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GPS Space Segment
GMV
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Basic
>br>>p> As principais funções do Segmento Espacial são transmitir sinais de rádio-navegação, e armazenar e retransmitir a mensagem de navegação enviada pelo Segmento de Controlo. Estas transmissões são controladas por relógios atómicos altamente estáveis a bordo dos satélites.
O Segmento Espacial GPS é formado por uma constelação de satélites com satélites suficientes para assegurar que os utilizadores terão, pelo menos, 4 satélites simultâneos à vista a partir de qualquer ponto da superfície terrestre, a qualquer momento. Os Estados Unidos estão empenhados em manter a disponibilidade de pelo menos 24 satélites GPS operacionais, 95% do tempo. Para assegurar este compromisso, a Força Aérea tem voado cerca de 30 satélites GPS operacionais nos últimos anos.
GPS Satellite Constellation
Os satélites da constelação nominal GPS estão dispostos em seis planos orbitais igualmente espaçados com uma inclinação de 55 graus em relação ao equador. Cada plano contém quatro “slots” ocupados por satélites de base. Esta disposição de 24 ranhuras assegura que os utilizadores podem visualizar pelo menos quatro satélites a partir de praticamente qualquer ponto do planeta.
A Força Aérea voa normalmente mais de 24 satélites GPS para manter a cobertura sempre que os satélites da linha de base são reparados ou desactivados. Os satélites extra podem aumentar o desempenho do GPS mas não são considerados parte do núcleo da constelação.
Em Junho de 2011, a Força Aérea concluiu com sucesso uma expansão da constelação GPS conhecida como configuração “Expansível 24”. Três dos 24 slots foram expandidos, e seis satélites foram reposicionados, de modo que três dos satélites adicionais passaram a fazer parte da linha de base da constelação. Como resultado, o GPS funciona agora efectivamente como uma constelação de 27 ranhuras com melhor cobertura na maior parte do mundo.
Orbitas são quase circulares, com excentricidade inferior a 0,02, um eixo semi-maior de 26 560 km, ou seja, uma altitude de 20 200 km. As órbitas nesta altura são referidas como MEO – órbita média terrestre. Os satélites têm uma velocidade de 3,9 km por segundo e um período nominal de 12 h de tempo sideral (11 h 58m 2 s), repetindo a geometria de cada dia sideral. O segmento espacial está sujeito a manutenção e evolução.
GPS Satellite Description
A concepção dos satélites GPS evoluiu com o tempo. Cada geração de satélites com características semelhantes é denominada bloco. Segue-se uma breve descrição dos diferentes blocos de GPS:
bloco I
- Bloco I, Satélites de Desenvolvimento de Navegação: Onze satélites deste tipo foram lançados entre 1978 e 1985. A Disponibilidade Selectiva (S/A) não foi implementada. Pesavam cerca de 845Kg e tinham uma vida média planeada de 4,5 anos, apesar de alguns deles terem durado até 10. Foram capazes de dar serviço de posicionamento através de sinais L1 e L2 e durante 3 ou 4 dias sem qualquer contacto com o centro de controlo.
- Block II e IIA, Satélites Operacionais: São constituídos por 28 satélites no total que foram lançados de 1989 a 1997 e todos eles já foram desactivados (o último em 2019). Pesavam cerca de 1 500 Kg e tinham uma vida média planeada de 7,5 anos, embora a vida média tenha atingido quase 26 anos, mais de 3 vezes ao longo da vida útil do projecto. Desde 1990, foi utilizada uma versão melhorada, o Bloco IIA (avançado), com capacidade de comunicação mútua. Foram capazes de fornecer serviço de posicionamento durante 180 dias, sem qualquer contacto com o segmento de controlo. No entanto, em modo de funcionamento normal, comunicavam diariamente. Estes satélites continham a capacidade Selective Availability.
- Block IIR, Replacement Operational Satellites De 1997 a 2004, estes satélites estão a ser utilizados como peças sobressalentes para o Bloco II. O Bloco IIR é formado por um conjunto de 20 satélites, embora possa ser aumentado em mais 6. Pesam cerca de 2 000Kg, incluindo Relógios Rubidium e têm uma duração média planeada de 10 anos, embora a duração média já tenha atingido os 18 anos. A principal nova funcionalidade destes satélites é a implementação da capacidade AUTONAV, na qual os satélites podem determinar as suas órbitas e computar a sua própria mensagem de navegação de forma autónoma. Estes têm a capacidade de medir distâncias entre si e transmitir dados para outros satélites ou para o segmento de controlo. Um satélite IIR de bloco deve ser capaz de operar cerca de meio ano sem qualquer apoio do Segmento de Controlo sem degradação na precisão da efeméride.
