4 Oktober 1957 menjadi insentif penting bagi Amerika Serikat - setelah peluncuran satelit Bumi buatan pertama di Uni Soviet, insinyur Amerika memutuskan untuk mengadaptasi ruang untuk memenuhi kebutuhan navigasi (dengan karakteristik kepraktisan Yankees). Di Laboratorium Fisika Terapan (APL) Universitas Johns Hopkins, kolaborator WG Guyer dan J. C. Wiffenbach mempelajari sinyal radio dari Soviet Sputnik 1 dan menarik perhatian pada pergeseran frekuensi Doppler yang kuat dari sinyal yang dipancarkan oleh satelit yang lewat. Ketika anak sulung kami di luar angkasa mendekat, frekuensi sinyal meningkat, dan yang surut memancarkan sinyal radio dengan frekuensi yang menurun. Para peneliti berhasil mengembangkan program komputer untuk menentukan parameter orbit objek yang lewat dari sinyal radionya dalam satu lintasan. Secara alami, prinsip sebaliknya juga dimungkinkan - perhitungan parameter orbit yang sudah diketahui menggunakan pergeseran frekuensi yang sama dari koordinat penerima radio darat yang tidak diketahui. Ide ini datang ke kepala karyawan APL F. T. McClure dan dia, bersama dengan direktur laboratorium, Richard Kershner, mengumpulkan sekelompok peneliti untuk mengerjakan sebuah proyek yang disebut Transit.
Richard Kershner (kiri) adalah salah satu pendiri Sistem Pemosisian Global Amerika. Sumber: gpsworld.com
Kapal selam nuklir "George Washington" adalah pengguna pertama sistem Transit. Sumber: zonwar.ru
Orbit operasional konstelasi Transit. Sumber: gpsworld.com
Pelanggan utama adalah Angkatan Laut AS, yang membutuhkan alat navigasi presisi untuk kapal selam baru yang dilengkapi dengan rudal Polaris. Kebutuhan untuk secara akurat menentukan lokasi kapal selam seperti "George Washington" sangat diperlukan untuk hal baru saat itu - peluncuran rudal dengan hulu ledak nuklir dari mana saja di lautan.
Peralatan penerima transit untuk kapal selam. Sumber: timeandnavigation.si.edu
Pada tahun 1958, Amerika dapat mempresentasikan prototipe eksperimental pertama dari satelit Transit, dan pada 17 September 1959, satelit itu dikirim ke luar angkasa. Infrastruktur darat juga dibuat - pada saat peluncuran, kompleks peralatan navigasi pengguna, serta stasiun pelacakan darat sudah siap.
Insinyur Universitas Hopkins merakit dan menguji pesawat ruang angkasa Transit. Sumber: timeandnavigation.si.edu
Orang Amerika mengerjakan proyek navigasi satelit dalam mode afterburner penuh: pada tahun 1959, mereka telah membangun sebanyak lima jenis satelit Transit, yang kemudian semuanya diluncurkan dan diuji. Dalam mode operasi, navigasi Amerika mulai beroperasi pada Desember 1963, yaitu, dalam waktu kurang dari lima tahun, dimungkinkan untuk membuat sistem yang dapat diterapkan dengan akurasi yang baik untuk waktunya - kesalahan root-mean-square (RMS) untuk objek stasioner adalah 60 m.
Satelit Transit 5A model 1970. Sumber: timeandnavigation.si.edu
Penerima Transit dipasang di mobil yang digunakan oleh ahli geologi Smithsonian Ted Maxwell di gurun Mesir pada tahun 1987. Pekerja keras peneliti ternyata …
… "Niva" Soviet! Sumber: gpsworld.com [/center]
Menentukan koordinat kapal selam yang bergerak di permukaan lebih bermasalah: jika Anda membuat kesalahan dengan nilai kecepatan 0,5 km / jam, maka RMS akan meningkat menjadi 500 m. Oleh karena itu, lebih bijaksana untuk beralih ke satelit untuk membantu dalam posisi stasioner kapal, yang sekali lagi tidak mudah. Transit orbit rendah (ketinggian 1100 km) diadopsi oleh Angkatan Laut AS di pertengahan 64, sebagai bagian dari empat satelit, yang selanjutnya meningkatkan pengelompokan orbit menjadi tujuh kendaraan, dan dari 67, navigasi menjadi tersedia bagi manusia biasa. Saat ini, konstelasi satelit Transit digunakan untuk mempelajari ionosfer. Kerugian dari sistem navigasi satelit pertama di dunia adalah ketidakmampuan untuk menentukan ketinggian posisi pengguna darat, durasi pengamatan yang cukup lama, dan keakuratan posisi objek, yang akhirnya menjadi tidak mencukupi. Semua ini mengarah pada pencarian baru di industri luar angkasa AS.
Waktu Pesawat Luar Angkasa. Sumber: timeandnavigation.si.edu
Sistem navigasi satelit kedua adalah Timation dari Naval Research Laboratory (NRL), yang dijalankan oleh Roger Easton. Dalam kerangka proyek, dua satelit dirakit, dilengkapi dengan jam ultra-presisi untuk menyiarkan sinyal waktu ke konsumen terestrial dan secara akurat menentukan lokasi mereka sendiri.
