Co ma Sputnik do zegarka?

[Jacek. 0]

A dokładniej: co ma wspólnego stary Sputnik-1 z nawigacją i zegarem.

Otóż jakiś czas temu Radek zamieścił na Forum GMT post o nowym Szturmańskim, (czyli po naszemu nawigatorskim):

 

Sądzę, że zwolenników będzie miał mniej niż przeciwników, ale mnie się podoba jakoś 8). Szturmanskie Sputnik, 2614/1126515. Wyprodukowany w 50 rocznicę wystrzelenia Sputnika, tego przed Biełką i Striełką Oczywiście tarcza z elementami, które ten fakt symbolizują.

 

 

Kiedy 4 października 1957 wystrzelono pierwszego sztucznego satelitę Ziemi – Sputnika-1,

cel tego, gigantycznego na owe czasy, przedsięwzięcia był dwojaki: pokazać, że pokojowo nastawiony Związek Radziecki może razić cele na całym globie, a przy okazji przeprowadzić próby z propagacją fal radiowych poza jonosferą Ziemi.

 

Czasy były nerwowe, więc pokojowo nastawiony rząd USA uruchomił olbrzymie środki na wyniesienie własnych sztucznych satelitów. Celem nie było zaspokojenie ambicji - cała „strategia odstraszania” z dnia na dzień legła w gruzach; posiadanie największego na świecie arsenału jądrowego straciło znaczenie, bo przeciwnik pokazał zdolność do zaskakującego uderzenia na każdy punkt na Ziemi.

Stare przysłowie mówi, że „co nagle, to po diable”. Najpotężniejsze rakiety nośne USA były klonami niemieckiej A-4 i nadawały się co najwyżej do wynoszenia pocisków balistycznych. Na gwałt budowane rakiety zawodziły masowo: dosłownie co kilka dni prasa radośnie donosiła o eksplozji kolejnego rządowego „kaputtnika”.

 

Wszystkie amerykańskie służby wojskowe i większość placówek naukowych prowadziła nasłuch transmisji radiowych Sputnika, nadawanych na częstotliwości 20 MHz, z zamiarem rozkodowania sygnałów telemetrycznych.

Naukowcy z Laboratorium Fizyki Stosowanej (Applied Physics Laboratory - APL) Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa jako pierwsi zauważyli bardzo wyraźną "wędrówkę" częstotliwości sygnałów satelity. Szybko odkryto, iż jest to wynikiem efektu Dopplera, wywołanego ruchem satelity względem miejsca skąd prowadzono nasłuch.

Skupiono się zatem na obserwacji odchyleń częstotliwości sygnałów. Po kilku dniach naukowcy z APL byli w stanie na bieżąco wyliczać parametry lotu Sputnika i z dużym wyprzedzeniem informować podenerwowane wojskowe stacje obserwacyjne o porach przelotu Sputnika nad nimi.

Nawiasem mówiąc, później okazało się, że Sputnik-1 był zmontowanym ad hoc satelitą zastępczym (właściwy nie był gotów na czas) i nie emitował żadnych sygnałów telemetrycznych, tylko prosty sygnał rozpoznawczy.

 

Efektem prac był system Transit (właściwie Navy Navigation Satellite System - NNSS), stworzony i rozwijany w latach 1958 – 1962. Dla systemu Transit opracowano wiele nowych technologii, m.in. stabilizacji częstotliwości wzorca kwarcowego i synchronizacji odbiornika z zegarem satelity za pomocą tzw. danych efemerycznych, czy kontroli, korekcji działania układów nawigacyjnych satelity przez naziemne stacje kontrolne (sieć NAVSOC - Naval Satellite Operations Center).

 

Kolejnymi krokami były system satelitarny MOSAIC (Mobile System for Accurate ICBM Control) z 1960, przeznaczony do określania precyzyjnych koordynat ruchomych wyrzutni rakiet Minuteman, SECOR (Sequential Collation of Range) z 1964, przeznaczony dla wojsk lądowych. W 1967 marynarka USA umieściła na orbicie pierwszego satelitę serii TIMATION. Projekt TIMATION od 1973 roku połączony z projektem systemu USAF 621B dał początek projektowi DNSS (Defense Navigation Satellite System). Trzeci satelita DNSS był demonstratorem systemu GPS (Global Positioning System) Navstar.

