La tecnologia imprescindibile del sistema GPS


Per la nostra vita di tutti giorni, a partire dal cellulare sino le telecomunicazioni d’emergenza, la tecnologia del sistema GPS è imprescindibile.

Oggi, per tutti noi è normale considerare che la propria posizione possa essere identificata in modo univoco grazie al sistema GPS, con pochi metri di scarto in ogni momento della nostra giornata.

I prodromi

Non era così fino al 1973 quando l’ universo militare USA decise di sostituire il precedente sistema TRANSIT. Questo era orientato principalmente all’ uso da parte dei mezzi navali, che lo utilizzavano per integrare il dato della piattaforma inerziale di bordo. Nel 1967 diventò usufruibile anche dal mercato civile per chiudere definitivamente il proprio servizio nel 1996. Il suo successore, la costellazione GPS, diventerà fruibile da tutti nel 1994.

Il futuro GPS supererà i limiti della rete TRANSIT inglobando una serie di tecnologie derivate da studi segreti del Pentagono degli anni ’60, non ultimo la correzione del calcolo della posizione del satellite tramite la teoria della relatività. Il DoD lo utilizzerà già dagli anni ’80, principalmente a partire dal 1985, registrando alcuni magistrali successi, non ultimo la Prima Guerra del Golfo. Proprio l’uso di questa tecnologia nel deserto iracheno permise alle truppe di terra di muoversi con grande velocità ed efficacia in un contesto completamente privo di riferimenti. Anche in campo civile questa tecnologia fece valere il proprio peso, per esempio, con le vittorie nel Rally dei Faraoni, l’ex Parigi Dakar.

Il segnale GPS diventerà accessibile al mercato civile nel 1991, dopo la Guerra del Golfo, introducendo una degradazione artificiale che ne ridurrà la precisione. Sarà Bill Clinton a togliere tale degradazione con un decreto del 2000. Peraltro, nonostante il detto decreto permangono alcune limitazioni funzionali (massimo 18 km per l’altitudine e 515 m/s per la velocità,) ad impedirne l’uso sui missili da crociera ostili.

Modalità di funzionamento del GPS

Senza scendere sul piano tecnico il GPS, Global Positioning System, sfrutta il concetto di “trilaterazione”, ossia la triangolazione tramite sfere. Questo sistema si divide in tre segmenti, uno spaziale (i satelliti), uno di controllo (le stazioni numeriche a terra) ed uno utente (il nostro cellulare con modulo gps).

Intersecando tre sfere il cui raggio è la distanza dal satellite (che conosciamo) con la superficie terrestre si può individuare un punto su di essa. Si utilizza la misura del tempo impiegato da un segnale radio a percorrere la distanza satellite-ricevitore, anche grazie la presenza di un orologio atomico sul segmento satellitare.

Per potere visualizzare l’intera costellazione di 24 satelliti in orbita bassa (oggi 31) occorre che le stazioni numeriche siano presenti su tutto il globo.  Peraltro, tale condizione pone il problema geopolitico di dove posizionare questi siti che devono essere, per ovvie ragioni, all’interno del pieno controllo del paese che dispone del GPS. In sostanza, esistono una stazione principale, una di back up, 4 stazioni di link via radio e 6 stazioni di controllo numerico, per un totale di 12 siti. Per gli USA sono Hawaii, nell’isola dell’Ascensione, nell’isola di Diego Garcia, a Colorado Springs ed a Cape Canaveral più altre condivise con gli alleati.

Le alternative al GPS americano sono il GLONASS russo, l’ europeo Galileo, l’indiano IRNSS ed i cinesi Beidou 1 e 2.

Il russo GLONASS

GLONASS, Global Navigation Satellite System, è gestito dalle Forze Spaziali Russe e risale all’ epoca del concetto del’ “effetto specchio” della Guerra Fredda. I primi satelliti di questa costellazione risalgono al 1982 mentre l’ operatività effetiva fu dichiarata solo nel 1995. Con la crisi legata alla dissoluzione della ex URSS il sistema ha subito una continua degradazione fino a risultare inutilizzabile nei primi anni 2000. Con il superamento della crisi economica è stato riattivato per una nuova completa operatività nel 2010. L’impiego massiccio di missili da crociera in Siria dal 2013 ha fatto valutare ai commentatori che la rete ora abbia raggiunto una discreta affidabilità. Da notare come molti soggetti commerciali USA abbiano dotato i propri dispositivi mobili di un doppio ricevitore di posizionamento misto GPS + GLONASS.

