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La storia dei sistemi di navigazione: dal XX al XXI Secolo – parte VI di Andrea Mucedola

Reading Time: 6 minutes


livello elementare
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ARGOMENTO: STORIA DELLA NAVIGAZIONE
PERIODO: XX – XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: sistemi di radionavigazione globali

 

L’era della navigazione satellitare
Nell’ottobre 1957, l’Unione Sovietica lanciò il primo satellite artificiale, lo Sputnik. Iniziò la corsa verso lo spazio tra le due superpotenze USA e URSS, con  lo sviluppo di missili sempre più performanti dal punto di vista offensivo. Essi richiedevano, per colpire in maniera selettiva i loro bersagli, distanti migliaia di chilometri, dei sistemi di navigazione di alta precisione.  Il problema maggiore era come far navigare, da un punto all’altro della Terra, questi mezzi veloci, considerando che le distanze in gioco ponevano problemi di rifasamento continuo delle posizioni legati alle mappe memorizzate, costruite con data geografici ovviamente diversi, e che non esistevano sistemi di posizionamento globali, oltretutto ricevibili a quelle quote.

Non essendo i sistemi di radio-posizionamento dell’epoca (DECCA, LORAN e OMEGA) in grado di fornire dati sufficientemente precisi per la guida dei missili, le due superpotenze decisero di sviluppare due complessi sistemi basati su dati satellitari: il NAVSTAR (GPS) statunitense ed il GLONASS sovietico. Li scopriremo fra poco.

Ovviamente, essendo stati progettati per usi militari, questi sistemi operarono inizialmente in maniera protetta ovvero i dati venivano cifrati per impedirne l’uso agli avversari. Ben presto la possibilità di utilizzare sistemi globali divenne però di interesse  civile per applicazioni nel campo commerciale e scientifico. Si pensi solo alla navigazione marittima ed aerea in cui l’uso di tali sistemi rendeva più facile e veloce il trasferimento da un punto all’altro del pianeta. Inoltre, questi sistemi assicuravano precisioni mai raggiunte prima, e potevano essere facilmente interfacciati con i nascenti sistemi cartografici digitali.

Nel 1972, fu sviluppato il primo sistema cartografico globale, WGS 72, padre del WGS 84 oggi impiegato da tutti i GPS. L’impiego di questi sistemi di posizionamento satellitari iniziò da un’operazione di reverse engineering basata proprio sugli studi di motorizzazione dei satelliti. Il campo è molto vasto per cui racconterò in breve le loro caratteristiche, che potrete comunque approfondire in questo articolo.

TRANSIT
Tutto iniziò quando gli scienziati dell’Applied Physics Laboratory della Johns Hopkins University effettuarono una serie di misurazioni sui segnali dello Sputnik, ricavandone la posizione e la velocità. La monitorizzazione dello Sputnik e dei successivi satelliti nello spazio, Sputnik II ed Explorer I portò, nel 1958, all’idea di lavorare “all’indietro”, ovvero partire da orbite satellitari note per determinare una posizione sulla superficie terrestre.

Nacque così il sistema di navigazione satellitare TRANSIT, il cui primo satellite fu messo in orbita polare nel 1960. Il sistema, composto da 7 satelliti, fu reso operativo nel 1962. Il ricevitore a terra, utilizzando le letture di almeno tre satelliti poteva fornire una precisione teorica di circa 30 metri. Il passo in avanti più significativo avvenne con la messa in orbita nel 1974 del primo prototipo di satellite GPS Navstar. Non fu facile, i suoi orologi fallirono poco dopo il lancio e si dovette aspettare la messa in orbita del Navigational Technology Satellite 2, ridisegnato con orologi al cesio, nel 1977. Finalmente nel 1985 si completò in orbita la prima costellazione con undici satelliti GPS.

Global Positioning System – GPS
Il sistema GPS utilizza oggi una costellazione minima di 24 satelliti, con quattro satelliti geostazionari distribuiti in ciascuna delle sei orbite. Il tutto supportato da un complesso sistema a terra. Ogni volta che prendiamo il nostro smartphone per navigare, inconsapevolmente, il ricevitore interno si aggancia alla rete GPS ed elabora il segnale consentendo la nostra navigazione. Ma non solo… i dati sono correlati a cartografie elettroniche che ci consentono anche di comprendere dove siamo esattamente.

Nonostante l’origine militare del sistema, la tipologia degli utenti civili è nel tempo proliferata, non solo per scopi di navigazione e di posizionamento ma anche per gestire il flusso di informazioni internet grazie ai precisissimi orologi. Nel campo scientifico l’accuratezza della posizione è stata portata a pochi centimetri combinando i segnali GPS con sistemi differenziali.