 

W tym czasie w sowieckiej Rosji rozwijano  dwa systemy nawigacji satelitarnej, zbliżone koncepcyjnie do systemu Timation: wojskowy Cykada-M (6 satelitów, kryptonim Parus - żagiel) i cywilny Cykada (cztery satelity). W listopadzie 1967 roku ZSRR uruchomił pierwszego satelitę swojego systemu nawigacyjnego Cyklon (Kosmos-192). Z systemu Cyklon wywodzi się rosyjski segment ratowniczego systemu lokalizacyjnego SARSAT/KOSPAS.

Ostatnim, jak dotąd, etapem rozwoju rosyjskich systemów nawigacji satelitarnej był GLONASS (Globalnaja Nawigacjonnaja Satelitarnaja Sistemma), w dużym stopniu wzorowany na GPS Navstar.

 

Na to, co znamy jako GPS, czyli system Navstar (Navigational Satellite Time and Ranging) składają się trzy segmenty, wyróżniane według funkcji: segment satelitarny, segment kontroli i segment użytkownika.

Segment satelitarny tworzą 24 satelity. Satelity są rozmieszczone na sześciu planach, czyli płaszczyznach orbitalnych (cztery satelity na każdym), co pozwala na odbiór sygnału od pięciu do dwunastu satelitów z każdego punktu globu.

Sercem satelity są cztery wzajemnie się uzgadniające atomowe wzorce czasu: dwa rubidowe i dwa cezowe. Wybór zegara zasadniczego odbywa się zdalnie, na sygnał głównej stacji kontrolnej. Zegar cezowy wymaga konserwacji ("pompowania") około dwa razy do roku co powoduje wyłączenie satelity na średnio 18 godzin.

Jako że system jest wojskowy, każdy z satelitów przenosi zespół urządzeń do wykrywania wybuchów jądrowych NUDET (Nuclear Detonation Detection System) z czujnikami promieniowania X, detektorem impulsu elektromagnetycznego i radiometrem optycznym.

 

Segment kontroli tworzy system pięciu stacji monitorujących z głównym centrum kontroli w bazie lotniczej Falcon w stanie Kolorado. Stacje odbierają sygnały kontrolne i telemetryczne satelitów i w razie potrzeby dokonują zdalnej korekty.

Segment użytkownika tworzą odbiorniki GPS. Odbiorniki GPS przetwarzają sygnały z satelity na współrzędne położenia (trójwymiarowe), prędkość, czas itp. Ilość, dokładność oraz postać prezentowanych danych zależą od przeznaczenia i rodzaju odbiornika.

 

Działanie systemu GPS Navstar jest oparte na wyznaczaniu odległości między punktem pomiaru a satelitami. Wyznaczenie położenia odbiornika na pokładzie SP w przestrzeni wymaga więc odbioru z minimum trzech satelitów (wymagane są cztery). Pomiaru odległości dokonuje się poprzez dokładny pomiar czasu, w którym sygnał radiowy dociera z satelity do odbiornika. System zapewnia dwa poziomy dokładności: PPS (Precise Positioning System) - Dokładny System Nawigacji i SPS (Standard Positioning System) - Standardowy System Nawigacji.

PPS jest przeznaczony głównie dla armii USA i państw NATO oraz niektórych agencji rządowych i autoryzowanych użytkowników cywilnych. Dokładność pomiaru czasu wynosi 100 nanosekund. SPS jest przeznaczony dla użytkowników na całym świecie bez żadnych ograniczeń i opłat. Dokładność pomiaru czasu wynosi 340 nanosekund.

Właśnie sygnał PPS jest najszerzej obecnie stosowanym wzorcem czasu dla wszelkiego rodzaju systemów i sieci telekomunikacyjnych.

 

21 sierpnia 1999 roku pewnej liczbie starszych odbiorników zdarzyła się zabawna wpadka. Można rzec, nie doczekały osławionego milenijnego robala. Otóż tego dnia mnął 1024 tydzień od początku czasu systemowego (6 stycznia 1980). Następny tydzień miał numer 0000, co starsze konstrukcje uznały za herezję. Niektóre z nich wznowiły działalność po ponownym pozbieraniu się do kupy, niektóre nie. Jako że problem był znany wcześniej i wszystkimi kanałami rozpowszechniano listę inkryminowanych marek i modeli, do większych afer nie doszło.

 

 

J.

[Pagan 13]

Dzięki za ciekawą lekturę. :grin:

[tntos 1]

swietna opowiesc

[wahin 0]

I jak to przy okazji można odświerzyć wiedzę techniczną.

Same plusy kolekcjonownia zegarków.

Świetny historyczny przekrój.