4. HELYMEGHATÁROZÁS
A helymeghatározásban, annak mind a navigációs, mind a geodéziai
részeiben most stabilnak mutatkozó állapot alakult ki a korábban jelzett [2]
folyamatok lejátszódása illetve megindulása következtében. A kialakult
helyzet a következő: A sokféle műholdas geodéziai és navigációs eljárás
visszaszorult, alkalmazásukra csak speciális esetekben, továbbá a távoli
űrbeli navigáció (űreszköz követés), valamint a más égitestek felszínén
tájékozódás, navigálás vagy geodéziai pontosságú mérés esetén kerül sor. Így
eltűntek a műholdas fotografikus geodéziai eljárások, nagyon visszaszorultak
a műholdakat használó radaros, lézer-radaros és csak Doppler-csúszást mérő
földi helymeghatározási eljárások. A helyüket a műholdrendszereket
alkalmazó, az elektromágneses jel futási idejét és Doppler-csúszását
egyidejűleg mérő és felhasználó globális helymeghatározó rendszerek vették
át, amint az várható is volt [2]. Ezek az USA GPS (Global Positioning
System) rendszere és Oroszország GLONASS (Globalnaja Navigacionnaja
Szputnyikovaja Szisztema) rendszere. (Mivel hatása civilizációnkat nagyon
átformálja, s érinti a Föld-közeli űrtevékenység infrastruktúráját is, mind
a rendszer működési alapelvével és pontosságával, mind az alkalmazási
helyzettel és kilátásokkal foglalkozom.) E rendszerek mellett kiegészítő
vizsgálatokra használhatók még a speciális lézer-radaros mérésekre készült
műholdak, de kizárólag speciális geodéziai feladatok (pl. geodinamikai
vizsgálatok) megoldása esetén. Hasonlóképpen a kezdeti időktől használt
Doppler-mérésre alapozott és futási idő méréssel kiegészített "Range and
Range Rate" (RRR) eljárás ma is a bolygóközi szondák navigációjának az
alapja. Ez még hosszú ideig változatlan marad, mivel az űrszonda-Föld-
célbolygó vagy célpálya alapvető geometriai elrendezése is változatlan, s a
mérés bázispontja sem telepíthető ki a Földről vagy egészíthető ki egyelőre
más, űrbeli vagy más bolygóra telepített bázisponttal. Ezek mellett a
nagypontosságú interferometria, a VLBI a csillagászat mellett a speciális,
földi, geodéziai feladatok megoldásában is szerepet játszik; a pontossági
igények miatt az egyszerre földi pontot és űreszközt (műholdat vagy
űrszondát) használó, s így extrém hosszú bázisú változata, az űr-VLBI. E nem
GPS tipusú eljárások azonban csak kiegészítő jellegűek és egyre kisebb
fontosságúak a földi és Föld körüli alkalmazásokban. Földi civilizációnkat
viszont rendkívüli gyorsasággal eluralta a GPS tipusú műholdas
helymeghatározás. Annyira, hogy ma már e rendszerek kikapcsolása komoly
működési zavarokat eredményezne világszerte.
Éppen a bemutatott helyzetre tekintettel fontosnak gondolom röviden
ismertetni a mára uralkodóvá vált műholdas helymeghatározási eljárás
mibenlétét. Az eljárás alapja a műholdas Doppler-mérésekből jól ismert: négy
ismert helyű (koordinátájú) pontból követve egy műholdat, annak a pályája
meghatározható; majd az ismert pályájú műholdat egy ötödik pontból
megfigyelve meghatározhatjuk az ötödik, addig ismeretlen helyű pont
koordinátáit. Ha Münchhausen bárót követve kifordítjuk a medvét, akkor
tegyük fel, hogy van négy ismert pályájú műholdunk, amelyeket valamely
ismeretlen helyű földi pontban (felszíni ponton, szárazföldi járművön,
hajón, repülőgépen vagy a Földtől nem nagyon távol keringő műholdon)
egyidejűleg (!) megfigyelve meghatározhatjuk e földi pont koordinátáit
(szélesség, hosszúság, magasság, adott időpontban). A követelmény azonban
az, hogy a Föld bármely pontján és bármely időpillanatban ezt meg lehessen
tenni. (Ezt e feladatot a pontos tájékozódásban különösen érdekelt katonaság
adta az űriparnak, de a rendszer létrejöttekor azonnal igen nagy civil
felhasználói igény is megjelent.) Elemezve a feladatot kiderült, hogy az
optimálisan 24 darab (a LEO-MEO átmeneti tartományba eső pályájú) műholddal
oldható meg, amelyhez ezen felül még természetesen a folyamatos üzem
követelményei miatt pályán lévő tartalék műholdak is tartoznak. A nagyon
nagy pontossági követelmények miatt, amit a nagysebességű repülőgépeken
alkalmazás szabott meg, csak elektromágneses hullámterjedési mérési eljárás
jöhet szóba. Így a régi és pontos RRR eljárás alapötletének
