Dlhá cesta k GPS

Otázky, odkiaľ prichádzam a kam smerujem, netrápia len filozofov, ale aj jednoduchších jedincov. Vďaka satelitnej navigácii za pár eur na ne dnes dokáže odpovedať každý.



Moderné navigačné prístroje na báze GPS (Global Positioning System) sa dnes uplatňujú v mnohých oblastiach. Najrozšírenejšie sú v automobiloch, kde spolu s navigačným softvérom dokážu vyhľadať najkratšiu alebo najrýchlejšiu trasu, upozorniť na blížiacu sa odbočku či blízku kultúrnu pamiatku. Obľúbené sú však aj medzi turistami i cyklistami a satelitnú navigáciu požívajú aj lode a lietadlá.

Ak sa splnia sny európskych politikov, je tiež možné, že v priebehu niekoľkých rokov budeme okrem navigačného systému, ktorý vyvinula americká armáda, používať aj európsky systém Galileo. Prv než sa táto predstava zhmotní, sa pozrime na to, ako to vyzeralo dávno predtým, ako človek objavil, že mu jeho presnú polohu určí malá škatuľka v aute.

Začalo sa to v Stredomorí

Ako mnoho iných vecí, aj navigácia sa (pre Európanov) zrodila v Stredozemnom mori. Dlhé storočia sa v tejto oblasti nič nemenilo - písaných materiálov bolo málo a v období, keď prevažovala negramotnosť, si námorníci odovzdávali informácie ústne. Na začiatku štrnásteho storočia sa však už objavujú námorné mapy s množstvom užitočných detailov.

Kým staroveké návody či cestopisy boli len záznamom plavebných podmienok pozdĺž pobrežia a na mori, neskoršie materiály mali sofistikovanejšiu podobu. Stredoveké mapy prvýkrát znázorňovali významné časti zemského povrchu podrobným a systematickým spôsobom. Kým topografia pevniny bola stále tak trochu pod nadvládou teologických predstáv, more bolo slobodné.

Ako určiť šírku?

V Stredomorí bola maximálna vzdialenosť medzi najsevernejším a najjužnejším pobrežím osemsto kilometrov. Námorníci sa tu takmer nestarali o to, v akej zemepisnej šírke sa nachádzajú, pretože to nepotrebovali vedieť.
Problém nastal, keď sa v pätnástom storočí prví odvážlivci vypravili za Gibraltarskú úžinu s cieľom oboplávať Afriku, ktorá sa rozkladá od 38. stupňa severnej šírky k 38. stupňu južnej šírky. Pretože vtedy takmer nepoznali pobrežie Afriky, bola zemepisná šírka tým najlepším a niekedy aj jediným spôsobom, ako zistiť polohu a následný smer lode.

Najprv sa ju pokúsili stanoviť pomocou Polárky. Čím ďalej na juh sa však dostávali, Polárka klesala nižšie a nižšie. Námorníci preto začali používať astroláb a kvadrant, pomocou ktorých merali poludňajšiu výšku Slnka. Začiatkom šestnásteho storočia sa tak údaje o zemepisnej šírke začali objavovať na námorných mapách, čo umožnilo rozmach námorných plavieb v severo-južnom smere.

obr_2.jpg

Dôvodom na vznik GPS bolo „zvýšenie národnej bezpečnosti“, čo v preklade
znamenalo ľahšiu
orientáciu pre vojenské jednotky pri výsadkových operáciách.
Prelom nastal v roku 1983. Po tom,
čo Sovieti zostrelili juhokórejské
lietadlo, pretože
narušilo vzdušný priestor ZSSR, americký prezident
Ronald Reagan rozhodol o uvoľnení systému na civilné účely

Presné hodiny

Určiť zemepisnú šírku je ľahké – v dňoch jarnej a jesennej rovnodennosti je na rovníku slnko priamo nad hlavou, kým na póloch sa začína polárna noc alebo polárny deň. No ako určiť zemepisnú dĺžku? Námorníci sa spočiatku spoliehali na tzv. mŕtvy výpočet, čo bol odhad bez astronomického merania: odhadol sa kurz a predpokladaná vzdialenosť, ktorú loď preplávala od predchádzajúcej polohy.

Táto, vo svojej podstate primitívna, metóda sa používala veľmi dlho a počas nasledujúcich storočí sa dočkala len drobných zlepšení. Zásadný zlom v určovaní zemepisnej dĺžky nastal až začiatkom osemnásteho storočia, keď sa konečne zrodil námorný chronometer.

Bezprostredným impulzom na jeho zostrojenie bola katastrofa Britskej námornej flotily v blízkosti ostrovov Scilly v roku 1707. Vďaka navigačnej chybe flotila narazila na plytčinu, prišla o štyri bitevné lode a utopilo sa 1400 námorníkov – a to všetko bez jediného výstrelu nepriateľa. Britská vláda preto vymenovala Komisiu zemepisnej dĺžky (Board of Longitude) ktorá vypísala odmenu dvadsaťtisíc libier za čo najpresnejšiu metódu jej určenia.

