Le 4 octobre 1957 est devenu une incitation importante pour les États-Unis - après le lancement du premier satellite artificiel de la Terre en URSS, les ingénieurs américains ont décidé d'adapter l'espace pour répondre aux besoins de navigation (avec la fonctionnalité caractéristique des Yankees). Au Laboratoire de physique appliquée (APL) de l'Université Johns Hopkins, les collaborateurs WG Guyer et J. C. Wiffenbach ont étudié le signal radio du Spoutnik 1 soviétique et ont attiré l'attention sur le fort décalage de fréquence Doppler du signal émis par un satellite passant. Lorsque notre premier-né dans l'espace s'est approché, la fréquence du signal a augmenté et celui qui s'est éloigné a émis des signaux radio de fréquence décroissante. Les chercheurs ont réussi à développer un programme informatique pour déterminer les paramètres de l'orbite d'un objet passant à partir de son signal radio en un seul passage. Naturellement, le principe inverse est également possible - le calcul des paramètres déjà connus de l'orbite en utilisant le même décalage de fréquence des coordonnées inconnues du récepteur radio au sol. Cette idée est venue à la tête de l'employé de l'APL F. T. McClure et lui, avec le directeur du laboratoire, Richard Kershner, a réuni un groupe de chercheurs pour travailler sur un projet appelé Transit.
Richard Kershner (à gauche) est l'un des pères fondateurs de l'American Global Positioning System. Source: gpsworld.com
Le sous-marin nucléaire "George Washington" est le premier utilisateur du système de transit. Source: zonwar.ru
Orbites opérationnelles de la constellation Transit. Source: gpsworld.com
Le principal client était l'US Navy, qui avait besoin d'outils de navigation de précision pour les nouveaux sous-marins équipés de missiles Polaris. La nécessité de déterminer avec précision l'emplacement des sous-marins tels que "George Washington" était extrêmement nécessaire pour la nouveauté de l'époque - le lancement de missiles à tête nucléaire depuis n'importe où dans les océans.
Équipements de réception de transit pour sous-marins. Source: timeandnavigation.si.edu
En 1958, les Américains ont pu présenter le premier prototype expérimental du satellite Transit, et le 17 septembre 1959, il a été envoyé dans l'espace. L'infrastructure au sol a également été créée - au moment du lancement, le complexe de l'équipement de navigation de l'utilisateur, ainsi que les stations de suivi au sol étaient prêts.
Les ingénieurs de l'Université Hopkins assemblent et testent le vaisseau spatial Transit. Source: timeandnavigation.si.edu
Les Américains ont travaillé sur un projet de navigation par satellite en mode postcombustion complet: en 1959, ils avaient construit jusqu'à cinq types de satellites Transit, qui ont ensuite tous été lancés et testés. En mode de fonctionnement, la navigation américaine a commencé à fonctionner en décembre 1963, c'est-à-dire qu'en moins de cinq ans, il a été possible de créer un système fonctionnel avec une bonne précision pour l'époque - l'erreur quadratique moyenne (RMS) pour un objet stationnaire était de 60 m.
Transit par satellite 5A modèle 1970. Source: timeandnavigation.si.edu
Un récepteur Transit installé dans une voiture utilisée par le géologue du Smithsonian Ted Maxwell dans le désert égyptien en 1987. Le cheval de bataille du chercheur s'est avéré être …
… la "Niva" soviétique ! Source: gpsworld.com [/centre]
Déterminer les coordonnées d'un sous-marin se déplaçant à la surface était plus problématique: si vous vous trompez avec la valeur de la vitesse de 0,5 km / h, le RMS passera à 500 m. Par conséquent, il était plus opportun de se tourner vers le satellite pour aider dans une position stationnaire du navire, ce qui, encore une fois, n'était pas facile. Le transit en orbite basse (1100 km d'altitude) a été adopté par l'US Navy au milieu de 64, dans le cadre de quatre satellites, augmentant encore le groupement orbital à sept véhicules, et à partir de 67, la navigation est devenue accessible aux simples mortels. Actuellement, la constellation de satellites Transit est utilisée pour étudier l'ionosphère. Les inconvénients du premier système de navigation par satellite au monde étaient l'impossibilité de déterminer la hauteur de la position de l'utilisateur au sol, la durée considérable de l'observation et la précision du positionnement de l'objet, qui est finalement devenue insuffisante. Tout cela a conduit à de nouvelles recherches dans l'industrie spatiale américaine.
Chronométrage des engins spatiaux. Source: timeandnavigation.si.edu
Le deuxième système de navigation par satellite était Timation du Naval Research Laboratory (NRL), qui était dirigé par Roger Easton. Dans le cadre du projet, deux satellites ont été assemblés, équipés d'horloges ultra-précises pour diffuser des signaux horaires aux consommateurs terrestres et déterminer avec précision leur propre emplacement.
