Galileo – aspekty naukowe, strategiczne i techniczne.pdf - Galileo - flooder86

Anna Bazylewicz

Galileo – aspekty naukowe, strategiczne i techniczne

Wstęp

Nawigacja satelitarna to rodzaj radionawigacji, w której do

określenia współrzędnych uŜytkownika – zarówno przemieszczają

cego się jak i stacjonarnego wykorzystuje się sygnały radiowe emi

towane przez sztuczne satelity Ziemi.

Wystrzelenie przez ZSRR w dniu 4 października 1957 roku

pierwszego satelity sputnika zapoczątkowało nową erę – erę podboju

kosmosu przez człowieka. Oprócz satelitów naturalnych na przykład

KsięŜyca, pojawiło się pojęcie sztucznego satelity, zwanego dalej

satelitą. Ten pierwszy w historii satelita o wadze 84 kilogramów

okrąŜył ziemię w 1958 roku a następnie spłoną w jonosferze. W

styczniu 1958 roku na orbicie znalazł się pierwszy satelita amery

kański Explorer 1, a w październiku tego samego roku została powo

łana organizacja NASA (National Aeoronautics and Space Admini

stration), która odegrała i wciąŜ odgrywa wielką rolę w wykorzysta

niu i zagospodarowaniu przestrzeni kosmicznej. Pod koniec lat

sześćdziesiątych i w latach siedemdziesiątych XX wieku roczna

liczba startów rakiet wynoszących satelity w USA sięgała kilkudzie

sięciu, a w ZSRR przekraczała 100. W późniejszych latach wzrosła

liczba startów w takich krajach ja Francja, Chiny i Japonia. Niektóre

rakiety wynosiły po kilka satelitów jednocześnie.

ZNZE WSIiZ 3/2008 (8), ISSN 16899229, s. 104134

W ciągu blisko 50 lat, które upłynęły od tych wydarzeń, kilku

nastu ludzi chodziło po KsięŜycu i szczęśliwie wróciło na Ziemię, a

na orbitę okołoziemską wystrzelono przeszło 3 tysiące obiektów, z

których kilkaset nadal krąŜy wokół Ziemi. Kilka z nich to sztuczne

satelity systemów nawigacyjnych będących tematem tej pracy.

Niniejsza praca poświęcona jest obecnie działającym i przyszło

ściowym nawigacyjnym systemom satelitarnym oraz ich zastosowa

niom w roŜnych dziedzinach gospodarki. W pierwszym rozdziale

omówiona jest historia astronomii oraz badania kosmiczne które

stają się sprawa międzynarodową. Kolejny rozdział poświęcony jest

opisowi systemu Galileo jak i wprowadzeniu do nawigacji satelitar

nej. Zawarta jest w nim budowa systemu, opisane są usługi jakie

świadczy ten system oraz chronologiczny przegląd wydarzeń. Trzeci

rozdział poświęcony absolutnemu bezpieczeństwu systemu. Gwa

rancje na bezpieczeństwo maja zasadnicze znacznie dla Europejczy

ków, ale są równieŜ waŜne dla upewnienia USA, Ŝe Galileo nie po

gorszy bezpieczeństwa NATO. Opisana w tym rozdziale jest rów

nieŜ przewidywana liczba uŜytkowników oraz wykorzystanie Gali

leo w róŜnych dziedzinach gospodarki takich jak sektor drogowy,

kolejowy, lotniczy morski czy tez publiczny. Zawarte są tutaj rów

nieŜ podstawowe skale czasu, zastosowania geodezji kosmicznej,

odbiorniki systemu Galileo czy teŜ analiza porównawcza systemów

Galileo, GPS i GLONASS. Ostatni rozdział poświęcony jest partne

rom zagranicznym i krajowym oraz dniu współpracy.

Wspólnota Europejska oraz Europejska Agencja Kosmiczna

prowadziły wieloletnie badania i dyskusje na temat moŜliwości

utworzenia globalnego systemu nawigacji satelitarnej. Prace koncep

105

cyjne i projektowe nad systemem rozpoczęły się juŜ na początku lat

dziewięćdziesiątych. W 1999 roku Rada Unii Europejskiej podkreśli

ła strategiczne znaczenie programu nawigacji satelitarnej i poprosiła

Komisję Europejską o powzięcie kroków dla jego realizacji – i wte

dy właśnie powstała nazwa Galileo.

Szczególnie argumentacja dotycząca motywów podjęcia decyzji

o budowie europejskiego systemu nawigacji satelitarnej jest warta

przedstawienia. Powinniśmy być takŜe świadomi faktu, Ŝe system

ten powstaje przy finansowym udziale Unii Europejskiej, czyli rów

nieŜ naszym. Stwarza to moŜliwość współpracy w jego tworzeniu,

uczestniczenia w organach decyzyjnych oraz rozwijaniu zastosowań.

Jest to zupełnie odmienna sytuacja do korzystania z systemu GPS,

który działa w sposób zupełnie niezaleŜny, i nie ma się na niego

najmniejszego wpływu.

