Celá historie GPS začala v 60. letech, ve vzduchu visela možná válka mezi Američany a Sověty. Americká armáda přišla s návrhem vesmírného satelitu, který zpřesnil navádění raket na cíl. Do té doby existoval pouze lokální navigační systémy s omezeným dosahem a náročným vývojem. V roce 1959 byl vytvořen návrh, pět let nato byl vypuštěn první funkční satelit Transit (někdy také NAVSAT) v rámci projektu GNSS – Global Navigation Satellite Systems. (Dnes se takto označují globální navigační systémy obecně.)
Projekt by ukončen v roce 1996, ale poslední raketa vzlétla roku 1988. Během devětadvaceti let se na orbitu vystřídalo přes 40 výzkumných a navigačních družic v rámci experimentů i ostrého provozu. Některé z nich už však shořely při startu.
V roce 1973 se však americkým ministerstvem obrany formuje nový projekt NAVSTAR GPS (Navigation Signal Timing and Ranging Global Position System), později už pouze GPS. Ten vznikl sloučením systému pro přesné určování času Timing, který provozovalo námořnictvo, a System 621B pro určování polohy pod taktovkou letectva.
GPS satelit, zdroj: Wikipedia
V několika etapách pak bylo na oběžnou dráhu vysláno 18 družic, které ale nedostatečně pokrývaly celý zemský povrch. Až v lednu 1994 byla vypuštěna poslední z 24 družic a projekt se přesunul do stavu plné operační schopnosti. V současné době obíhá kolem země 32 satelitů, které mají zpřesnit výpočty polohy, ale hlavně fungovat jako záložní v případě nefunkčnosti zbývajících.
…a zase zpátky
Srdce každé družice tvoří atomové hodiny, dříve funkční díky oscilaci césia, dnes rubidia. Ty jsou tak přesné, že za 3 miliardy let by se zpozdily o pouhou jednu vteřinu. Satelit vysílá zakódovaný signál s vlastní pozicí a časem, který na Zemi přijímač porovná se svými hodinami a z rozdílu časů vypočítá vzdálenost od satelitu.
Jeden takový signál nám určí pouze přesný čas. Dva satelity by nás našly v rovině jedné přímky, ale až tři satelity dokážou vypočítat přesnou polohu na souřadnicích x a y. Čtvrtý satelit přidá ještě nadmořskou výšku. Čím větší počet, tím přesnější výpočet polohy. Nad naším územím se neustále pohybuje 6–12 satelitů.
Všech dvaatřicet družic pohybuje na šesti drahách ve výšce 20 200 km nad zemským povrchem. Době oběhu je rovna polovině hvězdného dne (11 hodin 58 min). Družice vysílají signál v několika pásmech, které jsou nejvíce odolné vůči počasí. Několikrát do roka u nich dochází k údržbě a průměrná životnost jedné z nich je okolo 10 let.
Poloha satelitů na orbitu, zdroj: GSI, animovaná varianta zde
Pro stíhačky i mobily
Systém GPS od počátku sloužil pouze pro vojenské účely. Americká armáda do vývoje a nasazení investovala 12 miliard dolarů s odhadovanými ročními náklady okolo 400 milionů. V 80. letech se GPS dostává do finančních problémů. Společnosti podílející se na vývoji v něm vidí komerční potenciál a po sestřelení dopravního letadla KAL 007 sovětskými stíhačkami rozhodl americký prezident Reagan o dostupnosti GPS i pro civilní prostor.
Jenže byla nasazena tzv. selektivní dostupnost. Pouze armáda a některé firmy (typicky třeba letecké společnosti) mohly využívat GPS „naplno“, civilisté se museli spokojit pouze s přesností na 100 m. Tak, aby navigace nemohla být zneužitelná teroristickými skupinami, ještě pořád nepřátelskými Sověty a jinými „živly“. Pentagon si navíc usmyslel, že v případě potřeby mohou tuto kvalitu ještě třikrát zhoršit. Ledy se hnuly až v roce 1996, kdy vláda slíbila zrušení selektivní dostupnosti v následujících deseti letech.
V noci z 1. na 2. května 2000 americký prezident Bill Clinton přepnul tlačítko a selektivní dostupnost byla definitivně zrušena. Tím se konečně otevřela cesta navigacím, jak je známe dnes. Ještě předtím Američané přišli na způsob, jak lokálně rušit signál v některých oblastech. Proto Bílý dům, důležité armádní základny a další centra jsou kvůli bezpečnosti hůře viditelné.
Nokia letos chystá na trh model 2710 Navigation Edition, který by se za 3500 Kč měl stát nejlevnějším mobilem s navigací, zdroj: Nokia
Zítra oslavíme desetileté výročí. Během dekády jsme se s GPS naučili žít. Autonavigace je dnes součástí základní výbavy nejen luxusních automobilů. Přijímače najdeme v ručních přístrojích pro turistiku, v mobilech a fotoaparátech kvůli geotagům (značka s geolokací v EXIFu). S GPS se spojuje sport i zábava (geocaching). A v budoucnu se také stane jedním z pilířů augmented reality.
Každý chce vlastní
I když GPS funguje na 99,9 % územích světa, Evropská kosmická agentura (ESA) plánuje do roku 2014 dokončit vlastní navigační síť Galileo. Ten by měl být mnohem přesnější (v jednotkách centimetrů), takže může být využíván i pro přesnější geodézii apod. Zároveň zůstane s GPS kompatibilní. Na orbitu jsou už dvě z plánovaných 30 družic. Vlastní systém mají také Rusové (GLONASS) a v Číně chystají podobný Compass.
Podle studie Evropské komise bude v r. 2025 objem světového trhu se satelitními navigacemi činit 236 miliard eur. V roce 2005 činil objem trhu 60 miliard eur.
Otázka do diskuze. Používáte GPS pro autonavigaci, geocaching či geotagging, nebo vás tato móda zatím nezasáhla?