Satellite expérimental Timation NTS-3, équipé d'une horloge au rubidium. Source: gpsworld.com
A Timation, le principe de base des futurs systèmes GPS a été formulé: un émetteur fonctionnait sur le satellite, émettant un signal codé, qui enregistrait l'abonné au sol et mesurait le retard de son passage. Connaissant l'emplacement exact du satellite en orbite, l'équipement en calculait facilement la distance et, sur la base de ces données, déterminait ses propres coordonnées (éphémérides). Bien entendu, cela nécessite au moins trois satellites, et de préférence quatre. Les premiers Timations sont allés dans l'espace en 1967 et portaient au début des horloges à quartz, puis des horloges atomiques ultra-précises - rubidium et césium.
L'armée de l'air des États-Unis fonctionnait indépendamment de la marine sur son propre système de positionnement global appelé Air Force 621B. La tridimensionnalité est devenue une innovation importante de cette technique - il est désormais possible de déterminer la latitude, la longitude et la hauteur tant attendue d'un objet. Les signaux satellites ont été séparés selon un nouveau principe de codage basé sur un signal pseudo-aléatoire de type bruit. Le code pseudo-aléatoire augmente l'immunité au bruit du signal et résout le problème de la restriction d'accès. Les utilisateurs civils d'équipements de navigation n'ont accès qu'au code source ouvert, qui peut être modifié à tout moment depuis le centre de contrôle au sol. Dans ce cas, tout équipement "pacifique" tombera en panne, définissant ses propres coordonnées avec une erreur significative. Les codes militaires verrouillés resteront inchangés.
Les tests ont commencé en 1972 sur un site d'essai au Nouveau-Mexique, en utilisant des émetteurs sur des ballons et des avions comme simulateurs de satellites. Le "Système 612B" a montré une précision de positionnement exceptionnelle de plusieurs mètres et c'est à cette époque qu'est né le concept d'un système de navigation mondial en orbite moyenne avec 16 satellites. Dans cette version, un cluster de quatre satellites (ce nombre est nécessaire pour une navigation précise) assure une couverture 24h/24 de l'ensemble du continent. Pendant quelques années, le "Système 612B" était au rang expérimental et ne s'intéressait pas particulièrement au Pentagone. Au même moment, plusieurs bureaux aux États-Unis travaillaient sur un sujet de navigation « brûlant »: le Laboratoire de physique appliquée travaillait sur une modification du Transit, la Navy « terminait » Timation, et même les forces terrestres proposaient leur propre SECOR (Sequential Correlation of Range, calcul séquentiel des gammes). Cela ne pouvait qu'inquiéter le ministère de la Défense, qui risquait d'être confronté à des formats de navigation uniques dans chaque type de troupes. A un certain moment, l'un des guerriers américains a claqué sa main sur la table et un GPS est né, intégrant tout le meilleur de ses prédécesseurs. Au milieu des années 70, sous les auspices du département américain de la Défense, un comité mixte tripartite appelé NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group) a été créé, qui a déterminé les paramètres importants du futur système - le nombre de satellites, leur hauteur, le signal codes et méthodes de modulation. Lorsqu'ils sont arrivés au chiffre des coûts, ils ont décidé de créer immédiatement deux options - militaire et commerciale avec une erreur prédéterminée de précision de positionnement. L'Air Force a joué un rôle de premier plan dans ce programme, car son Air Force 621B était le modèle le plus sophistiqué du futur système de navigation, auquel le GPS a emprunté une technologie de bruit pseudo-aléatoire pratiquement inchangée. Le système de synchronisation du signal a été repris du projet Timtation, mais l'orbite a été portée à 20 000 kilomètres, ce qui a fourni une période orbitale de 12 heures au lieu des 8 heures de son prédécesseur. Un satellite expérimenté a déjà été lancé dans l'espace en 1978 et, comme d'habitude, toute l'infrastructure au sol nécessaire a été préparée à l'avance - seuls sept types d'équipements de réception ont été inventés. En 1995, le GPS a été déployé au complet - environ 30 satellites sont constamment en orbite, malgré le fait qu'il y en ait suffisamment pour fonctionner.0… Actuellement, les applications de topographie GPS permettent de déterminer la position du consommateur avec une précision inférieure au millimètre ! Depuis 1996, des satellites Block 2R sont apparus, équipés du système de navigation autonome AutoNav, qui permet au véhicule de fonctionner en orbite lorsque la station de contrôle au sol est détruite pendant au moins 180 jours.
Jusqu'à la fin des années 1980, l'utilisation au combat du GPS était sporadique et insignifiante: déterminer les coordonnées des champs de mines dans le golfe Persique et éliminer les imperfections des cartes lors de l'invasion du Panama. Un baptême du feu à part entière s'est produit dans le golfe Persique en 1990-1991 lors de la tempête du désert. Les troupes ont pu manœuvrer activement dans une zone désertique, où il est difficile de trouver des points de repère acceptables, ainsi que de mener des tirs d'artillerie avec une grande précision à tout moment de la journée dans des conditions de tempêtes de sable. Plus tard, le GPS s'est avéré utile dans l'opération de maintien de la paix en Somalie en 1993, lors du débarquement américain en Haïti en 1994 et, enfin, dans les campagnes afghanes et irakiennes du 21e siècle.