Satelit eksperimental Timation NTS-3, dilengkapi dengan jam rubidium. Sumber: gpsworld.com
Di Timation, prinsip dasar sistem GPS masa depan dirumuskan: pemancar beroperasi di satelit, memancarkan sinyal kode, yang merekam pelanggan darat dan mengukur penundaan perjalanannya. Mengetahui lokasi yang tepat dari satelit di orbit, peralatan dengan mudah menghitung jarak ke sana dan, berdasarkan data ini, menentukan koordinatnya sendiri (ephemeris). Tentu saja, ini membutuhkan setidaknya tiga satelit, dan sebaiknya empat. Timations pertama pergi ke luar angkasa pada tahun 1967 dan membawa jam kuarsa di awal, dan kemudian jam atom ultra-presisi - rubidium dan cesium.
Angkatan Udara Amerika Serikat beroperasi secara independen dari Angkatan Laut pada sistem penentuan posisi globalnya sendiri yang disebut Air Force 621B. Tiga dimensi telah menjadi inovasi penting dari teknik ini - sekarang dimungkinkan untuk menentukan garis lintang, garis bujur, dan ketinggian suatu objek yang telah lama ditunggu-tunggu. Sinyal satelit dipisahkan menurut prinsip pengkodean baru berdasarkan sinyal pseudo-acak seperti noise. Kode pseudo-acak meningkatkan kekebalan kebisingan sinyal dan memecahkan masalah pembatasan akses. Pengguna sipil peralatan navigasi hanya memiliki akses ke kode sumber terbuka, yang dapat dimodifikasi dari pusat kendali darat kapan saja. Dalam hal ini, semua peralatan "damai" akan gagal, mendefinisikan koordinatnya sendiri dengan kesalahan yang signifikan. Kode terkunci militer akan tetap tidak berubah.
Pengujian dimulai pada tahun 1972 di lokasi pengujian di New Mexico, menggunakan pemancar pada balon dan pesawat terbang sebagai simulator satelit. "Sistem 612B" menunjukkan akurasi posisi yang luar biasa beberapa meter dan pada saat itulah konsep sistem navigasi global orbit menengah dengan 16 satelit lahir. Dalam versi ini, sekelompok empat satelit (jumlah ini diperlukan untuk navigasi yang akurat) menyediakan cakupan 24 jam di seluruh benua. Selama beberapa tahun, "Sistem 612B" berada di peringkat eksperimental dan tidak terlalu tertarik dengan Pentagon. Pada saat yang sama, beberapa kantor di Amerika Serikat sedang mengerjakan topik navigasi "panas": Laboratorium Fisika Terapan sedang mengerjakan modifikasi Transit, Angkatan Laut sedang "menyelesaikan" Timation, dan bahkan pasukan darat menawarkan mereka sendiri SECOR (Korelasi Sequential of Range, perhitungan sekuensial rentang). Ini membuat Kementerian Pertahanan khawatir, yang berisiko menghadapi format navigasi yang unik di setiap jenis pasukan. Pada saat tertentu, salah satu prajurit Amerika membanting tangannya di atas meja dan sebuah GPS lahir, menggabungkan semua yang terbaik dari pendahulunya. Pada pertengahan 70-an, di bawah naungan Departemen Pertahanan AS, komite bersama tripartit yang disebut NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group) dibentuk, yang menentukan parameter penting dari sistem masa depan - jumlah satelit, ketinggiannya, sinyal kode dan metode modulasi. Ketika mereka sampai pada angka biaya, mereka memutuskan untuk segera membuat dua opsi - militer dan komersial dengan kesalahan yang telah ditentukan dalam akurasi posisi. Angkatan Udara memainkan peran utama dalam program ini, karena Angkatan Udara 621B adalah model paling canggih dari sistem navigasi masa depan, dari mana GPS meminjam teknologi kebisingan pseudo-acak yang praktis tidak berubah. Sistem sinkronisasi sinyal diambil dari proyek Timtation, tetapi orbitnya dinaikkan menjadi 20 ribu kilometer, yang menyediakan periode orbit 12 jam, bukan 8 jam dari pendahulunya. Satelit berpengalaman diluncurkan ke luar angkasa pada tahun 1978 dan, seperti biasa, semua infrastruktur darat yang diperlukan disiapkan terlebih dahulu - hanya tujuh jenis peralatan penerima yang ditemukan. Pada tahun 1995, GPS dikerahkan secara penuh - sekitar 30 satelit terus mengorbit, meskipun faktanya ada cukup 24 untuk operasi. Pesawat orbital untuk satelit dialokasikan enam, dengan kemiringan 550… Saat ini, aplikasi survei GPS memungkinkan Anda untuk menentukan posisi konsumen dengan akurasi kurang dari satu milimeter! Sejak 1996, satelit Blok 2R telah muncul, dilengkapi dengan sistem navigasi otonom AutoNav, yang memungkinkan kendaraan untuk beroperasi di orbit ketika stasiun kontrol darat dihancurkan setidaknya selama 180 hari.
Hingga akhir 1980-an, penggunaan GPS dalam pertempuran bersifat sporadis dan tidak signifikan: menentukan koordinat ladang ranjau di Teluk Persia dan menghilangkan ketidaksempurnaan peta selama invasi Panama. Pembaptisan api penuh terjadi di Teluk Persia pada 1990-1991 selama Badai Gurun. Pasukan dapat secara aktif bermanuver di daerah gurun, di mana sulit untuk menemukan landmark yang dapat diterima, serta melakukan tembakan artileri dengan akurasi tinggi setiap saat sepanjang hari dalam kondisi badai pasir. Kemudian, GPS terbukti berguna dalam operasi penjaga perdamaian di Somalia pada tahun 1993, dalam pendaratan Amerika di Haiti pada tahun 1994, dan, akhirnya, dalam kampanye Afghanistan dan Irak pada abad ke-21.