továbbfejlesztett változatát valósították meg. Ennek a lényege, hogy a
'földi' vevő egyidejűleg méri négy nagyon pontosan ismert pályájú műholdról
érkező jel műhold-Föld futási idejét, s egyidejűleg megméri a vivő-jel
Doppler-frekvenciacsúszását is. Utóbbiból meghatározza a terjedési útvonalon
az átjárt közeg jellemzőjét ('törésmutatóját'), s ennek ismeretében
korrigálja a mért futási idő adatot. Ahhoz, hogy a szükséges ″ néhány m - ″
néhány mm (!!) helymeghatározási pontosságot el lehessen érni, mind a
műholdak pályáját, mind a jelek műholdról indulási idejét igen nagy
pontossággal kell ismerni. A 'földi' vevő a saját helyét geocentrikus
koordinátákban adja meg. Így fontossá vált, hogy mire is vonatkozik pl. a
tengerszint feletti magasság stb. A rendszerek a korábban csak a
térképészeti tudományban fontos referencia geoidok valamelyikét használják.
(Például a GPS a WGS-84-et, a GLONASS az SGS-85-öt.) Ezzel az eddig csak a
geodézia tudományában és a különösen pontos alkalmazásokban fontos
referenciák a mindennapi gyakorlatban váltak fontossá, beleértve jövőbeni
pontosításukat is. Természetesen a rendszerek nemcsak a földi vevő helyét
adják meg a referencia geoidok egyikére vonatkoztatva, hanem az összes hely-
koordinátát, azaz az összes műhold pontos pálya-adatát is. Mivel ilyen
pontosság mellett a műholdpályák kis változása is nagyobb hibát okozna, mint
ami megengedett, ezért a változó pálya-adatokat sűrűn pontosítják. Például a
GPS rendszerben óránként közlik a holdakkal az új pálya-adataikat, azaz
frissítik az adatbázist. Ehhez természetesen az üzemeltetési oldalon egy
rendkívüli pontosságú műhold-követő rendszer is tartozik, amely a
műholdrendszer összes holdja pályáját folyamatosan nagy pontosságal méri. A
hely-adatok mellett a pontos helymeghatározás kulcsa a pontos idő, mind a
földi követő rendszerben, mind a műholdak fedélzetén. A nagyon pontos idő a
'földi' vevőkben is kell, de ezt az adatot e vevők az éppen megfigyelt
műholdaktól is kaphatják, s kapják is a helymeghatározási eljárásban. A
műholdak fedélzeti óráit a földi referencia időhöz szinkronizálják, szintén
rendkívüli pontossággal. Ahhoz, hogy a helyet a jelzett pontossággal meg
lehessen határozni, a futási időt 1-10 ns (10^9-10^8s) pontossággal kell
mérni, s a világidőt is a szükséges, ennél nagyobb pontossággal kell
ismerni. Így teljesen új fejezet nyílt a tudományos eredmények alkalmazása
terén, mivel ez az időadat pontosság csak a speciális és általános
relativitás elmélete eddig csak az elméleti fizikában és az elektromágneses
hullámterjedési elméletben tárgyalt hatásai gyakorlati figyelembe vételével
érhető el. Az általános relativitás elve szerint a Föld forgása is
befolyásolja az órák járását. Ezért az idő referencia nem a Föld felszínéhez
kötött koordináta rendszerben értelmezett, hanem helyette egy, a Föld
középpontjához rögzített, de a Földdel nem együttforgó rendszerben, s az
ebben mérhető úgynevezett "Koordináta-időt" használjuk referenciának. Így a
földi követő állomások és időetalonok idejét folyamatosan át kell számolni
"Koordináta-időbe", s a műholdak fedélzeti idejét szintén. Ugyancsak
figyelembe kell venni mind a futási idő mérésnél, mind a Doppler mérésnél,
hogy a gravitációs tér megváltoztatja az elektromágneses jelek
frekvenciáját, s így a műholdak fedélzeti jeleinek valódi frekvenciája egy
kicsit kisebb, mint azt a Földön mérjük. A műholdaknál már kisebb a Föld
vonzása, hiszen messzebb vannak a középponttól. Így a kisugárzott jel kék-
eltolódása - 4*10^10, s ezt is figyelembe veszi a mérőrendszer. Mindehhez a
földi vevők legkisebb változata nem nagyobb, mint egy mai kis, mobil
rádiótelefon. Ez a minőségi változás mindenképpen befolyásolja a jövőt,
hiszen a mai elméleti fizika, elméleti elektrodinamika került át a köznapi
gyakorlatba. Mivel pedig a mikorelektronikában is éppen most érik el azt a
mérethatárt, amitől kezdve a kvantumfizika, kvantumelektrodinamika az
áramkör-tervezés részévé válik, várható, hogy a fizika-elektrodinamika
területén valóban új, így ma előre sem jelezhető felismerések születnek majd
meg. Megszűnt e területek elméleti jellege.
