Moderné družicové systémy

Na základe dobrých skúseností s dopplerovskými systémami družicovej navigácie bol na počiatku sedemdesiatych rokoch len kúsok k myšlienke vybudovať celkom nový družicový systém, ktorý by umožňoval stanovenie polohy v trojrozmernom priestore spolu s presným časom a sprístupnil by tak družicovú navigáciu i letectvu. Definitívne rozhodnutie o vybudovaní tohto systému padlo 17. Decembra 1973. Od svojho prvopočiatku nesie systém dva názvy GPS a NAVSTAR. Názov NAVSTAR sa niekedy vydáva za skratku názvu NAVigation System with Time And Ranging, ale sám autor projektu sa nad tým len usmieva - tento druhý názov nemá žiadny význam, bol používaný len preto, aby bolo vyhovené vysokému úradníkovi na ministerstve obrany, ktorý rozhodoval o prideľovaní finančných prostriedkov projektom a ktorý prejavil nespokojnosť nad názvom GPS.

Pôvodná predstava bola, že bude vypustených 24 družíc na troch obežných dráhach so sklonom 63 stupňov a výškou 20 200 km. Doba obehu mala byť 12 hodín (presnejšie dva obehy za jeden siderický deň) s pravidelnými dráhami nad terénom, čo malo zaistiť periodický prechod nad riadiacou stanicou umiestnenou na území USA, ktorá bude na družice vysielať údaje o ich obežných dráhach. Tri obežné dráhy boli zvolené preto, aby k zaisteniu chodu systému stačili tri náhradné družice schopné kedykoľvek zaujmuť pozíciu poškodenej družice. Táto konštelácia mala zabezpečiť kedykoľvek viditeľnosť minimálne šiestych družíc a maximálne jedenástich. Tým mala byť zaistená maximálna robustnosť systému.

Neskôr boli prijaté dve zmeny - sklon obežných dráh bol znížený na 55 stupňov a počet obežných dráh bol zvýšený na šesť so štyrmi družicami na každej z nich. Počet družíc vrátane rezervných zostal 24. V prípade potreby je možné systém doplniť o ďalšie družice a zvýšiť tak jeho robustnosť. Bývalý Sovietsky zväz mal so svojimi dopplerovskými systémami družicového navádzania celkom rovnaké problémy ako USA a preto sa nakoniec rozhodli ísť v ďalšom vývoji rovnakou cestou. V sedemdesiatych rokoch bol zahájený vývoj vlastného systému, nesie názov GLONASS, ktorý však využíva prakticky rovnaké princípy, na ktorých je postavený americký systém. Má však niekoľko odlišností. Využíva napríklad o niečo nižšiu obežnú dráhu - 19 100 km. Táto výška bola vybratá spolu s anténou so špeciálnou vyžarovacou charakteristikou, aby bolo vytvorené kompletné rádionavigačné pole kdekoľvek až do výšky 2000 km nad zemským povrchom! Vďaka sklonu obežnej dráhy, ktorý je takmer 65 stupňov (približne rovnaký aký bol plánovaný pre americký systém) je zaistené, že dráha družice nad terénom je každých 17 obehov (8 dní) rovnaká, takže družice systému GLONASS pretínajú rovník len v 17 miestach, vzdialených od seba 21,1 stupňa.

Po konečnom dobudovaní je systém GPS tvorený 24 družicami rozmiestnenými na troch obežných dráhach posunutých navzájom o 120 stupňov. Družice sú na obežných dráhach vzdialené vzájomne o 45 stupňov. Pre zaistenie homogénnejšieho pokrytia územia signálmi z družíc sú družice na jednotlivých obežných dráhach vzájomne posunuté o 15 stupňov. Na každej obežnej dráhe je jedna z družíc prepnutá do pohotovostného režimu a je pripravená okamžite zahájiť plnú prevádzku, pokiaľ sa niektorá z ostatných družíc odmlčí. Plánuje sa, že na každú obežnú dráhu bude umiestnená ešte jedna rezervná družica, čím ich počet vzrastie na 27. Vzhľadom k tomu, že dnes sú bežne dostupné iba príjmače pre systém GPS, budeme sa ďalej venovať len tomuto systému. Netreba však zabudnúť, že i systém GLONASS bude v neďalekej budúcnosti zohrávať významnú rolu vo všetkých oblastiach aplikácií družicových polohových systémov.