 10 años asegurada.

Hacia abril de 2019 había 31 satélites NAVSTAR operativos orbitando.

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