GALILEO e CO.
Non ultimo, sebbene gli Stati Uniti abbiano dichiarato di voler mantenere il servizio GPS, la preoccupazione che attività civili come il controllo del traffico aereo debbano dipendere da un sistema controllato da forze militari di un unico paese portò i Paesi europei ad iniziare, alla fine degli anni ’90, un nuovo sistema di navigazione satellitare, chiamato GALILEO, sotto controllo civile. A regime, consisterà di trenta satelliti (27 operativi e tre di riserva) orbitanti su tre piani inclinati sull’equatore (MEO, Medium Earth Orbit circolare) a 23.222 km quota.

La Commissione UE ha già assegnato gli appalti per la parte infrastrutturale: al momento la spesa prevista è di circa 3,4 miliardi di euro. Il programma di lancio, con razzi Soyuz e Ariane, è iniziato il 21 ottobre 2011 con la partenza dei primi due satelliti dalla base di Kourou nella Guyana Francese ed è proseguito con il lancio della seconda coppia, IOV 3 e IOV 4, a ottobre 2012. La messa in orbita dei primi quattro satelliti costituiva la configurazione minima necessaria per poter validare il segnale (fase “IOV”), cominciare a fornire i primi servizi di navigazione e procedere a testare la piena funzionalità dei segmenti spaziali e di terra. Ma Galileo non è solo …

GLONASS
Analogamente al GPS statunitense, i Russi svilupparono nel 1976 un proprio sistema satellitare, il GLONASS. Il programma iniziò ai tempi dell’Unione Sovietica e, a partire dal 12 ottobre 1982, furono lanciati i primi satelliti fino al completamento della costellazione satellitare avvenuto nel 1995. Dopo un calo di capacità alla fine degli anni ’90, nel 2001, il presidente russo Putin stabilì che il programma era prioritario aumentandone in maniera sostanziale il finanziamento. Nel 2010, GLONASS aveva raggiunto una copertura del 100% del territorio della Russia e nell’ottobre 2011 fu ripristinata la costellazione orbitale completa di 24 satelliti, consentendo una copertura globale completa. I progetti dei satelliti GLONASS hanno subito numerosi aggiornamenti, e l’ultima versione, GLONASS-K2, è entrata in servizio nel 2019. Un annuncio prevede lo spiegamento di un gruppo di satelliti di comunicazione e di navigazione entro il 2040. 

BEI DOU
La Cina ha iniziato a sviluppare un proprio sistema, chiamato BEI DOU (bussola) che, sebbene inizialmente progettato per un impiego regionale, sta implementando altri satelliti per ottenere una copertura globale. Dal dicembre 2012 è già operativo in alcune aree della regione dell’Asia Pacifica, ed il suo completamento a livello globale è previsto per il 2020 con il lancio di 30 satelliti per fornire servizi agli utenti globali e realizzare  un sistema più integrato e intelligente entro il 2035. 

La crescita cinese nel settore della geolocalizzazione avrà numerose integrazioni:
Smartphone: i produttori di telefoni cinesi (incluso Huawei) sostituiranno il GPS tradizionale con il Beidou.
Auto autonome: Le case automobilistiche cinesi incorporeranno la tecnologia dell’intelligenza artificiale per integrarsi con la tecnologia Beidou e quindi disporre di automobili autonome.
Produttori di chip: Qualcomm è stato il primo a produrre chip per smartphone che supporteranno la tecnologia Beidou.

I cinesi non sono soli, anche Giappone e India stanno sviluppando sistemi per un loro uso regionale. Sembra quasi che la guerra del futuro si combatterà per il controllo dello spazio esterno. Chi controllerà lo spazio controllerà le economie mondiali … e questo fa molta pensare. Incominciano a nascere Comandi Spaziali, come quello Statunitense, che avranno compiti ancora non molto chiari … incluso quello di tenere in ordine lo spazio esterno dai satelliti sempre più numerosi e non più operativi. L’abbattimento di satelliti “avversari” è già avvenuto anche se le circostanze non sono chiare. 

Un futuro complesso dove l’informazione sarà  sinonimo di potere

Tutti questi sistemi, interfacciati con cartografie digitali sempre più complesse, sono ormai disponibili sul mercato anche su piccole barche da diporto. Il navigante del futuro sarà sempre più integrato con questi sistemi e il futuro non ha limiti. Come navigheranno i marinai del futuro? Saranno ancora in grado di navigare senza l’aiuto di sistemi artificiali o diventeranno schiavi della tecnologia? Voglio sperare che nel III millennio l’Uomo continui ancora ad osservare con curiosità e stupore il mare e le stelle, guardando l’orizzonte e tutto ciò che lo circonda. Non c’è cosa più mirabile.

Andrea Mucedola

 

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