gistfile1.txt

Navstar GPS kerfið er það sem við í daglegu tali köllum GPS. Notandi þess getur, með hjálp fjöldamargra GPS gervitungla notað það til að staðsetja sig á jarðkringlunni, með nákvæmni upp á nokkra metra. Þróun þess hófst af fullri alvöru í kringum 1973, þegar varnamála-menn þar í landi hófu að þróa slíkt kerfi fyrir herinn. Síðar meir var kerfið einnig opnað fyrir almenningi og það er það kerfi sem við þekkjum í dag.

Á þessum tíma hafði myndast sá tæknilegi grundvöllur sem nauðsynlegur var til að hleypa því af stokkunum. Árin áður höfðu verið miklar framfarir í geimrannsóknamálum og orðið lítið mál að skjóta svosem eins og einum gervihnetti upp í 20.000 km hæð. Einnig voru miklar framfarir á öðrum sviðum og ýmsar tækninýjungar og uppgötvanir kynntar til sögunnar sem áttu eftir að gagnast í þróun kerfisins.

Grunnhugmyndin er sú að GPS-tækið hlusti eftir merkjum frá gervihnöttunum. Þeir senda stöðugt frá sér hvað klukkan þeirra er og staðsetningu sína. 

GPS gervihnettirnir ferðast á 14.000 km/klst hraða. Þeir eru s.s. á ferð m.t.t. jarðarinnar, en ekki stöðugir eins og víða er haldið. Þeim er beint á brautir sem eru þess eðlis að á sérhverjum punkti á jarðkringlunni séu að minnsta kosti fjórir sjáanlegir. Í besta falli eru 12 sjáanlegir! Ástæða þess að fjórir eru að minnsta kosti nauðsynlegir, er til að geta reiknað út þessar þrjár óþekktu stærðir sem við notum til að staðsetja okkur; lengdar- og breiddargráðu og hæð. Einnig þarf að taka með í reikninginn mismun á klukku í GPS tæki notanda og í gervihnöttunum.

Hver og einn gervihnöttur hefur innbyggða klukku. Þó er ekki alveg nóg að nota bara venjulega, einfalda veggklukku úr IKEA heldur þarf að notast við atómklukku, til að fá sem nákvæmasta tímamælingu. Það gæti virst nóg við fyrstu sýn, að vera með hárnákvæma atómklukku sem sér bara um að tikka með ótrúlegri nákvæmni, en við búum víst í veröld þar sem tími og rúm verða ágætlega og auðveldlega sveigð svo við þurfum að taka það með í reikningana til að minnka skekkjuna enn frekar.

Lögmál um afstæði í tíma og rúmi segir okkur nefnilega að tíminn líður ekki alveg jafn hratt á yfirborði jarðar, og hann gerir í 20.000 km hæð. Séð frá jörðinni gengur klukkan um borð í gervihnettinum hægar en á jörðinni. Skekkjan sem myndast er um 7 míkrósekúndur á dag. Almenna afstæðiskenningin kemur síðan með enn meira vesen.

Á yfirborði jarðar verka þyngdarkraftar hennar mun sterkar á klukkuna, heldur en ef hún er á sporbaugi. Í tilfelli GPS hnattanna erum við að tala um næstum því 45 míkrósekúndna skekkju sem myndast á hverjum degi. Í þetta skiptið er skekkjan þó í hina áttina því samkvæmt lögmálinu líður tíminn hægar við yfirborð jarðar.

Því fáum við að samlegðaráhrif þessa tveggja þátta valda u.þ.b. 45 - 7 = 38 µs skekkju á hverjum sólarhring, gervihnettinum í hag. Klukkan í honum gengur semsagt aðeins hraðar. Til þess að vega upp á móti þessum geigvænlega mun, eru klukkurnar um borð í gervihnöttunum því látnar ganga ögn hægar en jarð-klukkurnar. Með því erum við þá með mjög vel samstilltar klukkur og ættum að geta reiknað nákvæma staðsetningu okkar vel út frá þeim upplýsingum sem þeir gefa okkur. Nú til dags höfum við jafnvel enn betri skekkjuleiðréttingargræjur, en örtölva í gervihnöttunum getur tekið við stilliboðum frá jörðu ef klukkum fer að skeika meira en heilbrigt getur talist. Þessar leiðréttingar þarf að senda daglega.

Þessi skekkja, eða u.þ.b. 38 µs á sólarhring, gæti virst smávægileg, en þar sem við erum að vinna með frekar stóra jörð þá krefst GPS tæknin nákvæmni upp á nanósekúndur, og þar sem 38 µs eru 38 þúsund nanósekúndur þá erum við mjög fljót að lenda í hræðilegri skekkju. Svo fljót raunar, að það tæki ekki nema tvær til þrjár mínútur fyrir kerfið að verða gjörsamlega ónothæft. Gefðu því nokkra daga og svín verða farin að fljúga, eða GPS tæki áfast á svíni á jörðu niðri myndi að minnsta kosti halda það.



Sjá: http://in-the-sky.org/satmap.php