Segmento espacial GPS

Las Fuerzas Aéreas normalmente vuelan más de 24 satélites GPS para mantener la cobertura siempre que los satélites de línea de base reciben servicio o son retirados. Los satélites adicionales pueden aumentar el rendimiento del GPS pero no se consideran parte de la constelación principal.

En junio de 2011, el Ejército del Aire completó con éxito una ampliación de la constelación GPS conocida como configuración «Expandable 24». Se ampliaron tres de las 24 ranuras y se reposicionaron seis satélites, de modo que tres de los satélites adicionales pasaron a formar parte de la línea base de la constelación. Como resultado, el GPS funciona ahora efectivamente como una constelación de 27 ranuras con una cobertura mejorada en la mayor parte del mundo.

Las órbitas son casi circulares, con una excentricidad inferior a 0,02, un semieje mayor de 26 560 km, es decir, una altitud de 20 200 km. Las órbitas a esta altura se denominan MEO – órbita terrestre media. Los satélites tienen una velocidad de 3,9 km por segundo y un período nominal de 12 h siderales (11 h 58m 2 s), repitiendo la geometría cada día sideral. El segmento espacial está sujeto a mantenimiento y evoluciones.

Descripción del satélite GPS

Satélite GPS en el Museo de San Diego

El diseño de los satélites GPS ha evolucionado con el tiempo. Cada generación de satélites con características similares se denomina bloque. A continuación, una breve descripción de los diferentes bloques del GPS:

Bloque I

• Bloque I, Satélites de Desarrollo de la Navegación: Entre 1978 y 1985 se lanzaron once satélites de este tipo. No se implementó la Disponibilidad Selectiva (S/A). Pesaban unos 845Kg y tenían una vida media prevista de 4,5 años, aunque algunos duraron hasta 10. Eran capaces de dar servicio de posicionamiento a través de señales L1 y L2 y durante 3 o 4 días sin contacto con el centro de control.

Bloque II

• Bloque II y IIA, Satélites Operativos: Constan de 28 satélites en total que fueron lanzados desde 1989 hasta 1997 en adelante y todos ellos ya han sido dados de baja (el último en 2019). Pesaban unos 1 500 kg y tenían una vida media prevista de 7,5 años, aunque la vida media llegó a ser de casi 26 años, más de 3 veces por encima de la vida de diseño. Desde 1990, se utilizó una versión mejorada, el Bloque IIA (avanzado), con capacidad de comunicación mutua. Eran capaces de prestar servicio de posicionamiento durante 180 días sin contacto con el segmento de control. Sin embargo, en modo de funcionamiento normal, se comunicaban diariamente. Estos satélites contaban con la capacidad de Disponibilidad Selectiva.
• Bloque IIR, Satélites Operativos de ReemplazoDesde 1997 hasta 2004, estos satélites se utilizan como repuestos para el Bloque II. El bloque IIR está formado por un conjunto de 20 satélites, aunque podría incrementarse en 6 más. Pesan unos 2 000Kg, incluyen relojes de rubidio y tienen una vida media prevista de 10 años, aunque la vida media ya ha alcanzado los 18 años. La principal novedad de estos satélites es la implementación de la capacidad AUTONAV, en la que los satélites pueden determinar sus órbitas y calcular su propio mensaje de navegación de forma autónoma. Tienen la capacidad de medir distancias entre ellos y transmitir datos a otros satélites o al segmento de control. Un satélite del bloque IIR debe ser capaz de operar alrededor de medio año sin ningún apoyo del segmento de control sin que se degrade la precisión de las efemérides.
• Bloque IIR-M, Satélites modernizados: Estos 8 satélites representan una versión modernizada de la familia IIR que incluye una nueva señal de código militar M y la señal civil más robusta L2C. Fueron lanzados desde septiembre de 2005 hasta agosto de 2009.
• Bloque IIF, Satélites Operativos de Seguimiento: Este bloque constituye una mejora del bloque IIA basada en la aplicabilidad de nuevas tecnologías y nuevas mejoras en el sistema, incluyendo la transmisión de una tercera frecuencia civil L5 destinada a aplicaciones de Seguridad de la Vida y la provisión de una mayor precisión mediante relojes atómicos avanzados (2 relojes atómicos de rubidio endurecidos por la radiación y 1 reloj de cesio con alta estabilidad de tiempo). El primer satélite (SVN62) se lanzó el 28 de mayo de 2010. Su vida media teórica es de unos 12 años, aunque hasta la fecha ninguno de estos satélites ha alcanzado su periodo de vida útil de diseño.