L’indiano IRNSS

Il sistema di posizionamento satellitare regionale indiano (in sigla IRNSS da Indian Regional Navigational Satellite System) è gestito dall’ Agenzia Spaziale Indiana e può essere utilizzato solo nel bacino dell’Oceano Indiano. L’IRNSS è operativo dal 2016, dopo 10 anni di gestazione, e conta 7 satelliti di cui 3 in orbita geostazionaria.

Il GPS made in China

Tecnologia simile a quella indiana per il BeiDou 1, “Mestolo del Nord”, con  4 satelliti geostazionari dedicati alla sola regione cinese. Il BeiDou è stato concepito negli anni ’90 e realizzato già nei primi anni 2000. Con il sistema BeiDou 2, risalente all’anno 2012, basato su una costellazione di 12 satelliti l’ area interessata è stata ampliata a tutta la zona del lontano oriente con l’ ipotesi di una copertura globale stile GPS. A gennaio del 2019, con l’ ultimo dei satelliti appartenenti alla costellazione Beidou 3 si può dire completato, con altri 11 satelliti, il progetto di una copertura mondiale cinese. Come per le altre infrastrutture è nodale la possibilità di disporre di una serie di territori “oltre mare” in cui poter appoggiare i propri “segreti”; ad aprile 2018, la Cina ha firmato un accordo con la Tunisia per la prima stazione extra territorio metropolitano cinese del sistema Beidou.

La rete europea Galileo

Galileo, il sistema GPS europeo, noto anche come  GNSS – Global Navigation Satellite System è, a differenza di tutti gli altri esempi, completamente civile. Nato nel 2003 ed operativo dal 2016 si presenta sul mercato come il più preciso di tutti i concorrenti.  Opera tramite due modalità: una in precisione normale ed una in doppia. Già la precisione semplice dovrebbe garantire una precisione inferiore al metro contro una centimetrica per la versione più avanzata (ed a pagamento).Nel settembre 2003 la Cina si è unita al progetto apportando un investimento di 230 milioni di euro nei due anni seguenti. Israele è entrato come partner del progetto nel luglio 2004.

Il Centro di Controllo Principale è a Roma presso il Centro Spaziale del Fucino. Rispetto al GPS americano, oltre alla maggiore precisione, garantisce una quasi completa copertura delle regioni polari. A seguito di una serie di accordi fra le varie autorità europee ed americane si è pensato ad una integrazione fra i due sistemi anche con una attenta ripartizione delle frequenze utilizzate. Dal punto di vista militare il primo utilizzo noto è quello di una versione ad hoc del proiettile guidato Vulcano. Da notare come la Brexit abbia avuto effetti anche su Galileo con la perdita della cruciale stazione australe delle isole Falkland. Tutti da verificare i rumors che volevano un ingresso della Gran Bretagna nel GPS americano oppure, addirittura, la realizzazione di un proprio sistema nazionale.

L’imprescindibile valore del GPS

Oggi il GPS è una tecnologia imprescindibile per la nostra vita di tutti giorni, a partire dal cellulare fino ai servizi avanzati come quelli delle telecomunicazioni d’ emergenza, Il GPS ha un ruolo fondamentale nelle reti radio di tipo isofrequenzali. Il futuro poi vedrà un impiego anche in attività come la guida autonoma dei veicoli oppure la presenza sicura e libera di droni sopra le nostre teste, come ad esempio per le consegne nei centri urbani congestionati dal traffico. E’ evidente come un ipotetico black out di questi sistemi bloccherebbe tutta la nostra società. Anche in campo militare la “dipendenza da GPS” è tale che sia in Afghanistan che nella Seconda Guerra del Golfo gli USA non vollero spegnere il segnale GPS visto che i vantaggi di un suo utilizzo era maggiore che gli svantaggi di un utilizzo da parte anche degli avversari. In tutta questa babele di servizi il mercato ha già risposto rendendo disponibili i primi ricevitori universali.

Per approfondire: https://www.space.com/19794-navstar.html


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