Wcześniej moŜliwości naszego zaangaŜowania się w europejski

projekt Galileo były ograniczone. W czasie kiedy polska nie była

jeszcze członkiem Unii Europejskiej ani taŜ członkiem Europejskiej

Agencji Kosmicznej, której nadal nie jest, nie było podstaw praw

nych by uczestniczyć w pracach na tym systemem. A jednak dzięki

kontaktom naukowym oraz profesjonalnej współpracy z jednostkami

naukowymi z róŜnych krajów, stało się to moŜliwe. MoŜna odnoto

wać co najmniej dwa przykłady tego uczestnictwa. Pierwszym jest

zorganizowanie stacji kontrolnej podsystemu ENGOS w Centrum

Badań Kosmicznych PAN w Warszawie natomiast drugim jest to, Ŝe

Laboratorium Czasu CBK Pan weszło w skład konsorcjum zapew

niającego skalę czasu atomowego dla Galileo. Powinno to być punk

tem wyjścia i zachętą do jeszcze szerszego udziału polskiego w Gali

106

leo, tak aby korzyści z jego powstania i działania uzasadniały nakła

dy poniesione przez nasz kraj.

1. Wiadomości wstępne oraz opis techniczny systemu Galileo

1.1 Ogólny opis systemu

Galileo jest systemem nawigacyjnym, którego działanie jest nie

zwykle proste i pokrywa całą kulę ziemską. W rzeczywistości wy

gląda to tak, Ŝe uŜytkownicy odbierają sygnały z wielu satelitów

(oczywiście połoŜenie satelitów jest dokładnie znane), porównuje je

ze sobą i na tej podstawie jest w stanie obliczyć swoje połoŜenie

geograficzne. Jeśli chodzi o amerykański system GPS i rosyjski

Glonass a w przyszłości równieŜ europejski system Galileo ta zasada

działa następująco: kaŜdy z satelitów ciągle wysyła sygnał z danymi

(swoje połoŜenie i dokładny czas transmisji). UŜytkownik, który

odbiera sygnał posiada odbiornik – terminal. Poprzez to urządzenie

określa odległość jaka dzieli go od poszczególnych satelitów poprzez

prosty pomiar czasu propagacji 1 . Wtedy to uŜytkownik wykonuje

obliczenia podobne do trilateracji 2 , które pozwalają mu określić

swoje połoŜenia z dokładnością do około 10 metrów. Metoda ta ma

bardzo duŜą zaletę, a mianowicie nie wymaga ona wysyłania sygna

łów przez uŜytkownika, co dla operatora nie stanowi Ŝadnego obcią

Ŝenia. Nie ma niebezpieczeństwa, Ŝe w systemie nagromadzi się

1 Czas upływający od chwili zmiany stanu wejścia układu logicznego lub elementu

logicznego do chwili zmiany stanu wyjść, będącej reakcją na tę zmianę wejścia. Czas

propagacji jest podstawowym parametrem charakteryzującym szybkość działania

elementów i układów logicznych.

2 Trilateracja – metoda wyznaczania współrzędnych punktów geodezyjnych w terenie

za pomocą układu trójkątów lub czworoboków (tworzących tzw. łańcuchy lub sieć

powierzchniową), których wierzchołkami są punkty poziomej osnowy geodezyjnej.

http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=3989152, z dnia 24.02.2008 roku.

107

duŜo niezbędnych informacji poniewaŜ sygnał jest tylko wysyłany w

jedna stronę: od satelity do uŜytkownika, który je odbiera. Taki sys

tem nawigacji satelitarnej moŜe stać się doskonałym usługodawcą

dystrybucji czasu. W przypadku terminali, które są zainstalowane na

pokładach pojazdów moŜna łatwo obliczyć prędkość i kurs 3 .

Aby ta metoda mogła być stosowana na całej kuli ziemskiej bez

Ŝadnych zakłóceń, na orbicie musi się znajdować wystarczająca ilość

satelitów, których rozmieszczenie nie będzie stanowiło Ŝadnych

przeszkód w odbieraniu sygnału, który to pozwoli mu określić swoje

połoŜnie. Taki warunek jest moŜliwy do spełnienia jeśli na orbicie

umieści się konstelację satelitów od 24 do 30, które będą rozmiesz

czone na orbitach kołowych w grupach po 8 lub 10 w trzech płasz

czyznach na wysokości 20 tysięcy kilometrów. Dzięki takiej konfi

guracji satelitów, kaŜdy uŜytkownik dzięki 4 satelitom moŜe określić

swoje połoŜenie. Takie podejście jest stosowane w trzech systemach:

GPS, Glonass i Galileo 4 .

1.2 Opis systemu Galileo

Inicjatywa utworzenia systemu Galileo zrodziła się z przekona

nia, Ŝe ma on bardzo duŜe znaczenie dla Europy. Aby sobie uświa

domić jak bardzo jest istotny, musimy na niego spojrzeć z dwóch

perspektyw. Nawigacja satelitarna jest ukierunkowaniem dąŜeń,

które datuje się na początek cywilizacji jeśli chodzi o historyczny

punkt widzenia. Ludzkość od bardzo dawna usiłowała poznać Zie

mię oraz jej strukturę i kształt. Próbowali nawet określić na Ziemi

3 http://lokalizacja.info/gps/galileo/galileoopissystemu.html, z dnia 25.02.2008 roku.

4 http://www.grandsoft.pl/download/skladka.pdf, z dnia 24.02.2008 roku.

108

Galileo – aspekty naukowe, strategiczne i techniczne.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: