En busca de la precisión. GMV en el programa Galileo

Desde siempre los humanos hemos salido a explorar, y hemos ido descubriendo lo que había un poco más allá de nuestro entorno más próximo, normalmente por necesidad, pero a veces simplemente por curiosidad! Y así hemos necesitado ir buscando métodos que nos han permitido conocer nuestra posición, saber hacia dónde nos dirigimos o volver al punto de origen. Al principio la orientación y la navegación estaban ligadas a elementos de la naturaleza, como los elemento orográficos, el sol, las estrellas, el musgo… pero poco a poco hemos ido ideando y desarrollando técnicas y herramientas cada vez más avanzadas: mapas, faros cronómetros, hasta los actuales sistemas de navegación por satélite, como GPS, GLONASS, Galileo y BeiDou, que nos han permitido conseguir niveles de precisión cada vez más altos.

Galileo_satellite_in_orbit

El 4 de octubre de 1957 el mundo se despertó con la noticia de que la Unión Soviética había puesto en órbita el primer satélite artificial terrestre, el Sputnik 1. Era una esfera de aluminio, de 58 cm de diámetro, con 4 largas antenas apuntando a la Tierra, que pesaba unos 83 kg y era capaz de emitir señales de radio. Analizando estas señales, los científicos consiguieron obtener información relevante sobre la ionosfera, pero el impacto del lanzamiento trascendió ámbito científico, marcando uno de los hitos más importantes de la llamada Guerra Fría, y marcando el principio de la Carrera Espacial que tuvo lugar de forma paralela. Ese primer lanzamiento fue seguido por muchos otros, primero en el contexto militar, y después en el civil, para propósitos de comunicaciones, de observación de la tierra y también para navegación.

Ingenieros americanos pudieron estimar la órbita del Sputnik midiendo el efecto Doppler de la señal desde una estación en Tierra. Y poco más tarde, tuvieron la idea brillante de plantear el problema inverso: determinar la posición de la estación, midiendo el efecto Doppler de la señal que emitía un satélite cuya órbita era conocida. Esa idea les permitió resolver el problema de posicionar un submarino por un método pasivo, esto es, sin que el submarino tuviese que emitir ninguna señal para no ser descubierto. Y así es como comenzó el programa Transit, que se puede considerar el precursor del actual sistema GPS. Y todo esto ocurrió de una forma asombrosamente rápida. Los primeros satélites para el sistema Transit se lanzaron entre 1961 y 1962, y el sistema ya era operacional el 1964… sólo 7 años más tarde del lanzamiento del Sputnik! La precisión del sistema Transit era de unos 200 metros, algo asombroso para mitad de los años 60.

La tecnología de navegación siguió avanzando, y fue incorporando nuevas herramientas, como los relojes atómicos, fundamentales para los sistemas de navegación actuales. Entre 1978 y 1985 se diseñaron, se desarrollaron y se lanzaron los primeros satélites del sistema NAVSTAR, un sistema militar que luego evolucionaría hasta el actual GPS. En 1993 se declaró el sistema GPS como con “capacidad operacional inicial” y en 1995 como con “capacidad operacional total”. Los satélites de GPS emiten señales que, procesadas en Tierra, permiten construir el llamado conjunto de efemérides (datos de órbita y del reloj). Dichas efemérides son enviadas a los satélites, que las transmiten de vuelta a la Tierra, de manera que pueden ser recibidas por cualquier usuario con un receptor adecuado. Mediante un proceso de trilateración, un usuario de navegación es capaz de determinar su posición a partir de las posiciones conocidas de los satélites que tiene en vista. En general el problema consiste en resolver tres coordenadas de posición de un usuario, más un parámetro de sincronización para el tiempo, así que es necesario tener al menos 4 satélites en vista simultáneamente.

Desde entonces, el GPS sigue evolucionando. Ya han lanzado varias generaciones de satélites, han introducido muchas mejoras relacionadas con la definición de las señales que emiten los satélites, y con el procesado de dichas señales, y sobre todo ha habido progresos revolucionarios en el diseño de los receptores. Los primeros receptores comerciales de GPS surgieron en los primeros años 80. Eran como una mochila con una antena gruesa de varios decímetros de larga, con precios no aptos para el mercado general, mientras que ahora los teléfonos móviles incorporan chips multi-constelación (capaces de recibir las señales de varios sistemas de navegación simultáneamente), que no cuestan más de algún dólar, y que pueden recibir las señales con unas antenas que van integradas en el cuerpo del teléfono.

En paralelo al desarrollo de GPS, otros sistemas de navegación han sido diseñados y desarrollados por otros países, basados en los fundamentos de GPS, incorporando desarrollos y tecnologías propias, pero siempre teniendo en cuenta el criterio de interoperabilidad, es decir, haciendo que sean compatibles de cara a los usuarios finales. La Unión Soviética comenzó el desarrollo de GLONASS hacia principio de los años 80. Los primeros satélites fueron lanzados en 1982. Ahora la Federación Rusa administra y evoluciona el sistema, análogo a GPS. El equivalente sistema desarrollado en Europa es Galileo. La fase inicial de definición del programa Galileo comenzó en el año 2000. El primer satélite se lanzó en 2005, y en 2016 se declaró el sistema como inicialmente operacional. Está previsto que el sistema esté completo y sea totalmente operacional el próximo año 2020. China por su parte está desarrollando su propio sistema. En el año 2000 se declaró operacional la primera generación del sistema, con cobertura regional sobre China y áreas limítrofes. La segunda generación que dará cobertura global, está siendo desarrollada, y también se espera que esté completamente operativa al año que viene.

La mayor aportación de Galileo es la de asegurar la disponibilidad de servicios de navegación en entornos complicados, gracias a la redundancia de sistemas, y contribuir a la mejora en la precisión del posicionamiento. Galileo es hoy en día una realidad y apunta a que sus prestaciones serán ligeramente mejores que las del actual sistema GPS.

El impacto de los sistemas de navegación por satélite en la economía global es importante. Hay un impacto directo, que se puede contabilizar con indicadores como la venta de receptores de navegación, y un impacto indirecto, considerando que los sistemas de navegación son un elemento esencial en muchos de los desarrollos tecnológicos actuales más innovadores, como son el internet de las cosas, el “big data”, la realidad aumentada, las ciudades inteligentes y la logística multi-modal. Como ejemplos concretos se puede mencionar la estimación de venta de receptores de navegación por satélite, que para 2020 es de 8 mil millones de unidades, y aplicaciones innovadoras como la conducción automática de automóviles o el pilotado automático de drones.

GMV ha participado activamente en el desarrollo de programa Galileo desde sus fases iniciales. El conocimiento y la experiencia acumulados en GMV nos han llevado a ocupar una posición relevante en el campo de la navegación por satélite en Europa. GMV es a día de hoy uno de los contratistas más importantes del sistema Galileo, liderando elementos importantes, sobretodo en el área del Segmento Terreno. GMV también lidera el campo de las aplicaciones de alta precisión y el área de receptores para aplicaciones para aplicaciones publicas reguladas.

Autor: María Dolores Laínez

Las opiniones vertidas por el autor son enteramente suyas y no siempre representan la opinión de GMV
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