Dimenzió #20

Csillagnézők

(csillagászattörténet, csillagászat, űrkutatás, fizika, asztrofizika)

                             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.
Google
 
Web iqdepo.hu
    © Copyright 1996-2023
    iqdepo / intelligence quotient designing power - digitális kultúrmisszió 1996 óta
    All rights reserved. Minden jog fenntartva.