- Bloco IIR-M, Satélites Modernizados: Estes 8 satélites representam uma versão modernizada da família IIR incluindo um novo código M militar e o sinal civil mais robusto L2C. Foram lançados de Setembro de 2005 a Agosto de 2009.
- Bloco IIF, Satélites Operacionais de Seguimento: Este bloco constitui e melhoramento do bloco IIA com base na aplicabilidade de nova tecnologia e novos melhoramentos no sistema, incluindo a transmissão de uma terceira frequência civil L5 destinada a aplicações de Segurança da Vida Útil e o fornecimento de maior precisão através de relógios atómicos avançados (2 relógios atómicos de rubídio endurecido por radiação e 1 relógio de césio com tempo de estabilidade elevado). O primeiro satélite (SVN62) foi lançado a 28 de Maio de 2010. A sua vida média teórica é de cerca de 12 anos, embora nenhum destes satélites tenha atingido o seu período de vida útil até à data.
- Bloco III: Consiste numa evolução maioritária do Bloco II, em parte devido à evolução dos satélites, mas também a modificações no Segmento de Controlo. O GPS III é necessário para completar a implantação das capacidades de sinal L2C e L5 que começou com os satélites modernizados GPS IIR-M e GPS IIF A nova geração de satélites GPS introduz também melhorias significativas nas capacidades de navegação, melhorando a interoperabilidade e a resistência ao encravamento e com uma vida útil de concepção de 15 anos. Fornecem o quarto sinal civil na banda L1 (L1C) interoperável com outros sinais GPS e trazem a capacidade total de utilizar o sinal militar M-Code. Também planeia fornecer um melhor desempenho para uma maior precisão do subsistema e uma melhor resolução de anomalias. Contém múltiplos padrões de frequência atómica (relógios de Rubidium), design resistente à radiação, tempo de estabilidade elevado e monitorização automatizada da integridade. O primeiro lançamento foi em Dezembro de 2018 e é composto por 10 unidades.
- Bloco IIIF, Satélites Operacionais de Seguimento: O GPS IIIF, irá entregar satélites GPS III para além dos primeiros dez SVs que estão a ser entregues pelo programa GPS III. Os SVs GPS IIIF (11-32) introduzirão novas capacidades para satisfazer as crescentes exigências tanto dos utilizadores militares como civis. Manterão a base técnica do GPS III, mas reduzirão o tamanho global, peso e potência necessários para satisfazer as áreas de missão de posicionamento, navegação, tempo e Sistema de Detecção de Detonação Nuclear (NDS) com um NDS redesenhado. Procura também trazer a bordo novas capacidades ao acolher uma carga útil de GPS de busca e salvamento concebida para ajudar na área de missão global de busca e salvamento. Permite medições de precisão através do alojamento de uma matriz de retro-reflectores laser. Abordará a consolidação da telemetria, seguimento e frequências de comando, permitindo o cumprimento das capacidades da Banda S Unificada. Finalmente, o programa procurará abordar o aumento das capacidades anti-bloqueio para os militares com uma capacidade de Protecção Militar Regional.
- ^ a b J. Sanz Subirana, JM. Juan Zornoza e M. Hernández-Pajares, Global Navigation Satellite Systems: Volume I: Fundamentos e Algoritmos
- a b c c d e f Informação do Segmento Espacial GPS no website oficial do GPS
- ^ Informação do Bloco I do GPS
- ^ a b Estado do Programa do Sistema de Posicionamento GPS (Novembro 2019)
- ^ Los Angeles Space Force – Informação GPSIII
- ^ “GPS III: Construindo sobre 200 anos de Excelência em Órbita PNT”, Mark Stewart, Vice-Presidente Sistemas de Navegação, Lockheed Martin
h3>Block II
| >th>>Block II/IIA | ||||
|---|---|---|---|---|
| Primary Contractors | Rockwell International (Boeing North American) | Lockheed Martin | Boeing North American | |
| Central eléctrica solar | 800 watts | 800 watts | 800 watts | 2450 watts |
| Weight | 1,816 kg | 2.217 kg | 2.217 kg | 1.705 kg |
| >Altura | 3.4 metros | 1,7 metros | 1,7 metros | 2,4 metros |
| Largura | 5.3 metros | 11,4 metros | 11,4 metros | 35,5 metros |
| Design Life | 7.5 anos | 10 anos | 10 anos | 12 anos |
Bloco III
Finalmente, a tabela seguinte reúne as principais características dos diferentes blocos de satélites GPS:
Satélite GPS actual constelação
Informações mais actualizadas sobre o estado da constelação GPS podem ser encontradas no estado da constelação GPS NAVCEN.