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Bloque III

• Bloque III: Consiste en una mayor evolución del Bloque II, en parte debido a la evolución de los satélites, pero también a modificaciones en el Segmento de Control. El GPS III es necesario para completar el despliegue de las capacidades de las señales L2C y L5 que comenzó con los satélites modernizados GPS IIR-M y GPS IIF La nueva generación de satélites GPS también introduce mejoras significativas en las capacidades de navegación, al mejorar la interoperabilidad y la resistencia a las interferencias y con una vida útil de diseño de 15 años. Proporcionan la cuarta señal civil en la banda L1 (L1C) interoperable con otras señales GPS y aporta la plena capacidad de utilizar la señal militar M-Code. También prevé ofrecer un mayor rendimiento para aumentar la precisión del subsistema y mejorar la resolución de anomalías. Contiene múltiples estándares de frecuencia atómica (relojes de rubidio), diseño endurecido por la radiación, temporización de alta estabilidad y monitorización de integridad automatizada. El primer lanzamiento fue en diciembre de 2018 y está compuesto por 10 unidades.
• Bloque IIIF, Satélites Operativos de Seguimiento: GPS IIIF, entregará satélites GPS III más allá de los primeros diez SV que están siendo entregados por el programa GPS III. Los GPS IIIF SV (11-32) introducirán nuevas capacidades para satisfacer las crecientes demandas de los usuarios militares y civiles. Mantendrán la base técnica del GPS III, pero reduciendo el tamaño, el peso y la potencia totales necesarios para satisfacer las áreas de misión de posicionamiento, navegación, cronometraje y Sistema de Detección de Detonaciones Nucleares (NDS) con un NDS rediseñado. También pretende incorporar nuevas capacidades al albergar una carga útil GPS de búsqueda y rescate diseñada para ayudar en el área de misión de búsqueda y rescate global. Permite realizar mediciones de precisión al albergar un conjunto de Retro-Reflectores Láser. También abordará la consolidación de las frecuencias de telemetría, rastreo y mando al permitir el cumplimiento de las capacidades de la banda S unificada. Por último, el programa tratará de abordar el aumento de las capacidades anti-interferencias para los militares con una capacidad de Protección Militar Regional.

Por último, la siguiente tabla recoge las principales características de los diferentes bloques de satélites GPS:


Evolución del segmento espacial del GPS
Constelación actual de Satélites GPS
Se puede encontrar más información actualizada del estado de la constelación GPS en NAVCEN GPS constellation status.

«Resumen de la constelación GPS operativa (octubre 2020)»
1. ^ a b J. Sanz Subirana, JM. Juan Zornoza y M. Hernández-Pajares, Sistemas globales de navegación por satélite: Volumen I: Fundamentos y Algoritmos
2. ^ a b c d e f Información del segmento espacial del GPS en la web oficial del GPS
3. ^ Información del bloque I del GPS
4. ^ a b Estado del programa del sistema de posicionamiento GPS (noviembre de 2019)
5. ^ Fuerza Espacial de Los Ángeles – Información del GPSIII
6. ^ «GPS III: Building on 200 years of On-Orbit PNT Excellence», Mark Stewart, Vicepresidente de Sistemas de Navegación, Lockheed Martin