Šťastným výhercom ceny sa nakoniec stal vynálezca a hodinár John Harrison. V roku 1761, teda pol storočia od vypísania súťaže, jeho štvrtý model vyhovel podmienkam súťaže. Pri deväť týždňov trvajúcej ceste na Jamajku sa jeho hodiny oneskorili len o päť sekúnd, teda asi o 1,25 minúty zemepisnej dĺžky. Opätovné merania ich presnosť potvrdili.

Radar

Ďalšie veľké zlomy v navigácii nastali až koncom devätnásteho storočia s nástupom bezdrôtového vysielania a v štyridsiatych rokoch, keď začali Američania na svojich lietadlových lodiach umiestňovať radarové systémy. Stroje zväzovali hodiny a mapy čoraz tesnejšie.

Na začiatku druhej svetovej vojny použili vedci z Massachussets Institute of Technology zlepšenie v meraní času na vývoj systému navigácie na veľké vzdialenosti LORAN (Long Range Aid to Navigation), ktorým sa riadili lode spojencov v Pacifiku.

Po vojne sa projekty amerických námorných a vzdušných síl hrnuli jeden za druhým – s intenzitou studenej vojny totiž armáda požadovala čoraz presnejšie lokalizačné systémy na účely medzikontinentálnych balistických striel z pohyblivých základní a pre pohyb vojakov v džungli juhovýchodnej Ázie.

Satelit

Pre vývoj navigácie sa ukázali ako životne dôležité lety do vesmíru. Keď Sovietsky zväz v roku 1957 vypustil do vesmíru prvú družicu Sputnik 1, Američania ich napodobnili a tiež rozpoznali význam umelých telies obiehajúcich okolo Zeme. V priebehu šesťdesiatych rokov premenili satelity na rozhlasové stanice, ktoré vysielali na Zem časové signály.

Satelitný navigačný systém GPS, s ktorého budovaním sa začalo v sedemdesiatych rokoch, spočiatku slúžil len pre potreby americkej armády. Dôvodom na jeho vznik bolo „zvýšenie národnej bezpečnosti“, čo v preklade znamenalo ľahšiu orientáciu pre vojenské jednotky pri výsadkových operáciách.

Prelom nastal v roku 1983, keď nad Zemou krúžilo už jedenásť družíc určených na navigáciu. V prvý septembrový deň toho roku zostrelila sovietska armáda juhokórejské dopravné lietadlo s 269 cestujúcimi na palube – hoci išlo o civilné lietadlo, ktoré len neúmyselne narušilo sovietsky vzdušný priestor.

Po incidente rozhodol vtedajší americký prezident Ronald Reagan o uvoľnení systému aj na civilné účely, aby sa spresnila navigácia a predišlo sa podobným katastrofám. To, že GPS budú používať aj civilisti, bolo jasné už pred zostrelením lietadla. Armáda sa rozhodla rozdeliť prevádzku tak, že civilným používateľom zámerne znížila presnosť systému. Nakoniec však v polovici deväťdesiatych rokov zrušila aj túto prekážku.

obr_1.jpg

Jeden zo satelitov európskeho navigačného systému Galileo. Jeho spustenie sa stále
odkladá,
v neďalekej budúcnosti nám má však nad hlavami krúžiť až tridsať družíc,
ktoré, podobne ako americké
GPS, pokryjú celý svet. Signál zo satelitov by sme
vraj mali zachytiť aj v zastavaných oblastiach. Celý projekt za miliardy eur má
byť tiež presnejší ako
GPS a keďže ide o civilný systém, nebude ho môcť
vypnúť nejaký americký generál

Presnosť nadovšetko

Desať miliárd dolárov, ktoré USA do systému GPS investovali, prinieslo výsledky. Nad hlavami nám dnes obieha dvadsaťštyri atómových hodín, ktoré tikajú s presnosťou päťdesiat miliardtin sekundy za deň, čo pri prepočte vzhľadom na polohu na Zemi znamená odchýlku maximálne niekoľko centimetrov.

Na začiatku dvadsiateho prvého storočia tak môžu vedci zmerať napríklad aj neustály pohyb tektonických dosiek. GPS začal rýchlo riadiť pristávanie lietadiel, rakety, pohyb „očipovaných“ psov a vodičov áut.

Systém je zaujímavý aj pre obchod. Umožňuje kontrolu pohybu firemných vozidiel a tovarov na cestách, mori i na nebi. A to firmám môže pomôcť znižovať náklady, skrátiť časy a lepšie koordinovať prepravu čohokoľvek. Obchodné reťazce môžu tým spôsobom napríklad operatívne presmerovať zásobovacie vozidlá.

