Como funciona o GPS da aviação?

Durante anos, o governo restringiu os usos não militares do Sistema de Posicionamento Global (GPS). Desenvolvido na década de 1970, o sistema entrou no mundo civil na década de 1980, mas os militares desfocaram os sinais para que 30 metros de precisão fosse o melhor que os pilotos e outros usuários poderiam esperar. No século XXI, isso mudou: sua unidade GPS de aviação tem 10 vezes a precisão de seu ancestral do século XX.

Segredos dos satélites

Quando a União Soviética lançou o Sputnik em 1957, cientistas americanos descobriram que podiam localizar sua posição monitorando mudanças na frequência de rádio enquanto se deslocavam. Os militares perceberam que os submarinos também podiam rastrear sinais de satélite para se orientar após meses debaixo d’água. Em 1973, o exército apareceu com um sistema de navegação alternativo, o mesmo Sistema de Posicionamento Global em uso hoje. Cada unidade de GPS recebe transmissões digitais de satélite que ele usa para determinar sua localização, com base na distância dos satélites.

Triangulação

As transmissões por satélite incluem a posição do satélite e a hora exata da transmissão. O tempo que leva para chegar ao seu GPS mostra a que distância o avião está dos satélites. Para garantir a precisão do relógio, cada satélite GPS transporta quatro relógios atômicos. Conhecer a hora e a localização da fonte de três sinais de satélite fornece à sua unidade informações suficientes para triangular a localização da sua aeronave, mas apenas se o seu GPS tiver um relógio atômico de precisão comparável. A adição de um sinal de um quarto satélite permite que a unidade funcione com um relógio comum.

Relógios atômicos

A chave para a precisão do GPS é a tremenda precisão dos relógios atômicos. A tecnologia de relógio atômico coloca átomos em um campo oscilante, fazendo com que o campo ressoe em uma frequência que corresponde à ressonância magnética dos átomos. Usando a ressonância como base para o movimento do relógio, em vez de um cristal de quartzo ou um conjunto de engrenagens, os relógios alcançam uma precisão sem precedentes. Os cientistas desenvolveram várias tecnologias para relógios atômicos, mas a maioria dos relógios GPS funciona com átomos de césio.

Erros

Embora os militares não degradem mais os sinais de GPS dos civis, eles se reservam o direito de fazê-lo a qualquer momento. Mesmo sem esse fator, os sinais de GPS às vezes sofrem leves erros porque os sinais refletem obstruções ou atrasam a atmosfera. Em 2003, o governo lançou o Wide Area Augmentation System (WAAS) para fornecer maior precisão ao GPS na aviação. As informações adicionadas pelos satélites WAAS e estações terrestres tornam as unidades GPS de aviação precisas de 1 a 2 metros na horizontal e de 2 a 3 metros na vertical.

Referências

  • Tempo: GPS
  • Academia Nacional de Ciências: Sistemas de Posicionamento Global: O Papel dos Relógios Atômicos
 

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