Første GPS-satellitt av en ny type skutt opp

Av Erik Tronstad

Delta 2-bæreraketten med den nye GPS-satellitten. (Boeing)

Oppskytingen startet klokken 05.37 norsk sommertid 26. september 2005. Delta 2-bæreraketten med den nye Navstar/GPS-satellitten tok da av fra oppskytingskompleks 17A ved Cape Canaveral Air Force Station i Florida, USA.

Dette var altså den første i en ny serie satellitter i Global Positioning System (GPS), na­vi­ga­sjons­sys­temet som eies og driftes av det amerikanske flyvåpenet. Den nye serien GPS-satellitter går under betegnelsen IIR-M.

Siden den første oppskytingen av en prøvesatellitt i GPS-systemet i 1978, har hver av satellittene i systemet sendt ut tre navigasjonssignaler. To av signalene har vært kryptert og forbeholdt militære brukere og en del utvalgte sivile brukere. Det tredje signalet har vært for bruk av alle med en GPS-mottaker.

GPS baserer seg på ekstremt nøyaktige klokker i satellittene, meget nøyaktige banedata for satellitten og meget nøyaktige data i signalene fra satellittene. En GPS-mottaker baserer seg på disse dataene og mest mulig nøyaktige målinger av tiden et signal har tatt fra satellitten og til mottakeren. En mottaker må bruke signaler fra flere GPS-satellitter samtidig for å kunne beregne sin posisjon på jordoverflaten.

Ute i verdensrommets vakuum går signalene fra satellittene med samme hastighet som lys (og all elektromagnetisk stråling) har i vakuum. Underveis ned til mottakere på bakken må signalene passere gjennom jordatmosfæren. Lyshastigheten i et hvilket som helst medium er lavere enn lyshastigheten i vakuum. Signalet fra en GPS-satellitt og til en mottaker på bakken går saktere i jordatmosfæren enn i vakuum. Særlig påvirkes signalets hastighet av tettheten av elektroner i ionosfæren, et lag høyt oppe i jordatmosfæren. Tettheten av elektroner der varierer med tiden. Hvor mye gangtiden øker på grunn av disse elektronene er også avhengig av frekvensen på signalet.

Et signal fra en GPS-satellitt bruker litt lenger tid på å nå ned til bakken når det må passere gjennom jordatmosfæren enn om atmosfæren ikke var der.

Til militære brukere sendes det, som nevnt, to signaler fra hver satellitt. Signalene sendes på forskjellige frekvenser, som altså påvirkes ulikt av elektrontettheten i ionosfæren. En militær GPS-mottaker beregner forskjellen i gangtid på de to signalene den mottar. Ut fra dette kan den korrigere for forsinkelsene signalene utsettes for i ionosfæren. Dermed kan denne mottakeren beregne sin posisjon med større nøyaktighet enn en vanlig sivil mottaker kan. Sistnevnte kan ikke korrigere for den usikkerheten som elektrontettheten i ionosfæren introduserer i signalenes gangtid fra satellitt til mottaker.

Slik ser en GPS-satellitt av typen IIR-M ut i jordbane. (Lockheed Martin)

Slik har det altså vært på alle GPS-satellitter til nå. Med oppskytingen av den første satellitten av typen IIR-M endrer dette seg. Denne satellitten sender ut signaler på to forskjellige frekvenser også til sivile mottakere. Det vil redusere usikkerheten i posisjonen som en sivil mottaker beregner med 3-10 m. Samtidig vil den nye kanalen gjøre det betydelig bedre for sivile brukere å motta sterke signaler for eksempel i tett skog, i biler som kjører langs veier med tett skog på begge sider og mellom større bygninger.

Om du i dag har en GPS-mottaker, vil du imidlertid ikke merke noe som helst til disse forbedringene. En sak er at dagens sivile GPS-mottakere ikke er bygd for å utnytte signaler på to frekvenser. De benytter seg bare av det ene signalet som alle GPS-satellittene sender ut. Derfor trenges det en ny generasjon med GPS-mottakere, som tar imot og prosesserer de sivile signalene på begge frekvensene.

En annen sak er at det bare er én av 24 operative GPS-satellitter som nå leverer to sivile signaler, nemlig den som er omtalt ovenfor. (Strengt tatt er den her omtalte satellitten ennå ikke operativ.) Først når minst 18 av de 24 operative satellittene i GPS-systemet er av IIR-M-typen (eller av etterfølgeren IIF) og nye GPS-mottakere er i bruk, vil sivile brukere oppnå den forbedrede posisjonsnøyaktigheten.

IIR-M-satellittene har også forbedringer for militære brukere.

De syv gjenværende IIR-M-satellittene skal skytes opp innen utgangen av 2007. Fra og med 2008 skal de etterfølges av en ny serie, IIF. Sistnevnte skal ha en tredje sivil kanal og større sendestyrke enn dagens satellitter. I 2013 er det meningen å ta i bruk enda en ny serie GPS-satellitter, serie III.

Markedet for utstyr og tjenester relatert til GPS-systemet hadde i 2003 en verdi på 16 milliarder dollar. Dette anslås å øke til en årlig verdi på 68 milliarder dollar i 2010.