Teória relativity

Veľké možnosti, ktoré GPS ponúka, sa však mohli stratiť, keby nebola známa teória relativity. Podľa nej satelity, ktoré obiehajú okolo Zeme rýchlosťou dvadsaťtisíc kilometrov za hodinu, spomaľujú svoj čas o sedem milióntin sekundy za deň. Naopak, veľká výška a slabšie gravitačné pole hodiny zrýchľujú o 45 milióntin sekundy za deň. Preto treba ich čas korigovať.

Pred spustením prvých satelitných atómových hodín v roku1977 však niektorí inžinieri pochybovali o zmysle týchto drobných korekcií a trvali na tom, aby hodiny vysielali „surový čas“. Našťastie sa tak nestalo. Keby to fungovalo podľa nich, za jediný deň by odchýlka na zemi predstavovala desať kilometrov a autá, bomby, lietadlá a lode by minuli cieľ.

Ach, Galileo

Sovieti zaostávali za Američanmi čoraz viac, a do rozpadu komunistického impéria sa im podarilo vypustiť jedenásť „sputnikov“ zabezpečujúcich aspoň obmedzenú prevádzku systému. Nástupnícka Ruská federácia na desať rokov zaspala, od roku 2001 sa však Rusi v rámci systému Glonass usilovali takisto o celosvetové pokrytie. Od tohto septembra tak vo vesmíre krúži už dvadsaťštyri ruských satelitov.

Pripravuje sa však aj Európa - hoci o systéme Galileo sa zatiaľ viac rozpráva, ako sa ním riadime. Dôvod je jednoduchý – aj tu ide skôr o politiku, ako o reálnu hrozbu nejakého „amerického generála“, ktorý vraj raz GPS jednoducho vypne. Systém Galileo je najväčším infraštruktúrnym projektom Európskej únie. Tridsať družíc krúžiacich okolo Zeme vo výške 23 a pol tisíca kilometra zamestnáva Európsku komisiu a Európsku vesmírnu agentúru už niekoľko rokov.

Ako to už v Európe býva, pred tromi rokmi sa hovorilo o rokoch 2011 alebo 2012, dnes sa spomína rok 2013 alebo 2014. Pôvodný plán vyzeral optimisticky. Projekt za tri a pol miliardy eur, z ktorých tretinu mal zaplatiť Brusel a zvyšok mali „zatiahnuť“ členské štáty a súkromní investori, mal priniesť veľké výsledky – presnejšiu lokalizáciu ako GPS, signál, ktorý možno zachytiť aj v tuneloch a budovách, ale aj stopäťdesiattisíc pracovných miest. Najhmatateľnejším výsledkom snaženia o európsky satelitný systém sú zatiaľ dva satelity a dvadsaťpäťeurová pamätná minca.

Budúcnosť?

No aby sme to len nezľahčovali, najnovšie správy hovoria o tom, že v roku 2013 majú byť vypustené štyri družice , ktoré navigačným signálom pokryjú európsky kontinent. O rok neskôr majú družice pokryť celý svet. Systém Galileo má vysielať v dvoch frekvenčných pásmach a prijímače majú mať horizontálnu presnosť lepšiu ako štyri metre a vertikálnu lepšiu ako osem metrov.

Zakódovaný komerčný servis má byť prístupný len za poplatok a jeho presnosť bude v desiatkach centimetrov. Podľa plánov bude Galileo využiteľný pri riadení a koordinácii nákladnej dopravy, vozidiel záchrannej služby alebo taxíkov. Svoje uplatnenie má nájsť aj pri projektovaní a správe elektrických sietí a ropovodov, za ďalšie možnosti aplikácie považuje meranie morskej hladiny, mapovanie ľadovcov a ohrozených zvierat.

Na papieri to vyzerá dobre, problém je však s financovaním. Kým na vojenské systémy GPS a GLONASS sa peniaze nájdu vždy, európsky Galileo je civilný projekt. Problémy robia aj jednotlivé štáty. Pred tromi rokmi napríklad Španielsko zastavilo prácu na projekte z dôvodu, že sa na ňom vraj nedostatočne podieľa. Žiadalo garanciu vyššieho počtu pracovných miest a chcelo, aby okrem pozemných staníc v Taliansku a Nemecku, boli ďalšie dve vybudované práve na Pyrenejskom polostrove.

Keď zaútočia hackeri

Hrozba „amerického generála“, ktorý už niekoľkokrát vo vojnových zónach zámerne rozostril signál, je predstaviteľná. Čoraz častejšie sa však hovorí aj o možnosti, že by tak urobili hackeri. Na túto možnosť upozornila aj konferencia, ktorá sa začiatkom roka konala v Anglicku.