Az összes, korábban várt [2] alkalmazás mára megvalósult. A közeli
jövőben a polgári alkalmazási területeken a pontos, műholdas
helymeghatározás általánossá válása várható. Ez nagy piacot jelent,
különösen a földi vevők terén, azonban nem kis piac a rendszerek
műholdjainak pótlása, s esetleg újabb rendszerek üzembe állítása sem.
Katonai téren ez a helymeghatározás minden területen általánossá vált az
Egyesült Államokban, Oroszországban és minden fejlettebb hadseregben.
Enélkül a csapatok pontos irányítása és a veszteségek csökkentése el sem
képzelhető. A GPS stb. alkalmazása ugyanezért mind a bűnüldözésben, mind a
katasztrófa elhárításban, mind a határvédelemben általánossá vált illetve
válik világszerte. Ma ezen rendszerek használatától semmiféle fegyveres
testületnél nem lehet eltekinteni. A nagy piac azonban a polgári, a civil
alkalmazás. Ennek egyik része közvetlenül kapcsolódik a globális és
hagyományos mobil telefonáláshoz, aholis az előfizetői készülékbe beépített
pl. GPS egység (chip) azt biztosítja, hogy a telefonáló bármikor és akár
automatikusan meg tudja adni a helyét, például segítséget, mentőt stb. tud
hívni. A piac mérete itt egybeesik a mobil előfizetői készülékek számával. A
tengeri és légi közlekedésben már általánossá vált e navigáció alkalmazása.
Várható és indokolt a kötelezővé tétele, ami nemcsak a navigációs
biztonságot növeli meg, hanem lehetővé teszi a forgalom sűrűsége növelését,
azaz a követési, elválasztási távolság biztonságos csökkentését. Ez a
civilizáció működése szempontjából nagyon fontos. Sok műhold, műhold-
rendszer esetében is a költséges saját navigációs és követő rendszer helyett
lehetséges a GPS, GLONASS stb. rendszerek egyikének alkalmazása a pálya és a
pillannatnyi tartózkodási hely meghatározásához. Alapvető változást hoz e
rendszer a szárazföldi közlekedésben. A járművek folyamatosan meg tudják
határozni a helyüket. Így a szállítmányozó cégek (vasút, kamionok,
autóbuszok stb. üzemeltetői) már megkezdték az átállást e műholdrendszerek
használatára. Mivel a pontosság a m-mm tartományba esik, az is megoldható,
hogy ezen helymeghatározás alapján irányítsák a nagyforgalmú helyeken a
rakodás gyorsítását, hiszen igen pontosan lehet ütemezni a járművek
érkezését, s a kritikus helyeken a járműveknek nem kell várni az előző jármű
rakodása befejeztéig. Az adat pontossága oly nagy, hogy még az is
eldönthető, hogy egy nem túl keskeny utca melyik oldalán vagyunk. Így a
személygépkocsikban is terjed e rendszerek alkalmazása, megoldható az
útvonal tervezése digitális térképre vetített hely-adattal stb. Ezzel a piac
most bővül, s várhatóan eléri a teljes személygépkocsi gyártást, azaz ez a
vevő tartozéka lesz minden gépkocsinak, gépjárműnek. E változás egyidejűleg
megnyitja az utat a teljesen automatikus közlekedés, a robotvezérelt
járművek alkalmazása előtt is, mivel a pontos hely-adat és az aktuálisan
hiteles, naprakész térkép ezen automatizálásnak előfeltétele. (Utóbbit a
távérzékelés tudja biztosítani.) A katonaság által kifejlesztett rendszer
domináns felhasználója és haszonélvezője a civil szféra. Azonban, amint azt
az előző fejezetben megmutattam, a csak vevőt használó alkalmazók köre nem
ellenőrízhető, nem is célszerű az alkalmazást tarifához kötni általános
emberiességi (mentés, védelem stb.) és gazdasági hasznossági (jó ha minden
közlekedő használja közlekedés-biztonsági stb. szempontból, nemcsak a
gazdagabb) szempontokból. Így ez az űrtevékenység össztársadalmi szinten
térül meg nagy hozammal, de maga a szolgálat állami (központi) alapból kell
üzemeljen. - További nem kevésbé fontos alkalmazás az ásványi kincsek
feltárásától a különféle földi expedíciók támogatásáig terjed. Így pontosan
meg lehet adni mind a sivatagokban, mind a tengereken, mind egyéb, eddig
rosszul feltérképezett helyeken egy-egy expedíció tartózkodási helyét, s
vissza is lehet találni az adott helyre, ha kell mm-es pontossággal.
Ugyanígy nagy máris a szerepe a környezeti ártalmak felderítésében és
lokalizálásában. Természetesen és nem utolsó sorban alapvető a fontossága
mind a nagypontosságú térképészetben, mind a műholdas távérzékelésben a
földfelszínről készült felvételek térképi illesztésében, a geodéziában és a
dinamikus geodéziában. E rendszerek automatikusan megoldották a geodéziai
felmérések globálisan egyetlen rendszerbe kötését is.
Külön kell szólni arról az általános űrtevékenységi problémáról, amit
éppen a műholdas helymeghatározó rendszerek üzembe állítása vetett fel
nagyon élesen. Amint láttuk, ma két rendszer üzemel. Az egyik az USA katonai
irányítása keretében, a másik Oroszország katonai irányítása keretében.
Eközben mind a katonai, mind a polgári alkalmazások tömege épít e rendszerek
folyamatos használatára. Mindkét rendszerben van egy pontosabb és egy
kevésbé pontos mérési lehetőség. Eredetileg a pontosabbat csak nemzeti (és
szövetségesi) katonai alkalmazásra tervezték, a pontatlanabbat pedig polgári
alkalmazásra is megnyitották a szükséges kódok hozzáférhetőségének
biztosításával. Azonban mára polgári alkalmazások is a szükséges mértékben a
pontosabb szolgáltatást igénylik. Viszont semmiféle nemzetközi jogi garancia
nincs arra, hogy a jelenlegi üzemi állapotot az érintett két ország
fenntartja, illetve a nagypontosságú mérés lehetőségéhez a hozzáférés ma is
nehézkes, éppen mert nemzeti katonai ellenőrzés alatt működnek e rendszerek.
A GPS is, a GLONASS is egyetlen ország szuverén döntése alapján bármikor
kikapcsolható veszélyeztetve a civilizációnk fontos részeinek működését. Az
sem zárható ki, hogy adott esetben egyszerűen egy teljesen új
műholdrendszert telepítenek kizárólagosan nemzeti hozzáféréssel, s eközben
pl. a GPS-t hagyják tönkremenni, vagy akár csak gazdasági okokból az
üzemeltető ország nem tudja a rendszert fenntartani, pl. a tönkremenő
műholdakat pótolni. (Az előbbire sajnálatos példát fogunk látni a műholdas
távérzékelés kapcsán a következő részben.) A helyzet kialakulásában mások is
közrejátszottak; gondoljunk csak vissza a 2. fejezetben az ESA működése
kapcsán elmondottakra (lásd a táblázatot is). Éppen ezért és a
nagypontosságú mérések akadálytalan hozzáférhetősége megoldására a
Nemzetközi Polgári Repülő Szövetség (ICAO) saját műholdrendszer kiépítésébe
fogott. Ez a Global Navigation Satellite System (GNSS) lesz. E rendszerek
kapcsán vált nyilvánvalóvá, hogy feltétlenül megoldandó globális szinten a
kulcsfontosságú űrrendszerek üzemeltetésének és hozzáférhetőségének
garantálása. Ez jogilag is teljesen új helyzetet teremt majd. A rendezési
folyamat még nem indult meg, de a problémát már sok ország és sok
felhasználó realizálta. Így a garanciák is meg kell szülessenek a nem nagyon
távoli jövőben, ismét átalakítva a nemzeti szuverenitás értelmezését az élet
fenntartása és az életminőség javítása, pontosabban helyreállítása
érdekében.