Podľa odborníkov, ktorí sa na nej zúčastnili, sa v čase, keď je vyradenie satelitnej navigácie rušivými signálmi na vzostupe, objavujú aj sofistikovanejšie metódy, ktoré umožňujú hackerom naprogramovať, čo sa na displeji GPS prijímača zobrazí. Ohrozené vraj nie sú len užívateľské zariadenia, ale aj široká infraštruktúra. GPS totiž poskytuje veľmi presný údaj o čase, ktorý je potrebný na prevádzku telefónnych sietí, internetu, bankových transakcií i rozvodnej siete.

Možností rušenia je veľmi veľa. Neúmyselne sa dajú údaje skresliť napríklad pirátskym televíznym vysielaním. Armády majú možnosť pokryť nepriateľské územie signálom s rovnakou frekvenciou, akú má GPS. Čoraz dostupnejšie sú aj malé rušičky, ktoré dokážu zmiasť navigačné prijímače na desiatky kilometrov. Otázka znie – dokázal by sa vôbec niekto po nejakom masívnom výpadku GPS ešte orientovať podľa mapy a kompasu?

Najčítanejšie na SME Tech


Hlavné správy zo Sme.sk

DOMOV

Šéf protikorupčného úradu Kovařík: O Ficovom hlase sme viedli polemiky

Policajti pri citlivých kauzách nemôžu zisťovať všetko, musia brať ohľad aj na česť politika, tvrdí Ficov šéf boja proti korupcii.

ŠPORT

Zapíše sa Sagan do dejín? Rozhodnúť môže jedna vec

Vlani nebol najväčším favoritom, ale aj tak vyhral.

Neprehliadnite tiež

Astronautka z NASA: Vieme, že sa niečo pokazí

Astronautka Dorothy Metcalf-Lindenburgerová hovorí, ako vyzerá tréning v NASA a ako sa astronauti pripravujú na zlyhania.

Rozšírená realita je zábavná aj užitočná. Skúste tieto aplikácie pre iPhone a iPad

Nová aktualizácia iOS 11 pre mobilné zariadenia od Apple priniesla aj ARKit. V ponuke sú prvé aplikácie a je s nimi zábava.

TECH_FM

Kontroverzný objav naznačuje, že praľudia sa mohli vyvinúť v Európe

Stopy dávneho tvora mätú vedcov. Odborníci sa sporia, komu patrili.

Strašia vás baktérie na mobile? Vymysleli "umývačku"

Nová nabíjačka dezinfikuje mobily, používa na to ultrafialové žiarenie.

Inzercia - Tlačové správy


  1. Kedy sa refinancovanie oplatí?
  2. Rastie nám pokrivená generácia?
  3. Intímna hygiena – celoročná záležitosť
  4. Zanzibar je plný lákadiel na dokonalú exotickú dovolenku
  5. Pivovar Šariš podporí cestovný ruch v Prešovskom kraji
  6. 3 mýty, ktorým ste možno uverili. Ale ako je to naozaj?
  7. Novinka v realitnom biznise! Zatiaľ dostupné len v Grand Koliba
  8. FemFest 2017 ponúkne beh na opätkoch i koncert známej speváčky
  9. Plug-in, hybrid alebo elektromobil? Poradíme, ako správne vybrať
  10. Bývajte v budove, po ktorej sa prechádzal Schöne Náci
  1. Detské zúbky sú veda
  2. Štartujú jesenné módne dni v Poluse
  3. Zanzibar je plný lákadiel na dokonalú exotickú dovolenku
  4. Rastie nám pokrivená generácia?
  5. Intímna hygiena – celoročná záležitosť
  6. Pivovar Šariš podporí cestovný ruch v Prešovskom kraji
  7. AAA AUTO za päť rokov predalo 320 tisíc vozidiel
  8. Novinka v realitnom biznise! Zatiaľ dostupné len v Grand Koliba
  9. 3 mýty, ktorým ste možno uverili. Ale ako je to naozaj?
  10. FemFest 2017 ponúkne beh na opätkoch i koncert známej speváčky
  1. 3 mýty, ktorým ste možno uverili. Ale ako je to naozaj? 21 322
  2. Rastie nám pokrivená generácia? 8 956
  3. Zanzibar je plný lákadiel na dokonalú exotickú dovolenku 8 228
  4. Plug-in, hybrid alebo elektromobil? Poradíme, ako správne vybrať 5 235
  5. Novinka v realitnom biznise! Zatiaľ dostupné len v Grand Koliba 1 927
  6. Kedy sa refinancovanie oplatí? 1 881
  7. Bývajte v budove, po ktorej sa prechádzal Schöne Náci 1 737
  8. Intímna hygiena – celoročná záležitosť 1 592
  9. Poistenci VšZP už nebudú platiť 17 centov v lekárňach za recepty 1 512
  10. Trenčania to chcú mať všade blízko. Kde kupujú byty? 1 479